CN102562292B - 三类气门气体压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三类气门气体压缩机，包括活塞气缸机构，在所述活塞气缸机构的工质包络上设进气门、供气门和排气门，所述进气门、所述供气门和所述排气门中的部分或全部受正时控制机构控制；所述活塞气缸机构的活塞处于上止点时，所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积和所述活塞的直径的乘积之比小于4:100。本发明所公开的三类气门气体压缩机能有效克服余隙容积的影响，提高气体压缩机的效率，降低重量，降低造价。

Description

三类气门气体压缩机

技术领域

本发明涉及气体压缩领域，尤其是一种气体压缩机。

背景技术

传统活塞式气体压缩机均是按照吸气冲程——压气供气冲程二冲程循环模式工作的，然而，在这种循环模式中，余隙间隙（也叫余隙容积）对压气机的效率影响严重。因此，需要发明一种能够科学有效地利用余隙间隙提高压气机效率的新型气体压缩机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种三类气门气体压缩机，包括活塞气缸机构，在所述活塞气缸机构的工质包络上设进气门、供气门和排气门，所述进气门、所述供气门和所述排气门中的部分或全部受正时控制机构控制；所述活塞气缸机构的活塞处于上止点时，所述活塞的上方容积（V）与所述活塞的截面积（S）和所述活塞的直径（D）的乘积之比（即V/（S×D））小于4:100。

选择性地，所述活塞气缸机构的活塞处于上止点时，所述活塞的上方容积（V）与所述活塞的截面积（S）和所述活塞的直径（D）的乘积之比（V/SD）小于3.8:100、3.6:100、3.4:100、3.2:100、3:100、2.8:100、2.6:100、2.4:100、2.2:100、2:100、1.8:100、1.6:100、1.4:100、1.2:100、1:100、0.8:100、0.6:100、0.4:100或小于0.2:100。

所述工质包络设为由活塞、气缸和气缸盖构成，或所述工质包络设为由两个或两个以上活塞和气缸构成，或所述工质包络设为由两个或两个以上活塞、气缸和气缸连通腔体构成。

所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体做功冲程—排气冲程的循环模式工作的无燃四冲程控制机构；或所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体做功冲程—排气冲程—吸气冲程—排气冲程的无燃六冲程控制机构。

所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气余隙气体放出冲程的二冲程循环模式工作的无燃二冲程控制机构。

所述三类气门气体压缩机还包括压气机，所述压气机经所述进气门与所述工质包络的内腔连通，所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照进气扫气压气供气冲程—余隙气体做功冲程的循环模式工作的无燃二冲程控制机构。

所述工质包络上还设有受所述正时控制机构控制的射流泵充气门，所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照先吸后充压气供气冲程—余隙气体做功冲程的循环模式工作的无燃充气二冲程控制机构。

所述工质包络上设有流体导入口。

在设有流体导入口的结构中，所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体燃烧做功冲程—排气冲程的循环模式工作的有燃四冲程控制机构；或所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体燃烧做功冲程—排气冲程—吸气冲程—排气冲程的循环模式工作的有燃六冲程控制机构。

在设有流体入口的结构中，所述三类气门气体压缩机还包括压气机，所述压气机经所述进气门与所述工质包络的内腔连通，所述控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照进气扫气压气供气冲程—余隙气体燃烧做功冲程的循环模式工作的有燃二冲程控制机构。

在设有流体导入口的结构中，所述工质包络上设有火花塞。

根据进入所述气缸中被压缩的气体种类的不同，为了使所述工质包络内发生燃烧化学反应，所述流体导入口可设为燃料入口、氧化剂入口或氧化还原剂入口，即当所述工质包络中压缩的气体是具有氧化性能的气体（如含氧气体等）时，所述流体导入口设为燃料入口；当所述工质包络中压缩的气体是可燃气体（如天然气等）时，所述流体导入口设为氧化剂入口；当所述工质包络中压缩的气体是不具有氧化性能的不可燃气体（如氮气等）时，所述流体导入口设为含有可发生燃烧化学反应的氧化剂和还原剂混合物的氧化还原剂入口。

所述工质包络的内壁全部或部分设为绝热式。

所述三类气门气体压缩机还包括进气道、供气道和排气道，所述进气道经所述进气门与所述工质包络的内腔连通，所述供气道经所述供气门与所述工质包络的内腔连通，所述排气道经所述排气门与所述工质包络的内腔连通。

