專利名稱:發(fā)動機起動和停止裝置的制作方法
本申請是2000年11月10日提交的美國申請No.09/709,859的部分延續(xù)申請,而后者是于1998年10月30提交的美國申請No.09/183,425、也就是現(xiàn)在的美國專利6,230,678的繼續(xù)申請。這兩份在先申請的全部內(nèi)容在此被引用作為參考。
背景技術(shù):
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機的起動和停止裝置。更具體地說,本發(fā)明涉及一種通過卸載在彈性部件中的存儲能量來起動發(fā)動機的機構(gòu)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機,它包括一彈簧加載機構(gòu)、一發(fā)動機起動機構(gòu)和一能量存儲機構(gòu)。該能量存儲機構(gòu)安裝在發(fā)動機上并包括至少一個彈性部件(例如,彈簧)。一心軸與該彈性部件互連并沿著加載方向轉(zhuǎn)動,以給彈性部件加載,并且響應(yīng)于彈性部件的卸載而沿著卸載方向轉(zhuǎn)動。
彈簧加載機構(gòu)優(yōu)選包括安裝在心軸上的第一滾輪。通過選擇性的移動形成曲柄軸和第二滾輪之間的接合,第二滾輪將發(fā)動機曲柄軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為心軸沿著加載方向的旋轉(zhuǎn)。
發(fā)動機起動機構(gòu)包括與心軸互連的螺旋狀螺紋部件以及擰進該螺旋形螺紋部件中的起動機小齒輪。心軸沿著卸載方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致起動機小齒輪沿著螺旋形螺紋部件移動,并形成與發(fā)動機飛輪之間的接合。起動機小齒輪將心軸沿著卸載方向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為飛輪沿著起動方向的旋轉(zhuǎn),以起動發(fā)動機。起動機小齒輪可以是摩擦滾輪或齒輪。
本發(fā)明還包括一種控制系統(tǒng),用于使彈簧解除加載狀態(tài),以使得心軸沿著卸載方向旋轉(zhuǎn)。該控制系統(tǒng)可以包括一個或者多個手動促動器,例如與鎖定機構(gòu)互連的橫木把手和/或按鈕。該鎖定機構(gòu)可以包括棘輪和棘爪組件,用于選擇性地防止彈性部件卸載。當(dāng)促動時,該手動促動器釋放鎖定機構(gòu),以啟動彈性部件的卸載。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將可從以下詳細說明、權(quán)利要求和附圖中了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。
附圖的簡要說明
圖1為實施本發(fā)明的一割草機的透視圖;圖2為在圖1中所示的割草機的一部分的剖視圖,顯示出彈簧加載機構(gòu)和發(fā)動機起動機構(gòu);圖3為沿著在圖2中的直線3-3剖開的視圖;圖4為彈簧套組件的分解視圖;圖5為沿著在圖2中的直線5-5剖開的心軸和彈簧相互連接部分的剖視圖。
在對本發(fā)明的一個實施例進行詳細說明之前,要理解的是,本發(fā)明在其申請中并不限于在下面說明書中所提到的或者在這些附圖中所示的結(jié)構(gòu)細節(jié)和部件設(shè)置。本發(fā)明可以有其它實施例,并且能夠以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。而且,要理解的是,在這里所用的詞組和術(shù)語只是為了說明目的,而不應(yīng)該被認為是進行限制。在這里使用“包括”和“包含”及其變型表示包含之后列出的內(nèi)容和其等同方案以及附加的內(nèi)容。在這里“由…構(gòu)成”和其變型的使用表示只包含之后所列出的內(nèi)容。用于識別方法或過程的要素的字母的使用僅僅用于識別,而并不表示這些要素應(yīng)該以特定的順序來進行。
本發(fā)明的詳細說明圖1表示一剪草機10,它包括底盤14、吹風(fēng)機外殼或者固定外殼18、安裝在底盤14上并支撐著固定外殼18的發(fā)動機20(見圖2)、將底盤14支撐在地面上的一組輪子22、以及從底盤14向上延伸的把手組件26。該剪草機10還包括第一和第二手動促動器,它們在所示的實施例中是橫木把手30和按鈕34,它們在遠離發(fā)動機20的位置處支撐在把手26上。橫木把手30或者按鈕34通過電纜36與發(fā)動機20中的機構(gòu)可操作地互連。如以下詳細描述,橫木把手30和按鈕34必須都被促動,以起動發(fā)動機20。橫木把手30、按鈕34和電纜36是發(fā)動機20的控制系統(tǒng)的一部分?;蛘呖梢允褂闷渌愋偷氖謩哟賱悠鳎鐥U、旋鈕、可拆卸的控制鍵等。
