TWI631273B - 尤其使用於燃燒式引擎的排氣支管的隔膜泵及具有隔膜泵的燃燒式引擎 - Google Patents

Abstract

一種隔膜泵(1,1',1")，尤其使用於燃燒式引擎(70)的排氣支管，具有一壓力殼體(2)，其內部容積(4)藉由若干可彈性變形的隔膜(6)區隔成複數個彼此在氣體側相互分離的局部容積(8,10)，其中該隔膜(6)或每個隔膜(6)係被施加一預張緊力，使得在該未加壓狀態，形成該初級側的局部容積(8)在該隔膜(6)或每個隔膜(6)的可變形範圍內具有一最小值，該隔膜泵(1,1',1")當使用在一燃燒式引擎(70)的排氣系統中具有一效率特別增加的效應。為了這個目的，一板簧(36)被提供作為一回位彈簧，根據本發明，用於施加預張緊力至隔膜(6)。

Description

尤其使用於燃燒式引擎的排氣支管的隔膜泵及具有隔膜泵的燃燒式引擎

本發明關於一種隔膜泵，尤其是使用於一燃燒式引擎的排氣支管的隔膜泵，具有一壓力殼體，其內部容積是由多個可彈性變形的隔膜所分成的複數個在氣體側彼此分離的局部容積，其中，該等隔膜或每個隔膜以這樣的方式被施加一預張緊力，使得在非加壓狀態下該形成初級側的局部容積在該隔膜或每個薄膜的變形範圍內具有最小值。它更進一步關於一具有多缸體的燃燒式引擎，在每個缸體中，一作用在一共同曲軸上的工作活塞被引導，其中該等缸體或每個缸體的每個燃燒室在其入口側，經由一可觸發的入口閥系統連接一氣體入口系統，並且，在該出口側，經由一可觸發出口閥系統連接一排氣系統。

隔膜泵使用在應用技術很寬泛的範圍中，並且與燃燒式引擎連接應用也已經被討論過。FR 1.031.061，例如，所描述的氣體驅動隔膜泵係以螺紋鎖入引擎缸體頭的火星塞孔當中。當該引擎旋轉時，該隔膜泵由相對應缸體的壓力脈衝所驅動，並針對二次目的，泵送大氣空氣在新鮮氣體側上，另外FR 889.617描述由燃燒式引擎的排氣脈衝所驅動的隔膜泵。該排氣脈衝經由在缸體內引導並經由推桿連接相對應隔膜的活塞直接或間接作用在隔膜上。

FR 866.840同時描述氣體驅動隔膜泵，其也是由燃燒式引擎的排氣脈動所驅動。該設計包括兩並聯切換的隔膜泵，這些都是由相位偏移引擎缸體的獨立排氣支管所驅動，但是這些缸體彼此在吸入區和在流出區的新鮮氣體側相連接。

嚴格地說，將該等隔膜泵併入燃燒式引擎的排氣支管的整合，在這些申請案中，並沒有被詳細說明。藉由將隔膜泵當作上述燃燒式引擎之所謂的排氣供給泵的使用，因而促使效率、功率輸出、和/或燃燒式引擎的有效性之明顯增加的此一概念，從非公開在前的專利申請EP 2 846 019 A1和EP 2 846 020 A1中是公知的。這些專利申請的公開內容，特別是在相對於各個引擎的這些概念裡，該隔膜泵被併入而當作排氣供給泵的整合，以及該各自操作模式的實施例，都將明確地以引用方式併入本文。

從非公開在前的專利申請EP 2 846 019 A1和EP 2 846 020 A1等已知的概念裡，該隔膜泵是由驅動氣體的脈衝或壓力變化所驅動，特別是導入該燃燒式引 擎的排氣支管中的排氣，其被引導進入該隔膜泵的初級側，並將其脈衝透過隔膜傳遞到儲存在隔膜泵之次級側的輸送氣體，這是與該驅動氣體相反的。該隔膜泵將驅動氣體的短持續時間的氣體脈動，當例如它們發生在燃燒式引擎的排氣管線當中，以特別有效率的方式轉換成輸送氣體的壓縮，在此應用裡，該輸送氣體較佳地為即將被引擎所吸入用於燃燒的新鮮氣空氣。這意味著，該隔膜泵在這個概念裡將當作空氣壓縮機來操作，它可以用於燃燒式引擎的供氣或提高其效率。

在這種情況下，該隔膜泵包括一到驅動側或初級側之膨脹室的供應管線，透過該供應管線，該驅動氣體可流入或流出。在這種情況下，該供應管線是一支管管線，在其中該驅動氣體可來回脈衝。在該次級側或輸送氣體側，至少一流入閥存在，經過該流入閥，該輸送氣體僅可從外側流入膨脹室或次級側，並且至少有一流出閥存在，經過該流出閥，該輸送氣可完全流出膨脹室。該流入閥和流出閥每一個都以自動控制止回閥的形式來動作。在這種情況下，該隔膜藉由其本身預先張力和/或透過一外部力量，諸如，例如一個或若干彈簧的力量保持在一靜止位置，所述靜止位置相對應於所述隔膜在該驅動側方向上最大的偏移，所以該隔膜在此位置上，一最大容積將產生在該輸送側或次級側，而一最小容積將產生在該驅動側或初級側。

如果一壓力波經由該供應管路流進該隔膜泵的初級側的膨脹室，則它會將其動能經由脈衝或經由膨 脹室內驅動氣體的壓力積聚傳遞至隔膜。該隔膜由於驅動氣體輸入能量的供應而凸起，從而降低該次級側膨脹室的容積，因此，也降低該輸送氣體的容積，直到該隔膜抵靠著泵殼體的內輪廓隔為止。這造成該輸送氣體對隔膜泵的次級側上壓力的增加，使得此輸送氣體經由該流出閥排放至隔膜泵之外。隨著該驅動氣體壓力的降低，作用在隔膜上的(彈簧)預先拉緊力量，將該隔膜推回其靜止位置，經由該次級側的流入閥吸入輸送氣體。同時，經由之前已流入初級側之膨脹室的此供應管線，該驅動氣體經由供應管線再次排出。

此概念以一特別簡單的方式，利用在燃燒式引擎的排氣支管中的壓力脈衝，以壓縮和/或預先壓縮新鮮氣體，因而，從而提高燃燒式引擎的功率或效率。

本發明是根據該問題，提供一上述類型之隔膜泵，在上述優點之下，甚至在更進一步的情況下，其可以特別增加一燃燒式引擎之排氣系統的使用效率。此外，一具有特別高的比功率產率和/或特別低的單位耗油(specific fuel consumption)的燃燒式引擎將被提供。

關於該隔膜泵，此問題可藉由本發明的下述構成來解決：藉由設置作為回位彈簧之板簧，用於施加該隔膜預先拉緊力量。

本發明從下列考慮開始：該燃燒式引擎的效率和/或功率產率(power yield)的一特別高的增加可藉由隔膜泵來實現，首先，將隔膜泵中的內部損耗保持一直 很低，另外，確保在反應該發生壓力變化時，該隔膜系統具有一特別高的敏捷性和靈活性。為了這個目的，該移動質量大小應該特別保持在一極大程度的低水平。為了以特別簡單手段實現此一目標，應提供用於施加預張緊力在該隔膜上的彈簧系統，如果可能的話，該彈簧不需使用導向系統，另外，一概念應提供，允許彈簧本身使用相對低密度的材料。這可能需要使用一板簧類型的彈簧以製造預緊張力。

用於施加該預張緊力在隔膜上的供應板簧可設置在形成壓力殼體的次級側的局部容積當中，從而能夠以一壓縮彈簧的方式抵消由於一進來排氣脈衝而造成隔膜的變形。有利且針對特別簡單的目的，因此，特別有利的結構，然而該板簧是設置在形成初級側的局部容積當中。因此，該板簧以類似張力彈簧作用在隔膜上，其有利地是以形狀鎖定的方式被連接。這種設置可防止彈簧內較高頻率的自然振動，他們可能會發生在例如在圓筒形壓縮彈簧系統，如果該激發頻率高於彈簧系統的固有頻率高。

