具体地用在内燃机的排气系统之中的隔膜泵以及包括隔膜泵的内燃机的制作方法

文档序号:13426352
具体地用在内燃机的排气系统之中的隔膜泵以及包括隔膜泵的内燃机的制作方法

本发明涉及一种隔膜泵,具体地用在内燃机的排气系统之中,包括压力壳体,所述压力壳体的内部空间由多个弹性可变形的隔膜划分为在气体侧而彼此分离的多个子空间,其中,偏置力被施加到所述或每个隔膜,其方式为使得在无压力状态下,形成主侧的子空间具有与所述或每个隔膜的形变度相关的最小值。本发明还涉及一种内燃机,该内燃机包括多个气缸,在每个气缸中引导有作用在共享曲轴上的工作活塞,其中,该或每个气缸的燃烧室经由入口侧上的可致动进气阀系统连接到进气系统并且经由出口侧上的可致动出气阀系统连接到排气系统。



背景技术:

可以在许多技术应用内使用隔膜泵,与已经讨论的内燃机相关的应用。因此,例如FR 1 031 061描述了一种气体操作的隔膜泵,该隔膜泵被拧入发动机气缸盖的火花塞孔中。当发动机转动时,隔膜泵由相应的气缸和泵的压力脉冲驱动,大气用于新鲜气体侧的辅助目的。相比之下,FR 889 617描述了一种由内燃机的排气脉冲驱动的隔膜泵。排气脉冲直接作用在隔膜上或经由活塞间接作用在隔膜上,该活塞在气缸内被引导并且经由冲头杆连接到相应的隔膜。

FR 866 840进而描述了一种同样由内燃机的排气脉冲驱动的气体操作的隔膜泵。这种配置包括两个隔膜泵,这两个隔膜泵并联连接并且经由相位偏移发动机气缸的独立的排气系统驱动但是同时在吸气区域和流出区域内在新鲜气体侧互连。

未在这些专利文献中更详细地描述隔膜泵到内燃机的排气系统内的实际联接。从先前未公开的申请EP 2 846 019 A1和EP 2 846 020 A1中已知可以通过将隔膜泵用作内燃机的排气系统中的排气增压泵而极大地增加所述内燃机的效力、功率输出和/或效率的设计。在此明确地通过引用并入这些申请的公开内容,特别与单独的发送机设计的配置、将隔膜泵联接到这些设计中作为排气增压泵以及相关联的操作模式有关。

在从先前未公开的申请EP 2 846 019 A1和EP 2 846 020 A1已知的设计中,隔膜泵由具体地在内燃机的排气系统内引导的排气的驱动气体中的脉冲或压力波动驱动,该气体被传入隔膜泵的主侧并且该气体的脉冲经由隔膜被传送到保持在隔膜泵的副侧中的储藏室中的与驱动气体相反的输送气体。具体地,隔膜泵应当有效地将驱动气体中短暂地出现的气体脉冲(诸如例如出现在内燃机的排气管线中)转换为输送气体的压缩,其中,本申请中的输送气体优选地是将由发动机吸入以便燃烧的新鲜空气。在本设计中,隔膜泵因此充当可以用于增压或提高内燃机的效率的空气压缩机。

在本上下文中,隔膜泵具有到驱动侧或主侧的工作室的入口,驱动气体可以通过该入口流入或流出。入口是驱动气体在其中来回脉冲的分支管线。在副侧或输送气体侧,存在至少一个流入阀和至少一个流出阀,输送气体可以专门通过该流入阀从外部流入工作室或副侧,输送气体可以专门通过该流出阀流出工作室。流入阀和流出阀因此各自充当独立控制的单向阀。隔膜由固有的偏置和/或由外部力(诸如一个或多个弹簧的力)保持在与隔膜的最大偏转相对应的朝向驱动侧的息止位置,其方式为使得在此隔膜位置,最大空间出现在输送侧或副侧,并且最小空间出现在驱动侧或主侧。

如果压力波现在通过入口流到隔膜泵的主侧的工作室,该压力波通过工作室中的驱动气体的脉冲传输或压力建立而将其动能传送到隔膜。隔膜由于驱动气体所提供的能量输入而弯曲并且减小副侧的工作室的空间以及因此减小输送其他的空间,直至隔膜被定位在泵壳体的内轮廓上。这导致隔膜泵的副侧上的输送气体压力增加,其方式为使得所述气体通过流出阀从隔膜泵排出。由于驱动气体的压力减小,隔膜上的(弹簧)偏置将隔膜推回其息止位置并且因此通过流入阀将输送气体吸入副侧。同时,驱动气体再次通过入口排出,驱动气体先前通过该入口流入主侧的工作室。

由于本设计,可以特别简单地将内燃机的排气系统内的压力脉冲用于压缩和/或预压缩新鲜气体以及因此用于增加内燃机的功率或效率。



技术实现要素:

本发明的目的现在是提供一种上述类型的隔膜泵,可以通过该隔膜泵进一步增加特别与在内燃机的排气系统中用来增加效力有关的所述优点。另外,可以提供具有特别高的特定功率输出和/或特别低的燃料消耗的内燃机。

对于隔膜泵,这个目标是根据本发明实现的,因为叶片弹簧被提供作为用于向隔膜施加偏置力的复位弹簧。

本发明是基于以下考虑,由于隔膜泵,可以实现内燃机的效率和/或功率输出的特别高的增加,因为一方面隔膜泵的内部损耗保持较低,并且另一方面确保了与所出现的压力波动相关的隔膜系统的特别高的敏捷性和灵活性。为此目的,特别是移动质量应当保持尽可能地低。为了使用特别简单的装置实现这一点,应当尽可能提供被提供用于向隔膜施加偏置力的弹簧系统,同时忽略弹簧的任何引导系统,并且同样在能够使用特别低密度的材料用于实际弹簧的设计中。这是通过将叶片弹簧用作用于施加偏置的弹簧类型实现的。

被提供用于向隔膜施加偏置力的叶片弹簧应当被布置在形成压力壳体的副侧的子空间内,并且因此作为压缩弹簧对抗隔膜由于进入的排气脉冲而导致的变形。然而,有利地并且针对特别简单并且因此特别有利的构造而言,叶片弹簧被布置在形成主侧的子空间内。叶片弹簧因此作为拉伸弹簧作用在隔膜上,叶片弹簧有利地在正向配合中连接到隔膜。这种布置抑制了弹簧内的更高频自然振动,诸如如果激励频率高于弹簧系统的自然频率则可以例如发生在气缸压缩弹簧系统内。

为了使得隔膜上的机械应力尽可能地温和以及因此较高的耐压强度,叶片弹簧特别有利地被配置用于将力从叶片弹簧基本上对称地引入到隔膜中,由叶片弹簧施加到隔膜上的单独力之和优选地作用在隔膜的面积中心。在这一意义上,叶片弹簧优选地连接到隔膜的中央处,其方式为使得由叶片弹簧施加到隔膜上的单独力之和作用在隔膜的面积中心。对于内部空间的圆柱形构造或者在隔膜区域内具有圆形横截面的构造而言,伴随隔膜自身的圆形构造,叶片弹簧因此优选地在其中心点连接到隔膜。

