TWI573940B - Overrun clutch with delay function - Google Patents

Description

具有延遲功能的超越離合器

本創作有關超越離合器，尤其關於具有延遲功能的超越離合器。

一種目前被廣泛使用的內燃機起動系統，其在起動齒輪與曲軸之間設置一超越離合器，當起動齒輪的轉速高於曲軸轉速時，超越離合器為嚙合狀態，反之，當起動齒輪的轉速低於曲軸轉速時，超越離合器為非嚙合狀態。

故內燃機在起動初期，起動馬達所輸出的動力經由起動齒輪及超越離合器(或稱為單向離合器)以驅動曲軸而轉動內燃機。而當內燃機起動之後，曲軸的轉速會高於起動齒輪的轉速，此時超越離合器即成為非嚙合狀態，內燃機的動力不致回傳到起動馬達，可避免起動馬達損壞。

然而此習知起動系統存在一個問題點，當內燃機熄火時，曲軸及其上的零件仍存有相當大的動能，會驅動曲軸及活塞繼續運動，直到動能耗盡後曲軸才會停止轉動。若當曲軸停止轉動時，正處於內燃機的壓縮行程接近終點的話，存在汽缸中的高壓氣體便會驅動曲軸快速反向轉動，此反向轉動的曲軸會導致超越離合器即刻嚙合，會使得超越離合器及起動齒輪受到巨大的衝擊負荷。

此種內燃機熄火、曲軸反轉衝擊的現象，在單缸引擎中尤其顯著。為克服此種現象，目前的解決對策乃是加大超越離合器的負荷能力及強化起動齒輪的結構強度，以便能承受此種衝擊負荷。然而，這將導致成本增加，顯然是一種不得以的對策。

爰是，本創作的主要目的在於揭露一種具有延遲功能的超越離合器。

基於上述目的，本創作為一種具有延遲功能的超越離合器，用於連結一起動齒輪與一曲軸，其包含一第一軸環、一第二軸環、一滾子保持架與至少一控制環。其中該第一軸環連結至該起動齒輪，該第二軸環連結至該曲軸，該第一軸環與該第二軸環套合可同軸相對轉動，該第二軸環具有複數各具有傾斜底面的凹穴。

該滾子保持架設於該第一軸環與該第二軸環之間，該第二軸環與該滾子保持架間具一第一摩擦力而緊密地接觸，該滾子保持架具有一環面凹陷區並具有數量對應該第二軸環之複數凹穴的複數滾子，且第二軸環之凹穴的該傾斜底面較低處與該第一軸環的距離大於該滾子的直徑，該傾斜底面較高處與該第一軸環的距離小於該滾子的直徑。該第一軸環具有至少一只對應容置該些控制環的環形凹槽，且該第一軸環與該些控制環間具一第二摩擦力而緊密地接觸，且該第二摩擦力大於該第一摩擦力。該些控制環並具有對應容置於該滾子保持架之環面凹陷區的一卡勾結構。

本創作的詳細作動方式，請參閱實施方式中所述。當內燃機起動後的正常運轉時期(該曲軸轉動且該起動齒輪為靜止狀態)，本創作的該第二軸環會帶動該滾子保持架轉動，使得該些控制環的卡勾結構離開該滾子保持架之環面凹陷區的嚙合致使邊端，並使得該複數滾子停留於該第二軸環之凹穴之傾斜底面的較低處(超越離合器處於非嚙合狀態)。而當內燃機熄火發生曲軸(第二軸環)反轉的初期，由於該第二軸環與該滾子保持架間具有該第一摩擦力，因此該第二軸環會帶動該滾子保持架同步反轉，直到該卡勾結構卡抵該環面凹陷區的嚙合致使邊端為止。亦即，在該卡勾結構卡抵該環面凹陷區的嚙合致使邊端之前，該複數滾子都停留在該第二軸環之凹穴 之傾斜底面的較低處，亦即該超越離合器仍處於非嚙合狀態，因此該曲軸反轉時的動能不會經由該超越離合器傳遞至該起動齒輪。據此，只要依據內燃機熄火、曲軸反轉的最大角度，來設計該滾子保持架之環面凹陷區的長度，使得該些控制環之卡勾結構卡抵該環面凹陷區的嚙合致使邊端之前，該曲軸反轉已結束，即可完全避免該超越離合器及該起動齒輪承受衝擎負荷，其即形成本創作所述之具有延遲功能的超越離合器，可以更低的成本、更有效的方式滿足使用上的需求。

