CN108798884A - 一种内燃机及园林工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机，包括机体、设置在机体内的汽缸、设置在气缸内的活塞、驱动活塞运动的曲轴、燃料供给系统、电子点火系统、电起动系统和可充电的储能装置，所述电起动系统包括起动电机，所述储能装置给所述起动电机供电使所述起动电机起动所述内燃机，所述储能装置为超级电容器模块，所述储能装置安装在所述机体上。本发明还涉及一种园林工具。

Description

一种内燃机及园林工具
技术领域
本发明涉及一种具有电起动系统的小型内燃机；本发明还涉及一种以该内燃机为动力源的园林工具。
背景技术
园林工具包括骑乘式或推行式的割草机、手持式或背负式的打草机、修枝机、割灌机、吹吸机、链锯等。这些园林工具可以使用例如内燃机来驱动其工作组件，例如割草机的割草刀片、打草机的打草绳、吹吸机的涡轮、链锯的锯链。
一些园林工具包括用反冲启动器（recoil starter）手动起动的发动机。为起动这些园林工具，用户必须用手动拉动反冲启动器的绳索。另一些园林工具则包括用电起动系统起动的发动机，其中电起动系统包括由电池供电的起动电机。通常这种电起动系统还包括用户致动的起动开关（或钥匙），用户致动起动开关，使电池向起动电机供电以起动发动机。还有一些同时具有反冲启动器和电起动系统的发动机可供园林工具使用，用户可以根据需要选择使用手动起动发动机或使用电起动装置起动发动机。
上述现有技术存在如下问题，在电起动系统中使用的可充电电池，包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等，其充电往往需要耗时数个小时，无法满足园林工具连续长时间作业的需求。上述可充电电池在多次充放电后，都会存在使用不当而导致的衰减问题，需要用户定期维护。特别地对于目前最为常用的锂离子电池，快速充放电、长期深度充放电、高温等都会明显加快其衰减。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的一种内燃机，包括机体、设置在机体内的汽缸、设置在气缸内的活塞、驱动活塞运动的曲轴、燃料供给系统、点火系统、电起动系统和可充电的储能装置，所述电起动系统包括起动电机，所述储能装置给所述电起动系统供电使所述起动电机起动所述内燃机，所述储能装置为超级电容器模块，所述储能装置安装在所述机体上。
进一步地，所述储能装置还给所述燃料供给系统和/或所述点火系统供电。
进一步地，还包括控制系统，所述控制系统包括至少一个传感器和一个控制器；至少一个所述传感器采集所述内燃机的工况信号；所述控制器接收所述工况信号，并根据所述工况信号控制所述燃料供给系统和所述电子点火系统。
进一步地，还包括操作器，所述操作器将物理触发转化为用户指令信号；所述控制器接收所述用户指令信号，并根据所述用户指令信号控制所述内燃机的起动、熄火或调节燃料供给量中的至少一个动作。
进一步地，所述电起动系统还包括减速机构；所述内燃机起动时，所述起动电机通过所述减速机构带动所述曲轴旋转；所述减速机构与所述曲轴之间还设有离合机构，所述离合机构单向传递所述起动电机的扭矩。
进一步地，所述减速机构还包括将所述起动电机的动能进行储存并向所述曲轴释放能量的储能件。
进一步地，所述机体设有储能装置安装部，所述储能装置可拆卸地安装在所述储能装置安装部。
进一步地，所述活塞在气缸内沿第一轴线方向往复运动；所述超级电容器模块包括至少一个超级电容单体，所述超级电容单体具有沿其纵向延伸的第二轴线；所述第一轴线与所述第二周线不平行设置。
为解决上述技术问题，本发明的一种园林工具，包括工作部和给所述工作部提供动力的动力部，所述动力部包括小型内燃机，其特征是，所述小型内燃机包括机体、设置在机体内的汽缸、设置在气缸内的活塞、驱动活塞运动的曲轴、燃料供给系统、点火系统、电起动系统和可充电的储能装置，所述电起动系统包括起动电机，所述储能装置给所述起动电机供电使所述起动电机起动所述内燃机，所述储能装置为超级电容器模块，所述储能装置安装在所述机体上。
进一步地，还包括操作器和控制器，所述操作器将物理触发转化为用户指令信号，所述控制器根据所述用户指令信号控制所述内燃机的起动、熄火或调解燃料供给量中的至少一个动作；所述园林工具还包括供使用者握持的手柄部，所述操作器设置在所述手柄部，所述控制器设置在所述内燃机上。