所述三类气门气体压缩机还包括成品气储罐，所述成品气储罐经所述供气门与所述工质包络的内腔连通。

所述活塞气缸机构的活塞设为自由活塞。

所述进气门设置在所述活塞气缸机构的气缸的侧壁上。

所述进气门的通道设置在所述活塞气缸机构的气缸的侧壁上，所述活塞气缸机构的活塞设为所述进气门的启闭结构体。

所述排气门设为直动阀。

所述供气门包括外开自由阀片和阀片挺杆。

所述供气门包括外开自由阀片和内开气门，所述内开气门包括内开气门头和内开气门杆。

所述进气门设在所述活塞气缸机构的活塞上。

在所述供气道上设旁通管，所述旁通管经射流泵与所述工质包络的内腔连通。

所述工质包络的内腔经所述排气门与叶轮动力机构的工质入口连通。

所述工质包络的内腔经所述进气门与叶轮压气机的压缩气体出口连通。

所述工质包络的内腔经所述排气门再经射流泵与叶轮动力机构的工质入口连通。

所述排气道经冷却器与所述进气道连通。

所述冷却器与所述进气道之间设有射流泵。

所述工质包络的内腔经所述排气门再经冷却器与排气储罐连通，从而可以实现将来自余隙容积内的高温高压气体在所述冷却器中被冷却降温并存储在所述排气储罐内，所述排气门在所述三类气门气体压缩机的吸气冲程中的全部或某一时间间隔内打开，将所述排气储罐内的已被冷却的来自余隙容积内的高温高压气体经所述冷却器、所述排气道再经所述排气门回流进入到所述气缸内；所述排气门也可在所述三类气门气体压缩机的压缩冲程前期的某一时间间隔内打开，将所述排气储罐内的已被冷却的来自余隙容积内的高温高压气体经所述冷却器、所述排气道再经所述排气门回流进入到所述气缸内。

在所述叶轮动力机构上和/或在所述叶轮动力机构的动力输出轴上设旋转惯量体，从而可以维持所述叶轮动力机构的转速以实现当推动所述叶轮动力机构的气体不足时，能够对气体形成吸出的作用，从而更有效排出余隙容积内的气体，若此时所述进气门处于开启状态，可进一步实现对余隙容积扫气降温的目的。

为了提高上述三类气门气体压缩机的效率，本发明提出如下几种技术方案：

一种提高上述不设流体导入口的三类气门气体压缩机效率的方法，在余隙气体做功冲程中，当所述工质包络内的气体压力低于大气压力时，使所述进气门打开。

一种提高所述设有流体导入口的三类气门气体压缩机效率的方法，在余隙气体燃烧做功冲程中，当所述工质包络内的气体压力低于大气压力时，使所述进气门打开。

一种提高所述设有流体导入口的三类气门气体压缩机效率的方法，在余隙气体燃烧做功冲程中，调整燃料的供给量，使得燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95。

选择性地，可在余隙气体燃烧做功冲程中，调整燃料的供给量，使得燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95、1.90、1.85、1.80、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10、或小于1.05，或等于1.00。

本发明的原理是：所述活塞下行（即远离气缸盖）吸气时，所述进气门打开，将需要压缩的气体吸入所述气缸后（即所述活塞运行至下止点时），所述进气门关闭，这一冲程称为吸气冲程；所述活塞上行（即趋近于气缸盖）对缸内气体进行压缩，当压缩到一定程度时（缸内的压力大于所述供气门外部的压力时），所述供气门打开，缸内的气体经所述供气门被排出（可存入所述成品气储罐内），所述活塞运行至上止点时所述供气门关闭，这一冲程称为压气供气冲程（如果在压缩过程中产生的余隙气体在供气结束后通过所述排气道排出，这一冲程称为压气供气余隙气体放出冲程）；当活塞结束压气供气冲程时，所述活塞开始下行（即远离气缸盖）利用气体压缩机余隙容积内的气体直接做功，直到所述活塞运行至下止点，这一冲程称为余隙气体做功冲程（如果余隙气体是含氧气体，此时可向余隙容积内喷射燃料使燃料与余隙气体发生燃烧化学反应并推动所述活塞做功，直到所述活塞运行至下止点，这一冲程称为余隙气体燃烧做功冲程）；当所述活塞结束余隙气体做功冲程或余隙气体燃烧做功冲程时，所述排气门打开，所述活塞开始上行将缸内气体（即做功后的气体）排出所述气缸后，所述排气门关闭，这一冲程称为排气冲程。此外，在进气为有压气体的前提下（例如经叶轮压气机压缩后的气体以及经所述活塞背部压缩的气体（如同二冲程进气模式）），当所述活塞处于下止点时，所述排气门和所述进气门都打开，利用经过所述进气门进入所述工质包络的有压气体将原存在于所述工质包络内的气体经所述排气门以扫气的形式排出后，所述排气门关闭，所述进气门也关闭，所述活塞继续上行对缸内气体进行压缩，随后所述供气门打开进行供气，直至所述活塞运行至上止点时，所述供气门关闭，这一冲程称为进气扫气压气供气冲程。在设有所述喷射泵充气门的结构中，当活塞下行吸气时，所述进气门打开将需要压缩的气体吸入所述气缸，所述进气门关闭后所述喷射泵充气门打开，向所述气缸内充入需要被压缩的气体，然后所述喷射泵充气门关闭，随后所述活塞开始上行对所述气缸内的气体进行压缩，当所述气缸内的气体被压缩到一定程度时所述供气门打开，直到所述活塞运行至上止点时所述供气门关闭，这一冲程称为先吸后充压气供气冲程，在这一过程中，可以通过在供气道上设旁通管等方式将经所述供气门流出的压缩气体的一部分作为所述射流泵的动力流体。