應(yīng)該指出的是,雖然顯示出本發(fā)明應(yīng)用在割草機10中,但是本發(fā)明可以應(yīng)用在通過四沖程或兩沖程循環(huán)內(nèi)燃機供能的其它裝置中。在某些應(yīng)用中,希望具有兩步發(fā)動機起動順序。在其它應(yīng)用中,只有一個手動促動器例如按鈕34或橫木把手30被促動,以起動該發(fā)動機20。
在剪草機10的操作中,橫木把手30必須移動至靠近把手組件26端部的起動位置38(圖1),以保持發(fā)動機20的操作。橫木把手30一旦被操作人員松開則偏轉(zhuǎn)移動至停靠位置(圖1)。這樣使得發(fā)動機20的點火線路接地,并引發(fā)發(fā)動機20的關(guān)閉。為了將橫木把手30移動到起動位置38,首先必須在橫木把手30移動的同時按壓住該按鈕34。按壓該按鈕34就解開了在橫木把手30上的或在發(fā)動機起動機構(gòu)(在下面作進一步說明)中的另一個可動部件上的鎖,這對于起動該發(fā)動機20而言是必須的。或者,該橫木把手30和按鈕34可以如此構(gòu)成,從而必須首先使該橫木把手30移動,以使得按鈕34被促動,在該情況下,按鈕34的促動起動了發(fā)動機20。
現(xiàn)在參考圖2,發(fā)動機20包括曲柄軸42,它按照已知的方式旋轉(zhuǎn),以驅(qū)動位于剪草機10的底盤14之下的切割刀。曲柄軸42可以如所示實施例那樣豎直取向,從而切割刀直接連接至曲柄軸42的下端?;蛘?,它可以水平取向或者非豎直取向。在曲柄軸42的頂端安裝飛輪46和起動機杯50。如圖所示,可以在曲柄軸42的端部上擰上螺母54,以將起動機杯50和飛輪46固定在曲柄軸42的頂端上。
傳統(tǒng)反沖起動機組件58(圖1)在飛輪46、曲柄軸42和起動機杯50上方可轉(zhuǎn)動地安裝在固定外殼18上。反沖起動機58包括接合起動機杯50的止塊,以在拖拉起動機繩62(圖1)時使曲柄軸42轉(zhuǎn)動。該發(fā)動機20可以通過拖拉起動機繩62而按照傳統(tǒng)方式起動。
在發(fā)動機20側(cè)面上(也就是發(fā)動機外殼66或者曲柄軸箱)安裝一個安裝托架68。彈簧套70相對于該安裝托架68和發(fā)動機外殼66固定,以防止在彈簧套70和發(fā)動機外殼66之間出現(xiàn)相對運動。如圖5所示,彈性部件或者彈簧74(例如彈簧鋼線圈)裝在彈簧套70中。彈簧74的外端固定至彈簧套70上,彈簧74的內(nèi)端86通過鉤94(由彈簧74的內(nèi)端86形成)和孔眼98(在心軸90的側(cè)面中形成)可釋放地連接至心軸90。心軸90被支撐,以在彈簧套70內(nèi)并相對于該彈簧套70旋轉(zhuǎn)。
如圖4所示,心軸包括臺肩102,其上支撐有可樞轉(zhuǎn)的托架或者臂106、棘輪110、彈簧加載杯114、小齒輪118和螺旋狀螺紋部件122。固定棘輪110和螺旋狀螺紋部件122,以通過鍵、花鍵(如130a,130b和130c所示)等與心軸90一起旋轉(zhuǎn)。小齒輪118擰在螺旋狀螺紋部件122中,并容納在杯114的空腔內(nèi)。盡管杯114的形狀如圖所示以通過在其中至少部分容納小齒輪118來節(jié)省空間,但是該杯114也可以是實心的盤或滾輪。
過卷式離合器(未顯示)耦合彈簧加載杯114和心軸90,以一同旋轉(zhuǎn)。當(dāng)達到扭力閾值時,該過卷式離合器滑動,使得彈簧加載杯114繞心軸90旋轉(zhuǎn),以防止彈簧74過度卷繞。
圖2和3顯示了彈簧加載機構(gòu),它包括彈簧加載杯114以及所支撐的滾輪134,用于在可樞轉(zhuǎn)的臂106上旋轉(zhuǎn)。在所示結(jié)構(gòu)中,可樞轉(zhuǎn)的臂106相對于心軸90的縱軸126在加載或接合位置(圖3實線所示)和起動或者脫開位置(圖3虛線所示)之間旋轉(zhuǎn)。當(dāng)處于加載位置時,臂106將滾輪134楔入到曲柄軸42與彈簧加載杯114的接合之中。當(dāng)處于起動位置時,臂106移動滾輪134,以離開曲柄軸42的接合。
