CN102251877B - 外燃机及其传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外燃机及其传动机构，该外燃机包括热气组件、传动机构和曲轴；热气组件包括四组加热器、回热器和冷却器和呈矩形布置的四个气缸，每一气缸内形成有不连通的冷热腔，每一热腔与一组加热器、回热器和冷却器及另一气缸的一冷腔气路连通以形成气体通道；传动机构包括摆杆组和连杆组：摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆和与第二摆杆，连杆组包括四个连杆，长度相等的第一连杆与第二连杆，分别自第二枢轴和第一枢轴向下延伸，长度相等的第三连杆与第四连杆，它们的上端分别铰接于第一连杆和第二连杆，它们的下端铰接于曲轴的连杆颈。本发明的外燃机成本低、便于制造。

Description

外燃机及其传动机构

技术领域

本发明涉及发动机，尤其与一种外燃机及其传动机构有关。 

背景技术

外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的斯特林所发明，故又称斯特林发动机，也称为热气机。外燃机中传递能量的媒介物质(通常是高压气体)叫工质，可在一个、两个、四个或多个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧所带来的热量或者外部热源通过加热器传给工质，因此工质不直接参与燃烧，也不需要更换。 

由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔与冷腔之间达到一定的温差，外燃机即可做功运行，环境温度越低，则温差越容易变大，因此在用于发电时，发电效率越高。外燃机最大的优点是功率和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 

然而，现有技术的四缸外燃机，通常是通过曲轴、多拐和连杆等结构实现传动。如图1所示，其为现有技术的一种典型的四缸外燃机结构。所述外燃机包括两根曲轴911、912、四个气缸92以及四组HRC组合93(包括加热器、回热器和冷却器)和传动机构等部件，图1中的气缸92只具有动力活塞921，但实际应用中，气缸中既可以是单活塞，也可以是双活塞(一动力活塞、一置换活塞)。 

如图1所示，现有技术的外燃机的传动机构包括多拐94、大头孔941和 具有小头孔951的活塞连杆95等。曲轴911、912上通过多拐94连接活塞连杆95，曲轴911、912端部的齿轮之间啮合有一与飞轮(图中未示出)共轴的齿轮913，从而带动飞轮以向外输出能量。 

但是，由于图1所示的外燃机，其曲轴911、912与活塞连杆95之间使用的也是多拐结构，难以用轴承实现连接。其曲轴911、912需由轴瓦进行连接或支撑，因此需在曲轴箱内设置机油池或者其他的润滑剂的存储池，以对多拐94、曲轴911、912及其轴瓦进行润滑，因此增加了传动系统的成本，造成外燃机的成本上升。 

另外，申请人的公布号为CN101846014A(以下简称文献1)、公布日为2010年9月29日、发明名称为《热气机》的中国发明专利申请公开了一种四缸式外燃机及其工作原理。图1所示的外燃机的工作原理即与文献1中的热气机的工作原理相同，但传动机构不同。 

但是，文献1中的外燃机的传动机构，其摆杆与连杆大多为曲线结构，不便于加工与制造，降低了外燃机的生产效率及通用性。 

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本低、便于制造、便于维护的外燃机，以解决现有技术的外燃机的生产成本高、不便制造及维护成本高的缺陷。 

本发明的另一目的在于提供一种用于外燃机的成本低、便于制造、便于维护的传动机构。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种外燃机，所述外燃机包括热气组件、传动机构和曲轴；所述热气组件包括四组加热器、回热器和冷却器和呈矩形布置的四个气缸，第一气缸与第二气缸、第四气缸相邻，与第三气缸相对；所述第一、第二、第三和第四气缸的活塞分别连接有第一、第二、第三和第四活塞杆；每一所述气缸内形成有不连通的冷腔和热腔，每一所述热腔与一组所述加热器、回热器和冷却器及另一气缸的一所述冷腔气路连通以形成气体通道；通过外部热源加热所述加热器以使所述气体通道内的气体在所述冷腔和其所连通的所述热腔之间 往复运动膨胀收缩以带动各活塞通过所述传动机构所连接的曲轴周期运动做功；所述曲轴为单拐曲轴；所述传动机构包括摆杆组和连杆组：所述摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆和第二摆杆，所述第一摆杆的两端通过轴承铰接所述第一活塞杆和所述第二活塞杆，所述第二摆杆的两端通过轴承铰接所述第三活塞杆和所述第四活塞杆，所述第一摆杆的第一枢轴与所述第二摆杆的第二枢轴共轴；所述第一摆杆与所述第二摆杆的两摆动平面分别位于所述曲轴的连杆颈的两侧；所述连杆组包括四个连杆，四个连杆为：长度相等的第一连杆与第二连杆，分别自所述第二枢轴和所述第一枢轴向下延伸，分别与所述第二枢轴和所述第一枢轴固定连接并与所述第二摆杆和所述第一摆杆保持互余的介于30-60度的夹角；长度相等的第三连杆与第四连杆，它们的上端分别铰接于第一连杆和第二连杆，它们的下端铰接于所述连杆颈。 

