CN1500181A - 发动机起动和停止装置 - Google Patents

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Abstract

一种发动机起动装置，它包括可以在发动机的曲柄轴和心轴之间选择性地接合的第一滚轮。该滚轮使得心轴响应曲柄轴的旋转而沿着加载方向的转动。心轴的旋转给弹性部件加载。可以采用锁定机构例如棘轮和棘爪来保持弹性部件的加载，直至需要起动发动机。通过棘爪脱离与棘轮接合并使得弹性部件卸载，可以引发发动机的起动。起动机小齿轮安装在心轴的螺旋状螺纹部分上，并响应弹性部件的卸载而沿着螺旋状螺纹部分轴向转动。起动机小齿轮接合所述飞轮上的齿，并使得飞轮在弹性部件的卸载作用下沿着起动方向转动。

Description

发动机起动和停止装置
本申请是2000年11月10日提交的美国申请No.09/709,859的部分延续申请，而后者是于1998年10月30提交的美国申请No.09/183,425、也就是现在的美国专利6,230,678的继续申请。这两份在先申请的全部内容在此被引用作为参考。
背景技术
本发明涉及一种内燃机的起动和停止装置。更具体地说，本发明涉及一种通过卸载在弹性部件中的存储能量来起动发动机的机构。
发明概述
本发明提供一种内燃机，它包括一弹簧加载机构、一发动机起动机构和一能量存储机构。该能量存储机构安装在发动机上并包括至少一个弹性部件(例如，弹簧)。一心轴与该弹性部件互连并沿着加载方向转动，以给弹性部件加载，并且响应于弹性部件的卸载而沿着卸载方向转动。
弹簧加载机构优选包括安装在心轴上的第一滚轮。通过选择性的移动形成曲柄轴和第二滚轮之间的接合，第二滚轮将发动机曲柄轴的旋转转化为心轴沿着加载方向的旋转。
发动机起动机构包括与心轴互连的螺旋状螺纹部件以及拧进该螺旋形螺纹部件中的起动机小齿轮。心轴沿着卸载方向的旋转导致起动机小齿轮沿着螺旋形螺纹部件移动，并形成与发动机飞轮之间的接合。起动机小齿轮将心轴沿着卸载方向的旋转转化为飞轮沿着起动方向的旋转，以起动发动机。起动机小齿轮可以是摩擦滚轮或齿轮。
本发明还包括一种控制系统，用于使弹簧解除加载状态，以使得心轴沿着卸载方向旋转。该控制系统可以包括一个或者多个手动促动器，例如与锁定机构互连的横木把手和/或按钮。该锁定机构可以包括棘轮和棘爪组件，用于选择性地防止弹性部件卸载。当促动时，该手动促动器释放锁定机构，以启动弹性部件的卸载。
本领域普通技术人员将可从以下详细说明、权利要求和附图中了解本发明的其它特征和优点。
附图的简要说明
图1为实施本发明的一割草机的透视图；
图2为在图1中所示的割草机的一部分的剖视图，显示出弹簧加载机构和发动机起动机构；
图3为沿着在图2中的直线3-3剖开的视图；
图4为弹簧套组件的分解视图；
图5为沿着在图2中的直线5-5剖开的心轴和弹簧相互连接部分的剖视图。
在对本发明的一个实施例进行详细说明之前，要理解的是，本发明在其申请中并不限于在下面说明书中所提到的或者在这些附图中所示的结构细节和部件设置。本发明可以有其它实施例，并且能够以各种方式实施或实现。而且，要理解的是，在这里所用的词组和术语只是为了说明目的，而不应该被认为是进行限制。在这里使用“包括”和“包含”及其变型表示包含之后列出的内容和其等同方案以及附加的内容。在这里“由…构成”和其变型的使用表示只包含之后所列出的内容。用于识别方法或过程的要素的字母的使用仅仅用于识别，而并不表示这些要素应该以特定的顺序来进行。
本发明的详细说明
图1表示一剪草机10，它包括底盘14、吹风机外壳或者固定外壳18、安装在底盘14上并支撑着固定外壳18的发动机20(见图2)、将底盘14支撑在地面上的一组轮子22、以及从底盘14向上延伸的把手组件26。该剪草机10还包括第一和第二手动促动器，它们在所示的实施例中是横木把手30和按钮34，它们在远离发动机20的位置处支撑在把手26上。横木把手30或者按钮34通过电缆36与发动机20中的机构可操作地互连。如以下详细描述，横木把手30和按钮34必须都被促动，以起动发动机20。横木把手30、按钮34和电缆36是发动机20的控制系统的一部分。或者可以使用其它类型的手动促动器，例如杆、旋钮、可拆卸的控制键等。
应该指出的是，虽然显示出本发明应用在割草机10中，但是本发明可以应用在通过四冲程或两冲程循环内燃机供能的其它装置中。在某些应用中，希望具有两步发动机起动顺序。在其它应用中，只有一个手动促动器例如按钮34或横木把手30被促动，以起动该发动机20。
