CN105531456A - 内燃机操作方法以及完成该方法的内燃机 - Google Patents

Abstract

在一种操作内燃机(1，1’，1”，1”’)的方法中，在排气循环中，在一个气缸(2)中的废气从气缸(2)中喷出并提供给排气系统(12)，一个特别高功率输出的内燃机(1，1’，1”，1”’)和/或一个特别低的燃料消耗是可能以一个特别简单和可靠的方式制造。为此，根据本发明，在排气循环阶段的第二阶段废气传输给排气系统(12)之前，在排气循环的第一阶段，流出气缸(2)的排气压力波的脉冲全部或部分传送给排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧。

Description

内燃机操作方法以及完成该方法的内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机的操作方法，用于在一个排气循环期间将位于内燃机气缸中的废气从气缸排出并进入废气系统。本发明尤其涉及包括多个气缸的内燃机，引导每一个气缸中的工作活塞作用在一个共同的曲轴，通过在进口侧上的一个致动进气阀系统将该气缸或者每个气缸的燃烧室连接到进气系统并且通过出口侧上的一个致动排气阀系统将该气缸或者每个气缸的燃烧室连接到排气系统。本发明进一步涉及一个排气增压泵，特别是用于在这种类型的内燃机。

背景技术

内燃机或者热力发动机应用于各种领域具有多种用途，例如作为机动车辆的驱动单元，或者用于工厂或其他技术设备中的固定物中。内燃机或热力发动机的运行可通过使用汽油或柴油、两个或四个气缸、以及使用各种液体或气体燃料。在所有的各种结构中，压缩燃料空气混合物通常引起气缸燃烧室爆炸(或在一个旋转发动机类似配置的盘室内)，以反作用的方式，在活塞缸中配置上述的一个可替换的活塞执行工作行程，从而驱动发动机轴提供动力。工作行程完成后，即气缸中的燃烧气体膨胀后，在所述的气缸的一个排气循环中，产生燃烧工作气体，同时废气排放到连接到气缸的排气侧的排气系统中。

在传统的构造中，内燃机可以配置为一个四冲程发动机，通过气缸中的一个排气阀打开废气系统废气使废气进入排气系统。然而，在另一种传统结构中，内燃机也可以配置为二冲程发动机，该发动机排气周期的配置作为实际工作冲程的一部分，废气系统打开进入排气系统，所述的排气系统以开槽控制的方式打开，在这种结构中，活塞在冲程运动的最后阶段滑离越过气缸中的出口槽，随后打开它们。在四冲程发动机中，一个相应的进气阀系统通常是在进气口一侧，而在二冲程发动机中这个功能是以换气槽的形式实现并设置在缸筒中。进一步，设置有基于旋转滑板的阀系统，在该结构中通过旋转滑板开启和关闭气缸盖的管道横截面。旋转滑动控制系统用于二冲程和四冲程方法中。因此，在二冲程发动机的情况下，“进气阀系统”和“排气阀系统”在以下用作描述，也因此明确参考在气缸壳中的相应的开槽设置，相应的阀功能通过提升阀或旋转滑板的方式被类似的提供给四冲程发动机中的实际执行。

对于任何一个结构(例如斯特林发动机、蒸汽机等)的内燃机或热力发动机，人们长期以增加每个气缸的单位气缸容量的可用功率输出和/或以增加效率/减少特定的燃料消耗作为配置目标。鉴于这些配置的目标，已经开发了一些利用或回收流出气缸的废气中的残余能量的设计。

这些设计包括废气涡轮增压。废气涡轮增压从废气流中提取焓并且将提取焓在新鲜气体流中以压缩功的方式返回到发动机。从一个连续流机器的性能来看，假设存在连续排气焓流，废气涡轮增压具有很高的效率。排气焓变随机浮动越大，涡轮的效率越差。这意味着，在实践中气缸发动机和废气涡轮增压器只有在三个或更多的气缸的情况下具有良好的效率，仅在某些情况下(最好是在一个对称的点火顺序的情况下)两缸发动机可用，而不能在单缸发动机中有效运行。

在原则上，在涡轮和压缩机中具有小汽缸容量的内燃机需要小叶片直径。涡轮效率和压缩机效率随着叶片直径的减小而降低，因为在其他事情中叶片和壳体之间的间距损失不成比例。如果发动机载荷阶跃，废气涡轮增压器的响应特性(动态行为)也被发现是不利的，因为从一个低负载(低废气焓)开始，由于惯性，在从涡轮的上游焓的逐渐升高仅以延迟方式加快了转子。而以涡轮滞后的形式，导致以一个已知的方式在压缩机的一侧缓慢的压力升高。在具有低的汽缸容量发动机中这种效果是更为显著的，因为在转子的惯性力矩未如同废气焓流中减少的一样多，而在汽油发动机中比在柴油发动机更为明显，因为废气焓扩散的更广泛。因此，几乎没有可能采用废气涡轮增压器操作小的、动态驱动的发动机，如汽车和电力控制块加热站。

压缩波增压器可以想象为一种替代的增压系统，如废气涡轮增压器，它从废气流中提取焓，并将其作为压缩功提供给的吸入的燃烧空气。即使在发动机转速较低时，压缩波增压器具有良好的动态特性和高增压率。在废气和新鲜空气之间的“开放”的换气系统被发现是不利的，原因在于在发动机启动时，必须绕过增压器以防止扫气短路，也不承受任何吸气的节流，这意味着增压器出现不适合部分负荷运行的动态操作的汽油发动机。由于废气管路和新鲜气体管路的直接连接，其声学特性也存在问题。大安装体积和重量以及需要同步驱动增压器和发动机转速使压缩波增压器对于低量的汽油发动机是不经济的。

将废气焓变为有用功的另一种选择，可以通过再在另一个膨胀缸中膨胀来自内燃机的运行气缸中的废气来提供。其中，马里奥和格哈德施密茨(MarioIllienandGerhardSchmitz)的出版物(http://www.5-takt-motor.com/de/news.html)公开一个这种类型的系统，该系统耦合两个高压气缸，以四冲程的方法使用相同的点火顺序操作，以一个更大的汽缸容量的低压缸，在180°曲轴偏移运行。当在工作行程后，高压缸到达下止点(BDC)，排气系统打开连接低压缸的管道，所述低压缸位于上止点(TDC)。由于低压缸的较大的冲程容量，即使是高压缸的上升活塞又正在减小其体积，工作气体仍进一步膨胀。

从热力学角度，这种设置增加燃烧循环的膨胀比，提高热效率。

具有一个单独的低压缸系统的缺点是在气缸盖中的溢流管的热负荷高，高压缸的气门叠开(扫气)的排气背压越高，低压气缸发动机在重量和安装空间以及摩擦损失(额外的活塞组和曲轴传动)也就越大。事实上，方便操作的二冲程操作的低压气缸发动机要与具有相同的角点火间隔的两个高压气缸结合使用。系统成本很高。因此，这一结构对单缸发动机是没有前景的。

德国专利：DE3625050A1，DE3625048A1，DE3625051A1，DE3625053A1，DE3318136A1和Schatz等人公开的“一种新的动态增压方法--脉冲增压”，英格兰1989年的第二次发展新动力底盘国际会议(SecondInternationalConferenceNewDevelopmentPowertrainChassis)，披露排气脉冲增压器作为提高内燃机的功率和效率的进一步替代设计。排气脉冲增压器将内燃机排出的废气焓转换成新鲜气体的压缩功。该系统包括在气缸内导向的一个自由活塞。气缸的一端通过一个排气输送管连接到发动机的排气系统，气缸的另一端连接到进气系统。弹簧推动自由活塞在气缸内的排气侧停止，以这样的方式，当不加载压力，自由活塞清除了新鲜气体侧的最大体积和在相应的排气侧的最小体积。自由活塞可选择的具有屏蔽、对中在排气侧，从而从一个特定的自由活塞冲程到废气排气管清除废气气缸体积，以便废气排入消声器，或一个阀门，阀门由排气增压泵的排气压力控制而打开和关闭排气出口管。使用一个至少部分独立于自由活塞运动的阀门控制废气排气管的目的是，由废气驱动可以使自由活塞的膨胀行程更长。在新鲜的气体侧，通过一个止回阀，气缸体积可以吸入周围空气，当体积减小，气缸体积被推到发动机的进气系统。

出版物“一种新的动态增压方法--脉冲增压”公开了一个二缸发动机的废气脉冲增压器的测试结果。当发动机气缸的排气阀开启时，废气进入废气脉冲增压器，并加速了自由活塞对弹簧力的反力。废气在废气脉冲增压器做膨胀功直到自由活塞上的屏蔽打开解压管。自由活塞的质量惯性允许它继续在气缸中，直到动能总量达到弹簧的势能以及在进气系统中的自由活塞压缩新鲜空气的能量。由于这两个发动机气缸相互对称相位，第一发动机气缸的发动机排气阀打开使自由活塞移动到上止点(TDC)活塞位置，在发动机进气阀关闭前不久对应于第二发动机气缸上止点活塞位置，以这样一种方式，使正在由自由活塞压缩的部分的新鲜空气通过进气系统从入口端被迅速推入两上游气缸并且因此提高空气密度。进气系统中的弹簧力和在进气系统中压缩后的新鲜气体推动自由活塞返回静止位置，也就是返回到排气侧停止位置。360曲轴度后，废气脉冲增压器的工作循环从前面开始，但相对于废气脉冲增压器，两个发动机缸交换了功能。

在测试中，废气脉冲增压器在低的发动机转速(约达2000rpm)下表现出良好的动态行为，也增加了空气效率。在较高的旋转速度(从约3000rpm起)下增电压力不再有任何增加。

废气脉冲增压器具有一定的热力学和机械的缺点，这是对效率和功能不利的：

·在排气侧(排气输送管和排风喷射管之间短路连接)上具有显著的有害体积，从而不但减少来自自由活塞上游的废气压力而且减少了进气系统中的端部压缩压力。

·自由活塞上屏蔽长度较短，从废气脉冲增压器释放的废气流入消声器，只能够利用自由活塞的行程的一小部分作为解压的发动机排气的工作行程。对于利用排气脉冲的能量，一方面，自由活塞相对于废气压缩波的高质量，阻止了在脉冲传输过程中从废气到自由活塞的的能量转移，因此，通过测试可以确认增压压力的增幅变小。另一方面，由于溢流，废气排气管直接连接到废气脉冲增压器的膨胀室更加导致了脉冲丢失。

·在每一个运行周期结束后，为使自由活塞能够返回静止位置，当自由活塞的屏蔽被关闭时，必须没有泄漏。这些泄漏损失构成了进一步的压力损失，从而导致能量损失。

·一方面，使用由排气压力控制的阀控制废气出口管并且根据排气阀正时(摩擦损失和固有振动特性)惯性是非常不精确；另一方面，使用建议的阀系统不可能实现基本热力学理想的排气控制图，其中的自由活塞全行程作为一个封闭的排气出口管的工作行程，并且自由活塞返回时废气出口管道是完全打开的。阀门和自由活塞的现有的质量惯性使理想的排气控制图无法实现，因为加速的质量需要一个反向延迟管线。对于特定的排气压力所需配置的废气驱动气门驱动机构意味着当负荷和发动机转速变化时，排气阀正时反向改变。特别是，当节流时，因为发动机具有低压缩比和相对较低的膨胀率，尽管在容量控制汽油发动机中部分负荷范围内，相对于特定的发动机做功相对高的排气焓可以恰好得到，但废气驱动气门驱动机构对低排气压力(低负荷，怠速运转)不响应，即排气脉冲增压器也不进行任何膨胀做功。在同时存在负载下发动机排气阀的关闭和在发动机运行中出现的转速差时，出口管道无法实现由压力和质量惯性控制的阀门关闭的叠加。特别是，文档中引用的背景技术中未有关于出口管道的阀门关闭是完全基于排空排气脉冲增压中的废气侧的时间且没有相关的相位或发动机的排气阀关闭的披露。