10‧‧‧起動齒輪

20‧‧‧曲軸

30、30A‧‧‧第一軸環

31、31A‧‧‧環形凹槽

40、40A‧‧‧第二軸環

41‧‧‧凹穴

42‧‧‧傾斜底面

43‧‧‧螺鎖部

50、50A‧‧‧滾子保持架

501、501A‧‧‧開口

51‧‧‧環面凹陷區

511‧‧‧嚙合致使邊端

512‧‧‧邊端

52‧‧‧滾子

53‧‧‧穿槽

60、60A‧‧‧控制環

61‧‧‧卡勾結構

70‧‧‧滾子軸承

80、80A‧‧‧側板

81、81A‧‧‧彈性體

82‧‧‧位移調整元件

圖1，為本創作超越離合器元件分解結構圖。

圖2A，為本創作超越離合器元件組合剖視圖。

圖2B，為本創作圖2A之2B-2B剖視示意圖。

圖2C，為本創作圖2A之2C-2C剖視示意圖。

圖2D，為本創作圖2C之局部放大圖。

圖3A~3C，為本創作之作動結構圖。

圖4A~4D，為本創作另一等效的實施結構圖。

圖5，為本創作滾子保持架另一實施結構圖。

圖6，為本創作滾子保持架另一等效的實施結構圖。

茲有關本創作的詳細內容及技術說明，現以應用於內燃機起動系統的實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本創作實施之限制。

請參閱「圖1」、「圖2A」~「圖2D」所示，本創作為一種具有延遲功能的超越離合器，用於連結一起動齒輪10與一曲軸20，其包含一第一 軸環30、一第二軸環40、一滾子保持架50與至少一控制環60。其中該第一軸環30連結該起動齒輪10，該第二軸環40連結該曲軸20，該第一軸環30與該第二軸環40套合可相對同軸轉動，該第二軸環40具有複數各具有傾斜底面42的凹穴41，且該第一軸環30套設於該第二軸環40之外側，並該第一軸環30與該第二軸環40之間可以設置有至少一組滾子軸承70，來增加轉動的穩定性。

該滾子保持架50設於該第一軸環30與該第二軸環40之間，該第二軸環40與該滾子保持架50間具一第一摩擦力而緊密地接觸。為了產生該第一摩擦力，本創作可以更具有一與該第二軸環40結合的側板80，且該側板80與該第二軸環40夾制該滾子保持架50，並該側板80與該滾子保持架50之間設置一受壓縮的彈性體81，該彈性體81可以產生推力，讓該第二軸環40與該滾子保持架50之間產生該第一摩擦力，且為了調整該第一摩擦力的大小，該第二軸環40可以延伸一穿過該側板80的螺鎖部43，且該螺鎖部43螺鎖一壓迫該側板80的位移調整元件82，該位移調整元件82可以調整位置以壓迫該側板80，因而可以調整該第一摩擦力的大小。

此外請再一併參閱「圖5」，該滾子保持架50可以具有一開口501，該滾子保持架50的內徑些微小於第二軸環40的外徑，因此當該滾子保持架50設於該第二軸環40上時，即可藉由尺寸上的差異，讓該滾子保持架50以在彈性範圍內受力張開的方式包覆該第二軸環40，同樣可以產生該第一摩擦力。

又該滾子保持架50具有一環面凹陷區51並具有數量對應該複數凹穴41的複數滾子52，且該傾斜底面42較低處與該第一軸環30的距離大於該滾子52的直徑，該傾斜底面42較高處與該第一軸環30的距離小於該滾子52 的直徑，且該滾子保持架50具有一對一容置該複數滾子52且正對該複數凹穴41的複數穿槽53。

該些控制環60具有對應容置於該環面凹陷區51的一卡勾結構61，而該第一軸環30具有至少一只對應容置該些控制環60的環形凹槽31，且該第一軸環30與該些控制環60間具一第二摩擦力而緊密地接觸，且該第二摩擦力大於該第一摩擦力。而產生該第二摩擦力的方式，可以讓該些環形凹槽31設置於該第一軸環30的內徑面，且該些環形凹槽31的圓徑些微小於該些控制環60的外徑，因此該些控制環60必須在彈性範圍內受壓縮小才能安裝設置於該些環形凹槽31內，因此該些控制環60與該第一軸環30之間即會產生該第二摩擦力。且為了增加該第二摩擦力，並增加穩定性，該些環形凹槽31可以為兩個，且分別設置於該第一軸環30的內徑的兩側。