因為臂106相對于心軸90的縱軸126旋轉(zhuǎn),因此滾輪134始終與彈簧加載杯134接觸?;蛘?,可樞轉(zhuǎn)的臂106可以繞軸轉(zhuǎn)動地安裝在托架68上,或者可繞著心軸90周圍的偏心軸承安裝,從而臂106的轉(zhuǎn)動軸與縱軸126不同軸,當(dāng)臂106移動至起動位置時,滾輪134與曲柄軸42和彈簧套114脫離。
滾輪134的直徑大于曲柄軸42和彈簧加載杯114之間的距離,從而滾輪134不會在曲柄軸42和彈簧加載杯114之間穿過。復(fù)位彈簧138將可樞轉(zhuǎn)的臂106朝著加載位置偏置。電纜36將可樞轉(zhuǎn)的臂106與橫木把手30互連,從而橫木把手30移動進入起動和操作位置會將可樞轉(zhuǎn)臂106移動進入起動位置。
以下描述彈簧加載機構(gòu)的操作。在內(nèi)燃機20的常規(guī)操作中,曲柄軸42和飛輪46沿著起動或操作方向142旋轉(zhuǎn)(圖3),在所示實施例中,為沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)橫木把手30釋放時(也就是引發(fā)發(fā)動機關(guān)閉和飛輪下降),復(fù)位彈簧138使得可樞轉(zhuǎn)的臂106移動進入加載位置。當(dāng)臂106位于加載位置時,可樞轉(zhuǎn)的臂106可以接觸發(fā)動機點火線路的接地開關(guān)。因此彈簧加載機構(gòu)可以基本同時引發(fā)發(fā)動機的關(guān)閉和彈簧加載。
滾輪134沿著逆時針方向146旋轉(zhuǎn),并導(dǎo)致彈簧加載杯114沿著加載方向150旋轉(zhuǎn)。在所示實施例中,加載方向150與起動方向142(順時針方向)相同。由于過卷式離合器,心軸90和棘輪110沿著加載方向150與彈簧加載杯114一起旋轉(zhuǎn)。參考圖5,心軸90和彈簧74之間的鉤和孔眼94,98互連導(dǎo)致彈簧74響應(yīng)心軸90沿著加載方向150的旋轉(zhuǎn)而被加載。
棘爪154可樞轉(zhuǎn)地安裝在托架68上,并利用扭簧158朝著棘輪110偏置。棘輪110和棘爪154作為鎖定機構(gòu),它防止彈簧74被卸載。棘爪154允許棘輪110沿著加載方向150而不是沿著卸載方向162(也就是逆時針方向或者與圖3所示的加載方向150相反)旋轉(zhuǎn)。
隨著彈簧74被加載,它對曲柄軸42和飛輪46沿著起動方向142進一步轉(zhuǎn)動產(chǎn)生不斷增加的阻力,因此對曲柄軸42具有制動效果。在彈簧74已經(jīng)達到預(yù)定負載或者扭轉(zhuǎn)閾值之后,飛輪46和曲柄軸42應(yīng)當(dāng)繼續(xù)旋轉(zhuǎn),過卷式離合器會滑動,由此保護彈簧74不被過度加載。
因此,該過卷式離合器134是一種用來降低彈簧74由于過卷而導(dǎo)致的損害發(fā)生率的部件。在這一點上,該過卷式離合器134可以安裝在任何地方,只要它可操作地設(shè)置在曲柄軸42和彈簧74之間。也就是說,該過卷式離合器134必須能夠使曲柄軸42與彈簧74脫開,從而即使曲柄軸42仍然在轉(zhuǎn)動,彈簧74的加載也能夠在所要求的閾值下停止。
盡管上面描述的彈簧加載系統(tǒng)在發(fā)動機下降過程中進行彈簧74的加載,但是可以對可樞轉(zhuǎn)的臂106進行手動促動或者自動促動,以在發(fā)動機20的正常操作過程中加載彈簧74,而不會導(dǎo)致或引發(fā)發(fā)動機的關(guān)閉。
圖2和4顯示出使得發(fā)動機20起動的彈簧卸載或發(fā)動機起動機構(gòu)。卸載機構(gòu)包括螺旋狀螺紋部件122、小齒輪118、以及與可樞轉(zhuǎn)的臂106互連或整體形成的凸片166。當(dāng)橫木把手30移動至起動位置38時,電纜36將可樞轉(zhuǎn)的臂轉(zhuǎn)動至彈簧卸載位置。這種移動導(dǎo)致可樞轉(zhuǎn)的臂106上的凸片166鄰接棘爪154,并將其與棘輪110脫開。彈簧74響應(yīng)棘爪154與棘輪110的脫離而卸載。應(yīng)當(dāng)指出,在另一個實施例中,按鈕34或者另一個手動促動器可以用于促動該可樞轉(zhuǎn)的臂106。
隨著彈簧74的卸載,心軸90沿著卸載方向162旋轉(zhuǎn)(見圖3),這導(dǎo)致小齒輪118沿著心軸90的旋轉(zhuǎn)軸126爬上螺旋狀螺紋部件122。當(dāng)小齒輪118靠近或者達到螺旋狀螺紋部件122的頂部時,小齒輪118的齒與飛輪46上整體形成的齒相嚙合。小齒輪118沿著卸載方向162的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致飛輪46沿著起動方向142旋轉(zhuǎn),由此導(dǎo)致發(fā)動機20啟動。
