[0001] 本
发明涉及一种热机，其可通过外部热源和外部吸热设备工作，同时，本发明还涉及一种使用这种热机的方法。特别是，尽管不完全是，本发明涉及到斯特林(Stirling)
发动机(如本文所述)，本发明各个方面还可以适用于其他往复运动置换式热机。
[0002] 下面，将主要参照循环工作热机来介绍本发明，所述循环方式类似于
斯特林循环，而且，这种发动机称之为“斯特林(Stirling)发动机”，但应该指出的是本发明并不限于这类发动机。此外，当介绍
斯特林发动机时，人们也都清楚，实际上，斯特林发动机并不是严格按照斯特林循环方式工作。
[0003] 斯特林发动机是一种采用外部热源的热机。通常，斯特林发动机为
外燃机形式，但是，也可使用其他热源，诸如另一种工艺产生的废热，或同位素热源、
太阳能等。斯特林发动机的工作原理是工质循环压缩和膨胀，这样，从
热能到机械功就有一个净转换。在热态置换机
气缸组合体中，从热源(通常是燃烧过程)到工质的热量传输是通过该组合体的壁，同样，在冷态置换机
气缸组合体中，从工质到吸热设备的热量传输也是通过该组合体的壁。
[0004] 通常，置换器都是传统的圆形
活塞形式，在气缸构成的孔口内工作，尽管置换器也可呈其他形式，诸如隔板(diaphragm)形式。为了方便起见，在本发明
说明书中，所参照的发动机都带有置换器，其形式为在气缸内滑动的活塞形式，但人们都明白，“活塞”一词应该广泛理解，所以，其包括了其他种类的置换器。发动机包括可使置换器往复运动的机构，而且，一般来讲，该机构带有旋转
输出轴，通过该输出轴，可从发动机提取机械能。
[0005] 在斯特林发动机中，工质通常是一种气体，该气体可在较冷的活塞气缸组合体压缩，在较热的活塞气缸组合体中膨胀，所述压缩和膨胀通过活塞在气缸内的运动而发生。活塞连接到有关的
曲轴上，以实现其所需的往复运动，尽管采用了非常传统的曲轴，但这些曲轴都有
缺陷。曲轴需要置于较大的容积内，以便进行一定的工质运动，结果，当曲
轴箱受压时，就会出现结构问题。另外，活塞与曲轴一起运动并不是理想方案，但采用可连接旋转和往复部件的其他类型机构，诸如偏心机构，可提高性能，所述偏心机构能够产生活塞的纯正弦运动(true sinusoidal motion)。本发明具体
实施例采用了这种机构。
[0006] 众所周知，使用
回热器在冷态和热态活塞气缸组合体之间进行工质传输可提供斯特林发动机的效能。回热器是一种暂时的热贮存装置，布置在发动机内，位于活塞气缸组合体的热腔和冷腔之间的工质流路中。回热器在整个系统内存放热量，否则，在最大和最小循环
温度之间的温度时，这些热量会流失到环境中。这样，热效能就会接近这些最大和最小循环温度所确定的限定值。
[0007] 由于回热器增加效能，对于与热态和冷态活塞气缸组合体相关的某一组
热交换器来讲，发动机可以输出较高的机械功率。相反，当斯特林发动机使用回热器时，则存在损失，而且，这些损失是巨大的。回热器增加了活塞气缸组合体的未扫容积，所以存在流过回热器的工质的
泵唧损失。如果仔细设计，总的来说，回热器也会增加系统的整体效能。
[0008] 虽然斯特林发动机已经面世近200年了，但这种发动机的商业用途依旧非常有限，而且，常常被看作是新奇之事。与斯特林发动机相关的问题有：除非采用高
增压工质，否则缺乏功率
密度；工质压
力越高而且当采用滑动密封时，特别是，如果
曲轴箱(crank space)非增压时，密封问题会尤为突出；结构重量；曲轴箱(crank space)如果增压时其内容积变化；结构和曲轴箱(crankcase)
流体的热分流，即从热态活塞气缸组件到冷态活塞气缸组件；缺少可控制性，特别是缺少对功率需求变化的快速反应；发动机不能在更为广泛的转速范围内使用；以及缺少自动启
动能力和可逆性。此外，斯特林发动机需要向环境中排放的热量要高于同类型
内燃机，这就导致了资本投入高，重量重，以及工程复杂等。
[0009] 经过对斯特林发动机的研究表明，已知的设计类型具体涉及到三个问题。其中最重要的问题是，工质经由发动机密封装置，特别是经由工作区(即，距离
曲柄机构较远的活塞一侧气缸内的空间)而