一种传动机构，用于外燃机的单拐曲轴与气缸活塞杆之间的传动；其特征在于，所述传动机构包括连杆组和摆杆组：所述摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆和第二摆杆，所述第一摆杆的两端用以通过轴承分别铰接所述外燃机一侧的两气缸的两活塞杆，所述第二摆杆的两端用以通过轴承分别铰接所述外燃机另一侧的两气缸的两活塞杆，所述第一摆杆的第一枢轴与所述第二摆杆的第二枢轴共轴；所述第一摆杆与所述第二摆杆的两摆动平面分别位于所述曲轴的连杆颈的两侧；所述连杆组包括四个连杆；四个连杆分别为：长度相等的第一连杆与第二连杆，分别自所述第二枢轴和所述第一枢轴向下延伸，分别与所述第二枢轴和所述第一枢轴固定连接并与所述第二摆杆和所述第一摆杆保持互余的介于30-60度的夹角；长度相等的第三连杆与第四连杆，它们的上端分别铰接于第一连杆和第二连杆，它们的下端铰接于所述连杆颈。 

本发明的有益效果在于： 

本发明的传动机构及本发明的外燃机，采用摆杆单曲轴结构，通过连杆组和摆杆组进行曲轴与气缸活塞杆之间的传动，一套摆杆组同时带动两组气缸的活塞，保证两气缸之间的活塞运动相位差始终接近180度，通过连接之间互余的夹角实现外燃机两侧的两组气缸中的活塞的相位差始终接近90度，有效的保证了本发明传动机构的传动效果。 

并且，连杆组、摆杆组及活塞杆等所有铰接件的连接和转动件的转动支 撑都由轴承实现，对润滑要求低，免维护周期长，不必使用现有技术的多拐结构，不需用轴瓦进行连接或支撑，节省了润滑剂的成本和润滑剂存储池所占用的空间，因此降低了传动系统的成本。 

再者，本发明的外燃机的传动机构及本发明的传动机构，其摆杆与连杆均为直线结构，便于加工与制造，提高了外燃机的生产效率，也降低了外燃机的维护成本。 

附图说明

图1为现有技术的一种外燃机的示意图。 

图2为本发明第一实施例的外燃机的立体示意图。 

图3为本发明实施例的外燃机的传动机构的主视示意图。 

图4为本发明实施例的外燃机的传动机构的立体示意图。 

图5为图4所示的传动机构的部件示意图。 

图6为图4所示的传动机构的另一部件示意图。 

图7为本发明第一实施例的外燃机的热气组件连接关系示意图。 

图8为本发明第二实施例的外燃机的立体示意图。 

图9为本发明第二实施例的外燃机的热气组件连接关系示意图。 

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例的传动机构，用于本发明的外燃机；本发明实施例的外燃机，具有本发明实施例的传动机构。但本发明的传动机构，并不局限于用于本发明的外燃机，也可以适用于其他的外燃机，以降低成本并便于制造。 

下面分别介绍本发明第一实施例和第二实施例的外燃机，两实施例的外燃机的传动机构相同，不同的地方在于热气组件方面。 

由于在外燃机中，加热器、回热器和冷却器总是设置在一起，且总是具有固定的连接关系，即加热器与回热器相连，回热器与冷却器相连，因此本 说明书中，将加热器(H)、回热器(R)与冷却器(C)统称为HRC组合，并将HRC组合的加热器一端称为热端，冷却器一端称为冷端。 