进一步地，所述操作器构造为控制面板，所述控制面板上设有至少两个操作键，相邻两个所述操作键之间设有凸部。
附图说明
图1是本发明园林工具的控制结构示意图。
图2是本发明园林工具一个实施方式具体的控制结构示意图。
图3是本发明园林工具一个实施例的示意图。
图4是图3的爆炸图。
图5是图3的纵向剖视图。
图6是内燃机的横向剖视图。
图7是内燃机中飞轮的局部放大图。
图8是内燃机设置飞轮一侧面的示意图。
图9是内燃机减速机构的示意图。
图10是图9中沿A-A的剖视图。
图11是超越离合器的示意图。
图12是中储能结构的示意图。
图13是本发明园林工具另一个实施例的示意图。
图14是图13的局部放大图。
图15是本发明园林工具再一个实施例的示意图。
图16是图15的局部放大图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
实施例1。
如图1、图3～图16，本发明的一种园林工具1，包括动力部11、连杆部12、工作部 13和手柄部14。在本实施例中，所述园林工具1为打草机，当然在其他实施方式中，园林 工具1可为其他手持式的园林工具，如链锯、吹吸机等，也可为推行式的园林工具，如割草 机等，也可为背负式的打草机、链锯、吹吸机等。为方便描述，沿打草机轴向，以打草机在 使用时远离用户的一端为“前”。其中，动力部11具有动力部外壳111，动力部外壳111向 前延伸形成手柄部14。连杆部12的一端与手柄部14连接，连杆部12的另一端与工作部13 连接，在连杆部12内设有动力传输装置(未图示)，将动力部11的动力输出传递给工作部 13。在本实施例中，在动力部外壳111内设置有小型内燃机2，内燃机2包括机体201、油 箱2011、气缸2022、活塞203、曲轴204和曲轴箱2041、与曲轴204前端连接的飞轮243， 内燃机2的结构为现有技术，故不再赘述。打草机工作时，燃料在气缸2022内燃烧驱动活 塞203运动，活塞203的往复运动通过曲轴连杆转化为曲轴204的持续转动。曲轴204的转 动通过动力传输装置传递给动力部11。动力部11设置有打草绳或刀片，动力传输装置将曲 轴204的转动传递给打草绳或刀片，使其转动从而进行打草作业。
在本实施例中，如图1，打草机包括控制系统，该控制系统包括一个控制器21、至少一个传感器22和操作器102，内燃机2还包括设置在机体201的起动系统23、点火系统24和燃料供给系统25。其中，传感器22采集打草机的工况信号，尤其采集内燃机2的工况，操作器102由用户触发发出控制打草机的用户指令信号，控制器21接收上述工况信号并根据工况信号控制点火系统24和燃料供给系统25，控制器21还接收上述用户指令信号并根据用户指令信号控制打草机的起动、熄火或调节燃料供给量中的至少一个动作。在本实施例中，控制器21设置在动力部外壳111内，优选地设置在内燃机2内。在其他实施例中，控制器21也可设置在打草机的其他部位。在本实施例中，操作器102与控制器21分离设置，具体地，如图4~图6，控制器21设在动力部外壳111内，操作器102设置在手柄部14的前端，优选地，手柄部14包括握持部141，操作器102设置在握持部141的前方。控制器21与操作器102之间通过通信线2012连接。在其他实施方式中，控制器21与操作器102上安装有无线信号收发装置，控制器21与操作器102之间通过无线电进行信号传输。在另外的实施方式中，操作器102与打草机分离设置，即操作器102可以设置在独立的遥控器上，该遥控器与控制器21之间通过通信线或无线电进行信号传输。在另外的实施方式中，操作器102可以为另一独立的智能终端，例如台式计算机或移动终端（手机、笔记本电脑、平板电脑等），通过软件程序实现用户操作指令的触发，并通过通信线或无线电进行信号传输。
在本实施例中，打草机还包括一个可拆卸地连接的超级电容器模块101。本发明使用一个超级电容器模块101，通过控制器21为整个打草机供电，即超级电容器模块101为电起动系统23、点火系统24、燃料供给系统25和控制器21供电。当然，在一些实施例中，超级电容器模块101也可仅为电起动系统23和控制器21供电；在另一些实施例中，超级电容器模块101仅为电起动系统23、燃料供给系统25和控制器21供电。在动力部外壳111上设有储能装置安装部1111，所述超级电容器模块101可拆卸地安装于储能装置安装部1111，超级电容器模块101与控制器21电性连接。在超级电容器模块101与控制器21之间还设有电源模块1011用以调节超级电容器模块101的放电电压和/或放电电流。进一步地，活塞203在气缸202内沿第一轴线方向往复运动。超级电容器模块101包括至少一个超级电容单体，超级电容单体具有沿其纵向延伸的第二轴线。在本实施例中，第一轴线与所述第二轴线不平行设置。
