CN107002557A - 包括由锂离子电池供电的电动起动系统的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机包括：包括气缸的发动机气缸体；活塞，该活塞位于所述气缸内并被构造成在所述气缸内往复运动；由所述活塞驱动的曲轴；燃料系统，该燃料系统用于将空气燃料混合物供应至所述气缸；起动电动机，该起动电动机被构造成使所述曲轴开始旋转以起动所述内燃发动机；具有通风开口的罩；鼓风机壳体，该鼓风机壳体位于所述罩和所述发动机气缸体之间用于将冷却空气引导向所述发动机气缸体，其中，所述鼓风机壳体包括电连接至所述起动电动机的容纳部；风扇，该风扇被构造成将冷却空气通过所述罩中的通风开口抽入所述鼓风机壳体中以冷却所述发动机气缸体；以及可再充电电池组，该可再充电电池组以可移除的方式附装至所述容纳部，其中，所述可再充电电池组被构造成给所述起动电动机供电以起动所述内燃发动机。

Description

包括由锂离子电池供电的电动起动系统的内燃发动机

相关申请的交叉参考

本申请要求在2014年10月23日提交的美国申请No.62/067,885的权益，通过参照将该美国申请全部结合在本文中。

技术领域

本发明一般来说涉及包括电动起动系统的内燃发动机以及由这种发动机提供动力的室外动力设备，诸如割草机、除雪机、便携式发电机等。更具体地说，本发明涉及包括由可移除的可再充电的锂离子电池供电的电动起动系统的小型内燃发动机。

背景技术

室外动力设备包括割草机、骑乘式拖拉机、除雪机、高压清洗机、便携式发电机、耕作机、劈木机、零转弯半径割草机、手推割草机、骑乘式割草机、工业车辆(诸如铲车)、多功能车辆等。室外动力设备可以例如使用内燃发动机来驱动机具，诸如割草机的旋转刀片、高压清洗机的泵、除雪机的螺旋推运器或发电机的交变器，来驱动动力系以给一个或多个车轮供应动力，或者来驱动机具和动力系这二者。

许多室外动力设备都包括利用反冲起动器手动起动的发动机。为了起动发动机，用户必须手拉反冲起动器绳。

其他室外动力设备包括电动起动系统，其中由电池供电的起动电动机起动发动机。典型地，这种电动起动系统还包括用户致动的起动器开关(例如，按钮或按键开关)和起动器螺线管。起动器螺线管是包括起动器开关的低电流电路和包括起动电动机的高电流电路之间的连接。为了起动发动机，用户致动起动器开关，使起动器螺线管闭合，从而电池向起动电动机提供电流以起动发动机。典型地，电池为铅酸电池。该电池可以与发动机分开地固定至室外动力设备，。例如，电池可以固定至割草机或高压清洗机的安装板或甲板，或者固定至骑乘式割草机或便携式发电机的框架。电池典型地通过紧固件固定至室外动力设备，这些紧固件需要工具(例如，扳手或套筒)将电池附装至室外动力设备和移除或松开这些紧固件以能够将电池从室外动力设备移除。此外，电池包括一对端子，电导线附装至该对端子。也需要工具将电导线附装至端子和从端子将电导线移除。铅酸电池填充有电解液，通常是水和硫酸的混合物。电解液是腐蚀性的，并且可能对眼睛和皮肤造成伤害。铅酸电池对温度敏感，这可以导致在寒冷天气中发动机起动困难或根本无法起动。此外，铅酸电池将随着时间的消逝而变弱，并且可能无法提供足以起动发动机的电力(例如，丧失电荷或变得完全放电)。因而，铅酸电池可能需要按季节更换，从室外动力设备移除并存放在室内，或者由用户以其他方式维护或保养。因为用于在这种设备上的这种铅酸电池通常较重并且对于用户来说难以提起和/或搬送，而使得这种季节性更换或移除变得更为困难。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括：包括气缸的发动机气缸体；活塞，该活塞位于所述气缸内并被构造成在所述气缸内往复运动；由所述活塞驱动的曲轴；燃料系统，该燃料系统用于将空气燃料混合物供应至所述气缸；起动电动机，该起动电动机被构造成使所述曲轴开始旋转以起动所述内燃发动机；具有通风开口的罩；鼓风机壳体，该鼓风机壳体位于所述罩和所述发动机气缸体之间用于将冷却空气引导向所述发动机气缸体，其中，所述鼓风机壳体包括：电连接至所述起动电动机的容纳部；风扇，该风扇被构造成将冷却空气通过所述罩中的所述通风开口抽入所述鼓风机壳体内以冷却所述发动机气缸体；以及可再充电电池组，该可再充电电池组可移除地附装至所述容纳部，其中，所述可再充电电池组被构造成给所述起动电动机供电以起动所述内燃发动机。