本发明中，所谓的活塞气缸机构是指由活塞和气缸构成的机构。

本发明中，所谓的气门是指由通道和将此通道打开和关闭的启闭结构体构成的机构；所谓进气门是指设置在所述工质包络上的控制进气的气门；所谓供气门是指控制压缩后的成品气流出的气门（相当于传统活塞式气体压缩机的排气门）；所谓射流泵充气门是指控制所述射流泵产生的压缩气体充入所述工质包络的气门；所谓排气门是指控制所述工质包络内的气体排出的气门。

本发明中，所谓的“所述排气道经射流泵与叶轮动力机构连通”是指所述排气道与所述射流泵的射流泵动力气体喷射口连通，所述射流泵的射流泵气体出口与所述叶轮动力机构连通。

本发明中，所谓的“所述冷却器与所述进气道之间设有射流泵”是指所述冷却器与所述射流泵的射流泵动力气体喷射口连通，所述射流泵的射流泵气体出口与所述进气道连通。

本发明中，所述射流泵的射流泵低压气体入口可以与大气连通，也可以与具有一定压力的气体源连通，如所述射流泵的射流泵低压气体入口可以与排气道连通。

本发明中，所谓的工质包络是指由活塞和与所述活塞相配合的腔体所构成的容纳气体工质的空间的壁，例如由活塞、气缸和气缸盖构成的空间的壁，再例如由相互对置设置的两个活塞和气缸构成的空间的壁，还例如由多个相互对置设置的活塞、与每个活塞相配合的气缸以及连通这些所述气缸的气缸连通腔体构成的空间的壁。

本发明中，所谓的空间的壁是指空间内气体所接触到的物体，包括固定的物体例如气缸和气缸盖，也包括活动的物体例如活塞。

本发明中，在一个所述工质包络上可以设置一个或多个进气门，也可以设置一个或多个供气门，还可以设置一个或多个排气门。

本发明中，所谓的正时控制机构是指一切能够使所述三类气门气体压缩机按照本发明所公开的逻辑关系（包括有燃二冲程、无燃二冲程、无燃充气二冲程、有燃四冲程、无燃四冲程、有燃六冲程、无燃六冲程等）工作的控制装置、单元或系统，可以是机械控制系统（如凸轮控制机构）、液压控制系统、电磁控制系统和电子控制系统，或者它们的各种组合控制系统。

本发明中，所谓的流体导入口是指一切能够将流体（燃料、氧化剂、氧化剂和还原剂的混合物等）导入所述工质包络的开口或装置，如泵、阀等；所谓的燃料入口是指一切能够将燃料导入所述工质包络的开口或装置，如燃料喷射器、燃料导入阀等；所谓的氧化剂入口是指一切能够将与可燃气体发生燃烧化学反应的流体导入所述工质包络的开口或装置；所谓的氧化还原剂入口是指一切能够将能发生燃烧化学反应的氧化剂和还原剂混合物导入所述工质包络的开口或装置。

本发明中，所谓的叶轮压气机是指一切利用叶轮对气体进行压缩的装置，例如涡轮压气机等。

本发明中，所述叶轮动力机构可以对所述叶轮压气机输出动力。

本发明中，所谓的叶轮动力机构是指一切利用气体流动膨胀对外做功的机构，例如动力透平、动力涡轮等。

本发明中，所谓的成品气储罐是指能够储存气体的高压容器，所谓的成品气储罐在本发明所公开的某些技术方案中可以用来给所述三类气门气体压缩机提供高压气体，也可以用来存储所述三类气门气体压缩机产生的压缩气体。

本发明中，所谓的排气储罐是指储存被冷却的来自余隙容积的高温高压气体（被冷却后温度已降低）的空间，所述排气储罐可以与所述冷却器设为一体式，也就是说可以在所述冷却器上设置可以储存被冷却的来自余隙容积的高温高压气体的空间，以构成将所述冷却器和所述排气储罐设为一体式的结构。

本发明中，所谓的压缩冲程前期是指自压缩冲程开始起至压缩冲程未结束止的压缩冲程的部分过程。所述压缩冲程前期的长短要根据所述排气储罐的压力决定，其目的是要在压差适当的条件下，将储存在排气储罐内的被冷却的来自余隙容积的高温高压气体回流到所述气缸内，以减少压力损失，提高效率。

本发明中，将所述工质包络设为绝热式的目的是为了减少压缩初期气体从所述工质包络内表面吸收的热量，提高效率。

本发明中，将所述进气道设为绝热式的目的是为了减少进气过程中气体吸热，提高效率。

本发明中，所谓的射流泵是指通过动力流体引射非动力流体，两流体相互作用从一个出口排出的装置，所谓的射流泵可以是气体射流泵（即喷射泵），也可以是液体射流泵；所谓的射流泵可以是传统射流泵，也可以是非传统射流泵。

本发明中，所谓的传统射流泵是指由两个套装设置的管构成的，向内管提供高压动力气体，内管高压动力气体在外管内喷射，在内管高压动力气体喷射和外管的共同作用下使内外管之间的其他气体（从外管进入的气体）沿内管高压动力气体的喷射方向产生运动的装置；所谓射流泵的外管可以有缩扩区，外管可以设为文丘里管，内管喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指外管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力气体喷射口、射流泵低压气体入口和射流泵气体出口。