在隔膜泵的操作期间并且为了在内燃机的操作期间存在期望的脉冲频率,将预测到叶片弹簧在其自由弹簧端的微移动。为了防止由此导致的应力或损坏,叶片弹簧有利地可移动地支撑在压力壳体上。这种支撑可以方便地通过滑动元件和/或通过可枢转或可转动元件提供。

为了能够进行具有特别低的移动质量的特别优选的构造,叶片弹簧方便地由纤维复合材料形成。

为了实现基本上均匀的材料负载以及因此部件整体的延长的使用寿命,叶片弹簧在面积中心内变宽同时朝向外边缘区域逐渐减小,在面积中心内,叶片弹簧还优选地连接到隔膜。叶片弹簧因此有利地在其中央子区域内的宽度比其外边缘区域内的宽度更宽,优选地导致平面图中的近似梯形的几何结构。由于这种配置,使用特别简单的装置考虑了以下发现:抛物线形外部轮廓将实际上对于叶片弹簧上尽可能均匀的负载而言是特别令人期望的。这可以简单地由梯形轮廓近似。

在自身被认为独立的特别优选的实施例中,叶片弹簧在无负载状态下具有弯曲轮廓。以此方式,可以实现特别紧凑的构造。在这种情况下,叶片弹簧的曲率优选地朝向主侧。结果是,叶片弹簧可以与处于息止状态的隔膜近似平行地陷入主侧壳体盖中,从而节省空间。在副侧,同样优选地在新鲜气体侧或副侧泵盖中提供相应的低压,在该低压下,当压力(例如排气压力)被近似地施加到偏转的隔膜上时,弯曲的叶片弹簧就位。

自身被认为是创造性实施例并且可以有利地结合上述实施例或者独立地使用的特别有利的构造能够增加隔膜冲程并且因此能够使得隔膜泵的输送空间对于未改变的材料负载而言更高。在自身具有创造性的这种变体中,该或每个隔膜预制造有弯曲形状,其方式为使得在无压力状态下,形成主侧的子空间具有与该或每个隔膜的形变度相关的最小值。

由于优选地在制造或操作期间施加的隔膜弹性变形到与副侧壳体盖的曲率近似相对应的弯曲形状,可以实现隔膜的附加减载。隔膜的这种人工成形极大地减小了最大偏转时的拉伸负载。以此方式弯曲的隔膜将在理论上受到压缩应力,这种压缩应力将导致薄壁隔膜在由所夹持的隔膜边缘的平面所限定的中央通道内形成折叠或扭结。然而,由于部分地作用在隔膜上的恢复弹簧力,局部不均匀的表面负载作用在输送气体和工作气体之间,其方式为使得隔膜中不会出现扭结而是在隔膜中出现更高阶的曲率图案。因此,一方面,极大地减小了隔膜操作期间的材料应力,同时另一方面可以实现极大增加的输送空间。

取决于恢复力的作用点,这些曲率图案可以包括径向波形成或玫瑰花式结构。(单独)隔膜的折叠或扭结风险有利地由在多层中彼此堆叠的薄壁隔膜对抗。现在具有特别低的厚度的薄壁隔膜具有更高的反向抗弯强度,但是针对其整体的相同总厚度实现了与原始的单独隔膜类似的拉伸强度。薄壁隔膜在操作期间由作用在两侧的气体压力压在一起。

隔膜有利地被配置成平面圆形板但是还可以具有椭圆形状。有利地,可以具有纤维增强(玻璃纤维、碳纤维等等)的金属或塑料材料(热塑性、热固性、弹性体等等)被提供为材料。为了减小隔膜在拉伸和弯曲时的机械负载,在特别有利的实施例中,隔膜边缘可移动地(并且非刚性地)夹持在隔膜泵的压力壳体中。可移动夹持可以有利地例如通过从壳体盖伸出的O型环或者简单地由于隔膜边缘经由弹性材料中间层被夹持在壳体中而发生,同时径向曲率弹性地升高。

有利地,用于隔膜的界定形成主侧的子空间的末端止挡块被布置在形成隔膜泵的主侧的子空间内。所述末端止挡块有利地具有用于隔膜的弹簧安装的支撑表面,其方式为使得用于隔膜的泵可以按照特别温和的方式在材料上操作。在此上下文中,末端止挡块限定隔膜进入形成泵的主侧的子空间的最大延伸位置以及因此在以上含义中隔膜在形成主侧的子空间内的最远伸入点。隔膜的末端止挡块可以通过叶片弹簧间接地引入,因为叶片弹簧在朝向息止位置松弛时与壳体盖接触。这个接触有利地按照从弹簧端开始卷起的方式发生。

在隔膜泵的同样自身被认为具有创造性并且可以结合上述变体中的一个或两者或者独立地使用的另一个特别有利的实施例中,形成主面的压力壳体的子空间的内面在从流入面朝向隔膜延伸的扩散部区域内具有连续变宽的横截面,隔膜在形成主面的子空间内的最远伸入点在无压力状态下与流入面间隔开至少5mm。

由于这种类型的构造,从流入泵的主侧的驱动气体(换言之,从承载来自内燃机的排气系统的压力脉冲的气体到隔膜)到隔膜的脉冲传输以及因此副侧或新鲜气体侧上的压缩效应被配置成特别有效力。具体地,在此上下文中,极大地防止了进入压力波等等的反射现象。为了实现这一点,在此优选的变体中,选择用于进入泵的主侧的驱动气体的流引导,其方式为使得尽可能防止扰流形成并且驱动气体可以尽可能垂直地到达隔膜。可以实现这一点,因为泵的主侧内的到达区域(换言之,位于实际隔膜前方的室区域)是按照具有朝向隔膜连续变宽的横截面的扩散部的方式配置的。在此上下文中,在无压力状态下形成主侧的“自由”子空间(换言之,无压力状态下的隔膜与界定主侧的壳体盖的内面之间的空间)应当被选择为足够大,从而使得可以充分地确保流入主侧的压力波的期望扩散部效应。为了常规的安装大小或者在实际使用中期望的大小,为此目的,隔膜进入主空间内的最大偏转区域与壳体壁之间的距离应当被选择为足够大。

在此上下文中,可以实现对于制造而言特别简单并且因此特别方便的构造,因为通过隔膜泵的主侧的内表面的合适的配置预先提供期望的扩散部效应。为此目的,扩散部区域有利地被配置成截头锥体的外表面。这具有基本上直线形的侧面并且可以具有椭圆形或优选地圆形横截面。有利地,截头锥体的锥角介于10度与30度之间,因为可以通过这种类型的选择实现特别有利的效力。

作为替代方案或者除了压力波在泵的主侧内尽可能垂直地到达隔膜之外,被认为对于隔膜泵的主侧的成形特别有利的另一个配置目标是为了使得压力波在尽可能大的面积上到达隔膜。换言之,为了特别有效的脉冲传输,压力波应当尽可能不仅仅是限于隔膜的特别小的面积而是在该面积尽可能多的部分到达这里。

