CN103122805A - 三类门热气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三类门热气发动机，包括两个气缸活塞机构，两个所述气缸活塞机构上均设有进气口和排气口，两个所述气缸活塞机构以两个往复连通通道连通。利用处于内燃机燃烧做功冲程的气缸活塞机构作为斯特林发动机的热缸，另一个气缸活塞机构作为斯特林发动机的冷缸，其中斯特林循环的气体工质是燃烧做功冲程后的高温气体，从而有效地将内燃机和斯特林循环有机地结合，将大幅度提高系统热效率。

Description

三类门热气发动机

技术领域

本发明涉及热动力领域，尤其是一种热气发动机。 

背景技术

传统内燃机一般是将高温尾气直接排放掉，导致热量损耗严重。然而传统的热气机中气体工质需要热量来加热，常规的加热方式为外燃式，燃料的使用效率也较低，因此针对现有内燃机和热气机的燃料使用效率，需要提供一种能对发动机排气中余热进行进一步利用的发动机。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下： 

方案1：一种三类门热气发动机，包括气缸活塞机构A和气缸活塞机构B，所述气缸活塞机构A的气缸上和所述气缸活塞机构B的气缸上均设有进气口和排气口，所述进气口处均设有对应的进气门，所述排气口处均设有对应的排气门，且所述气缸活塞机构A内和所述气缸活塞机构B内均设有燃烧室，在所述气缸活塞机构A的气缸上设往复流通口A和往复流通口B，在所述气缸活塞机构B的气缸上设往复流通口C和往复流通口D，所述往复流通口A、所述往复流通口B、所述往复流通口C和所述往复流通口D处设有对应的往复流通控制门，所述往复流通口A经依次设有冷却器A和回热器A的往复连通通道A与所述往复流通口D连通，所述往复流通口B经依次经设有回热器B和冷却器B的往复连通通道B与所述往复流通口C连通。 

方案2：在方案1的基础上，在所述往复流通口B与所述回热器B之间的所述往复连通通道B内和/或在所述往复流通口D与所述回热器A之间的所述往复连通通道A内设燃烧室。 

方案3：在方案1或2的基础上，所述进气门、所述排气门和所述往复流通控制门受使所述气缸活塞机构A或所述气缸活塞机构B按照吸气冲程-压缩冲程-燃烧爆炸做功冲程-供气冲程-回充做功冲程-排气冲程的循环模式工作且所述气缸活塞机构A和所述气缸活塞机构B的工作相位相互对应的控制机构控制。 

方案4：在方案1或2的基础上，所述气缸活塞机构A和/或所述气缸活塞机构B设为 对置活塞气缸机构。 

方案5：在方案1的基础上，所述气缸活塞机构A的气缸上和/或所述气缸活塞机构B的气缸上的所述进气口和所述排气口一体化设为进排共用气口，所述进排共用气口处设有对应的进排共用气门。 

方案6：在方案5的基础上，所述三类门热气发动机还包括叶轮压气机和涡轮动力机构，所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口均与所述进排共用气口连通。 

方案7：在方案1或5的基础上，所述往复流通口A和所述往复流通口B一体化设置为往复流通口E，所述往复流通口C和所述往复流通口D一体化设置为往复流通口F，所述往复流通口E和所述往复流通口F经往复通道与所述往复连通通道A和所述往复连通通道B连通，在所述往复连通通道A和所述往复连通通道B上设控制阀。 

方案8：在方案7的基础上，所述控制阀设为三通阀，所述三通阀设在所述往复连通通道A、所述往复连通通道B和所述往复通道相交处。 

方案9：在方案7的基础上，在所述往复通道内设间歇燃烧室。 

方案10：在方案1的基础上，所述气缸活塞机构A和所述气缸活塞机构B共轴且为V型设置。 

方案11：在方案1的基础上，所述三类门热气发动机还包括低温冷源，所述低温冷源用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却处于压缩冲程和/或即将进入压缩冲程的所述气缸活塞机构A和/或气缸活塞机构B中的工质。 

方案12：在方案1的基础上，所述三类门热气发动机还包括附属涡轮动力机构和附属叶轮压气机，至少一个所述排气口与所述附属涡轮动力机构的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构的工质出口经附属冷却器与所述附属叶轮压气机的工质入口连通，所述附属叶轮压气机的工质出口与工质通道连通。 

