CN85104320A

CN85104320A - 多缸热气发动机

Info

Publication number: CN85104320A
Application number: CN85104320.8A
Authority: CN
Inventors: 琼·A·科里
Original assignee: Tecnomeccanica SRL
Current assignee: Tecnomeccanica SRL
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-12-03
Also published as: CN1005038B

Abstract

一种多缸热气发动机，包括一等角度的V形机体11，其上有两排平行的且等长度等尺寸的气缸12，它和环绕于每个气缸的环形蓄热—冷却器13和14组合在一起，在此活塞17与单曲柄23相连。热气机还包括环形排列的加热管27，它位于中央燃烧空腔体37的周围。平衡流的膨胀歧管总成15和蓄热器歧管总成16通过缸头加热器管子提供工作流质的最佳平衡流。在使用一单曲轴V形机体时，这平衡流提供均匀的缸头加热器温度，因此，从最大限度的平均工作流质温度中，可得到最好的运行效率。

Description

本发明涉及斯特林（stirling）型热气发动机。这种气缸体为等V型结构类型的发动机，具有格外的低成本，高运行效率。

本发明更具体的涉及一种新型的、改进的多缸热气机。在其机体内整体地形成互相连通的热气通道。热气机使用的是一种围绕于中央园形燃烧室的带有新颖的平衡流量的热气歧管结构的环形加热器。该歧管结构在加热器内产生工作流质的平衡流，以确保整个加热器温度均匀。此均匀温度能提供最大可能的平均温度，从而充分提高发动机的效率。

颁布于1981年4月14日的美国专利第4，261，173号揭示了一种多缸。双作用热气发动机的加热装置，这种热气机的每一个气缸都被一个环形蓄热器单元环绕着，每个气缸的顶部和环绕它的蓄热器单元由一加热装置相连接，此加热装置包含有许多加热管，这些加热管把气缸顶部和环绕着的蓄热器单元的顶部相互连接，这些个加热装置排成一个单一的环形加热器而环绕着单独的燃烧室。为了形成环形的目的，在气缸和环形蓄热器结构的顶部设置了两个完整的，同心配置的，拱形歧管的环。在颁布于1983年12月27日的美国专利第4，422，291号中描述了一个多缸、双作用的热气机的加热装置结构，其中每个气缸都被一个环形蓄热器环绕着，并且每个气缸顶部及其环绕的蓄热器是由很多的加热管装成，如同美国专利第4，261，173号和美国专利第4，422，291号中所揭示的样子。这歧管总成包含有一个中央配置的导管，该导管联结到每个气缸顶部并被一个较大直径的环形管道围绕着，环形管道把加热管和蓄热器单元相对的两端连结起来。在这种结构上，歧管的制造和加热管到歧管的连接就简化了，并有可能在承受热应力的部件上采用不同的材料，使在这些必需的结点上遇到的热应力问题为最小。颁布于1976年3月2日的美国专利第3，940，934号叙述了一种斯特林发动机的加热装置的构造。它有一个基本上是V形的机体，内有气缸、活塞、活塞杆、轴销和装在曲轴上的连杆，其中V形机体每排的气缸都是等长且具有相同的结构，以便减少发动机制造中所需要的另件种类数。一个具有这些特点的发动机（在下文被称为等V发动机）与从前知道的不等V发动机相反，这从美国专利第4，261，173号图3和美国专利第4，417，443号所揭示的内容中可看到。然而，揭示在美国专利第3，940，943，号上的多缸等V发动机只使用了一个单一的环形缸头加热器，这种加热器不能使用适当平衡过的，旣能提供工作流质的平衡流的拱形歧管，而且需要许多蓄热容器装在发动机的气缸间隔中。

已经公认将先有技术中的环形缸头加热器和拱形歧管结合起来使用，是较为理想的。例如，这种拱形歧管能提供很好的流量分布到加热管。然而，在此以前，虽然多缸热气机曾尝试把合乎需要的环形多管缸头加热器和合乎需要的拱形歧管组合起来，从而有助于通过加热管获得工作流质的平衡流，但是，由于所要求的发动机的复杂性以及从而造成的较高的制造成本，使得没有得到完全满意的结果，例如在美国专利第4，261，173号中图一所示的那样，要使这种安排成为可能，就要有多曲轴，方形缸体的发动机，或如美国专利第4，261，173号图3和美国专利第4，417，443号所示的那样，在V形发动机只要求一根曲轴时，只有把气缸排列成不等V形。

现在这项发明是第一次提供一个多缸热气发动机，它比已知的任何先有技术的结构都能用较少的费用生产出来，并且它组合了合乎需要的环形的多管缸头加热器，环形蓄热器和拱形歧管。为了达到发动机最佳运行效率之目的，本发明实现了理想的最高的工作流质的平均温度，并且采用了单根曲轴和等V形气缸结构。按照这项发明，这个拱形歧管可以用平衡（即适当设计歧管形状和使歧管基本上定心于气缸中心轴线的延长线上，从而获得工作流质的平衡流）和把气缸和蓄热器顶部之间的拱形歧管的长度，以及把拱形歧管上的加热管大部分距离减少到最小等方法，来构成最有利于流质分布到连接的加热管去的样式。所以，本发明采用了等V形气缸结构，与不等V气缸的结构相比较，能简化加工;本发明采用了较少机器另件，从而降低了制造成本;本发明为了达到高的发动机运行效率、降低成本，使用了合乎需要的环形蓄热器和环形多管式缸头加热器，从而得到好的平衡流，以上就是本发明的主要特点。

