CN102748126B - 门控同缸u流活塞热动力系统及提高其效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构和工质腔，在所述活塞气缸机构的同一个工质包络上设进气门、供气门、排气门和气体工质充入门，所述工质包络的内部空间经所述进气门与进气道连通，所述工质包络的内部空间经所述供气门与所述工质腔的工质腔气体入口连通，所述工质腔的工质腔气体出口经所述气体工质充入门与所述工质包络的内部空间连通，所述工质包络的内部空间经所述排气门与排气道连通，本发明所公开的门控同缸U流活塞热动力系统由于采用了工质腔，特别是由于向所述气缸内充气前所述气缸内具有残留的压缩气体，所以气缸内充气前后没有压力的大幅度波动，大大减少了热动力系统的振动，适合在潜艇上使用。

Description

门控同缸U流活塞热动力系统及提高其效率的方法

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种热动力系统。

背景技术

    传统活塞式热动力系统（即内燃机）的燃烧室是间歇式工作的，这就给燃烧造成了巨大的困难，因为要在极短的时间内混合燃烧，正是因为这一点，内燃机的效率和环保性一直没有得到很好的解决。因此，需要发明一种连续燃烧室活塞热动力系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构和工质腔，在所述活塞气缸机构的同一个工质包络上设进气门、供气门、排气门和气体工质充入门，所述工质包络的内部空间经所述进气门与进气道连通，所述工质包络的内部空间经所述供气门与所述工质腔的工质腔气体入口连通，所述工质腔的工质腔气体出口经所述气体工质充入门与所述工质包络的内部空间连通，所述工质包络的内部空间经所述排气门与排气道连通，在所述工质腔上、在所述工质包络上和/或在所述进气道上设燃料导入阀，所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部受供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀的开启和关闭也受所述供气充气通道后上止点正时控制系统控制。

所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门设在所述活塞气缸机构的气缸上。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构，所述工质腔设为连续燃烧室，所述连续燃烧室的工质出口与所述做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口经所述气体工质充入门与所述气缸连通。

在所述连续燃烧室的工质出口与所述做功机构的工质入口的连通通道上设旁通管，所述旁通管与动力叶轮机构的工质入口连通。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构，所述工质腔设为连续燃烧室，所述排气门与所述做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口与所述排气道连通。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构，所述工质腔设为连续燃烧室，所述连续燃烧室的工质出口分别与所述气体工质充入门以及所述做功机构的工质入口连通。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述做功机构设为活塞式做功机构或叶轮式做功机构。

所述活塞气缸机构设为对置活塞气缸机构，所述进气门设为设置在气缸壁上的扫气进气口，所述排气门设为设置在气缸壁上的扫气排气口，所述供气门和所述气体工质充入门设置在所述气缸壁上，所述供气门和所述气体工质充入门受使所述对置活塞气缸机构按照进气扫气排气压气供气冲程—燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统控制。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统或二冲程外开气门供气充气通道后上止点正时控制系统。

在所述气体工质充入门和所述工质腔之间设供气充气动力阀。

根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述供气充气通道后上止点正时控制系统对所述气体工质充入门的控制模式，使所述气体工质充入门在两个循环以上的时间间隔内处于关闭状态。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器、蒸汽充入门和蒸汽排出门；所述工质腔设为连续燃烧室，所述连续燃烧室与所述外燃工质发生器传热连接，所述外燃工质发生器经所述蒸汽充入门与所述气缸连通，所述气缸经所述蒸汽排出门与蒸汽排出通道连通。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门、所述气体工质充入门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统。

经所述气体工质充入门每次充气的气体体积流量大于经所述供气门每次供气的气体体积流量。

一种门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构和工质腔，在所述活塞气缸机构的同一个工质包络上设进气门、排气门和供气充气门，所述工质包络的内部空间经所述进气门与进气道连通，所述工质包络的内部空间经所述供气充气门与所述工质腔连通，所述工质包络的内部空间经所述排气门与排气道连通，在所述工质腔上、在所述工质包络上、和/或在所述进气道上设燃料导入阀，所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部受往复通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀的开启和关闭也受所述往复通道后上止点正时控制系统控制。

所述进气门、所述排气门和所述供气充气门设在所述活塞气缸机构的气缸上。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统或二冲程外开气门往复通道后上止点正时控制系统。

根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述往复通道后上止点正时控制系统对所述供气充气门的控制模式，使所述供气充气门在两个循环以上的时间间隔内充气功能处于失效状态。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器、蒸汽充入门和蒸汽排出门；所述工质腔设为连续燃烧室，所述连续燃烧室与所述外燃工质发生器传热连接，所述外燃工质发生器经所述蒸汽充入门与所述气缸连通，所述气缸经所述蒸汽排出门与蒸汽排出通道连通。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、供气充气门、所述排气门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统。

经所述供气充气门每次充气的气体体积流量大于每次供气的气体体积流量。

在所述工质腔上设膨胀剂入口。

在所述工质腔上设热摩可调燃料入口。

在所述工质腔上设预压缩气体导入口。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括工质储罐，所述工质储罐与所述工质腔连通。

所述工质腔与所述气缸的壁连通。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器，所述工质腔设为连续燃烧室，所述连续燃烧室与所述外燃工质发生器传热连接，所述连续燃烧室和所述外燃工质发生器经连通通道连通。

在所述排气道上设动力叶轮机构。

在所述进气道上设叶轮压气机。

两个以上所述气缸与一个所述工质腔连通。

所述工质腔的承压能力大于3MPa。

处于上止点时的所述活塞气缸机构的活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比小于5mm。

处于上止点时的所述活塞气缸机构的活塞的上方容积与所述活塞的截面积和直径的乘积之比小于5:100。

在所述外燃工质发生器上设液体工质导入口，所述蒸汽排出通道依次经冷凝冷却器、高压液体泵与所述外燃工质发生器的液体工质入口连通。

在所述外燃工质发生器上设冷的外燃工质入口，所述蒸汽排出通道依次经空气压缩机、冷却器与所述冷的外燃工质入口连通。

一个所述连续燃烧室和一个所述外燃工质发生器与两个以上所述活塞气缸机构对应。

所述外燃工质发生器的承压能力大于3MPa。

在设有供气充气通道的结构中，所述工质腔的容积不小于经所述供气门进入所述工质腔内压缩气体体积的10倍。

在设有往复通道的结构中，所述工质腔的容积不小于经所述供气充气门进入所述工质腔内压缩气体体积的10倍。

一种提高所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，调整所述活塞气缸机构的排气量，和/或调整燃料供给量，使燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95。

一种提高所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，调整所述活塞气缸机构的排气量，和/或调整向所述连续燃烧室供给的燃料的量，使所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.95。

所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括使所述门控同缸U流活塞热动力系统在充气过程中所对应的曲轴转角大于在供气过程中所对应的曲轴转角的控制系统。

所述活塞气缸机构的所述气缸设为非圆形气缸。

一种提高所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，调整即将开始做功的气体工质的温度和/或压力，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，受使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统。

所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述进气门设为外开进气门，所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述外开进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述活塞气缸机构按照进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统。

所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统。

在所述工质腔设为连续燃烧室时，所述供气充气门设为外开供气充气门，所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述外开供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的短压程是指在压缩过程中活塞经过的距离小于在膨胀过程中活塞经过的距离。

本发明中，在设有短压程的结构中，可形成米勒循环。

在本发明中，与所述进气门、所述排气门、所述气体工质充入门、所述供气门或所述供气充气门对应的进气口、排气口、气体工质充入口、供气口或供气充气口可设在缸盖上，也可设在气缸的侧壁上。

在本发明中，一个所述工质腔可与一个所述活塞气缸机构对应，也可一个所述工质腔与两个以上所述活塞气缸机构对应。

本发明中，调整所述气缸活塞机构的排气量，和/或调整燃料供给量，还可使燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于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。

本发明中，调整所述气缸活塞机构的排气量，和/或调整向所述连续燃烧室供给的燃料的量，还可使所述连续燃烧室内的空气过量系数小于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。

本发明中，在不设所述外燃工质发生器的结构中，所述工质腔的承压能力还可大于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

本发明中，处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比还可选择小于4.8mm、4.6mm、4.4mm、4.2mm、4mm、3.8mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm、3mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm或小于0.2mm。

本发明中，所谓的“处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比小于5mm”是指所述活塞处于上止点时，所述活塞上表面、缸盖下表面和所述气缸内表面所形成的空间的容积（V）与所述活塞的截面积（S）的比值小于5mm，即V/S<5mm。

本发明中，所谓的“处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积和直径的乘积之比小于5:100”是指所述活塞处于上止点时，所述活塞上表面、缸盖下表面和所述气缸内表面所形成的空间的容积（V）与所述活塞的截面积（S）和直径（D）的乘积之比小于5:100，即V/（S×D）< 5:100。

本发明中，处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积和直径的乘积之比还可选择小于4.8:100、4.6:100、4.4:100、4.2:100、4:100、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。

本发明中，所述外燃工质发生器承压能力还可选择大于3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

本发明中，在所述活塞气缸机构处于压气冲程时，可以在压缩过程中向所述气缸内喷入膨胀剂，用来实现气体在压缩过程中的冷却，实现近似恒温压缩，进而提高系统的效率。

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容纳气体工质的空间的壁，再例如由相互对置设置的两个活塞和气缸构成的容纳气体工质的空间的壁，还例如由两个以上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容纳气体工质的空间的壁。

本发明中，所谓的空间的壁是指容纳气体工质的空间内气体工质所接触到的物体，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，所谓的进气门、供气门、排气门和供气充气门设在气缸上，是指这些气门可以设在气缸的侧壁上，可以设置在气缸盖上，可以分散设置在气缸的侧壁和气缸盖上，或者还可以分散设置在气缸的侧壁上、气缸盖上和活塞上。显然，在所述活塞气缸机构设为不包含气缸盖的对置活塞气缸机构的结构中，所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述供气充气门只能设置在气缸的侧壁或活塞上。