另选的示例性实施方式涉及如可以在权利要求中大体记载的其他特征和特征组合。

附图说明

从如下结合附图给出的详细描述将更充分地理解本发明。

图1示出了根据示例性实施方式的内燃发动机的等距视图，该内燃发动机上具有可移除的起动电池。

图2示出了图1的内燃发动机的俯视图。

图3示出了图1的内燃发动机的等距视图。

图3A示出了图1的内燃发动机的一部分的分解视图。

图4示出了图1的内燃发动机的分解视图。

图5示出了用于图1的内燃发动机的鼓风机壳体的等距视图。

图6示出了图1的内燃发动机的发动机罩部分的等距视图。

具体实施方式

在转到详细示出了示例性实施方式的附图之前，应该理解，本申请不限于在该说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应该理解，术语仅仅是为了说明之目的，而不应该认为是限制性的。

如这里描述的，相比于手动起动的发动机和包括由铅酸电池供电的电动起动系统的发动机，包括由可移除的可再充电的锂离子电池供电的电动起动系统的内燃发动机提供了许多优点。电动起动系统消除了手动反冲起动器的需要和用户拉动起动器绳以起动发动机的需要。使用可移除的可再充电的锂离子电池给电动起动系统供电，这消除了由铅酸电池供电的系统的许多麻烦、不便和缺点。如这里描述的，示例性锂离子电池可从电池收纳器移除而无需使用工具。重量较轻的锂离子电池容易手动附装至电池收纳器和从电池收纳器移除。从室外动力设备移除铅酸电池的过程来看，这得到了极大简化。用户必须将连接至铅酸电池的端子的电导线安全地断开，这需要使用工具。然后必须将铅酸电池从其安装位置(通常为与发动机分开的框架、板或其他安装位置)移除。这也可能需要使用工具。在优选实施方式中，所述电池收纳器是发动机本身的部件，从而将锂离子电池安装至发动机，而不是像铅酸电池那样安装至远离发动机的位置(例如，室外动力设备上的与发动机分开的安装平台)。使用铅酸电池的系统可能使铅酸电池被覆盖或以其他方式而看不见(例如，位于骑乘式拖拉机的座位下面)，这需要用户移除或移动部件以接近铅酸电池，这种另外步骤可能需要使用工具。移除锂离子电池的容易性使得相比于铅酸电池(例如，冬天期间存放在车库中的室外动力设备上)更容易限制电池在寒冷温度下的暴露。用户可以容易地将锂离子电池移除并将其存储在加热位置(例如，用户家里)，或者将第二锂离子电池保持在加热位置，从而如果寒冷温度影响第一锂离子电池的操作，则第二锂离子电池可供使用。在类似的寒冷天气操作条件下使用工具断开、移除、再次安装和再次连接铅酸电池是一种不是由普通用户进行的繁重任务。此外，对于季节性使用的多种室外动力设备(例如，在温暖月份使用的割草机和高压清洗机和在寒冷月份使用的除雪机)，在一个季节没有使用之后，铅酸电池可能变弱、失效或以其他形式处于不足以起动发动机的电荷水平(例如，在冬天过后第一次起动割草机)。用户能够将锂离子电池在室内存放在电池充电器上，使其既保持被充电又保持适当操作温度，或者将锂离子电池从电池收纳器容易地移除而不使用工具，在电池充电器中将其快速充电，并且将其再次附装至电池收纳器而不使用工具，以向电动起动系统供电并起动室外动力设备的发动机。