鑑於該隔膜之盡可能溫和的機械應力，以及因此高耐久極限，該板簧被設計，以特別有利的一基本上對稱的板簧力量導入該隔膜之上，藉此由該板簧施加在隔膜上的各別力量，總加起來，較佳地應該作用在該隔膜的面積中心上。為此目的，該板簧較佳地係在中間地與隔膜相連，使得該板簧施加在隔膜上的各別力量的總和係作用在隔膜面積的中心上。如果該內部容積是一 圓筒形設計或在隔膜區域是具有一圓形截面設計，並且伴隨著該隔膜本身是一圓形設計的情況下，因此，該板簧較佳地與該隔膜的中心點連接。

在該隔膜泵操作當中，考慮到該燃燒式引擎操作期間預期的脈衝頻率，該板簧自由端的微運動必須列入考量。為避免由此引起的任何扭曲或損害，該板簧有利地支撐在壓力殼上，以便係可移動的。該支撐可方便地藉助滑動元件和/或可樞轉的或可轉動的元件來實現。

為了實現具有相對輕移動質量的該特別較佳結構，該板簧方便地係由纖維複合材料製成。

為了實現該材料上大致均勻的應變，以及因而，相關部件的一增加的使用壽命，與該隔膜同時連接的板簧中央、中間區域較佳地屬於一加寬設計，朝向外邊緣區域逐漸減少。從而，該板簧有利地在其中心局部區域具有比在其外緣區域更大的寬度，因此，較佳地，其在一俯視圖中呈現一大致梯形幾何。此設計考慮到使用特別簡單手段的公知措施：為了讓該板簧具有一盡量均勻的載荷，實際上一拋物線外輪廓是可取的。後者可以以一梯形輪廓的一簡單方式來予以近似。

在一特別較佳的實施方案中，其被認為是一獨立的發明構思，該板簧在未負載狀態具有一凸出輪廓。以此方式，一特別緊湊結構就可被實現。該板簧的凸起較佳地係朝向初級側。以此方式，該板簧可在靜止狀態以一平行隔膜節省空間的方式縮進初級側殼體蓋之 內。較佳地，一相對應的凹部也同時設置在該新鮮氣體或次級側泵蓋內的次級側上，其中該凸起板簧在壓力負載下靜止(例如，藉由該排氣壓力)，接近該偏移隔膜。

一被認為是獨立發明創新實施例且可與上述實施例或後者其它獨立者一起有利地組合使用的特別有利結構，因為其具有在該材料上不會改變應變，因此可增加該隔膜的行程，及一因而形成具有較高輸送量的隔膜泵。在此獨立的發明變形例中，該隔膜或每個隔膜以這樣方式預先製成一帶有一凸起的形狀，使得在非加壓狀態下，在該隔膜或每個隔膜的可變形的範圍內，該形成初級側的局部容積具有一最小值。

藉由將該隔膜成為一凸出形狀的此一塑性變形之手段，較佳地在製造或操作期間產生且大致相對於該次級側殼體蓋的凸起，該隔膜的一額外釋放可被實現。該隔膜的這種人工成形顯著地降低在最大偏移的拉伸載荷。當該薄壁隔膜通過由被夾緊隔膜邊緣的平面所限定的中心時，以這種方式預先凸起的隔膜理論上將受到壓縮張力的作用，將導致在薄壁隔膜上皺紋或扭折的產生。然而，透過該等部分作用在隔膜上的復位彈簧力量，局部不同面積負載作用在輸送氣體和工作氣體之間，將使得在該隔膜中不會形成扭折，代替地，更高階鼓起圖案會出現在隔膜上。一方面，這顯然在該隔膜操作期間會降低材料上的應變，由此，另一方面，顯然更高輸送容量能夠在操作期間實現。

這些鼓起圖案可呈現一形成徑向波或一蓮座形結構，這取決於該等復位力量的作用點。形成一(單一)隔膜的扭折或皺紋的風險，有利地，可藉由若干薄壁隔膜層彼此重疊的方式，來加以抵消。現在具有相對較低強度的該等薄壁隔膜，具有較高彎曲疲勞強度，但是，在具有相同的總厚度情況下，經由它們的總數量，一類似於原先一單一隔膜的總拉伸強度可被實現。在操作時，藉由施加在整體隔膜兩側上的氣體壓力，該等薄壁隔膜彼此壓迫在彼此表面上。

該隔膜有利地被設計成一平面圓盤，但是也可以是一橢圓形。供應的材料有利地是金屬或合成材料(例如，熱塑性聚合物、熱固性聚合物、彈性體等)，其可以是纖維增強(例如，玻璃纖維、碳纖維等)。為了減少在該隔膜上在拉伸和彎曲應力下的機械負載，該隔膜邊緣在一特別有利的實施例中係可移動地(而不是剛性地)被夾持在隔膜泵的壓力殼體當中。該可移動夾持可有利地以彈性上升之徑向凸起來加以實現，諸如，例如，藉由該殼體蓋向外伸出的O形環，或藉由另外一般使用一由彈性材料製成的中間層方式，將該隔膜邊緣夾持在一殼體蓋當中。

有利的是，一端部擋件被設置在形成該隔膜泵的初級側的局部容積當中，用於該隔膜限定形成初級側的局部容積。該端部擋件有利地包括一用於隔膜的彈簧安裝座，使得該泵可以一方式操作，讓該隔膜特別具有節省材料的功能。該端部檔件在這種情況下，界定該 隔膜進入形成泵之初級側的局部容積的最大延伸，也就是說，從而界定該隔膜凸進形成初級側之局部容積的最遠位置。該隔膜的端部檔件可間接地由板簧大約形成，當其朝向其靜止位置釋放時，該板簧抵靠著殼體蓋。此抵靠該殼體蓋可有利地以一從該彈簧端部開始捲起的形式發生。

在該隔膜泵的另一也被認為是一獨立發明構思且可與上述或其它獨立變形例的兩者或其中之一一起組合使用的特別較佳的構造，在從一流入區域朝該隔膜延伸的一擴散器區域內，具有一不斷增加橫截面的該壓力殼體中形成初級側的局部容積的內表面，其中在未加壓狀態的該隔膜最遠凸進形成初級側之局部容積中的該點與流入區域至少相隔5毫米。

此種結構提供來自流入泵的初級側的驅動氣體的特別有效的脈衝傳遞，亦即，特別是攜帶來自燃燒式引擎作用在隔膜上的排氣波的壓力脈衝的氣體，因此提供作用在該次級側或新鮮氣體側的壓縮效果。以這種方式，該進入壓力波和其類似者的反射現象在很大的程度上被特別避免。為了促使此等效果，用於該流進泵之初級側之驅動氣體的流動傳導在此較佳變形例中以一方式被選擇，使得該湍流的形成盡可能被避免，並且該驅動氣體可盡量地以垂直方式撞擊隔膜。此可藉由在該泵的初級側設計撞擊區域來予以達成，亦即，在該隔膜的前方空間區域，正確地說，使用一在朝向該隔膜方向連續加寬的橫截面的擴散器之方式來實現。該在未加壓狀 態形成初級側的“自由”的局部容積，亦即，在該未加壓狀態的隔膜和限定初級側之殼體蓋的內表面之間的容積，應該選擇足夠大的，從而使得流入該初級側之壓力波所希望的擴散器效果能夠充分地保證。鑒於用於實際應用的常見尺寸或預期尺寸等觀點，在該隔膜進入初級容積的最大延伸區域和殼體壁之間的距離應選擇足夠大。

藉由透過該隔膜泵的初級側的內表面一合適設計的預期擴散器效果的界定，一種特別簡單，因此，製造友善的結構可予以加以實現。為了這個目的，該擴散區有利地設計成一截頭圓錐體所產生之表面的形狀。後者具有基本上筆直的側面並可具有橢圓形或還較佳地具有圓形橫截面。有利的是，該截頭圓錐體的開口徑角在10°和30°之間，因為具有此種角度，一特別有利的效率可被實現。

另一設計目標，被認為是特別有利者，乃在於針對隔膜泵初級側的形狀，其中進入該泵初級側作用在隔膜上的壓力波可選地或另外地是最垂直的衝擊，從而是撞擊在該隔膜上一盡可能大表面的壓力波。換句話說，針對一特別有效的脈衝傳遞，該壓力波應該撞擊，如果可能的話，在不僅是隔膜表面上一有限、相對小的部分，而是，如果可能的話，在它的整個表面上。