本发明中，所谓的扫气进气口指的是在所述活塞气缸机构设为对置活塞气缸机构的结构中，设置在气缸侧壁上，并由活塞控制其开启和关闭的进气口。

本发明中，所谓的扫气排气口指的是在所述活塞气缸机构设为对置活塞气缸机构的结构中，设置在气缸侧壁上，并由活塞控制其开启和关闭的排气口。

本发明中，所谓的膨胀剂是指不参与燃烧化学反应，但能够冷却和调整做功工质摩尔数并膨胀做功的工质，可以是气体或液体，如水蒸汽、二氧化碳、氦气、氮气、水和气体液化物等。所谓的气体液化物是指被液化的气体，如液化空气、液体二氧化碳、液氦、液氮等。

本发明中，所谓的工质腔是指一切能够承受一定压力的容器，例如可以容纳气体的压力容器、燃烧室等。

本发明中，所谓的连续燃烧室是指燃料在其中能够连续燃烧的燃烧室。

本发明中，所谓的蒸汽是指由所述外燃工质发生器产生的气体工质。

本发明中，所谓的高压液体泵是指能够产生压力高于所述外燃工质发生器内部工质压力的液体泵。

本发明中，可以设置两个以上所述活塞气缸机构构成多缸发动机。

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，例如传统内燃机的（内开）气门，以及外开气门、受控喷嘴、阀门和受控阀门等。

本发明中，所谓的外开气门是指所述气门打开时是向远离气缸的方向运动，传统的发动机气门是内开的，即气门打开时是向气缸的方向运动。

本发明中，所谓的进气门是指控制气体进入所述气缸的气门；所谓的供气门是指控制压缩气体流出所述气缸的气门（相当于传统活塞式气体压缩机的排气门）； 所谓的充气门是指控制所述工质腔内的高压气体工质充入所述气缸的气门；所谓的排气门是指控制膨胀做功后的乏气从气缸内流出的气门；所谓的供气充气门是指既具有控制从所述气缸向所述工质腔供气又具有控制从所述工质腔向所述气缸充气功能的气门；所谓的蒸汽充入门是指控制将所述外燃工质发生器产生的蒸汽工质充入所述气缸内的气门；所谓的蒸汽排出门是指控制将膨胀做功后的乏蒸汽排出所述气缸的气门。

本发明中，“所述连续燃烧室的燃烧室壁的部分构成所述外燃工质发生器的外燃工质发生器壁的部分或全部，或所述外燃工质发生器的外燃工质发生器壁的部分构成所述连续燃烧室的燃烧室壁的部分或全部”的实质是说，所述连续燃烧室和所述外燃工质发生器存在共同壁。

本发明中，所谓的传热连接是指任何可以使两者之间具有热交换的连接，比如通过热交换器的传热连接、具有共同壁的传热连接和能够进行热辐射的传热连接等。

本发明中，图41是气体工质分别通过几个特殊状态点的温度T和压力P的绝热关系曲线对比图，O-A-H所示曲线是通过状态参数为298K和0.1MPa的O点的气体工质绝热关系曲线；B点为气体工质的实际状态点，E-B-D所示曲线是通过B点的气体工质绝热关系曲线，A点和B点的压力相同；F-G所示曲线是通过2800K和10MPa（即目前内燃机中即将开始做功的气体工质的状态）状态点的工质绝热关系曲线。

本发明中，图41中的 中的是气体工质绝热指数，是气体工质的压力，是气体工质的温度，是常数。

本发明中，所谓的类绝热关系包括下列三种情况：

1.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线上，即气体工质的状态参数点在图41中O-A-H所示曲线上；

2.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线左侧，即气体工质的状态参数点在图41中O-A-H所示曲线的左侧；

3.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线右侧，即气体工质的状态参数点在图41中O-A-H所示曲线的右侧，但是气体工质的温度不高于由此气体工质的压力按绝热关系计算所得温度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、加120K的和、加110K的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如图41所示，所述气体工质的实际状态点为B点，A点是压力与B点相同的绝热关系曲线上的点，A点和B点之间的温差应小于1000K、950K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、300K、250K、200K、190K、180K、170K、160K、150K、140K、130K、120K、110K、100K、90K、80K、70K、60K、50K、40K、30K或小于20K。

本发明中，所谓类绝热关系可以是上述三种情况中的任何一种，也就是指：即将开始做功的气体工质的状态参数（即气体工质的温度和压力）点在如图41所示的通过B点的绝热过程曲线E-B-D的左侧区域内。

本发明中，所谓的即将开始做功的气体工质是指即将膨胀做功的气体工质。

本发明中，将即将开始做功的气体工质的状态参数（即气体工质的温度和压力）符合类绝热关系的发动机（即热动力系统）定义为低熵发动机。

本发明中，调整向所述工质腔导入燃料的量，调整所述工质腔导出气体工质的量，进而调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

本发明中，所谓的动力叶轮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，所述动力叶轮机构可以对所述叶轮压气机输出动力。

本发明中，不设所述外燃工质发生器而且将所述工质腔设为连续燃烧室的技术方案的原理是：通过对所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气门可开启（此所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），处于燃气充气做功冲程时所述气体工质充入门开启一段时间后关闭实现由所述连续燃烧室向所述气缸充入气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环；或通过对所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气充气门可开启，处于燃气充气做功冲程时所述供气充气门开启一段时间后关闭实现由所述连续燃烧室向所述气缸充入气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环。

本发明中，不设所述外燃工质发生器而且在所述气缸上设燃料导入阀的技术方案的原理是：通过对所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气门可开启（此所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），处于气体充气缸内燃烧做功冲程时所述气体工质充入门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环；或通过对所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气充气门可开启，处于气体充气缸内燃烧做功冲程时所述供气充气门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环。

本发明中，不设所述外燃工质发生器而且在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀的技术方案的原理是：通过对所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气门可开启（此所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），处于燃气充气缸内燃烧做功冲程时所述气体工质充入门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入燃气工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环；或通过对所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气充气门可开启，处于燃气充气缸内燃烧做功冲程时所述供气充气门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入燃气工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环。

本发明中，不设所述外燃工质发生器，在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置的技术方案的原理是：通过对所述进气门、所述供气门、所述排气门和所述气体工质充入门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气门可开启（此所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），处于混合气充气缸内燃烧做功冲程时所述气体工质充入门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入混合气气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环；或通过对所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气充气门可开启，处于混合气充气缸内燃烧做功冲程时所述供气充气门开启一段时间后关闭实现由所述工质腔向所述气缸充入混合气气体工质，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，之后进入下一个循环。

本发明中，设有所述外燃工质发生器而且将所述工质腔设为连续燃烧室的技术方案的原理是：通过对所述进气门、所述供气门、所述排气门、所述气体工质充入门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气门可开启（此所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），处于燃气充气做功冲程时所述气体工质充入门开启一段时间后关闭，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，处于蒸汽充气做功冲程时所述蒸汽充入门开启一段时间后关闭，处于蒸汽排气冲程时只有所述蒸汽排出门开启，之后进入下一个循环；或通过对所述进气门、所述供气充气门、所述排气门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的正时控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统处于吸气冲程时只有所述进气门开启，处于压气供气冲程时只有所述供气充气门可开启，处于燃气充气做功冲程时所述供气充气门开启一段时间后关闭，处于燃气排气冲程时只有所述排气门开启，处于蒸汽充气做功冲程时所述蒸汽充入门开启一段时间后关闭，处于蒸汽排气冲程时只有所述蒸汽排出门开启，之后进入下一个循环。

本发明中，所谓的U流是指空气经压缩流出气缸之后又流回所述气缸的一种结构。流回所述气缸的气体工质可以是原来的压缩气体（比如空气、空气与膨胀剂的混合气等）或经过燃烧的气体。

本发明中，所谓的活塞热动力系统是指一切由燃料的化学能转化为机械能的活塞式动力系统。

本发明中，可通过控制气门的开启和关闭相位，实现压缩比可调。

本发明中，所谓的预压缩气体导入口是向所述工质腔内充入气体，或向所述工质腔内充入可以产生气体的物质的导入口。其目的是为了在所述工质腔内建立起所需要的压力。

本发明中，所公开的门控同缸U流活塞热动力系统是所述活塞处于上止点时，所述活塞的上方容积可忽略不计或远远小于同一排量的传统发动机燃烧室容积并受所谓的后上止点正时控制系统控制的热动力系统。所谓的后上止点正时控制系统是指控制供油系统和点火系统（在燃料需要点火时）以及控制进气门、排气门、供气门和气体工质充入门的部分和全部，在所述活塞处于上止点后将工质腔内的气体导入气缸内，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照设定的工作循环工作的控制系统；或所谓的后上止点正时控制系统是指控制供油系统和点火系统（在燃料需要点火时）以及控制进气门、排气门和供气充气门的部分和全部，在所述活塞处于上止点后将工质腔内的气体导入气缸内，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照设定的工作循环工作的控制系统。

本发明中，所谓的燃料是指一切化学燃烧意义上能和氧发生剧烈的氧化还原反应的物质，可以是气体、液体或固体，在这里主要包括汽油、柴油、天然气、丙烷、酒精、氢气、液化燃料和煤气等。所谓的液化燃料是指被液化的在常温常压状态下为气态的燃料。

本发明中，所谓热摩可调燃料是指燃料和膨胀剂的混合物，通过调节燃料在混合物中所占的比例来调整所述热摩可调燃料的热值和摩尔数，它可以是醇类的水溶液（如乙醇水溶液、甲醇水溶液等），也可以是醇类、碳氢化合物和水的混合溶液（如乙醇、水和柴油的混合溶液，乙醇、水和汽油的混合溶液等），它还可以是几种不同的醇类、碳氢化合物和膨胀剂的混合物，如乙醇、甲醇、柴油、汽油和水的混合物；不仅如此，热摩可调燃料中的燃料可以由多种燃料构成，膨胀剂也可以由多种膨胀剂构成。所述热摩可调燃料的作用是为了减少系统储罐的数量，并可使以水为膨胀剂的系统防冻、防腐，而且使结构简单，减少系统的体积和造价。

在本发明中，所谓的供气充气通道是指在同一个所述气缸上设有两种类型的通道与同一个所述工质腔连通，一种类型的通道是经所述供气门将所述气缸和所述工质腔连通，另一种类型的通道是经所述气体工质充入门将所述工质腔和所述气缸连通。在设有供气充气通道的结构中，应提前开启所述气体工质充入门（但要滞后于供气门开启），以减少气体工质流经所述气体工质充入门的流动阻力。

