专利名称：三类门热气发动机的制作方法
技术领域：
本发明属于热动力领域，特别是一种热气发动机。
背景技术：
近年来，传统内燃机的高能耗、高污染排放问题日显突出，所以，热气机得到了广泛重视，然而热气机都是以外燃加热方式对工质进行加热的，众所周知，外燃加热过程很难得到温度较高的工质，因此，造成大量化学蝴损失。不仅如此，由于外燃加热的速率有限，对材料要求高，负荷响应差，所以严重制约了热气机的单机功率和整机功率密度，最终使热气机的用途严重受限。因此，需要发明一种新型发动机。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，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,包括气缸活塞机构和附属气缸活塞机构,所述气缸活塞机构的气缸上设有进气口和排气口，所述进气口处设进气门，所述排气口处设排气门，所述气缸活塞机构内设有燃烧室，在所述气缸活塞机构的气缸上设往复流通口，所述往复流通口处设往复流通控制门，在所述附属气缸活塞机构的气缸上设附属往复流通口和乏气排出口，所述附属往复流通口处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口处设乏气门，所述往复流通口经往复连通通道与所述附属往复流通口连通，所述气缸活塞机构、所述附属气缸活塞机构和所述往复连通通道构成工质回路。方案2:在方案I的基础上，在所述往复连通通道上设回热器。方案3:在方案I的基础上，在所述往复连通通道上和/或在所述附属气缸活塞机构上设冷却器。方案4:在方案3的基础上，在所述冷却器与所述往复流通口之间的所述往复连通通道上设回热器。方案5:—种三类门热气发动机,包括气缸活塞机构和附属气缸活塞机构,所述气缸活塞机构的气缸上设有进气口和排气口，所述进气口处设进气门，所述排气口处设排气门，在所述气缸活塞机构的气缸上设往复流通口，所述往复流通口处设往复流通控制门，在所述附属气缸活塞机构的气缸上设附属往复流通口和乏气排出口，所述附属往复流通口处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口处设乏气门，所述往复流通口经往复连通通道与所述附属往复流通口连通，所述气缸活塞机构内和所述往复连通通道内设燃烧室，所述气缸活塞机构、所述附属气缸活塞机构和所述往复连通通道构成工质回路。方案6:在方案5的基础上，在所述往复连通通道内的燃烧室和所述附属往复流通口之间的所述往复连通通道上设回热器。方案7:在方案5的基础上，在所述往复连通通道内的燃烧室和所述附属往复流通口之间的所述往复连通通道上和/或所述附属气缸活塞机构上设冷却器。方案8:在方案7的基础上，在所述冷却器与所述往复流通口之间的所述往复连通通道上设回热器。方案9:在方案I或5的基础上,所述气缸活塞机构和/或所述附属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10:在方案9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。方案11:在方案I或5的基础上，所述燃烧室排出的物质的质量流量大于从所述工质回路外导入所述燃烧室的物质的质量流量。方案12:在方案I或5的基础上,所述气缸活塞机构的活塞与所述附属气缸活塞机构的活塞存在工作相位差。方案13:在方案I或5的基础上,所述气缸活塞机构与所述附属气缸活塞机构共轴设置。方案14:在方案I或5的基础上,所述气缸活塞机构和/或所述附属气缸活塞机构设为对置气缸活塞机构。方案15:在方案I或5的基础上,所述气缸活塞机构和所述附属气缸活塞机构为a型或0型设置。本发明的原理是:在所述燃烧室只设在所述气缸活塞机构中的机构中，所述气缸活塞机构首先以内燃机工作循环工作，在燃烧爆炸做功冲程中，通过所述往复流通口将部分高温高压的工质导入所述附属气缸活塞机构中，其余的工质则推动所述气缸活塞机构的活塞对外做功，并在排气冲程时由所述排气口排出。导入所述附属气缸活塞机构中的工质经所述往复连通通道在所述气缸活塞机构的气缸和所述附属气缸活塞机构的气缸之间往复流通至少一次后从所述排气口和/或所述乏气排出口排出。工质在所述往复连通通道中往复流通时，相当于是将处于排气冲程的内燃机的所述气缸活塞机构作为斯特林发动机的热缸，所述附属气缸活塞机构作为斯特林发动机的冷缸；从而将内燃机的循环和热气机循环结合在一起，其中，热气机循环的工质是经内燃燃烧直接产生的高温高压工质，这样可以大幅提闻系统的热效率和功率。在所述气缸活塞机构内和所述往复连通通道内均设有燃烧室的结构中，所述气缸活塞机构首先以内燃机工作循环工作，在经过吸气冲程和压缩冲程后，通过所述往复流通口将部分高压工质导入所述往复连通通道内的所述燃烧室，并在所述往复连通通道内的所述燃烧室内燃烧，所得到的高温高压工质在之后的工作循环中在所述往复连通通道内往复流通至少一次后从所述排气口和/或所述乏气排出口排出。所述气缸活塞机构压缩冲程后留存在所述气缸活塞机构的气缸内的高压工质在所述气缸活塞机构内燃烧爆炸，推动所述气缸活塞机构的活塞对外做功，并在排气冲程时由所述排气口排出。本发明中，所述工质回路是指由所述气缸活塞机构、所述附属气缸活塞机构和二者之间的所述往复连通通道构成的工质可以循环流动的空间。本发明中，在所述气缸活塞机构中发生爆炸燃烧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进入所述燃烧室。