本发明第一实施例的外燃机： 

如图2和图7所示，本发明优选实施例的外燃机，可以划分为热气组件、曲轴7和传动机构三个组成部分，其中的传动装置包括摆杆组和连杆组两部分。 

一、热气组件 

如图2和图7所示，本发明第一实施例的外燃机，所述热气组件为四组，分别为： 

第一组，包括气缸11和HRC组合21，气缸11内具有活塞111，活塞111将气缸11分隔为不连通的热腔112和冷腔113；热腔112通过连通管211连接HRC组合21的热端； 

第二组，包括气缸12和HRC组合22，气缸12内具有活塞121，活塞121将气缸12分为不连通的热腔122和冷腔123；热腔122通过连通管221连接HRC组合22的热端； 

第三组，包括气缸13和HRC组合23，气缸13内具有活塞131，活塞131将气缸13分为不连通的热腔132和冷腔133；热腔132通过连通管231连接HRC组合23的热端； 

第四组，包括气缸14和HRC组合24，气缸14内具有活塞141，活塞141将气缸14分为不连通的热腔142和冷腔143；热腔142通过连通管241连接HRC组合24的热端； 

上述的活塞111、121、131、141均为动力活塞，也可称为做功活塞或功率活塞，而热腔112、122、132、142分别位于活塞111、121、131、141的下方，而冷腔113、123、133、143分别位于活塞111、121、131、141的下方。 

上述的四组热气组件中的四个气缸11、12、13、14，呈矩形布置，以气缸11与气缸13对角线相对，而气缸12与气缸14对角线相对，气缸11与气缸12、气缸14相邻。而对于HRC组合，则并不限定其布置方式，既可以为矩形布置，也可以一字排开。 

前述的介绍中介绍了各气缸的热腔与HRC组合的连接关系，而对于冷 腔与HRC组合的连接方式，本发明采用的是交叉连接的方式，如图2和图7所示，气缸11的冷腔113通过连通管232与HRC组合23的冷端相连，进而与所述气缸13的热腔132相连通；气缸13的冷腔133通过连通管222与HRC组合22的冷端相连，进而与气缸12的热腔122相连通；气缸12的冷腔123通过连通管242与HRC组合24的冷端相连，进而与气缸14的热腔142相连通；气缸14的冷腔143通过连通管212与HRC组合21的冷端相连，进而与气缸11的热腔112相连通。 

基于上述的连通情况，本发明第一实施例的外燃机中有四组气体通道，分别为： 

1、热腔112、连通管211、HRC组合21、连通管212和冷腔143； 

2、热腔122、连通管221、HRC组合22、连通管222和冷腔133； 

3、热腔132、连通管231、HRC组合23、连通管232和冷腔113； 

4、热腔142、连通管241、HRC组合24、连通管242和冷腔123。 

通过外部热源加热HRC组合21、22、23、24中的所述加热器(H)，以使上述各气体通道内的气体在所述冷腔和其所连通的所述热腔之间往复运动膨胀收缩以带动活塞111、121、131、141通过所述传动机构所连接的曲轴7周期运动做功。 

以气缸11及活塞111为例，其中，活塞111运动的上界不超过连通管232的上沿，运动的下界不超过连通管211的下沿，以保证冷腔113和热腔112的体积不会在一段时间内为0(可以瞬间为0)。通常，活塞111的下界接近于气缸11的底部，但留有一定的空隙；在活塞111与气缸11的侧壁之间，也保留一定的间隙，以减少活塞111的运动阻力，延长使用寿命。其他的气缸及活塞也具有相同的特性，不再赘述。 

如图2和图7所示，活塞111、121、131、141分别具有活塞杆114、124、134、144，活塞杆114、124、134、144的下端连接在活塞111、121、131、141的圆心位置，活塞杆114、124、134、144由铰接轴81、82、83、84分为上下两段。 

在热气组件中的热能带动活塞111、121、131、141运动后，即转化为机械能。 

二、曲轴 

曲轴7是外燃机的机械能输出端，如图3和图4所示，曲轴7具有轴心71和连杆颈72，通过曲轴7向与外燃机相连接的用能设备输出机械能。而曲轴7与热气组件之间，则需由传动机构将活塞运动的机械能传递给曲轴7。轴心71上可连接有飞轮，也可不连接飞轮。 

三、传动机构(也即本发明实施例的传动机构) 

传动机构包括连杆组和摆杆组。 

如图2至图4所示，所述摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆51与第二摆杆52，且第一摆杆51与第二摆杆52的中点分别垂直固定连接于枢轴53、54，枢轴53与枢轴54共轴，在第一摆杆51与第二摆杆52的摆动平面之间相向延伸。 