·自由活塞和弹簧(包括进气管内的气动弹簧)形成一个谐波振荡器，其固有频率是依赖于移动的质量(活塞、直线导向杆和弹簧的质量)和弹簧的速度。如果该系统接近其固有频率，相当大的振幅峰发生，这可能会导致高加速度下自由活塞在气缸中停止其行程。运动部件的预见性高重量，这可能是几百克，和一定弱弹簧力，这使得自由活塞移动，即使在相对较低的排气压力(约2bar)下，对系统的固有频率明显的已达到低发动机运行速度。在所描述的测试发动机中，由于排气增压器的增压压力从2000rpm以上迅速下降，可以得出结论，已超出该系统的固有频率，系统不再进行全面的工作行程。当超过其固有频率时，自由活塞没有足够的时间返回到它的静止位置。从约3000rpm向上，增压压力不再建立在所描述的测试发动机上。据推测，在一半的活塞位移中，自由活塞位于静止位置。

·由于不同的废气压力和变化的气动弹簧返回速率，依据固有频率和活塞冲程，该系统的自由活塞不能唯一确定，所以在气缸中末端位置自由活塞的碰撞是可预期的。

·自由活塞相对于气缸壁的密封须通过间距非接触设置，因为大缸孔或使用密封元件，例如活塞环，所以从排气侧到新鲜气体侧的明显漏流会产生，然而这将需要润滑，且增加摩擦。

·整个废气流通过排气脉冲增压器，从而导致在增压器外壳和自由活塞上的高热负荷。

提高内燃机的功率和效率的进一步替代设计是替代下游汽化过程(ORC)。在这样的背景下，提供了包括活塞或透平膨胀机的利用排气焓或余热、蒸汽的过程，最好是采用低沸点有机工质(ORC＝＝有机朗肯循环)。这些过程完全通过换热器从废气流获得热量。在一个单级的过程中由于低的温度差异(物理工作材料限制)，效率是很少高于15％。换热器和线路系统的热惯性，阻止良好的动态行为，因此，这些系统是不适合机械功率输出直接进入动态操作的内燃机。特别是高系统成本的内燃机用于防范使用在小发动机中，目前成本是超过3000欧元/千瓦(EUR3000/kW)。

另外，提供热电能量转换利用塞贝克效应。此效应描述了由于在这些机构的晶体晶格中的不同的电子气体密度，在两个机构之间不同的温度差的电位差。这种电位差随着机构之间的温度差增加，并可用于使电流流过。使用内燃机的废气，加热一个机构，另一个机构是最好保持在室温下。该系统做工无需任何移动组件，因此不是一台机器。

发明内容

本发明的目的是以一个特别简单和可靠的方式，提供一种可供选择的方法，用于操作上述类型的内燃机，该方法使内燃机具有特别高的特定功率输出和/或一个特别低的燃料消耗。本发明也提供一种特别适合于进行该方法的内燃机。

本发明可以通过以下方法实现，根据本发明在排气循环的第一循环阶段，在将废气输入排气系统排气循环的第二循环阶段之前，排气压力波的脉冲和/或压力能量的整个或部分传输至排气增压泵的主级侧。

第一和第二循环阶段的总持续时间最好近似对应于相应的发动机排气阀总打开时间，第一阶段的开始伴随着发动机排气阀打开，第二阶段的终点大约正好与发动机排气阀关闭同时发生或稍微延迟。一个短的第一循环阶段降低了出口管和排气增压泵的壁热损失，并连同在发动机缸中提前的压力减少，在负荷变化期间使相应的低排气做功或低排气背压成为可能。特别是发生在该循环阶段中，当排气阀打开，由于一个合适的排气波流动传导的结果，废气流的脉冲和这个排气压力波的压力能量是尽可能完全或至少部分地向排气增压泵的主级侧传送。在这一阶段，进入排气系统的排气的漏失应当在很大程度上予以防止。提供从排气压力波到排气增压泵的主级侧的理想脉冲传送，废气直接或者至少部分地到达排气增压泵，直接脉冲传输是特别优选的，其中，流出气缸的排气压力波部分或尽可能完全地传递到位于排气增压泵的主级侧的气体缓冲和/或位于排气增压泵的主级侧上游的气体缓冲。随后是出口循环的的第二循环阶段，在该循环中废气流入排气系统。

本发明是基于剩余焓仍然含在流出气缸的废气中的考虑，选择剩余焓作为增加内燃机的效率和/或功率的一个特别合适的切入点，因为在操作中，具有较高的残余压力的废气流出所述的气缸，在废气排入大气前，可用于额外的功率输出供给。

该排气增压泵的应用特别集中在单缸和双缸发动机的应用，其具有约50-250CC相对较低的单个气缸容积。对于这些发动机类型，还没有经济上可行的(失去)废气能量转换为机械(驱动)能量转换系统。排气增压泵最好能有效地约束使用于下列这些发动机类型，或有以下特性：

-用于速度高达10000rpm(2轮发动机)的发动机

-能够有效转换排气气体流中的强烈波动能(单缸发动机)

-新鲜气体的输送速度应与负载和转速成大约正比

-在排气循环中和在负荷变化期间提供低排气背压力

-完全分离的废气和新鲜气体管道

-良好的动态特性(车辆应用)

-低固有(摩擦)损失

-良好的声学特性(2轮发动机)

-低系统成本

-低保养

-最低可能的热负荷

-适合汽油及柴油发动机，并且也适合于两冲程和四冲程的方法

为满足排气焓波动的要求，良好的动态性能，低缸容量和发动机转速成正比的传输速度，排气增压泵最好配置为具有一个振动泵体的泵，它提供了一个在发动机气缸的排气管内排气压力波同步的操作循环，所述排气管连接到排气增压泵。

为实现高速发动机的排气增压泵具有工作频率高，良好的动态性能，对废气和新鲜气体管线分离，低摩擦损失和低维护水平，泵体特别优选的配置为可弹性变形的，在排气增压泵的排气侧和新鲜气体侧之间的分隔壁重量最好是最小。如果产生从气体到分隔壁的脉冲交换，这种类型的最小重量分隔壁也使得高能量转移成为可能，因为理论上最大能量的转移发生在相同质量的气体和分壁上。优选的是，所提供的排气增压泵的排气侧的膨胀做功通过分隔壁转换成新鲜气体体积的压缩功，可以再解压在其他地方提供动力。然而，分隔壁的移动顺序可以被利用作为机械能或通过发电机转换成电能。

实现降低对排气增压泵的热负荷的方法为：废气通过导管全部流入和流出排气增压泵的主级侧。通过与排气脉冲增压器对比，整个排气量流动通过排气增压泵，一方面，在运行阶段，只有一个有太低的流动速度(较低的传热系数)的“排代质量流”(Displacementmassflow)发生在排气增压泵中，并在另一方面，在第二循环阶段，发动机气缸排出的废气没有通过排气增压泵。在这种类型的特别优选的配置中，在排气循环的第二阶段，废气从而提供给排气系统，同时绕过了废气排放泵。

因此排气循环可分为至少两个子阶段，在第一子阶段，该阶段特别优选为短时间，可利用的理想的废气焓产生，同时在第二子阶段，该阶段优选时间长于第一子阶段，考虑将下述发动机气缸的气体交换及扫气过程在抽气发动机的理想压力级下在此阶段发生。因此一个具有特别高效率，低机械复杂性的配置为，在第二子阶段，发动机燃烧室提供的废气，在排气解压泵的主级侧进行部分解压，并和残余废气一起进入排气系统。在此阶段，流入排气增压泵的主级侧的废气特别优选的反馈，以这样一种方式，有气流进入并且随后返回，但返回时不通过，废气充量通过一个支管。在第二循环阶段，废气可因此被供给到废气系统，而绕过排气增压泵。

从排气增压泵的废气中抽出的焓可以以任何理想的方式转换成在内燃机的整体系统中使用的有效的能量或能量，例如通过液压、电动或类似系统。然而，特别是有利的和灵活使用的利用排气增压泵从废气中取得的焓的利用是可能的，在一个特别有利的配置中，在排气增压泵中通过主级侧供给的废气焓，整个或部分传输给在次级侧的新鲜气体流，或者废气焓在排气增压泵的主级侧转换成膨胀功，整个或部分在次级侧流入的新鲜气体流中转换为压缩功。有利的是，在排气增压泵中从废气中提取的焓转换成与排气流密封分离的冷气流中的压缩功。一个压缩的新鲜气体流对于小型移动质量具有高能量密度，这突出了高工作频率的排气增压泵(即高发动机转速)的适用性。

在一个有利的配置中，在一个独立设计的热力发动机或内燃机的空气新鲜气流中，已经在排气增压泵通过压缩功被压缩的冷气流和/或新鲜气流可以提供到一个单独的膨胀机(如叶片膨胀机)，并在其中解压缩以提供动力。通过在排气增压泵中的新鲜气体或冷气气流压缩的方式，在这种变式中，可以提供一种独立于发动机的工作介质，除作为工作介质之外可灵活地使用。例如，可以使用这种工作介质来驱动一个附加单元，或者该膨胀机也可以被连接到内燃机或者热力发动机的发动机轴或者曲轴，以这样的方式，直接生成内燃机的可用附加功率。

然而，在一个特别有利的配置中，在排气增压泵中从废气中提取的焓用于作压缩功以使新鲜的气体流流入各自的气缸的燃烧室中。其结果是，排气焓被直接使用于充入的新鲜气体流。为实现这个特别优选的方式，以同步和适应内燃机的周期序列的方式，优选的输送到发动机的燃烧室的新鲜气体至少部分输送到排气增压泵的次级侧，在这里以所述的方式，在排气循环的第一个子阶段期间，被流入废气增压泵的主级侧的废气压缩和加压。压缩和加压后的新鲜气体随后优选的流入一个缓冲区，该缓冲区设置在气体增压泵的气体侧的次级侧的下游，在这里储备以供给到气缸燃烧室。所述的气缸进气管系统于任何情况下已经存在并且通过该系统将新鲜气体供给到所述的燃烧室中，所述的气缸进气管系统可用于缓冲。

在排气增压泵中的新鲜气体的预压缩和加压优选缓冲直到所述的气缸的进气控制系统打开相应的进气管以使新鲜气体流入燃烧室。在这种的配置中，使在排气增压泵中加压后的新鲜气体流用于供给具有全部或部分燃烧空气的热力发动机，通过正扫气梯度，在排气增压泵中加压后的新鲜气体可以直接将活塞功或膨胀功提供给热力发动机。

至于内燃机，上述内容可以实现，在每一种情况下的每个气缸的燃烧室通过在进气侧上的致动排气阀系统连接到进气系统和排气系统，并且在排气侧通过致动排气阀系统和脉冲开关连接到排气系统以及排气增压泵的主级侧。

这种配置的排气系统提供结构为：通过脉冲开关，根据功能，优选的形成一个合适选择的管道分支，在排气循环的第一阶段，排气压力波的脉冲可以选择性地引入到排气增压泵。设置脉冲开关的目的是当排气阀打开时，尽可能完全地将排气流脉冲尽可能完全地送入排气增压泵的主级侧或送入支路上游。以这样一种方式在排气循环的第一阶段，流出气缸的排气压力流的脉冲尽可能完全地或者至少部分的送入排气增压泵的主级侧。在这个阶段中，进入排气管的废气的泄露意味着脉冲损失，应尽量防止。从排气压力波到排气增压泵的主级侧所需的脉冲传输将发生在至少部分废气直接到达排气增压泵时，然而，间接的脉冲传输是特别优选的，其中流出气缸的排气压力波部分或尽可能完全地将脉冲传递到缓冲区，所述的缓冲区位于排气增压泵的主级侧和/或排气增压泵的主级侧上游或在一个上游支路中。

在一个特别有利的配置中，该脉冲开关包括一个主管道，其连接到入口侧的排气阀系统和连接到排气增压泵的主级侧，和一个排气管，其从所述主管道分支并连接到出口侧上的排气系统。分支管线包括主管道的输出侧部分和该分支管线将脉冲开关连接至排气增压泵的主级侧，该分支管线优选地具有体积或超过1倍气缸或多个气缸的气缸容量，优选地超过1.3倍气缸或多个气缸的气缸容量。