本发明中，所谓的非传统射流泵是指由两个或两个以上相互套装设置或相互并列设置的管构成的，其中至少一个管与动力气体源连通，并且动力气体源中的动力气体的流动能够引起其他管中的气体产生定向流动的装置；所谓射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即射流泵动力气体喷射口、射流泵低压气体入口和射流泵气体出口；所述射流泵可以包括多个射流泵动力气体喷射口，在包括多个射流泵动力气体喷射口的结构中，所述射流泵动力气体喷射口可以布置在所述射流泵低压气体入口的管道中心区，也可以布置在所述射流泵低压气体入口的管道壁附近，所述射流泵动力气体喷射口也可以是环绕所述射流泵低压气体入口管道壁的环形喷射口。

本发明中，所述射流泵包括多级射流泵，多股射流泵和脉冲射流泵等。

本发明中所谓的无燃四冲程控制机构是指一切能控制所述进气门、所述排气门和所述供气门使所述三类气门气体压缩机在没有燃烧的情况下有效按本发明所公开的四冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构等；所谓的无燃六冲程控制机构是指一切能控制所述进气门、所述排气门和所述供气门使所述三类气门气体压缩机在没有燃烧的情况下有效按本发明所公开的六冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构等；所谓的无燃二冲程控制机构是指一切能控制所述进气门、所述排气门和所述供气门使所述三类气门气体压缩机在没有燃烧的情况下有效按按本发明所公开的二冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构等；所谓的无燃充气二冲程控制机构是指一切能控制所述进气门、所述排气门、所述供气门和所述射流泵充气门使所述三类气门气体压缩机在没有燃烧的情况下有效按按本发明所公开的二冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构等。

本发明中所谓的有燃四冲程控制机构是指一切能使控制所述进气门、所述排气门和所述供气门所述三类气门气体压缩机在有燃烧的情况下有效按本发明所公开的四冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构以及燃油供给系统等；本发明中所谓的有燃六冲程控制机构是指一切能使控制所述进气门、所述排气门和所述供气门所述三类气门气体压缩机在有燃烧的情况下有效按本发明所公开的六冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构以及燃油供给系统等；本发明中所谓的有燃二冲程控制机构是指一切能使控制所述进气门、所述排气门和所述供气门所述三类气门气体压缩机在有燃烧的情况下有效按本发明所公开的二冲程逻辑关系工作的机构，例如凸轮机构、液压气门控制机构或电磁气门控制机构以及燃油供给系统等。

本发明中，所谓的六冲程循环模式比传统发动机的四冲程循环模式多一个进气冲程和一个排气冲程的目的是为了对所述工质包络进行冷却，进而降低所述进气的温度，增加进气量，增加压缩效率；不仅如此，可以利用此过程使所述叶轮动力机构获得更大的气体流量，进而提高所述三类气门气体压缩机的效率。

本发明中，所谓的自由状态是指当缸内的气压小于外部气压时，所述外开自由阀片处于关闭状态；当缸内的气压大于外部气压时，所述外开自由阀片处于开启状态。

本发明中，所谓的非自由状态是指无论缸内气压大于或小于外部压力，所述外开自由阀片均处于关闭状态。

本发明中，所谓的直动阀是指受活塞直接控制的阀体，具体说来，是指通过所述活塞的推进作用或牵拉作用迫使所述直动阀的阀体发生位移或偏转从而实现开启或关闭的机构。

本发明中，所谓的旋转惯量体是指具有质量的做旋转运动的结构体。

本发明中，所谓的空气过量系数是指在一个有燃的工作循环中进入所述三类气门气体压缩机燃烧空间内的空气量及导入燃料量的质量比与理论空燃比之比值，比如空气过量系数是1.5是指在一个有燃的工作循环中进入所述三类气门气体压缩机燃烧空间内的空气量与燃料量的比值与理论空燃比之比值是1.5。

本发明中，根据气体压缩领域和发动机领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统，如在所述燃料入口处设置燃料供送系统等。

本发明的有益效果如下:

本发明所公开的三类气门气体压缩机能有效克服余隙容积的影响，提高气体压缩机的效率，降低重量，降低造价。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；