为了特别促进这一点,进入形成主侧的隔膜泵的子空间内的驱动气体侧开口(换言之,特别是流入面)有利地具有界定形成主侧的子空间的隔膜的最多约70%面积的自由流动横截面积。因此,实现了被配置成扩散部的壳体区域内的横截面增加,并且能够期望进入压力脉冲的特别有利的引导,特别是针对于在内燃机的排气系统内使用相关的所期望的压力和流动关系。

有利地,同样根据这些准则选择被配置成扩散部区域的泵的主侧的区域的其他几何参数。例如,为了空间或成本的原因,可以提供驱动气体进入隔膜泵的主侧的“横向”或切向流入。然而,有利地,流入是被中央地并且轴向地配置的,因为以此方式,进入的压力波到隔膜的脉冲传输会是特别综合的。为此目的,扩散部区域的中央轴线优选地被定向为平行于隔膜的中央轴线和/或优选地与其同心。在此上下文中,“隔膜的中央轴线”是指在放松或非变形状态下通过其中心点或面积中心垂直于隔膜的表面。

可替代地或另外,几何参数是特别优选地选择的,其方式为使得被提供为主侧的隔膜泵的内部空间的扩散部区域具有在所述泵的中央轴线的方向上看到的为隔膜冲程的至少1.5倍的长度。因此,扩散部区域内的空间比隔膜泵的输送空间足够大,从而使得特别可靠地实现期望的扩散部效应。

针对内燃机,实现了所述目标,因为上述实施例之一或这些实施例的组合的隔膜泵连接到所述发动机的排气系统,其方式为使得该或每个气缸的燃烧室在各种情况下经由入口侧上的可致动进气阀系统连接到进气系统,并且一方面经由出口侧上的可致动出气阀系统和脉冲开关连接到排气系统并且另一方面经由分支管线到连接到隔膜泵的主侧,该隔膜泵在副侧连接到进气系统。

在有利实施例中,在此上下文中,隔膜泵到排气系统的联接被配置的方式是使得经由隔膜泵的主侧传送到隔膜的脉冲开关的压力波穿过扩散部。

在此上下文中,可以实现期望的扩散部效应,因为隔膜泵根据上述设计(换言之,通过形成主侧的子空间的内面的几何配置)被配置为扩散部。然而,可替代地或另外,还可以使得通过引向隔膜泵的主侧的分支管线的相应的配置实现期望的扩散部效应。在自身被认为具有创造性的此变体中,将隔膜泵连接到主侧上的脉冲开关的分支管线在其进入隔膜泵的开口区域内具有自由横截面积,该横截面积与其到脉冲开关的连接点相比增加至少1.5倍。在本发明的此变体中,被提供构成扩散部功能的横截面的变宽因此已经至少部分地在从主侧上的隔膜泵上游连接的用于驱动气体(换言之,来自排气系统的压力波)的供应线中实现。

在同样自身被认为具有创造性的特别优选的实施例中,在此变体的基础上,换言之,在将扩散部集成到位于脉冲开关前方的分支管线中的基础上,还可以提供混合构造,在该混合构造中,多个隔膜泵的元件被组合成总体系统。具体地,在此上下文中,在气体侧彼此分离的多个副空间有利地被分配给共享壳体盖中的共享主空间。因此,多个隔膜泵可以按照特别简单的方式并行布置在气体侧,以实现更大的泵腔空间。在此上下文中,组合具有类似功能的布置是有利的。具体地,在此上下文中,优选地提供用于两个或更多个泵单元的共享壳体盖。工作气体侧上的这种类型的双室能够使得驱动气体有利地横向地流入隔膜的中央处。同样在这种情况下,优选地提供类似扩散部的管路前进,该管路前进在线性横截面中朝向隔膜泵变宽,并且在这样做时采取近似矩形的横截面增加并且产生期望的压力前进。

在特别有利的实施例中,内燃机被配置成使得热气(诸如来自燃烧室的排气)不是直接作用在操作中的隔膜泵而是使得隔膜泵与排气实际上流过其中的排气系统热解耦。这有利地故意地利用以下事实:当驱动隔膜泵的压力波作用在隔膜泵的主侧上时,仅仅存在移位流,其中,分支管线以及(如果适用的话)主室中的气体缓冲器在气体在脉冲传输完成之后再一次被推回分支管线中之前仅仅由进入压力波进一步驱动到这个中。这可以用于所描述的意义上的热解耦,因为所述气体缓冲器通过合适地选择几何参数而尺寸足够大,特别是分支管线内的空间以及(如果适用的话)还有隔膜泵的主室中的“空”空间。在这一意义上,“足够”具体意味着这个气体缓冲器的空间大于可以位于隔膜泵的主侧内的气体的最大空间。这种类型的配置确保流出所讨论的气缸的燃烧室的排气无法在通过脉冲开关之后进入隔膜泵的主室。为此,由形成隔膜泵的主侧的子空间以及分支管线的内空间形成的气体缓冲器空间有利地是隔膜泵的泵腔空间的至少1.5倍、优选地至少3倍。

合适地选择几何参数还能够尤其从非热阻或至少无法承受高热应力的材料全部或部分地形成隔膜泵,例如,基于塑料材料。

本发明实现的优点特别是因为以下事实:由于将叶片弹簧用作隔膜的偏置弹簧,可以使用特别简单的装置和具有低移动质量的轻量级构造实现隔膜的可靠偏置。另外,因此可以保持弹簧系统的安装空间特别小,尤其是偏置弹簧的轴向长度。因此,可以实现特别紧凑的构造,同时保持内燃机的特别高的效力。

附图说明

参照附图更详细地描述本发明的实施例,在附图中:

图1是隔膜泵的剖面图,

图2是隔膜泵的替代实施例的剖面图,

图3是图2的隔膜泵的主侧壳体盖件的内面的平面图,

图4是图1的放大细节图,

图5和图6各自是隔膜泵的替代实施例的剖面图,

图7-11各自示意性地示出内燃机,以及

图12是隔膜泵单元的剖面图。

贯穿所有附图,相同的部件具有相同的参考标记。

具体实施方式

隔膜泵1包括压力壳体2,该压力壳体的内空间4由弹性可变形的隔膜6划分为在气体侧彼此分离的多个(在所示实施例中是两个)子空间8、10。

隔膜6因为位于主气体侧壳体盖12(主侧)与新鲜气体侧壳体盖(副侧)之间作为弹性可变形的中间壁,这两个壳体盖一起形成压力壳体2。该隔膜按照气密的方式将形成主侧的子空间8和形成副侧的子空间10彼此分开,这两个子空间在隔膜6与两个壳体盖12和14的弯曲内表面之间延展。在驱动气体被引入这个空间并且因此驱动泵的意义上,第一子空间8因此形成主侧以及因此形成隔膜泵1的主空间。相比之下,第二子空间10是用于新鲜气体的气体室并且因此形成泵的副侧,焓将被传输到该气体室中,并且该气体室将被压缩。