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回路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，优选的，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回路中的工作压力、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“调整所述工质回路中的工作压力”是通过调整流入和/或流出所述工质回路的气体工质的体积流量来实现的，例如可以通过调整所述乏气口的开关间隔、每次开启的时间和/或所述乏气口的开口大小来实现。本发明中，通过调整所述工质回路的工作压力(例如可以通过调整所述乏气口的开关时间来实现)以及所述气缸活塞机构的排量，以控制所述气缸活塞机构的质量排量，使所述燃烧室排出的物质的质量流量M2大于从所述工质回路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回路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回路中导入所述内燃燃烧室的，由于所述燃烧室是设置在所述工质回路内的，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，即实现了工质在所述气缸活塞机构和所述附属气缸活塞机构之间的往复流动。从所述工质回路外向所述燃烧室导入的物质可以是氧化剂、燃料或压缩气体等。本发明中，所谓的两个气缸活塞机构a型设置是指a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3型设置是指3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，所谓的在所述往复连通通道上设回热器包括所述回热器设置在所述往复连通通道内的结构。本发明中，燃料在所述气缸活塞机构中燃烧可能是压燃方式也可能是点火燃烧方式，如果是采用点火燃烧的方式，还需要在所述气缸活塞机构上设点火装置，例如火花塞。本发明中，所述工质回路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，这就要求所述工质回路能承受一定压力，选择性地，所述工质回路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、lOMPa、10.5MPa、IIMPa、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、3IMPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。本发明中，所述工质回路中的工质压力与其承压能力相匹配，即所述工质回路的工质的最高压力达到其承压能力。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OttoCycle标识在图14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14所示的CarnotCycle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/>=(T^i(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15中。根据数学分析，并如图15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16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16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:1.1t is impossible to return a heat rejection process to its initialstate without a heat injection process involved.
2.1t is impossible to return a heat injection process to its initialstate without a heat rejection process involved.
3.1t is impossible to return a non-adiabatic process to its initialstate without a non-adiabatic process involved.
4.1t is impossible to return a non-adiabatic process to its initialstate only by adiabatic process.
5.1f the final pressure of heat injection process is returned to itsinitial pressure by process other than heat rejection process, the temperatureof that state is higher than that of the initial state.
6.1f the final pressure of heat rej ection process is returned to itsinitial pressure by process other than heat injection process,the temperatureof that state is lower than that of the initial state.
7.1t is impossible to make heat injection process not generateexcess-temperature.
8.1t is impossible to make heat rejection process not generateinsufficient-temperature.
9.1t is impossible for any device that operates on a cycle to reachthe efficiency indicated by Carnot cycle without heat rejection in compressionprocess.