图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；

图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；

图9所示的是本发明实施例9的结构示意图；

图10所示的是本发明实施例10的结构示意图；

图11所示的是本发明实施例11的结构示意图；

图12所示的是本发明实施例12的结构示意图；

图13所示的是本发明实施例13的结构示意图；

图14所示的是本发明实施例14的结构示意图；

图15所示的是本发明实施例15的结构示意图；

图16所示的是本发明实施例16的结构示意图；

图17所示的是本发明实施例17的结构示意图；

图18所示的是本发明实施例18的结构示意图；

图19所示的是本发明实施例19的结构示意图；

图20所示的是本发明实施例20的结构示意图；

图21所示的是本发明实施例21的结构示意图；

图22所示的是本发明实施例22的结构示意图；

图23所示的是本发明实施例23的结构示意图；

图24和图25所示的是本发明实施例24的结构示意图；

图26和图27所示的是本发明实施例25的结构示意图，

图中：

1活塞、2气缸、3进气道、4供气道、5排气道、6燃料入口、7火花塞、8气缸连通腔体、9压气机、10叶轮动力机构、12成品气储罐、13排气储罐、15气缸盖、17工质包络、18射流泵充气门、20旁通管、21射流泵、31进气门、32冷却器、33节流器、35旋转惯量体、36直动阀、37通道、39热交换器、41供气门、51排气门、90叶轮压气机、100活塞气缸机构、211射流泵动力气体喷射口、212射流泵气体出口、213射流泵低压气体入口、411外开自由阀片、412阀片挺杆、413内开气门、414内开气门头、415内开气门杆、1601无燃四冲程控制机构、1602无燃二冲程控制机构、1603有燃四冲程控制机构、1604有燃二冲程控制机构、1605无燃六冲程控制机构、1606无燃充气二冲程控制机构、1607有燃六冲程控制机构。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的三类气门气体压缩机，包括活塞气缸机构100，所述活塞气缸机构100的活塞1、气缸2和气缸盖15构成工质包络17，所述气缸盖15与所述气缸2连接，所述活塞1设置在所述气缸2内，在所述活塞1处于上止点时，所述活塞1的上方容积与所述活塞1的截面积和所述活塞1的直径的乘积之比为4:100，在所述工质包络17的气缸盖15上设进气门31、供气门41和排气门51，所述工质包络17的内腔分别通过所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51与进气道3、供气道4和排气道5连通，所述供气道4与成品气储罐12连通，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受电磁式的无燃四冲程控制机构1601控制，所述无燃四冲程控制机构1601的控制过程为：所述活塞1下行时吸气，所述进气门31打开，将需要压缩的气体吸入所述气缸2后（即所述活塞1运行至下止点时），所述进气门31关闭，完成吸气冲程；继而所述活塞1上行对所述气缸2内的气体进行压缩，当压缩到一定程度时，所述供气门41打开，所述气缸2内的气体经所述供气门41进入所述成品气储罐12，当所述活塞1运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，利用所述气缸2内的余隙容积内的气体直接推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体做功冲程；最后所述活塞1开始上行，此时所述排气门51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，完成排气冲程，进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程——压气供气冲程——余隙气体做功冲程——排气冲程的循环模式工作。

为了使上述三类气门气体压缩机更高效工作，在余隙气体做功冲程中，当所述工质包络17内的气体压力低于大气压力时，可使所述进气门31打开。

实施例2

如图2所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受液压式的无燃六冲程控制机构1605控制，所述无燃六冲程控制机构1605的控制过程为：所述活塞1下行时吸气，所述进气门31打开，将需要压缩的气体吸入所述气缸2（即所述活塞1运行至下止点时），所述进气门31关闭，完成吸气冲程；继而所述活塞1上行对所述气缸2内的气体进行压缩，当压缩到一定程度时，所述供气门41打开，所述气缸2内的气体经所述供气门41进入所述成品气储罐12，当所述活塞1运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，利用所述气缸2内的余隙容积内的气体直接推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体做功冲程；接着所述活塞1开始上行，此时所述排气门51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，完成排气冲程；然后所述活塞1开始下行吸气，此时所述进气门31再次打开，当所述活塞1运行至下止点时，所述进气门31关闭，再次完成吸气冲程；最后所述活塞1开始上行，此时所述排气门再次51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，再次完成排气冲程，继而进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程——压气供气冲程——余隙气体做功冲程——排气冲程——吸气冲程——排气冲程的循环模式工作。

实施例3

如图3所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述进气门31的通道37设置在所述气缸2的侧壁上，且所述进气门31的启闭结构体设为所述活塞1，即通过所述活塞1的运动来控制所述进气门31的开启和关闭，所述工质包络17的内腔通过所述进气门31的通道37与压气机9连通，所述压气机9使得进入所述工质包络17内的气体为有压气体，所述排气门51和所述供气门41受凸轮式的无燃二冲程控制机构1602控制，所述无燃二冲程控制机构1602的控制过程为：当所述活塞1处于下止点时，所述排气门51和所述进气门31都打开，利用经过所述进气门31进入所述工质包络17的有压气体将原来存在于所述工质包络17内的气体经所述排气门51以扫气的形式排出后，所述排气门51关闭，所述进气门31也关闭，所述活塞1继续上行对所述气缸2内的气体进行压缩，随后所述供气门41打开，对所述成品气储罐12进行供气，直至所述活塞运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成进气扫气压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，利用所述气缸2内的余隙容积内的气体直接推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体做功冲程，继而进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照进气扫气压气供气冲程——余隙气体做功冲程的循环模式工作。

具体实施时，所述进气门31还可以不通过依靠所述活塞1的运动来控制开启和关闭，例如通过阀等控制机构来控制开启和关闭。

实施例4

如图4所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受凸轮式的无燃二冲程控制机构1602控制，所述无燃二冲程控制机构1602的控制过程为：所述活塞1下行时吸气，所述进气门31打开，将需要压缩的气体吸入所述气缸2后（即所述活塞1运行至下止点时），所述进气门31关闭，完成吸气冲程；然后所述活塞1开始上行，对所述气缸2内的气体进行压缩，当压缩到一定程度时（缸内的压力大于所述供气门外部的压力时），所述供气门打开，缸内的气体经所述供气门进入所述成品气储罐12内，直到所述活塞1运行至上止点时所述供气门41关闭，所述述排气门51打开将压缩过程中的余隙气体排出，然后所述排气门关闭，完成压气供气余隙气体放出冲程，继而所述活塞1开始下行吸气，进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气余隙气体放出冲程的循环模式工作。