方案13：在方案12的基础上，所述附属涡轮动力机构的工质出口与所述附属叶轮压气机的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口。 

方案14：在方案1的基础上，所述燃烧室排出的物质的质量流量大于从工质通道外导入所述燃烧室的物质的质量流量。 

方案15：在方案1的基础上，所述三类门热气发动机还包括氧化剂源、氧化剂传感器和氧化剂控制装置，所述氧化剂传感器设在工质通道内，所述氧化剂传感器对所述氧化剂 控制装置提供信号，所述氧化剂源经氧化剂控制阀与所述工质通道连通，所述氧化剂控制装置控制所述氧化剂控制阀。 

方案16：在方案1的基础上，所述气缸活塞机构设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸和气液隔离结构，所述气液隔离结构设在所述气液缸内。 

方案17：在方案16的基础上，所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和。 

本发明的原理是：利用处于内燃机燃烧做功冲程的气缸活塞机构作为斯特林发动机的热缸，另一个气缸活塞机构作为斯特林发动机的冷缸，其中斯特林循环的气体工质是燃烧做功冲程后的高温气体，从而有效地将内燃机循环和斯特林循环有机地结合，将大幅度提高系统热效率。 

本发明中，所述工质通道是指由两个所述气缸活塞机构及它们之间的连通通道构成的工质可循环流动的空间。 

本发明中，在所述燃烧室中发生燃烧化学反应的燃料可以是碳氢化合物、碳氢氧化合物或固体碳。固体碳具有燃烧后没有水生成和燃烧后产物中的二氧化碳浓度高，易液化等优点；固体碳可采用固体预先装配、粉末化后喷入或粉末化后再用液体或气体二氧化碳流化后喷入的方式输入热气机。 

本发明中，通过调整工质通道的工作压力以及热端机构的排量，以控制热端机构的质量排量，使所述燃烧室排出的物质的质量流量M₂大于从所述工质通道外导入所述燃烧室的物质的质量流量M₁，也就是说除了从所述工质通道外导入所述燃烧室的物质外，还有一部分物质是从所述工质通道中导入所述燃烧室的，由于所述燃烧室是设置在所述工质通道内的，所以也就是说从所述燃烧室排出的物质至少有一部分流回所述燃烧室，即实现了工质在热端机构和冷端机构之间有往复流动。从所述工质通道外向所述燃烧室导入的物质可以是氧化剂、还原剂、压缩气体或高温燃气等。 

本发明中，所述热端机构是指所述燃烧室设在其中，或者所述燃烧室中发生燃烧化学反应后产生的工质首先进入其中的配气机构或做功机构。 

本发明中，所述冷端机构是指工质从所述热端机构流出后进入的气体做功机构或气体压缩机构。 

本发明中，所述气液缸是指可以容纳气体工质和/或液体，并能承受一定压力的容器， 所述气液缸被所述气液隔离结构分隔成气体端和液体端，所述气液缸的气体端设有气体工质流通口，所述气体工质流通口用于与所述工质通道中的其他装置或机构连通；所述气液缸的液体端设有液体流通口，所述液体流通口用于与液压动力机构和/或液体工质回送系统连通。 

本发明中，所述气液隔离结构是指可以在所述气液缸中做往复运动的结构体，如隔离板、隔离膜、活塞等，其作用是隔离所述气液缸中的气体工质和液体，优选地，所述气液隔离结构和所述气液缸密封滑动配合。在所述活塞液体机构工作过程中，根据所述气液隔离结构处于所述气液缸内的不同位置，所述气液缸内可能全部是气体工质，也可能全部是液体，或者气体工质和液体同时存在。 

本发明中，所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构与传统的活塞连杆机构不同，传统的活塞连杆机构中的活塞可受连杆的推力或拉力停下，从而实现对活塞行程的限制，而在所述气液缸中，当所述气液缸内的气体工质做正功时，所述气液隔离结构受压力向下止点方向移动，将液体以高压形式排出所述气液缸并推动液压动力机构（例如液体马达）对外做功，当液体即将排尽时，改变液体马达工作模式或启动液体工质回送系统，使所述气液缸内的液体不再减少，此时液体会对所述气液缸内的所述气液隔离结构施加制动力，使其停止，以防止其撞击气液缸的液体端底部的壁；当不断向所述气液缸内输入液体时，所述气液隔离结构会不断向上止点方向移动，当到达上止点附近时，停止向所述气液缸内输入液体或者使所述气液缸内的液体减少（流出），尽管如此，所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构仍然会由于惯性向上止点方向运动，此时，如果所述气液缸内的气体工质的压力不够高，则会导致所述气液隔离结构继续向上运动而撞击气液缸顶部的壁，为了避免这种撞击，需要使气液缸内气体工质的压力足够高，使其对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和。 