第一摆杆51的左右两端分别通过铰接轴85、86铰接活塞杆114、124的上端，而第二摆杆52的左右两端分别通过铰接轴87、88铰接活塞杆134、144的上端。 

由于活塞111、121的活塞杆114、124对称的连接于摆杆51的两侧，因此可以保证活塞111、121的运动相位相差180度。同理，由于活塞131、141的活塞杆134、144对称的连接于摆杆52的两侧，因此可以保证活塞131、141的运动相位相差180度。 

本发明的外燃机，传动机构不需液体润滑，只需在铰接轴80-89的轴承上添加润滑脂即可，因此省去了对曲轴箱的密封，在具体使用时，可将除加热器和冷却器之外的其他部件全部密封在一个壳体中，壳体中密封有高压气体。如图2和图3所示，在气缸11、12、13、14之间可支撑有横板41，横板41上设置有与横板41垂直的立柱42、43，曲轴7的轴心71可转动地连接于立柱43下部，枢轴53通过轴承530枢转连接于立柱42的上部或顶端，枢轴54通过轴承540枢转连接于立柱43的上部或顶端，横板41与立柱42、43的设置，既加强了各气缸之间的支撑强度，防止气缸间的相对位移，也加强了外燃机整体的强度，也便于设置曲轴7和枢轴53、54。当然，也可以在横板42上设置三脚架来支撑枢轴53、54。 

连杆组由四个连杆围成，在第一摆杆51或第二摆杆52的摆动平面上的投影为一四边形；在本发明第一实施例中，优选的四个连杆61、62、63、64的长度相同，因此在曲轴7转动的过程中，四个连杆始终在所述摆动平面投 影成一个菱形。并且轴心71与枢轴53、54的距离(两直线之间的距离，或者说是所述摆动平面面上的两投影点之间的距离)为连杆长度的2倍。四个连杆分别为： 

第一连杆61：如图3、图4和图6所示，第一连杆61与第二摆杆52、第二枢轴54一体成型，第一连杆61与第二枢轴54之间固定连接，不能发生相对转动，而第二摆杆52与第二枢轴54之间也不能发生相对转动。一体成型的优点是便于部件加工，也便于保持第一连杆61与第二摆杆52之间的角度，降低维护成本。因此，第一连杆61也相当于铰接于枢轴54并向下，即向连杆颈72的方向延伸。以第一连杆61与第二摆杆52所成夹角为第一夹角，第一夹角优选的为45度。第一夹角也可不等于45度。 

第二连杆62：如图3-图5所示，第二连杆62与第一摆杆51、第一枢轴53一体成型，第二连杆62与第一枢轴53之间固定连接，不能发生相对转动，而第一摆杆51与第一枢轴53之间也不能发生相对转动。一体成型的优点同上。因此，第二连杆62也相当于铰接于枢轴53并向下，即向连杆颈72的方向延伸。以第二连杆62与第一摆杆51所成的角度为第二夹角，则在第一夹角为45度时，第二夹角的角度应为45度，因此第二夹角与上述第一夹角互为余角(两角之和为90度时称互为余角)，以保证不同摆杆所连接的活塞之间的运动相位相差90度，例如活塞111与活塞131、141之间相位相差90度。 

第三连杆63：第三连杆63的上端通过铰接轴89铰接于第一连杆61，第三连杆63的下端铰接于曲轴7的连杆颈72。 

第四连杆64：第四连杆64的上端通过铰接轴80铰接于第二连杆62，第四连杆64的下端也铰接于曲轴7的连杆颈72。 

上述的第一夹角与第二夹角还可以分别取(30，60)、(36，54)、(54，36)及(60，30)等不同的互余的角度；还有，可以是第三连杆63的长度大于第一连杆61的长度，只要保证第一连杆61与第二连杆62等长，第三连杆63与第四连杆64等长。 

以上介绍了本发明第一实施例的外燃机的各组成部分，下面再介绍本发明第一实施例的外燃机的工作原理。 

对于热气组件中的每一气体通道来说，其工作原理与现有技术的相同类 型外燃机相同。 

如图2所示，只要按照现有技术外燃机的装配方式，将活塞111、141、121、131的初始位置调整到运动相位差相差90度的位置即可很容易的启动外燃机。 

可如图7所示的，将活塞121调整至上止点A，相应的，与活塞121在同一摆杆上的活塞111对应调整至下止点，与活塞121不在同一摆杆上的活塞131调整至中间位置B，即与活塞111、121的运动相位相差90度，由于此时热腔142膨胀做功，因此，活塞141所处的位置为运动趋势向上的中间位置D，相应的活塞131位于运动趋势向下的中间位置B。 