实施例5

如图5所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：在所述供气道4上设旁通管20，所述旁通管20经射流泵21与所述工质包络17的内腔连通，所述射流泵21通过射流泵充气门18与所述工质包络17的内腔连通，所述进气门31、所述供气门41、所述排气门51和所述射流泵充气门18受凸轮式的无燃充气二冲程控制机构1606控制，所述旁通管20与射流泵21的射流泵动力气体喷射口211连通，所述射流泵21的射流泵气体出口212经所述射流泵充气门18与所述工质包络17连通，所述射流泵21的射流泵低压气体入口213与大气连通，所述无燃充气二冲程控制机构1606的控制过程为：当所述活塞1开始下行吸气时，所述进气门31打开让需要压缩的气体进入所述气缸2内，然后所述进气门31关闭，所述射流泵充气门18打开向所述气缸2内充入更多气体，然后所述喷射泵充气门18关闭，所述活塞1开始上行对所述气缸2内的气体进行压缩，当所述气缸2内的气体被压缩到一定程度时所述供气门41打开，直到所述活塞1运行至上止点时所述供气门41关闭，完成先吸后充压气供气冲程，在这一冲程中，设在所述供气道4上的旁通管20将所述供气道4内的压缩气体的一部分作为所述射流泵21的动力流体；接着所述活塞1开始下行，利用所述气缸2内的余隙容积内的气体直接推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体做功冲程，继而进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照先吸后充压气供气冲程——余隙气体做功冲程的循环模式工作。

实施例6

如图6所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：在所述工质包络17上设燃料入口6，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受凸轮式的有燃四冲程控制机构1603控制，所述有燃四冲程控制机构1603的控制过程为：所述活塞1下行时吸气，所述进气门31打开，将需要压缩的具有氧化性的气体吸入所述气缸2后（即所述活塞1运行至下止点时），所述进气门31关闭，完成吸气冲程；继而所述活塞1上行对所述气缸2内的气体进行压缩，当压缩到一定程度时，所述供气门41打开，所述气缸2内的气体经所述供气门41进入所述成品气储罐12，当所述活塞1运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，向所述气缸2内的余隙容积内喷射燃料使得燃料与余隙气体发生燃烧化学反应推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体燃烧做功冲程；最后所述活塞1开始上行，此时所述排气门51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，完成排气冲程，进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程——压气供气冲程——余隙气体燃烧做功冲程——排气冲程的循环模式工作。

为了使上述三类气门气体压缩机更高效工作，在余隙气体燃烧做功冲程中，当所述工质包络17内的气体压力低于大气压力时，使所述进气门31打开。

具体实施时，所述燃料入口6可根据需要替换成氧化剂入口或氧化还原剂入口，如当进入所述工质包络17内压缩的气体为不具有氧化性的可燃气体时，所述燃料入口6即设为氧化剂入口；当进入所述工质包络17内压缩的气体为不具有氧化性的不可燃气体时，所述燃料入口6即设为含有氧化剂和还原剂混合物的氧化还原剂入口。

实施例7

如图7所示的三类气门气体压缩机，其与实施例6的区别在于：所述气缸2上设有火花塞7，在所述活塞气缸机构100的活塞1处于上止点时，所述活塞1的上方容积与所述活塞1的截面积和所述活塞1的直径的乘积之比为3:100，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受电磁式的有燃六冲程控制机构1607控制，所述有燃六冲程控制机构1607的控制过程为：所述活塞1下行时吸气，所述进气门31打开，将需要压缩的气体吸入所述气缸2（即所述活塞1运行至下止点）后，所述进气门31关闭，完成吸气冲程；继而所述活塞1上行对所述气缸2内的气体进行压缩，当压缩到一定程度时，所述供气门41打开，所述气缸2内的气体经所述供气门41进入所述成品气储罐12，当所述活塞1运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，向所述气缸2内的余隙容积内喷射燃料并用所述火花塞7点火，使得燃料与余隙气体发生燃烧化学反应推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体燃烧做功冲程；接着所述活塞1开始上行，此时所述排气门51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，完成排气冲程；然后所述活塞1开始下行吸气，此时所述进气门31再次打开，当所述活塞1运行至下止点时，所述进气门31关闭，再次完成吸气冲程；最后所述活塞1开始上行，此时所述排气门再次51打开，当所述活塞1运行至上止点时，所述排气门51关闭，再次完成排气冲程，继而进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程——压气供气冲程——余隙气体燃烧做功冲程——排气冲程——吸气冲程——排气冲程的循环模式工作。

为了使上述三类气门气体压缩机更高效工作，在余隙气体燃烧做功冲程中，调整燃料的供给量，使得燃烧化学反应过程中的空气过量系数为1.90（小于1.95），选择性地，所述空气过量系数还可以设为1.85、1.80、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10、1.05或1.00等。