10.The difference between heat injection process and compressionprocess which are applied to working fluid of thermodynamic process or cycle isthat heat injection process must generate excess-temperature, but compressionprocess 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:本发明公开的三类门热气发动机通过将内燃机循环与热气机循环相结合，在内燃机的一个工作循环中嵌入一个或多个热气机循环，利用内燃机循环中做功冲程中的部分工质，或压缩冲程后的部分工质导入所述往复连通通道中燃烧室燃烧所形成的工质，作为热气机的循环工质，从而实现了对内燃机排气中的能量进行进一步利用，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。
图1是本发明实施例1所述的三类门热气发动机的结构示意图；图2是本发明实施例2所述的三类门热气发动机的结构示意图；图3是本发明实施例3所述的三类门热气发动机的结构示意图；图4是本发明实施例4所述的三类门热气发动机的结构示意图；图5是本发明实施例5所述的三类门热气发动机的结构示意图；图6是本发明实施例6所述的三类门热气发动机的结构示意图；图7是本发明实施例7所述的三类门热气发动机的结构示意图8是本发明实施例8所述的三类门热气发动机的结构示意图；图9是本发明实施例9所述的三类门热气发动机的结构示意图；图10是本发明实施例10所述的三类门热气发动机的结构示意图；图11是本发明实施例11所述的三类门热气发动机的结构示意图；图12是本发明实施例12所述的三类门热气发动机的结构示意图；图13是所述对置气缸活塞机构的结构示意图；图14所示的是卡诺循环和奥拓循环的P-T图，其中，Ctl, 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是闻温热源温度升闻后的卡诺循环，循环0-6-7-8-0是奥拓循环；图15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16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:I气缸活塞机构、2附属气缸活塞机构、11进气口、12排气口、13往复流通口、21附属往复流通口、22乏气排出口、3冷却器、4回热器、5燃烧室、96液压动力机构、97液体回送系统、99过程控制机构、100往复连通通道、111气液缸、112气液隔离机构、113液体流通口。
具体实施例方式实施例1如图1所不的三类门热气发动机,包括气缸活塞机构I和附属气缸活塞机构2,所述气缸活塞机构I的气缸上设有进气口 11、排气口 12和往复流通口 13，所述进气口 11处设进气门，所述排气口 12处设排气门，所述往复流通口 13处设往复流通控制门，所述气缸活塞机构I内设有燃烧室5，所述附属气缸活塞机构2的气缸上设有附属往复流通口 21和乏气排出口 22，所述附属往复流通口 21处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口 22处设乏气门，所述往复流通口 13经往复连通通道100与所述附属往复流通口 21连通。其中，所述进气门、所述排气门、所述往复流通控制门、所述附属往复流通控制门和所述乏气门受控制机构控制，使得所述气缸活塞机构I按照吸气冲程-压缩冲程-燃烧爆炸做功供气冲程-排气冲程-回充冲程-供气冲程的六冲程循环模式工作，在所述燃烧爆炸做功供气冲程中打开所述往复流通控制门，使一部分高温高压的工质通过所述往复连通通道100导入所述附属气缸活塞机构2中，余下高温高压工质推动所述气缸活塞机构I的活塞对外做功。根据上述工作循环的要求，选择适合的控制机构对本发明中所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2中的活塞运动进行控制，使所述附属气缸活塞机构2按照与所述气缸活塞机构I相对应的循环模式工作。所述气缸活塞机构I的六冲程循环模式中的供气冲程-回充冲程对应于所述附属气缸活塞机构2的工作循环中的回充冲程-供气冲程，此两个所述工作冲程构成热气机循环模式，使工质在所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2之间的所述往复连通通道100内往复流通至少一次，最后从所述附属气缸活塞机构2的气缸上的乏气排出口排出。可选择地，在所述往复连通通道100内往复流通至少一次后的工质也可以从所述排气口排出。
可根据需要在所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2的工作循环中嵌入多个此种热气机循环。本实施例中，所述工质回路的承压能力可设为大于2MPa。实施例2如图2所示的三类门热气发动机，在实施例1的基础上:所述往复连通通道100上设回热器4。本实施例中，所述气缸活塞机构I在吸气冲程后的压缩冲程中打开所述排气门排出一部分工质，这样的话可以实现所述气缸活塞机构I的不等冲程工作，相当于做功冲程中的活塞行程大于进气冲程中的活塞行程的发动机，实现了工质的做功膨胀容积大于进气容积，使工质做功更彻底，具体运行过程可以参照米勒循环发动机。本实施例中，所述工质回路的承压能力可设为大于5MPa。实施例3如图3所示的三类门热气发动机，在实施例1的基础上:所述往复连通通道100上设冷却器3。选择性地，所述冷却器3可以设在所述附属气缸活塞机构2上。选择性地，在所述往复连通通道100上和所述附属气缸活塞机构2上同时设所述冷却器3。