本发明中，在所述三类门热气发动机的工作过程中所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和是变化的，因此在工程设计中应保证在任何工作时刻都满足“所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和”的条件，例如通过调整所述工质通道中的工作压力、调整气液隔离结构的质量、调整液体密度或调整液体深度等方式来实现，其中，所述液体深度是指液体在做往复运动方向上的液体的深度。 

所谓的“调整所述工质通道中的工作压力”是通过调整流入和/或流出所述工质通道的气体工质的体积流量来实现的，例如可以通过调整所述排气口的开关间隔、每次开启的时间和/或所述排气口处控制阀的开口大小来实现。 

本发明中，所述低温冷源是指能提供温度在0℃以下的低温物质的装置、机构或储罐，例如采用商业购买方式获得的储存有低温物质的储罐，所述低温物质可以是液氮、液氧、液氦或液化空气等。当本发明中氧化剂为液氧时，液氧可直接作为所述低温物质。 

本发明中，所述低温冷源以直接与所述工质通道连通使所述低温物质与所述工质通道内的工质混合的方式，或者以经换热装置使所述低温物质与所述工质通道内的工质换热的方式，对所述活塞式气体压缩机构中或即将进入所述活塞式气体压缩机构的工质进行冷却处理。热气机是一种工作循环接近卡诺循环的动力机构，其热效率的计算可以参考卡诺循环热效率计算公式：从中可知，当冷源温度T₂下降时，热效率η升高，而且向冷源排放的热量减少，如果冷源温度T₂下降幅度很大，即冷源温度很低，则热效率η很高，向冷源排放的热量很小。由此推断，可用温度相当低的低温物质使冷源温度T₂大幅下降，从而大幅减少向冷源排放的热量，有效提高发动机效率。 

温度越低的低温物质(例如液氧、液氮或液氦等)，在制造过程中需要消耗越多的能量，但是就单位质量而言，对发动机热效率η提升的贡献越大，就好比将能量存储在温度很低的物质中，相当于一种新型电池的概念，所述低温物质可以使用垃圾电等成本很低的能源来制造，从而有效降低发动机的使用成本。 

本发明中，所述低温冷源中的所述低温物质发挥冷却作用后，既可导入所述工质通道中，作为三类门热气发动机的循环工质，也可不导入所述工质通道中。 

本发明中，所谓的两个装置连通，是指流体可以在两个装置之间单向或者双向流通。所谓的连通是指直接连通或经控制机构、控制单元或其他控制部件间接连通。 

本发明中，所述氧化剂传感器是指对所述工质通道中的氧化剂的含量进行检测的装置。所述氧化剂传感器对所述氧化剂控制装置提供信号，所述氧化剂控制装置根据所述氧化剂传感器提供的信号以及预先设定的所述工质通道中静态或动态的氧化剂含量设定值对所述氧化剂控制阀进行控制以增加或减少向所述工质通道中供给氧化剂的量，达到调控所述工质通道中氧化剂的含量的目的。 

所述氧化剂含量的设定值可以是一个数值，也可以是一个数值区间，例如：所述工质 通道中的氧化剂含量的设定值可以为5％、10％或10%~12%等。 

所述氧化剂传感器可以设在远离所述燃烧室的闭合回路上，可保证整个工质通道是在富氧（氧含量大于零）状态下工作，使所述燃烧室内发生稳定的燃烧化学反应，同时还可以防止积碳的发生。 

本发明中，所述液氧包括商业液氧或现场制备的液氧。 

本发明中，所谓的两个气缸活塞机构α型设置是指α型斯特林发动机中两个气缸活塞机构的设置方式，所谓的两个气缸活塞机构β型设置是指β型斯特林发动机中两个气缸活塞机构的设置方式。 