实施例8

如图8所示的三类气门气体压缩机，其与实施例7的区别在于：所述工质包络17的内壁全部设为绝热式，所述进气道3上设有叶轮压气机90，在所述活塞气缸机构100的活塞1处于上止点时，所述活塞1的上方容积与所述活塞1的截面积和所述活塞1的直径的乘积之比为2.4:100，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51受液压式的有燃二冲程控制机构1604控制，所述有燃二冲程控制机构1604的控制过程为：当所述活塞1处于下止点时，所述排气门51和所述进气门31都打开，利用经过所述进气门31进入所述工质包络17的有压气体将原来存在于所述工质包络17内的气体经所述排气门51以扫气的形式排出后，所述排气门51关闭，所述进气门31也关闭，所述活塞1继续上行对所述气缸2内的气体进行压缩，随后所述供气门41打开，对所述成品气储罐12进行供气，直至所述活塞运行至上止点时，所述供气门41关闭，完成进气扫气压气供气冲程；然后所述活塞1开始下行，向所述气缸2内的余隙容积内喷射燃料使得燃料与余隙气体发生燃烧化学反应推动所述活塞1做功，直至所述活塞1运行至下止点，完成余隙气体燃烧做功冲程，继而进入下一个循环，从而使得所述三类气门气体压缩机按照进气扫气压气供气冲程——余隙气体燃烧做功冲程的循环模式工作。

选择性地，所述工质包络17也可部分设为绝热式。

实施例9

如图9所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述工质包络17的内腔经所述进气门31与叶轮压气机90的压缩气体出口连通，所述工质包络17的内腔经所述排气门51与叶轮动力机构10的工质入口连通，所述叶轮动力机构10对所述叶轮压气机90输出动力。

实施例10

如图10所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述活塞1设为自由活塞。

实施例11

如图11所示的三类气门气体压缩机，其与实施例9的区别在于：所述活塞1与曲柄连杆机构连接，所述工质包络17的内腔经所述排气门51再经射流泵21与叶轮动力机构10的工质入口连通，其中，所述排气道5与所述射流泵21的射流泵动力气体喷射口211连通，所述射流泵21的射流泵低压气体入口213与大气连通，所述射流泵21的射流泵气体出口212与所述叶轮动力机构10的工质入口连通。

实施例12

如图12所示的三类气门气体压缩机，其与实施例9的区别在于：在所述供气道4上设热交换器39，所述排气道5经所述热交换器39与所述叶轮动力机构10连通。

实施例13

如图13所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述排气道5经冷却器32与所述进气道3连通。

实施例14

如图14所示的三类气门气体压缩机，其与实施例13的区别在于：所述冷却器32与所述进气道3之间设有节流器33。

实施例15

如图15所示的三类气门气体压缩机，其与实施例13的区别在于：所述冷却器32与所述进气道3之间设有射流泵21，其中，从所述冷却器32出来的流体经所述射流泵21的射流泵动力气体喷射口211进入所述射流泵21进行引流，所述射流泵21的射流泵低压气体入口213与大气连通，所述射流泵21的射流泵气体出口212与所述进气道3连通。

实施例16

如图16所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述工质包络17的内腔经所述排气门51再经冷却器32与排气储罐13连通。

实施例17

如图17所示的三类气门气体压缩机，其与实施例9的区别在于：在所述叶轮动力机构10的动力输出轴上设有旋转惯量体35。

选择性地，所述旋转惯量体35还可设在所述叶轮动力机构10上。

实施例18

如图18所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述排气门51设为直动阀36，所述供气门41和所述进气门31受所述无燃四冲程控制机构1601控制。

实施例19

如图19所示的三类气门气体压缩机，其与实施例2的区别在于：所述工质包络17的内腔经所述进气门31与叶轮压气机90的压缩气体出口连通。

实施例20

如图20所示的三类气门气体压缩机，其与实施例6的区别在于：所述工质包络17的内腔经所述进气门31再经冷却器32与叶轮压气机90的压缩气体出口连通。

实施例21

如图21所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述进气门31设在所述活塞1上，所述活塞1设为侧向连接活塞。

实施例22

如图22所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述活塞气缸机构100的结构不同，所述工质包络17由两个相互对置的活塞1和气缸2构成，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51设在所述工质包络17的气缸2的侧壁上。

实施例23

如图23所示的三类气门气体压缩机，其与实施例1的区别在于：所述活塞气缸机构100的结构不同，所述工质包络17由四个相互对置的活塞1、气缸2和气缸连通腔体8构成，所述进气门31、所述供气门41和所述排气门51设在所述工质包络17的所述气缸连通腔体8上。

实施例24

如图24和图25所示的三类气门气体压缩机，其与实施例5的区别在于：所述供气门41包括外开自由阀片411和阀片挺杆412，所述阀片挺杆412受有燃四冲程控制机构1603控制，在压气供气冲程中所述外开自由阀片411处于自由状态，在余隙气体燃烧做功冲程中所述外开自由阀片411在所述阀片挺杆412的作用下处于非自由状态。其中，图21表示所述供气门41的强制关闭状态，图22表示所述供气门41的自由状态。

