CN107882627A - 门控同缸u流活塞热动力系统、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，所述活塞气缸机构1的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。本发明的所述门控同缸U流活塞热动力系统热效率高、污染排放少。

Description

门控同缸U流活塞热动力系统、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及其方法。

背景技术

传统活塞式热动力系统(即内燃机)的燃烧室内的燃烧时间过短，容易形成污染物，而且由于燃烧不完全会使部分燃料的放热在低压情况下进行进而严重影响热效率。因此需要发明一种门控同缸U流活塞热动力系统及其方法。

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，所述活塞气缸机构的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。

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，所述活塞气缸机构的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。

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，可选择性地选择，所述活塞气缸机构的充气关闭滞后角大于供气开启提前角的目的是为了减少所述工质腔的压力波动，而且使燃料放热压力平均值提高，进而提高系统的热功转换效率。

本发明中，可选择性地选择，所述供气充气门开启后维持开启状态直至充气完了时关闭。

本发明中，可选择性地选择，所述供气充气门供气开始时开启，供气完了时关闭，充气开始时开启，充气完了时关闭。

本发明中，可选择性地选择，在将所述工质腔作为燃烧室或在所述工质腔内设置燃烧室的结构中，所述燃烧室可以是正时燃烧室、非正时燃烧室，也可以是连续燃烧室。

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与所述活塞的截面积的比值小于 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与所述活塞的截面积和直径的乘积之比小于5:100，即V/<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；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，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符合类绝热关系的发动机定义为低熵发动机。

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，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，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，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，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，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，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，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，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。

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、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:

本发明的所述门控同缸U流活塞热动力系统及其方法热效率高、污染排放少、步骤简单。

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的结构示意图；

图47和图48所示的是本发明实施例的结构示意图；

图49所示的是本发明实施例的结构示意图；

图50所示的是本发明实施例的结构示意图；

图51所示的是本发明实施例的结构示意图；

图52所示的是本发明实施例的结构示意图；

图53所示的是本发明实施例的结构示意图；

图54所示的是本发明实施例的结构示意图；

图55所示的是本发明实施例的结构示意图；

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控制系统、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、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、202 凸轮式二冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统、220外燃工质发生器壁、401外开进气门、402进气门的通道。

具体实施方式

实施例1

如图1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，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8 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8控制，所述活塞气缸机构1的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。

实施例2

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1的基础上，进一步使所述进气门4、所述供气门13、所述排气门6和所述气体工质充入门11设在所述活塞气缸机构1的气缸12上。

实施例3

如图2所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例2的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例4

如图3所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例3的基础上，进一步使在所述连续燃烧室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5

如图4所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例2的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例6

如图5所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例2的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例7

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例3至实施例6任一实施例的基础上，进一步使所述供气充气通道后上止点正时控制系统8设为四冲程缸外供气充气通道后上止点正时控制系统。

实施例8

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例3至实施例6任一实施例的基础上，进一步使所述做功机构20设为活塞式做功机构或叶轮式做功机构。

实施例9

如图6所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例3至实施例6任一实施例的基础上，进一步使所述活塞气缸机构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202控制。

实施例10

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1的基础上，进一步使所述供气充气通道后上止点正时控制系统8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。

实施例11

如图7所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1的基础上，进一步使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。

实施例12

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1的基础上，进一步使根据所述门控同缸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8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。

实施例13

如图8所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例2的基础上，进一步使所述门控同缸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，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。

实施例14

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13的基础上，进一步使所述供气充气通道后上止点正时控制系统8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。

实施例15

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13或实施例14的基础上，进一步使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。

实施例16

如图9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，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8 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8控制，所述活塞气缸机构1的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。

实施例17

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例16的基础上，进一步使所述进气门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。

实施例18

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例16的基础上，进一步使所述往复通道后上止点正时控制系统8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、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8、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。

实施例19

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例16的基础上，进一步使根据所述门控同缸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8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。

实施例20

如图10所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例17的基础上，进一步使所述门控同缸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，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。

实施例21

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例20的基础上，进一步使所述往复通道后上止点正时控制系统8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。

实施例22

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例20或实施例21的基础上，进一步使经所述供气充气门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。

实施例23

如图11所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16 的基础上，进一步使在所述工质腔2上设膨胀剂入口9。

实施例24

如图12所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16 的基础上，进一步使在所述工质腔2上设热摩可调燃料入口50。

实施例25

如图13所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16 的基础上，进一步使在所述工质腔2上设预压缩气体导入口90。

实施例26

如图14所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16 的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例27

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使所述工质腔2与所述气缸12的壁连通。

实施例28

如图15所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16 的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例29

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例2或实施例17的基础上，进一步使两个以上所述气缸12与一个所述工质腔2连通。

实施例30

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使所述工质腔2的承压能力大于3MPa。

实施例31

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使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。

实施例32

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使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。

实施例33

如图17所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13、实施例14、实施例20或实施例21的基础上，进一步使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。

实施例34

如图18所示的门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13、实施例14、实施例20或实施例21的基础上，进一步使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。

实施例35

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13或实施例20的基础上，进一步使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。

实施例36

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例13、实施例14、实施例 20或实施例21的基础上，进一步使所述外燃工质发生器200的承压能力大于 3MPa。

实施例37

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例2的基础上，进一步使所述工质腔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。

实施例38

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例16或实施例17的基础上，进一步使所述工质腔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。

实施例39

一种提高实施例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，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。

实施例40

一种提高实施例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，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。

实施例41

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使所述门控同缸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。

实施例42

一种门控同缸U流活塞热动力系统，其在实施例1或实施例16的基础上，进一步使所述活塞气缸机构1的所述气缸12设为非圆形气缸。

作为可以变换的实施方式，本发明上述所有实施方式均可进一步选择性地选择使在所述排气道10上设动力叶轮机构22(如图16所示的门控同缸U流活塞热动力系统)。

作为可以变换的实施方式，本发明上述所有实施方式均可进一步选择性地选择使在所述进气道5上设叶轮压气机23。

实施例43

一种提高实施例1或实施例16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。

实施例44

一种提高实施例1或实施例16所述门控同缸U流活塞热动力系统的效率的方法，其在实施例43的基础上，进一步使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。

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，所述活塞气缸机构(1)的充气关闭滞后角大于供气开启提前角。

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。