本发明中，所谓的空气过量系数是指在一个工作循环中进入所述门控同缸U流活塞热动力系统燃烧空间内的空气量及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是指在一个工作循环中进入所述门控同缸U流活塞热动力系统燃烧空间内的空气量与燃料量的质量比值与理论空燃比之比值是1.5。

本发明中，所谓的四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、所述工质腔设为连续燃烧室、所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述气缸上设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、所述工质腔设为连续燃烧室、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述气缸上设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、所述工质腔设为连续燃烧室、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述气缸上设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统是指在设有外燃工质发生器，所述工质腔设为连续燃烧室，所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门、所述排气门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统是指所述工质腔设为连续燃烧室、所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统是指在所述气缸上设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统是指所述工质腔设为连续燃烧室、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统是指在所述气缸上设有燃料导入阀、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统是指所述工质腔设为连续燃烧室、在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统是指所述气缸上设有燃料导入阀，在所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔和所述气缸上均设有燃料导入阀、所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统是指在所述工质腔上设有燃料导入阀、在所述气缸上设有点火装置、所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统是指在设有外燃工质发生器，所述工质腔设为连续燃烧室，所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门、所述排气门、所述蒸汽充入门和所述蒸汽排出门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的外开气门供气充气通道后上止点正时控制系统是指所述工质腔与所述气缸之间设有供气充气通道的结构中，控制所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按设定的工作循环工作的后上止点正时控制系统，其中在所述进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门不同类型的气门中，至少有一类气门是设为外开气门。所述设定的工作循环可以是前述二、四、六冲程或二冲程短压程等不同模式的工作循环。比如将所述进气门设为外开进气门，所述外开气门供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述外开进气门、所述供气门、所述气体工质充入门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的外开气门往复通道后上止点正时控制系统是指所述工质腔与所述气缸之间设有往复通道的结构中，控制所述进气门、所述供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按设定的工作循环工作的后上止点正时控制系统，其中在所述进气门、所述供气充气门和所述排气门不同类型的气门中，至少有一类气门是设为外开气门。所述设定的工作循环可以是前述二、四、六冲程或二冲程短压程等不同模式的工作循环。比如将所述供气充气门设为外开供气充气门，所述外开气门往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门、所述外开供气充气门和所述排气门的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的二冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的吸气冲程是指活塞从上止点运动到下止点、只有进气门可开启，进行吸气的过程。

本发明中，所谓的压气供气冲程是指活塞从下止点运动到上止点、只有所述供气门可开启（此时所述供气门相当于活塞式压气机的排气门，一般说来此气门多为逆止阀），进行压气和向所述工质腔供气的过程；或是指活塞从下止点运动到上止点、只有所述供气充气门可开启，进行压气和向所述工质腔供气的过程。

本发明中，所谓的燃气充气做功冲程是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述气体工质充入门开启一段时间后关闭，其余气门均处于关闭状态，进行经过燃烧的气体由所述工质腔向所述气缸充入，并在所述气缸内膨胀推动所述活塞下行做功的过程；或是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述供气充气门开启一段时间后关闭，其余气门均处于关闭状态，进行经过燃烧的气体由所述工质腔向所述气缸充入，并在所述气缸内膨胀推动所述活塞下行做功的过程。

本发明中，所谓的燃气排气冲程是指活塞从下止点运动到上止点、只有所述排气门可开启，进行废气从气缸中排出的过程。

本发明中，所谓的气体充气缸内燃烧做功冲程是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述气体工质充入门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），进行由所述工质腔充入所述气缸的新鲜压缩空气和经设在所述气缸上的燃料导入阀导入所述气缸的燃料在所述气缸中燃烧膨胀推动所述活塞下行做功的过程；或是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述供气充气门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），进行由所述工质腔充入所述气缸的新鲜压缩空气和经设在所述气缸上的燃料导入阀导入所述气缸的燃料在所述气缸中燃烧膨胀推动所述活塞下行做功的过程。

本发明中，所谓的燃气充气缸内燃烧做功冲程是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述气体工质充入门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），进入所述工质腔内的新鲜压缩空气中的一部分氧气在所述工质腔中与已导入所述工质腔的燃料进行燃烧，当经过燃烧的气体工质充入所述气缸后，所述气体工质中的另一部分未参与燃烧的氧气与经设在所述气缸上的燃料导入阀导入所述气缸的燃料在缸内继续进行燃烧，然后膨胀推动所述活塞下行做功的过程；或是指从上止点运动到下止点、只有所述供气充气门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），进入所述工质腔内的新鲜压缩空气中的一部分氧气在所述工质腔中与已导入所述工质腔的燃料进行燃烧，当经过燃烧的气体工质充入所述气缸后，所述气体工质中的另一部分未参与燃烧的氧气与经设在所述气缸上的燃料导入阀导入所述气缸的燃料在缸内继续进行燃烧，然后膨胀推动所述活塞下行做功的过程。

本发明中，所谓的混合气充气缸内燃烧做功冲程是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述气体工质充入门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），新鲜压缩空气与燃料在所述工质腔中充分混合充入所述气缸后，在所述气缸内燃烧膨胀推动所述活塞下行做功的过程；或是指活塞从上止点运动到下止点、只有所述供气充气门开启一段时间后关闭（其余气门均处于关闭状态），新鲜压缩空气与燃料在所述工质腔中充分混合充入所述气缸后，在所述气缸内燃烧膨胀推动所述活塞下行做功的过程。

本发明中，所谓的进气扫气排气压气供气冲程是指在具有供气充气通道的结构中活塞从下止点运动到上止点，所述排气门先打开进行排气，排气门开启一段时间后所述进气门打开进行扫气，扫气完毕时排气门关闭继续进气，进气的量达到要求时所述进气门关闭进入压气阶段，当活塞运动到某一位置（即活塞处于所述气缸中被压缩气体的压强大于所述工质腔中的气体工质的压强的位置时）所述供气门开启，当活塞到达上止点时，所述供气门关闭，进行排气、进气、扫气、压气和供气的过程；或是指在具有往复通道的结构中活塞从下止点运动到上止点，所述排气门先打开进行排气，排气门开启一段时间后所述进气门打开进行扫气，扫气完毕时排气门关闭继续进气，进气的量达到要求时所述进气门关闭进入压气阶段，当活塞运动到某一位置（即活塞处于所述气缸中被压缩气体的压强大于所述工质腔中的气体工质的压强的位置时）所述供气充气门开启，当活塞到达上止点时所述供气充气门仍处于开启状态，进行排气、进气、扫气、压气和供气的过程。在具有供气充气通道的结构和具有往复通道的结构中，所述进气扫气排气压气供气冲程的区别是：在具有供气充气通道的结构中，所述活塞到达上止点时所述供气门处于关闭状态；而在具有往复通道的结构中，所述活塞到达上止点时所述供气充气门处于开启状态。

本发明中，所谓的进气扫气排气短压程压气供气冲程是指活塞从下止点运动到上止点，进行排气、进气、扫气、短压程压气和供气的过程。其与所述进气扫气排气压气供气冲程的区别是：一个是含有压气过程，另一个是含有短压程压气过程（即在压缩过程中活塞经过的距离小于在膨胀过程中活塞经过的距离）。

本发明中，所谓的冲程是指从上止点至下止点或从下止点至上止点活塞运动的过程。

本发明中，所谓的活塞气缸机构是指含有气缸和活塞的机构；一个所述气缸可以与一个或两个以上所述活塞相配合。

在本发明中，所述工质腔内的容积应足够大，在稳定工作状态下所述工质腔内的容积至少应大于每次经供气门（或供气充气门）进入所述工质腔内压缩气体体积，以减少所述工质腔内气体工质的压力波动。

在本发明中，在稳定工作状态下，所述工质腔内的容积还可选择大于每次经供气门（或供气充气门）进入所述工质腔内压缩气体体积的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200倍。

本发明中，所谓的外开进气门是指控制新鲜空气进入所述气缸的外开的气门。

本发明中，所谓外燃工质发生器中的工质可以是水、二氧化碳或氦气等物质。

本发明中，所谓外燃工质发生器是指利用所述工质腔（比如连续燃烧室）向外散出的热量作为热源对其中的液体工质进行加热的容器。

本发明中，所谓工质储罐是指与所述工质腔相连通的能承压的容器，其目的是减少工质腔内气体工质的压力波动。

本发明中，所谓供气充气门是指既可以控制压缩气体从所述气缸进入所述工质腔，又可以控制高压气体工质（或高温高压燃气工质）从所述工质腔进入所述气缸的同一个气门。

本发明中，所谓二冲程循环模式是指以两个冲程完成一个工作循环的模式，比如进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程的二冲程循环模式，在二冲程循环中进气道内的气体必须具有一定的压力以进行扫气。

本发明中，所谓四冲程循环模式是指以四个冲程完成一个工作循环的模式，比如吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式。

本发明中，所谓六冲程循环模式是指以六个冲程完成一个工作循环的模式，比如吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式。

本发明中，所谓的正时控制系统其实质是控制各个气门、供油系统和点火系统（在燃料需要点火时）正时工作使所述门控同缸U流活塞热动力系统按设定的工作循环工作的控制系统。

本发明的后上止点正时控制系统可以是机械后上止点正时控制系统（比如凸轮控制系统）、液压后上止点正时控制系统或电磁后上止点正时控制系统，或者它们的各种组合形成的后上止点正时控制系统。

本发明中，所谓的膨胀剂入口是指可导入膨胀剂的接口、喷入膨胀剂的喷嘴或其它一切可供送膨胀剂的装置或系统。

本发明中，所谓的预压缩气体导入口是指导入预压缩气体的接口、导入预压缩空气的喷嘴、阀门或其它一切可供送压缩空气的装置或系统。

本发明中，所谓的点火装置是指一切可以使可燃物质点燃的装置或系统，比如火花塞、电热棒等。

本发明中，所谓的热动系统和发动机是等同的。

本发明中，应根据公知技术在必要的地方设置部件、单元和系统，例如需要点燃燃料时可在需要的地方比如在所述工质腔和/或连续燃烧室上设有点火装置等。

本发明的有益效果如下:

1、本发明所公开的门控同缸U流活塞热动力系统由于采用工质腔，特别是由于向所述气缸内充气前所述气缸内具有一定的压力，所以所述气缸内在充气前后没有压力的大幅度波动，故可以大大减少活塞热动力系统的振动，适合在潜艇上使用。