在一个特别有利的配置中，内燃机被配置为使用包含在废气中的废气焓以进行一个新鲜的气体流的压缩做功，该废气焓由排气增压泵提供。为此，排气增压泵优选地连接到一个新鲜气体压力管道和连接到次级侧的新鲜气体吸入管，可以通过新鲜气体吸入管将排气增压泵的次级侧充满新鲜气体。设置和配置新鲜气体压力管道用于流过和/或缓冲在排气增压泵中压缩后的新鲜气体。在第一有利的优选中，在排气增压泵的下游侧将新鲜气体压力管道连接到膨胀机。在另一个有利的发展中，在排气增压泵的下游侧将新鲜的气体管路连接到新鲜气体缓冲区，在排气侧将新鲜气体压力管道依次连接到所述的气缸的进气系统。因此，可以在排气增压泵中利用压缩或加压的新鲜气体作为所述的气缸的燃烧气，在这样一种方式，从排气增压泵的废气中提取的焓可以通过正扫气梯度直接用于活塞做功或内燃机中的直接膨胀功。

在一个特别优选的配置中，内燃机的排气系统配置为，为实现排气压力波的上述流动，通过脉冲开关和连接到其上的组件，而不需要用于此目的的主动外部控制或调节干预来实现。然而，在认为是独立的发明的另一种有利的变体，排气系统也可以以具有装有制动阀的排气管的主动控制系统的方式被提供，在该系统中，排气循环分为第一循环阶段和第二循环阶段，不是通过排气压波的流动性能的方式，而是通过相应的适当选取的排气阀或者排气阀组启动的方式运行。

此另一种配置的排气系统提供的排气循环的多相配置，可以通过适当的致动排气阀系统实现。为此，排气阀系统应该有利地以这样一种方式配置，在排气循环期间，流动路径以及废气传导运行模式是可以改变的，优选的被专门传导到排气增压泵的主级侧的废气流进入在一个分配给排气循环的第一循环阶段的阀位置中。与之相反，在一个分配给排气循环的第二循环阶段的排气阀系统的阀位置中，发动机气缸的燃烧室以一个气体侧短路的方式同时连接到排气增压泵的主级侧和排气系统。

在一个特别有利的配置中，排气阀系统的功能可以通过在内燃机排气道中适当选择和定位的阀实现。这种类型的配置，例如特别适用于四冲程发动机，因为这种发动机已经设置有适当的驱动排气阀用于在任何的情况下打开排气管。相比之下，二冲程发动机提供的排气系统的功能可以是通过一个合适的排气槽控制系统实现，即通过在气缸中的适当的引导槽和溢流管的出口。在这样的背景下，第一排气槽在做功运动中首先是通过活塞及其通过第一排气槽的废气流至排气增压泵的主级侧，因此第一排气槽优选的设置在气缸壁上。此外，在这种情况下，依据活塞的运动设置下游第二排气槽是有利的，并建立了气缸燃烧室和排气系统之间的气体侧连接。当活塞也打开这个排气槽时，排气增压泵的主级侧也通过气缸的燃烧室直接连接到气体侧的排气系统上。在两冲程发动机配置中，活塞缸单元利用相对定位排气槽执行排气系统的所述的功能。在该实施例中，来自排气增压泵的压缩空气从新鲜气体压力管流到溢流管，排气槽打开时，吹扫新鲜气体进入气缸和清除残余气体。排气增压泵可以取代一般的常规曲轴箱增压泵，并使具有循环油润滑的曲柄驱动成为可能。

有利的是，在正控制排气传导类型的情况下，依据主要操作参数配置排气系统中，以这样一种方式，在排气循环的第一阶段中，完全打开在气缸燃烧室和排气增压泵的主级侧的一个气体侧的连接，而对与排气系统的连接闭合，并在排气循环的第二阶段，建立了排气系统的气体侧与气缸燃烧室和排气增压泵的主级侧的连接。该类型系统的一个特别的优点是进一步的操作参数如自由排气阶段阀正时和溢流管阀正时可以保持接近已知的配置，由于在排气增压泵废气中，在废气和新鲜气体之间的能量交换发生与常规二冲程发动机的共振排气系统相似。因此，与现有系统的兼容性，包括关于可能的改造，也特别好。在其他情况下，在一个共振排气系统上的排气增压泵的两个主要优点是较低的空间要求和与运行模式无关，与旋转速度无关，这意味着一个更均匀的发动机扭矩上升可以预期。

在内燃机的另一个替代实施例中，在气缸盖中的旋转滑动控制系统上设置排气增压泵。如果旋转滑动的控制槽，优选地配置为平面旋转滑动装置，开始在内燃机的气缸盖上打开排气口，废气通过自由排气导管流向排气增压泵。当旋转滑动装置继续旋转时，主排气出口管开始打开，通过该排气出口管废气现在从排气增压泵和气缸的燃烧室排出。

特别是在与一个旋转的滑动控制系统的连接，以上述描述的方法，排气增压泵可以实现所有的负载变化。特别是，使用旋转式滑动控制系统，可在发动机出口旋转滑动装置和排气泵之间实现非常小的不良体积。

有利的是，在排气系统正控制配置的情况下，内燃机的排气系统通过装有阻塞阀的排气线连接到所述的气缸燃烧室，排气线可以通过阻塞阀通断并且为从该阀处一个支路连接到排气增压泵的主级侧，依据废气流的方向从阻塞阀上游管线分叉。这使得它可以以特别简单的结构实现上述功能。特别是，通过分支线，在排气循环的第一循环阶段，从燃烧室排出的废气可供入排气增压泵的主级侧，同时在第二循环阶段，位于排气增压泵的主级侧并解压的废气可以反馈到排气系统或以回流的方式通过支线再回到燃烧室。这意味着，通过排气增压泵的主级侧的流动是没有必要的，而且优选的也没有提供。支路因此以强制排气流的形式向排气增压泵加载，这会导致排气增压泵的一个较小的热元件加载，因为通过比较，流动通过排气增压泵的总质量流量和传热系数(较低的气体速度)变低。通向排气增压泵的支路可以以所述的方式直接连接到气缸的第一出口槽，发动机配置为两冲程发动机。

根据上述的一个结构，在所述的内燃机中配置使用排气增压泵，该配置也被认为是独立的发明成果。根据本发明，排气增压泵包括压力壳体，其内部容积通过多个弹性变形分离单元在气体侧分成多个彼此分离的子体积或每个受偏置力的分离单元，这样在无压状态下，根据该分离单元或每一个分离单元的弹性变形，连接到内燃机的排气系统的子体积有一个最小值。

作为此配置的结果，可以由特别简单的装置并以一个特别可靠的方式提供，废气焓可以可靠地用于对提供的新鲜气体的空气流动压缩做功。优选的将压力壳体分成2个子体积，压力状态下引导进入第一子体积的废气膨胀，直接且几乎没有损失的引导进入相应的第二子体积压缩。因为有一个共同压力壳体，总子体积不能改变。在第一子体积中的废气的膨胀从而直接和完全的引导第二子体积中的新鲜气体的相应压缩。将分离单元置于偏置力以确保在无压力状态下，用于接收废气的第一子体积，可以保持在最低限度，理想情况下几乎为零，在这样一种方式，至少在排气增压泵中的死体积可以保持特别低。

排气增压泵的分离装置可以配置在不同的变化结构中，同时遵守规定的约束条件。例如，分离单元可以将其配置为波纹管或在压力壳体中引导的活塞，在每种情况下都可以为弹簧元件提供偏置和恢复。在这些变化中，作为一个波纹管的配置与活塞相比具有优势，在子体积间的泄漏和气体侧溢可以可靠地防止。然而，考虑到一个特别简单和坚固的配置，一个特别有利的配置是将排气增压泵配置为一个膜泵。在这种情况下，分离单元形成膜泵的膜。

本发明所取得的优势特别是：因为从气缸流出的废气进入排气增压泵作为主要介质或驱动介质，在排气增压泵中将其限制在排气循环的第一阶段，因为随后提供剩余的废气和废气至少部分在排气增压泵的主级侧解压，对于排气系统，广泛和可靠的利用废气焓的压力梯度以提高内燃机的效率或功率成为可能。在第二循环阶段开始，快速解压使低气体交换损失成为可能，与抽气发动机相似。由于低复杂度的设备并且高可靠性，因而是可能的。

进一步，根据所述设计配置的内燃机具有以下优点：

-例如在单缸发动机中出现的不连续的废气焓流动可以在冷气流中可靠地被转换成压缩功。

-设计也特别适合于小型发动机(例如具有气缸容积≤250cc)和相应的低排气流。

-可以实现非常好的动态行为，特别是包括在部分负载范围(例如，用于车辆的发动机)。

-冷气流的转化率与改动机转速基本成比例。

-废气和新鲜气体的密封分离是可能的。

-只有相对较低的废气背压产生。

-只有产生低的内部功率损耗。

-由于结构简单，控制系统简单，可对其本身进行配置，系统成本较低。

-连接到现有的发动机设计是可能的。

-可实现良好的声学性能。

-本设计适用于汽油和柴油发动机，也适用于四周期或2周期运行方法的内燃机。

以这种方式配置的内燃机，特别可配置为一个气缸容量低的单缸内燃机，可以实现高效率。这种类型的发动机可以在世界范围大规模生产，通常配置为自然吸气四冲程汽油发动机，例如两轮车(50-250cc汽缸容量)，用于发电机的工业发动机(包括柴油发动机)、水泵等以及(小)区域加热站。在汽车发动机中，排气增压泵也可作为唯一的增压装置，或作为一个串联增压器的两级压缩机。在这种情况下，排气增压泵有利地形成第一阶段，在此，下游涡轮增压器不但位于涡轮侧而且位于压缩机侧。

本发明所取得的优点，还包括：针对含在排气压力波中的焓的利用，特别是排气压力波通过脉冲开关传输给排气增压泵的主级侧，可以实现一个额外的气体流的压缩并可实现利用脉冲提高效率和/或功率。特别是，它是可以采用排气增压泵将含在不连续的气体压力脉冲中的动能直接或间接转换为机械可用的能量，以提高效率。特别是在这种方式中，例如发生在内燃机的排气系统的脉冲的废气流动可以利用，或源自蒸汽过程、蒸汽发生器单元、发生在一般的热力发动机的蒸汽流动可以利用。

附图说明

参照图，本发明的实施例中描述的更详细，其中：

图1图示显示了内燃机；

图2a-2e各自是图1的内燃机的脉冲开关的纵切面图；

图3-5每个示意性显示另一种实施方式的内燃机；

图6示意性显示了二冲程内燃机；

图7是一个排气增压泵的横截面图；

图8–10中的每一幅图是一个排气增压泵的另一种实施方式的图，和

图11-19是图6所示图的横断面详图的每一个细节，显示不同的实施方式。

图中相同的部件采用相同的序号表示。

具体实施方式

图1示意性的示出的内燃机1被配置用于四循环方法。它包含多个气缸2，在图1中仅示出其中之一，每个气缸中的工作活塞4被导向。工作活塞4通过活塞杆6作用于曲轴8。根据内燃机1的配置和构造，多个或全部气缸2的工作活塞或活塞4作用于一个共同的曲轴8上。

位于气缸2的燃烧室10以传统的方式，在气缸2的一个工作循环中点燃压缩燃料空气混合物。相对于此，可替代的安装在气缸2中的工作活塞4运行一个工作冲程，驱动曲轴8提供动力。完成工作冲程后，即在气缸2中燃烧的工作气体燃烧膨胀后并且到达下止点(BDC)前不久，在所述的气缸的一个排气循环期间，将燃烧后的工作气体送到一个排气系统12作为废气，该排气系统12连接到气缸2的出口侧。