一旦發(fā)動機20起動,飛輪46超過起動機小齒輪186并使得起動機小齒輪186沿著螺旋螺紋部件182向下往回轉(zhuǎn)動。應(yīng)該注意的是,與飛輪46相關(guān)的齒輪可由安裝在飛輪46上的環(huán)形齒輪提供,以作為與飛輪46一體形成的替換方案。在該替換方案中,起動機小齒輪186可以采取通過摩擦力接合飛輪46的摩擦輥形式。
參照圖5,一旦彈簧74基本上被卸載,則在內(nèi)端86處的鉤94滑動或者滑出旋轉(zhuǎn)心軸90中的孔眼98,以降低彈簧74由于在其自身上在內(nèi)端86處回彎而受到破壞的可能性。因此鉤94和孔眼98作為整體形成的單向離合器,因為在一定意義上鉤94和孔眼分別與彈簧74和心軸90整體形成。單向離合器的另一種形式(未顯示),例如單向軸承或者可樞轉(zhuǎn)或者柔性的止塊,可以用于替換鉤94和孔眼98,以將彈簧內(nèi)端與心軸90互連。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機,它包括一發(fā)動機外殼;一曲柄軸,安裝成用于在所述發(fā)動機外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動;一飛輪,它安裝在所述曲柄軸上,以便在所述發(fā)動機的起動和操作期間與之一起沿著起動方向轉(zhuǎn)動;一彈簧套,它安裝在所述發(fā)動機外殼上,以在所述發(fā)動機外殼和所述彈簧套之間基本上沒有任何相對轉(zhuǎn)動;一能量存儲機構(gòu),它包括安裝在所述彈簧套內(nèi)的至少一個彈性部件,所述彈性部件的一部分固定在所述彈簧套上;一心軸,它延伸進入所述彈簧套并與所述彈性部件的一部分連接,從所述心軸沿著加載方向的轉(zhuǎn)動使得所述彈性部件被加載,所述心軸響應(yīng)于所述彈性部件的卸載而沿著卸載方向轉(zhuǎn)動;一彈簧加載機構(gòu),它包括第一滾輪,其與所述曲柄軸連接以便與之一起轉(zhuǎn)動;第二滾輪,其可與所述曲柄軸和所述第一滾輪選擇性接合,以使得所述心軸響應(yīng)所述曲柄軸沿著所述起動方向的旋轉(zhuǎn)而沿著所述加載方向旋轉(zhuǎn),從而所述彈性部件響應(yīng)所述曲柄軸沿著所述起動方向的旋轉(zhuǎn)而被加載;以及一起動機構(gòu),其可以響應(yīng)所述彈性部件的卸載而移動,以使發(fā)動機起動。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述起動機構(gòu)包括一起動機小齒輪,它響應(yīng)于所述心軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,并且可以選擇性地與所述飛輪接合,以便將所述心軸沿著所述卸載方向的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成所述飛輪沿著所述起動方向的轉(zhuǎn)動,從而起動所述發(fā)動機。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述起動機構(gòu)還包括與所述心軸互連并可以繞著轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的螺旋狀螺紋部件,其中所述起動機小齒輪擰到所述螺旋狀螺紋部件上,并且所述心軸沿著所述卸載方向的轉(zhuǎn)動使得所述螺旋狀螺紋部件繞著所述轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動,以使得所述起動機小齒輪沿著所述螺旋狀螺紋部件軸向移動并與所述飛輪接合。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述螺旋狀螺紋部件直接安裝到所述心軸上,并且所述螺旋狀螺紋部件的所述轉(zhuǎn)動軸線與所述心軸的轉(zhuǎn)動軸線基本上共線。
5.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述起動機小齒輪包括可選擇地接合所述飛輪的摩擦表面的摩擦輥。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機,其特征在于,所述飛輪具有與之互連的齒輪齒,并且所述起動機小齒輪包括與所述飛輪齒輪齒可選擇地嚙合的齒輪齒。