在本实施例中，如图4，操作器102包括第一操作键1021、第二操作键1022、第三操作键1023、第四操作键1024和第五操作键1025，其中第一操作键1021、第二操作键1022、第三操作键1023为分布在操作器102的前部上表面的船型开关，第四操作键1024为设置在操作器102后部下方的压柄型开关，第五操作键1025为设置在操作器102后部上方、与第四操作键1024相对的压柄型开关。具体地，第一操作键1021为总开关键，第二操作键1022为起动开关键，第三操作键1023为熄火开关键，第四操作键1024为燃油供应量调节键，第五操作键1025为燃油供应量锁定键。开始使用打草机时，先触发总开关键，打草机整机电路连通，再触发起动开关键，控制器21控制起动系统使内燃机2开始运转。在打草作业过程中，用户可以对燃油供应量调节键施加不同的压力，控制器21根据燃油供应量调节键的状态控制燃油供给系统25以调节燃油供应量；当燃油供应量长时间不需要调整时，用户可以触发燃油供应量锁定键，控制器21根据燃油供应量锁定键的状态以锁定燃油供应量，并可随后释放燃油供应量调节键。在打草作业结束后，先出发熄火开关键，控制器21控制内燃机2熄火，最后触发总开关键，切断打草机电路。
如图5～图12，起动系统23包括起动电机231和减速机构232。其中，起动电机231设置在气缸2022的下方，以避开高温区域。起动电机231具有起动电机输出轴2311，起动 电机输出轴2311沿打草机的轴向向后延伸，并与减速机构232的输入齿轮2321连接，减速 机构232的输出齿轮2323通过离合机构与曲轴204的后端连接。结合图9～图10所示，减 速机构232为多级齿轮传动，至少包括与输入齿轮2321配合的传动齿轮2322、以及与传动 齿轮2322传动配合的输出齿轮2323。如图11所示，离合机构为一超越离合器。
如图12所示，储能件优选设置在输出齿轮2323内侧，优选为涡簧234，且其中心与输出齿轮2323的中心同轴，蜗簧234能减小起动时各零部件之间的冲击，延长起动系统23的使用寿命。蜗簧234包括位于内侧的蜗簧内端2341、和位于外侧的蜗簧外端2342，其中 蜗簧内端2341和蜗簧外端2342之间通过多层缠绕来实现能量储存和释放，其中多层缠绕的空间可收缩和放大。而输出齿轮2323则设置有收容蜗簧外端2342且位于外侧的收容槽2323a、以及位于收容槽2323a一侧且与蜗簧外端2342卡扣的卡勾2323b。在其他实施方式中，储能件也可选用扭簧。
打草机起动时，起动电机输出轴2311高速旋转，带动输入齿轮2321转动，齿轮2321通过齿轮啮合来驱动输出齿轮2323旋转。随着输出齿轮2323的转动，不断地向蜗簧234施加压力，即涡簧234不断地将电机的动能进行储存。一旦涡簧234提供的弹力大于曲轴204的阻力，涡簧234将通过离合机构向曲轴204释放能量，实现内燃机2的电起动过程。一旦内燃机2起动过后，曲轴204将高速旋转，离合机构保证减速机构232停止工作。
在本实施例中，超级电容器模块101设置在减速机构232的后方，曲轴箱2014设置在减速机构232的前方，起动电机231和曲轴204均从减速机构232的前方与其连接，控制器21设置在超级电容器模块101的下方。如此设置，不但能够使打草机的动力部11结构紧凑，造型美观，而且能够方便布线。
如图2、图6、图14~图15，点火系统24包括升压装置241、与升压装置241输出相连的火花塞242、设置在飞轮243或机体201上的第二传感器222。在本实施例中，第二传感器222包括感应元件和与感应元件对应设置的霍尔元件。其中，感应元件设置在飞轮243上且为磁铁，数目为至少两个，而霍尔元件则设置在机体201上且数目为单个，在其他实施方式中，霍尔元件也可以被光电元件或其他元件替代。气缸202内有燃烧室，其中火花塞242固定在气缸202上并至少部分伸入到燃烧室内。优选地，感应元件包括用于初始定位的定位磁铁2432、以及用于转速测量的测量磁铁2431，定位磁铁2432又称上死点定位磁铁。感应元件设置在飞轮243的周向。在本实施例中，内燃机2还设有第三传感器，第三传感器为温度传感器，用以采集环境温度信号。