实施例4如图4所不的三类门热气发动机,在实施例3的基础上:所述附属气缸活塞机构2上还设有冷却器3，所述冷却器3与所述往复流通口 13之间的所述往复连通通道100上设回热器4。实施例5如图5所示的三类门热气发动机，其与实施例4的区别在于:取消了设在所述往复连通通道100上的冷却器3，所述气缸活塞机构I与所述附属气缸活塞机构2共轴并呈V型设置，所述气缸活塞机构I的活塞与所述附属气缸活塞机构2的活塞经连杆与曲轴的同一连杆轴颈转动连接。实施例6如图6所不的三类门热气发动机,包括气缸活塞机构I和附属气缸活塞机构2,所述气缸活塞机构I的气缸上设有进气口 11和排气口 12，所述进气口 11处设进气门，所述排气口 12处设排气门所述气缸活塞机构I的气缸上设往复流通口 13，所述往复流通口 13处设往复流通控制门，所述附属气缸活塞机构2的气缸上设有附属往复流通口 21和乏气排出口 22，所述附属往复流通口 21处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口 22处设乏气门，所述往复流通口 13经往复连通通道100与所述附属往复流通口 21连通，所述气缸活塞机构I内和所述往复连通通道100内设燃烧室5，所述气缸活塞机构1、所述附属气缸活塞机构2和所述往复连通通道100构成工质回路。其中，所述进气门、所述排气门、所述往复流通控制门、所述附属往复流通控制门和所述乏气门受控制机构控制，使得所述气缸活塞机构I按照吸气冲程-压缩供气冲程-燃烧爆炸做功冲程-排气冲程-回充冲程-供气冲程的六冲程循环模式工作，在所述压缩供气冲程时打开所述往复流通控制门，使一部分高压的工质通过所述往复连通通道100导入所述往复流通通道100内的燃烧室5中，并在该燃烧室5中燃烧膨胀后进入所述附属气缸活塞机构2中；余下部分留存在所述气缸活塞机构I的气缸内的高压工质在所述气缸活塞机构I内燃烧爆炸，推动所述气缸活塞机构I的活塞对外做功，并在排气冲程时由所述排气口排出。根据上述工作循环的要求，选择适合的控制机构对本发明中所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2中的活塞运动进行控制，使所述附属气缸活塞机构2按照与所述气缸活塞机构I相对应的循环模式工作。所述气缸活塞机构I的六冲程循环模式中的供气冲程-回充冲程对应于所述附属气缸活塞机构2的工作循环中的回充冲程-供气冲程，此两个所述工作冲程构成热气机循环模式，使在所述往复连通通道100内的燃烧室5中燃烧产生的高温高压工质在所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2之间的所述往复连通通道100内往复流通至少一次，最后从所述附属气缸活塞机构2的气缸上的乏气排出口 22排出。可选择地，在所述往复连通通道100内往复流通至少一次的工质也可以从所述排气口 12排出。可根据需要在所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2的工作循环中嵌入多个此种热气机循环。实施例7如图7所示的三类门热气发动机，在实施例6的基础上:所述往复连通通道100上设回热器4。实施例8如图8所示的三类门热气发动机，在实施例6的基础上:所述往复连通通道100上设冷却器3。实施例9如图9所不的三类门热气发动机,在实施例8的基础上:所述附属气缸活塞机构2上还设有冷却器3，所述冷却器3与所述往复流通口 13之间的所述往复连通通道100上设回热器4。实施例10如图10所示的三类门热气发动机，其与实施例9的区别在于:取消了设在所述往复连通通道100上的冷却器3，所述气缸活塞机构I与所述附属气缸活塞机构2共轴并呈V型设置，所述气缸活塞机构I的活塞与所述附属气缸活塞机构2的活塞经连杆与曲轴的同一连杆轴颈转动连接。实施例11如图11所示的三类门热气发动机，其与实施例4的区别在于:取消了设在所述附属气缸活塞机构2上的冷却器3,所述气缸活塞机构I设为活塞液体机构,所述活塞液体机构包括气液缸111和气液隔离机构112,所述气液隔离结构112设在所述气液缸111内，所述气液缸111的液体端的液体流通口 113与液压动力机构96连通，所述液压动力机构96与液体回送系统97连通，所述液体回送系统97与所述气液缸111的液体端的液体流通口113连通；所述液压动力机构96和所述液体回送系统97受过程控制机构99控制。所述气液缸111内的气体工质对所述气液隔离结构112的压力大于所述气液缸111内的液体和所述气液隔离结构112做往复运动时的惯性力之和。
选择性的，所述气液隔离结构112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112和所述气液缸111密封滑动配合。可选择地，将所述附属气缸活塞机构2设为活塞液体机构，或所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2均设为活塞液体机构。实施例12如图12所示的三类门热气发动机，其与实施例9的区别在于:所述气缸活塞机构I设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸111和气液隔离机构112，所述气液隔离结构112设在所述气液缸111内，所述气液缸111的液体端的液体流通口 113与液压动力机构96连通，所述液压动力机构96与液体回送系统97连通，所述液体回送系统97与所述气液缸111的液体端的液体流通口 113连通；所述液压动力机构96和所述液体回送系统97受过程控制机构99控制。所述气液缸111内的气体工质对所述气液隔离结构112的压力大于所述气液缸111内的液体和所述气液隔离结构112做往复运动时的惯性力之和。