偏置力被机械地施加到隔膜6,其方式为使得在无压力状态下,形成主侧的子空间8具有与隔膜6的形变度相关的最小值。在与图1相对应的这种状态下,隔膜6的中心点因此定位在位于子空间8内的止挡块16上。为了在操作期间将隔膜6上的机械负载保持相对较低,止挡块16被配置成至少在其面朝隔膜6的面上是弹性的或有弹力的。隔膜6进一步在其面积中心设置有金属触点盘18,在该面积中心内,隔膜6在所示无压力状态下抵靠止挡块16定位。

为了提供上述偏置力,在图1的实施例中,提供布置在形成主侧的子空间8内的弹簧20。在无压力状态下,所述弹簧将隔膜6从其无拉伸中央位置偏转到止挡块16,其方式为使得隔膜6抵靠所述止挡块定位。在此上下文中,弹簧20的偏置力被选择为大于最大程度偏转的隔膜6的恢复力,其方式为使得隔膜6可靠地抵靠止挡块16定位,在此状态下充分地偏转而无需施加气体压力。

至少一个入口出口通道24被布置在主气体侧壳体盖12中作为进入由虚线指示的流入面22的气体侧开口,用于脉冲传输的驱动气体或气体柱可以通过该至少一个入口出口通道流入并流出形成隔膜泵1的主气体空间的主侧子空间8。相比之下,至少一个新鲜气体吸入通道26和至少一个新鲜气体压力通道28引向形成隔膜泵1的副侧的第二子空间10并且因此穿过界定所述子空间的壳体盖14。所述通道分别配备有单向阀(瓣阀)30、32,其方式为使得气体可以专门在新鲜气体吸入通道26内流入隔膜泵1的副侧的子空间10内并且专门在新鲜气体压力通道28内流出副侧的子空间10。为了副侧上存在高压缩比,单向阀30、32优选地尽可能靠近壳体盖14的内表面34附接,以当隔膜6被偏转到内表面34时将隔膜6与单向阀30、32之间的剩余残余空间(死空间)保持尽可能小。

在息止状态下,隔膜6由于偏置而最大程度地偏转到主侧,并且主侧的子空间8最小。在此状态下,隔膜6在形成主侧的子空间8内的最远伸入点因此由抵靠止挡块16定位的接触板18限定。相比之下,在副侧上,相应的子空间10最大程度地填充有新鲜气体。如果受压的驱动气体(或气体缓冲器)现在经由入口出口通道24作用在主侧上,隔膜6朝向副侧移动并且在压缩状态下将存储在副侧的子空间10内的新鲜气体推动通过单向阀32进入下游的新鲜气体压力通道28,直至隔膜6定位在内表面34上。如果主侧上的气体压力接下来被释放(例如通过流回驱动气体通道),隔膜6由弹簧20和初始存在的隔膜恢复力抵靠止挡块16被压回。主侧上的气体因此被部分地排出并且副侧上的增加的子空间10经由新鲜气体吸入通道26同时填充新鲜气体。存储在压缩弹簧20内的能量因此用于隔膜泵1内的负载交替(排出排气并且吸入新鲜气体)。

隔膜泵1被故意地配置成用于在将由通过入口出口通道24流入第一子空间8内的驱动气体承载的脉冲或压力脉冲转换为隔膜6的移动并且因此转换为保持在第二子空间10内的存储室内的新鲜气体的压缩期间的特别高的效力以及部件的特别长的使用寿命。在此上下文中,还特别考虑了以下基本原理:隔膜6和弹簧20的移动质量应当保持尽可能低。为了实现这一点,特别是通过将弹簧20配置成叶片弹簧36而合适地配置弹簧系统。

这种类型的叶片弹簧36是可以通过相对低密度的材料制造的弹簧系统。另外,这种类型的弹簧系统可以保持弹簧系统的安装空间特别小,尤其是偏置弹簧的轴向长度。同样偶然不需要线性引导并且因此能够按照特别简单的方式制造的这种类型的弹簧系统通常是叶片弹簧或可以从这种类型的弹簧形成的所有衍生物,包括由多个叶片弹簧舌组成的叠片弹簧,诸如用作车辆耦合件中的弹簧系统。

有利地,由轻型纤维复合材料组成的弹簧材料被设置在这种类型的弹簧系统中。这些材料仅具有钢的密度的大约四分之一。

叶片弹簧36可以被布置在输送气体侧或副侧,并且因此被布置在隔膜泵1的子空间10内。然而,图1的实施例示出隔膜泵1的优选替代实施例,其中,通过布置在工作气体侧或主侧的子空间8内的叶片弹簧生成隔膜6上的恢复力并且因此如所示按照图1中的条形弹簧的形式。在此上下文中,在图1的实施例中被配置成拉伸弹簧的叶片弹簧36连接到隔膜6的中央处,其方式为使得由叶片弹簧36施加到隔膜6上的单独力之和作用在隔膜6的面积中心。叶片弹簧36的相关联的自由端38被安装或支撑在壳体盖12上。在所示的特别有利的实施例中,该自由端支撑在具有弯曲路径的接触面上,其方式为使得自由弹簧端可以在振动移动期间在这些弯曲路径上滚动。

可替代地,叶片弹簧36还可以牢固地连接到壳体盖12、14之一上,其方式为使得自由弹簧端作用在隔膜6上。将力对称地从叶片弹簧36引入隔膜6是有利的,该力是作用在隔膜6的面积中心上的单独力之和。在引入弹簧力的区域内,隔膜6有利地由支撑盘加固,以减小扭结应力或高接触压力。

叶片弹簧36可以由位于彼此顶部的多个单独的弹簧组成或者被配置有多个臂和相应多个自由弹簧端。

由于在移动期间发生在叶片弹簧36的自由端处的微移动,弹簧端38有利地间接地经由例如由塑料材料制成的或者经由可枢转或可转动元件连接到支撑件的滑动元件抵靠其支撑件支撑。在优选实施例中,叶片弹簧36由具有良好摩擦特性的复合材料组成,其方式为使得可以省略用于支撑弹簧端的中央滑动元件。例如,叶片弹簧36可以由包括聚酰胺粘结剂的复合材料组成,并且泵壳体上的支撑件可以由高级钢组成。由于其低厚度,叶片弹簧36可以基本上在安装空间方面中立地集成到压力壳体2中。

在自身被认为具有创造性的特别优选的实施例中,如图2的实施例所示,可选地除了隔膜6之外,叶片弹簧6被提前成形并且配置成是弯曲的。在这种情况下,用于隔膜6的末端止挡块由叶片弹簧36间接提供,因为叶片弹簧36当在息止位置放松时与壳体盖12接触。为了使得附接到壳体盖12的过程在材料上特备温和,成形优选地被选择为使得这种接触按照从弹簧端开始卷起的形式发生。分离部件形式的止挡块因此是极佳的。另外,主侧壳体盖12在其内面39上设置有用于接纳叶片弹簧36的凹陷46,该凹陷的末端边缘48由于剖面绘图而在图2中可见。壳体盖12中的用于接纳弹簧36的凹陷46几何地被配置成使得弹簧可以在接触时执行上述卷起过程。