在剪草机10的操作中，横木把手30必须移动至靠近把手组件26端部的起动位置38(图1)，以保持发动机20的操作。横木把手30一旦被操作人员松开则偏转移动至停靠位置(图1)。这样使得发动机20的点火线路接地，并引发发动机20的关闭。为了将横木把手30移动到起动位置38，首先必须在横木把手30移动的同时按压住该按钮34。按压该按钮34就解开了在横木把手30上的或在发动机起动机构(在下面作进一步说明)中的另一个可动部件上的锁，这对于起动该发动机20而言是必须的。或者，该横木把手30和按钮34可以如此构成，从而必须首先使该横木把手30移动，以使得按钮34被促动，在该情况下，按钮34的促动起动了发动机20。
现在参考图2，发动机20包括曲柄轴42，它按照已知的方式旋转，以驱动位于剪草机10的底盘14之下的切割刀。曲柄轴42可以如所示实施例那样竖直取向，从而切割刀直接连接至曲柄轴42的下端。或者，它可以水平取向或者非竖直取向。在曲柄轴42的顶端安装飞轮46和起动机杯50。如图所示，可以在曲柄轴42的端部上拧上螺母54，以将起动机杯50和飞轮46固定在曲柄轴42的顶端上。
传统反冲起动机组件58(图1)在飞轮46、曲柄轴42和起动机杯50上方可转动地安装在固定外壳18上。反冲起动机58包括接合起动机杯50的止块，以在拖拉起动机绳62(图1)时使曲柄轴42转动。该发动机20可以通过拖拉起动机绳62而按照传统方式起动。
在发动机20侧面上(也就是发动机外壳66或者曲柄轴箱)安装一个安装托架68。弹簧套70相对于该安装托架68和发动机外壳66固定，以防止在弹簧套70和发动机外壳66之间出现相对运动。如图5所示，弹性部件或者弹簧74(例如弹簧钢线圈)装在弹簧套70中。弹簧74的外端固定至弹簧套70上，弹簧74的内端86通过钩94(由弹簧74的内端86形成)和孔眼98(在心轴90的侧面中形成)可释放地连接至心轴90。心轴90被支撑，以在弹簧套70内并相对于该弹簧套70旋转。
如图4所示，心轴包括台肩102，其上支撑有可枢转的托架或者臂106、棘轮110、弹簧加载杯114、小齿轮118和螺旋状螺纹部件122。固定棘轮110和螺旋状螺纹部件122，以通过键、花键(如130a，130b和130c所示)等与心轴90一起旋转。小齿轮118拧在螺旋状螺纹部件122中，并容纳在杯114的空腔内。尽管杯114的形状如图所示以通过在其中至少部分容纳小齿轮118来节省空间，但是该杯114也可以是实心的盘或滚轮。
过卷式离合器(未显示)耦合弹簧加载杯114和心轴90，以一同旋转。当达到扭力阈值时，该过卷式离合器滑动，使得弹簧加载杯114绕心轴90旋转，以防止弹簧74过度卷绕。
图2和3显示了弹簧加载机构，它包括弹簧加载杯114以及所支撑的滚轮134，用于在可枢转的臂106上旋转。在所示结构中，可枢转的臂106相对于心轴90的纵轴126在加载或接合位置(图3实线所示)和起动或者脱开位置(图3虚线所示)之间旋转。当处于加载位置时，臂106将滚轮134楔入到曲柄轴42与弹簧加载杯114的接合之中。当处于起动位置时，臂106移动滚轮134，以离开曲柄轴42的接合。
因为臂106相对于心轴90的纵轴126旋转，因此滚轮134始终与弹簧加载杯134接触。或者，可枢转的臂106可以绕轴转动地安装在托架68上，或者可绕着心轴90周围的偏心轴承安装，从而臂106的转动轴与纵轴126不同轴，当臂106移动至起动位置时，滚轮134与曲柄轴42和弹簧套114脱离。
滚轮134的直径大于曲柄轴42和弹簧加载杯114之间的距离，从而滚轮134不会在曲柄轴42和弹簧加载杯114之间穿过。复位弹簧138将可枢转的臂106朝着加载位置偏置。电缆36将可枢转的臂106与横木把手30互连，从而横木把手30移动进入起动和操作位置会将可枢转臂106移动进入起动位置。
以下描述弹簧加载机构的操作。在内燃机20的常规操作中，曲柄轴42和飞轮46沿着起动或操作方向142旋转(图3)，在所示实施例中，为沿顺时针方向旋转。当横木把手30释放时(也就是引发发动机关闭和飞轮下降)，复位弹簧138使得可枢转的臂106移动进入加载位置。当臂106位于加载位置时，可枢转的臂106可以接触发动机点火线路的接地开关。因此弹簧加载机构可以基本同时引发发动机的关闭和弹簧加载。