泄漏到曲轴箱。人们知道，对曲轴箱进行增压，试图降低该泄漏，但是，但在曲轴箱内，会因为活塞往复运动而造成泵送损失。斯特林发动机泄漏问题不同于内燃机的泄漏，因为在内燃机每个工作循环上由于每次动力循环时都会吸入新鲜工质，发动机内的条件都会有效地重新设定，在一个循环内出现的任何泄漏都只会限定在该次循环上。由于泄漏并不会带到下一个循环，所以对下一个工作循环的起始条件就不会造成不利影响。相反，当外热机固定吸入工质时，任何对正常工作的有害影响，诸如工质泄漏，在正常工作时是无法补充的，所以，这种影响是积累起来的。结果，发动机性能迅速下降。在发动机整个工作寿命内，逐渐磨损极大地加剧了与泄漏相关的问题。
[0010] 本发明为解决上述外燃热机目前存在的问题，是在对已知形式的斯特林发动机研发
基础上形成的。作为起始点，已经开发了
申请人早些时候申请的WO96/23991(授予号为EP-087219-B)介绍的这种机构，从而能够作为斯特林(crank space)发动机使用，而且，在该研发过程中，该机构的另一些方面和改进都已经实现了，从如下发明概念和具体实施例的描述中，这些特性将清楚地显现出来。
[0011] 根据本发明的一个方面，提供了一种使用外部热源和外部吸热设备的热机，并具有：
[0012] -第一对置换器，位于公共第一
支架上并在第一气缸内形成的对置第一孔内工作；
[0013] -第一机壳，包含(enclosing)第一对置换器之间的容积；
[0014] -第二对置换器，位于公共第二支架上并在第二气缸内形成的对置第二孔内工作；
[0015] -第二机壳，包含(enclosing)第二对置换器之间的容积；
[0016] -一个机构，将第一和第二支架相互连接并布置成可保持第一和第二对置换器之间
相位角；以及
[0017] -工质室，由远离支架的置换器两侧气缸内的空间形成，其中，设有可监测和比较所述机壳和所述工作室内的压力的装置，而且，还设有根据比较结果来调整机壳和工质压力其中一个或两者的装置。
[0018] 根据本发明的第二个—但却是密切相关—的方面，设有使用外部热源和外部吸热设备操作热机的方法，所述热机包括：
[0019] -第一对置换器，位于公共第一支架上并在第一气缸内形成的对置第一孔内工作；
[0020] -第一机壳，包含(enclosing)第一对置换器之间的容积；
[0021] -第二对置换器，位于公共第二支架上并在第二气缸内形成的对置第二孔内工作；
[0022] -第二机壳，包含(enclosing)第二对置换器之间的容积；
[0023] -一个机构，将第一和第二支架相互连接并布置成可保持第一和第二对置换器之间的相位角；以及
[0024] -工质室，由远离支架的置换器侧面气缸内的空间形成；
[0025] -按照该方法，来自外部热源的热量提供给位于第一对置换器附近的工质室内的工质，来自第二对置换器附近的工质室内的工质的热量被排放到外部吸热设备，监测和比较所述机壳和所述工质室内的压力，并根据比较结果，调整机壳和工质室其中一个或二者的压力。
[0026] 如上所述，流
过热机置换器的工质的泄漏会大大降低效能。在某种程度上，由于泄漏引起受热工质损失，进而导致热量损失，为此，必须
对流失的工质进行补充。这必须在发动机工作压力下来进行，所以，需要耗费功来将工质推入发动机工质室。
[0027] 采用相互连接机构的机壳部分的实质封闭和增压(closed and pressurised)，控制该机壳的压力，使之与远离机壳的置换器一侧工质室内所测压力有关(优选稍低于所测压力)，流过置换器的泄漏会大大降低。优选地，机壳内的压力保持在不大于---优选稍小于---工质室内压力的值上，尽管实际上工质室内的压力会循环变化，机壳内的压力不会精确地追随工质室内的压力。为此，机壳压力应该保持稍小于工质室内的最低压力。
[0028] 通过将机壳压力保持在最低工质压力之下，泄漏现象就只会出现在从工作室进入机壳内，这样，就可减轻将油从机壳室推向工作室。通过将机壳压力保持在稍低于工质的最低压力之下，工质的泄漏就可降到最低。由此可见，在本发明中，如果机壳压力由于流过置换器
密封件的泄漏而升高时，而且，由于机壳内温度升高时，流体会被排出机壳，从而保持机壳压力在所要求的值上。另外，如果工质压力由于置换器泄漏而下降时，流体会被推入工质室。引起工质的这些流动是在热机工作时的工作室最低瞬间压力时发生。