在上述两个变体中,当隔膜6最大程度地偏转到第一主侧子空间8内时,弹簧20、36的弹簧力或特性应当具有与经由隔膜表面通过最小气体压力对抗工作气体的脉冲的力相对应的最小过量力。当隔膜被充分地偏转到输送气体室或副侧子空间10内时的弹簧20、36的最大恢复力由多个因素确定,诸如工作气体的脉冲频率、移动质量、泵的输送空间以及当从泵排出时输送气体的对抗压力。弹簧力及其在弹簧冲程上的前进(换言之,特性)应当因此被单独调整适用泵的应用。

为了实现基本上均匀的材料负载以及因此部件整体的延长的使用寿命,叶片弹簧36在中央子区域49内变宽同时朝向外边缘区域并朝向自由端39逐渐减小,在中央子区域内,叶片弹簧还优选地连接到隔膜6。叶片弹簧36因此有利地在其中央子区域49内的宽度比其外边缘区域内的宽度更宽,优选地导致平面图中的近似梯形的几何结构。还可以在图3中的主侧壳体盖12的内面39的平面图中看到这一点,其中,可以看到凹陷46。

在自身被认为具有创造性并且可以与上述实施例一起使用或单独使用的实施例中,图1的实施例中示出的隔膜泵1还另外被配置成用于特别高效地将进入压力波的气体脉冲的动能转换为隔膜移动。为此目的,尽可能使得气体流通过整个或大部分隔膜面积。在此上下文中,应当显著地防止扰流形成,其方式为使得气体分子的脉冲可以基本上垂直地到达隔膜6。为此,根据本实施例的隔膜泵1在构造方面被配置成使得进入压力波在到达隔膜6之前通过扩散部元件。

在图1的实施例中,这是通过合适地将形成主侧的子空间8的内面39或内表面成形实现的。内面39被形成为使得在被配置成扩散部区域40的子部分中,该内面形成具有朝向隔膜6恒定地变宽的横截面的扩散部。在此上下文中,为了提供大小特别适合所需扩散部效应并且进入压力波在与隔膜6接触之前可以充分地在其中传播的上游空间,在本实施例中提供用于定位止挡块16的距流入面22大约25至30mm的距离。这实现了配置准则,其中,在无压力状态下,应当为隔膜6在形成主侧的子空间8的最远伸入点维护距内面22至少5mm的最小距离,换言之,接触板18与止挡块16接触。

为了按照特别简单的方式实现壳体盖12的类似扩散部的配置,在图1的实施例中,主侧壳体盖的内面39被配置成扩散部区域40内的截头锥体42的外表面。

在此上下文中,在图1的实施例中,由于该构造,主气体侧壳体盖12整体(换言之,在内面和外面上)按照截头锥体42的形式被配置成在扩散部区域40内。可替代地,为了实现所需扩散部效应,当然还可以仅仅按照所述方式配置壳体盖12的内面39以及用适合相关使用目的的不同几何结构(例如圆柱体)配置其外面。

在本实施例中,气体侧入口22以及因此进入形成主面的子空间8的入口出口通道24具有界定形成主面的子空间8的隔膜6的面积的大约2至5%以及因此最多70%的自由流动横截面积。优选地,并且为了特别高的效力,截头锥体42的锥角介于10°与30°之间。

在驱动侧或主侧,在图1的实施例中,对于中心弹簧布置而言,壳体盖12特别在被配置成扩散部的区域40内具有漏斗形轮廓,刚性地夹持的隔膜边缘需要平行于隔膜延伸的漏斗边缘,并且可移动地夹持的隔膜能够保持下降漏斗边缘。漏斗轮廓自身可以朝向直线中心延伸或者在横截面中稍微凹。

在几何结构和成形方面,对于根据图1和图2的上述变体而言,隔膜泵1的压力壳体2基本上由两个壳体盖12、14构成,这两个壳体盖的结合面是隔膜6的平面或者与其平行的平面。副侧壳体盖14的内轮廓无限地确定隔膜6在其偏转状态下的变形以及因此其上的机械负载。在副侧或驱动气体侧,换言之,在壳体盖14中,其内轮廓方便地被配置成使得隔膜6与内表面34接触(换言之,在驱动气体的压力下从隔膜边缘到中心展开到内表面34),并且未超过隔膜材料的最大可容许拉伸和弯曲应力。因此,对于刚性地夹持在边缘处的隔膜6而言,优选地提供横截面基本上对应于平躺的双S的壳体盖轮廓,并且对于可移动地夹持的隔膜边缘,优选地提供对应于圆顶的壳体盖轮廓。

壳体盖12、14可以原理上按照塑料材料注塑零件、钣金冲压或压铸零件的形式成本有效地制造。

隔膜6有利地在本实施例中被配置成平面圆形板但是还可以具有椭圆形状。具体地,可以具有纤维增强(玻璃纤维、碳纤维等等)的金属或塑料材料(热塑性、热固性、弹性体等等)被提供为材料。为了在拉伸和弯曲时以及因此在隔膜泵1的操作期间减小隔膜6上的机械负载,如从图4的放大细节可见,隔膜边缘可移动地加持在壳体盖12、14之间。在此上下文中,可移动夹持是通过弹性升高的径向曲率实现的。在本实施例中,为此目的,提供分别从壳体盖12、14伸出的O型环52、54。可替代地,还可以在原理上通过中间层或弹性材料将隔膜边缘50夹持在压力壳体2中。

可以在制造期间或在操作期间通过隔膜6到与壳体14的曲率基本上相对应的弯曲形状的弹性变形实现隔膜6的进一步的减载。隔膜6的这种人工成形极大地减小了最大偏转时的拉伸负载。具体地,由于该弯曲成形,隔膜6不再具有固有偏置,这在无压力状态下将其引导到中央位置。而是,隔膜6的曲率近似于泵壳体的弯曲内轮廓,其方式为使得在最大偏转下,隔膜6中不会出现任何拉伸负载或低于平面隔膜轮廓的拉伸负载。以此方式弯曲的隔膜6将在理论上受到压缩应力,这种压缩应力将导致薄壁隔膜6在由所夹持的隔膜边缘50的平面所限定的中央通道内形成折叠或扭结。然而,另一方面,由于部分地或局部地作用在隔膜6上的恢复弹簧力,局部不均匀的表面负载作用在输送气体和工作气体之间,其方式为使得隔膜6中不会出现扭结而是在隔膜6中出现更高阶的曲率图案。取决于恢复力的作用点,这些曲率图案可以包括径向波形成或玫瑰花式结构。

可以按照优选实施例的方式通过由在多层中彼此堆叠的薄壁隔膜对抗(单独)隔膜6的折叠或扭结风险。现在各自具有特别低的厚度的薄壁隔膜具有更高的反向抗弯强度,但是针对其整体的相同总厚度实现了与单独隔膜类似的拉伸强度。薄壁隔膜在操作期间由作用在两侧的气体压力压在一起。