請再參閱「圖3A」、「圖3B」與「圖3C」所示，為本創作的作動結構圖，首先請搭配參閱「圖3A」與「圖3B」，當內燃機初起動，起動馬達驅動該起動齒輪10轉動時(逆時針轉動)，會驅動該第一軸環30朝向相對於該第二軸環40之傾斜底面42較高處轉動，該第一軸環30藉由該第二摩擦力帶動該些控制環60，讓該卡勾結構61卡抵該滾子保持架50之環面凹陷區51的嚙合致使邊端511(如「圖3A」)，又由於該第二摩擦力大於該第一摩擦力，因而該第一軸環30可帶動該滾子保持架50轉動，以致推壓該滾子52移往該傾斜底面42的較高處(如「圖3B」)，使得該複數滾子52同時接觸該第一軸環30與該第二軸環40，成為扭力傳遞結構，亦即使該超越離合器成為嚙合狀態，於是該第一軸環30會帶動該第二軸環40轉動，使扭力由該第一軸環30傳遞至該第二軸環40，並轉動該曲軸20以起動內燃機。

當內燃機起動後，該曲軸20的轉速會超越該起動齒輪10，亦即該第二軸環40的轉動速度會大於該第一軸環30，致該複數滾子52無法同時接 觸第一軸環30與該第二軸環40，此時該超越離合器即處於非嚙合狀態，扭力無法在該第一軸環30與該第二軸環40之間傳遞，藉以保護該起動馬達。同時由於該第二軸環40的轉動速度大於該第一軸環30，又因該第二軸環40與該滾子保持架50之間具有該第一摩擦力的作用，因此該第二軸環40會帶動該滾子保持架50同步轉動，使得嚙合致使邊端511與卡勾結構61分離，並直到該環面凹陷區51的另一邊端512被該卡勾結構61卡抵為止(如「圖3C」)，這時又由於該第二摩擦力大於該第一摩擦力，滾子保持架50會被該卡勾結構61推動，而將該複數滾子52推壓至該傾斜底面42的較低處(如「圖2D」)。

當該發動機熄火，曲軸20(第二軸環40)減速時，因該起動齒輪10(第一軸環30)已為靜止狀態，故該第二軸環40的轉動速度仍會大於該第一軸環30，故此時該卡勾結構61與該環面凹陷區51的相對位置仍如「圖3C」，且該複數滾子52仍會停留在該傾斜底面42的較低處(如「圖2D」)，亦即該超越離合器仍處於非嚙合狀態。

又當該曲軸20(第二軸環40)停止且將進入反轉時，該卡勾結構61與該環面凹陷區51的相對位置仍如「圖3C」，且該複數滾子52仍會停留在該傾斜底面42的較低處(如「圖2D」)，亦即該超越離合器仍處於非嚙合狀態。

當該曲軸20(第二軸環40)反轉(順時針轉動)時，由於該第二軸環40與該滾子保持架50之間具有該第一摩擦力，該第二軸環40與該滾子保持架50會同步反轉，使得該複數滾子52仍會停留在該傾斜底面42的較低處(如「圖2D」)，直到該卡勾結構61卡抵該環面凹陷區51的嚙合致使邊端511為止(如「圖3A」)，亦即，在該卡勾結構61卡抵該環面凹陷區51的嚙合致使邊端511之前，該第二軸環40與該滾子保持架50的相對位置不變，故該複數 滾子52都仍停留在該傾斜底面42的較低處(如「圖2D」)，亦即該超越離合器仍會處於非嚙合狀態。故在此狀況下，雖該曲軸20發生反轉，但其動能無法經由該超越離合器傳遞至該起動齒輪10。

是故，只要依據內燃機熄火、曲軸反轉的最大角度來設計該環面凹陷區51的長度，使得在該卡勾結構61卡抵該環面凹陷區51的嚙合致使邊端511之前(該卡勾結構61卡抵該環面凹陷區51的嚙合致使邊端511之後，即會讓該超越離合器進入嚙合狀態)，該曲軸20的反轉狀態已結束(動能已消耗完畢)，即可完全避免超越離合器及該起動齒輪10受到衝擊負荷。其即形成本創作所述之具有延遲功能的超越離合器，可滿足使用上的需求，並改進先前技術的缺點。

請再參閱「圖4A」、「圖4B」、「圖4C」與「圖4D」所示，其為本創作另一等效的實施結構，其為讓該第一軸環30A套設於該第二軸環40A之內側，且可具有一與該第二軸環40A結合的側板80A，且該側板80A與該第二軸環40A夾制該滾子保持架50A，並該第二軸環40A與該滾子保持架50A之間設置一受壓縮的彈性體81A，透過該彈性體81A的推力可讓該第二軸環40A與該滾子保持架50A之間產生該第一摩擦力。同樣的，如「圖6」所示，亦可讓該滾子保持架50A具有一開口501A，該滾子保持架50A的外徑些微大於第二軸環40A的內徑的方式，來產生該第一摩擦力。