本发明的目的是为了提供一个新的和改进的多缸热气机，该发动机具有等角度的V形机体，在机体中两排等长度，等尺寸的气缸是和环绕着每个气缸的环形冷却器/蓄热器单元构成一体，内连的工作流质通道都是整体地形成在机体中，这种热气机还包括一个环形加热器，它置于中央园形燃烧室的周围，有一新颖的，热工作流质平衡流的歧管总成，该歧管总成通过加热管或其它工作流质通道，产生了工作流质的最佳平衡流。其中这些通道连结在每个气缸和与它们相应联结的环形蓄热器单元之间。这个平衡流提供了均一的加热管温度，而工作流质的平均温度越高，就能得到最佳的运行效率。

为了实现这项发明，要提供一台双作用的多缸热气发动机，它包含由两排气缸形成的V形机体，每排气缸具有平行的、等长的轴线供活塞杆、连杆和活塞等往复运动件装配在其中。包含每排气缸轴线的两个平面，沿着单根曲轴的轴线相交或在其附近相交。所提供的环形蓄热器装置划出了一个直接环绕于每个气缸的蓄热器的区间。所提供的单个环形缸头加热器总成，它包括有许多环形排列的热工作流质通道。所提供的一个燃烧室，它位于环形缸头加热器总成的中央开口处，燃烧室的热烧燃烧气在工作流质的通道外边流过，从而加热了里面的工作流质。所提供的一个平衡流歧管结构，它把加热装置里的工作流质通道相互连通起来，这些工作流质通道位于相应气缸的膨胀区和蓄热器区之间。这个平衡流歧管总成包含两个同心环（内环与外环），该环有拱形的歧管腔，每个环的拱形歧管腔的数目与气缸的数目相同。同心环之一的每个歧管腔连通一个气缸的相应的膨胀区，而另一个同心环的每个相应的歧管腔又连通上述那个气缸的相应的蓄热器区。这许多工作流质通道围绕着燃烧室排列成园形，每个工作流质通道的一端连通一相应的歧管腔到一个气缸的膨胀区，而工作流质通道剩下的一端则连通相应的歧管腔到同一气缸的蓄热器区处。为了保证平衡的热流能流到每一气缸的工作流质，连接到每个气缸相应的膨胀区与蓄热器区的工作流质通道的数目，要与相应地连接到这台多缸热气机的其他气缸的歧管的工作流质通道的数目相等。并且，相应于每个气缸的歧管腔实际上定心在通过气缸的中心轴线的延长线上或尽可能在其附近。

当联系下面的附图，从下文的详细描述中，能更容易地体会和更好地理解本发明的目的、特征及许多随之而来的优点。图中，每个同样的另件都用同样的参考符号来标记。

图1是按这项发明制造的多缸热气发动机的垂直剖视图，显示了机体基本上是等V形的特点，机体包含了发动机的一部分。

图2是多缸热气发动机的纵向剖视图，基本上是沿着图1的Ⅱ-Ⅱ面切开的。

图3是发动机上的加热装置总成的部分剖开的顶视图，图中有沿不同水平切开的环形缸头加热器总成的拱形各层的四分之一切面，发动机如图1和图2所示。

图4A，4B，4C，4D，4E，和4F包含了一系列的简要功能图，它说明图3的平衡过的缸头加热器的热气歧管总成的设计特点，并表明了改进的歧管总成是怎样通过加热管提供热工作流质的平衡流的，这些加热管位于与每个气缸的膨胀区和蓄热器区相联结的歧管腔之间。

图5是发动机按图2中被5-5切线切割后的部分剖面图。

图6是图2被6-6线切割后的部分剖视图。

在附图的图1和图2中表示一个多缸，双作用热气发动机，它具有一个等V机体，机体内有一单曲轴和一个按发明制造的单个环形缸头加热器总成。这个发动机包括有基本上是V形的机体部分11，在其中12处构成4个气缸，每缸都被一个相应的环形蓄热器装置13及与其串连的环形冷却装置14所环绕。这四个气缸12都装有各自的拱形膨胀区歧管15和拱形蓄热器歧管16，它们（附图中的图3最看得清）形成相应的歧管腔的内外同心环。歧管15和16展延在所有四个气缸的顶部。以后还要联系图4A到图4E作更充分的说明，其布局是这样的：如将这些气缸的中心轴线向上延伸穿过同心内，外环歧管15和16的平面，则与歧管平面相交的点，将构成一个平行四边形的四顶点。