[0029] 与工作室内的绝对压力相比，置换器两侧的相对压力可以比较小，这样，将工质从机壳空间推至工作室时，只需要很小的泵送工作。可设置低压和高压工质用的较小的贮存箱。优选地，布置滤清器，在工质返回到工作室之前，可将来自机壳的工质中的油去除。
[0030] 通过设置自动工作
阀门装置，可纯粹机械地实现压力监测和调整。这样，可以实现对工质压力和机壳压力的稳定控制。或者，可使用计算机化的系统，
电子式或机电式地获得所述压力监控和调整。
[0031] 按照惯例，通过在
活塞头部周围沟槽内安装环来将活塞密封到气缸壁上。采用本发明的传统活塞形式的置换器，和将机壳压力保持在仅仅小于最低工质压力，这种环的密封足以将进入机壳内的工质泄漏量降至最低。已经有人提出，在置换器和气缸之间使用已知形式的环状滚动密封，按照这种方法，高度挠性的环状膜的内周缘密封到置换器上，而其外周缘则密封到气缸壁上。考虑到工作条件，特别是，斯特林发动机内的温度和压力，这种滚动密封件已经完全不能使用，而且会很快损坏。
[0032] 为了便于维持机壳内所需的压力，有利的是，可将机壳容积尽可能地降低。如果将每个置换器(活塞)与输出轴相连的机构采用传统形式的曲轴和
连杆，在机壳内则需要较大的容积，以便置放该机构。此外，当置换器由该机构来移动时，容积还会变化。
[0033] 上述问题可通过一种机构来解决，该机构的形式为WO96/23991
专利文件所介绍，采用连接到置换器支架上的偏心体。该机构的优点是在置换器内产生纯正弦运动(true sinusoidal motion)，此外，该机构可以装入机壳内，后者内部容积非常小。这些措施便于将机壳内的压力保持在所需值上。
[0034] 有利的是，设有可保持压力的装置，即保持第一和第二机壳内的压力大体相同，这可通过在这些机壳之间管路和管道延伸来实现。或者，第一和第二机壳可以集成为一个机壳。
[0035] 本发明热机的优选形式是：设有第三对置换器，安装在公共第三支架上，并在第三气缸内形成的对置第三孔内工作；第三机壳包含(enclosing)第三对置换器之间的容积；设有第四对置换器，安装在公共第四支架上并在第四气缸内形成的对置第四孔内工作；第四机壳包含(enclosing)第四置换器之间的容积；以及将第三和第四支架相连并可在第三和第四对置换器之间保持相位角的机构，与第三和第四对置换器相连的所述机构布置成可相对于第一和第二对置换器保持一个相位角。
[0036] 采用这种最佳形式的热机，第一和第三对置换器可以直接连接，将位于公共机壳上的机构相互连接(即，第一和第三机壳为公共的)以及第二和第四对置换器可以直接连接，将位于公共机壳上的机构相互连接(即，第二和第四机壳为公共的)。当这种优选装置布置成斯特林(Stirling)发动机时，第一和第三置换器气缸组合体(displacer and cylinder combinations)可以用作热态组合体，而第二和第四置换器气缸组合体可用作冷态组合体。
[0037] 如果第一和第三机壳集成为单一的公共机壳，第二和第四机壳也集成为单一的公共机壳，可以设置保持压力的装置，使得两个公共机壳的压力保持大体一致，这可通过在这些机壳之间管路和管道延伸来实现。或者，第一、第二、第三、和第四机壳也可都集成为单一的公共机壳。
[0038] 采用一种可为每个组合体提供置换器完全正弦运动的机构，每个机壳内的容积则不会在热机工作时发生变化，而且，每个机壳内的平均压力都可以保持在所要求值上，正好低于热机工作室内的最低压力。
[0039] 上述本发明热机的最佳形式直接连接，将分别为第一和第三对的置换器、第二和第四对的置换器的第一和第二机构相互连接。第一和第二机构可方便地连接到一起，实现同步工作，为的是可使热机作为斯特林发动机工作。这种发动机的性能可以通过提供调节装置来提高，即通过调整第一和第二机构的相对相位来调节第一和第三对置换器之间相对于第二和第四对置换器的相位角。此外，具有相位调整的斯特林发动机可使发动机的启动性能可通过适当调整第一和第二机构的相对相位来提高。
[0040] 从上面所述可以看出，按照其最佳形式，本发明涉及到具有成对的热态和冷态置换器的斯特林(Stirling)发动机，其中设有：
[0041] ●控制置换器运动的机构，该机构主要产生置换器的正弦运动，从而使得机构的机壳内的容积保持恒定；
[0042] ●成对的热态和冷态置换器相对相位的调整装置，调整分别为成对热态置换器和成对冷态置换器的两个机构的相位；以及