本发明中，所述工质通道内的工质需要经过压缩、加热升温升压、做功以及被冷却的过程，这就要求所述工质通道能承受一定压力，可选择地，所述工质通道的承压能力可设为大于2MPa、2.5MPa、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、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。 

本发明中，所述工质通道中的工质压力与其承压能力相匹配，即所述工质通道的工质的最高压力达到其承压能力。 

本发明中，所谓共轴是指两个所述气缸活塞机构均与同一曲轴的同一连杆轴颈连接，两缸的轴线设为V型；或是指两个所述气缸活塞机构与同一曲轴不同相位的两个连杆轴颈相连接，两个所述气缸活塞机构的轴线夹角小于90度。 

本发明人提出如下所述P-T图和热力学第二定律的新的阐述方式： 

压力和温度是工质的最基本、最重要的状态参数。然而，在至今为止的热力学研究中，没有将以压力P和温度T为坐标的P-T图用于对热力学过程及热力循环的研究中。在热力学诞生以来的两百多年里，本发明人第一次提出用P-T图研究热力学过程和热力循环的思想。在利用P-T图研究热力学过程和热力循环中，本发明人发现P-T图比常用的P-V图和T-S图都具有明显的优势，它能更本质地描述热力学过程和热力循环中工质状态的变化，使本发明人对热力学过程和热力循环有更深刻的理解。利用P-T图，本发明人总结了十条热力学第二定律的新的阐述方式，这些新的阐述方式与以往的开尔文和克劳修斯的热力学阐述方式虽然等价，但是更明确的揭示了对工质的加热过程和压缩过程的区别，也为高效热机的开发指明了方向。这一新方法和新定律，将大大促进热力学的发展和热机工业的进步。具体如下： 

P-V图和T-S图在热力学研究中早已被广泛应用，然而鉴于P、T是工质最重要的状态参数，所以本发明人以压力P和温度T为坐标绘制了P-T图，并将Carnot Cycle和Otto Cycle标识在图13所示的P-T图中。很明显地，P-T图使热力学过程和热力循环中工质状态的变化更加显而易见，也使热力学过程和热力循环的本质更易理解。例如：图13所示的Carnot Cycle的P-T图，可以使本发明人容易地得出这样的结论：Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程的使命是以可逆绝热压缩的方式将工质的温度升高至其高温热源的温度，以实现与高温热源的温度保持一致的前提下自高温热源恒温吸热膨胀过程。此外，本发明人还可以明显地看出：当Carnot Cycle的高温热源的温度升高时，本发明人必须在Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程中将工质更加深度地压缩，使其达到更高的温度，以达到升温后的高温热源的温度，以实现与升温后的高温热源的温度保持一致的前提下自升温后的高温热源恒温吸热膨胀过程，从而实现效率的提高。 

根据绝热过程方程

（其中，C是常数，k是工质的绝热指数），本发明人将不同C值的绝热过程方程的曲线绘制在图14中。根据数学分析，并如图14所示，任何两条绝热过程曲线都不相交。这意味着：在同一条绝热过程曲线上的过程是绝热过程，而与任何绝热过程曲线相交的过程是非绝热过程，换句话说，任何连接两条不同绝热过程曲线的过程是非绝热过程（所谓的非绝热过程是指具有热量传递的过程，即放热的过程和吸热的过程）。在图15中，本发明人标注了两个状态点，即点A和点B。如果一个热力过程或一系列相互连接的热力过程从点A出发到达点B，则本发明人称之为连接点A和点B的过程，反之本发明人称之为连接点B和点A的过程。根据图15所示，本发明人可以得出这样的结论：如点B在点A所在的绝热过程曲线上，则连接点A和点B的过程是绝热过程；如点B在点A所在的绝热过程曲线的右侧，则连接点A和点B的过程是吸热过程；如点B在点A所在的绝热过程曲线的左侧，则连接点A和点B的过程是放热过程。由于连接点A和点B的过程可能是放热过程、绝热过程或吸热过程，所以本发明人以点B为参照，将点A分别定义为具有过剩温度、理想温度和不足温度。同理，连接点B和点A的过程可能是放热过程、绝热过程或吸热过程，所以本发明人以点A为参照，将点B分别定义为具有过剩温度、理想温度和不足温度。 