实施例25

如图26和图27所示的三类气门气体压缩机，其与实施例5的区别在于：所述供气门41包括外开自由阀片411和内开气门413，所述内开气门413包括内开气门头414和内开气门杆415，所述内开气门413受有燃四冲程控制机构1603控制，在压气供气冲程中所述内开气门413处于开启状态，在余隙气体燃烧做功冲程中所述内开气门413处于关闭状态。其中，图23表示所述供气门41的关闭状态，图24表示所述供气门41的自由状态。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (26)

1.一种三类气门气体压缩机，包括活塞气缸机构（100），其特征在于：在所述活塞气缸机构（100）的工质包络（17）上设进气门（31）、供气门（41）和排气门（51），所述进气门（31）、所述供气门（41）和所述排气门（51）中的部分或全部受正时控制机构控制；所述活塞气缸机构（100）的活塞（1）处于上止点时，所述活塞（1）的上方容积与所述活塞（1）的截面积和所述活塞（1）的直径的乘积之比小于4:100。

2.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）设为由活塞（1）、气缸（2）和气缸盖（15）构成的容纳气体工质的空间的壁，或所述工质包络（17）设为由两个或两个以上活塞（1）和气缸（2）构成的容纳气体工质的空间的壁，或所述工质包络（17）设为由两个或两个以上活塞（1）、气缸（2）和气缸连通腔体（8）构成的容纳气体工质的空间的壁。

3.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体做功冲程—排气冲程的循环模式工作的无燃四冲程控制机构（1601）。

4.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气冲程—余隙气体做功冲程—排气冲程—吸气冲程—排气冲程的无燃六冲程控制机构（1605）。

5.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照吸气冲程—压气供气余隙气体放出冲程的二冲程循环模式工作的无燃二冲程控制机构（1602）。

6.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述三类气门气体压缩机还包括压气机（9），所述压气机（9）经所述进气门（31）与所述工质包络（17）的内腔连通，所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照进气扫气压气供气冲程—余隙气体做功冲程的循环模式工作的无燃二冲程控制机构（1602）。

7.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）上还设有受所述正时控制机构控制的射流泵充气门（18），所述正时控制机构设为控制所述三类气门气体压缩机按照先吸后充压气供气冲程—余隙气体做功冲程的循环模式工作的无燃充气二冲程控制机构（1606）。

8.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）的内腔经所述排气门（51）与叶轮动力机构（10）的工质入口连通。

9.如权利要求1所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）的内腔经所述排气门（51）再经冷却器（32）与排气储罐（13）连通。

10.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）的内壁全部或部分设为绝热式。

11.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述三类气门气体压缩机还包括进气道（3）、供气道（4）和排气道（5），所述进气道（3）经所述进气门（31）与所述工质包络（17）的内腔连通，所述供气道（4）经所述供气门（41）与所述工质包络（17）的内腔连通，所述排气道（5）经所述排气门（51）与所述工质包络（17）的内腔连通。

12.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述三类气门气体压缩机还包括成品气储罐（12），所述成品气储罐（12）经所述供气门（41）与所述工质包络（17）的内腔连通。

13.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述活塞气缸机构（100）的活塞（1）设为自由活塞。

14.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述进气门（31）设置在所述活塞气缸机构（100）的气缸（2）的侧壁上。

15.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述进气门（31）的通道（37）设置在所述活塞气缸机构（100）的气缸（2）的侧壁上，所述活塞气缸机构（100）的活塞（1）设为所述进气门（31）的启闭结构体。

16.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述排气门（51）设为直动阀（36）。

17.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述供气门（41）包括外开自由阀片（411）和阀片挺杆（412）。

18.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述供气门（41）包括外开自由阀片（411）和内开气门（413），所述内开气门（413）包括内开气门头（414）和内开气门杆（415）。

19.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述进气门（31）设在所述活塞气缸机构（100）的活塞（1）上。

20.如权利要求1至9任意之一所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）的内腔经所述进气门（31）与叶轮压气机（90）的压缩气体出口连通。

21.如权利要求8所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述工质包络（17）的内腔经所述排气门（51）再经射流泵（21）与所述叶轮动力机构（10）的工质入口连通。

22.如权利要求8所述三类气门气体压缩机，其特征在于：在所述叶轮动力机构（10）上和/或在所述叶轮动力机构（10）的动力输出轴上设旋转惯量体（35）。

23.如权利要求11所述三类气门气体压缩机，其特征在于：在所述供气道（4）上设旁通管（20），所述旁通管（20）经射流泵（21）与所述工质包络（17）的内腔连通。

24.如权利要求11所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述排气道（5）经冷却器（32）与所述进气道（3）连通。

25.如权利要求24所述三类气门气体压缩机，其特征在于：所述冷却器（32）与所述进气道（3）之间设有射流泵（21）。

26.一种提高权利要求3、4、6或7所述三类气门气体压缩机效率的方法，其特征在于：在余隙气体做功冲程中，当所述工质包络（17）内的气体压力低于大气压力时，使所述进气门（31）打开。