2、本发明所公开的门控同缸U流活塞热动力系统由于采用了连续燃烧室和/或外燃工质发生器，所以大大提高了活塞动力系统的效率和环保性。

3、设有做功机构的活塞热动力系统，可以有效的缓解连续燃烧室所产生的高温高压工质在同一个缸内做功，造成的缸内过热以及给气缸造成的其他负担的问题，同时通过使高温高压工质的分散或分级做功，有效提高了高温高压工质的 利用率，大大提高了活塞动力系统的效率和环保性。

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所示的是本发明实施例24的结构示意图；

图25所示的是本发明实施例25的结构示意图；

图26所示的是本发明实施例26的结构示意图；

图27所示的是本发明实施例27的结构示意图；

图28所示的是本发明实施例28的结构示意图；

图29所示的是本发明实施例29的结构示意图；

图30所示的是本发明实施例30的结构示意图；

图31所示的是本发明实施例31的结构示意图；

图32所示的是本发明实施例32的结构示意图；

图33所示的是本发明实施例33的结构示意图；

图34所示的是本发明实施例34的结构示意图；

图35所示的是本发明实施例35的结构示意图；

图36所示的是本发明实施例36的结构示意图；

图37所示的是本发明实施例37的结构示意图；

图38所示的是本发明实施例38的结构示意图；

图39所示的是本发明实施例39的结构示意图；

图40所示的是本发明实施例40的结构示意图；

图41是气体工质的温度T和压力P的三条绝热关系曲线比较图；

图42所示的是本发明实施例41的结构示意图；

图43所示的是本发明实施例42的结构示意图；

图44所示的是本发明实施例43的结构示意图；

图45所示的是本发明实施例44的结构示意图；

图46所示的是本发明实施例45的结构示意图；

图47和图48所示的是本发明实施例46的结构示意图；

图49所示的是本发明实施例47的结构示意图；

图50所示的是本发明实施例48的结构示意图；

图51所示的是本发明实施例49的结构示意图；

图52所示的是本发明实施例50的结构示意图；

图53所示的是本发明实施例51的结构示意图；

图54所示的是本发明实施例52的结构示意图；

图55所示的是本发明实施例53的结构示意图；

图中：

1活塞气缸机构、2工质腔、3活塞、4进气门、5进气道、6排气门、7燃料导入阀、8火花塞、9膨胀剂入口、10排气道、11气体工质充入门、12气缸、13供气门、14工质腔气体入口、15工质腔气体出口、16阀门、20做功机构、21旁通管、22动力叶轮机构、23叶轮压气机、30连续燃烧室、33供气充气门、41蒸汽充入门、42蒸汽排出门、43蒸汽排出通道、44冷凝冷却器、45高压液体泵、47空气压缩机、48冷却器、49外燃工质入口、50热摩可调燃料入口、60凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统、61凸轮式六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统、80连通通道、90预压缩气体导入口、91阀门、99工质储罐、100对置活塞气缸机构、101扫气进气口、102扫气排气口、110燃烧室壁、112供气充气动力阀、123气缸连通腔体、200外燃工质发生器、201液体工质入口、220外燃工质发生器壁、221凸轮式二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、401外开进气门、402进气门的通道、403进气门的启闭结构体、602排气门的通道、603排气门的启闭结构体、1041凸轮式四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、1042凸轮式四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、1043凸轮式四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、1044凸轮式四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、1021凸轮式二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、1022凸轮式二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、1023凸轮式二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、1024凸轮式二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、1031凸轮式二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统、2041凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、2042凸轮式四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、2043凸轮式四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、2044凸轮式四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、2021凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、2022二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、2023凸轮式二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、2024凸轮式二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、2031凸轮式二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

具体实施方式

实施例1

如图1所示门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构1和工质腔2，所述活塞气缸机构1的同一个气缸12上设进气门4、供气门13、排气门6和气体工质充入门11，所述气缸12经所述进气门4与进气道5连通，所述气缸12经所述供气门13与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通，所述工质腔2的工质腔气体出口15经所述气体工质充入门11与所述气缸12连通，所述气缸12经所述排气门6与排气道10连通，在所述工质腔2上设燃料导入阀7，所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

燃烧过程是在所述工质腔2内连续进行。

当所述活塞气缸机构1的活塞3越过上止点后，所述气体工质充入门11开启，此时所述气缸内由于有不可避免的余隙（由于零部件的加工制造误差及热胀冷缩等因素）存在，所以仍然有一定量的很高压力的气体，当进入燃气充气做功冲程后，所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，所述工质腔2中的一部分高温高压燃气充入所述气缸12内，充入所述气缸12中的高温高压燃气与所述气缸12内存留的气体相混合，在此充气阶段所述活塞3一直受着很大的气体压力，所以其受力没有大的波动，所以系统的振动和噪声都较小，可以用于对噪声要求高的场合（比如潜艇）。

所述工质腔2的承压能力大于3MPa；处于上止点时的所述活塞3上方的容积与所述活塞3的截面积之比小于5mm；调整所述气缸活塞机构1的排气量，调整气门（比如通过调整进气门4和/或气体工质充入门11）的开启、关闭相位，和/或通过燃料供给系统调整燃料供给量，使燃料在燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95。

在吸气冲程时，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述进气门4可开启。

在压气供气冲程中，所述活塞3从下止点运动到上止点，只有当所述气缸12内的气体被压缩至压强大于所述工质腔2中气体的压强时，所述供气门13打开，当所述活塞3运动到上止点时，所述供气门13关闭。当空气被压入到所述工质腔2中后和经所述燃料导入阀7导入的燃料有相当长的时间（近一个工作循环的时间）混合燃烧，节能环保。

在燃气充气做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，在所述工质腔2内形成的高温高压气体工质的一部分充入所述气缸12后，在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

在燃气排气冲程时，所述活塞3从下止点运动到上止点，只有所述排气门6可开启。

为了充分利用流动气体的惯性，提高进排气及充气的效率气门可提前开启和滞后关闭，气门相位也可重叠。

在起动时，可通过所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制所述气体工质充入门11处于关闭状态，由起动机带动所述门控同缸U流活塞热动力系统运转，实现由所述气缸12向所述工质腔2中快速充气达到快速起动的目的。

所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道控制系统2041的凸轮轴的转速是所述门控同缸U流活塞热动力系统曲轴转速的二分之一。

由于燃料在一个工作循环的时间内可一直在所述工质腔中燃烧，比传统内燃机的燃烧时间长得多，所以燃料在所述工质腔中能充分地燃烧，所以对空气的前期准备比如要形成旋流、涡流等以及对燃料的进入方式比如柴油的高压喷射及燃料的种类（比如汽油、柴油、天然气、乙醇、乙醇水溶液及煤粉等）等没有特殊要求，可大大简化发动机的结构，降低发动机的制造成本。

由于本实施例门控同缸U流活塞热动力系统可使用不同的燃料，当燃料燃点较高不能自燃时，在所述工质腔2上需设有点火装置，燃料首次燃烧时可由所述点火装置（比如电热棒）点燃，如燃料燃点较低能能够自燃时，也可不设或虽设置但不使用所述点火装置。

经所述气体工质充入门11由所述工质腔2向所述气缸12每次充气的气体体积流量大于经所述供气门13由所述气缸12向所述工质腔2每次供气的气体体积流量。

所述工质腔2的容积不小于经所述供气门13进入所述工质腔2内压缩气体体积的10倍。

所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制所述气体工质充入门11使燃气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是5°。

具体实施时，也可选择所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制所述气体工质充入门11使燃气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°或45°。

在稳定工作状态下，所述工质腔2内的容积还可选择大于每次经所述供气门13进入所述工质腔2内压缩气体体积的2、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200倍。

具体实施时，也可部分气门比如只有所述进气门4、所述排气门6和所述气体工质充入门11受所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制，而所述供气门13做成单向阀自动控制（就和传统压气机的排气门一样），使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作；燃料也可经所述燃料导入阀7间歇导入所述工质腔2后，在工质腔中间歇燃烧。

具体实施时，所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041可以是其它机械控制系统，也可以是液压控制系统或电磁控制系统，还可以是它们的不同组合构成的控制系统。

所述工质腔2的承压能力还可选择大于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa；处于上止点时的所述活塞3的上方容积与所述活塞3的截面积之比还可选择小于4.8mm、4.6mm、4.4mm、4.2mm、4mm、3.8mm、3.6mm、3.4mm、3.2mm、3mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm或小于0.2mm；燃料在燃烧化学反应过程中的空气过量系数还可以选择小于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，以满足不同的工况需求。

在具体实施时，根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述气体工质充入门11的控制模式，使所述气体工质充入门11在两个循环以上的时间间隔内处于关闭状态，即此时的所述门控同缸U流活塞热动力系统实质上已变成了一台压气机，不对外输出功率，需对其输入功（比如可充分利用运动机械的刹车或制动能量）以达到节能减排的目的；还可以利用所述工质腔2内的高压气体在不提供燃料时推动所述活塞3下行做功，可实现空气、燃料的双动力。

在本实施例的具体实施过程中，可通过调整所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时制系统2041对所述气体工质充入门11的开启、关闭相位控制，实现膨胀比可调；可通过调整所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041对所述进气门4的开启、关闭相位的控制，实现压缩比可调。

在具体实施时，也可设置不止一个所述气缸12构成多缸发动机。

实施例2

如图2所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述燃料导入阀7设在了所述气缸12上，燃料的燃烧过程在所述气缸12内进行，所述进气门4、所述供气门13、所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统2042控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

在所述气体充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，被压缩在所述工质腔2中的新鲜空气的一部分充入所述气缸12后，在所述气缸12内与经设置在所述气缸12上的所述燃料导入阀7导入的燃料进行燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

所述凸轮式四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统2042控制所述气体工质充入门11使压缩的新鲜空气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是15°。

燃烧的主要放热过程发生在上止点后。

实施例3

如图3所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述工质腔2和所述气缸12上均设有燃料导入阀7，在所述工质腔2和所述气缸12内均进行燃烧；所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统2043控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统2043控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