為了特別方便此目的的達成，該驅動氣體側接合，亦即，特別是該流入區域，流入形成該隔膜泵之初級側的局部容積者，有利地具有一自由通流的橫截面 面積，其為限定形成該初級側之局部容積的隔膜面積最大約為70%。以這種方式，我們可在被設計為一擴散器的殼體區域內達成一增大的橫截面，該項增大可預期一進入壓力脈衝的特別有利的傳導，特別是考慮到在與該燃燒式引擎中排氣支管相關連使用所預期到的壓力和流動情況。

有利的是，為了符合這些標準，被設計為一擴散區的該泵的初級側的該區域的進一步幾何參數也被選擇。例如，由於空間或成本的原因，可以提供該驅動氣體進入隔膜泵初級側的“橫向”或切向流入。較有利地，然而，該流入是屬於一中心和軸向的設計，因為以此方式，傳遞到該隔膜的進入壓力波的脈衝可以是特別廣闊的。為了這個目的，該擴散器區域的中心線較佳地平行隔膜的中心線和/或較佳地與所述中心線同心地定位。所謂“隔膜的中心線”，此處應該了解到的是，該隔膜的表面法線係通過其中心點或通過在無應力或未變形狀態下的重心。

或者或另外，該幾何參數是特別較佳地選取，使得被提供以作為該初級側的隔膜泵的內部容積的擴散器區域具有一至少為隔膜行程1.5倍的長度，如果從其中心線方向來看。因此，該擴散器區域內的容積是充分地遠大於隔膜泵的輸送容積，所以該期望的擴散器效果可以一特別可靠的方式來實現。

對於該燃燒式引擎，此之前提到的問題，可藉由該上述實施例的任何一實施例的隔膜泵或這些實施 例的隔膜泵之組合的切入其排氣系統的此一方式，來加以解決，使得該或每個缸體的每個燃燒腔室是，在該入口側，透過一可觸發的入口閥門系統，與一氣體入口系統連接，同時，在該出口側，透過一可觸發出口閥系統，經由一脈衝接合，與一排氣系統連接，並且，經由一支管管線，與在該次級側切進該氣體入口系統的一隔膜泵的次級側連接。

在一有利的實施例中，該隔膜泵與排氣系統的集成是以此一方式設計，使得一壓力波從該脈衝接合，經由該隔膜泵的初級側，穿過一擴散器，傳導到該薄膜上。

藉由根據上述構思以設計該隔膜泵，該所需擴散器效果可來予以達成，亦即，使用該形成初級側的局部容積的內表面當作一擴散器的幾何設計手段。或者或另外，其可以，但是，也可使用一通向該隔膜泵的初級側之支管管線的相對應設計之提供，來達成所需要的擴散器效果。在這個被認為是一獨立的發明概念之變形例中，該將初級側上的隔膜泵與脈衝接合連接的支管管線，在其進入該隔膜泵的區域裡，具有一自由橫截面區域，其面積至少為其在與該脈衝接合連接的其點的其橫截面面積至少大1.5倍。該提供用於產生擴散器功能的橫截面的增加，因此，可在本發明的此變形例中實現，至少部分地，在用於該驅動氣體的供應管線中，亦即，來自該排氣支管的壓力波，其在該隔膜泵初級側的上游處被切換。

在一非常特別較佳的實施方案中，其也被認為是一獨立的發明概念，一混合型構造，其中多個隔膜泵的該等元件被結合在一整體系統當中，也可以此變形例為基礎被提供，亦即，在該支管管線中的擴散器的集成從該脈衝接合分叉出來。在這種情況下，特別地，複數個次級容積，其等在該氣體側是彼此分開的，有利地係與一在一共同殼體蓋中的共同初級容積相關聯。以這種方式，多個隔膜泵可在氣體側以一平行之特別簡單的方式被配置，以實現更大的泵送容積。此種配置，其中相同功能的腔室被組合，在此情況下，是有利的。其是特別較佳地，針對兩個或更多個泵單元，提供一共同的殼體蓋。這種在該工作氣體側的一雙腔室有利地使得驅動氣體以橫向朝隔膜中心流動。在此處，同樣地，較佳的是提供一擴散狀管件路線，其中該管線橫截面朝隔膜泵變寬，採取該橫截面的一大致矩形路線，並且導致所需的壓力路線。

在一特別有利的實施例中，該燃燒式引擎被設計為一樣態，該隔膜泵不直接輸入熱氣體，例如來自燃燒室的廢氣，甚至在不操作情況下，而是該隔膜泵係與排氣支管不作熱耦合，通常該廢氣是經過排氣支管實際流動。有利的是，我們具體使用的樣態是，當該壓力波輸入隔膜泵的初級側時，藉由此壓力波該隔膜泵被驅動，僅在氣體側上產生一位移流動，其中該氣體墊出現在支管管線當中，也可能出現在該初級腔室裡，由於該 進來壓力波的緣故，該氣體墊僅被更進一步地推進初級腔室當中，在該脈衝已傳遞後，該氣體被推回支管管線裡。這可使用如上所定義的熱耦合脫鉤，例如，將該氣體墊尺寸做得充分地大，透過該等幾何參數的一適當的選取，特別是該支管管線內側的容積，同時也可能是該隔膜泵的初級腔室中的“空”容積。此處之“充分”特別是指：此氣體墊具有一容積大於呈現在該隔膜泵的初級側中最大的氣體容積。此一設計將保證：從各別缸體之該燃燒室流出的廢氣，在已經通過該脈衝接合之後，不能夠進入該隔膜泵的初級腔室當中。為了這個目的，有利地，由形成該隔膜泵的初側的局部容積和由該支管管線內部容積所共同形成的氣體墊之容積，等於該隔膜泵的泵送容積的至少1.5倍，或至少3倍。

該等幾何參數的這種選擇也使得有可能，除其他事項外，讓該隔膜泵完全地或部份地，以不耐熱或至少不高度可應力材料來製造，諸如，例如以合成材料為基礎的材料。

使用本發明可實現的優點特別包括，藉由將板簧當作該隔膜之預先拉伸彈簧的使用，該隔膜的可靠的預先拉伸，可以特別簡單手段、重量輕的結構方式、和低移動質量，來加以實現。此外，以這種方式，可將該彈簧系統所需的結構空間，特別是預先拉伸彈簧的軸向長度保持為特別的小。因此，可實現該燃燒式引擎的特別緊湊結構，並維持特別高的效率。

1,1',1"‧‧‧隔膜泵

2‧‧‧壓力殼體

4‧‧‧內部容積

6‧‧‧隔膜

8,10‧‧‧局部容積

12,14‧‧‧殼體蓋

16‧‧‧端部檔件

18‧‧‧接觸盤

20‧‧‧彈簧

22‧‧‧流入區域

24‧‧‧入口和出口通道

26‧‧‧新鮮氣體吸入通道

28‧‧‧新鮮氣體壓力通道

30,32‧‧‧止回閥

34‧‧‧內表面

36‧‧‧板簧

38‧‧‧自由端

39‧‧‧內表面

40‧‧‧擴散器區域

42‧‧‧截頭圓錐體

44‧‧‧中央軸

46‧‧‧凹處

48‧‧‧端面邊緣

49‧‧‧局部區域

50‧‧‧隔膜邊緣

52,54‧‧‧O形環

56‧‧‧彈簧

58‧‧‧彈簧座

60‧‧‧引導銷

62‧‧‧摩擦軸承

70,70',70",70''',70''''‧‧‧燃燒式引擎

72‧‧‧缸體

74‧‧‧工作活塞

76‧‧‧連桿

78‧‧‧曲軸

80‧‧‧燃燒腔室

82‧‧‧排氣系統

84‧‧‧氣體入口系統

86‧‧‧入口閥系統

88‧‧‧入口閥

90‧‧‧排氣支管

92‧‧‧出口閥系統

94‧‧‧出口閥

96‧‧‧脈衝接合

98‧‧‧支管管線

102‧‧‧排氣管線

106‧‧‧新鮮氣體管線

108‧‧‧填充空氣冷卻器

110‧‧‧主通道

112‧‧‧排氣通道

120‧‧‧附加閥

122‧‧‧止回閥

124‧‧‧新鮮空氣管線

130‧‧‧隔膜泵單元

132‧‧‧擴散器區域

本發明的一示範性實施例，將藉由下列圖示進行詳細的解釋，其中第1圖是一隔膜泵的剖視圖；第2圖是一隔膜泵的一替代實施例的一橫截面圖；第3圖是第2圖的該隔膜泵的初級側殼體蓋的內表面的一頂視圖；第4圖是第1圖的一放大的細節；第5,6圖是一隔膜泵的替代實施例的橫截面視圖；第7-11圖是一燃燒式引擎的示意圖；及第12圖是一隔膜泵單元的橫截面圖。