通过这些分析和定义，本发明人得出如下十条关于热力学第二定律的新的阐述方式： 

1、没有吸热过程的参与，不可能将放热过程恢复至其始点。 

2、没有放热过程的参与，不可能将吸热过程恢复至其始点。 

3、没有非绝热过程的参与，不可能将非绝热过程恢复至其始点。 

4、仅用绝热过程，不可能将非绝热过程恢复至其始点。 

5、用放热过程以外的热力过程使吸热过程的压力恢复到其始点的压力时，其温度一定高于其始点的温度。 

6、用吸热过程以外的热力过程使放热过程的压力恢复到其始点的压力时，其温度一定低于其始点的温度。 

7、吸热过程不可能不产生过剩温度。 

8、放热过程不可能不产生不足温度。 

9、任何在压缩过程中不放热的热机的效率不可能达到卡诺循环的效率。 

10、对工质的加热过程和对工质的压缩过程的区别在于：加热过程一定产生过剩温度，而压缩过程则不然。 

关于热力学第二定律的十条新的阐述方式，是等价的，也是可以经数学证明的，这十条阐述方式中的任何一条均可单独使用。本发明人建议：在热力学研究过程中，应广泛应用P-T图及上述关于热力学第二定律的新的阐述方式。P-T图以及关于热力学第二定律的新 的阐述方式对热力学的进步和高效热机的开发具有重大意义。 

热力学第二定律的新的阐述方式的英文表达： 

1.It is impossible to return a heat rejection process to its initial state without a heat injection process involved. 

2.It is impossible to return a heat injection process to its initial state without a heat rejection process involved. 

3.It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state without a non-adiabatic process involved. 

4.It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state only by adiabatic process. 

5.If the final pressure of heat injection process is returned to its initial pressure by process other than heat rejection process,the temperature of that state is higher than that of the initial state. 

6.If the final pressure of heat rejection process is returned to its initial pressure by process other than heat injection process,the temperature of that state is lower than that of the initial state. 

7.It is impossible to make heat injection process not generate excess-temperature. 

8.It is impossible to make heat rejection process not generate insufficient-temperature. 

9.It is impossible for any device that operates on a cycle to reach the efficiency indicated by Carnot cycle without heat rejection in compression process. 

10.The difference between heat injection process and compression process which are applied to working fluid of thermodynamic process or cycle is that heat injection process must generate excess-temperature,but compression process must not. 

本发明中，应根据发动机、热气机及热动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。 

本发明的有益效果如下：本发明发动机利用内燃机做功冲程后的气缸作为斯特林发动机中的热缸，且以该热缸的高温尾气作为斯特林循环中的气体工质，而另一气缸活塞机构配合作为斯特林发动机的冷缸，进行斯特林循环，实现了对内燃机的尾气热量的进一步利用，从而使得发动机的热效率得以提高，有利于节约能源，且结构简单、实用性强，具有广阔的应用前景。 

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所示的是本发明所述对置活塞气缸机构结构示意图； 

图13所示的是卡诺循环和奥拓循环的P-T图，其中，C₀，C₁和C₂是不同数值的常数，k是绝热指数，循环0-1-2-3-0是卡诺循环，循环0-1-4-5-0是高温热源温度升高后的卡诺循环，循环0-6-7-8-0是奥拓循环； 

图14所示的是多条不同绝热过程曲线的P-T图，其中，C₁，C₂，C₃，C₄和C₅是不同数值的常数，k是绝热指数，A和B是状态点； 

图15所示的是绝热过程曲线的P-T图，其中，C是常数，k是绝热指数，A和B是状态点； 

图中： 

1气缸活塞机构A、11进气口、110进气门、12排气口、120排气门、121进排共用气口、122进排共用气门、13往复流通口A、14往复流通口B、15往复流通口E、21往复连通通道A、22往复连通通道B、23往复通道、24单向阀、215冷却器A、225冷却器B、26三通阀、3气缸活塞机构B、33往复流通口C、34往复流通口D、35往复流通口F、214回热器A、224回热器B、5燃烧室、50间歇燃烧室、51叶轮压气机、52涡轮动力机构、10低温冷源、58氧化剂传感器、54氧化剂控制装置、55氧化剂源、70附属涡轮动力机构、71附属叶轮压气机、72附属冷却器、75附属工质导出口、15工质回送系统、16液压动力机构、17气液隔离机构、18气液缸、19活塞液体机构、100过程控制机构、65工质回送系 统、66液压动力机构、67气液隔离机构、68气液缸、69活塞液体机构、600过程控制机构。 