在所述工质腔2和所述气缸12中均进行燃烧，实现分级燃烧。

新鲜空气被压入所述工质腔2后，一部分与经设置在所述工质腔2上的燃料导入阀7导入所述工质腔2中的燃料进行燃烧，另一部分由于所述工质腔2中的燃料不足所以未参与燃烧，当这部分未参与燃烧的新鲜空气被充入所述气缸12后，与经设在所述气缸12上的所述燃料导入阀7导入的燃料进一步进行燃烧，实现了分级燃烧，使得燃料的燃烧更充分、彻底。

在燃气充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，在所述工质腔2中未充分燃烧仍有过量氧气的气体工质充入所述气缸12后，与经设置在所述气缸12上的燃料导入阀7导入的燃料进一步燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

所述凸轮式四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统2043控制所述气体工质充入门11使燃气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是25°。

实施例4

如图4所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述气缸12上设火花塞8，新鲜空气和燃料先在所述工质腔2中混合，之后在所述气缸12内燃烧；所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统2044控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统2044控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

燃料和空气的预混合是在所述工质腔2中进行。

燃烧过程是在所述气缸12内进行。

在混合气充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述充气门11开启一段时间后关闭，在所述充气门11开启的这段时间内，在所述工质腔2中新鲜空气和燃料已充分混合的混合气体充入所述气缸12后，经火花塞点火燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

所述凸轮式四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统2044控制所述气体工质充入门11使混合气体从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是45°。

实施例5

如图5所示门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构1和工质腔2，所述活塞气缸机构1的同一个气缸12上设进气门4、供气门13、排气门6和气体工质充入门11，所述气缸12经所述进气门4与进气道5连通，所述气缸12经所述供气门13与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通，所述工质腔2的工质腔气体出口15经所述气体工质充入门11与所述气缸12连通，所述气缸12经所述排气门6与排气道10连通，在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述进气道5上设叶轮压气机23，在所述排气道10上设动力叶轮机构22，所述动力叶轮机构22对所述叶轮压气机23输出动力，所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2021控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2021控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作。

在所述进气扫气排气压气供气冲程中，所述活塞气缸机构1的活塞3从下止点运动到上止点，进行排气、进气、扫气、压气和供气的过程，在此过程中，首先所述排气门6开启进行排气，所述排气门6开启一段时间后所述进气门4开启进行扫气，扫气之后所述排气门6关闭进行进气，进气完毕后所述进气门4关闭进行压气，新鲜空气被压到大于所述工质腔2内气体的压强时所述供气门13开启进行供气，当所述活塞3到达上止点时，所述供气门13关闭供气结束。在此冲程中，所述气体工质充入门11一直处于关闭状态。

燃烧过程是在所述工质腔2内进行。

在燃气充气做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，在所述工质腔2内形成的高温高压气体工质的一部分充入所述气缸12后，在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

所述凸轮式二冲程缸外供气充气通道控制系统2021的凸轮轴的转速和所述门控同缸U流活塞热动力系统曲轴转速相等。

实施例6

如图6所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：所述燃料导入阀7设在所述气缸12上， 所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统2022控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2022控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

燃烧过程是在所述气缸12内进行。

在气体充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，被压缩在所述工质腔2中的新鲜空气的一部分充入所述气缸12后，在所述气缸12内与经设置在所述气缸12上的所述燃料导入阀7导入的燃料进行燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

实施例7

如图7所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：在所述工质腔2和所述气缸12上均设有所述燃料导入阀7，在所述工质腔2和所述气缸12内均进行燃烧；所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统2023控制，所述工质腔2上和所述气缸12上的燃料导入阀7的开启和关闭也均受所述凸轮式二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统2023控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

在燃气充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述气体工质充入门11开启一段时间后关闭，在所述气体工质充入门11开启的这段时间内，在所述工质腔2中未充分燃烧仍有过量氧气的气体工质充入所述气缸12后，与经设置在所述气缸12上的燃料导入阀7导入的燃料进一步燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

实施例8

如图8所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：在所述气缸12上设火花塞8，新鲜空气和燃料先在所述工质腔2中混合，之后在所述气缸12内燃烧；所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统2024控制，所述工质腔2上的燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统2024控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

燃料和空气的预混合是在所述工质腔2中进行。

燃烧过程是在所述气缸12内进行。

在混合气充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述充气门11开启一段时间后关闭，在所述充气门11开启的这段时间内，在所述工质腔2中新鲜空气和燃料已充分混合的混合气体充入所述气缸12后，经火花塞点火燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

实施例9

如图9所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2031控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2031控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作。

在进气扫气排气短压程压气供气冲程中，所述活塞3从下止点运动到上止点，进行排气、进气、扫气、短压程压气和供气的过程，本过程和实施例5中进气扫气排气压气供气冲程的区别在于：所述进气门4开启的时刻更滞后，所述进气门4是在所述活塞3运动到距上止点五分之二冲程的距离时才开启，以实现压气时所述活塞3运行的距离短做功时所述活塞3运行的距离短长，实现所谓的米勒循环。

具体实施时，所述燃料导入阀7还可设在所述气缸12上，所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

具体实施时，还可在所述工质腔2和所述气缸12上均设置所述燃料导入阀7，使所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

具体实施时，还可在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述气缸12上设置火花塞8，使所述进气门4，所述供气门13，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

实施例10

如图10所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器200、蒸汽充入门41和蒸汽排出门42；所述工质腔2设为连续燃烧室30（即燃料连续导入其中并在其中进行连续燃烧的燃烧室），所述连续燃烧室30设在所述外燃工质发生器200内，所述外燃工质发生器200经所述蒸汽充入门41与所述气缸12连通，所述气缸12经所述蒸汽排出门42与蒸汽排出通道43连通，所述蒸汽排出通道43依次经冷凝冷却器44、高压液体泵45与所述外燃工质发生器200的液体工质入口201连通，所述进气门4、所述供气门13、所述排气门6、所述气体工质充入门11、所述蒸汽充入门41和所述蒸汽排出门42全部受凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作。

由于在所述外燃工质发生器200内的工质温度高、密度大，而经所述蒸汽充入门41进入气缸12作完功后，其温度降低、密度减小，所以所述蒸汽排出门42每次排出的气体体积流量大于所述蒸汽充入门41每次充入的气体体积流量。

经所述气体工质充入门11由所述工质腔2向所述气缸12每次充气的气体体积流量大于经所述供气门13由所述气缸12向所述工质腔2每次供气的气体体积流量。

具体实施时，所述连续燃烧室30的燃烧室壁110的一部分构成所述外燃工质发生器200的外燃工质发生器壁220的一部分或全部，或所述外燃工质发生器200的外燃工质发生器壁220的一部分构成所述连续燃烧室30的燃烧室壁110的一部分或全部；总之，所述外燃工质发生器200和所述连续燃烧室30必须有共用的壁，以使所述连续燃烧室30的壁向外散发的热量作为所述外燃工质发生器200的热源。显然，所述外燃工质发生器200与所述连续燃烧室30之间可以通过任何的传热连接方式，比如通过热交换器甚至通过热辐射的热传导方式进行连接，以回收所述连续燃烧室30不可避免的向外散出的热量。

具体实施时，所述连续燃烧室30的腔的承压能力和所述外燃工质发生器200承压能力中的较小者，其承压能力应大于3MPa；调整所述气缸活塞机构1的排气量，调整所述气门（比如通过调整所述进气门4）的开启、关闭相位，和通过燃料供给系统调整燃料供给量，使燃料在所述连续燃烧室30内的燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95。

所述连续燃烧室30的腔的承压能力和所述外燃工质发生器2承压能力中的较小者，其承压能力还可选择大于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa；燃料在所述连续燃烧室30内的燃烧化学反应过程中的空气过量系数还可选择小于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。

具体实施时，根据所述凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60的控制模式不同，还可使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作。当然所述进气门4、所述供气门13、所述排气门6、所述气体工质充入门11、蒸汽充入门41和蒸汽排出门42等六类气门不必全部由所述凸轮式六冲程蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60控制，而所述凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60只控制其中的一部分气门而另一部分气门不被其控制。比如将进气门4和供气门13都做成单向阀门式的自动控制气门（如和传统压气机的进、排气门功能一样）而不被所述凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60控制。

所述凸轮式六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统60还可以是其它机械式正时控制系统，也可以是液压式或电磁式正时控制系统，还可以是它们任意组合形成的综合正时控制系统。

具体实施时，一个所述连续燃烧室30和一个所述外燃工质发生器200组成一组连续燃烧室和外燃工质发生器，一组所述连续燃烧室和外燃工质发生器可与两个以上所述活塞气缸机构1对应；或几组所述连续燃烧室和外燃工质发生器与一个所述活塞气缸机构1对应；或者几组所述连续燃烧室和外燃工质发生器与两个以上所述活塞气缸机构1对应，以满足不同的工程要求。

实施例11

如图11所示的门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构1和工质腔2，所述活塞气缸机构1的气缸12上设进气门4、供气充气门33和排气门6，所述气缸12经所述进气门4与进气道5连通，所述气缸12经所述供气充气门33与所述工质腔2连通，所述气缸12经所述排气门6与排气道10连通，在所述工质腔2上设燃料导入阀7。

所述进气门4、所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1041控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1041控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式进行工作。

燃料的燃烧过程是在所述工质腔2中进行。

经所述供气充气门33由所述工质腔2向所述气缸12每次充气的气体体积流量大于经所述供气充气门33由所述气缸12向所述工质腔2每次供气的气体体积流量。

处于上止点时的所述活塞3的上方容积与所述活塞3的截面积和直径的乘积之比小于5:100。

其与实施例1的区别在于：将经所述供气门4使所述气缸12与所述工质腔2连通的供气通道和经所述气体工质充入门11使所述工质腔2与所述气缸12连通的充气通道这两类不同的通道合并为经所述供气充气门33把所述工质腔2和所述气缸12连通的一类通道，所述供气门4和所述气体工质充入门11两种类型的气门由所述供气充气门33一类气门所取代；另一个不同点是控制系统不同，本实施例控制气门的正时控制系统是凸轮式四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1041。第三个不同点是气门的工作过程不同，在实施例1中，在供气过程开始时所述供气门13开启、供气过程结束（所述活塞3到达上止点）时所述供气门关闭，在充气过程开始时所述气体工质充入门11开启、在充气过程结束时所述气体工质充入门11关闭，而本实施例中，在供气过程开始时所述供气充气门33开启，充气过程结束时所述供气充气门33才关闭，在供气过程开始至充气过程结束这段时间内，所述供气充气门33可一直处于开启状态，而且在供气过程结束和充气过程开始时，所述供气充气门33的行程处于最大的状态，这也使得气门的正时控制系统更简单可行、气体经过气门时的流动阻力更小。