为运行气缸2所需的气体交换，燃烧室10的进气口端连接在进气系统14和出口端连接到排气系统12。为控制燃烧室10的气体交换，一方面燃烧室10可以通过进口阀系统16与进气系统14阻断，在图1所示的实施方式中进口阀系统16采用进气阀18，另一方面，燃烧室10可以与排气管20阻断，所述的排气管20通过排气阀系统22连接到排气系统12，所述的一个排气阀系统22在图1所示的实施方式中为排气阀24。

内燃机1选择性地配置为功率系数特别高和/或效率特别高，以此降低燃油消耗。为此，在气缸2的排气循环期间从热废气中回收至少部分还没被利用的废气热量，以便将它转换成机械传动动力和/或增加新鲜气体空气密度以增压，从而增加效率。这可以通过在排气循环期间尽可能的回收从燃烧室10流出的废气压流的脉冲和/或能量并输送给流入燃烧室10的新鲜气体增压来实现。

为做到这一点，设置排气管20支路。为此，在排气管20上连接有一个设置在排气阀系统22的进口侧的脉冲开关26，并且出口侧的一路通过支路28与排气增压泵30的主级侧相连，同时出口侧的另一路通过排气管线32与排气系统12相连通。燃烧室10的出口侧通过排气阀系统22以及脉冲开关26连接到排气系统12和排气增压泵30的主级侧。

这个设置的结果，如图1中的实施例所示，从排气增压泵30回收的废气中的焓用于给输入排气增压泵30次级侧的冷气流加压及增压，特别用于新鲜气体流供给燃烧室10的实施方式中。因此，在图1的实施方式中，排气增压泵30的次级侧连接到新鲜气体管线36上，通过中冷器38，排气增压泵30的出口侧通过进气阀系统16阻断的方式连接到气缸2的燃烧室10。

在图1的具体实施方式中，图示的内燃机2的气缸1是工作活塞4位于下止点(BDC)和气缸2的出气循环正开始。排气阀24已经开始打开。当排气阀24打开时，在剩余压力下的废气从气缸2燃烧室10排出到出口管或排气管20。由于气缸2中的废气的剩余压力通常是在2-8bar之间，在压力出口管中还有平均约1.1-1.6bar的废气背压，做为超临界压力比的结果，废气以声速流过排气阀24。因为废气温度高，事实上在350至1150℃之间，废气的声速达到1000m/s。排气压力流的脉冲(p＝m·v)相应的提高，利用所述的排气压力流的脉冲以提高本系统的效率和/或做功动力。

根据发动机转速和发动机气门驱动的配置，高能主排气压力流的转送时间是大约10-50曲轴度。排气压力流流过脉冲开关26，该脉冲开关26有利地形成一个管分支点。所述的脉冲开关26有一个进口侧连接到排气阀系统22并且出口侧连接到排气增压泵30的主管40，在此连接一个废气管42分支，废气管42的出口端与排气管线32相连通，再连接到排气系统12。主管40从而通向引导废气进入排气增压泵30的支路28，而废气管42通向排气系统12，废气经由排气系统12排入周围空气。

当排气阀24打开时，脉冲开关26引导废气脉冲尽可能完全的流入支路28，以这样一种方式，在排气循环的第一个循环阶段，流出气缸2的排气压力波的脉冲尽可能完全或至少部分进入排气增压泵30的主级侧。在此阶段，废气流出进入废气管42中导致脉冲损失，应该很大程度被阻止了。由于至少部分废气直接到达排气增压泵30，因此可以提供从排气压力流传输到排气增压泵30的主级侧所需的脉冲。然而，尤为优选间接脉冲传输，流出气缸2的排气压力流部分或尽可能完全传输脉冲气体到位于支路28的气体柱，进而传递到排气增压泵30。

在排气增压泵30中，(直接或间接引入)废气流的脉冲到达用作主级侧和次级侧之间的分离单元44的弹性中间壁44，由脉冲传播产生变形。弹性中间壁44的移动质量最好与加速废气柱的质量相当，以便在脉冲传输(m_gas·v_gas＝m_wall·v_wall).期间传输尽可能多的动能到弹性中间壁44。存在于排气增压泵30主级侧的气体然后膨胀在排气增压泵30的增加的主气体体积46。同时，弹性中间壁44的相对侧，在排气增压泵30中的新鲜气体压缩在连接到新鲜气体管线36的减少的二次或新鲜气体体积48。因此，在排气增压泵30中，在主级侧转化进入膨胀功的废气焓转化为进入次级侧的新鲜气体管线的新鲜气体的压缩能量。为此，排气增压泵30必须配置适当，例如作为一个隔膜泵等。然而，排气增压泵30作为有一个弹性中间壁44作为膜的隔膜泵的配置应该是特别优选的并且可以认为是独立发明的，并在本实施例中予以提供。在所述的泵中，废气通过膜变形被解压缩，通过气密方式将废气和新鲜气体两个体积彼此分开。在无压力状态，排气增压泵30的排气端或主级侧的废气体积最小，并相应地新鲜气体一侧量最大。极低质量的膜可以使得排气增压泵30的体积非常快速变化以及在很小的曲轴度废气快速解压，这样第一个排气循环的第一循环阶段可以保持相应的短，所述的一个排气循环的第一循环阶段是将转化为主级侧的膨胀功的废气焓转化为进入新鲜气体管线36的新鲜气体的压缩能量。

紧随其后是排气循环的第二循环阶段，在此过程中废气进入排气系统12。弹性中间壁44变形后，通过回复力回到初始位置，并取代位于支路28中的废气或气体柱通过支路28返回脉冲开关26。在第二循环阶段中废气到达废气管42而绕过排气增压泵30(即没有流经排气增压泵)。同样，活塞4移动使得仍然在气缸2中的废气通过排气管20和脉冲开关26进入废气管42。相比之下，在压缩期间，新鲜气体被排出排气增压泵30，通过止回阀进入配置为压力存储管线的新鲜气体管线36，新鲜气体停留在新鲜气体管线36中直到进气阀18和一个可选设置的额外阀50被打开。新鲜气体管线36可因此被认为是一个缓冲区，排气增压泵30中的压缩后新鲜的气体进入该缓冲区并储备用于提供给气缸2的燃烧室10。

在脉冲开关26和排气增压泵30之间的支路28旨在从排气压力流中吸引尽可能少的脉冲，将特别高的脉冲传输到排气增压泵的主级侧，导致较低的流动损失。因此，曲线尽可能避免在这条管线部分，或如果存在形成高曲率半径(最好是r≥3倍管道直径)。支路28的流动横截面优选的至少与出口管一样大，否则对于低压损失甚至可能达到大于100％。在进入排气增压泵30前，支路28可以在区域内连续收缩，以便进一步提高气体速度和接下来的流入气体的脉冲。

内燃机1可以以这样一种方式配置，在排气循环的第一阶段流出气缸2的废气流直接到达排气增压泵30的主气体体积46。特别优选地，然而，排气增压泵30从带着热气的组件中的热解耦，其中，在排气循环的第一阶段配置间接脉冲传输系统，流出气缸2的排气压力流的脉冲全部或部分传播到已经位于排气增压泵30的主气体体积46的减震垫，以便可以随后再解压提供做功动力。支路28和废气或排气增压泵30的主气体体积46因此并没有流过废气，而是仅仅有替代流。流入脉冲开关26下游的这条支路部分的气体质量然后再次流回到同一条路径上。在支路28中，在每次脉冲传输到排气增压泵30后，或多或少存在有静态气体柱，静态气体柱的压强是排气系统的排气背压(1.1--1.6bar)并且由于连续管壁周围散热，温度远低于打开排气阀24时的废气温度。当打开排气阀24时，如果排气压力流碰到支路28中的气体柱，首先取代较低温度的气体进入排气增压泵30并且随后在很小程度上，来自直接燃烧循环的废气做另外的流动。

优选的，为此，考虑到排气增压泵30的压缩压力，选择支路28的体积至少足够大以能够对应于排气增压泵30的膨胀或者主气体体积46。对于预先确定的管线截面，为设置所需的体积，分支线的长度优选地适当选择。由于选择合适的体积，很大程度上相同的废气柱反复来回在排气增压泵30和支路28之间替代。这使得将排气增压泵30从发动机的高温废气中热解耦出来成为可能，从而大大减少对组元的热负荷。此外，从废气侧到新鲜气体侧的排气增压泵30中的热量传输从而可以大大减少。例如，假设在排气增压泵30中相同的发动机冲程体积和膨胀体积废气(并且考虑到)，在排气增压泵30的压缩压力为1.5bar，支路28是至少1倍的发动机的冲程体积，尤其优选的是至少1.35倍的发动机的冲程体积，以这样一种方式，对于一个已存在的气体缓冲垫，预存的气体量仅取代从支路28进入排气增压泵30的主气体体积46。

相反，当排气增压泵30中压缩压力为2bar时，对于支路28特别优选1.64倍发动机冲程体积。取决于发动机冲程体积和膨胀体积的比率以及排气增压泵30的压缩压力，特别优选支路28的最小的体积为发动机冲程体积的一至两倍，所以，到目前为止尽可能在压缩冲击期间，不允许任何热废气物质直接进入排气增压泵30。

然而，为有利于热绝缘，支路28的最小体积降低了由于管道摩擦损失(下降速度)和与这有关的脉冲压力流(I＝mv)导致的动力废气能量(Ekin＝1/2mv²)，由于流动力学的原因，支路28的长度或者体积最好不要大于用于排气增压泵30热解耦所必需的尺寸。然而，在某些情况下通过该支路的体积或者长度的进一步增加可能临时增加支路28中的气体量，以便将多数加速气体柱的值与移动分隔壁更接近在一起。在另一个优选的配置中，支路28可以直接或间接冷却，以便进一步减少剩余的气体柱的温度。冷却可以采用空气冷却或液体冷却以散热，对流冷却或强迫循环流动。

热解耦的排气增压泵30的一个特殊的优点是，它可以部分甚至完全采用塑料材料制造。因此可以提供高的弹性，同时可以保持很低的制造成本。热塑性塑料可以通过注塑成型低成本生产，具有重量轻及良好的声学性能，特别优选用于外壳部件。弹性中间壁44也优选由塑料材料(热塑性塑料，热固性塑料；橡胶等)制造，采用抗撕裂的纤维材料，有利于强化。优选的纤维至少双向铺设一次。

由于排气压力波在排气增压泵30的弹性中间壁44中至少部分被反射，排气压力波向弹性中间壁发送的不仅是简单脉冲。

在功能方面，脉冲开关26优选形成一个管道分支点，并具有特定的优势在于它没有移动部件，因此可以被制成特别耐用和维修率低。它基本上配置为尽可能少损失或低损失传送废气脉冲到达支路28的入口端和可选择地位于其中的气体缓冲垫。可以从图2a～2e的实施例看出，为此，脉冲开关26可以形成为管分支点以T、Y型管或喷射泵的形式存在，其中主管40(特点是以箭头60所示的废气脉冲主流动方向)连接废气流入区域62，以尽量直路(如图2a–2d所示)或稍微弯曲的方式(如图2e所示)废气流入区域62连接到排气阀系统22、支路28以及排气增压泵30。沿箭头64所示方向，在排气循环的第二阶段废气通过与主管40叉开的废气管42流入排气系统12。气管路径优选地以这样一种方式配置，以使在脉冲开关26区域中到达的废气脉冲损耗保持特别低。

排气压力波从发动机的出口管进入脉冲开关26，特别优选的以尽可能少的能量损失通过脉冲开关26到达排气增压泵30。根据伯努利方程((p+1/2ρv²＝const.(常数))，这意味着在主管道40中在脉冲开关26中停滞的压力，在废气管42方向最好等于在废气管42中的静压。优选的，此配置通过主管40中的一个无流动截面的变动的直流通道来基本实现。连接排气系统12的废气管42优选地横向连接到脉冲开关26。同时如图2b所示，废气管42的开口垂直进入脉冲开关26，倾斜设置(如图2a向后倾斜或如图2c向前倾斜)也是可能的。相比之下，图2d显示围绕主管40的废气管42以一个环形管66的形式设置。这种结构类似于一个喷射泵。