双作用热气机的每一气缸12有一活塞17往复运动地安装在其中。通过一活塞杆18，将活塞17与滑块19相连。滑块19在机体11内的气缸12下部的筒体内上下往复运动，又通过一连杆21连接到轴承22，轴承环绕并驱动一曲柄臂，曲柄臂包括发动机的单曲轴23的一部分。曲轴23支持在主轴承20上，（如图2所示）。关于活塞17、活塞杆18、滑块19、连杆21及其与轴承22的连接等的更详细的描述。可参考未决定的美国专利申请第605，782号，其标题是“往复运动机械的轻型活塞一一连杆总成”，发明家是约翰·科里和迈克尔·沃尔什，和本专利申请同时提出，并和本发明一样，也移转给了相同的受让人。

活塞17分隔气缸12为一个高温膨胀区（一般在活塞顶部24处）和一个低温压缩区25（在活塞下部）。膨胀区24连通膨胀区歧管15已简述如上。经过冷工作流质通道26，低温压缩区25连通一个相邻气缸上的环形的冷却单元14和蓄热单元13，这环形的冷却单元和蓄热单元是以双作用热气机的已知方式环绕在气缸上。位于每个气缸上的相应的膨胀歧管15和相邻的蓄热器歧管16，是由许多环形排列的热工作流质通道把它们相互连通的，这些通道（如附图所示），形成了一个许多环形排列的加热管27。加热管27被弯成大体上是倒U形，其U形臂的一端27A连接到膨胀区歧管15，管的另外一端27B连接在蓄热器歧管16上。每根加热管27（如图所示），都有很多的翅片牢固地环绕在管子周围，因而有更大的热交换能力。见图3，把每个气缸12上面的相对应的膨胀歧管15和与其联结的蓄热器歧管16相互连通的倒U形加热管27的数目，和把所有气缸的相对应互相连通的加热管27的数目相同，其目的是通过加热管27，在所有气缸的高温膨胀区24和蓄热器之间，提供一个热工作流质的平衡流。

如图1到图3所示的多缸热气机，在运行中起一个双作用发动机的作用，在那里热量是从燃烧室连续地供应给发动机。燃烧室包括有一个喷油嘴28，它位于环形排列的加热管27的中心。工作流质一般是一种气体，如氢或氦。工作流质连续地循环在四个完全密封的各个系统内，它们是由：膨胀长24、膨胀歧管15内部、加热管27的内部、蓄热器歧管16的内部、以及通过蓄热器13、冷却器14和冷却通道26跨到下一个相邻气缸对应的低温压缩区25等组成。当活塞在气缸内完成一个上下循环，活塞从气缸的最低位置到最高位置又回到最低位置，在这期间，工作气体在每个密封系统内将要顺序地经过压缩阶段，冷却阶段、蓄热阶段、加热阶段和膨胀阶段，又回到加热、蓄热、冷却和压缩等阶段，从而完成四循环发动机的一个循环。有关这种四循环热气机的更完整的说明，可参阅1983年5月出版的机械工程杂志第26页到27页的论文。

因为发动机的运行效率直接决定于平均膨胀温度（这温度受加热管27的材料特性所限制）与平均压缩温度之比。最理想的是，在所有加热管27内，出现工作流质的均匀的平衡流。这就要使那些被园形燃烧室同等地加热的加热管，又被在其中均匀流动的工作流质的平衡流所均匀地冷却。在这种情况下，这些加热管27保持基本上相同的温度，此温度要保持在接近于材料的最高容许温度，为的是能得到最高的平均膨胀温度。为此目的，这蓄热器使歧管腔15的内同心环和膨胀歧管腔16的外同心环被划分为等拱形长度的区断，这些区段的数目与发动机气缸的数目相等，其典型的数目是4个。这些等拱形区段的每一个都分配给一个相应的气缸，并被它的歧管腔和与某联结的加热管27所占据。根据这种安排，每个气缸有与其相连的、等数目和等间距的加热管，它们占有加热器装置园周的相等份额，这样工作流质在每一循环里（与每个相应气缸相关联）是同等地暴露在燃烧室的热气里。从而每一循环能得到相等的热量。这和等气缸、等尺寸活塞在每一循环中，导致工作流质的等流量是一致的。这就保证了没有一个循环会与其它循环有实际上不同的平均加热器温度。可是，要保证在每一循环里，所有与其关联的加热管中的温度实际上是相同的，歧管腔就必须安排得能确保来自每个相应循环的等流量是均匀地被分配到关联的加热管中去，从而保证每根管子的温度在每个区段内也是基本上相等的。为此目的，歧管腔15和16的安排，要使它们相应的拱形歧管腔的园弧中心位于V形机体上的相应气缸12的中心轴线的延长线与内、外同心环的歧管腔15和16平面的交点上，或尽可能在其附近。根据设计，这些点规定了平行四边形的四角，也就是气缸的中心轴线的延长线与歧管腔15和16的同心环平面的交点，根据这样的平行四边形几何图形的特定布局，上述歧管园弧的定心，要使气缸与歧管中间的通道容积的增量为最小，即通道为最短，并使这样的容积增量，如所要求的那样，对所有循环都基本上是相等的，这种安排是用下述方法得到的。