主空间的类似扩散部的配置可以按照上述那样结合将弹簧系统配置成叶片弹簧36来提供。相比之下,图5的实施例示出其中壳体的类似扩散部的配置与更常规配置的弹簧系统组合的变体。这包括弹簧56,该弹簧支撑在主气体侧壳体盖12上并且通过弹簧座58刚性地连接到隔膜6。

进入压力波或进入驱动气体流入隔膜6的中央处是特别有利的。为此目的,如图1和图5的实施例所示,扩散部区域40的中央轴线44被定向为平行于隔膜6的中央轴线和/或优选地与其同心。在此上下文中,“隔膜6的中央轴线”是指在放松或非变形状态下通过其中心点或面积中心垂直于隔膜6的表面。相比之下,如果到隔膜6上的垂直流动是不可能的,例如,出于空间的原因或者由于构造的原因,还可以提供类似正切扩散部的流入。图6示出这种类型的构造的一个实施例。隔膜泵1”中的这种布置不会专门允许对称地流到隔膜6上,但是仍使用大部分可用隔膜面积向其传输脉冲。在这两个实施例中,对于特别有利的扩散部效应而言,扩散部区域40优选地在其中央轴线44的方向上具有为隔膜冲程的至少1.5倍的长度。

在图5的实施例和图6的实施例中,弹簧56在隔膜6上施加恢复力,该弹簧被布置在子空间10中的工作气体侧或副侧并且被配置成压缩弹簧。在弹簧56的此上下文中提供的中央布置是有利的,因为通常情况下,由于隔膜6的弯曲,不存在横向力。为了专门确保弹簧56的轴向移动,弹簧56设置有线性或轴向导向件。在本实施例中,所述导向件是由导向销60提供的,该导向销连接到隔膜6并且与其垂直,并且进而在刚性定位的滑动轴承62内被引导。可替代地,还可以在隔膜6的主侧上(换言之,在子空间8内)提供一个或多个拉伸弹簧。然而,弹簧端的眼形约束由于其扭结而具有较差的耐久性特性。在本申请中,弹簧端应当类似于压缩弹簧通过弹簧座配置,这些弹簧座在各种情况下包括拉伸弹簧的第一绕组。这种类型的拉伸弹簧将在没有扭结风险的意义上在压缩弹簧上是有利的,其方式为使得将不再需要隔膜6的线性引导件。

隔膜6的气动悬浮也将是可能的。这在低弹簧质量和省略线性引导件的所得可能性方面是有利的。这种气动弹簧将有利地由可变形容器中的由隔膜6压缩的气密气体空间组成。这种类型的容器可以例如按照波纹管或仅仅球的形式配置。

特别有利地并且在自身被认为具有创造性的实施例中,根据以上描述配置的隔膜泵1、1’、1”按照内燃机的排气系统中的排气增压泵的形式使用。在此上下文中,经由扩散部将驱动气体引入隔膜泵的主室内的优点可以特别用于增加效力。因此,这种类型的内燃机可以配置有特别高的特定功率输出和/或特别低的燃料消耗。作为此目的的一个实施例,图7示意性地示出为4冲程方法配置的内燃机70。该内燃机包括多个气缸72,图7仅示出其中一个气缸,并且在每个气缸中引导有工作活塞74。工作活塞74经由活塞杆76作用在曲轴78上。取决于内燃机70的配置和构造,多个或所有气缸72的工作活塞74还可以作用在共享曲轴78上。

在常规的构造中,在气缸72的工作冲程中点燃压缩燃料空气混合物的燃烧室80位于气缸72内。响应于此,可移位地布置在气缸72内的工作活塞74执行工作冲程,驱动曲轴78供电。在工作冲程完成之后,换言之,在气缸72内的燃烧工作气体膨胀之后并且在到达下止点(BDC)之前,燃烧工作气体被供应到在出口侧连接到气缸72的排气系统82,在所述气缸的出气冲程期间作为排气。

对于操作气缸72所需的气体交换而言,燃烧室80在入口侧连接到进气系统84并且在出口侧连接到排系统82。为了控制燃烧室80内的气体交换,一方面,可以通过在图7的是实施例中被配置成进气阀88的进气阀系统将燃烧室80从进气系统84阻塞。另一方面,可以通过在图7的实施例中被配置成出气阀94的出气阀系统92将燃烧室80从引向排气系统82的排气系统90阻塞。

内燃机70选择性地被配置用于特别高的特定功率产出和/或特别高的效率以及因此特别低的特定燃料消耗。为此目的,在所讨论的气缸72的出气冲程期间从燃烧室80流出的热排气牵引出以其他方式实际上未采用的排气焓的至少一部分,以将其转换为机械驱动能和/或用于增压的新鲜气体空气密度增加,从而增加效率。可以实现这一点,因为在出气冲程期间尽可能广泛地从燃烧室80流出的排气压力波牵引脉冲和/或能量并且将其传输到流入燃烧室80进行加压的新鲜气体。

为了实现这一点,排气系统90被分支。为此目的,脉冲开关96连接到排气系统90,并且在入口侧连接到出气阀系统90并且在出口侧经由分支管线98连接到根据上述实施例配置的隔膜泵1的主侧并且连接到引向排气系统82的排气管线102。燃烧室80因此在出口侧经由出气阀系统92并且经由脉冲开关96连接到排气系统82和隔膜泵1的主侧。

由于这个设置,在图7的实施例中,从隔膜泵1中的排气牵引的焓用于在副侧供应到隔膜泵1的冷气流的压缩以及因此加压,特别在本实施例中是供应给被提供以供应给燃烧室80的新鲜气体空气流。相应地,在图7的实施例中,隔膜泵1在副侧连接到新鲜气体管线106,该新鲜气体管线穿过增压空气冷却器108并且在出口侧经由进气阀系统86按照可阻塞的方式连接到气缸72的燃烧室80。

在图7的实施例中,示出了当工作活塞74位于下止点(BDC)并且气缸72的出气冲程开始时燃烧室70的气缸72的状态。出气阀94已经开始打开。当出气阀94打开时,仍在残余压力下的排气从气缸72的燃烧室80逃逸到出气通道或排气系统90。由于气缸72内的排气的残余压力总体上介于2巴和8巴之间,并且出气通道中存在大约1.1-1.6巴的平均排气对抗压力,排气由于超临界压力比以声速流过出气阀94。由于实际上介于350与1150℃之间的高排气温度,排气的声速高达1000m/s。用于有目的性地增加本系统的效率和/或功率的排气压力波的脉冲(p=m·v)相应地比较高。

取决于发动机阀驱动器的发动机速度和配置,高能主排气压力波的传输时间大约是10-50曲轴度。排气压力波流过脉冲开关96,该脉冲开关有利地形成管路分支点。脉冲开关96具有主通道110,该主通道在入口侧连接到出气阀系统92并且在出口侧连接到隔膜泵1的主侧,在出口侧通向排气管线102中的排气通道112从该主通道分支并且经由此连接到排气系统82。主通道110因此通向引向隔膜泵1的分支管线98,同时排气通道112引向排气系统82,排气经由该排气系统到达户外。