图2e显示了具有弯曲的主管道40的脉冲开关26的实施例。在这种结构下，在一个优选的配置中，废气管42的管口在主管道40的弯曲部分，由于气体的速度在该区域内的管壁是最低的并且排气压力波的脉冲方向很大程度上呈切线指向废气管42管口。原则上，为在脉冲开关26导流，可以附加导流板或屏，以减少直接流动的排气压力波进入废气管42，以促进废气管42中滞止压力和静态压力之间的平衡。

为保持排气压力波的管路损耗尽可能低，脉冲开关26优选设置在尽量靠近发动机的排气管或排气阀24。特别优选地，将脉冲开关26设置在该内燃机的气缸盖的出口管中，特别是作为一个排气系统的第一元件，甚至以一个集成配置的方式直接设置在气缸盖上。

在另一实施例中，一个单一的气缸2设置有单个脉冲开关26和相应的一个单独的排气增压泵30。在另一种实施方式中，多个气缸2或其出口管道可连接到一个共用的脉冲开关26，从而驱动由相应增加周期频率的多个气缸2共用的一个排气增压泵30，新鲜气体管线36连接到一个或多个气缸2的进气阀16。它也可能有多个气缸2，并且每个气缸2各自连接一个脉冲开关26，在进入排气增压泵30前不久将各自的支路28结合，以共用一个排气增压泵30。

新鲜气体管线36，设置为压力存储管线，通过存储容量对新鲜的气体流入(吸气阶段)气缸的压力上升有一个相当大的影响。与气缸2的冲程体积有关，大存储量的结果是导致一个较小但基本恒定的扫气压力以及具有低活塞做功和高的充气量。相反，一个小的存储量，伴随着高压力，趋于增加活塞作功和较低的充气量。新鲜气体管线36的存储容量调整到发动机的负荷状态或是可变的有利于有效地利用废气能量，相对较小的存储容量，优选地用于部分负载，相对较大的存储容量，优选的用于满负荷。为使新鲜气体管线36的存储量相应的可变或可调，在一个优选的方式中，相应的调节元件，例如以适当的装置的方式，装配在新鲜气体线36中或者装配到新鲜气体线36上。

代替压缩气体的体积，排气增压泵30的弹性中间壁44也可通过机械耦合元件如推杆、活塞、曲柄驱动，等等直接驱动动力发生器(旋转或线性)，泵或类似的机器。

在图1的实施例中，新鲜气体管线36连接在排气增压泵30的次级侧，包括一个装有阀72的新鲜气体吸入管70，所述的阀72可以使新鲜气体进入排气增压泵30的次级侧，并防止反向流动。阀72可以配置为例如作为一个快门阀。在排气增压泵30的新鲜气体侧或次级侧，由排气增压泵30的膜压缩的气体被推出所述的泵30进入一个新鲜气体压力管道74，新鲜气体压力管道74作为新鲜气体管线36的进一步组成部分。为防止压缩后的新鲜气体回流至排气增压泵30，新鲜气体压力管道74同样装有一个阀76，它只会使气体从排气增压泵30流入新鲜气体压力管道74，但防止反向流动。阀72，76优选的可以采用自动调节止回阀(针阀)。

为在排气增压泵30的新鲜气体侧或次级侧达到特别高的压缩比，在一个特别优选的配置中，阀72，76尽可能接近排气增压泵30的压缩室，从而保持分别位于阀72，76和膜的压缩室之间的有害容积尽可能小。

在该实施方案中，新鲜气体压力管道74装有中冷器38，从而使压缩的新鲜气体冷却。另外，在新鲜气体侧的排气增压泵30一半壳体或新鲜气体压力管道74本身的管路路径优选配置为换热器(冷却器)。

一旦在排气增压泵30的主级侧的气体已经充分解压并且废气通过废气排放管42流出，排气增压泵30的膜通过复位弹簧移动至静止位置，剩余的气体被强制排出排气增压泵30的主体积46，新鲜气体同时通过新鲜气体吸气管70从排气增压泵30吸入到主体积46。排气增压泵30的运行周期现在可以重新开始。对于流量截面尺寸足够的阀门72，76和管道，新鲜的气体侧的输送速率约与排气增压泵30或发动机转速的工作频率成正比。在原则上，考虑到发动机气缸的点火顺序，假设在排气增压泵的扫气阶段没有叠开，一个排气增压泵30也可以使用多个发动机气缸驱动。

在图1的实施例中，由于脉冲开关26的操作方式，将内燃机1的排气循环自动分为2个循环阶段。然而，在另一个实施例中，这应该被视为独立的发明，以积极控制的方式，排气循环可分为2个循环阶段。该种变化的实施例如图3所示。

在图3中所示的另一种内燃机1’与图1中的大部分组件相同，但在主管40和废气管42之间的分支点区域中有一个阻断阀80取代脉冲开关26。

在图3的实施例中，该发动机1’的气缸2同样显示在工作活塞4处于下止点(BDC)和气缸2的排气循环的开始时刻。排气阀24打开，废气流入排气管20，从此处分支，其中一路通往阻断阀80并且另一路通往排气增压泵30。在打开排气阀24后不久，阻断阀80开启以关闭通向排气系统12的排气管线32或者排气消声器，排气系统12的排气管线32或者排气消声器释放出的废气进入空气。在这段时间，即排气循环的第一阶段，其中排气阀24打开和阻断阀80关闭，热废气流完全通过支路28进入排气增压泵30，在这里解压以提供动力。

在排气增压泵30中，将废气的膨胀功转化为在新鲜气体管线36中的新鲜气体的压缩能。排气增压泵30可适当配置用于此目的，例如隔膜泵等。然而，排气增压泵30作为隔膜泵的配置应视为特别有利的和独立的发明，并在实施例中提供。其中，废气通过一种膜的变形而膨胀，所述的膜以气密的方式将废气和新鲜气体两种容量彼此分离。在无压状态下，排气增压泵30的废气侧或主级侧的体积最小，而新鲜气体侧的体积则是相应的最大值。极低质量的膜使得排气增压泵30的体积可以快速改变以及相应的在很小的曲轴度内废气能够快速解压，以这样一种方式使排气循环的第一循环阶段可以保持相对短。

接下来是一个时间延迟的方式，由排气循环的第二阶段，在排气阀24打开后约20-60曲轴度，其中废气仍位于排气增压泵30的主级侧并且现在在其内解压，废气和气缸2的燃烧室10内的剩余废气一起送回排气系统12。为此，在排气增压泵的主级侧废气解压后，按照循环，阻断阀80打开，在这样一种方式中，不但排气增压泵30的主级侧而且燃烧室10连接到气体侧的排气系统上。由于配置为膜泵的排气增压泵30的快速反应，对于目前传统内燃机气门正时，排气循环的第二阶段的开始可以发生较早，以这样一种方式，即使在发动机活塞下止点(BDC)之前的区域，阻断阀80已准备打开排气管线26，所述的排气管线26连接到消音器26或排气系统12，并且气缸2中的排气残余气压缸可迅速解压。

对于这两种图示的变化，由排气增压泵30解压的新鲜气体现在位于新鲜气体压力管道74中，这样可以用于提高效率，特别是在各种特别优选的应用中。下面的例子是由图1所示的特别优选的变化所描述的，但在图3中所示的每种变化中也当然可能实现。

1.一种正扫气梯度的方法(减少消耗)

按照图1、3所示的实施例，流出排气增压泵30的已压缩新鲜气体通过新鲜气体压力管道74进入发动机的进气阀18。中冷器38可选择的设置。气体在排气增压泵30压缩后，即在排气循环的第一循环阶段后，压缩后的新鲜气体暂时停留在新鲜气体压力管道74，包括中冷器38中，在工作活塞4的上止点区域中超过约180度的曲轴度，直到在上止点(TDC)产生负荷变化，进气阀18打开。在这一阶段中，新鲜的气体压力管道74用作压缩的新鲜气体的缓冲器。当进气阀18打开，新鲜气体最初在压缩压力下进入气缸2的燃烧室10，在燃烧室内新鲜气体随着工作缸4下降到下止点BDC解压，在此过程中同时伴随着新鲜气体的冷却(膨胀冷却)。基于设计的正扫气梯度结果，在气缸充气过程中提供了显著的正动力，与传统的吸气发动机中在吸气冲程中提供负吸力不同。如果排气增压泵30的新鲜气体的输送速度与吸气发动机的吸气力的吸气容量一样大，那么在燃烧空气的供给水平上没有增加，这意味着配置为吸气发动机，发动机的功率保持不变。

在一个特别优选的配置中，可用的废气焓量、发动机的冲程体积与排气增压泵30的输送量比以及包括可选的中冷器38在内的新鲜气体压力管道74的存储量相互分别单独调整。作为一种趋势，对于高的废气焓供给(例如低压缩发动机)，大传输冲程容量的排气增压泵30可以结合相对较小存储量的新鲜气体压力管线74，这意味着废气中相应的大量排焓未转换为增加空气效率，而是增加了新鲜气体压力管道74的压缩端压力。在这种情况下(恒定的空气效率，相对较高的压缩压力)，排气增压泵30的操作更接近泵的限制。因此，在新鲜气体压力管道74中新鲜气体的存储量减少将是有利的，特别是在内燃机1处于部分负荷运转的情况下，因为在该负载范围内至少汽油发动机几乎完全使用空气量控制操作。一个变化的存储量可以通过多个管线部分实现，各个管线可以单独通断，或通过移动设备改变管线组件的容量(例如可移动的活塞缸单元)实现。

在汽油发动机的部分负荷运行风量减少，无效率降低节流排气增压泵的新鲜空气供给，也可以由过早结束的新鲜空气供给到发动机的吸气冲程中实现(米勒法)。具有可变进气阀、空气循环阀等阀门驱动装置可实现上述功能。

因为从根本上提高扫气压力的新鲜气体在下止点(TDC)的负载变化(TDCLC)，依据所需的时间截面与排气增压泵30操作相比，发动机的气门叠开阶段可能大大减少。总之，废气不理想的返回位移(负扫气梯度)到发动机进口区域可被防止或大大减少。

2.正扫气梯度和增压(减少消耗和增加功率)的方法。

根据系统结构和操作模式，这种方法基本上与上述描述的方法是相同的(正扫气梯度)，但在一个独立的创造性配置中使用的排气增压泵30与内燃机1的吸气能力相比具有较大的新鲜气体输送量。排气增压泵30更高的空气效率，使得发动机中具有较高的新鲜气体供应量，由于在吸气循环的终点的下止点(BDC)的区域，在新鲜气体压力管道74中仍有超压并伴随着充量密度的增加。以及在吸气冲程中正扫气梯度作为一个整体，这表明正活塞作功，增加转矩或功率也因此带来充量密度的增加。如果现在是将发动机的功率保持不变，这种方法可以与降低发动机缸容量(缩小外部尺寸)结合，这意味着降低壁热损失、摩擦和重量以减少消耗。

3.专用增压方法(增加转矩和功率)。

在图4所示的内燃机1”的另一独立发明的实施例中，排气增压泵30专门用于充气(增加新鲜气体充气密度)。与上面所描述的替代实施例的主要区别在于内燃机1”的新鲜气体供应结构的设置。在这种情况下，新鲜气体压力管道74管口进入实际的发动机进气管81，发动机进气管81通过进气阀18以间歇阻断的方式依次在排气侧打开，并且发动机进气管81的进气侧还额外连接到周围空气供应82(空气过滤器)，如同常规的吸气发动机。在发动机进气管81中，设置一个阀84，可以是止回阀，只允许气体流进入气缸2，但不能反向流动，沿着气体流入方向，阀84设置在新鲜气体压力管道74管口位置的上游，特别优选的尽可能接近进气阀18。阀84优选的采用自动调节止回阀(针阀)。