在所有示圖中相同的部件將以相同的參考數字標識。

該隔膜泵1包括一壓力殼體2，其內部容積4被一可彈性變形的隔膜6劃分成複數個局部容積，在所示的示範性實施例中為兩個局部容積8,10，在該氣體側彼此分離。

在一初級氣體側殼體蓋12(初級側)和一新鮮氣體側殼體蓋14(次級側)之間，其等共同形成該壓力殼體2，因此，存在作為一可彈性變形分離壁的該隔膜6。後者分隔形成該初級側的局部容積8和形成次級側的局部容積10，其等以一氣密方式在該隔膜6和兩殼體蓋12和14的鼓起內表面之間延伸。該第一局部容積8形成初級側，因此，在該隔膜泵1的初級容積中的驅動器氣體 進入此容積，從而驅動該泵，而該第二局部容積10是供新鮮氣體的氣體腔室用，其中該焓傳遞至新鮮氣體或被壓縮，從而形成該泵的次級側。

該隔膜6係在該隔膜6的可變形度的限制下，以一機械方式施加一預張緊力，使得在非加壓狀態下形成該初級側的局部容積8具有最小值。在對應於第1圖所表示的此狀態下，該隔膜6中心點擱置在位在該局部容積8內部中一端部檔件16上。為了保持在操作中該隔膜6上之機械應變相對的低，該端部檔件16係屬於一彈性設計，至少在其面向隔膜6之一側。另外，該隔膜6的中央區域，在所示的非加壓狀態下抵靠該端部檔件16，係設置有一金屬接觸盤18。

為了供應所述預張緊力，一在形成該初級側的局部容積8中的彈簧20設置在根據第1圖的示範性實施例當中。所述彈簧20將該隔膜6從其處於未加壓狀態下的無張力中心位置朝向端部檔件16進行偏移，使得該隔膜6抵靠著端部檔件16。該彈簧20的預張緊力以大於最大偏移隔膜6的復位力來選取，所以在沒有氣體加壓的狀態下，該完全偏移隔膜6係可靠地抵靠端部檔件16。

在該初級氣體側殼體蓋12中，至少一入口和出口通道24被設置為進入該流入區域22當中的一氣體側接合，如該虛線所標示者，使用於脈衝傳遞的該驅動氣體或氣體柱，穿過該等接合，可流入或流出形成該隔膜泵1之初級側之初級氣體容積的局部容積8；而至少 一新鮮氣體吸入通道26和至少一新鮮氣體壓力通道28通向形成該隔膜泵1的次級側的第二局部容積10，以及從而穿過界定所述第二局部容積10的殼體蓋14。這些通道的每一個設有止回閥(舌閥)30,32，使得在該新鮮氣體吸入通道26中的一氣流可以只流進隔膜泵1的次級側的局部容積10之中，且一在新鮮氣體壓力通道28中的氣流可完全流出次級側的局部容積10之外。為了在該次級側達成一高壓縮比的目的，該等止回閥30,32較佳地以盡量靠近殼體蓋14的內表面34來設置，以便當該隔膜6偏移到內表面34之上時，將在該隔膜6和止回閥30,32之間的剩餘容積(有害容積)盡可能縮小。

在靜止狀態(rest state)時，該隔膜6被最大限度偏移，此乃由於作用在該初級側上的預先張力所致，同時該初級側的局部容積8是最小的。在這種狀態下，因此，該隔膜6最遠突進形成初級側的局部容積8當中的這一點，是由抵靠該端部檔件16的接觸盤18所界定，同時在該次級側，該對應的局部容積10被最大限度地充填新鮮氣體。如果該初級側現在經由該入口和出口通道24被裝填加壓驅動氣體(或氣體墊)，則該隔膜6將朝次級側方向移動，移位，在壓縮下，存儲在該次級側之局部容積10內的新鮮氣體，通過該止回閥32進入下游新鮮氣體壓力通道28，直到該隔膜6抵靠內表面34為止。如果在此後，該初級側的氣體壓力被解除(例如透過該驅動氣體波的一“溢流後退”)，該隔膜6將再次地被彈簧20和原來已有的隔膜復位力(resetting force)壓制在 端部檔件16之上。該初級側的氣體因此被部分排出，另外同時間，該次級側增大的局部容積10係透過該新鮮氣體吸入通道26被填充新鮮氣體。儲存在該壓縮彈簧20中的能量，因此使用於該隔膜泵1中的負載變化(廢氣的排出和新鮮氣體的吸入)。

該隔膜泵1係經過特別設計，以便在由該驅動氣體所攜帶的脈衝或壓力脈衝的轉換中具有特別高的效率，該驅動氣體經由該入口和出口通道24，進入該第一局部容積8，進入該隔膜6的運動中，因此，存在該第二局部容積10中的新鮮氣體於是被壓縮，因此，在同時間，該等組件具有特別長的使用壽命。其尤其還考慮到，在一般情況下，該隔膜6和彈簧20的移動質量應被保持盡可能的低。為了達成此一目的，特別是該彈簧系統是屬於一合適的設計，亦即，該彈簧20被設計成一板簧36。

此種板簧36是一彈簧系統，其可由低密度材料來製造。此外，此種彈簧系統允許保持彈簧系統具有小的構造空間，特別是該(等)預先張力彈簧的軸向長度可變短。此外，此種彈簧系統不需要任何線性引導，並且因此，可以一特別簡單的方式來製造，一般是板簧或者可以是從這種類型彈簧所衍生的所有衍生物，例如由幾個板簧舌片所組成的層狀彈簧，例如，其在車輛離合器被當作彈簧系統來使用者。

有利的是，由重量輕的纖維複合體所構成的彈簧材料可在這樣的彈簧系統當中被提供。這些材料具有的密度僅約鋼的四分之一。

該板簧36可安裝在輸送氣體側或次級側，因此，其係安裝在該隔膜泵1的局部容積10當中。根據第1圖的示範性具體實施例所示，然而，該隔膜泵1較佳替代實施例當中，作用在該隔膜6上的復位力是由一安裝在局部容積8中的工作氣體側或初級側上的一板簧36所產生，亦即，如第1圖中所示的一桿彈簧之形式。在根據第1圖中的示範性實施例中，該板簧36被設計成一張力彈簧，在中間地與該隔膜6連接，使得由該板簧36之各別彈簧施加在隔膜6上的總合，係作用在該隔膜6的面積中心上。該板簧36的各別自由端38是安裝該殼體蓋12上，或由該殼體蓋12所支撐者。在示出的特別有利的實施方案中，此支撐係發生在設有一彎曲軌道的軸承面上，使得該等自由彈簧端部，在擺動運動期間，可在這些彎曲軌道上滾動。

替代地，該板簧36也可與殼體蓋12,14的其中一殼體蓋牢固地連接，使得其自由彈性端作用在該隔膜6上。該板簧36力量對稱地作用在隔膜6上是有利的，但各個力的總和應該施加在該隔膜6之面積的中心(centroid)上。在彈簧力施加的區域裡，該隔膜6較佳地由支撐盤有利地增強，以減少扭折應力或高表面壓力。

該板簧36可由幾個獨立彈簧彼此放置在彼此之上所構成，或者是其他一具有一自由彈簧端之相對應數目的多腳設計。

由於在運動過程中板簧36自由端所產生的微運動，因此該等彈簧端部38有利地經由一例如合成材 料所製成的滑動元件間接地擱置在它們的支撐之上，或經由可樞轉或可旋轉元件與所述支撐連接。在一較佳實施方案中，該板簧36係由一具有良好摩擦性能的複合材料所組成，使得不需要用於支撐彈簧端部的間接滑動元件。該板簧36可由例如一具有聚醯胺粘合劑的複合材料所構成，而在該泵殼上的支撐可由不銹鋼製成。由於其小厚度，該板簧36可以一對結構空間幾乎無影響的情況下與壓力殼體2結合。