选择性的，所述气液隔离结构112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112和所述气液缸111密封滑动配合。可选择地，将所述附属气缸活塞机构2设为活塞液体机构，或所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2均设为活塞液体机构。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回路外导入所述燃烧室5的物质的质量流量。以上实施例中，所述气缸活塞机构I和所述附属气缸活塞机构2为a型或@型设置。选择性地，以上实施例中的气缸活塞机构I和/或所述附属气缸活塞机构2可设为如图13所示的对置气缸活塞机构。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。
权利要求
1.一种三类门热气发动机，包括气缸活塞机构(I)和附属气缸活塞机构(2),所述气缸活塞机构(I)的气缸上设有进气口( 11)和排气口( 12)，所述进气口( 11)处设进气门，所述排气口(12)处设排气门，所述气缸活塞机构(I)内设有燃烧室(5)，其特征在于:在所述气缸活塞机构(I)的气缸上设往复流通口( 13 )，所述往复流通口( 13 )处设往复流通控制门，在所述附属气缸活塞机构(2)的气缸上设附属往复流通口(21)和乏气排出口(22)，所述附属往复流通口(21)处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口(22)处设乏气门，所述往复流通口(13)经往复连通通道(100)与所述附属往复流通口(21)连通，所述气缸活塞机构(I )、所述附属气缸活塞机构(2)和所述往复连通通道(100)构成工质回路。
2.如权利要求1所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述往复连通通道(100)上设回热器(4)。
3.如权利要求1所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述往复连通通道(100)上和/或在所述附属气缸活塞机构(2)上设冷却器(3)。
4.如权利要求3所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述冷却器(3)与所述往复流通口( 13 )之间的所述往复连通通道(100 )上设回热器(4 )。
5.—种三类门热气发动机,包括气缸活塞机构(I)和附属气缸活塞机构(2),所述气缸活塞机构(I)的气缸上设有进气口( 11)和排气口( 12)，所述进气口( 11)处设进气门，所述排气口(12)处设排气门，其特征在于:在所述气缸活塞机构(I)的气缸上设往复流通口(13)，所述往复流通口( 13)处设往复流通控制门，在所述附属气缸活塞机构(2)的气缸上设附属往复流通口(21)和乏气排出口(22)，所述附属往复流通口(21)处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口(22)处设乏气门，所述往复流通口(13)经往复连通通道(100)与所述附属往复流通口(21)连通，所述气缸活塞机构(I)内和所述往复连通通道(100)内设燃烧室(5 )，所述气缸活塞机构(I)、所述附属气缸活塞机构(2 )和所述往复连通通道(100 )构成工质回路。
6.如权利要求5所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述往复连通通道(100)内的燃烧室(5)和所述附属往复流通口(21)之间的所述往复连通通道(100)上设回热器(4)。
7.如权利要求5所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述往复连通通道(100)内的燃烧室(5)和所述附属往复流通口(21)之间的所述往复连通通道(100)上和/或所述附属气缸活塞机构(2)上设冷却器(3)。
8.如权利要求7所述三类门热气发动机，其特征在于:在所述冷却器(3)与所述往复流通口( 13 )之间的所述往复连通通道(100 )上设回热器(4 )。
9.如权利要求1或5所述三类门热气发动机，其特征在于:所述气缸活塞机构(I)和/或所述附属气缸活塞机构(2)设为活塞液体机构,所述活塞液体机构包括气液缸(111)和气液隔离结构(112)，所述气液隔离结构(112)设在所述气液缸(111)内。
10.如权利要求9所述三类门热气发动机，其特征在于:所述气液缸(111)内的气体工质对所述气液隔离结构(112)的压力大于所述气液缸(111)内的液体和所述气液隔离结构(112)做往复运动时的惯性力之和。
全文摘要
本发明公开了一种三类门热气发动机，包括气缸活塞机构和附属气缸活塞机构，所述气缸活塞机构的气缸上设有进气口和排气口，所述进气口处设进气门，所述排气口处设排气门，所述气缸活塞机构内设有燃烧室，在所述气缸活塞机构的气缸上设往复流通口，所述往复流通口处设往复流通控制门，在所述附属气缸活塞机构的气缸上设附属往复流通口和乏气排出口，所述附属往复流通口处设附属往复流通控制门，所述乏气排出口处设乏气门。本发明将内燃机循环和热气机循环相结合，利用内燃机排气作为热气机的循环工质，从而实现了对内燃机排气中余热的进一步利用，有效提高了发动机的热效率。
文档编号F02G1/045GK103104371SQ201310029989
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月28日 优先权日2012年5月22日
发明者靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司