滚轮134沿着逆时针方向146旋转，并导致弹簧加载杯114沿着加载方向150旋转。在所示实施例中，加载方向150与起动方向142(顺时针方向)相同。由于过卷式离合器，心轴90和棘轮110沿着加载方向150与弹簧加载杯114一起旋转。参考图5，心轴90和弹簧74之间的钩和孔眼94，98互连导致弹簧74响应心轴90沿着加载方向150的旋转而被加载。
棘爪154可枢转地安装在托架68上，并利用扭簧158朝着棘轮110偏置。棘轮110和棘爪154作为锁定机构，它防止弹簧74被卸载。棘爪154允许棘轮110沿着加载方向150而不是沿着卸载方向162(也就是逆时针方向或者与图3所示的加载方向150相反)旋转。
随着弹簧74被加载，它对曲柄轴42和飞轮46沿着起动方向142进一步转动产生不断增加的阻力，因此对曲柄轴42具有制动效果。在弹簧74已经达到预定负载或者扭转阈值之后，飞轮46和曲柄轴42应当继续旋转，过卷式离合器会滑动，由此保护弹簧74不被过度加载。
因此，该过卷式离合器134是一种用来降低弹簧74由于过卷而导致的损害发生率的部件。在这一点上，该过卷式离合器134可以安装在任何地方，只要它可操作地设置在曲柄轴42和弹簧74之间。也就是说，该过卷式离合器134必须能够使曲柄轴42与弹簧74脱开，从而即使曲柄轴42仍然在转动，弹簧74的加载也能够在所要求的阈值下停止。
尽管上面描述的弹簧加载系统在发动机下降过程中进行弹簧74的加载，但是可以对可枢转的臂106进行手动促动或者自动促动，以在发动机20的正常操作过程中加载弹簧74，而不会导致或引发发动机的关闭。
图2和4显示出使得发动机20起动的弹簧卸载或发动机起动机构。卸载机构包括螺旋状螺纹部件122、小齿轮118、以及与可枢转的臂106互连或整体形成的凸片166。当横木把手30移动至起动位置38时，电缆36将可枢转的臂转动至弹簧卸载位置。这种移动导致可枢转的臂106上的凸片166邻接棘爪154，并将其与棘轮110脱开。弹簧74响应棘爪154与棘轮110的脱离而卸载。应当指出，在另一个实施例中，按钮34或者另一个手动促动器可以用于促动该可枢转的臂106。
随着弹簧74的卸载，心轴90沿着卸载方向162旋转(见图3)，这导致小齿轮118沿着心轴90的旋转轴126爬上螺旋状螺纹部件122。当小齿轮118靠近或者达到螺旋状螺纹部件122的顶部时，小齿轮118的齿与飞轮46上整体形成的齿相啮合。小齿轮118沿着卸载方向162的旋转导致飞轮46沿着起动方向142旋转，由此导致发动机20启动。
一旦发动机20起动，飞轮46超过起动机小齿轮186并使得起动机小齿轮186沿着螺旋螺纹部件182向下往回转动。应该注意的是，与飞轮46相关的齿轮可由安装在飞轮46上的环形齿轮提供，以作为与飞轮46一体形成的替换方案。在该替换方案中，起动机小齿轮186可以采取通过摩擦力接合飞轮46的摩擦辊形式。
参照图5，一旦弹簧74基本上被卸载，则在内端86处的钩94滑动或者滑出旋转心轴90中的孔眼98，以降低弹簧74由于在其自身上在内端86处回弯而受到破坏的可能性。因此钩94和孔眼98作为整体形成的单向离合器，因为在一定意义上钩94和孔眼分别与弹簧74和心轴90整体形成。单向离合器的另一种形式(未显示)，例如单向轴承或者可枢转或者柔性的止块，可以用于替换钩94和孔眼98，以将弹簧内端与心轴90互连。

Claims (17)

1.一种内燃机，它包括：
一发动机外壳；
一曲柄轴，安装成用于在所述发动机外壳内转动；
一飞轮，它安装在所述曲柄轴上，以便在所述发动机的起动和操作期间与之一起沿着起动方向转动；
一弹簧套，它安装在所述发动机外壳上，以在所述发动机外壳和所述弹簧套之间基本上没有任何相对转动；
一能量存储机构，它包括安装在所述弹簧套内的至少一个弹性部件，所述弹性部件的一部分固定在所述弹簧套上；
一心轴，它延伸进入所述弹簧套并与所述弹性部件的一部分连接，从所述心轴沿着加载方向的转动使得所述弹性部件被加载，所述心轴响应于所述弹性部件的卸载而沿着卸载方向转动；
一弹簧加载机构，它包括：第一滚轮，其与所述曲柄轴连接以便与之一起转动；第二滚轮，其可与所述曲柄轴和所述第一滚轮选择性接合，以使得所述心轴响应所述曲柄轴沿着所述起动方向的旋转而沿着所述加载方向旋转，从而所述弹性部件响应所述曲柄轴沿着所述起动方向的旋转而被加载；以及