所述工质腔2的容积不小于经所述供气充气门33进入所述工质腔2内压缩气体体积的10倍。

在稳定工作状态下，所述工质腔2内的容积还可选择大于每次经所述供气充气门33进入所述工质腔2内压缩气体体积的2、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200倍。

所述凸轮式四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1041控制所述供气充气门33使燃气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是10°。

具体实施时，所述气缸12可经不止一个往复通道与所述工质腔2连通，但每个往复通道上或往复通道与气缸的连接处均应设有一个供气充气门33。

所述进气门4、所述供气充气门33和所述排气门6也可不全部受所述缸外往复通道控制系统1041控制，比如所述进气门4可以做成单向阀自动控制开启关闭（比如和传统的活塞式空压机的进气门一样），不受所述凸轮式四冲程缸外往复通道控制系统1041控制也可实现上述工作循环。

处于上止点时的所述活塞3的上方容积与所述活塞3的截面积和直径的乘积之比还可以选择小于4.8:100、4.6:100、4.4:100、4.2:100、4:100、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。

具体实施时，根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述供气充气门33控制模式，使所述供气充气门33在所述门控同缸U流活塞热动力系统的两个循环以上的时间间隔内充气功能处于失效状态，即此时的所述门控同缸U流活塞热动力系统实质上已变成了一台压气机，不对外输出功率，需对其输入功（比如可充分利用运动机械的刹车或制动能量）以达到节能减排的目的；此处的失效并不是所述供气充气门33真的失效而处于失控的状态、仅仅是在此过程中所述充气门33只能控制由所述气缸12向所述工质腔2中供气而不能由所述工质腔2向所述气缸12中充气，供气充气门33变成了单纯的单向供气门而已。

具体实施时，所述门控同缸U流活塞热动力系统可包括不只一个所述活塞气机构1。

实施例12

如图12所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：所述燃料导入阀7设在了所述气缸12上，燃料的燃烧过程在所述气缸12内进行，所述进气门4、所述供气充气门33和所述排气门6全部受所述凸轮式四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统1042控制，所述燃料导入阀7也受所述凸轮式四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统1042控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

在所述气体充气缸内燃烧做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，只有所述供气充气门33在保持一段开启时间后关闭，在所述供气充气门33开启的这段时间内，被压缩在所述工质腔2中的新鲜空气的一部分充入所述气缸12后，在所述气缸12内与经设置在所述气缸12上的所述燃料导入阀7导入的燃料进行混合燃烧，所形成的高温高压气体工质在所述气缸12内膨胀推动所述活塞3下行做功。

所述凸轮式四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统1042控制所述供气充气门33使压缩气体从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是20°。

实施例13

如图13所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：在所述工质腔2和所述气缸12上均设有燃料导入阀7，在所述工质腔2和所述气缸12内均进行燃烧；所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统1043控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统1043控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

所述凸轮式四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统1043控制所述供气充气门33使燃气从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是30°。

实施例14

如图14所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述气缸12上设火花塞8，新鲜空气和燃料先在所述工质腔2中混合，之后在所述气缸12内燃烧；所述进气门4，所述供气充气门33，所述排气门6和所述气体工质充入门11全部受凸轮式四冲程缸混内往复通道控制系统2044控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式四冲程缸混内往复通道控制系统1044控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按吸气冲程-压气供气冲程-混合气充气燃烧做功冲程-燃气排气冲程四冲程循环模式工作。

所述凸轮式四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统1044控制所述供气充气门33使混合气体从所述工质腔2向所述气缸12内充气完毕关闭时所述活塞3从越过上止点开始曲柄转过的角度是40°。

实施例15

如图15所示门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构1和工质腔2，所述活塞气缸机构1的气缸12上设进气门4、供气充气门33、排气门6，所述气缸12经所述进气门4与进气道5连通，所述气缸12经所述供气门13与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通，所述工质腔2的工质腔气体出口15经所述气体工质充入门11与所述气缸12连通，所述气缸12经所述排气门6与排气道10连通，在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述进气道5上设叶轮压气机23，在所述排气道10上设动力叶轮机构22，所述动力叶轮机构22对所述叶轮压气机23输出动力，所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1021控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1021控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作。

燃烧过程是在所述工质腔2内进行。

在所述进气扫气排气压气供气冲程中，所述活塞气缸机构1的活塞3从下止点运动到上止点，进行排气、进气、扫气、压气和供气的过程，在此过程中，首先所述排气门6开启进行排气，所述排气门6开启一段时间后所述进气门4开启进行扫气，扫气之后所述排气门6关闭进行进气，进气完毕后所述进气门4关闭进行压气，新鲜空气被压到大于所述工质腔2内气体的压强时（所述活塞3到达一定位置）所述供气充气门33开启进行供气，当所述活塞3到达上止点时，所述供气充气门33仍处于开启状态。

在燃气充气做功冲程中，所述活塞3从上止点运动到下止点，所述供气充气门33开启一段时间后关闭，燃烧后的高温高压气体充入所述气缸12后，进行膨胀推动所述活塞3下移做功。

实施例16

如图16所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例15的区别在于：所述燃料导入阀7设在所述气缸12上， 所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统1022控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1022控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

在气体充气缸内燃烧做功冲程中，燃烧过程是在所述气缸12内进行。

实施例17

如图17所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例15的区别在于：在所述工质腔2和所述气缸12上均设有所述燃料导入阀7，在所述工质腔2和所述气缸12内均进行燃烧；所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统1023控制，所述工质腔2上和所述气缸12上的燃料导入阀7的开启和关闭也均受所述凸轮式二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统1023控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

在燃气充气缸内燃烧做功冲程中，充入所述气缸12内的燃气与经设在所述气缸12上的燃料导入阀7导入的燃烧在所述气缸12内继续进行燃烧，实现分级燃烧。

实施例18

如图18所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例15的区别在于：在所述气缸12上设火花塞8，新鲜空气和燃料先在所述工质腔2中混合，之后在所述气缸12内燃烧；所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统1024控制，所述工质腔2上的燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统1024控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

在混合气充气缸内燃烧做功冲程中，空气和燃料在所述工质腔2中充分混合后的混合气充入所述气缸12内后在所述气缸12内进行燃烧。

实施例19

如图19所示门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例15的区别在于：所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统1031控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统1031控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作。

在进气扫气排气短压程压气供气冲程中，所述活塞3从下止点运动到上止点，进行排气、进气、扫气、短压程压气和供气的过程，本过程和实施例15中进气扫气排气压气供气冲程的区别在于：所述进气门4开启的时刻较晚，所述活塞3运行至距上止点三分之二冲程的位置时，所述进气门才开启，以实现压气时所述活塞3运行的距离短做功时所述活塞3运行的距离短长，提高热效率。

具体实施时，所述燃料导入阀7还可设在所述气缸12上，所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-气体充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

具体实施时，还可在所述工质腔2和所述气缸12上均设置所述燃料导入阀7，使所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭也受所述凸轮式二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-燃气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

具体实施时，还可在所述工质腔2上设燃料导入阀7，在所述气缸12上设置火花塞，使所述进气门4，所述供气充气门33和所述排气门6全部受凸轮式二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀7的开启和关闭以及所述火花塞8的点火时刻也受所述凸轮式二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气短压程压气供气冲程-混合气充气缸内燃烧做功冲程二冲程循环模式工作。

实施例20

如图20所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器200、蒸汽充入门41和蒸汽排出门42；所述外燃工质发生器200上设有冷的外燃工质入口49，所述工质腔2设为连续燃烧室30（即燃料连续导入其中并在其中进行连续燃烧的燃烧室），所述连续燃烧室30被所述外燃工质发生器200所包包覆，所述外燃工质发生器200经所述蒸汽充入门41与所述气缸12连通，所述气缸12经所述蒸汽排出门42与蒸汽排出通道43连通，所述蒸汽排出通道43依次经空气压缩机47、冷却器48与所述外燃工质发生器200的冷的外燃工质入口49连通，所述进气门4、所述供气充气门33、所述排气门6、所述蒸汽充入门41和所述蒸汽排出门42全部受凸轮式六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统61控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作。

具体实施时，还可选择所述进气门4、所述供气充气门33、所述排气门6、所述蒸汽充入门41和所述蒸汽排出门42的部分受所述凸轮式六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统61控制，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作。

实施例21

如图21所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述工质腔2上设预压缩气体导入口90，所述预压缩气体导入口90经控制阀门91与预压缩气体源连通，以使所述工质腔2内的气体工质状态（比如压强）迅速满足要求以达到立即起动的目的；为了达到快速启动的目的，在预压缩气体充入所述工质腔2而未达到要求的压强时，所述气体工质充入门11应处于关闭状态。

实施例22

如图22所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括工质储罐99，所述工质储罐99与所述工质腔2连通，以使工质腔2内的气体工质的压力波动更小，更易稳定燃烧。

实施例23

如图23所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例22的区别在于：所述工质储罐99与经所述供气门13连通所述气缸12和所述工质腔2的通道连通。

实施例24

如图24所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器200，所述工质腔2设为连续燃烧室30，所述外燃工质发生器200包覆所述连续燃烧室30，所述连续燃烧室30和所述外燃工质发生器200经连通通道80连通，以提高做功的气体摩尔数和调整做功气体工质的温度，使即将开始做功的气体工质的温度和压力相匹配以符合类绝热关系，达到更高的效率。

实施例25

如图25所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述气体工质充入门11和所述工质腔2之间设供气充气动力阀112，其目的是当需要将所述活塞气缸机1构转换成压气机构时将此阀关闭，使所述工质腔2的压力上升（例如将发动机转换成压气机为车辆制动提供制动力，即车辆的动能经压气机转换成压缩气体的压缩能量储存在了所述工质腔2的工质中），还可以利用所述工质腔2内的有压气体在不提供燃料时推动所述活塞3做功，其实质是实现空气、燃料的双动力。