在同一气体通道中，或者称同一组动力循环机构中，当气体通道两端的活塞的运动方向相反时，在所述气体通道中的密封气体体积会快速膨胀或收缩而迫使活塞做功；而当气体通道两端的活塞的运动方向相同时，在所述气体通道中的密封气体会在一个气缸的热腔和另外一个气缸的冷腔之间快速移动，这时活塞不做功。 

由以上可知，如图7所示的四个气体通道的做功情况如下： 

1、对于热腔112、连通管211、HRC组合21、连通管212和冷腔143组成的气体通道，此时活塞111到达下止点C，也即其行程热端，而活塞141达到运动趋势向上的中间位置D，活塞111和活塞141运动方向相同，因此密封气体由冷腔143向热腔112转移。 

2、对于热腔142、连通管241、HRC组合24、连通管242和冷腔123组成的气体通道，此时活塞121到达上止点A，也即其行程冷端，而活塞141达到运动趋势向上的中间位置D，活塞121和活塞141运动方向相反，因此热腔142内的密封气体受热膨胀，带动活塞141向上运动做功，活塞121向下运动做功。 

3、对于热腔122、连通管221、HRC组合22、连通管222和冷腔133组成的气体通道，此时活塞121到达上止点A，也即其行程冷端，而活塞131达到运动趋势向下的中间位置B，活塞121和活塞131运动方向相同，因此密封气体由热腔122向冷腔133转移。 

4、对于热腔132、连通管231、HRC组合23、连通管232和冷腔113组成的气体通道，此时活塞111到达下止点C，也即其行程热端，而活塞131 达到运动趋势向下的中间位置B，活塞111和活塞131运动方向相反，因此冷腔113内的密封气体受冷收缩，带动活塞111向上运动做功，活塞131向下运动做功。 

由于活塞111、121、131、141的运动而带动与活塞相连接的摆杆51、52的转动，进而带动与摆杆51、52固定连接的连杆61、62、63、64的转动，最终使得通过连杆颈72与连杆61、62、63、64连接的轴心71的转动。曲轴颈72转动的行程如下，其中假设曲轴颈72在最高点时的相位角为0度，最低点时的相位为180度，在水平右侧时为90度，水平左侧时为270度： 

1、当活塞141到达其上止点A时，活塞131到达其下止点C，此时第二摆杆52处在左端达到上止点而右端达到下止点，即第二摆杆52处在左端最高右端最低的位置，此时活塞121位于运动趋势向下的中间位置B，而活塞111位于运动趋势向上的中间位置D，因此第一摆杆51处在水平状态，因此第二连杆62与水平成45度角，而第一连杆61与水平所成的锐角小于45度(与第二摆杆52的摆动幅度有关)，两者的夹角较大，因此曲轴颈72处在第四象限(270-360度之间)，由于第二摆杆52左端的转动趋势向下，第一摆杆51左端的转动趋势向上，第一连杆61与第二连杆62之间的夹角有变小的趋势，因此会带动曲轴颈72向第三象限(180-270度之间)转动。 

2、当活塞141到达运动趋势向下的中间位置B，活塞131到达运动趋势向上的中间位置D，所以第二摆杆52处在水平状态，此时活塞111位于上止点A，而活塞121位于下止点C，因此第一摆杆51左端达到上止点而右端达到下止点，即第一摆杆51处在左端最高右端最低的位置，因此第二连杆62与水平所成的锐角大于45度，而第一连杆61与水平所成的角度为45度，两者的夹角较小，因此曲轴颈72处在第三象限(180-270度之间)，由于第一摆杆51左端的转动趋势向下，第二摆杆52左端的转动趋势向下，因此会带动曲轴颈72向第二象限(90-180度之间)转动。 