具体实施方式

实施例1 

如图1所示的三类门热气发动机，包括两个气缸活塞机构：气缸活塞机构A1和气缸活塞机构B3，两个所述气缸活塞机构的气缸上均设有进气口11和排气口12，且两个所述气缸活塞机构内均设有燃烧室5，每个所述进气口11处均设有对应的进气门110，每个所述排气口12处均设有对应的排气门120；在所述气缸活塞机构A1的气缸上设往复流通口A13和往复流通口B14，在所述气缸活塞机构B3的气缸上设往复流通口C33和往复流通口D34，所述往复流通口A13、所述往复流通口B14、所述往复流通口C33和所述往复流通口D34处设有对应的往复流通控制门，所述往复流通口A13经依次设有冷却器A215和回热器A214的往复连通通道A21与所述往复流通口D34连通，所述往复流通口B14经依次经设有回热器B224和冷却器B225的往复连通通道B22与所述往复流通口C33连通。 

两个所述气缸活塞机构上的所述进气门110、所述排气门120和所述往复流通控制门均与本发明发动机的控制机构连接并受其控制，使得本发明所述气缸活塞机构A1在按照吸气冲程-压缩冲程-燃烧爆炸做功冲程-供气冲程-回充冲程-排气冲程的六冲程循环模式工作时，所述气缸活塞机构B3对应的循环工作模式为回充冲程-排气冲程-吸气冲程-压缩冲程-燃烧爆炸做功冲程-供气冲程。可根据使用需要，上述所述气缸活塞机构A1的六冲程后还可增加供气冲程-回充冲程构成的局部循环工作模式。 

实施例2 

如图2所示的三类门热气发动机，其与实施例1的区别在于：两个所述气缸活塞机构上的所述进气口11和所述排气口12为一体化设置为进排共用气口121，所述进排共用气口121处设有对应的进排共用气门122。 

实施例3 

如图3所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述往复流通口A13和所述往复流通口B14一体化设置为往复流通口E15，所述往复流通口C33和所述往复流通口D34一体化设置为往复流通口F35，所述往复流通口E15经往复通道23同时与所述往复连通通道A21的一端和所述往复连通通道B22的一端连通，所述往复流通口F35经另一往复通道23同时与所述往复连通通道A21的另一端和所述往复连通通道B22的另一端 连通；在所述往复连通通道A21和所述往复连通通道B22上各设有两个控制阀24，所述往复连通通道A21上两个所述控制阀24分别设在所述回热器A214和所述冷却器A215的外侧；所述往复连通通道B22上两个所述控制阀24分别设在所述回热器B224和所述冷却器B225的外侧。 

实施例4 

如图4所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述气缸活塞机构A1和所述气缸活塞机构B3为共轴设置，且为V型布置。图中所示两缸为α型设置，在实际使用中可根据需要将两个所述气缸活塞机构设为β型结构。 

实施例5 

如图5所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：该三类门热气发动机还包括有两组叶轮压气机51和涡轮动力机构52，同一组中的所述叶轮压气机51的工质出口和所述涡轮动力机构52的工质入口均与所述进排共用气口121连通，图中所示每组所述叶轮压气机51和所述涡轮动力机构52为共轴设置，在实际应用中两者可不为共轴设置，所述涡轮动力机构52对所述叶轮压气机51输出动力。 

可选择地，根据实际需求，可以仅在一个所述气缸活塞机构的进排共用气口连接设置上述一组叶轮压气机51和涡轮动力机构52。 

实施例6 

如图6所示的三类门热气发动机，其与实施例1的区别在于：在所述气缸活塞机构A1与所述回热器B224之间的所述往复连通通道B22上设燃烧室5，且在所述气缸活塞机构B3与所述回热器A214之间的所述往复连通通道A21上设燃烧室5。上述增加的两个所述燃烧室5可为连续燃烧室或间歇燃烧室。 

在本发明发动机的斯特林循环中，上述增加两个所述燃烧室5均可增加气体工质的含量和温度，提高热效率。 

实施例7 

如图7所示的三类门热气发动机，其与实施例3的区别在于：采用三通阀26来替代所述往复连通通道A21和所述往复连通通道B22上的四个所述控制阀24，所述三通阀26设在所述往复连通通道A21、所述往复连通通道B22和所述往复通道23相交处，实现控制流通通道上的工质流通；同时在所述往复通道23内设间歇燃烧室50。 