实施例26

如图26所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：所述进气门4由外开进气门401取代，所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2021被凸轮式二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统221取代，所述外开进气门401、所述供气门13、所述排气门6和所述气体工质充入门11受所述凸轮式二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统221控制，实现进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程循环的工作模式，以提高所述同缸U流活塞热动力系统的功率。

具体实施时，还可根据不同的循环模式，形成很多的具体技术方案：比如将后上止点控制系统设为：二冲程外开气门缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程外开气门缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程外开气门缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统和六冲程外开气门燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统等。

实施例27

如图27所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例12的区别在于：在所述气缸12上还设有膨胀剂入口9，使得空气在压缩过程中能够及时得到冷却以减少空气在压缩过程中的能耗，控制导入所述气缸12内的所述膨胀剂的量同时还可对所述气缸12内的压缩空气温度进行控制，进而能够使燃烧完毕后气体工质的温度达到可控，调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系，以使所述门控同缸U流活塞热动力系统获得更高的效率。

实施例28

如图28所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述工质腔2上的燃料导入阀7被热摩可调燃料入口50所取代，由于热摩可调燃料中有膨胀剂的存在，所以也能够控制即将开始做功的气体工质的温度，从而可以使即将开始做功的气体工质的温度和压力能够符合类绝热关系，以提高所述门控同缸U流活塞热动力系统的热效率。

 实施例29

如图29所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：一个所述工质腔2与两个所述气缸12连通。

具体实施时，一个所述工质腔2还可以与两个以上所述气缸12连通。

实施例30

如图30所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例5的区别在于：所述进气门4的通道402设置在所述气缸12的侧壁上，所述活塞3设为所述进气门4的启闭结构体403，以提高扫气的效率。

在二冲程循环中，所述进气道5内的空气应有足够的压强，以充分扫气。

实施例31

如图31所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例15的区别在于：所述工质腔2与所述气缸12经供气充气门33通过所述气缸12的侧壁连通，以使气门的布置方式根据空间的限制及进排气的要求有更多的选择。

具体实施时，所述供气充气门33还可设置为外开供气充气门（即气门打开时是向远离气缸的方向运动，传统的发动机气门是内开的，即气门打开时是朝向气缸的方向运动），所述凸轮式二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统1021设为凸轮式二冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统，所述凸轮式二冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统控制所述进气门4、所述排气门6和所述外开供气充气门的全部使所述门控同缸U流活塞热动力系统按进气扫气排气压气供气冲程-燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作。

具体实施时，还可根据不同的循环模式，形成很多的具体技术方案：比如将后上止点控制系统设为：二冲程外开气门缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程外开气门缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程外开气门缸混内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程外开气门缸混内往复通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸内往复通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸内外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程外开气门缸混内外往复通道后上止点正时控制系统和六冲程外开气门燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统等。

实施例32

如图32所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例29的区别在于：供气通道和充气通道被往复通道所取代、所述供气门13和所述充气门11被所述供气充气门33所取代，所述进气门4的通道402设在了所述气缸12的侧壁上，所述活塞3设为了所述进气门的启闭结构体403，以提高进气、扫气和排气的效率。

实施例33

如图33所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例32的区别在于：所述燃料导入阀7分别设在了两个所述气缸12上。

实施例34

如图34所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述工质腔2上设有膨胀剂入口9，膨胀剂通过控制阀门经所述膨胀剂入口9进入所述工质腔，由于膨胀剂的导入，使得工质腔内的做功工质的摩尔数增加了，控制进入所述工质腔2内的膨胀剂的量，即可控制所述工质腔2内工质的压力和温度，使所述工质腔2内的即将开始做功的气体工质的压力和温度符合类绝热关系，以达到更高的热效率或更好的环保要求。

实施例35

如图35所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例9的区别在于：所述进气门4的通道402设在了所述气缸12的侧壁上，所述进气门4的通道402的位置设置在所述活塞冲程的中间，只有所述活塞3从下止点运动到距上止点近一半的冲程时，所述进气门4的启闭结构体403才开启，从而使得所述活塞3在压缩过程中经过的距离小，做功膨胀过程中所述活塞3经过的距离长，也即本发明所指的短压程，实现真正的米勒循环。

实施例36

如图36所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例4的区别在于：所述燃料导入阀7设在所述进气道5上，其目的一是为了使燃料和空气混合得更加均匀，二是对燃油供给系统的要求更低（比如不再要求很高的压力）。

实施例37

如图37所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述气缸12内设有两个所述活塞3，两个所述活塞3的轴线平行布置，气门的布置方式可根据进气、排气、供气及充气的实际情况在所述气缸12上灵活布置，与两个所述活塞3相配合的所述气缸12的配合部分（或者称为气缸）经气缸连通腔体123连通。两个所述活塞3工作时应同步，就像一个活塞一样。

具体实施时，在一个所述气缸12内也可设置两个以上所述活塞3。

实施例38

如图38所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例37的区别在于：所述气缸12内设有对置的两个所述活塞3，两个所述活塞3共轴线布置，所述进气门4、所述排气门6和所述供气充气门33均设置在所述气缸12的中部。

实施例39

如图39所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例37的区别在于：所述气缸12内设有四个所述活塞3，四个所述活塞3对称布置，与四个所述活塞3相配合的气缸12的相应配合部分由气缸连通腔体123连通，在所述气缸连通腔体123上设置所述进气门4、所述排气门6和所述供气充气门33。

具体实施时，所述气 12内还可设置三个活塞、五个活塞或更多的活塞。

实施例40

如图40所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例23的区别在于：所述工质储罐99设在所述供气门13和所述工质腔2的工质腔气体入口14之间，即所述气缸12经所述供气门13和所述工质储罐99与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通。

实施例41

如图42所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述进气门4设在了所述活塞3上，所述进气门4设为不受所述凸轮式四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2041控制的单向阀门，使得气门的布置方式更加灵活，相应能够增加气门处的流通面积使气体流过气门的阻力损失更小。

实施例42

如图43所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例38的区别在于：所述进气门4的通道402设在了所述气缸12的侧壁上，所述活塞3设为所述进气门4的启闭结构体403，所述排气门6的通道602也设在所述气缸12的侧壁上，另一个所述活塞3设为所述排气门6的启闭结构体603，使得气门的控制更简单。

实施例43

如图44所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例42的区别在于：所述气缸12经所述供气充气门33与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通，所述工质腔2的工质腔气体出口15经阀门16和所述供气充气门33与所述气缸12连通，以使所述工质腔2与所述气缸12之间的气体流动控制更加方便、精准。

实施例44

如图45所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：所述气缸12经所述供气充气门33与所述工质腔2的工质腔气体入口14连通，所述工质腔2的工质腔气体出口15经阀门16和所述供气充气门33与所述气缸12连通，以使所述工质腔2与所述气缸12之间的气体流动控制更加方便、精准。

实施例45

如图46所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述排气门6的通道602设在所述气缸12的侧壁上，所述活塞3设为所述排气门6的启闭结构体603，使得气门的布置更加灵活、方便，进、排气阻力更小更通畅。

实施例46

如图47和图48所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例11的区别在于：所述排气门6的通道602设在所述气缸12的侧壁上，所述活塞3设为所述排气门6的启闭结构体603，使得气门的布置更加灵活、方便，进、排气阻力更小更通畅；所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括使所述门控同缸U流活塞热动力系统在充气过程中所对应的曲轴转角大于在供气过程中所对应的曲轴转角的控制系统，所述活塞气缸机构1的所述气缸12设为非圆形气缸，如椭圆形或由一个矩形和两个半圆形构成的圆角矩形。其中，图48是椭圆形气缸和椭圆形活塞的示意图。

实施例47

如图49所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例1的基础上：所述工质腔2设为连续燃烧室30，在所述连续燃烧室30和所述气体工质充入门11之间设做功机构20，所述做功机构20设为活塞式做功机构，所述连续燃烧室30的工质出口与所述做功机构20的工质入口连通，所述做功机构20的工质出口经所述气体工质充入门11与所述气缸12连通。

选择性地，所述做功机构20还可以设为叶轮式做功机构。

实施例48

如图50所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例47的基础上：在所述连续燃烧室30的工质出口与所述做功机构20的工质入口的连通通道上设旁通管21，所述旁通管21与动力叶轮机构22的工质入口连通。

实施例49

如图51所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例1的基础上：所述工质腔2设为连续燃烧室30，在所述排气门6和所述排气道10之间设做功机构20，所述做功机构20设为活塞式做功机构，所述排气门6与所述做功机构20的工质入口连通，所述做功机构20的工质出口与所述排气道10连通。

选择性地，所述做功机构20还可以设为叶轮式做功机构。

实施例50

如图52所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例1的基础上：门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构20，所述做功机构20设为活塞式做功机构，所述工质腔2设为连续燃烧室30，所述连续燃烧室30的工质出口还与所述做功机构20的工质入口连通。

选择性地，所述做功机构20还可以设为叶轮式做功机构。

实施例51

如图53所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例48的基础上：所述进气道5上设有叶轮压气机23，所述叶轮压气机23的压缩气体出口与所述进气门4连通。

选择性地，所述动力叶轮机构22可以对所述叶轮压气机23输出动力。

实施例52

如图54所示的门控同缸U流活塞热动力系统，在实施例50的基础上：在所述做功机构20的排气道上设有动力叶轮机构22，以进一步充分利用工质中的能量。

实施例53

如图55所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其与实施例47的区别在于：所述活塞气缸机构1设为对置活塞气缸机构100，所述进气门4设为设置气缸壁上的扫气进气口101，所述排气门6设为设置气缸壁上的扫气排气口102，所述扫气进气口101和所述扫气排气口102有气缸内的活塞3控制其开启和关闭，所述供气门13和所述气体工质充入门11设置在所述气缸壁上，所述供气门13和所述气体工质充入门11受使所述对置活塞气缸机构100按照进气扫气排气压气供气冲程—燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统2021控制。