新鲜气体压力管道74通过可控的新鲜气体阀86连接到发动机进气管81，新鲜气体阀86专用于释放压缩空气，所述的压缩空气从排气增压泵30进入阀84下游的导管部88。因此，导管部88用作流出排气增压泵30的压缩空气的缓冲装置。新鲜气体阀86特别优选的位置是尽可能接近进气阀18。

在排气增压泵30中的负载变化以在上述方法中所描述的方法完成。由于新鲜气体阀86保持关闭，靠近发动机的上止点(TDC)压缩后的新鲜气体进入新鲜气体压力管道74缓冲。在上止点的负载变化(TDCLC)后开始发动机的吸气阶段，如同常规吸气发动机，通过阀84和发动机进气管81将周围空气吸入气缸2的燃烧室10，直到在下止点的负载变化(BDCLC)区域不再有任何明显的来自周围的空气流量。此时，新鲜气体阀86打开，来自新鲜气体压力管道74的压缩空气进入阀84出口的导管部88。随着压力的上升，止回阀84关闭，并且压缩空气完全流入气缸2，直到导管部88和新鲜气体压力管道74达到压力平衡或关闭进气阀18防止任何进一步的流动。

在一个有利的设置中，阀84下游的导管部88体积保持比较小，特别优选的最好在约10-20％的发动机冲程容积，如在上止点的负载变化(TDCLC)期间一个充足的扫气容积下，以便进气端在充气阶段有尽可能小的压力下降。当入口被关闭时，位于进气管区域内所储存的空气缓冲垫的压力在下一个扫气过程中由于低的存储量迅速下降，因此，仅需要很小的正压活塞功。

当进气阀18关闭时，新鲜气体阀86关闭，并且保持关闭直到接下来的吸气阶段结束。

新鲜气体阀86依次较早地打开进入发动机的吸气阶段，这使得它可以由独有的增压过渡到正扫气梯度和增压的(减少消耗和增加功率)的方法。在一个特别有利的配置，新鲜气体阀86的打开和关闭时间可以可变设置。以这种方式，涉及空气量的负荷控制以一个特别简单的方式和高效率方式提供。

由于几乎没有任何活塞运动接近下止点的负载变化(BDCLC)，气缸内压力上升，也不提供或吸收任何显著的活塞工作。

作为一个原则，在导管部88的新鲜气体保持在压力水平，该压力水平出现在在入口关闭期间的前述吸气阶段结束时。特别是在高负荷时，相当大的超压发生在这里，并在随后的上止点的负载变化(TCDLC)期间气门重叠，使有效残余气体扫气成为可能，从而积极的影响发动机功率。

此增压方法利用在排气增压泵30中转换的废气焓，在尽可能的范围内增加充量密度(增加功率)，因此适用于特定的发动机，其结构或物理上的原因不能通过增加汽缸容量或转速来提高功率。

因为只有部分发动机所需的新鲜空气量是由排气增压泵30压缩，因此设置排气增压泵30以及类似为增压空气冷却的组件的尺寸小于用于内燃机1整个空气通过量。较小的组件的尺寸和相应减少的组件重量变得特别有利，特别是在重量优化和空间优化的车辆发动机中，或者甚至飞机发动机中。用于一个预先设置吸气冲程的专用增压或促进增压的方法最好是发生在有360°点火间隔的二缸四冲程发动机上。这种类型的发动机可选择性地使用共用的排气增压泵30或为各缸指定一台排气增压泵30。排气增压泵30的新鲜气体管线36连接到两个气缸。在膨胀气缸下止点(BDC)区域的排气增压泵30的每个压缩行程，相邻气缸完成吸气冲程到结束。正是在这个时间间隔内，将新鲜的气体由排气增压泵30推到新鲜气体管线36中，并将其通过依旧打开的相邻气缸的进气阀无延迟的置换进气缸，所述的相邻气缸作为促进增压。此方法是在气缸的交替中每360°曲轴度完成。如果使用了两个排气增压泵30，换言之每一个气缸使用一个排气增压泵，理想的促进增压效果的新鲜气体管线36被各自导引到相邻的气缸，以便在操作循环中考虑相位差。

4.一种驱动单独的膨胀机的方法

在另一种特别优选的实施例中，如图5所示，在排气增压泵30中获得的废气焓被用来驱动一个单独的膨胀机90。因此，在这个独立发明的变化结构中，在焓侧排气增压泵30中增压的新鲜气体在膨胀机90中解压以提供动力。图5是另一种内燃机1”的示意图显示了由排气增压泵30产生的压缩后新鲜气体如何不供给内燃机1”’，而是在单独的膨胀机90(例如压缩空气发动机)中解压，并且转换为机械功。例如，膨胀机90可以配置为一个叶片发动机，其通过耦合到内燃机1”’的发动机轴(曲轴8、凸轮轴等)的方式，直接将其动力供给内燃机1”’。

这个系统在调节方面是非常简单，由于压缩后的新鲜气体通过排气加压泵30直接进入膨胀机90且不需要计量。在大多数情况下，压缩后的新鲜气体的冷却可以省略，并且新鲜气体压力管线92的长度起着次要的作用。特别是在部分负荷发动机运行中，在排气加压泵30中转换的废气焓可以以非节流新鲜气体流量形式通过膨胀机90。

在上面的例子中，对排气增压泵30中的废气焓利用的功能通过混入四冲程发动机来解释。然而，排气增压泵30也可在槽控制内燃机运行，例如槽控制的二冲程发动机，转子发动机或旋转盘发动机。在这些情况下，没有进气阀或排气阀18，24，并且进气阀系统16和排气阀系统22的功能是模仿相应设置的在气缸套的控制槽。一个体现这种变化的本发明的实施例如图6所示的内燃机1””所示，内燃机1””配置为一个二冲程发动机。

在本实施例中，出口导管94打开作为工作活塞4向下移动的结果，所述的出口导管94通过在排气侧的脉冲开关26连接到排气增压泵30的主级侧。随着工作活塞4下降，因此，为在排气循环的第一循环阶段至少部分解压，废气被输送至排气增压泵30的主级侧。随着工作活塞4继续下降，随后，在第二阶段，即在相应的脉冲传输后，在排气增压泵30主级侧的废气进一步解压并通过排气系统12排出。

在该实施例中，在将新鲜气体送入气缸2并扫去剩余气体时，来自排气增压泵30的压缩新鲜气体通过新鲜气体压力管道74到达溢流管96。排气增压泵30因此可以替代传统曲轴箱充气泵并可使用循环油润滑曲轴驱动或额外配置以支持现有的曲轴箱充气泵工作。特别的，排气增压泵30的扫气以及曲轴箱充气泵的扫气可发生在瞬时连续或是在气缸通过单独溢流管时的相位偏移。这使得在气缸内的诸如层充气变为可能，以便防止扫气燃料损失。为此在扫气阶段开始时，专用的无燃料新鲜气体从排气增压泵30流向并置换气缸内的剩余气体，直至扫气阶段的晚些时候，导引无燃料混合气体的溢流管从曲轴箱泵进入气缸开口。这种“保留空气”的方法在扫气(碳氢化合物排放)阶段减少了燃料损耗且可通过使用经济的化油器技术在发动机中形成混合物。不考虑转速，排气增压泵30也在笨重的共振排气系统或是传统的二冲程发动机中发挥作用，它支撑负载变化，而无须转速依赖的共振效果。

在一个优选的配置中，排气增压泵30的主级侧的膨胀容积是内燃机1的气缸冲程体积的30至300％之间。低百分比优选的与来自排气增压泵30的排气管的上游有低的排气压力(2-3bar)的内燃机或低的空气效率(通过促进增压来增压)有关。相比之下，排气增压泵30的大膨胀容积优选的可以有效地与高的排气压力(7-8bar)结合起来。相应的在排气增压泵30中提供的高空气效率可以有利地通过具有增压的正清除梯度或者通过一个单独的膨胀机的方式利用。

本结构具有独立的创造性，排气增压泵30在图7的横截面图中更详细地描述。原则上，排气增压泵30可以配置为隔膜泵或相应配置多部分的弹性变形分离单元；然而，在图7的结构中，特别优先考虑，设置为膜泵。

排气增压泵30包括压力壳体100，内部容积102通过膜106形成弹性变形分离单元或中间壁44，内部容积102分成多个子体积在气体侧相互分离(图中显示两个子体积108、110)。

膜106位于主气体侧(主级侧)上的壳盖112和新鲜气体侧上的(次级侧)壳盖114之间，两者共同构成压力壳体100，膜106作为弹性变形的中间壁44。膜106以气密的方式分成两个子体积108、110(主级侧和次级侧)，两个子体积108、110在膜106和两个壳盖112、114弯曲的内壁116，118之间延伸。第一子体积108形成泵的主级侧，因而废气脉冲被引入排气增压泵30的主体积46，从而驱动泵。如果将废气直接引入主体积46，则在相应的高温下，相应地所述的主级侧对应于被直接提供废气的膜泵的热端。然而，在目前的情况下，气体脉冲最好通过一个上游的气体缓冲非直接引入到做为主体积46的第一子体积108，而没有热废气直接流入，采取这样一种方式就不需要一个热端。相比之下，第二子体积110为新鲜气体的焓将被转移的气室，从而形成了泵的次级侧。

可以在壳盖112、114之间设置一个额外的径向圆周密封120。膜106可以通过施加压力或者施加垂直力在弹性变形下弯曲。两个壳盖112、114的内壁116、118形成膜106在每个方向的最大允许挠度的界面。该膜106提供了一个同等的，但相反的主级侧和次级侧的子体积108，110的体积变化，所述的体积变化在最大挠度之间。

面对膜106的轮廓的内部的内壁116，118被认为是特别有利的和独立的发明，内壁116，118是壳盖112、114的内壁，该内壁以如下的方式设置，以一个平面的方式，内壁116，118是膜106在每个最大弯曲状态的接触面，在这样一种方式中，在每一个状态中，膜106在很大程度上是支持在几乎整个区域。如图7所示，根据膜的轮廓，膜106可以在位置变化期间或者在弯曲变化期间沿着所述的内壁116或118运动。以这样的方式，对材料特别平缓的操作是可能的。膜106滚动移动到所述的壳盖112、114的内壁116，118引起膜106的连续减速，直至静止，而非突然、硬停止在最后的位置，这是特别有利于相关组件的使用寿命。

一个作用于膜106的机械偏置力，在无压力的状态，连接到内燃机的排气系统的子体积108由于膜106的变形有最小值。在这种状态下，对应于图7，膜从而在很大程度上是与在主气体侧上的壳盖112的内壁116接触，为此，内壁116采用适当的轮廓并且适于膜106的运动。为提供所述偏置力，在图7的实施例中提供了一个弹簧122(根据需要可提供若干个弹簧)。这使膜106从无张力向无压力状态下的壳盖112的内壁116偏移。设定弹簧122的偏置力大于最大弯曲的膜106的恢复力，在这样一种方式，在没有应用气体压力的情况下，膜106被完全设置偏转在壳盖112的内壁116上。弹簧122一端支撑在次级侧的壳盖114上并且另一端通过一个弹簧板124刚性地连接到膜106上。

至少一个排气管126，通过该排气管126用于脉冲传输的废气或气体柱可以流入和排出形成排气增压泵30的主体积46的子体积108，所述的子体积108设置在主级侧上的壳盖112内。排气管126优选的设置在壳盖112的中间，以实现在膜106中旋转对称的热负荷和压力传播。为防止热废气在膜106上的任何正面流动通过排气管126并且降低在膜中心的局部热负荷，在一个优选的设置中，流入的排气经热屏130径向偏转进入打开的主级侧的子体积108。热屏130最好设置在膜106中间。热屏优选的连接到弹簧板124和膜106上。为低热量传输的目的，面对膜106的热屏130的接触面仅部分设置在膜106上。