[0043] ●监测和控制远离所述机构的置换器侧面工质压力以及所述机构机壳内压力的装置。
[0044] 众所周知，斯特林发动机的功率输出是通过改变工质压力来控制的。通常，工质压力越大，可实现的功率输出就越高，当然，最大压力受其他机械因素的限制，诸如发动机机壳和曲轴箱、密封件等等的强度。如上所述，本发明的斯特林发动机的功率输出也是可以通过改变工质绝对压力来控制的，但是，在这种情况下，正如本发明所述，机壳内的压力也应该可以以相应方式变化。
[0045] 采用所有上述措施，就可制作出实际实施例的斯特林(Stirling)发动机，这种发动机能够自动启动，然后，有效地产生可利用的输出功，置换器密封件工质泄漏量最少。因此，本发明延伸到一种使用这种斯特林发动机的方法，其特征在于，对置换器两侧工质压力进行监测和控制，调整成对的热态和冷态置换器的相对相位，以获得最佳发动机性能和旋转方向。
[0046] 下面只是通过示例，详细介绍根据本发明各个方面制造和布置的斯特林发动机、往复活塞机构和其它发动机和泵的某些具体实施例，所述说明参照
附图，附图如下：
[0047] 图1A，1B和1C为第一实施例的剖面示意图，图1A和1B为沿图1C的A-A和B-B线的剖面图，示出的斯特林发动机带有四个热态活塞气缸组合体和四个冷态活塞气缸组合体；
[0048] 图2A为另一不同机构的示意图，与图1所示布置相比，其可改变热态和冷态活塞气缸组合体的相位；
[0049] 图2B和2C分别为用在图2A所示机构内的调整
导管的侧视图和端视图；
[0050] 图2D和2E分别为图2A所示机构的输出轴的端部剖面图和其端视图；
[0051] 图3为图1所示发动机内工质压力电子控制装置示意图，但所示为经图2相位控制装置修正；
[0052] 图4为图1所示发动机内工质压力的机械控制装置示意图，但所示经过图2相位控制装置修正；
[0053] 图5A和5B分别为另一不同活塞和气缸组合体的横向和轴向剖面图，所示装置带有与图1所示不同的另一种偏心机构；
[0054] 图5C，5D和5E为图5A和5B所示发动机偏心机构内使用的活塞驱动装置的第三角投影图；
[0055] 图5F和5G为图5A和5B所示发动机内使用的偏心构件的轴向示意图和端部示意图；
[0056] 图5H和5J[为避免混淆，未使用图5I]示出了图5A和5B所示发动机内使用的输出轴的轴向示意图和端部示意图；
[0057] 图6A和6B分别为另一种活塞气缸组合体的横向和轴向剖面图，所使用的偏心机构不同于图1所示机构且未带有联接的输出轴；
[0058] 图6C和6D示出了图6A和6B发动机内使用的偏心构件的轴向示意图和端视图；
[0059] 图7A和7B为又一种布置的剖面示意图，所示装置带有两组活塞和气缸组合体，其中，输出轴和偏心体均带有
外齿齿轮，图7C和7D为偏心体的侧视图和端视图，图7E和7F为输出轴的侧视图和端视图，而图7G，7H和7J[为避免混淆，未使用图7I编号]为这种布置中使用的滑动线性部件的第三角示意图；
[0060] 图8A和8B为图7A和7B装置的改进形式，所示为其内部齿轮固定到曲轴箱上，而偏心体(图8C和8D)带有外部齿轮，与所示固定齿轮相
啮合，从而形成齿轮比2∶1，输出轴(图8E和8F)包括平衡所述机构的
平衡块，图8G以局部剖面示意图形式示出了齿轮的相互连接情况，而图8H进一步详细地示出了这种相互连接关系；
[0061] 图9A和9B示出了WO96/23991所述机构的改进形式，包括平衡块，以提高机构的平衡，图9C，9D，9E和9F示出了该机构的剖面和端面详图；
[0062] 图10A至10E为图9A至9F所示机构的改进形式示意图，包括了偏心体啮合外部齿轮和输出轴；以及
[0063] 图11A至11B为另一种机构的示意图，所示机构用来连接成对置换器与输出轴的连接，其产生完全的置换器(true displacer)正弦运动。
[0064] 下面介绍的热机包括了前面所述WO96/23991专利发明中所述机构的研发情况。其中一些热机用来作为斯特林发动机使用，而另一些则可用作需要机械
能源输入的泵，目的是推动流体，还有另一些热机可以用作发
电机。有关偏心机构的基本工作原理，参照WO96/23991，该偏心机构为下面介绍的热机所使用，该热机偏心机构或者与WO96/23991所述完全相同，或者为其改进形式。