3、当活塞141到达其下止点C时，置换活塞131到达其上止点A，所以第二摆杆51处在右端达到上止点而左端达到下止点，即第二摆杆52处在左端最低右端最高的位置，活塞121位于运动趋势向上的中间位置D，而活塞111位于运动趋势向下的中间位置B，因此第一摆杆51处在水平状态，因此第二连杆62与水平成45度角，而第一连杆61与水平所成的锐角大于45 度，两者的夹角较小，因此曲轴颈72处在第二象限(90-180度之间)，由于第二摆杆52左端的转动趋势向上，第一摆杆51左端的转动趋势向下，第一连杆61和第二连杆62之间的夹角有增大的趋势，因此会带动曲轴颈向第一象限(0-90度之间)转动。 

4、当活塞141到达运动趋势向上的中间位置D时，置换活塞131到达运动趋势向下的中间位置B，即如图7所述的位置，此时第二摆杆52处在水平状态，此时活塞111位于下止点C，而活塞121位于上止点A，因此第一摆杆51左端达到下止点而右端达到上止点，即第二摆杆52、53处在左端最低右端最高的位置，因此第二连杆62与水平所成的锐角小于45度，而第一连杆61与水平所成的角度为45度，两者的夹角较大，因此曲轴颈72处在第一象限(0-90度之间)，由于第一摆杆51左端的转动趋势向上，第二摆杆52、53左端的转动趋势向上，因此会带动曲轴颈72向第四象限(270-360度之间)转动并重复1-4的过程。 

在上述的过程中，当第三连杆63经过轴心71的瞬间，以及第三连杆63的延长线经过轴心71的瞬间，这时连杆63在曲轴颈72的切线方向的力为0，曲轴可以靠飞轮的惯性而继续转动，在不设置飞轮的情况下，可由做功的活塞的带动下继续转动。 

第一摆杆51与第二摆杆52的摆动幅度可视实际情况确定，两者的摆动幅度可以相同，也可以不相同。 

本发明第二实施例的外燃机： 

如图8和图9所示，本发明第二实施例的外燃机，也可以划分为热气组件、曲轴7和传动机构三个组成部分，其中的传动装置包括摆杆组和连杆组两部分。而其中的曲轴和传动机构，均可与第一实施例相同，所不同的只是热气组件。 

如图8和图9所示，本发明第二实施例的外燃机，所述热气组件为四组，分别为： 

第一组，包括气缸15和HRC组合25，气缸15内由隔板150分为上腔和下腔，上腔内具有活塞155，下腔内具有活塞151，活塞155与隔板150之间形成有冷腔156，活塞151将气缸15的所述下腔分隔为不连通的热腔152和辅助冷腔153；热腔152通过连通管251连接HRC组合25的热端；辅助 冷腔153通过连通管253连接HRC组合25的冷端。 

第二组，包括气缸16和HRC组合26，气缸16内由隔板160分为上腔和下腔，上腔内具有活塞165，下腔内具有活塞161，活塞165与隔板160之间形成有冷腔166，活塞161将气缸16的所述下腔分隔为不连通的热腔162和辅助冷腔163；热腔162通过连通管261连接HRC组合26的热端；辅助冷腔163通过连通管263连接HRC组合26的冷端。 

第三组，包括气缸17和HRC组合27，气缸17内由隔板170分为上腔和下腔，上腔内具有活塞175，下腔内具有活塞171，活塞175与隔板170之间形成有冷腔176，活塞171将气缸17的所述下腔分隔为不连通的热腔172和辅助冷腔173；热腔172通过连通管271连接HRC组合27的热端；辅助冷腔173通过连通管273连接HRC组合27的冷端。 

第四组，包括气缸18和HRC组合28，气缸18内由隔板180分为上腔和下腔，上腔内具有活塞185，下腔内具有活塞181，活塞185与隔板180之间形成有冷腔186，活塞181将气缸18的所述下腔分隔为不连通的热腔182和辅助冷腔183；热腔182通过连通管281连接HRC组合28的热端；辅助冷腔183通过连通管283连接HRC组合28的冷端。 

上述的活塞151、161、171、181均为置换活塞，活塞155、165、175、185均为动力活塞，活塞151和活塞155具有共同的活塞杆154，活塞161和活塞165具有共同的活塞杆164，活塞171和活塞175具有共同的活塞杆174，活塞181和活塞185具有共同的活塞杆184。活塞杆154、164、174、184分别由铰接轴81、82、83、84分为上下两段，铰接轴81、82、83、84位于活塞181、182、183、184的上方或上表面。 