给定一个4缸等V形发动机机体（这就是机体有两排气缸，每排都有平行的，等长的轴线），下面的示意图显示了气缸和曲轴线（如图4A所示）。在图4A中，X-X-X线代表曲轴轴线，X都是主轴承。图中标着1，2，3和4的点代表气缸顶。从曲轴轴线X-X-X到每个点1，2，3和4的线，代表各气缸轴线的长度。注意这L₂是从中央轴承到1号或3号气缸轴线的距离，这距离是从平行于曲轴轴线量度的，而L₁就是从中央轴承到2号或4号气缸的距离。每个气缸顶从曲轴轴线X-X-X的横向偏移是气缸轴线在此视图平面上的投影。这偏移量是W。距离R₂和R₁是在此平面上从曲轴上的中央轴承（它是气缸安排的总心），到1号或3号气缸顶的距离，和相应地到2号或4号气缸顶的距离。角度α是在平面视图上量度的R₁和R₂之间的夹角。

为了使用一单个环形缸头加热器，和使园形燃烧室在其中定心，以及为使环形缸头加热器能在发动机所有气缸上定心，设计了两个同心的内，外歧管环15和16（见图1到图3）的半径R₁和R₂，该半径相相应地规定了其园周要经过交点＃1、＃2、＃3和＃4（如图4B所示）。在图4B里，连接相应的气缸顶＃2、＃4和＃1、＃3的园周直径相应为D₁与D₂，并对应于歧管16和15的内和外同心环的直径。

直径D₁和D₂所对的角相应为α和β，其中：β＝180°-α。从图4B可以看出，歧管园周必须分为四个扇形，每个扇形服务于一个气缸，为了保证其中的每个气缸都能有一平衡的热流，每一扇形都占有整个歧管园周的四分之一（1/4）。还有，这些扇形的安排要尽可能定心在相应的气缸顶，使从气缸顶延伸到扇形端部的歧管园弧的长度能相等并减至最小（如图4C（a）和（b）所示）。

如上面所规定的，为了给相应的歧管腔15和16提供均匀的平衡的弧长，则如图4B和图3所示的歧管腔15和16所对的扇形，应是α角和β角的等分线所规定的扇形，如图4D所示。每个扇形X-Y-或Y-X的弧基本上都是90°，并相应地包含了α/2和β/2弧长的两边。弧长是从相应的气缸顶到扇形的端部量度的，在这里，这些气缸顶基本上都在中心位置。要注意的是，分割模式X-X，Y-Y从α，β等分线向两个方向的任何一方转动，都可用减少较长的歧管弧长的方法，来改善扇形中的两个，相应以增加相对的歧管组中较长的歧管的弧长为代价。例如，图4D顺时针方向的转动，可用使从气缸顶到关联的歧管弧端的弧长相等的办法来改善＃2和＃4气缸的歧管，但若保持90°扇形分割，则其它两个包含＃2和＃3气缸的扇形，在顺时针方向转动时会有更不平衡的弧长，这弧长是从气缸顶到相关联的歧管弧端量度的。所以体会到，得到歧管弧在所有四个90°扇形里，基本上等长的最好方法，应是使α/2等于β/2，所以α与β都等于90°。再参考图4A，将会看到为了使α等于90°则：

（L₁+L₂）²＝R² ₁+R² ₂（1）

R² ₁＝W²+L² ₁（2）

R² ₂＝W²+L² ₂（3）

上面三个方程有五个未知数，对于一个已知的发动机来说很容易解出。对于一个已知的气缸高度H和两排气缸的夹角θ，尺寸W是已定的，这就确定了R₁与R₂和L₁与L₂。如图4A所示，L₃也可以从下列关系式中得出

（L₁+L₃）²+W²＝R² ₂（4）

在处于最小装配空间的给定的发动机中，各个气缸对直径尺寸和曲轴轴承体积的要求，决定了H、θ、L₃的尺寸。

注意在解出这些方程式时，不要把气缸顶部排列成正方形而要排列成平行四边形，这些点是气缸中心轴线的延长线与内、外同心歧管环15和16平面的交点。所以体会到，利用上述方法，这项发明是可以实现的。办法是，特别地调整气缸顶与歧管腔拱形长度之间的连接点位置，使之处于有利的情况，这有利的情况就是所有扇形都由两个基本等长的歧管园弧组成，这两个园弧合在一起有90°弧长或越接近越好。其结果就是获得一个环形的气缸顶部的缸头加热器总成，它和非正方形的气缸顶排列相联结，适应于单根曲轴、等角V形缸体的发动机，但这环形缸头加热器仍然能容易地形成一个均匀地等分的园形缸头加热器，从而保证工作流质的平衡流，并得到均匀温度和最高效率。图4E示意地图示了这种安排，在图4F中则更生动一些。

若发动机的其它设计要求，妨碍结构如上所述的多缸热气机的缸头加热器总成的样式，仍有可能通过加热管27，获得工作流质的实质上的平衡流，只要上面描述过的，等弧长歧管安排的偏离量不过度。这可以用拱形歧管断面的正确造型来确保在蓄热器区和膨胀区中间的所有液流通道上（所有这些都通过歧管和加热管），有一个基本相同的压差（△P）。这可以用把拱形长度的端部逐渐变细，或把拱形长度端部的断面面积收缩，来达到所要求的效果。