本发明通过第二传感器222检测飞轮243的转速以确定点火提前角，而第三传感器检测当前温度，控制器21将超级电容器模块101经过升压装置241由低压变为高压。控制器21根据当前的转速、工作时间、温度等综合工况，计算出当前所需要的点火提前角和点火能量。然后点火系统24根据控制器21内部计算结果，通过火花塞242释放出相应能量的电火花，使气缸202内的油气混合物进行燃烧，推动活塞203往复运动。
实施例2。
如图13～图14，本实施例提供一种使用内燃机的打草机，其于实施例1的区别是，操作器102包括面板，第一操作键1021、第二操作键1022和第三操作键1023为扁平的按 钮开关并设置在面板上。在第一操作键1021与第二操作键1022之间设置凸部1026，防止 同时触发第一操作键1021与第二操作键1022。
实施例3。
如图15、图16，与实施例2的区别是，本实施例打草机的手柄部14为安装在连杆 部12上的U型手柄，在U型手柄的两端设有握持部141。在两个握持部141其中之一上设 有操作器102。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内燃机，包括机体、设置在机体内的汽缸、设置在气缸内的活塞、驱动活塞运动的曲轴、燃料供给系统、点火系统、电起动系统和可充电的储能装置，所述电起动系统包括起动电机，所述储能装置给所述电起动系统供电使所述电起动系统起动所述内燃机，其特征是，所述储能装置为超级电容器模块，所述储能装置安装在所述机体上。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是，所述储能装置还给所述燃料供给系统和/或所述点火系统供电。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是，还包括控制系统，所述控制系统包括至少一个传感器和一个控制器；至少一个所述传感器采集所述内燃机的工况信号；所述控制器接收所述工况信号，并根据所述工况信号控制所述燃料供给系统和所述电子点火系统。
4.根据权利要求2所述的内燃机，其特征是，还包括操作器，所述操作器将物理触发转化为用户指令信号；所述控制器接收所述用户指令信号，并根据所述用户指令信号控制所述内燃机的起动、熄火或调节燃料供给量中的至少一个动作。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是，所述电起动系统还包括减速机构；所述内燃机起动时，所述起动电机通过所述减速机构带动所述曲轴旋转；所述减速机构还包括将所述起动电机的动能进行储存并向所述曲轴释放能量的储能件；所述减速机构与所述曲轴之间还设有离合机构，所述离合机构为超越离合器。
6.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是，所述机体设有储能装置安装部，所述储能装置可拆卸地安装在所述储能装置安装部。
7.根据权利要求1所述的内燃机，其特征是，所述活塞在气缸内沿第一轴线方向往复运动；所述超级电容器模块包括至少一个超级电容单体，所述超级电容单体具有沿其纵向延伸的第二轴线；所述第一轴线与所述第二周线不平行设置。
8.一种园林工具，包括工作部和给所述工作部提供动力的动力部，所述动力部包括小型内燃机，其特征是，所述小型内燃机包括机体、设置在机体内的汽缸、设置在气缸内的活塞、驱动活塞运动的曲轴、燃料供给系统、点火系统、电起动系统和可充电的储能装置，所述电起动系统包括起动电机，所述储能装置给所述起动电机供电使所述起动电机起动所述内燃机，所述储能装置为超级电容器模块，所述储能装置安装在所述机体上。
9.根据权利要求8所述的园林工具，其特征是，还包括操作器和控制器，所述操作器将物理触发转化为用户指令信号，所述控制器根据所述用户指令信号控制所述内燃机的起动、熄火或调解燃料供给量中的至少一个动作；所述园林工具还包括供使用者握持的手柄部，所述操作器设置在所述手柄部，所述控制器设置在所述内燃机上。
10.根据权利要求9所述的园林工具，其特征是，所述操作器构造为控制面板，所述控制面板上设有至少两个操作键，相邻两个所述操作键之间设有凸部。
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