[0065] 首先参照图1A，1B和1C，图中所示斯特林发动机带有一组四个热态活塞气缸组合体15和一组四个冷态活塞气缸组合体16，每组的活塞气缸组合体都布置成圆弧的角间距90°。在每一组中，设有两个对置活塞气缸组合体，刚性连接部件17在对置的两个组合体的活塞18之间延伸，每个连接部件带有中心圆形开口19。偏心机构20(WO96/23991文件对此有详细介绍)旋转布置在机壳21内，后者装有活塞气缸组合体中的气缸，各个偏心体
22置放在连接部件17开口19内。每个偏心机构20的偏心体22布置成180°不同相，如图1A或图5(具体是图5F和5G)所示，这些图示出了另一种偏心机构。
[0066] 如图1A所示，偏心机构20的转动使得一对组合体的活塞18工作角度与另一对的活塞成90°相位角；于是，当一对组合体的活塞分别位于
下止点和
上止点(图1A所示18C和18D)时，另一对组合体的活塞则均处在冲程中点(活塞18A和18B)。
[0067] 每个偏心机构20的偏心体22都带有内齿孔23，与偏心体22的外表面成偏心，这些偏心体都置于连接部件的圆形开口19内。输出轴24通过轴颈固定在机壳21内，带有外齿齿轮25，后者与偏心体的内齿孔23相啮合。偏心体围绕输出轴24转动会使得该输出轴旋转，从而可从热机获取动力。
[0068] 如上所述，图1所示机构为斯特林发动机的布置，也就是说，发动机为循环工作方式，类似于斯特林循环。该组热态活塞气缸组合体15位于热交换器(图中未示)内，这样，在使用时，提供给该热交换器的热量传输给所述活塞气缸组合体15。同样，该组冷态活塞气缸组合体16位于另一个热交换器内(图中未示)，这样，在使用时，就可从所述活塞气缸组合体16获取热量。工质传输管道27可将分别为热态和冷态组中对准的活塞气缸组合体相互连接，于是，就形成四个这样的传输管道27，如图1B清楚所示。在每个传输管道中，都有一个回热器(图中未示，但该方式为所属领域人员所熟知)，这实际上属于临时热储存，如上所述，在发动机工作期间，工质会流经该热储存区。
[0069] 斯特林发动机的一般工作原理是工质在冷态和热态活塞气缸组合体之间传输，虽然不是上述机械布置，但在斯特林发动机领域内众所周知，为此，在此不再详细赘述。
[0070] 在所谓的α斯特林(alpha Stirling)发动机中，相互连接的热态和冷态气缸的活塞构成一对通常以90°不同相往复运动，尽管人们知道可提供一种机构，来对不同相角度进行调整。在图1所示布置中，(热态和冷态活塞气缸组合体的)两个输出轴24都是同轴对准，其对面端部都装有伞齿轮28，
传动轴29带有另一个伞齿轮30，后者与伞齿轮28相啮合。传动轴29安装在托架31，后者安装成可围绕两个输出轴24的轴线旋转运动。托架31的
位置相对于机壳21的角度调整可对两个输出轴24的相位进行调整，进而可调整分别与热态和冷态活塞气缸组合体相关的偏心机构20的相对相位。
[0071] 图2A示出了另一种机构，该机构可改变热态和冷态活塞气缸组合体的不同相角，图2B至2E则示出了所述另一种机构的各个部件。
[0072] 两个输出轴35和36(对应于图1所示实施例的输出轴24)带有粗
螺纹孔37，后者带有方截面槽38，螺线形延伸到粗
螺纹孔内，如图2D和2E清楚所示。左旋输出轴(图2A)孔内的螺纹为右旋螺纹，而右旋输出轴内的螺纹则为左旋螺纹。输出轴35，36均带有
盲孔部分39，轴向更深地延伸到轴内，伸过轴的螺纹部分37。调整导管40(图2B和2C)带有
外螺纹端部，其由螺线形加强筋41构成，分别与两个输出轴的左旋和右旋螺纹孔相配合，调整导管40带有活塞42，由此轴向延伸并置放在孔39内。在活塞42的自由端处设有密封件，诸如O形环。
[0073] 在调整导管40中央区域的周围，设有环形槽43A，43B，槽43A与延伸到调整导管左侧(图2A)的轴向通道相通，而其活塞42则通向活塞端部和相关盲孔39之间的空间内。同样，槽43B则与延伸到调整导管右侧的轴向通道相通，而其活塞42则通向该活塞端部和相关盲孔之间的空间内。阀门构件44滑动安装在调整导管中央区域周围，