再回过来参阅附图的图1和图3，发动机的缸头加热总成31，还包含一个园形绝热盖32，它围绕着环形排列的加热管27。在绝热盖32的罩裙和环形排列的加热管之间，有予热器总成33，对它的结构和运行已更全面的叙述在未决的美国专利申请第605，785号中，其标题是“陶瓷热交换器”，发明者是约翰科里，它和本发明同时提出，并移转给了相同的受让人。这个申请所公开的内容可全部用于本申请中。

对环形予热器总成33的详细描述可参阅上述的未决申请第605，785号。简短地说，冷的进气通过进气管34吸入，并朝着箭头35所示的方向流过予热器总成33，进气予热的热量，是从燃烧的废气逆流通过予热器总成的逆流热交换器时所吸取的。被予热的空气35经过一组扰流器叶片36，它使予热空气形成旋转涡流状态，经过喷油嘴28周围的空间而进入燃烧室空间37。这个燃烧过程中产生的热燃烧气体，涡旋过中央的燃烧室37，并按箭头38穿过加热管27管子间而出去，在那里第一次把流过加热管27的工作流质加热。然后，燃烧气体经过予热器总成33的逆流热交换器和排气管39而排出。

现在参阅附图的图2，图中清楚地显示了发动机的单根曲轴23，曲轴由主轴承20支持着，并在V形机体中转动。和通常实际使用中的一样，为了减少由于往复运动的活塞机构产生的振动，为曲轴23提供了合适的平衡重。这样与未平衡过的曲轴相比有了基本上改进，但还一直遗留着比较大的残余不平衡力和力矩，它围绕气缸轴线转动，其方向与曲轴转动方向相反，在运行时就产生了实际上的振动。

为了进一步减少这种产生振动的力，在这项发明的等V、双作用，多缸热气发动机中，提供一种平衡方法，它包含两个平衡重，配置于离开残余不平衡力的作用中心朝向曲轴的相对的两端，这些平衡重与曲轴同速转动但是方向相反。这些相对旋转的平衡重是靠曲轴驱动，但位置要选择在曲轴转动轴线相对方向上的一段距离上，从而建立起一个单独的虚平衡轴，它在理论上与曲轴轴线（也就是不平衡轴）相交在已分解的不平衡力和力矩的作用中心上。

为了建立这个单独的虚平衡轴，如图2中的轴47，一合适的偏心重46由曲轴的一端通过齿轮41和43来驱动。齿轮41固定在曲轴23上，并与齿轮43相啮合，在齿轮43上固定着偏心重46。偏心重46可以是一个独立的另件，也可以装一个适当偏心加重的辅助装置的工作机件，如油泵。同样，一个相似的偏心重48，它由曲轴另一端通过齿轮49和51来驱动。齿轮51固定在曲轴23上，并与齿轮49相啮合，在齿轮49上面固定着偏心重48。偏心重48也同样可以是辅助装置的工作机件，如水泵。按上面所述的安排，偏心重46和48是与曲轴同速转动但与曲轴转动方向相反。而且，偏心重46是位于曲轴23转动轴线的一侧，并选定一个横向距离，偏心重48是装在曲轴23转动轴线的相对的一侧，并有一相似的横向距离。

同样，为了把多缸往复运动机上的残余力矩减至最小，偏心重46要置于离开不平衡力的作用中心（例如，这作用点可以是曲轴的中心），背向曲轴一端的一个距离D的地方，偏心重48也要置于离开那作用中心，朝向曲轴相对的一端的一个类似的距离D的地方，有下列关系式;

D= (M_R ^-)/(F_B ^-) cosα（5）

在公式中：

M_R-等于往复运动不平衡力矩的反转动分力

F_B-等于反转动平衡力，它平衡往复运动不平衡力的反转动分力;

α等于F_R和FM_R-之间的夹角;

FM_R-等于力矩M_R-的分力与距离D形成的力矩，-D沿曲轴量度，

按上面所述的安排，这里建立起一单独的平衡轴线，它在理论上与曲轴轴线相交于已分解的不平衡力的作用中心处，不需要增加任何平衡轴，就平衡了这些不平衡力，并把残余力矩减至最小。这就是建立了一根从偏心重46的转动中心，到偏心重48的转动中心之间的虚平衡轴线。如这理想化了的描述所示，虚平衡轴线47与曲轴线相交。在某些情况下这虚平衡轴线实际上并不与曲轴轴线相交，但偏心重46和48的安排以及从曲轴23的横向位移量，使之和真实相交点实际上非常接近。与实际相交点的偏差将会得到少于理论的振动降低量的结果，但是仍能得到实质上的改进。这样就可以按这种安排来设计，使虚平衡轴线与曲轴轴线相交或尽可能的接近。

关于这种平衡布局的结构和运用的更完整的描述，可参阅未决的美国专利申请第605，854，”平衡多缸往复运动活塞机的意义和方法“其发明人是约翰科里和迈克尔·沃尔什，它和本发明同时提出申请，并移转给了机械技术公司，即本发明的同一受让人，这项技术所公开的内容，可全部用于本申请中。