至少一个新鲜气体吸气管70和至少一个新鲜气体压力管道74通向形成排气加压泵30的次级侧的第二子体积110，相应地通过壳盖114划定所述的子体积。新鲜气体吸气管70和新鲜气体压力管道74分别装有止回阀(针阀)132，134，以这样的方式，一个气体流动可以完全在新鲜气体吸气管70进入排气增压泵30的次级侧的第二子体积110，并可以完全在次级侧的第二子体积110流出在新鲜气体压力管道74。对于次级侧的高压缩比，该止回阀132、134优选地尽可能近的连接在壳盖114的内壁118上，以便当膜106偏转到内壁118时，保持在膜106和止回阀132、134之间的剩余体积(有害体积)尽可能的小。在一个有利的配置中，在壳盖114中的新鲜气体吸气管70管口的设置方式为：随着流入排气增压泵30，新鲜气体流动在膜的最热表面部分(换句话说，通常对着排气管126)冲击膜106。以这种方式，所提供的新鲜气体可用于冷却膜106中的最强烈的热负载区域。有利地，特别是以限制从排气侧到新鲜气体侧的任何热流量，在壳盖112，114之间增设保温元件136，在本实施例中保温元件136是由具有低的热导率的周边镶嵌的材料实现并且位于壳体边缘和/或者以尽可能减少壳盖的相互接触面积的几何方式实现。

在静止状态，作为一个的偏置结果，膜106是最大限度地偏转到主级侧，主级侧的子体积108是最小。相比之下，在次级侧，相应的子体积110是最大限度地充满了新鲜气体。如果主级侧目前通过排气管126从内燃机在压力下(或气体缓冲)提供废气，膜106向次级侧移动，并促使存储在次级侧的子体积110中的新鲜气体在压力下通过止回阀134进入新鲜气体压力管道74，直到膜106与内壁118接触。如果在主级侧的气体压力随后解压(例如由于废气波驱回)，膜106通过弹簧122和最初存在的膜恢复力压回到内壁116。主级侧的气体完全喷出，同时次级侧通过新鲜气体吸气管70填充新鲜气体增加子体积110。存储在压缩弹簧122的能量随后用于排气增压泵30的负荷变化(排出废气，吸入新鲜气体)。

机械部件的负载可以保持相对较低，在这样一种方式中，一个系统的长的使用寿命可以通过简单的装置来实现。在一个优选的结构中，内壁116、118横截面为弯曲形状，该膜106在内壁116、118上滚动运动，当偏转时从外边缘滚动到膜中心从而不突然停止。在进一步有利的结构中，根据形状弯曲的路径适应于膜106的材料性能和几何性质，对膜106的机械负荷是尽可能均匀地分布在该区域并且不能超过膜材料的疲劳强度限制(取决于材料的温度)。

膜106和弹簧122最好完全弹性变形，没有滑动。排气增压泵30因此完全没有液体润滑(润滑)处理。

在变化的有利的方式中，内壁116、118和/或膜106的表面可用干燥润滑剂浸渍，如石墨或聚四氟乙烯(PTFE)等以便在和壳盖112、114的内壁116、118接触过程中取得更好的膜106滚动特性。

在图7的实施例中，排气增压泵30配有一个单片膜106。这可以是一个平面，弯曲，波纹或结构板的形式，但也作为一个多波纹组件，如波纹管。一个圆形的外轮廓是有利的，因为它可以采用良好和可靠的密封，但不是绝对必要的。

在另一个实施例中，也被认为是独立的发明，排气增压泵30可以是一个具有两层或多层膜的膜泵。另一种排气增压泵30’，30”的横截面分别如图8、9所示，在每一种情况下，两个膜140、142平行排列形成一个双层膜144。在每一个实施例中，两个膜140、142通过一个可选择的连接元件或间隔元件146刚性连接在一起，将压力壳体的内部容积102分为三个子体积108、110、148，以保持不变的方式在主级侧和次级侧具体分为子体积108、110，另外第三个子体积148位于其中。

因此，膜140的一侧密封主气体侧的子体积108，子体积108作为排气增压泵30’、30”的排气室或主级侧，并在相应的方式中，膜142密封二次气体侧的子体积110，子体积110作为排气增压泵30’、30”的新鲜气体室或二次气体侧。例如由弹簧122再次产生的偏置力压在膜142上，通过间隔元件146依次传递该运动到膜140，直到膜140已经达到了最大的弯曲，与壳盖112的内壁116接触。具有双膜的排气增压泵30’，30”的负载变化的功能与单一膜结构相同。在膜140，142之间的空间，即第三子体积148，充满了气体，优选空气，从而在膜140、142之间形成了一个非常良好的热绝缘，在这样一种方式中，作为从加载有废气的膜140的热输入的结果，在排气增压泵30’的新鲜气体侧的加热几乎被阻止。在图8的实施例中，形成包含有膜140、142的双层膜144，膜140、142在外部区域彼此接触，同时在图9的实施例中膜140、142的外部区域间隔开；膜140、142之间的距离由外周间隔元件149设置。

如图8、9所示，间隔元件146优选的居中设置在膜140、142之间，特别优选的与弹簧122同轴。然而，在膜140、142之间也可以有多个间隔元件。一个或者多个间隔元件146可以形成为垫圈或管状部分。优选的，在间隔元件146和膜140、142之间插入大直径弹性垫圈，以便减少接触压力并且以便在这一区域的弯曲过程中使膜140、142加固。对于非常小的膜间距，弹性垫圈甚至完全可能用作间隔元件146。间隔元件146最好固定不动保持在原位，例如可以铆接、螺纹或一般正固定在膜140，142上。

膜140、142的尺寸不一定是相同的，而是可以有不同的外部直径，包括相应的壳盖。通过这种几何变化，在一个特别优选的变化中，可以在排气增压泵30’，30”的主级侧和次级侧提供不同的输送量。如果膜的直径以及新鲜气体侧的泵体积小于排气侧的体积，新鲜气体可以被压缩到一个较高的压力水平，这对于实际应用是理想的，具有高的废气焓潜在的应用，但不需要高的空气效率，甚至需要降低空气效率。在相反的应用情况下，低的废气焓供给的情况下，低压下高的新鲜空气流量趋势可以通过一个小的排气侧和更大的新鲜气体侧膜140，142实现。

特别是包括间隔元件的双膜设置，作为一个无压力中央通道的结果，是特别有利于抑制在膜移动时可能出现的任何扭曲或波形成，为防止在单膜中形成波，如图10所示实施例中，一个直线导轨150被引导在壳盖112，114之一中，例如可固定于膜106。有利的是，该直线导轨150位于排气增压泵30新鲜空气侧并且自润滑。另外，一个能够承受膜106的非对称变形的保护垫圈，可以环绕膜106的弹簧板固定。

在所有提到的变化结构中，排气增压泵30，30’，30”的壳盖112，114可能形成薄壁，因此也可以经济合算地生产作为一个成型零件的成型片材。壳盖112，114的连接面优选地平行和接近膜106的夹紧面。耐热和耐腐蚀钢优选地作为至少排气侧或主气体侧的材料，也有可能在相应的冷却的情况下考虑铝材料。在新鲜气体侧，铝因其良好的热传导可以选择使用。

相反，如果是特别优选设置，排气增压泵30，30’，30”由排气压力波通过适当长度和/或体积的支路28驱动，排气增压泵30，30’，30”从热废气中的热解耦，能够显著的阻止排气增压泵30，30’，30”加热，继而阻止在排气增压泵30，30’，30”中不理想的新鲜气体加热。排气增压泵30，30’，30”的低工作温度级可以以这种方式实现，同样优选使用塑料材料作为壳盖112、114的材料。和金属材料相比，这提供了一个低重量和低成本，此外，也可以进一步实现改进的声学性能，更大的自由塑造也是可能的。对于壳盖112、114，热塑性塑料材料特别优选注塑。对于结构内声音的低排放，壳盖112、114可以以夹层结构建造或被包裹在隔音材料中。

每个膜106，140，142优选，尤其是在一个适当的低工作温度情况下，也用塑料或塑料复合材料(橡胶、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺等)制造。这些材料与金属材料相比具有决定性的优势。普遍较低的重量，有利于增加膜的固有频率，较低的塑料材料的弹性模量使得膜变形更大，对于相同的表面负荷(力或压力)，从而每冲程有更大输送量。由于塑料膜一般都比金属膜轻，塑料薄膜可以在脉冲传输过程中获得更高的动能。特别是热塑性材料具有高的疲劳弯曲载荷，并在与纤维增强相结合(如玻璃纤维)形成高度弹性而且抗撕裂的复合材料。

根据排气增压泵30，30’，30”的工作温度水平，外壳或膜材料在高温下可能是完全基于金属材料或在低温情况下由塑料材料制成。混合结构也可以，如排气侧采用金属材料和新鲜空气侧采用塑料材料。

如果排气增压泵30，30’，30”是在100℃或更低的温度水平操作，当排气压力波在排气增压泵30，30’，30”中解压，废气中所含的蒸汽可以形成冷凝水。特别是在排气增压泵30，30’，30”未设置在一个适当的位置使用情况下，该冷凝水可以从排气增压泵30，30’，30”流回到排气管线，一个有利的变化设置有一个冷凝水排放装置以防止冷凝水积聚在排气增压泵30，30’，30”的主体积46。该冷凝水排放装置有利地连接到排气增压泵30，30’，30”的主级侧的最低点，利用冷凝水的重力排放。为了防止废气通过冷凝水排放装置泄漏，它可以气密制造，例如通过液体控制的浮动阀的方式。

在考虑排气增压泵30，30’，30”的新鲜气体侧的负载变化的情况下，应注意的是，例如，对于单缸四冲程发动机循环，在通称为转速的发动机中，新鲜气体在排气增压泵30，30’，30”中的压缩只有约40曲轴度，但吸气过程可能延迟达到680曲轴度(720°-40°＝680°)。换句话说，在新鲜气体中吸入的可用时间约比压缩和喷射时间长17倍。扫气时间比率应该是大致成反比反映在止回阀132，134的扫气截面积和新鲜气体侧的管道70、74的管道截面。有利的是，为喷射压缩新鲜气体，在止回阀134区域的大扫气截面与排气增压泵30，30’，30”大致同心，径向由外到内，因为趋于压缩冲程结束，膜106接触到(滚动到)壳盖114，并且因为膜离壳盖距离较大，接近膜中心的新鲜气体喷射因此伴随较小的流动损失。

然而，当多个发动机气缸作用于共用的排气增压泵30，30’，30”，扫气截面优选的比率从根本上改变了。同时排气增压泵30，30’，30”的压缩冲程的时间保持基本不变，很少的时间可用于吸气过程。例如，对于一个具有360曲轴度的相同角度点火间距的二缸四冲程发动机，仍有约40曲轴度用于压缩，但只有320曲轴度(360°-40°＝320°)用于吸气过程。考虑到单缸四冲程发动机中的排气增压泵30，30’，30”扫气时间，约15-25曲轴度自由排气正时用于压缩行程，约200-250曲轴度用于吸气过程。

因为连接相对长的支路28的可能性很高，在发动机或车辆中排气增压泵30，30’，30”的安装位置基本可以自由配置。因此，不需要将排气增压泵30，30’，30”设置在气缸盖的附近，但也可以连接在排气或吸气侧的较低的曲轴箱区域上，甚至被放置在油箱下。考虑到特别是在两轮车辆的空间关系，将排气增压泵30，30’，30”设置在传动装置上的发动机后面或者在框架三角区(即设置在在驾驶员座椅下)是有利的。对于结构狭窄的发动机，如单缸发动机，排气增压泵30，30’，30”也可以沿气缸横向定位或甚至是作为一个组件集成到气缸盖的阀盖中。包括空气滤清器元件的吸气式噪音吸音器，可与排气增压泵30，30’，30”的空气侧的壳盖114结合以形成一个组件，以节省空间和成本。

除了固有的用途，壳盖112，114可设置为换热器，在壳盖的外壁采用例如通过肋结构暴露于冷却气流或外表面由冷却液环绕流过。在主级侧的壳盖112的热量提取具有有利的结果，由于中间废气温度降低并且由于温差大从膜106到壳盖112的热流温度更高，也降低了膜的工作温度。在壳盖114上次级侧的热提取承担增压气体冷却功能，这意味着在某些情况下，一个单独的下游中冷器38可以省略或者包括中冷器38有可能实现更高的总冷却功率。从排气增压泵30提取的热功率可用于在力热耦合领域中的加热用途。