上述的四组热气组件中的四个气缸15、16、17、18，与第一实施例相同，呈矩形布置，气缸15与气缸17对角线相对，而气缸16与气缸18对角线相对，气缸15与气缸16、气缸18相邻。而对于HRC组合，则并不限定其布置方式，既可以为矩形布置，也可以一字排开。 

前述的介绍中介绍了各气缸的热腔与HRC组合、辅助冷腔与HRC组合的连接关系，而对于冷腔与HRC组合的连接方式，本实施例中采用的仍是交叉连接的方式，如图9所示，气缸15的冷腔156通过连通管272与HRC组合27的冷端相连，进而与所述气缸17的热腔172相连通，气缸17的冷腔 176通过连通管262与HRC组合26的冷端相连，进而与气缸16的热腔162相连通，气缸16的冷腔166通过连通管262与HRC组合28的冷端相连，进而与气缸18的热腔182相连通，气缸18的冷腔186通过连通管252与HRC组合25的冷端相连，进而与气缸15的热腔152相连通。 

当然，上述冷腔156、166、176、186也可不直接与HRC组合25、26、27、28冷端直接相连，而是如图8所示，通过连通管252将辅助冷腔153与冷腔186相连接，通过连通管262将辅助冷腔163与冷腔176相连接，通过连通管272将辅助冷腔173与冷腔156相连接，通过连通管282将辅助冷腔183与冷腔166相连接。 

基于上述的连通情况，本发明第一实施例的外燃机中有四组气体通道，分别为： 

1、热腔152、连通管251、HRC组合25、连通管252、冷腔186、连通管253和辅助冷腔153； 

2、热腔182、连通管281、HRC组合28、连通管282、冷腔166、连通管283和辅助冷腔183； 

3、热腔162、连通管261、HRC组合26、连通管262、冷腔176、连通管263和辅助冷腔163； 

4、热腔172、连通管271、HRC组合27、连通管272、冷腔156、连通管273和辅助冷腔173； 

通过外部热源加热HRC组合25、26、27、28中的所述加热器(H)，以使上述气体通道内的气体在所述冷腔、所述辅助冷腔和其所连通的所述热腔之间往复运动膨胀收缩以带动各所述活塞通过所述传动机构所连接的曲轴7周期运动做功。其中的各所述辅助冷腔，起到的是加大气体容积，增加外燃机功率的作用。 

各所述活塞运动的上下界，与第一实施例相同，以保证各所述冷腔、各所述辅助冷腔及各所述热腔的体积不会在一段时间内为0(可以瞬间为0)。 

本发明第二实施例外燃机的热气组件的工作原理以及传动机构的工作原理，均与第一实施例相同，不再赘述。 

如上所示，本发明优选实施例的传动机构及本发明优选实施例的外燃机，连杆组、摆杆组及活塞杆等所有铰接件(铰接轴80-89)的连接和转动件的 转动支撑都由轴承实现，对润滑要求低，免维护周期长，不必使用现有技术的多拐结构，不需用轴瓦进行连接或支撑，节省了润滑剂的成本和润滑剂存储池所占用的空间，因此降低了传动系统的成本。 

至此本文所述的实施方式应该理解为是对本发明的解释，而非对本发明的限制。本发明的范围不是由以上说明书来说明，而是由专利的权利要求来限定，本发明意欲包括与本专利权利要求的意义和范围等同的所有修正。 

Claims (10)

1.一种外燃机，所述外燃机包括热气组件、传动机构和曲轴； 

所述热气组件包括四组加热器、回热器和冷却器和呈矩形布置的四个气缸，第一气缸与第二气缸、第四气缸相邻，与第三气缸相对；所述第一、第二、第三和第四气缸的活塞分别连接有第一、第二、第三和第四活塞杆；每一所述气缸内形成有不连通的冷腔和热腔，每一所述热腔与一组所述加热器、回热器和冷却器及另一气缸的一所述冷腔气路连通以形成气体通道； 

通过外部热源加热所述加热器以使所述气体通道内的气体在所述冷腔和其所连通的所述热腔之间往复运动膨胀收缩以带动各活塞通过所述传动机构所连接的曲轴周期运动做功；其特征在于： 

所述曲轴为单拐曲轴； 

所述传动机构包括摆杆组和连杆组： 

所述摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆和第二摆杆，所述第一摆杆的两端通过轴承铰接所述第一活塞杆和所述第二活塞杆，所述第二摆杆的两端通过轴承铰接所述第三活塞杆和所述第四活塞杆，所述第一摆杆的第一枢轴与所述第二摆杆的第二枢轴共轴；所述第一摆杆与所述第二摆杆的两摆动平面分别位于所述曲轴的连杆颈的两侧； 