如上所述，关于更完整地描述这平衡布局的结构与运用的样式，可参阅未决的美国专利申请第605，854号。概括地说，虚平衡轴线47可以用辅助的齿轮机构来建立，齿轮机构由曲轴23来驱动，而这曲轴的残余不平衡力需要进一步被平衡，以及需要把它的残余力矩减少到最小，而不要求使用一个或更多额外的独立的平衡轴，如在往复活塞机中常用的那一种技术方法。

大多数往复机和那些构成一次动力源发动机的机器，（如本发明的主题热气机）要求有辅助装置如水泵、油泵和其它类似的设备。在所示的发动机中，辅助齿轮43除载有偏心重46外，还可以用来驱动辅助装置的工作件，如油泵45。在曲轴对面的一端的齿轮49，被固定在曲轴23上的齿轮51所驱动，其上固定有偏心重48，能用来驱动另外的辅助装置如水泵叶轮52。另一方面，根据前述参阅的美国专利申请第604，854号的内容，这些偏心重可以被相应的辅助装置45与52所带动。同样，若方便或合乎需要，工作件本身也可形成偏心重46和48。这样，用前面叙述的安排可建立一虚平衡轴线47，从而能使所有初始不平衡的往复力从转动中的曲轴23上消除掉，残余的力矩可以减少到最小而不用增加任何附加的另件。（除了那些正常用于完整的热气机运行系统的以外）。

如图1所示，因为多缸等V缸体、单曲轴的热气发动机包括了上述特点，因此这种尺寸小，结构紧凑的、相对来说较轻的和有效率的发动机能由最少量的不同另件构成，从而减少了机器制造时所需要的另件总量。还可大大减少总装中的装配难度（或误差），在发动机的设计需要大量的不同大小的另件和部件时尤其如此。这些特点通过有等角度的V形机体，单根曲轴，两排等长度、等尺寸的气缸，以及有环形冷却器/蓄热器单元环绕着每个气缸和在里面有很多内部通连的工作流质通道，从而它们整体地形成在V形机体中等条件而加强了。作为包括所有这些特点于一台热气发动机中，它具有一单个的园的环形缸头加热器总成，它能在每个气缸的膨胀区和蓄热区之间提供最佳的工作流质的平衡流，其结果是达到改进了发动机的结构和运行，以及降低了成本，减少了结构复杂性和便于维修的目的。

本发明描述了一台多缸热气机的具体实施例，该热气机带有统一的V形机体，机体上有园形燃烧室，通过缸头加热器歧管和本发明的结构来平衡热气流。从中可以确信：本领域的技术人员按上述技术，尚可做些其它的修改和变动，所以要明白，在已描述的发明的个别具体装置上可能会有变动，但它们仍然是在所附权项限定的本发明之全面的、准备保护的范围之中。

Claims

1、一种多缸热气发动机它包括：

(a)等V形机体，它具有两排气缸，每排气缸都有平行的、等长的中心轴线，包含这些中心线的两个平面沿着(或接近沿着)单个曲轴的轴线相交，其中曲轴安置在机体上，并能转动。

(b)每个气缸内的活塞连着曲轴，在该气缸内往复运动，每个气缸有一膨胀区在活塞上部，有一压缩区在活塞下部；

(c)一环形蓄热装置环绕着每个气缸

(d)环形缸头加热器。它包括许多工作流质通道，这些通道位于气缸上面，来向所有的气缸膨胀区供应加热的工作流质。

(e)燃烧室装置。置于上述环形缸头加热器中央，来加热在上述的许多工作流质通道内的工作流质；

(f)许多拱形的、平衡流歧管装置。其中每缸一个，每个歧管装置有第一拱形部分，它连通流质到缸体的膨胀区，并连通若干工作流质通道的一端；有第二拱形部分，它连通同一气缸的环形蓄热装置，并连通上述的若干工作流质通道的另一端。连通在每一个拱形歧管内的工作流质通道，其数目对每个气缸是相同的。

2、按照权项1所述的多缸热气发动机组，其中;在那里每一歧管装置的相应拱形部分，沿着细长的拱形轴线适当地使拱形部份成一定比例并具有某种形状，因此，在内连于每个气缸的膨胀区和蓄热区之间的所有工作流质通道的全长上，均能保持基本相等的工作流质的压差，并且，在环形缸头加热器内，穿过所有这种液体通道的工作流质的压差基本上相等。

3、按照权项2所述的多缸热气发动机组，其中还包括环形冷却装置，该装置环绕于每个气缸，并紧接于环形蓄热装置之下。

4、按照权项3所述的多缸热气发动机组，其中，每一个V形机体里的气缸配置都是四的倍数，而一个气缸的冷却器通过工作流质通道内连到下一个相邻气缸的压缩区。

5、按照权项3所述的多缸热气发动机组，其中，还包括有一个环形予热器，它沿园周环绕着环形缸头加热器和燃烧室，以便向燃烧室供应预热过的燃气、排出穿过上述许多工作流质通道的热燃气、并吸收热燃气中的余热来预热供应给燃烧室的吸入的燃气。

6、按照权项5所述的多缸热气发动机组，其中，许多拱形的、平衡流的歧管装置的第一拱形部分，构成了歧管的外同心环，它连通相应气缸的膨胀区。第二拱形部分形成歧管的内同心环，它连通相应的气缸的环形蓄热器，以及内外歧管环的平面与气缸轴线的延长线相交点规定了平行四边形的四点。