这里描述的锂离子电池即使电荷完全消耗时也能够快速再次充电。在测试当中，将这里描述的电荷完全耗尽的锂离子电池充电一分钟，该锂离子电池能够提供足以起动随后附装该电池的发动机两次的电力。这里描述的锂离子电池能够在六十分钟内完全充满，并且在完全充满时能够给发动机提供五十次以上的起动。这里描述的锂离子电池能够在十分钟充电之后给发动机提供多于十次的起动。

这里描述的锂离子电池消除与铅酸电池的腐蚀性电解液有关的担心，从而简化了用户对电池的搬送。

不使用工具安装锂离子电池以及将电池收纳器包括为发动机本身部件的能力简化了原始设备制造商(OEM)进行的发动机到室外动力设备的组装。与铅酸电池不同，OEM无需使用工具将锂离子电池附装至室外动力设备，并且还无需使用工具将电导线连接至电池的端子。此外，需要的零部件更少。例如，可以在其设计和/或布线时消除或简化包括附装至铅酸电池的电导线的线束。

如这里描述的锂离子电池的移除和再充电的容易性还增加了不包括手动启动系统(例如，反冲起动器)的室外动力设备给终端用户带来的舒适性。因为锂离子电池容易移除而无需工具并且快速再充电至足以起动发动机的电荷状态，终端用户可以确信能够在大多数情形下起动发动机(例如，除了电池失效之外，起动系统和其他发动机部件没有任何问题)。在优选实施方式中，这里描述的锂离子电池包括向用户视觉指示电池充电水平的显示器。不能起动发动机的由铅酸电池供电的电动起动系统对于终端用户来说可能相当令人沮丧(例如，因为铅酸电池没有足够的电荷来起动发动机)。没有任何快速容易的方式来确定铅酸电池中的电荷水平，并且必要时也没有任何快速容易的方式来更换铅酸电池或对铅酸电池进行充电。需要利用工具将耗尽的铅酸电池从电导线断开，利用工具从室外电力设备移除，并且适当地处置。终端用户因而必须获取新的铅酸电池，几乎必然地需要出去一趟到商店来获得新的铅酸电池，利用工具安装新的铅酸电池，并且利用工具将电导线连接至新的铅酸电池。

在一些实施方式中，锂离子电池利用紧固件(例如，螺钉、螺栓等)或其他固定装置(例如，条带、罩等)固定至发动机，但是不像传统的铅酸电池那样，不需要任何工具将电导线和电池连接和断开。

参照图1和图2，示出了根据示例性实施方式的内燃发动机100。发动机100包括罩部分102、燃料箱104、用于容纳空气清洁器的空气清洁器部105、被消音器护板108包围的消音器106、加油口盖112和可移除电池组110。如上所述，可移除的可再充电的电池组110可以是其中具有一个或多个锂离子电池单元的锂离子电池组。另选地，电池组110可以包含锂离子之外的电池化学品，诸如铅酸、镍金属氢化物(NiMH)或镍镉(NiCad)。该电池组可以不使用工具就从发动机100移除，例如，通过滑动接合和/或按钮分离。另外，可移除电池组110可以具有指示器视觉显示器，以向用户警告电池电荷状态或向用户提供关于电池和/或发动机的其他相关信息。电池组可以安装在发动机100上，位于用于冷却空气的进气开口(例如，通风孔开口130)处或在进气开口附近；在传统的通用空气冷却发动机上，反冲起动器将位于该进气开口处。在本文的情况下，“在进气开口附近”可以是位于开口上方的任何点处或位于该开口的外周边缘上。