7.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,還包括一控制系統(tǒng),用來使所述彈性部件解除加載狀態(tài),以使得所述心軸沿著所述卸載方向轉(zhuǎn)動。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)動機,其特征在于,所述控制系統(tǒng)包括至少一個手動促動器,其遠離所述發(fā)動機設(shè)置,并且可以促動,以使所述彈性部件解除所述加載狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述至少一個手動促動器包括遠離所述發(fā)動機設(shè)置的第一手動促動器,以及第二手動促動器,其中所述第一手動促動器和第二手動促動器必須都被促動,以使所述彈性部件解除所述加載狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述第二滾輪朝向與所述曲柄軸和所述第一滾輪的接合的方向而偏置,所述第二滾輪可以響應(yīng)于所述控制機構(gòu)的促動而移動脫離與所述曲柄軸和所述第一滾輪中至少一個的接合。
11.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述彈簧加載機構(gòu)還包括一可樞轉(zhuǎn)的臂,其中第二滾輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述臂上,所述臂能夠可選擇地繞軸旋轉(zhuǎn),以將所述第二滾輪移動進入和脫離在所述曲柄軸和第一滾輪之間的接合。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機,其特征在于,還包括一鎖緊機構(gòu),用來防止所述彈性部件在所述彈性部件加載期間卸載,所述鎖緊機構(gòu)包括與所述心軸互連的棘輪和與所述發(fā)動機外殼互連的棘爪,其中所述可樞轉(zhuǎn)的臂的一部分基本在所述第二滾輪移動而脫離在所述曲柄軸和第一滾輪之間的接合的同時使所述棘爪解除與所述棘輪的接合。
13.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,還包括一鎖緊機構(gòu),用來防止所述彈性部件在所述彈性部件加載期間卸載。
14.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述鎖緊機構(gòu)包括與所述心軸互連的棘輪和與所述發(fā)動機外殼互連的棘爪,所述棘爪可選擇性地與所述棘輪脫離接合,以引發(fā)發(fā)動機的起動。
15.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述彈性部件和所述心軸通過單向離合器彼此可拆卸地耦合。
16.如權(quán)利要求15所述的內(nèi)燃機,其特征在于,所述單向離合器包括所述彈性部件上的鉤,它響應(yīng)所述心軸沿著所述加載方向的旋轉(zhuǎn)而可拆卸地與所述心軸上的孔眼相接合,所述鉤響應(yīng)所述彈性部件的基本卸載而脫離所述孔眼。
17.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機,其特征在于,還包括發(fā)動機關(guān)閉機構(gòu),它基本在所述彈簧加載機構(gòu)引發(fā)所述彈性部件加載的同時引發(fā)發(fā)動機的關(guān)閉。
全文摘要
一種發(fā)動機起動裝置,它包括可以在發(fā)動機的曲柄軸和心軸之間選擇性地接合的第一滾輪。該滾輪使得心軸響應(yīng)曲柄軸的旋轉(zhuǎn)而沿著加載方向的轉(zhuǎn)動。心軸的旋轉(zhuǎn)給彈性部件加載??梢圆捎面i定機構(gòu)例如棘輪和棘爪來保持彈性部件的加載,直至需要起動發(fā)動機。通過棘爪脫離與棘輪接合并使得彈性部件卸載,可以引發(fā)發(fā)動機的起動。起動機小齒輪安裝在心軸的螺旋狀螺紋部分上,并響應(yīng)彈性部件的卸載而沿著螺旋狀螺紋部分軸向轉(zhuǎn)動。起動機小齒輪接合所述飛輪上的齒,并使得飛輪在彈性部件的卸載作用下沿著起動方向轉(zhuǎn)動。
文檔編號F02D9/02GK1500181SQ02807252
公開日2004年5月26日 申請日期2002年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月14日
發(fā)明者格拉伊·J·格拉克亞尼, 格拉伊 J 格拉克亞尼 申請人:布里格斯斯特拉頓公司