7、按照权项6所述的多缸热气发动机组，其中，每一V形机体里气缸的配置都是四的倍数，而一个气缸的冷却器通过工作流质通道内连到下一个相邻气缸的压缩区。

8、在一个双作用，多缸热气发动机中，其改进包括：一个V形的机体，它由两排气缸组成，每排气缸都有平行的、等长度的轴线，供连杆连到活塞在其中往复地运动，包含两排气缸轴线的两个平面，沿着或接近沿着单曲轴的轴线相交，环形蓄热装置环绕着每个气缸并确定蓄热器区域。一个单个环形缸头加热器，它包括：许多环形排列的工作流质通道;被上述的环形缸头加热器支持于其中的一个燃烧室，它用于产生热的燃烧气体流，这热气流从工作流质通道外面流过而加热其中的工作流质;平衡流歧管装置用来内连上述缸头加热器里的工作流质通道，这些通道是在相应的气缸的膨胀区和蓄热器区之间，该歧管装置包括拱形歧管腔的两个同心内环与外环，每个环有若干拱形歧管腔，其数目与气缸的数目相同。一个同心环里的相应的歧管腔，连通着每个气缸的相应膨胀区，而另一同心环里的相应歧管腔，连通着每个气缸相应的蓄热区;许多环形排列的工作流质通道它们被安排成园形围绕着燃烧室，使每个工作流质通道的一端通过相应的歧管腔连通到一个气缸的膨胀区，其另一端通过相应的歧管腔连通到同一气缸的蓄热区;连接到每个气缸相应的膨胀区与蓄热区的若干工作流质通道的数目，与相应地连接到多缸发动机的其它气缸的工作流质通道的数目相同。

9、按照权项8所述的多缸热气发动机组，其中，每个歧管装置的相应拱形部分，沿着细长的拱形轴线适当地使拱形部份成比例和具有某种形状，因此，在工作流质通道的全长上，（这些通道内连于每个气缸的膨胀区和蓄热器区之间，）能保持基本相等的工作流质的压差，并且，在环形缸头加热器中内的所有流质通道内的工作流质的压差也是基本上相等的。

10、按照权项9所述的多缸热气发动机组，其中还包括有环形冷却装置，该装置围绕每个气缸并紧接于环形蓄热装置之下。

11、按照权项10所述的多缸热气发动机组，其中每个V形机体里的气缸配置都是四的倍数，而一个气缸的冷却器通过工作流质通道，内连到下一个相邻气缸的压缩区。

12、按照权项10所述的多缸热气发动机组，其中，还包括一个环形予热器，它沿园周环绕着环形缸头加热器和燃烧室，以便向燃烧室供应预热过的燃气、排出穿过上述工作流质通道的热燃气，并吸收热燃气中的余热以预热供应给燃烧室的进气。

13、按照权项12所述的多缸热气发动机组，其中，许多拱形的、平衡流的歧管装置的第一拱形部分，构成了歧管外同心环，它连通相应的气缸的膨胀区，第二拱形部分构成了歧管的内同心环，它连通相应的气缸的环形蓄热器。

14、按照权项13所述的多缸热气发动机组，其中，每个V形机体里的气缸配置都是四的倍数，而一个气缸的冷却器通过工作流质通道内连到下一个相邻气缸的压缩区。

15、一种多缸热气发动机，包括：

许多气缸。这些气缸沿轴线布置成两排，它们具有等同的平行轴线，它们的平面从单根曲轴延伸而形成V形机体，每个气缸包括有一活塞，活塞与该曲轴相连在正确的相位关系上，并把该气缸分成一个高温区和低温区，而低温区靠近该单根曲轴;

许多环形畜热器-冷却器。每个畜热器-冷却器把两个气缸连通，而每个又是环绕在单个气缸上;

许多工作流质通道，这些通道将一个气缸的上述低温区连通到一个相邻气缸畜热-冷却器的冷却器中;

许多拱形的膨胀区岐管，每个都被定位于相应气缸的轴向中心线上或尽可能接近中心线，并连通该气缸的高温区;

许多许多拱形的畜热器岐管，每个都被定位于一个气缸的中心线上或尽可能接近中心线，并连通该气缸的畜热器;

缸头加热器包括有许多工作流质通道，它们布置成基本上均匀的园形排列而位于气缸上面，并靠近高温区，从而划定V形机体的顶部为燃烧区;

上述流质通道，该通道把每个气缸的上述膨胀区岐管同一气缸的畜热器岐管相连;

一燃烧室，该燃烧室装在上述燃烧区，用于均匀地加热在上述缸头加热器的所有工作流质通道内的工作流质。

16、按照权项15所述的多缸热气发动机，其中，每一岐管装置的相应拱形部分，沿着细长的拱形轴线适当地使拱形部份成比例和具有某种形状，因此，在所有工作流质通道上，（这些通道内连于每个气缸的膨胀区和畜热器区之间），能保持基本相等的工作流质的压差，并且在环形缸头加热器的所有流质通道内的工作流质的压差也是基本相等的。