图3也示出了发动机100，但是将电池组110移除了，以暴露出电池容纳部114。电池组110可以与电池容纳部114滑动地接合和从电池容纳部114滑动地移除，但是可以另选地借助于其他方法附装和移除，诸如借助于条带或卡环式接合。容纳部114被构造成接收(例如，通过滑动接合)可移除电池组110。容纳部114包括多个公端子115，这些公端子115被构造成与可移除电池组110的对应母端子(未示出)连接，或者连接至起动系统控制电路(未在图3中示出)的对应端子。容纳部114和起动系统控制电路与起动电动机116电连接，从而电池组110在需要时给起动电动机116供电以能够起动发动机100。

如图3A所示，发动机100还包括具有气缸107的发动机气缸体103、活塞109和气缸盖115。活塞109沿着气缸轴线在气缸107中往复运动以驱动曲轴111。曲轴111围绕曲轴轴线旋转。发动机100还包括用于将空气燃料混合物供应至气缸107的燃料系统113(例如，化油器、电子燃料喷射系统等)。在图示实施方式中，气缸107和气缸轴线水平取向(即，水平气缸发动机)。在一些实施方式中，气缸107和气缸轴线可以竖直取向(即竖直气缸发动机)或成角度取向(即，斜置发动机)。在一些实施方式中，发动机包括多个气缸，例如以V2构造布置的双缸发动机。

发动机100还包括电动起动系统，该电动起动系统包括起动电动机116、容纳部114、电池组110和起动系统控制电路。起动电动机116电连接至电池组110以由电池组110供电。当响应于用户输入(例如，通过按键开关、按钮、把手起动系统、用于高压清洗机的触发起动系统、其他自动起动系统等)而致动时，起动电动机116使曲轴111旋转而将发动机起动。起动电动机116选择性地连接至曲轴111(例如，通过选择性接合飞轮齿圈的可动小齿轮)，从而起动电动机116可以从曲轴111分离(即，在发动机100已经成功地起动之后，不与曲轴111一起旋转)。

转到图4，示出了发动机100的分解视图。图4示出了容纳部114一体地形成在位于罩102下面的鼓风机壳体120中。鼓风机壳体120用于将冷却空气从风扇121引导向包括气缸107的发动机气缸体103、气缸盖115以及发动机的经受高操作温度的其他部分。在一些实施方式中，风扇121连接至曲轴11并与曲轴11一起旋转以将冷却空气抽入鼓风机壳体120中以对发动机进行冷却。在其他实施方式中，风扇可以与曲轴独立地(例如，通过电动马达)驱动。鼓风机壳体120经由适当的紧固件(例如，螺栓)连接至鼓风机涡壳126，该鼓风机涡壳126又经由类似的紧固件连接至发动机的不同部分，例如发动机气缸体上的安装凸台118。通过将容纳部114结合到鼓风机壳体120中，罩102能够进一步定制化以适合于不同需要和期望的装饰性外观。另外，鼓风机壳体120通常由强度比罩102高的聚合物或其他合成材料形成，从而比鼓风机壳体和罩形成为单个一体部件时在可移除电池110和发动机100之间形成更结实的连接。例如，鼓风机壳体120可以由尼龙树脂形成，而罩102可以由聚丙烯材料制成。

为了一体地接收容纳部114，鼓风机壳体120还包含用于固定安装起动系统控制电路122的安装平台124。起动系统控制电路122基于表示期望起动发动机100的输入而向起动电动机116提供信号。这些输入可以来自于高压清洗机或便携式发动机上的用户致动的按钮、手推割草机、耕作机、草坪剪边器、吹叶机上的致动把手。通过将起动系统控制电路122安装在安装平台124上，电路122在罩102的一部分下面受到保护以免受某些元件或碎屑的影响，并且该电路与电池容纳部114和起动电动机116都紧邻定位。

接下来参照附图5，示出了鼓风机壳体120的另一个视图。容纳部114不仅在环127处形成在鼓风机壳体120上，而且还由从容纳部114的相反两侧延伸至环127的多个部分的多个肋128支撑。肋128之间具有多个开口129以更好地允许气流到达风扇121。该构造增加了容纳部114的刚性和强度，但是仍然允许足够的气流穿过鼓风机壳体120。