所述连杆组包括四个连杆，四个连杆为： 

长度相等的第一连杆与第二连杆，分别自所述第二枢轴和所述第一枢轴向下延伸，分别与所述第二枢轴和所述第一枢轴固定连接并与所述第二摆杆和所述第一摆杆保持互余的介于30-60度的夹角； 

长度相等的第三连杆与第四连杆，它们的上端分别铰接于第一连杆和第二连杆，它们的下端铰接于所述连杆颈。 

2.如权利要求1所述的外燃机，其特征在于，所述第一摆杆与所述第二连杆的夹角为45度，所述第二摆杆与所述第一连杆的夹角为45度。 

3.如权利要求2所述的外燃机，其特征在于，所述四个连杆的长度均相等。 

4.如权利要求3所述的外燃机，其特征在于，所述第一摆杆、第一枢轴与所述第二连杆一体成型，所述第二摆杆、第二枢轴与所述第一连杆一体成型。 

5.如权利要求3或4所述的外燃机，其特征在于，所述传动机构和所述曲轴密封在曲轴箱中，所述曲轴箱中密封有高压气体；四个所述气缸之间支撑有横板，所述横板上设置有与所述横板垂直的第一立柱和第二立柱，所述曲轴可转动地连接于所述第二立柱下部，所述第一枢轴和所述第二枢轴分别枢转连接于所述第一立柱和所述第二立柱的上部。 

6.如权利要求5所述的外燃机，其特征在于，所述气缸内均设置有动力活塞，所述动力活塞的下方形成有热腔，所述动力活塞的上方形成有冷腔，所述第一气缸的冷腔与所述第三气缸的热腔相连通，所述第三气缸的冷腔与所述第二气缸的热腔相连通，所述第二气缸的冷腔与所述第四气缸的热腔相连通，所述第四气缸的冷腔与所述第一气缸的热腔相连通。 

7.如权利要求5所述的外燃机，其特征在于，各所述气缸由隔板分隔成上腔与下腔，所述上腔和所述下腔内分别设置有由同一活塞杆连接的动力活塞与置换活塞，所述下腔中所述置换活塞的下方形成有热腔，所述下腔中所述置换活塞的上方与所述隔板间形成有辅助冷腔，所述上腔中所述动力活塞的下方形成有冷腔，所述第一气缸的冷腔与所述第三气缸的热腔相连通，所述第三气缸的冷腔与所述第二气缸的热腔相连通，所述第二气缸的冷腔与所述第四气缸的热腔相连通，所述第四气缸的冷腔与所述第一气缸的热腔相连通，同组的加热器与冷却器分别与同一气缸的所述热腔和所述辅助冷腔相连。 

8.一种传动机构，用于外燃机的单拐曲轴与气缸活塞杆之间的传动；其特征在于，所述传动机构包括连杆组和摆杆组： 

所述摆杆组包括摆动平面相互平行的第一摆杆和第二摆杆，所述第一摆杆的两端用以通过轴承分别铰接所述外燃机一侧的两气缸的两活塞杆，所述第二摆杆的两端用以通过轴承分别铰接所述外燃机另一侧的两气缸的两活塞杆，所述第一摆杆的第一枢轴与所述第二摆杆的第二枢轴共轴；所述第一摆杆与所述第二摆杆的两摆动平面分别位于所述曲轴的连杆颈的两侧； 

所述连杆组包括四个连杆；四个连杆分别为：长度相等的第一连杆与第二连杆，分别自所述第二枢轴和所述第一枢轴向下延伸，分别与所述第二枢 轴和所述第一枢轴固定连接并与所述第二摆杆和所述第一摆杆保持互余的介于30-60度的夹角；长度相等的第三连杆与第四连杆，它们的上端分别铰接于第一连杆和第二连杆，它们的下端铰接于所述连杆颈。 

9.如权利要求8所述的传动机构，其特征在于，所述第二摆杆与所述第一连杆的夹角为45度，所述第一摆杆与所述第二连杆的夹角为45度。 

10.如权利要求8或9所述的传动机构，其特征在于，所述第一摆杆、第一枢轴与所述第二连杆一体成型，所述第二摆杆、第二枢轴与所述第一连杆一体成型。