压力流体的流量管44A和回油管路44B则连接到该阀门构件上。设有该阀门构件的控制装置，以便阀门构件可以相对于调整导管40而轴向移动。这样，压力流体可以提供给盲孔和调整导管左旋侧活塞之间的空间，以便将调整导管推至右边，或者压力流体可以提供给盲孔和调整导管右旋侧活塞之间的空间，以便将调整导管推至左边。应该注意的是，由于输出轴35和36上彼此相反旋向螺纹和与之相啮合的调整导管的缘故，调整导管40推至左边或右边的轴向移动会改变输出轴35和36之间的相对角度。两个输出轴之间也可采用螺纹调整器的其他布置形式。
[0074] 如此前所述，存在几个众所周知的与斯特林发动机相关的问题。其中一个问题是工质流过活塞密封件以及流过输出轴至机壳密封件的泄漏问题。虽然如果该工质为空气时这种情况仅仅会引起效能的损失，如果工质为氢气或氦气，则可获得好得多的效能，但是，防止这种低分子重量的气体的泄漏则会更难。此外，为补充这种气体损失所需成本会很高。
[0075] 上面所述热机通过在偏心机构周围提供密封机壳，然后设法将经过任何一个活塞的压力保持最小值，从而可解决所述问题。值得注意的是，由于每组四个活塞气缸组合体都属于成对对置的组合体，密封机壳压力变化将会最小：当一个活塞从下止点向上止点运动时，180°对置活塞则会从上止点向下止点移动，从而在机壳内形成的总容积不会改变，但当动态工作时，由于机壳内气体的运动，实际上，机壳内会发生压力变化。这种影响因为使用上述偏心机构后而会降到最小，因为这会使机壳内的所含容积降到最小。此外，偏心机构控制活塞运动为完全(true)正弦运动，不同于传统曲柄连杆组件那样的情况。
[0076] 与机壳内的压力相反，当工质从热态活塞气缸组合体向冷态活塞气缸组合体移动时，远离偏心机构的活塞一侧的工质压力则会发生变化，反之亦然。这会引起工质流过活塞时出现的泄漏，但人们力图将其降到最小，根据本发明，可监测每个机壳内的压力以及每个传输管道内的压力，然后，根据需要，调整机壳压力，力争将压力差保持在较窄的范围内，将泄漏降到最小。这样，机壳内的压力应该总是稍小于传输管道的压力，于是，如果工质出现任何泄漏，也都是从远离偏心机构的活塞一侧流入机壳内。
[0077] 在图1中，示出了机壳压力表接头46和47，分别位于该组的热态活塞气缸组合体和冷态活塞气缸组合体内，以及传输管道压力表接头48。这些压力表接头连接到控制装置49上，后者可将所测压力进行比较，然后将更多的工质推到机壳或
工作空间，或者从机壳或工作空间内
抽取工质(酌情)，以便将压力差保持在预定范围内。控制装置49包括工质源和泵，以及相应的阀门装置(图中均未示出)，这样，工质就可以被送入所需空间内，或从所需空间内抽取工质，目的是保持机壳内的压力稍稍小于传输管道内的最小压力。
[0078] 现在参照图3，图中示出的热机是基于图1所示热机，但采用图2所示相位调整机构进行了修正。图3包括了电子压力控制装置的详细情况。
[0079] 压力
传感器51连接到机壳压力表接头46，47上，提供电子输入信息给控制装置49，后者通常为微处理机或PLC形式。同样，另一些
压力传感器52也连接到管道压力表接头48上，也提供电子输入信息给控制装置49。此外，在机壳和管道上，也设有另一些压力表接头53和54，在每个这样的压力表接头上分别装有三位阀门55。
[0080] 该系统包括低压工质贮存箱56和高压工质贮存箱57，泵58用来将工质从低压贮存箱送至高压贮存箱内，所述泵选择由热机输出轴24来驱动。压力旁路阀59位于泵的对面，以确保两个贮存箱之间工质压力差不会超过预定值。
[0081] 高压工质贮存箱通过管路60连接到三位阀55的一侧，而低压工质贮存箱则通过管路61连接到所述三位阀的另一侧，控制装置49根据需要向每个三位阀提供控制
信号。该
控制信号可以保持相关阀门处于关闭设定状态，或者可以允许工质通过压力表接头从高压贮存箱进入到相关空间，或允许工质从该空间流向低压贮存箱。
[0082] 控制装置49通过程序控制来监测来自机壳和管道传感器的输入信息，并提供输出信息给阀门55，使得压力状态保持在工质和机壳范围内，以保证尽可能少的工质从活塞工作空间泄漏到机壳内。通过将压力差保持在预定最低值，该泄漏可以降低到最小程度。当机壳压力由于流过活塞的泄漏而上升时，以及由于工作时的温度上升，流体会被推出所述机壳。当工质流过活塞时出现渗漏而引起工质压力下降时，工质会被推入工作区。偏心机构的使用使得机壳内的容积降到最小，此外，对置的各对活塞的运动也是严格正弦(strictly sinusoidal)运动。于是，机壳的压力变化降到了最小，虽然工质压力会随着热机工作而变化，但机壳压力还是很容易保持在工质最低工作压力之下。控制装置49会通过相应