实施例8 

如图8所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述三类门热气发动机还包括低温冷源10，所述低温冷源10是存储有液氮的储罐，储罐中的液氮用于冷却即将进入压缩冲程的所述气缸活塞机构B3的工质。 

本实施例中，储罐中的液氮也可用于冷却处于压缩冲程的所述气缸活塞机构B3中的工质。 

本实施例中，所述低温冷源10与所述往复连通通道B22连通，在所述低温冷源10与所述往复连通通道B22之间的连通通道上设有控制阀。可选择地，所述低温冷源10还可以用于冷却处于压缩冲程和/或即将进入压缩冲程的所述气缸活塞机构A1和/或气缸活塞机构B3中的工质。 

可选择地，所述低温冷源10还可以经换热装置使所述低温物质与所述工质通道内的工质换热；所述低温冷源10中的所述低温物质发挥冷却作用后，既可导入所述工质通道中，作为三类门热气发动机的循环工质，也可不导入所述工质通道中。 

实施例9 

如图9所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述三类门热气发动机还包括附属涡轮动力机构70和附属叶轮压气机71，所述进排共用气口121与所述附属涡轮动力机构70的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构70的工质出口经附属冷却器72与所述附属叶轮压气机71的工质入口连通，所述附属叶轮压气机71的工质出口与所述工质通道连通；所述附属涡轮动力机构70的工质出口与所述附属叶轮压气机71的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口75。 

图中所示的所述附属工质导出口75设在所述附属冷却器72与所述附属叶轮压气机71的工质入口之间的通道上；可选择地，所述附属工质导出口75设在所述附属涡轮动力机构70的工质出口与其相邻的所述附属冷却器72之间的通道上。所述附属叶轮压气机71的工质出口与设在所述工质通道上的连通口连通，该连通口设在所述工质通道上不同于所述进排共用气口121的位置。 

所述附属工质导出口75用于导出系统中的多余工质，当系统中还有其它可导出工质的出口时（例如本实施例中设在所述气缸活塞机构A1的气缸上的进排共用气口121），可以取消设置所述附属工质导出口75。 

实施例10 

如图10所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述三类门热气发动机还包括氧化剂源55、氧化剂传感器58和氧化剂控制装置54，所述氧化剂传感器58设在所述工质通道内，所述氧化剂传感器58对所述氧化剂控制装置54提供信号，所述氧化剂源55经氧化剂控制阀53与所述工质通道连通，所述氧化剂控制装置54控制所述氧化剂控制阀53。 

实施例11 

如图11所示的三类门热气发动机，其与实施例2的区别在于：所述气缸活塞机构A1设为活塞液体机构19，所述气缸活塞机构B3设为活塞液体机构69。 

所述活塞液体机构19包括气液缸18和气液隔离结构17，所述气液隔离结构17设在所述气液缸18内。 

所述气液缸18内的气体工质对所述气液隔离结构17的压力大于所述气液缸内18的液体和所述气液隔离结构17做往复运动时的惯性力之和。 

所述气液缸18的液体端与液压动力机构16连通，所述液压动力机构16与液体工质回送系统15连通，所述液体工质回送系统15与所述气液缸18的液体端连通；所述液压动力机构16和所述液体工质回送系统15受过程控制机构100控制。 

所述活塞液体机构69包括气液缸68和气液隔离结构67，所述气液隔离结构67设在所述气液缸68内。 

所述气液缸68内的气体工质对所述气液隔离结构67的压力大于所述气液缸内68的液体和所述气液隔离结构67做往复运动时的惯性力之和。 

所述气液缸68的液体端与液压动力机构66连通，所述液压动力机构66与液体工质回送系统65连通，所述液体工质回送系统65与所述气液缸68的液体端连通；所述液压动力机构66和所述液体工质回送系统65受过程控制机构600控制。 