脉冲开关96具有当出气阀94打开时尽可能完整地将排气流的脉冲引向分支管线98的目的,其方式为使得在出气冲程的第一冲程阶段,从气缸72流出的排气压力波尽可能完整地或者至少部分地传输到隔膜泵1的主侧。在此阶段,应当显著地防止排气流入排气通道112,导致脉冲丢失。可以提供从排气压力波到隔膜泵1的主侧的期望脉冲传输,因为排气至少部分地直接到达隔膜泵1中;然而,间接的脉冲传输是特别优选的,其中,从气缸72流出的排气压力波部分地或者尽可能完整地将其脉冲传输到已经位于分支管线98中的气体柱,该分支管线进而将其传输到隔膜泵1。

在隔膜泵1中,排气流的(直接或间接引入的)脉冲到达隔膜6,并且通过脉冲传输对隔膜变形。弹性隔膜6的移动质量优选地相当于加速排气柱的质量,以在脉冲传输期间(mgas·vgas=mwall·vwall)将尽可能多的动能传输到弹性隔膜6。存在于隔膜泵1的主侧的气体因此在隔膜泵1的增加的主气体空间或子空间8内膨胀。同时,在隔膜6的相反侧,在隔膜泵1的连接到新鲜气体管线106的减小的副或新鲜气体空间或子空间10内压缩新鲜气体。因此,在隔膜泵1中,排气的被转换为主侧上的膨胀功的焓被转换为在副侧在新鲜气体管线106内引导的新鲜气体的压缩能量。

隔膜6的极低的质量能够实现隔膜泵1内的非常快速的空间变化以及相应地若干曲轴度内的排气的快速解压缩,其方式为使得被提供用于将排气的焓(被转换为主侧上的膨胀功)转换为在副侧上在新鲜气体管线106内引导的新鲜气体的压缩能量的出气冲程的第一冲程阶段可以保持相应地较短。

接下来,然后是出气冲程的第二冲程阶段,其中,排气流入排气系统82。在隔膜6变形之后,隔膜通过恢复力移动回其初始位置,并且将位于分支管线98内的排气或气体柱经由分支管线98移位回脉冲开关96。至此,在出气冲程的第二冲程阶段中,排气到达排气系统102,同时绕过隔膜泵1,换言之,不流过隔膜泵。同样,活塞74经由排气系统90和脉冲开关96将仍存在于气缸72内的排气从所述气缸移位到排气系统112。相比之下,在压缩期间,新鲜气体由设置在隔膜泵中的单向阀推出隔膜泵1进入被提供并配置为压力存储管线的新鲜气体管线106,新鲜气体保持在该压力存储管线中,直至进气阀88以及可选地提供的附加阀120打开。新鲜气体管线106可以因此被认为是缓冲器,在隔膜泵1内压缩的新鲜气体被供应到该缓冲器,并且在该缓冲器中储存新鲜气体以供应到气缸72的燃烧室80。

隔膜泵1、1’、1”特别适合按照用于为单缸内燃机和双缸内燃机增压的排气增压泵的形式使用,诸如用于两轮车、ATV、履带式雪上汽车、休闲设备、飞行器发动机和静止发动机而且还用于汽车领域的多缸发动机,例如以协助现有的涡轮发动机。以下,描述进一步优选的设计,每个设计自身独立地被认为具有创造性,用于将这种类型的排气增压泵联接到内燃机的排气系统。

增压层理:

将上述类型的隔膜泵1、1’、1”用作排气增压泵使得内燃机70’的气缸72内存在进一步的增压层理选项,特别是甚至容易可点燃的燃料(诸如氢气)可以通过该增压层理按照可控的方式使用。

图8示出被配置成将氢气用作燃料的这种类型的内燃机70’。这自身被认为具有创造性。

在冲洗阶段,图8所示的内燃机70’被配置成根据上述工作原理和来自周围大气的空气被供应来自隔膜泵1、1’、1”的预压缩空气。为此目的,设置有单向阀122的附加新鲜空气管线124在位于增压空气冷却器108下游的点通向新鲜气体管线106。在这种情况下,在两个时间上分开的阶段冲洗气缸72。在进气阀和出气阀的进气冲洗或重叠阶段开始时,来自充当存储管线的新鲜气体管线106的专门预压缩的空气用于冲洗气缸72。仅当用作存储管线的新鲜气体管线106中的压力已经到达大气水平时,内燃机70’开始在第二冲洗阶段中经由单向阀122从环境吸入空气。第一冲洗阶段用于冲洗出残余气体并且用于冷却发动机内的燃烧室表面。在第二冲洗阶段,燃料可以混合到大气中。这种冲洗方法能够防止燃料冲洗损耗进入出气系统并且能够抑制燃料空气混合物与热排气的直接接触。自身被认为具有创造性的这种类型的冲洗方法因此特别有利地用于容易地点燃燃料(诸如氢气),以通过冷却燃烧室并且储存空气来降低自动点燃风险。

再增压:

同样自身被认为具有创造性的图8所示的内燃机70”被故意地配置成用于实现特别高的增压水平。在这个变体中,设置有单向阀122的新鲜空气管线124除了附加阀120之外并且与其组合地提供在该新鲜气体管线120中。

在这个内燃机70”的操作期间,在第一冲洗阶段期间,用作压力存储管线的新鲜气体管线106由附加阀120阻塞。发动机因此在这个冲洗阶段专门经由新鲜气体管线124从大气吸入空气,直至下降的活塞74大约到达下止点区域。附加阀120现在打开新鲜气体管线106进行第二冲洗阶段,其方式为使得由隔膜泵预压缩并保持在储罐中的空气在所述管线中经由吸气通道流入发动机气缸并且引向所期望的增压。在此上下文中,新鲜空气管线124中的单向阀122防止预压缩的空气流出进入大气。在本实施例中,实现了较高的增压水平,因为内燃机70”通过自由吸气填充其气缸的绝大部分,并且由用作排气增压泵的隔膜泵1、1’、1”预压缩的全部空气专门用于再增压。当进气阀和附加阀关闭时保留在形成吸气通道中的新鲜气体管线106内的空气压力促进在后续工作冲程期间高效地冲洗出残余气体。

使用具有360度点火间隔的两个气缸进行增压:

对于具有360度点火间隔的在四冲程方法中操作的两个气缸72而言,提供各自自身也被认为具有创造性的根据图10或图11的配置之一,可以按照特别简单和高效的方式通过该配置实现再增压。由于这两个发动机气缸72的360度点火间隔,脉冲驱动隔膜泵1、1’、1”的一个气缸72的排气脉冲按照有利的时间点基本上同时到达,从而实现另一个气缸72的新鲜气体再增压。这种情况能够在不需要对附加阀进行相位控制的情况下获得以及使用一个气缸72的排气脉冲用新鲜气体对相应的第二气缸72进行再增压。这两个发动机气缸72初始地通过自由吸气引入空气,如上所述。

根据本发明的上述方法特别适合具有偶数数量气缸的所有发动机构造,其中,每两个气缸72在工作冲程期间偏移360度,并且这些气缸在各种情况下配备有作为排气增压泵1、1’、1”连接的隔膜泵1、1’、1”用于每个气缸72(图10)或每两个气缸72(图11)。对于具有平面曲轴的四气缸双联发动机,例如,优选地气缸1和4以及气缸2和3组合用于所描述的增压方法。