算法来实现这个结果。
[0083] 另外，如图3所示，设有轴位
编码器62，向控制装置49提供输出信息，还设有由控制装置49驱动的相位角执行机构63(如图所示)，用来控制调整导管40的位置。如下所述，这些设备都是用来协助发动机起动。
[0084] 图4示出的装置中，控制装置49由阀箱64所取代，该阀箱仅在热机内各种压力的基础上工作，无需再设置单独的电子控制装置。如图所示，阀箱包括8个自动工作压敏阀，但图中仅示出了其中六个连接到热机上。每个阀都是常闭
单向阀，只有在越过(across)阀门的压力差超过预定值时，该阀才打开。低压和高压工质贮存箱56和57，泵58和压力旁路阀59都和前面参照图3所介绍的完全一样。如图3所示布置，压力传感器或阀门都未与压力表接头相关；相反，所述压力表接头都接回到阀箱64内的阀门上。
[0085]
控制器65用于阀箱，可将工作方式从图4所示的正常布局切换到起动形式，在这种形式下，阀箱内的通道66将图4所示阀箱内上面五个阀门67A至67E的
输出侧相互连接，以及下面的三个阀门68A至68C的
输入侧相互连接。当在其正常布局形式时，通道66会
短路，上面五个阀门67A至67E的各个输出侧和阀门68A至68C的各个输入侧均不会相互连接。
[0086] 相位角执行机构63可调整热态和冷态活塞气缸组合体之间相位角，当与这种调整可能性配合使用时，图4所示布置形式可以解决热机的初始增压问题。当热机处于冷态且静止不动时，调节相位角使热态和冷态活塞成180°不同相，于是，封闭着工质容积稍大于正常工作最大工质容积。由于偏心机构会引起纯正弦运动，不论静止相位角如何，工作容积都是相似的，所以，热机的所有部件都会同时受到按工质工作设计压力预定百分比设定的常压。预定百分比是由各种发动机参数、
环境温度、工质种类等等来决定。
[0087] 将阀箱控制器65设置到起动方式，起动热机，然后，向热机施加热量，这样，工质温度和压力就会上升。同时，该工质就会向机壳泄漏，从而增加机壳压力。然后，转动开始，将阀箱控制器65移动到正常工作位置，与热态活塞气缸组合体和冷态活塞气缸组合体之间的相位角从180°移动到工作角度，根据所要求的转动方向，该角度通常在或大约90°或在或大约270°。而后，热机工作开始并将在稳定回路内继续自动调整压力。
[0088] 图5示出了专利文件WO96/23991所介绍机构的改进情况，在该文件发明说明书中，仅示出了一组四个活塞气缸组合体。此处，两个偏心体70彼此相邻地安装在公共轴71上，但彼此180°不同相，两个外齿齿轮72也安装在公共轴71上，所述两个偏心机构两侧各一个(图5F和5G)。图5H和5J清楚地示出了偏心体与之配合的两个输出轴；轴73带有与其中一个齿轮72相啮合的内齿毂74，第二个类似的输出轴与另一个齿轮72相啮合。图5C和5E示出了所述机构两个线性滑动部件75的其中一个，该部件带有圆形中央开口76，用来安装其中一个偏心体70。
[0089] 在采用图5所示机构时，重要的是齿轮72和内齿毂74的齿轮比不是2∶1。如果是的话，将不存在传递给输出轴73的旋转运动，但若是其他齿轮比，则将存在旋转运动。
[0090] 图6示出了专利文件WO96/23991所述机构的又一种改进形式，其大体上对应于上面参照图5所述机构，除了图6所示布置未包括任何输出轴，所以，同样，也没有与两个偏心体78相关的任何齿轮。在这个实施例中，偏心体在滑动部件75的开口76内旋转，完全对应于图5C至5E所示部分，沿轴线彼此相距90°工作。该机构并不产生旋转输出，但相反却会形成泵的基础，其中两个活塞气缸组合体产生动力，另外两个活塞气缸组合体用作泵室，由所述前两个活塞气缸组合体驱动。或者，所述机构可以布置成作为发电机使用，即按照图1所述方式，所有四个活塞气缸组合体产生动力，线圈79以合适的方式布置在滑动部件附近，以便能够发电。
[0091] 图7示出了又一种与图5所示基本相似的机构，但其输出轴73(图7E和7F)带有外齿77，与偏心体70的外齿轮72相啮合，如图7C和7D所示，而且，其对应于图5F和5G所示偏心体。滑动部件(图7G，7H和7J)基本上都与此前所述相同，所不同的是，与图5所示实施例相比，比例不同。在另一些方面，图7所示机构基本上对应于图5实施例机构，为此，在此不再详细赘述。