而產生該第二摩擦力的方式，為讓該些環形凹槽31A設置於該第一軸環30A的外徑面，且該些環形凹槽31A的圓徑些微大於該些控制環60A的內徑。且該些環形凹槽31A可以為兩個，且分別設置於該第一軸環30A的內徑的兩側。

如上所述，本創作透過於該控制環設置該卡勾結構，且於該卡勾結構設置於該滾子保持架之環面凹陷區，當該第二軸環帶動該滾子保持架 同步反轉時，該卡勾結構卡抵該環面凹陷區的嚙合致使邊端之前，該滾子都停留在該傾斜底面的較低處，亦即該超越離合器會處於非嚙合狀態，因此即可以避免傳遞該曲軸反轉時的動力，而不會衝擊超越離合器及起動齒輪，滿足使用上的需求，並改進先前技術的缺點。

惟上述僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍。即凡依本創作申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本創作專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧起動齒輪

20‧‧‧曲軸

30‧‧‧第一軸環

31‧‧‧環形凹槽

40‧‧‧第二軸環

41‧‧‧凹穴

42‧‧‧傾斜底面

43‧‧‧螺鎖部

50‧‧‧滾子保持架

51‧‧‧環面凹陷區

511‧‧‧嚙合致使邊端

512‧‧‧邊端

52‧‧‧滾子

53‧‧‧穿槽

60‧‧‧控制環

61‧‧‧卡勾結構

70‧‧‧滾子軸承

80‧‧‧側板

81‧‧‧彈性體

82‧‧‧位移調整元件

Claims (14)

1. 一種具有延遲功能的超越離合器，用於連結一起動齒輪與一曲軸，其包含：一連結至該起動齒輪的第一軸環；一連結至該曲軸的第二軸環，該第一軸環與該第二軸環套合可相對同軸轉動，該第二軸環具有複數各具有一傾斜底面的凹穴；一設於該第一軸環與該第二軸環之間的滾子保持架，該第二軸環與該滾子保持架間具一第一摩擦力而緊密地接觸，該滾子保持架具有一環面凹陷區並具有數量對應該複數凹穴的複數滾子；且該第二軸環之凹穴之傾斜底面較低處與該第一軸環的距離大於該滾子的直徑，該傾斜底面較高處與該第一軸環的距離小於該滾子的直徑；以及至少一控制環，該第一軸環具有至少一只對應容置該些控制環的環形凹槽，且該些控制環與該第一軸環間具一第二摩擦力而緊密地接觸，且該第二摩擦力大於該第一摩擦力；該控制環並具有對應容置於該滾子保持架之環面凹陷區的一卡勾結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該滾子保持架具有一對一容置該複數滾子且正對該複數凹穴的複數穿槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該第一軸環套設於該第二軸環之外側。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中更具有一與該第二軸環結合的側板，且該側板與該第二軸環夾制該滾子保持架，並該側板與該滾子保持架之間設置一受壓縮的彈性體。
5. 如申請專利範圍第4項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該第二軸環延伸一穿過該側板的螺鎖部，且該螺鎖部螺鎖一壓迫該側板的位移調整元件。
6. 如申請專利範圍第3項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該滾子保持架具有一開口，該滾子保持架的內徑些微小於該第二軸環的外徑。
7. 如申請專利範圍第3項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中容置該些控制環的該些環形凹槽設置於該第一軸環的內徑面，且該些環形凹槽的圓徑些微小於該些控制環的外徑。
8. 如申請專利範圍第7項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該些環形凹槽為兩個，且分別設置於該第一軸環的內徑的兩側。
9. 如申請專利範圍第1項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該第一軸環套設於該第二軸環之內側。
10. 如申請專利範圍第9項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中更具有一與該第二軸環結合的側板，且該側板與該第二軸環夾制該滾子保持架，並該第二軸環與該滾子保持架之間設置一受壓縮的彈性體。
11. 如申請專利範圍第9項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該滾子保持架具有一開口，該滾子保持架的外徑些微大於第二軸環的內徑。
12. 如申請專利範圍第9項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中容置該些控制環的該些環形凹槽設置於該第一軸環的外徑面，且該些環形凹槽的圓徑些微大於該些控制環的內徑。
13. 如申請專利範圍第9項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該些環形凹槽為兩個，且分別設置於該第一軸環的內徑的兩側。
14. 如申請專利範圍第1項所述的具有延遲功能的超越離合器，其中該第一軸環與該第二軸環之間設置有至少一組滾子軸承。