17、按照权项16所述的多缸热气发动机，其中，拱形膨胀区岐管在上述缸头加热器中间布置成第一园形;而拱形畜热器岐管在上述缸头加热器中形成了第二个园形，并相对与该第一园形同心布置。

18、按照权项17所述的多缸热气发动机，其中，第一拱形膨胀岐管的园形，是同心的第一和第二个园形中外面的一个，在此，气缸的中心轴线的延伸线与同心排列的拱形岐管平面的交点，确定了一个平行四边形的各点。而平行四边形中对角线上相对的两点，实际上定心在两个相对地安置的岐管上，它们位于拱形膨胀岐管的外面第一园形排列中;而另一条对角线上的相对的两点，实际上定心在两个相对地安置的岐管上，它们位于拱形畜热岐管的里面第二园形排列中。

19、按照权项15所述的多缸热气发动机，还包括有：一环形予热器，它沿园周环绕着环形缸头加热器和燃烧室，以便向燃烧室供应热过的燃气、排出穿过上述许多工作流质通道的热燃气，并吸收热燃气中的余热来预热供应给燃烧室的吸入的燃气。

20、按照权项18所述的多缸热气发动机，其中，还包括有一环形予热器，它沿园周环绕着环形缸头加热器和燃烧室，以便向燃烧室供应予热过的燃气，排出穿过上述许多工作流质通道的热燃气，并吸收热燃气中的余热来予热供给燃烧室的吸入的燃气。

21、按照权项15所述的多缸热气发动机，其中，还包括一虚平衡轴装置，它被做成与曲轴相交于作用在曲轴上的、任何不平衡力的作用中心上、或在其附近，并在把任何残余的转动力矩减少到最小的同时，成比例地消除任何不平衡力。上述的平衡装置包括有尺寸适当的，校正不平衡的偏心重，它们被非同心地安装，以便在该曲轴转动轴线的实质上正好相反的两侧转动，并被结合在那里向着与曲轴转动方向相反的方向转动，上述偏心的重物还被置于从作用中心向着曲轴相对的两端之选定的距离上。

22、按照权项21所述的多缸热气发动机，其中，用重块偏心地安装和固定在曲轴上，并随曲轴转动的一种已知的方法，已初步地局部平衡曲轴。

23、按照权项21所述的多缸热气发动机，其中，相对旋转的校正残余不平衡的偏心重，沿着虚平衡轴线安装，它离作用于曲轴的不平衡力的作用中心有一予先选定的距离，以便把任何残余的转动力矩减到最小。

24、按照权项22所述的多缸热气发动机，其中，校正不平衡的偏心重与曲轴同速转动，但与曲轴的转动方向相反，并沿着虚平衡轴线安装，它离开作用于曲轴的不平衡力的作用中心有一个予先选定的距离，以便把任何残留的转动力矩降到最小。

25、按照权项24所述的多缸热气发动机，其中，校正不平衡的偏心重是用独立的驱动和从动齿轮组联接在曲轴上，同时校正不平衡的偏心重是由从动齿轮带动。

26、按照权项25所述的多缸热气发动机，其中，载有校正不平衡的偏心重的从动齿轮，也用来驱动在活塞和曲轴往复机运行中需要的辅助设备，虚平衡轴线结构形成于其上。

27、按照权项23所述的多缸热气发动机，其中，这一校正不平衡的偏心重，可被发动机辅助装置的工作件所带动。

28、按照权项23所述的多缸热气发动机，这一校正不平衡的偏心重可由发动机已经有的辅助装置的工作件来提供。

29、按照权项20所述的多缸热气发动机，其中，还包括一虚平衡轴装置，它被做成与曲轴相交于作用在曲轴上的任何不平衡力的作用中心上或在其附近，并在把任何残余的转动力矩减少到最小的同时，成比例地消除任何不平衡力，上述的虚平衡轴装置包括有尺寸适当的校正不平衡的偏心重，它们被非同心地安装，以便在曲轴转动轴线的实质上正好相反的两侧转动，并被安装在那里，从而和上述的曲轴同速转动但方向相反，由此而建立一个虚平衡轴线，它穿过偏心重的转动中心和作用于曲轴的不平衡力的作用中心，或尽可能地接近该中心。

30、按照权项29所述的多缸热气发动机，其中，用重物偏心地安装和固定在曲轴上，并随曲轴转动的已知方法，初步地局部平衡曲轴。

31、按照权项30所述的多缸热气发动机，其中，校正不平衡的偏心重与曲轴同速转动，但方向相反，并沿着虚平衡轴线安置，它离开作用于曲轴的不平衡力的作用中心有一个预先选定的距离，以便把任何残留的转动力矩降低到最小。

32、按照权项31所述的多缸热气发动机，其中，校正不平衡的偏心重是用独立的驱动装置与从动齿轮组连接在曲轴上，同时，校正不平衡的偏心重是由从动齿轮带动。

33、按照权项32所述的多缸热气发动机，其中，载有校正不平衡偏心重的从动齿轮也用来驱动在活塞和曲轴往复机运行中需要的辅助装置，虚平衡轴线装置形成于其上。