在一特別較佳地實施方案中，此被認為是一獨立的發明概念，如根據第2圖中所示的示範性實施例，除了該隔膜6外，該板簧36也可為一預成形和鼓起的設計。該用於隔膜6的末端檔件在此情況下，係藉由該板簧36所直接提供，因為該板簧36當釋放到其靜止位置時，係抵靠該殼體蓋12。為了使抵靠該殼體蓋12的方使特別節省材料，該形狀係較佳地選擇成使得此抵靠係以一從該等彈簧端部開始捲起的形式發生。因此，以獨立組件形式的端部檔件是不需要的。此外，該初級側之殼體蓋12的內表面39設有一用於容納板簧36的凹部46，它的端面邊緣48在第2圖中是可見的，由於它是一剖面圖。該在殼體蓋12中用於容納彈簧36的凹部46是屬於如此一幾何設計，使得當該彈簧36抵靠殼體蓋12時，可完成上述捲起過程。

該等彈簧20,36的彈簧力或特性曲線應在該隔膜6進入第一、初級側局部容積8內的最大偏移中，亦即，在上述兩變形例中具有最小力過剩，其對應於經 由該隔膜表面抵銷工作氣體之由於最小氣體壓力所產生脈衝的力。具有該隔膜完全偏移進入輸送氣體空間或次級側局部容積10當中的該等彈簧20,36的最大復位力係由幾個因素所決定，諸如，例如，該工作氣體的脈衝頻率，該移動質量，該泵的輸送容積，以及當該輸送氣體被壓出泵的反壓。因此，該等彈簧力及在彈簧行程中的路線，亦即該特性曲線，應分別地適合於該泵的應用。

為了實現該材料上大部分均勻的應變，因此，增加所有部件的的壽命，該板簧36連接隔膜6的中央、中間局部區域49是進一步加寬設計的，朝著外部邊緣區域並朝向自由端38逐漸減少。因此，該板簧36在其中央部分的區域49具有比在其外緣區域更大的寬度，使得其較佳地在俯視圖中呈現梯形幾何。這可以從表示在第3圖中初級側殼體蓋12的內表面39的頂視圖中識別，其中該凹部46也可識別。

根據表示在第1圖中的該示範性實施例中的隔膜泵1在被考慮為獨立發明的具體實施例中被額外設計，該獨立發明可與先前所述具體實施例或另外獨立地一起使用，用於將一進來壓力波的該氣體脈衝的動能以一特別有效率的方式轉變成隔膜的一運動。為了這個目的，它是提供於引導氣體流，如果可能的話，作用在該整個隔膜表面或其一大部分。湍流的形成應盡可能避免，從而使該氣體分子的脈衝可以主要地垂直方式撞擊在隔膜6上。由於這些原因，根據示範性實施例的隔膜泵1被設計，至於其建造原則，乃在於該壓力波撞擊隔膜6之前，先引導該進來的壓力波經過一擴散器元件。

在根據第1圖的示範性實施例當中，此可藉由該內表面39或形成初級側之局部容積8的內表面之合適的形狀來實現。該內表面39的形狀以此一方式來設計，使得其一部分剖面設計成擴散器區域40，該擴散器具有一朝隔膜6方向不斷加寬的橫剖面。為了提供所需的該擴散器效果，設計特別合適尺寸的前容積，其中該前進壓力波在與隔膜6接觸之前可充分良好的膨脹，距流入區域22約25-30mm的距離被提供在該示範性實施例當中，用於該端部檔件16的定位。此實現了設計標準，即在不加壓狀態下，該隔膜6突入形成初級側的局部容積8中最遠的那個點，亦即，該接觸盤18抵靠端部檔件16時，與該流入區域22相距至少5毫米的一最小距離應該被觀察到。

為了以一特別簡單方式實現該殼體蓋12的類似擴散器的實施例，在該擴散器區域40中的初級側之殼體蓋的內表面39，在根據第1圖所示的示範性實施例當中，被設計成一截頭圓錐體42所產生的表面的形狀。

在根據第1圖的示範性實施例當中，依據結構的類型，在該擴散區域40中的初級側之殼體蓋12是完全地，亦即，內側和外側兩者，以一截頭圓錐體42的方式設計。替代地，當然也有可能為了實現所需的擴散效果，僅以前述方式設計該殼體蓋12的內表面39，然後，再以適合該各別應用的其他幾何形狀例如圓柱形，來設計該殼體蓋12的外表面。

該氣體側入口22，以及從而在形成初級側的局部容積8中的入口和出口通道24在示範性實施例中具有大約為2~5%的自由通流的橫截面面積，以及因此，最大為界定形成該初級側的局部容積8的隔膜6之面積的70%。該截頭圓錐體42的開口角度較佳地是，對於特別高效率者，是介在10°和30°之間。

在根據第1圖的該示範性實施例當中，該殼體蓋12在驅動側或初級側具有，中間彈簧裝置，特別在該區域40設計為擴散器，一漏斗形輪廓，一牢牢被夾住的隔膜邊緣，其需要以平行該隔膜往外延伸的漏斗邊緣，且該可移動夾持隔膜能夠被設有傾斜的漏斗邊緣。該漏斗輪廓本身可具一直線形或其它朝向中心微凹的橫截面。

有關幾何學和形狀，該隔膜泵1的壓力殼體2包括，實質上根據第1圖或第2圖之前述兩變形例的該等兩殼體蓋12,14，其接合平面代表該隔膜6平面或與其平行的平面。該次級側之殼體蓋14的內輪廓決定性地確定隔膜6在其偏移狀態的變形，因此，其機械應變。在次級側或輸送氣體側，亦即，在殼體蓋14當中，其內輪廓被方便地設計，使得該隔膜6抵靠內表面34，亦即，在驅動氣體壓力下從該隔膜邊緣朝中心捲起，並且在隔膜材料上的可容許最大拉伸和彎曲應變不被超過。這意味著，用於該隔膜6的牢固夾緊邊緣，較佳地一殼體蓋輪廓被提供，其截面原則上對應一橫臥的雙S形狀，另外用於該可移動夾持隔膜邊緣，殼體蓋輪廓對應於圓頂形狀。

該殼體蓋12,14原則上可以有利於成本的塑料射出模件、擠出金屬片材、或壓鑄零件來製造。

在該示範性實施例中，該隔膜6被設計成平面圓盤，但也可以具有橢圓形。提供的材料特別是金屬或合成材料(熱塑性聚合物、熱固性聚合物、彈性體等)，其可以是纖維增強(玻璃纖維、碳纖維等)。在拉伸和彎曲應力下，因此，該隔膜泵1的操作過程中，為了減少在該隔膜6上的機械負載，該隔膜邊緣50在殼體蓋12,14之間係可移動地夾持，如在第4圖的放大細節中可以看出。該可移動夾持係藉由彈性隆起的徑向凸起來實現。在該示範性實施例中，設置有突出殼體蓋12,14外的O形環52,54。可替代地，這將在一般也有可能藉由彈性材料製成的中間層將該隔膜邊緣50夾持在壓力殼體2當中。

該隔膜6的進一步應變釋放可藉由隔膜6塑性變形成凸出形狀來加以實現，該凸出形狀係在製造或操作中產生，其乃大致相對應於該殼體蓋14的凸出。該隔膜6的此種人工成形顯著地減少在最大偏移上的拉伸載荷。具體地，透過該凸出形狀，該隔膜6不再具有內部預應力，這將該隔膜6對齊在未加壓狀態下的中心位置。而確實上該隔膜6的凸出接近該泵殼體的凸出內輪廓，從而沒有拉伸應力或低於在平面隔膜輪廓情況下所發生的拉伸應力，出現在最大偏移隔膜6當中。以這種方式預先凸出的隔膜6理論上將受到壓縮張力，導致該薄壁隔膜6中皺紋或扭折，當後者通過由該夾持隔膜邊 緣50之該平面所界定的中心。在另一方面，然而，藉由部分或局部作用在該隔膜6上的復位彈簧力，局部不同面積負載作用在輸送氣體和工作氣體之間，使得似乎沒有扭折形成在該隔膜6當中，而是，高階鼓起圖案出現在隔膜6。這些鼓起圖案可以呈現徑向波或蓮座形結構之形狀，這取決於該復位力的作用點。

形成(單一)隔膜6的皺紋或扭折的風險可以藉由將該等薄壁隔膜彼此重疊若干層的一較佳具體實施例的方式而抵銷。該薄壁隔膜，其每一個現在具有相對較低的強度，具有較高彎曲疲勞強度，但具有相同的總厚度，透過它們的總數量，可實現類似於單個隔膜的拉伸強度。在操作中，該等薄壁隔膜藉由作用在兩側的氣體壓力彼此壓迫在一起。