[0092] 图8所示机构也非常类似于上述机构，其特征在于，该机构包括一对滑动部件75，与图5所示相同，因此，在此不再赘述，尽管图8A和8B都示出了这些部件。滑动部件的中央开口安装图8C和8D所示各个偏心体，而且，这些基本上都与图5实施例所示部件相同，除了外齿齿轮80，这些外齿齿轮与邻近的偏心体81通过加伸轴82而形成轴向等距离隔开。在这个实施例中，每个齿轮80都必须与其加伸轴82相分开，以便进行装配，但因该项连接的详细情况并不是本发明的核心，所以，在此不予描述。
[0093] 图8E和8F示出了这种机构的输出轴。该输出轴83在机壳84内通过轴颈连接(图8G和8H)，机壳内部形成了所述机构的沉孔，该沉孔带有内齿。加伸轴82置于平衡块86内形成的孔口85内，是输出轴的组成部分。齿轮80安装在输出轴的凹槽87内，而凸部
88则将输出轴的主要部分83与平衡块86相互连接。这样，外齿轮80的公共轴线就相对于两个输出轴的轴线而成偏心。
[0094] 图8G和8H示出了这种机构一侧的装配情况。可以看出，外齿齿轮80与机壳84沉孔内的内齿轮相啮合，而该齿轮安装在输出轴的凹槽87内。齿轮80与内齿的齿轮比必须是2∶1，以便机构工作，这样，当偏心体81由滑动部件75驱动时，齿轮80围绕机壳内齿转动，从而带动输出轴转动。平衡块86用来补偿偏心体和滑动部件的重量，因为输出轴是由偏心体81带动旋转。
[0095] 图9A至9F示出了类似于专利文件WO96/23991所述的机构，就该机构而言，只有一个输出轴90，该轴带有外齿中央齿轮91与邻近不同相偏心体93，94内形成的内齿轮92的齿相啮合。在输出轴90上连接了一对平衡块95，96(图9C和9D)，在其中央齿轮91的两侧各一个，从图9E和9F中可以很清楚地看到，平衡块用来置放输出轴和偏心机构之间的齿轮连接部分。平衡块通过销钉97连接到一起，用来围绕输出轴90一起旋转，每个平衡块和邻近曲轴箱之间设有滚珠座圈98。
[0096] 偏心体93，94置于滚珠座圈99上，后者布置在所述偏心体和平衡块之间，中央齿轮91两侧各一个滚珠座圈。每个平衡块带有偏离中心的平衡块，其会与偏心体93，94的转动同步地围绕输出轴的轴线而转动，从而用来对滑动部件和偏心体的往复
质量进行平衡，而平衡块则将偏心体和输出轴连接到一起。
[0097] 图10A至10E的布置基本类似于图9实施例所述布置形式，但是，此处设有两个输出轴104，105，每个轴带有外齿轮106，107，分别在偏心体108，109两侧各一个。这些齿轮106，107分别与外齿轮110，111相啮合，后者与偏心机构相连。每个输出轴带有各自的带径向槽的平衡块112，113，径向槽内装有输出轴的啮合的外齿轮和相关偏心体，偏心体的齿轮带有加伸轴114，通过轴颈而位于平衡块内。
[0098] 工作时，滑动部件的往复运动驱动偏心体，于是偏心体围绕输出轴轴线而转动。该旋转驱动相关偏心齿轮110，111，驱动输出轴齿轮106，107，于是带动输出轴旋转。此外，偏心体围绕输出轴运动也会使得平衡块与偏心体同步转动，从而实现往复质量的平衡，平衡块将偏心体和输出轴连为一体。
[0099] 图11A和11B示出了不同于上述双偏心机构的机构，用来将置换器和输出轴成对相互连接。图11A和11B的机构是基于苏格兰联动机构(Scotch linkage)，在输出轴旋转时产生置换器的纯正弦运动。
[0100] 在图11A和11B中，正如上面所述实施例，置换器120成对地安装在支架121上，每对置换器在各自对准孔122内运行，孔口轴线相互成直角。每个支架中央，设有
框架123，其形成一个狭槽，与支架长度成90°延伸，因此，两个支架的两个狭槽彼此相距90°延伸。输出轴124通过轴颈安装在机构机壳125内，平衡板127上带有
曲柄销126，平衡板127固定到输出轴124上。置换器在各自孔口内的轴向运动使得输出轴124旋转，但置换器运动通过苏格兰联动机构控制，实现纯正弦运动。结果，装有联动机构的机壳内的容积就不会改变，尽管置换器在往复运动。于是，机壳内的平均压力得以保持恒定，压力也可控制在刚好小于置换器另外几侧上的最小工质压力。