以考虑到预期的操作参数有针对性的方式，该膜106是优选地固定在外壳112，114之间。特别优选的是，考虑实际发生的组件温度和温度的差异，这可能导致组件的长度变化，该长度变化约大于2个数量级膜106长度(膨胀)的变化，膜106的长度变化归因于气体压力加载引起的弯曲。要考虑到这一点并且一方面适当补偿在壳盖112，114之间的不同长度的伸长，另一方面适当补偿在壳盖112，114和膜106之间的不同长度的伸长。在一个特别优选的配置中，膜106在壳盖112，114之间略向径向以及轴向移动设置。图11-19显示了一些固定膜的可能性，这也被认为是独立的发明。

在图11的实施例中，平面膜106轴向安装固定但在壳盖112、114之间略向径向移动。在该边缘区域中，壳盖112上设置有一个略高于膜的厚度106的圆周台肩151。另一壳盖114位于台肩151上，以便形成一个边缘间隙152，并且例如在这里通过折叠环154将壳盖112压在这里连接。膜106因此径向移动到由此形成的滑动密封面156、158。以这样一种方式设置台肩151，环形间隙160穿过膜106的外边缘形成在台肩151和膜106的外边缘之间。该环形间隙160，在实践中有一个宽度，如仅零点几毫米，确保膜106能够无障碍的膨胀，但仍足以居中在壳盖112，114中。

图12显示了一个径向可移动的膜106的进一步配置选择。在本实施例中，在壳盖112、114的边缘接触区域中设置有间隔环162。通过滑动密封表面156，158，安装膜的功能原理保持不变，如上述披露。在这种情况下，壳盖112，114两者的气密互连是通过一个单独的折叠外环164建立。

图13显示了一个特别优选的实施例，该方案能够极大的承受外盖112、114的生产误差。在外盖112上的台阶166要远大于膜106的厚度，这是可能的例如通过热成型或切割后处理只设置在一个较宽的公差范围的台阶166。与滑动密封面156、158接触的膜106具有一个径向周边、轻微锥形曲率的膜边缘。

对膜的106不变的最大材料应力和直径大小，膜的冲程和排气增压泵30，30’的最大输送量可以增加，在一个特别有利和独立的发明配置结构中，膜106不像如前所示方式，未夹在轴向平面平行，而是可旋转地安装在边缘170中。这是基于一个假想的和边缘一起旋转的弯曲的轴。图14和15显示了该特别优选的构造。

图14显示了两个壳盖112，114，每一个都有一个径向周边褶172、174。褶172、174以夹具的方式将膜106设置在两者之间，但有可能使膜106在弯曲过程中进行摇摆旋转运动，因此膜边缘承受一个更小的变形。环形间隙160再次使组件之间的热膨胀差成为可能。在这种情况下，两个壳盖112，114例如通过一个多个铆钉176互连。

在图15的实施例中，在夹持下的膜旋转可以通过一个膜边缘182的弯曲边180实现。膜106从而设置在一个滑动密封面156，158的线形上，就此可以进行滚动运动。在这种情况下，两个壳盖112、114可以例如通过一个焊缝184连接。

在高热和机械载荷下，膜106，140，142是潜在的一个组件。因此耐热钢如V4A，哈氏合金，铬镍铁合金，Duratherm，Nimonic，TiAl6V4，作为弹簧材料同时具有高的蠕变极限和抗拉强度为优选的材料。特别是，因为作为膜106，142，140所需的恢复力，具有低弹性模量的材料如钛合金是有利的，因此，也减少了所需的弹簧122的恢复力。钛合金具有相对较低的密度，能够保持膜106、140、142的质量低，并且从而保持振荡系统(膜和弹簧)的固有频率高。

膜厚度尤其最好选择范围大约在0.3和1.0毫米之间。考虑到可变形性，相对较薄的膜106、140、142是有利的，考虑到热-机械负载能力则采用较厚的膜。因此，应根据应用在材料和膜厚度之间权衡。

一个圆膜的形状具有旋转对称负载的机械和热应力方面的优势，但不是绝对必要的。

作为一个以及作为一个圆形的外膜轮廓，一个平面盘形的膜106，140，142是一个特别简单，从而优选的配置。这种类型的几何结构可以经济合算的从板料金属板或卷板上进行冲压或剪切。如图16和图17所示，膜106，140，142可以形成具有径向周围褶190、192。作为在膜106、140、142中的一个或多个褶190，192可以采用热成型工艺成形。通过自身变形，当膜106，140，142偏转，褶190、192降低径向张力，在这样一种方式，一种不变的膜直径，可以进行较大的膜冲程。同时，径向周围褶190、192通过自身变形可以补偿膜中心、膜的边缘和壳盖112，114之间的热膨胀的不同，在这样一种方式，膜边缘轴向和径向可牢固的夹紧在壳盖112，114之间。这对排气增压泵30，30’的制造特别具有成本效益的优势。

在一个特别有利的配置中，在褶190、192区域，壳盖112，114的轮廓适用于膜106，140，142在内壁116，118处自由移动。图18的实施例中显示一个膜106，140，142，其中仅褶194从膜中心到壳盖112，114之间的夹持面具有相对较低的曲率。褶194有一个非常低的固有曲率以及相对较低的内部应力，因此可以在此配置中提供非常高的膜冲程。由于对褶自身的大半径，壳盖112，114的轮廓很容易适配膜106，140，142。

如图19所示，对于旋转式安装膜106、140、142的一个特别有利的结构可以通过密封圈200在两个壳盖112，114之间非直接夹紧实现。这些密封圈200位于两个壳盖112，114的周边槽202并且部分凸出于周边槽204设置。密封圈200优选的采用弹性材料的O形环，弹性材料如橡胶或聚四氟乙烯类的，在这种设置中有多个目的。第一，O形环的圆形横截面和恢复力可以旋转夹紧膜106、140、142。进一步，膜106、140、142可以在O形环之间完成“流动”动作，从而消除了膜106、140、142和壳盖112，114之间的不同的热膨胀机械张力。而且即使在考虑壳盖112、114高的制造公差的情况下，弹性密封圈200可实现膜的密封和导向。

附图标记清单

1发动机

2气缸

4工作活塞

6活塞杆

8曲轴

10燃烧室

12排气系统

14进气系统

16进气阀系统

18进气阀

20排气管

22排气阀系统

24排气阀

26脉冲开关

28支路

30排气增压泵

32排气管线

36新鲜气体管线

38中冷器

40主管

42废气管

44弹性中间壁

46主气体体积

48新鲜气体体积

50额外阀

60，64箭头

62流入区域

66环形管

70新鲜气体吸入管

72阀

74新鲜气体压力管道

76阀

80阻断阀

81发动机进气管

82周围空气供应

84阀

86新鲜气体阀

88导管部

90膨胀机

92新鲜气体压力管线

94出口导管

96溢流管

100压力壳体

102内部容积

106膜

108子体积

110子体积

112废气侧的壳盖

114新鲜气体侧的壳盖

116内壁

118内壁

120密封

122弹簧

124弹簧板

126排气管

130热屏蔽

132止回阀

134止回阀

136绝缘元件

140膜

142膜

144双层膜

146间隔元件

148子体积

149间隔元件

150直线导轨

151台肩

152间隙

154折叠环

156，158滑动密封面

160环形间隙

162间隔环

164折叠外环

166台阶

170边缘

172，174褶

176铆钉

180边

182膜边缘

184焊缝

190，192，194褶

200密封圈

202周边槽

204槽边

Claims (15)

1.一种操作内燃机(1，1'，1”，1”')的方法，在一个排气循环期间，在一个气缸(2)中处于压力下的废气从气缸(2)中喷出并提供给排气系统(12)，其特征在于在将废气输送给排气系统(12)的排气循环的第二循环阶段之前，在排气循环的第一阶段，流出气缸(2)的排气压力波全部或部分输送给排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在排气循环的第二循环阶段，废气被供给到排气系统(12)，同时绕过排气增压泵(30，30’，30”)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在排气循环的第一循环阶段，流出气缸(2)的排气压力波的脉冲全部或部分传送至位于排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧中的气体缓冲垫和/或位于排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧上游的气体缓冲垫，因此它可以随后被再次解压缩以在排气增压泵(30，30’，30”)中提供动力。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于废气焓在排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧中转换为膨胀功，在次级侧提供的新鲜气体中全部或者部分转换成压缩功。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于将排气增压泵(30，30’，30”)中压缩后的新鲜气体输送至缓冲区，在缓冲区压缩后的新鲜气体被保留以供应给发动机(2)的燃烧室(10)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于将在排气增压泵(30，30’，30”)中压缩后的新鲜气体在膨胀机(90)中解压缩以提供动力。

7.一种内燃机(1，1’，1”，1”’)，所述的内燃机(1，1’，1”，1”’)包括多个气缸(2)，每个气缸具有一个工作活塞(4)被导向作用在一个共同的曲轴(8)上，该气缸或者每一个气缸(2)的燃烧室(10)通过一个致动进气阀系统(16)在进气侧被连接到进气系统(14)，且通过在排气侧的致动排气阀系统(22)和脉冲开关(26)连接到排气系统(12)以及排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧。

8.根据权利要求7所述的内燃机(1，1’，1”，1”’)，其在特在于脉冲开关(26)包括一个主管(40)，所述的主管(40)在进气侧被连接到排气阀系统(22)和在排气侧被连接到排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧，废气管(42)从所述主管分支并连接到排气系统(12)的排气侧。

9.根据权利要求8所述的内燃机(1，1’，1”，1”’)，其特征在于支路(28)包括主管(40)的输出侧部分并且支路(28)将脉冲开关(26)连接至排气增压泵(30，30’，30”)的主级侧，该支路(28)优选地具有1倍或超过1倍的一个或多个气缸(2)容量，优选地具有超过1.3倍的一个或多个气缸(2)容量。

10.根据权利要求7-9之一所述的内燃机(1，1’，1”)，其特征在于排气增压泵(30，30’，30”)连接到一个新鲜气体压力管道(74)和连接到次级侧的新鲜气体吸入管(70)，通过新鲜气体吸入管(70)可以将增压泵(30，30’，30”)的次级侧充满新鲜气体，设置和配置新鲜气体压力管道(74)用于通过和/或缓冲在排气增压泵(30，30’，30”)中压缩后的新鲜气体。

11.根据权利要求10所述的内燃机(1，1’，1”)，其特征在于新鲜气体压力管道(74)通向排气增压泵(30，30’，30”)的下游侧，或者在排气增压泵(30，30’，30”)的下游侧形成缓冲区，在排气侧将所述的缓冲区连接到所述气缸(2)的进气系统(14)。

12.根据权利要求10所述的内燃机(1”’)，其特征在于在排气增压泵(30，30’，30”)的下游侧将新鲜气体压力管道(74)连接到膨胀机(90)。

13.根据权利要求7到12之一所述的内燃机(1，1’，1”，1”’)，所述的排气增压泵(30，30’，30”)设置为膜泵。

14.尤其适用于根据权利要求3-17之一所述的内燃机(1，1’，1”，1”’)中的排气增压泵(30，30’，30”)，其特征在于包含一个压力壳体(100)，在气体侧将压力壳体的内部容积(102)由弹性变形的分离单元(44)分为多个彼此分离的子体积(108，110，148)，该分离单元(44)或者每一个分离单元(44)承受偏置力，因此无压状态下用于连接到内燃机(1，1’，1”，1”’)的排气系统(20)的子体积(108)具有一个最小值，所述最小值与该分离单元(44)或者每一个分离单元(44)的变形能力有关。

15.根据权利要求14所述的排气增压泵(30，30’，30”)，其特征在于所述的排气增压泵(30，30’，30”)设置为膜泵。