可提供該初級容積的擴散器型實施例，如上所述，結合該彈簧系統的具體實施例當作板簧36。根據第5圖的示範性實施例，與此相反，表示出一變形例，其中該殼體的擴散器型實施例與相當傳統的彈簧系統組合。後者包括彈簧56，該彈簧56一方面被在初級氣體側殼體罩12上，另一方面，經由彈簧座58與該隔膜6牢固地連接。

進來的壓力波或進來的驅動氣體對於隔膜6的中心撞擊(centric impingement)是特別有利的。為此目的，如在根據第1,5圖中所示的示範性實施例中，該擴散器區域40的中心線44平行地對準隔膜6中心線並於此位於同心。藉由“中心線該隔膜6”，此處我們了解該隔 膜6的表面法線通過其在無應力或未變形狀態下的中心點或重心。然而，如果在隔膜6上的垂直衝擊是不可能時，例如，基於空間或結構原因，也可提供切向擴散狀流入(tangential diffuser-like inflow)。第6圖表示用於此種結構的一示範性實施例。雖然在該隔膜泵1"的此一配置不允許在隔膜6上的完全對稱衝擊，但是它也利用可用隔膜表面的很大部分，用於將脈衝傳遞其上。在兩實施例中，該擴散區40較佳地具有隔膜行程至少一倍半的長度，從其中心線44的方向觀察，為的是特別有利的擴散效果目的。

根據第5圖的示範性實施例和根據第6圖的示範性實施例，作用在該隔膜6的復位力是由彈簧56所施加，其設置在局部容積10中的工作氣體側或次級側，並設計成壓縮彈簧。在這種情況下，所提供的該彈簧56的中心設置是有利的，因為在表面上，並沒有透過該隔膜6彎曲所引起的橫向力。為了保證該彈簧56的完全軸向運動，該彈簧56設置線性或軸向引導。後者在本示範性實施例中可藉由引導銷60來加以確保，其與該隔膜6連接，並與其垂直，該引導銷60反過來，被引導在固定滑動軸承62當中。替代地，一個或多個拉伸彈簧可安裝在該隔膜6的初級側上，亦即，在該局部容積8當中。然而，用於該等彈簧端部的眼形夾持裝置，由於它們的折疊，具有不良的壽命問題。在本申請中，應設計該等彈簧端部，類似於壓縮彈簧，具有抓住張力彈簧的第一捲繞的彈簧座。此種張力彈簧將比該壓縮彈簧具有優 勢，其沒有扭折的危險，從而使得不需要該隔膜6的直線引導。

該隔膜6的氣動彈簧安裝在也將是可能的。在此情況下的該等優勢將是：該彈簧的低質量，和省略線性引導的可能性。此氣動彈簧可有利地由在被該隔膜6所壓縮的可變形容器中的密閉氣體容積所構成。此種容器可具有例如波紋管的形式，或者僅是球的形式。

在特別有利的方式中，和在其中被認為是獨立發明的實施例中，如上述解釋所設計的該隔膜泵1,1',1"，是以在燃燒式引擎的排氣支管中的所謂的廢氣輸入泵的方式被使用。與此實施例中，透過擴散器，將該驅動氣體引導進入隔膜泵的主空間的優點可以特別效率增加的方式來運用。此種燃燒式引擎可因此被設計為具有特別高的比功率產率(specific power yield)和/或特別低的單位耗油量(specific fuel consumption)。作為一示範性實施例，第7圖示意性地表示根據四行程方法設計的燃燒式引擎70。所述燃燒式引擎70包括多個缸體72中，只有其中之缸體72表示第7圖當中，並在其中每一工作活塞74被導引。該工作活塞74經由連接桿76作用在曲軸78上。根據該燃燒式引擎70的設計和構造，幾個或所有缸體72的該(等)工作活塞74可作用在共同曲軸78上。

在該缸體72的內部，在一傳統構造中，其存在該燃燒腔室80，其中壓縮的燃料-空氣混合物在缸體72的工作行程中燃燒。為了反應於此，設置在該缸體72 中的工作活塞74從而可移動地實施工作行程，以作工的方式驅動該曲軸78。在已經完成該工作行程之後，亦即，在完成該被燃燒工作氣體在缸體72中的膨脹之後，在抵達該所謂的“下死點”(BDC)不久之前，該被燃燒工作氣體，在該缸體72的排出行程(outlet cycle)期間被供給至排氣系統82作為廢氣，該排氣系統82係於出口側連接到該缸體72。

為了必要用於操作該缸體72中氣體變化的目的，該燃燒腔室80在氣體入口側連接氣體入口系統84，而在該出口側，連接該排氣系統82。為了控制在該燃燒腔室80中氣體的變化，在一方面，藉由一入口閥系統86將該燃燒腔室80相對於該氣體入口系統84阻斷，該入口閥系統86在根據第7圖的示範性具體實施例中係設計為入口閥88。另一方面，該燃燒腔室80可藉由出口閥系統92的使用，阻斷該排氣支管90對排氣系統82的接通，該出口閥系統92在根據第7圖中的示範性實施例係設計成出口閥94。

該燃燒式引擎70是專為特別高比功率產率(specific power yield)和/或特別高效率，因此，單位耗油量(specific fuel consumption)而設計的。為了這個目的，在該各別缸體72的排出行程(outlet cycle)期間，從該燃燒腔室80流出熱廢氣中，它提供否則實際上未使用的排氣焓至少一部份的抽出，以便以效率增加的方式將其轉換成機械驅動能量和/或以加壓的意義增加新鮮氣體的密度。這將由下列程序來加以實現：在該排出行程 期間，從該燃燒腔室80流出的排氣壓力波當中以最大可能程度抽取脈衝和/能量，然後將它們傳遞給流進該燃燒腔室80的新鮮氣體，從而將所述新鮮氣體預先壓縮。

為了使此成為可能，該排氣支管90是屬於分歧設計。為了這個目的，脈衝接合96被插入該排氣支管90當中，其在該入口側連接出口閥系統92，在出口側，一方面經由支管管線98連接根據上述實施例所設計的該隔膜泵1的初級側，另一方面，連接通向該排氣系統82的排氣管線102。所以，該燃燒腔室80，經由該出口閥系統92和經由脈衝接合96，在出口側被連接，亦即與排氣系統82和隔膜泵1的初級側連接。

由於此一迴路，其提供在根據第7圖的示範性實施例中的是：利用從該隔膜泵1中排氣所抽取的焓以壓縮並從而施加預先張力給供應至隔膜泵1次級側的冷氣體的流動，亦即，在此示範性實施例中，該新鮮氣體空氣流被供應，用於給進該燃燒腔室80。因此，該隔膜泵1被插入根據第7圖的示範性實施例當中，在該次級側，進入新鮮氣體管線106，其被引導經過填充空氣冷卻器108，並透過該入口閥系統86，在該出口側，以可阻斷方式，與該缸體72的燃燒腔室80連接。

在根據第7圖的示範性實施例中，該燃燒式引擎70的缸體72被表示的時刻為，當該工作活塞74處於下死點(BDC)，且該缸體72開始排出行程的時候。該出口閥94已經開始打開。當該出口閥94打開時，該仍然處於殘餘壓力中的廢氣，從該缸體72的燃燒腔室80 逸出，然後進入該出口通道或排氣支管90。根據經驗，因為在該缸體72中廢氣的殘餘壓力約為2-8bar，而在該出口通道中的排氣反作用平均壓力約為1.1-1.6bar，由於超臨界壓力比的緣故，所以該廢氣以音速流過該出口閥94。由於該高廢氣溫度，其數值實際上約在350℃和115℃之間，所以該排氣的音速達到1000m/s。該排氣壓力波的脈衝(p=m．v)，亦即，將特別運用在本系統以便提升效率和/或功率者，是相對應特別地高。

根據該引擎轉速和引擎汽門設計，該高能初級排氣壓力波的運行時間大約是10-50曲軸度。該排氣壓力波流經脈衝接合96，其有利地是歧管。該脈衝接合96包括主通道110，其連接到該入口側的出口閥系統92，以及連接到該出口側的隔膜泵1的初級側，從該處，排氣通道112分支，其在該出口側延伸進入該排氣管線102，並經由後者與該排氣系統82連接。因此，該主通道110延伸進入通向隔膜泵1的支管管線98，而該排氣通道112通向排氣系統82，經由該處，該廢氣得以排出。

