本申请公开了一种曲轴平衡装置及热力学单缸机，解决现有发动机试验系统无法适用于量产机型的技术升级的技术问题。曲轴平衡装置包括曲轴、连杆、功能活塞和平衡活塞，功能活塞装配在缸筒中，进行进气‑压缩‑做功‑排气四冲程运转，实现动力输出。平衡活塞跟随曲轴运转时在对应的缸筒中做往复运动。平衡活塞中设置贯通的通气孔，使得平衡活塞顶面与曲轴箱相通，避免发动机进气及排气冲程产生较大的泵气损失以及机油在活塞顶面堆积。平衡活塞还可成为曲轴的有效配重，使各缸的活塞连杆组件所受惯性力相近，维持曲轴的动平衡。本申请提供的曲轴平衡装置整体可装配在量产多缸机中，无需单独设计完整的发动机系统，即可进行量产机型的技术升级。