以上所述实施例中的气门也可部分受所述后上止点正时控制系统控制使所述门控同缸U流活塞热动力系统按设定的循环模式工作，所述后上止点正时控制系统也可以采用其它形式的机械式正时控制系统，还可以采用液压式正时控制系统、电液式正时控制系统、电磁式正时控制系统以及这些正时控制系统的部分或全部组合形成的正时控制系统；为了充分利用流动气体的惯性，提高进排气及充气的效率气门可提前开启或滞后关闭，气门相位也可重叠；在以上实施例中，在导入燃料的地方（比如所述工质腔2内、所述气缸12内）如需点燃，需设置点火装置（比如火花塞、电热棒等）；为了提高系统的热效率，某些部件可做成绝热结构：比如所述工质腔2的内表面、所述工质腔2与所述气缸12的连通管的内表面、所述气缸12的内表面以及所述活塞3的上表面等设有绝热涂层或陶瓷等。

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 (46)

1.一种门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构(1)和工质腔(2)，其特征在于：在所述活塞气缸机构(1)的同一个工质包络上设进气门(4)、供气门(13)、排气门(6)和气体工质充入门(11)，所述工质包络的内部空间经所述进气门(4)与进气道(5)连通，所述工质包络的内部空间经所述供气门(13)与所述工质腔(2)的工质腔气体入口(14)连通，所述工质腔(2)的工质腔气体出口(15)经所述气体工质充入门(11)与所述工质包络的内部空间连通，所述工质包络的内部空间经所述排气门(6)与排气道(10)连通，在所述工质腔(2)上、在所述工质包络上和/或在所述进气道(5)上设燃料导入阀(7)，所述进气门(4)、所述供气门(13)、所述排气门(6)和所述气体工质充入门(11)的部分或全部受供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀(7)的开启和关闭也受所述供气充气通道后上止点正时控制系统控制，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)。

2.如权利要求1所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述进气门(4)、所述供气门(13)、所述排气门(6)和所述气体工质充入门(11)设在所述活塞气缸机构(1)的气缸(12)上。

3.如权利要求2所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构(20)，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)，所述连续燃烧室(30)的工质出口与所述做功机构(20)的工质入口连通，所述做功机构(20)的工质出口经所述气体工质充入门(11)与所述气缸(12)连通。

4.如权利要求3所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述连续燃烧室(30)的工质出口与所述做功机构(20)的工质入口的连通通道上设旁通管(21)，所述旁通管(21)与动力叶轮机构(22)的工质入口连通。

5.如权利要求2所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构(20)，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)，所述排气门(6)与所述做功机构(20)的工质入口连通，所述做功机构(20)的工质出口与所述排气道(10)连通。

6.如权利要求2所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括做功机构(20)，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)，所述连续燃烧室(30)的工质出口分别与所述气体工质充入门(11)以及所述做功机构(20)的工质入口连通。

7.如权利要求3至6任一项所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

8.如权利要求3至6任一项所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述做功机构(20)设为活塞式做功机构或叶轮式做功机构。

9.如权利要求3至6任一项所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述活塞气缸机构(1)设为对置活塞气缸机构(100)，所述进气门(4)设为设置在气缸壁上的扫气进气口(101)，所述排气门(6)设为设置在气缸壁上的扫气排气口(102)，所述供气门(13)和所述气体工质充入门(11)设置在所述气缸壁上，所述供气门(13)和所述气体工质充入门(11)受使所述对置活塞气缸机构(100)按照进气扫气排气压气供气冲程—燃气充气做功冲程二冲程循环模式工作的凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统(2021)控制。

10.如权利要求1所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、四冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内外供气充气通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸混内供气充气通道后上止点正时控制系统或二冲程外开气门缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

11.如权利要求1所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述气体工质充入门(11)和所述工质腔(2)之间设供气充气动力阀(112)。

12.如权利要求1所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述供气充气通道后上止点正时控制系统对所述气体工质充入门(11)的控制模式，使所述气体工质充入门(11)在两个循环以上的时间间隔内处于关闭状态。

13.如权利要求2所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器(200)、蒸汽充入门(41)和蒸汽排出门(42)；所述连续燃烧室(30)与所述外燃工质发生器(200)传热连接，所述外燃工质发生器(200)经所述蒸汽充入门(41)与所述气缸(12)连通，所述气缸(12)经所述蒸汽排出门(42)与蒸汽排出通道(43)连通。

14.如权利要求13所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述供气充气通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门(4)、所述供气门(13)、所述排气门(6)、所述气体工质充入门(11)、所述蒸汽充入门(41)和所述蒸汽排出门(42)的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的六冲程燃气蒸汽供气充气通道后上止点正时控制系统。

15.如权利要求13或14所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：经所述气体工质充入门(11)每次充气的气体体积流量大于经所述供气门(13)每次供气的气体体积流量。

16.一种门控同缸U流活塞热动力系统，包括活塞气缸机构(1)和工质腔(2)，其特征在于：在所述活塞气缸机构(1)的同一个工质包络上设进气门(4)、排气门(6)和供气充气门(33)，所述工质包络的内部空间经所述进气门(4)与进气道(5)连通，所述工质包络的内部空间经所述供气充气门(33)与所述工质腔(2)连通，所述工质包络的内部空间经所述排气门(6)与排气道(10)连通，在所述工质腔(2)上、在所述工质包络上、和/或在所述进气道(5)上设燃料导入阀(7)，所述进气门(4)、所述供气充气门(33)和所述排气门(6)的部分或全部受往复通道后上止点正时控制系统控制，所述燃料导入阀(7)的开启和关闭也受所述往复通道后上止点正时控制系统控制，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)。

17.如权利要求16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述进气门(4)、所述排气门(6)和所述供气充气门(33)设在所述活塞气缸机构(1)的气缸(12)上。

18.如权利要求16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述往复通道后上止点正时控制系统设为四冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、四冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程缸混内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸内外往复通道后上止点正时控制系统、二冲程短压程缸混内往复通道后上止点正时控制系统或二冲程外开气门缸外往复通道后上止点正时控制系统。

19.如权利要求16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：根据所述门控同缸U流活塞热动力系统的工况需求，调整所述往复通道后上止点正时控制系统对所述供气充气门(33)的控制模式，使所述供气充气门(33)在两个循环以上的时间间隔内充气功能处于失效状态。

20.如权利要求17所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器(200)、蒸汽充入门(41)和蒸汽排出门(42)；所述连续燃烧室(30)与所述外燃工质发生器(200)传热连接，所述外燃工质发生器(200)经所述蒸汽充入门(41)与所述气缸(12)连通，所述气缸(12)经所述蒸汽排出门(42)与蒸汽排出通道(43)连通。

21.如权利要求20所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述往复通道后上止点正时控制系统设为控制所述进气门(4)、供气充气门(33)、所述排气门(6)、所述蒸汽充入门(41)和所述蒸汽排出门(42)的部分或全部，使所述门控同缸U流活塞热动力系统按照吸气冲程-压气供气冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程六冲程循环模式工作，或按照吸气冲程-压气供气冲程-蒸汽充气做功冲程-蒸汽排出冲程-燃气充气做功冲程-燃气排气冲程六冲程循环模式工作的六冲程燃气蒸汽往复通道后上止点正时控制系统(61)。

22.如权利要求20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：经所述供气充气门(33)每次充气的气体体积流量大于每次供气的气体体积流量。

23.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述工质腔(2)上设膨胀剂入口(9)。

24.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述工质腔(2)上设热摩可调燃料入口(50)。

25.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述工质腔(2)上设预压缩气体导入口(90)。

26.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括工质储罐(99)，所述工质储罐(99)与所述工质腔(2)连通。

27.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述工质腔(2)与所述气缸(12)的壁连通。

28.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括外燃工质发生器(200)，所述工质腔(2)设为连续燃烧室(30)，所述连续燃烧室(30)与所述外燃工质发生器(200)传热连接，所述连续燃烧室(30)和所述外燃工质发生器(200)经连通通道(80)连通。

29.如权利要求1、2、3、5、6、13、14、16、17、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述排气道(10)上设动力叶轮机构(22)。

30.如权利要求1、2、3、5、6、13、14、16、17、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述进气道(5)上设叶轮压气机(23)。

31.如权利要求2或17所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：两个以上所述气缸(12)与一个所述工质腔(2)连通。

32.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述工质腔(2)的承压能力大于3MPa。

33.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：处于上止点时的所述活塞气缸机构(1)的活塞(3)的上方容积与所述活塞(3)的截面积之比小于5mm。

34.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：处于上止点时的所述活塞气缸机构(1)的活塞(3)的上方容积与所述活塞(3)的截面积和直径的乘积之比小于5:100。

35.如权利要求13、14、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述外燃工质发生器(200)上设液体工质导入口(201)，所述蒸汽排出通道(43)依次经冷凝冷却器(44)、高压液体泵(45)与所述外燃工质发生器(200)的液体工质入口(201)连通。

36.如权利要求13、14、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：在所述外燃工质发生器(200)上设冷的外燃工质入口(49)，所述蒸汽排出通道(43)依次经空气压缩机(47)、冷却器(48)与所述冷的外燃工质入口(49)连通。

37.如权利要求13或20所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：一个所述连续燃烧室(30)和一个所述外燃工质发生器(200)与两个以上所述活塞气缸机构(1)对应。

38.如权利要求13、14、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述外燃工质发生器(200)的承压能力大于3MPa。

39.如权利要求1或2所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述工质腔(2)的容积不小于经所述供气门(13)进入所述工质腔(2)内压缩气体体积的10倍。

40.如权利要求16或17所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述工质腔(2)的容积不小于经所述供气充气门(33)进入所述工质腔(2)内压缩气体体积的10倍。

41.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述门控同缸U流活塞热动力系统还包括使所述门控同缸U流活塞热动力系统在充气过程中所对应的曲轴转角大于在供气过程中所对应的曲轴转角的控制系统。

42.如权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统，其特征在于：所述活塞气缸机构(1)的所述气缸(12)设为非圆形气缸。

43.一种提高权利要求1、2、3、5、6、13、14、16、17、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，其特征在于：调整所述活塞气缸机构(1)的排气量，和/或调整燃料供给量，使燃烧化学反应过程中的空气过量系数小于1.95。

44.一种提高权利要求3、5、6、13、14、20或21所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，其特征在于：调整所述活塞气缸机构(1)的排气量，和/或调整向所述连续燃烧室(30)供给的燃料的量，使所述连续燃烧室(30)内的空气过量系数小于1.95。

45.一种提高权利要求1或16所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，其特征在于：调整即将开始做功的气体工质的温度和/或压力，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

46.如权利要求45所述提高门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，其特征在于：调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下。