图6示出了罩102的另一个视图。罩102包含一个或多个通风孔或通风开口130，其中，通风孔130允许冷却空气进入鼓风机壳体以冷却发动机，同时仍然防止大的碎屑进入鼓风机壳体。开口132形成在罩102中以允许接近容纳部114，同时形成另一个开口134以允许接近油盖112。如以上讨论的，罩102可以根据消费者的需要而定制，从而可以改变通风孔130的数目、尺寸和形状，如同可以改变罩102的总体形状和尺寸。例如，这允许相同发动机“基体”(即除了罩以外的一切)与针对品牌标识、颜色或其他标记为特定消费者设计的罩或针对通风开口的数目、大小或位置为特定应用设计的罩一起使用。组装过程中的模块性的这种增强能够通过允许发动机基体与适当的罩一起按照需要完成来降低成本，由此消除了常备或制造订购整个发动机的需要。

如在各种示例性实施方式中所示的设备、系统和方法的结构和布置仅仅是例示性的。尽管在该公开内容中仅详细描述了若干实施方式，但是可进行许多修改(例如，改变各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、取向等等)。例如，被示出为一体形成的元件可以由多个零部件或元件构成，元件的位置可以反过来或者以其他方式改变，并且可以改变或更改离散元件或位置的性质或数目。因而，所有这些修改都旨在包含在本公开内容的范围内。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据另选的实施方式改变或重新排序。在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以对示例性实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。

Claims (14)

1.一种内燃发动机，该内燃发动机包括：

包括气缸的发动机气缸体；

活塞，该活塞位于所述气缸内并被构造成在所述气缸内往复运动；

由所述活塞驱动的曲轴；

燃料系统，该燃料系统用于将空气燃料混合物供应至所述气缸；

起动电动机，该起动电动机被构造成使所述曲轴开始旋转以起动所述内燃发动机；

具有通风开口的罩；

鼓风机壳体，该鼓风机壳体位于所述罩和所述发动机气缸体之间用于将冷却空气引导向所述发动机气缸体，其中，所述鼓风机壳体包括电连接至所述起动电动机的容纳部；

风扇，该风扇被构造成将冷却空气通过所述罩中的所述通风开口抽入所述鼓风机壳体中以冷却所述发动机气缸体；以及

可再充电电池组，该可再充电电池组以可移除的方式附装至所述容纳部，其中，所述可再充电电池组被构造成给所述起动电动机供电以起动所述内燃发动机。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，该内燃发动机进一步包括用于控制所述起动电动机的操作的控制电路。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机，其中，所述控制电路安装至所述鼓风机壳体。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，在所述罩中形成有开口，以能够通过所述开口接近所述鼓风机壳体的所述容纳部。

5.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述可再充电电池组被构造成在无需工具的情况下选择性地插入所述容纳部和从所述容纳部移除。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述罩由聚丙烯形成。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述鼓风机壳体由尼龙树脂形成。

8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述可再充电电池组包括至少一个锂离子电池单元。

9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述通风开口为包含在所述罩中的多个通风开口中的一个。

10.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述可再充电电池组在被附装至所述容纳部时位于所述通风开口附近。

11.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述可再充电电池组与所述容纳部滑动地接合并且从所述容纳部滑动地移除。

12.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述鼓风机壳体进一步包括环，并且所述容纳部由从所述容纳部的相反两侧延伸至所述环的多个部分的多个肋支撑。

13.根据权利要求12所述的内燃发动机，该内燃发动机进一步包括：

用于控制所述起动电动机的操作的控制电路；

其中，所述鼓风机壳体进一步包括安装平台，所述控制电路安装至所述安装平台。

14.根据权利要求1所述的内燃发动机，该内燃发动机进一步包括：

用于控制所述起动电动机的操作的控制电路；

其中，所述鼓风机壳体进一步包括安装平台，所述控制电路安装至所述安装平台。