該脈衝接合96的任務在於，盡可能地將該廢氣流的脈衝完全引導到支管管線98，當該出口閥94打開時，使得在該排出行程的第一循環階段中，該流出缸體72的廢氣壓力波的脈衝被完全轉移，如果可能，或至少部分地，轉移到該隔膜泵1的初級側。在這個階段，其應首先盡量避免該廢氣流失進入排氣通道112，這將意味著脈衝的損耗(loss)。從該排氣壓力波轉移期望的脈衝到隔膜泵1的初級側，在這種情況下，可藉由將該廢 氣直接或者至少部分地輸入隔膜泵1來加以實現；而間接脈衝傳輸是特別較佳的，其中流出該缸體72的排氣壓力波，將其脈衝部分地或盡量完全地轉移到已經存在於支管管線98的氣柱之上，該氣柱接著將其傳遞到隔膜泵1。

在該隔膜泵1中，該廢氣流的(直接或間接作動)脈衝撞擊在隔膜6，並藉由該脈衝傳遞使該隔膜6變形。該彈性隔膜6的移動質量較佳地係與加速排氣柱質量相當，以便將該脈衝動能(½ m _wand ．)盡可能傳遞(m _gas ．v _gas =m _wand ．v _wand )至隔膜6。因此，存在該隔膜泵1初級側中的氣體，在該隔膜泵1的增加初級氣體容積或局部容積8中膨脹。同時，在該隔膜6相對側，新鮮氣體在該隔膜泵1的漸縮次級側或新鮮氣體容積或局部容積10中被壓縮，該隔膜泵1被切換進入該新鮮氣體管線106中。這意味著，在該隔膜泵1當中，該轉換成作用在初級側上的膨脹的廢氣的焓被轉換成在傳導至次級側的新鮮氣體管線106中之新鮮氣體的壓縮能量。

該隔膜6的極低質量允許隔膜泵1中非常快速的容積變化，也因此，允許在少曲軸度以內，該排氣的立即釋放，從而使得供應給用於轉換該轉換成作用在初級側上之膨脹的廢氣焓成為傳導至次級側之新鮮氣體管線106中的新鮮氣體的壓縮能量的排出行程的第一循環階段可保持相應地短。

然後，該排出行程的第二週期階段接下來進行，其中該廢氣流入排氣系統82當中。在該隔膜6已經 變形之後，經由將存在於該支管管線98中的廢氣或氣柱透過支管管線98推送回到脈衝接合96的復位力，該隔膜6被帶回其初始位置。從那裡，該廢氣在排出行程的第二週期階段中得以繞過隔膜泵1進入排氣通道102，亦即，沒有流經該隔膜泵1。該活塞74也推動仍然存在於所述缸體72的廢氣，並將其排出該缸體72之外，接著，該廢氣經由排氣支管90和脈衝接合96，進入該排氣通道112內。但是，該新鮮氣體在該隔膜泵1的壓縮期間被壓縮，該新鮮氣體通過設置在該處的止回閥進入新鮮氣體管線106，其被安裝且設計成壓力儲存管線，該狀態持續著直到該入口閥88和可能附加設置的閥120被打開為止。因此，該新鮮氣體管線106可以被認為是中間儲存，在該隔膜泵1中被壓縮的新鮮氣體供應至該中間儲存，然後在該處，該壓縮新氣體準備被饋入缸體72的燃燒腔室80當中。

該隔膜泵1,1',1"是特別適合用於用於使單缸和雙缸燃燒式引擎增壓之廢氣增壓泵，它們被使用在例如摩托車、全地形車(All Terrain Vehicle,ATV)、雪地車、休閒設備、航空引擎和固定引擎，但同時也可使用在客車領域中的多缸引擎當中，以支持例如任何該處所安裝的渦輪增壓器。在下文中，用於將此種排氣增壓泵與燃燒式引擎的排氣系統相整合的另外較佳概念將被解釋，其中的每一個皆可視為獨立的發明。

增壓分層(Charge stratification)：

使用上述類型的隔膜泵1,1',1"作為廢氣增壓泵，可提供燃燒式引擎70'的缸體72中增壓分層的更進一步可能性，其也特別允許高易燃燃料例如氫的控制運用。

第8圖表示此種用於將氫當作燃料使用所設計出來的燃燒式引擎70'。此燃燒式引擎被認為是一獨立的發明構思。

顯示在第8圖中的該燃燒式引擎70'被設計，以便在掃氣階段(scavenging phase)可被供給有來自根據上述工作原理的隔膜泵1,1',1"的預先壓縮空氣、以及來自該大氣環境中的空氣。為了這個目的，設有止回閥122的額外新鮮空氣管線124延伸進入位於該填充空氣冷卻器108下游處的新鮮空氣管線106當中。該缸體72在此情況下的掃氣係以時間上的兩分離階段發生。在該入口掃氣開始或入口和出口閥重疊階段當中，該缸體72被來自當作儲存管線的新鮮氣體管線106的預先壓縮空氣所完全地掃氣(scavenged)。僅有當作為儲存管線的新鮮氣體管線106中的壓力到達大氣水平時，該燃燒式引擎70'才會開始，在第二掃氣階段，經由該止回閥122從大氣中吸入空氣。該第一掃氣階段用於清除殘餘氣體，並用於冷卻引擎中該燃燒腔室的表面。在該第二掃氣階段，燃料可與該大氣空氣混合。此掃氣方法能夠避免在出口系統中掃氣損失，同時預防燃料-空氣混合物與熱廢氣的直接接觸。此種掃氣方法，被認為是獨立的發明方法，因此，對於高度易燃燃料如氫氣是特別有利的，俾 藉由燃燒腔室的冷卻以及放置在空氣上游的方式，避免自燃發生的風險。

機械增壓(supercharging)：

顯示在第9圖中的燃燒式引擎70"，也被認為是獨立的發明概念，可被特別設計以實現特別高的增壓程度。在此變形例中，裝設有該止回閥122的新鮮空氣管線124係額外地安裝，或與在該新鮮氣體管線106中的附加閥120組合。

在操作此燃燒式引擎70"時，用作儲存管線的該新鮮氣體管線106，在第一掃氣階段經由附加閥120被阻斷。這意味著，在此掃氣階段，該引擎完全經由新鮮空氣管線124從大氣吸進空氣，直到該活塞74向下移動大約抵達下死點區域為止。然後，該附加閥120打開新鮮氣體管線106，進行第二階段掃氣，使得該空氣被隔膜泵1,1',1"預先壓縮，並儲存在該處以供隨時使用，預先被壓縮的空氣流經該吸入通道進入引擎缸體，產生所需的增壓效果。在該新鮮空氣管線124的止回閥122在這種情況下，防止該預先壓縮空氣逸入大氣當中。此實施例的該高增壓度可藉由下列措施來加以實現：該燃燒式引擎70"讓其缸體透過自由吸入填充至相當的程度，同時被當作排氣增壓泵使用的隔膜泵1,1',1"所預先壓縮的整個空氣係完全當作機械增壓來使用。當該入口閥和附加閥關閉時，殘留在形成該抽吸通道的新鮮氣體管線106中的空氣壓力，促進在該隨後工作行程中，該殘餘氣體的有效率的掃氣效果。

以360度點火距離增壓兩缸體：

針對具有360度點火距離的兩缸體72，在四行程過程下工作，有利地根據第10圖或第11圖的實施例的其中之一，其每一個也被認為是獨立的發明構思，其等可被安裝以一特別簡單和有效方式實現的增壓。由於該兩引擎缸體72的360度的點火偏移，驅動該隔膜泵1,1',1"的缸體72之排氣脈衝大約與其他缸體72用於新鮮氣體增壓的有利瞬間同時發生。此設計允許不需要相控制之附加閥的作動，並允許用於該相對應第二缸體72的新鮮氣體增壓之缸體72的排氣氣體脈衝的運用。起初，兩引擎缸體72進行，如上所述，空氣的自由吸引進入。

上述本發明方法特別適用於所有具有偶數缸體類型的引擎，其中每兩個缸體72在該工作行程相差360度，並且該等引擎配備隔膜泵1,1',1"，其等在每一缸體72(第10圖)或在每兩缸體(第11圖)，切換成排氣增壓泵。對於具有扁平曲軸的四缸直列式引擎，例如，較佳地，該等缸體1和4，或缸體2和3，係依據上述增壓方法予以結合。