可选择地，所述气液隔离结构17、67可以设为板状结构、膜结构或活塞状结构等。优选的，所述气液隔离结构17、67和所述气液缸18、68密封滑动配合。 

在实施过程中，可仅将所述气缸活塞机构A1和所述气缸活塞机构B3中的一个设为活塞液体机构，另一个根据使用的需要进行选择。 

上述所有实施例中，只要所述气缸活塞机构上设有3个开口的，均可以设置为图12所 示的对置活塞气缸机构。 

当然，在其他所述气缸活塞机构上具有四个开口的实施例中，也可以参照图12的结构设为对置活塞气缸结构，只需在所述对置气缸活塞机构的气缸上增加一个开口。 

以上实施例中，所述燃烧室5排出的物质的质量流量大于从所述工质通道外导入所述燃烧室5的物质的质量流量。 

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 (10)

1.一种三类门热气发动机，包括气缸活塞机构A（1）和气缸活塞机构B（3），所述气缸活塞机构A（1）的气缸上和所述气缸活塞机构B（3）的气缸上均设有进气口（11）和排气口（12），所述进气口（11）处均设有对应的进气门（110），所述排气口（12）处均设有对应的排气门（120），且所述气缸活塞机构A（1）内和所述气缸活塞机构B（3）内均设有燃烧室（5），其特征在于：在所述气缸活塞机构A（1）的气缸上设往复流通口A（13）和往复流通口B（14），在所述气缸活塞机构B（3）的气缸上设往复流通口C（33）和往复流通口D（34），所述往复流通口A（13）、所述往复流通口B（14）、所述往复流通口C（33）和所述往复流通口D（34）处设有对应的往复流通控制门，所述往复流通口A（13）经依次设有冷却器A（215）和回热器A（214）的往复连通通道A（21）与所述往复流通口D（34）连通，所述往复流通口B（14）经依次经设有回热器B（224）和冷却器B（225）的往复连通通道B（22）与所述往复流通口C（33）连通。

2.如权利要求1所述三类门热气发动机，其特征在于：在所述往复流通口B（14）与所述回热器B（224）之间的所述往复连通通道B（22）内和/或在所述往复流通口D（34）与所述回热器A（214）之间的所述往复连通通道A（21）内设燃烧室（5）。

3.如权利要求1或2所述三类门热气发动机，其特征在于：所述进气门（110）、所述排气门（120）和所述往复流通控制门受使所述气缸活塞机构A（1）或所述气缸活塞机构B（3）按照吸气冲程-压缩冲程-燃烧爆炸做功冲程-供气冲程-回充做功冲程-排气冲程的循环模式工作且所述气缸活塞机构A（1）和所述气缸活塞机构B（3）的工作相位相互对应的控制机构控制。

4.如权利要求1或2所述三类门热气发动机，其特征在于：所述气缸活塞机构A（1）和/或所述气缸活塞机构B（3）设为对置活塞气缸机构。

5.如权利要求1所述三类门热气发动机，其特征在于：所述气缸活塞机构A（1）的气缸上和/或所述气缸活塞机构B（3）的气缸上的所述进气口（11）和所述排气口（12）一体化设为进排共用气口（121），所述进排共用气口（121）处设有对应的进排共用气门（122）。

6.如权利要求5所述三类门热气发动机，其特征在于：所述三类门热气发动机还包括叶轮压气机（51）和涡轮动力机构（52），所述叶轮压气机（51）的工质出口和所述涡轮动力机构（52）的工质入口均与所述进排共用气口（121）连通。

7.如权利要求1或5所述三类门热气发动机，其特征在于：所述往复流通口A（13）和所述往复流通口B（14）一体化设置为往复流通口E（15），所述往复流通口C（33）和所述往复流通口D（34）一体化设置为往复流通口F（35），所述往复流通口E（15）和所述往复流通口F（35）经往复通道（23）与所述往复连通通道A（21）和所述往复连通通道B（22）连通，在所述往复连通通道A（21）和所述往复连通通道B（22）上设控制阀（24）。

8.如权利要求7所述三类门热气发动机，其特征在于：所述控制阀（24）设为三通阀（26），所述三通阀（26）设在所述往复连通通道A（21）、所述往复连通通道B（22）和所述往复通道（23）相交处。

9.如权利要求7所述三类门热气发动机，其特征在于：在所述往复通道（23）内设间歇燃烧室（50）。

10.如权利要求1所述三类门热气发动机，其特征在于：所述气缸活塞机构A（1）和所述气缸活塞机构B（3）共轴且为V型设置。

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