一起动机构，其可以响应所述弹性部件的卸载而移动，以使发动机起动。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述起动机构包括一起动机小齿轮，它响应于所述心轴的转动而转动，并且可以选择性地与所述飞轮接合，以便将所述心轴沿着所述卸载方向的转动转换成所述飞轮沿着所述起动方向的转动，从而起动所述发动机。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，所述起动机构还包括与所述心轴互连并可以绕着转动轴线转动的螺旋状螺纹部件，其中所述起动机小齿轮拧到所述螺旋状螺纹部件上，并且所述心轴沿着所述卸载方向的转动使得所述螺旋状螺纹部件绕着所述转动轴线转动，以使得所述起动机小齿轮沿着所述螺旋状螺纹部件轴向移动并与所述飞轮接合。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述螺旋状螺纹部件直接安装到所述心轴上，并且所述螺旋状螺纹部件的所述转动轴线与所述心轴的转动轴线基本上共线。
5.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，所述起动机小齿轮包括可选择地接合所述飞轮的摩擦表面的摩擦辊。
6.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述飞轮具有与之互连的齿轮齿，并且所述起动机小齿轮包括与所述飞轮齿轮齿可选择地啮合的齿轮齿。
7.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括一控制系统，用来使所述弹性部件解除加载状态，以使得所述心轴沿着所述卸载方向转动。
8.如权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述控制系统包括至少一个手动促动器，其远离所述发动机设置，并且可以促动，以使所述弹性部件解除所述加载状态。
9.如权利要求8所述的内燃机，其特征在于，所述至少一个手动促动器包括远离所述发动机设置的第一手动促动器，以及第二手动促动器，其中所述第一手动促动器和第二手动促动器必须都被促动，以使所述弹性部件解除所述加载状态。
10.如权利要求7所述的内燃机，其特征在于，所述第二滚轮朝向与所述曲柄轴和所述第一滚轮的接合的方向而偏置，所述第二滚轮可以响应于所述控制机构的促动而移动脱离与所述曲柄轴和所述第一滚轮中至少一个的接合。
11.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述弹簧加载机构还包括一可枢转的臂，其中第二滚轮可旋转地安装在所述臂上，所述臂能够可选择地绕轴旋转，以将所述第二滚轮移动进入和脱离在所述曲柄轴和第一滚轮之间的接合。
12.如权利要求11所述的内燃机，其特征在于，还包括一锁紧机构，用来防止所述弹性部件在所述弹性部件加载期间卸载，所述锁紧机构包括与所述心轴互连的棘轮和与所述发动机外壳互连的棘爪，其中所述可枢转的臂的一部分基本在所述第二滚轮移动而脱离在所述曲柄轴和第一滚轮之间的接合的同时使所述棘爪解除与所述棘轮的接合。
13.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括一锁紧机构，用来防止所述弹性部件在所述弹性部件加载期间卸载。
14.如权利要求13所述的内燃机，其特征在于，所述锁紧机构包括与所述心轴互连的棘轮和与所述发动机外壳互连的棘爪，所述棘爪可选择性地与所述棘轮脱离接合，以引发发动机的起动。
15.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述弹性部件和所述心轴通过单向离合器彼此可拆卸地耦合。
16.如权利要求15所述的内燃机，其特征在于，所述单向离合器包括所述弹性部件上的钩，它响应所述心轴沿着所述加载方向的旋转而可拆卸地与所述心轴上的孔眼相接合，所述钩响应所述弹性部件的基本卸载而脱离所述孔眼。
17.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，还包括发动机关闭机构，它基本在所述弹簧加载机构引发所述弹性部件加载的同时引发发动机的关闭。
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