該隔膜泵1的設計是為了使燒式引擎70,70',70",70''',70''''，經由該排氣焓的運用產生特別高效率的增加，在根據上述的較佳實施例中，用於將排氣壓力波的脈衝，以特別有效率的方式，傳遞至該隔膜泵6，因此成為該新鮮氣體的壓縮能源的轉換。為了這個目的，其是特別有利地，經由該擴散器，將該排氣壓力波導入隔膜泵1的初級容積當中。

如第12圖中所表示者，在此示範性實施例中的該擴散器係由漏斗型或截頭圓錐狀的殼體蓋12來實現，其相對應於第1圖中所示的該隔膜泵1的變形例。當然，所有其它所示的變形例也是適用於該等隔膜泵1,1',1"的有利和適當實施例。

替代地或另外，根據本發明所提供用於將該排氣壓力波導入隔膜泵1的擴散器，也可諸如經由該支管管線98的相對應設計來加以實施。在此獨立的發明變形例中，該支管管線98在它延伸進入該隔膜泵1的區域裡，具有自由橫截面區域，其面積至少大於在其連接至脈衝接合96處橫截面面積的1.5倍。

第12圖是本發明的特別有利變形例的示意圖，其以此種該支管管線98的設計為基礎作為擴散器元件，在多缸體引擎應用中是特別有利的且特別合適的。在這種情況下，個別隔膜泵的若干組件相互連接並結合在隔膜泵單元130當中，以實現更大的泵送容積。其中相同功能腔室組合的配置在此情況下是有利的。特別是，形成用於兩個或更多個次級容積的該初級容積的共同局部容積8被安裝，其兩側分別藉由一個可彈性變形的隔膜6所界定。該局部容積8在驅動氣體側與支管管線98連接，在延伸進入該局部容積8之前，該支管管線98的橫截面立即加寬，從而形成該擴散區132。以這種方式，在此處，同樣地，類似擴散器的管道路線安裝在該流入區域當中，其管線橫截面朝該隔膜泵的初級側之方向變寬，在此示範性實施例中，採取該橫截面的大致矩形路線。

在次級側，形成該次級側的局部容積10被配置在本實施例上的局部容積8的任一側，該局部容積10藉由一個別相關隔膜6與第一局部容積8分開，並且在每個案例，類似於上面提到的實施例，經由新鮮氣體壓力通道/抽吸通道26、28，切換到每一個燃燒式引擎的一個缸體的新鮮氣體支管。以這種方式，該隔膜泵單元130可供應例如預先壓縮新鮮氣體給該燃燒式引擎的兩個缸體，而僅需要只有支管管線98與相關聯的初級側局部容積8。

可提供例如用於兩泵單元的共同殼體蓋。此種在該工作氣體側的雙座腔室有利地促使驅動氣體橫向流向隔膜6。在這種方式中，該所需的壓力當然可以被實現。

為了進一步改善從該驅動氣體將所需能量透過脈衝傳遞到隔膜6，該氣體質量(gas mass)鑑於例如在根據第7圖之實施例中的隔膜質量以適當的方式被有利地選取。較佳地，該氣體質量和包括與隔膜6連接的所有移動質量的隔膜質量都大致相同。如在實務中，該隔膜質量通常比存在於壓力波的氣體質量大，最終作用在該隔膜6上的氣體質量可，透過放置在該支管管線98中氣體墊，來予以增加。這意味著，進入該支管管線98的壓力波的脈衝擊中存在於支管管線98和擴散器中的氣體質量，加速後者，從而增加總氣體質量，但與原先輸入壓力波的速度相比，降低總氣體質量的速度。而該脈衝大約維持不變，其結果是氣體質量和隔膜質量已經接近它們的比率，同時更多的能量被傳遞到隔膜。

未傳遞到該隔膜6的驅動氣體脈衝以反射氣體質量的形式存在。為了利用該驅動氣體的此殘餘脈衝，將能量傳遞到隔膜6，在該隔膜6前方的擴散器是有幫助的，因為它使得該氣流以錐形方式撞擊到隔膜6，從而使得該反射氣體分子具有徑向分量，這使得它們沿徑向向外流向該隔膜6和殼體蓋12之間的殼體邊緣，在連續脈衝釋放下，使得在該處，靜態氣體壓力進一步增加。

因為在該示範性實施例中的隔膜泵1係由熱驅動氣體所驅動，亦即，由來自燃燒式引擎70的廢氣所驅動，所以包括通向該膨脹腔室的擴散器之支管管線98的容積，較佳地，是該隔膜泵1的泵送容積的1.5-3.0倍之間。因此，坐落在該支管管線98和/或擴散器中隔膜6之前方的氣柱，構成對抗該燃燒式引擎70之熱廢氣的熱隔離。該熱壓力波之一在隔膜6上的直接衝擊藉由此上游氣柱的使用而被避免。

此外，該支管管線98可被冷卻，如果需要的話，用於降低在該隔膜泵1中驅動氣體的溫度。有利地，通向該隔膜泵1的支管管線98，如第7圖到第11圖中各圖所示，在該等個別燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''的缸體頭處，直接關閉與攜帶該廢氣之管線的支線連通。此接合一般應盡可能地靠近該氣體脈衝的源頭處來安裝，諸如，例如在引擎缸體頭的出口通道處，藉此保持該驅動壓力波的低損耗。該接合有利地以此種方式設計，使得進入該接合的氣體脈衝主要地流進通向隔膜泵1的支管管線98的支管內，諸如，例如在該泵方向使用 直管通道，或者，在接合處是彎管情況下，在該泵接合的彎管內側讓氣體處於朝向廢氣消音器外流的狀態。

上述燃燒式引擎70,70',70",70'''70''''可以不同方式進行設計。下面設計的每一個(單獨或彼此組合)均視為是特別有利且獨立的發明：- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為單缸引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為一雙缸引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為具有至少三缸體72引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為二行程引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為四行程引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''作為引擎的具體實施，其的缸體72具有最大250立方釐米，較佳地，最大200立方釐米的個別活塞位移量，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''以使用氫為燃料的引擎的具體實施，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''使用在摩托車當中，- 該等燃燒式引擎70,70',70",70''',70''''使用在“全地形車(ATV)”當中。

Claims (7)

1. 一種隔膜泵(1)，尤其使用於燃燒式引擎(70)的排氣支管(90)，該隔膜泵(1)具有一壓力殼體(2)，其內部容積(4)藉由若干可彈性變形的隔膜(6)區隔成複數個在氣體側彼此分離的局部容積(8,10)，其中形成該隔膜泵(1)之初級容積於氣體入口的該局部容積(8)，係連接至一入口和出口通道(24)，驅動氣體可經由該入口和出口通道(24)流入該初級容積或從該初級容積流出，其中形成該隔膜泵(1)之次級容積的該局部容積(10)係設有止回閥(30,32)，每一止回閥使一氣流只流進形成該次級容積的該局部容積(10)中或一氣流只從形成該次級容積的該局部容積(10)流出，其中該隔膜(6)或每個隔膜(6)被施加一預張緊力，使得在未加壓狀態下，形成該初級容積的該局部容積(8)在該隔膜(6)或每個隔膜(6)的可變形範圍內具有一最小值，並且其中一板簧(36)被提供作為一回位彈簧，以施加該預張緊力至該隔膜(6)。
2. 如請求項1之隔膜泵(1)，其用於施加該預張緊力至該隔膜(6)的該板簧(36)係設置在形成該初級容積的該局部容積(8)。
3. 如請求項1或2之隔膜泵(1)，其中該板簧(36)係在中間地與該隔膜(6)連接。
4. 如請求項1之隔膜泵(1)，其中該板簧(36)以其自由彈簧端(38)擱置在該壓力殼體(2)上，以便係可移動的。
5. 如請求項1之隔膜泵(1)，其中該板簧(36)係由一纖維 複合材料製成。
6. 如請求項1之隔膜泵(1)，其中該板簧(36)係在較佳地與該隔膜(6)連接的該板簧的中央局部區域(49)中，具有一大於在其外部邊緣區域的寬度。
7. 如請求項1之隔膜泵(1)，其中該板簧(36)係被預先製造成具有一凸出的形狀。