为了能够通过使用排气焓特别高地增加内燃机70、70’、70”、70”’、70””的效力,在优选实施例中,根据以上描述的隔膜泵1被配置用于从排气压力波到隔膜6的特别高效的脉冲传输以及因此转换为新鲜气体的压缩能量。为此目的,经由扩散部将排气波引入隔膜泵1的主空间是特别有利的。

如图12所示,在本实施例中,在此上下文中,根据隔膜泵1的图1所示的变体通过壳体盖12的类似漏斗或类似截头锥体的成形实现扩散部。然而,自然地,为隔膜泵1、1’、1”的配置示出的所有其他变体也是有利的和有益的。

然而,可替代地或另外,还可以通过分支管线98自身的相应配置实现根据本发明提供的用于将排气压力波引入隔膜泵1的扩散部。在自身被认为具有创造性的此变体中,分支管线98在其进入隔膜泵1的开口区域内具有自由横截面积,该横截面积与其到脉冲开关96的连接点相比增加至少1.5倍。

基于作为扩散部元件的分支管线98的这种类型的配置并且特别有利并且特别适合多缸发动机的本发明的特别有利的变体在图12中示意性地示出。在此上下文中,单独隔膜泵的多个部件在隔膜泵单元130内互连并组合,以实现更大的泵腔空间。在此上下文中,组合具有类似功能的室的布置是有利的。特别地,在此上下文中,提供形成用于两个或更多个副空间的共享子空间8,并且该共享子空间在每一侧由弹性可变形的隔膜6界定。子空间8在驱动气体侧连接到分支管线98,该分支管线的横截面在进入子空间8的开口上游变宽并且因此形成扩散部区域132。因此,同样在这种情况下,在流入区域内提供类似扩散部的管路前进,该管路前进的线性横截面朝向隔膜泵的主侧增加并且在本实施例中采取基本上矩形的横截面。

在副侧,在本示例中,形成副侧的子空间10被布置在子空间8的每一侧上,在各种情况下通过相关联的隔膜6按照气密的方式与第一子空间8分离,并且在各种情况下经由新鲜气体压力通道/吸气通道26、28与上述示例类似地连接到内燃机的相关联气缸的新鲜气体通道。因此,经由隔膜泵单元130,例如,可以同时为内燃机的两个气缸供应预压缩的新鲜气体,仅需要一个分支管线98和相关联的主侧子空间8。

例如,可以为两个泵单元提供共享壳体盖。工作气体侧的这种类型的双室能够使得驱动气体有利地横向地流到隔膜6的中央处。因此可以实现期望的压力前进。

为了进一步通过脉冲传输改善从驱动气体到隔膜6的期望的能量传输,例如,在图7的实施例中,有利地合适地在隔膜质量的意义上选择则气体质量。优选地,包括连接到隔膜6的所有移动质量的气体质量和隔膜质量大约相等。因为在实践中隔膜质量经常大于位于压力波中的气体质量,可以通过位于分支管线98内的气体缓冲器增加最终作用在隔膜6上的气体质量。位于扩散部中的气体质量也被朝向这个气体缓冲器对抗。因此进入分支管线98的压力波的脉冲到达位于分支管线98和扩散部中的气体质量并且对其加速,增加了总的气体质量但是造成总的气体质量的气体速度低于初始进入的压力波的速度。然而,仍近似地保持脉冲,结果是气体质量和隔膜质量已经变得相对接近并且到隔膜的能量传输更高。

未传输到隔膜6的驱动气体的那一部分脉冲作为经反射的气体质量到达。位于隔膜上游的扩散部有助于利用驱动气体的残余脉冲进行到隔膜6的能量传输,因为所述扩散部使得气体流按照锥形到达隔膜6并且因此使得经反射的气体分子具有径向分量,该径向分量使得气体分子向外朝向壳体边缘径向地移动,使得隔膜6和壳体盖12之间存在进一步的脉冲传输,其方式为使得此处的静态气体压力进一步增加。

因为在本实施例中通过热驱动气体操作隔膜泵1,特别是来自内燃机70的排气,包括用于工作室的扩散部的分支管线98有利地比隔膜泵1的泵腔空间大1.5至3倍。位于隔膜6上游的存在于分支管线98和/或扩散部中的气体柱因此形成对抗内燃机70的热排气的热绝缘。热压力波由该上游气体柱阻止直接到达隔膜6。

如果需要的话,可以另外冷却分支管线98从而降低隔膜泵1中的驱动气体的温度。有利地,隔膜泵1的分支管线98从承载排气的直接位于相关联的内燃机70、70’、70”、70”’、70””的气缸头部的管线进行分支,如图7至图11所示。对于驱动压力波的低损耗而言,这种分支应当在原理上尽可能近地附接到气体脉冲的发起点,例如,在发动机气缸头的出气通道处。有利地按照以下方式配置该分支:进入分支的气体脉冲主要进入隔膜泵1的分支管线98的分支中,例如在泵送方向进入平铺的直线形管路,或者在分支存在曲率的情况下,将出气口平铺到泵分支的弯曲部分内侧的消音器上。

可以按照各种方式配置上述内燃机70、70’、70”、70”’、70””。以下(单独地或组合地)各自被认为是特别有利的并且自身具有创造性:

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成单缸发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成双缸发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成具有至少3个气缸的发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成两冲程发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成四冲程发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成其气缸72各自具有至多250、优选地至多200cc的单独气缸容量的发动机,

-将内燃机70、70’、70”、70”’、70””配置成将氢气作为燃料的发动机,

-在摩托车中使用内燃机70、70’、70”、70”’、70””,

-在全地形车辆(ATV)中使用内燃机70、70’、70”、70”’、70””。

参考标号列表

1,1’,1” 隔膜泵

2 压力壳体

4 内部空间

6 隔膜

8,10 子空间

12,14 壳体盖件

16 止挡块

18 接触盘

20 弹簧

22 流入面

24 进气通道和出气通道

26 新鲜气体吸入通道

28 新鲜气体压力通道

30,32 单向阀

34 内表面

36 叶片弹簧

38 自由端

39 内面

40 扩散部区域

42 截头锥体

44 中央轴线

46 凹陷

48 末端边缘

49 子区域

50 隔膜边缘

52,54 O型环

56 弹簧

58 弹簧座

60 引导销

62 滑动轴承

70,70’,70”,70”’,70”” 内燃机

72 气缸

74 工作活塞

76 活塞杆

78 曲轴

80 燃烧室

82 排气系统

84 进气系统

86 进气阀系统

88 进气阀

90 排气系统

92 出气阀系统

94 出气阀

96 脉冲开关

98 分支管线

102 排气管线

106 新鲜气体管线

108 增压空气冷却器

110 主通道

112 排气通道

120 附加阀

122 单向阀

124 新鲜空气管线

130 隔膜泵单元

132 扩散部区域

再多了解一些
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