專利名稱：壓縮空氣起動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的起動裝置。
已有的內(nèi)燃機起動裝置有人力起動、電動機起動和壓縮空氣起動，其中電動機起動較為常用。
電動機起動方式必須附有大容量的蓄電池，由于起動電流很大，因此各開關(guān)、電線的容量也大，零部件極易損壞，不能長時間起動，也不能連續(xù)多次起動。
已有的壓縮空氣起動裝置是將具有較高壓力的壓縮空氣，按照內(nèi)燃機各缸發(fā)火順序由分配閥向內(nèi)燃機的氣缸內(nèi)輪番注入壓縮空氣，通過壓縮空氣在氣缸內(nèi)膨脹推動活塞移動，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)內(nèi)燃機起動。(《柴油機結(jié)構(gòu)與使用》，濟南柴油機廠編，石油工業(yè)出版社，1987.7.第227-229頁)上述裝置對分配閥、起動閥要求嚴格，壓縮空氣的噴咀安置在氣缸內(nèi)，起動工作條件惡劣，極易損壞，壓縮空氣利用率低。
通常，上述各種起動方式都不允許內(nèi)燃機車輛一邊起步，一邊起動。
本發(fā)明的目的是為各種內(nèi)燃機尤其是車輛內(nèi)燃機提供一種起動力矩較大，工作可靠的壓縮空氣起動機，其動力源由類似旋轉(zhuǎn)式空氣壓縮機的旋轉(zhuǎn)式氣缸供給，壓縮空氣吹入該旋轉(zhuǎn)式氣缸，推動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動輸出動力。
本發(fā)明主要包括供氣系統(tǒng)、動力機構(gòu)、傳動機構(gòu)及其相應(yīng)的控制電路。
供氣系統(tǒng)設(shè)有電動空氣壓縮機、儲氣筒和供氣管道、閥門。電動空氣壓縮機通過進氣管和進氣閥門與儲氣筒連接，它自大氣抽進空氣，壓縮后經(jīng)進氣管和進氣閥門進入儲氣筒。儲氣筒通過供氣管和供氣閥門為動力機構(gòu)和傳動機構(gòu)提供壓縮空氣。進氣閥門及供氣閥門均由總電門開關(guān)控制，電動空氣壓縮機由壓控開關(guān)控制其開啟與關(guān)閉。實際上使用車輛上現(xiàn)有的供氣系統(tǒng)即可。
動力機構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)式氣缸，其結(jié)構(gòu)與電冰箱空調(diào)機中的旋轉(zhuǎn)式滑片空氣壓縮機類似，但其原理不同。旋轉(zhuǎn)氣缸體內(nèi)有一轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有槽溝，槽溝內(nèi)裝有滑片，滑片底部設(shè)滑片彈簧。由于滑片彈簧的作用，使滑片的頂部始終與氣缸壁接觸。轉(zhuǎn)子的中心軸線與氣缸體的中心軸線不重合但互相平行，轉(zhuǎn)子的一邊緊貼氣缸壁，起密封作用。兩滑片相對安置在轉(zhuǎn)子軸的兩邊。轉(zhuǎn)子受壓縮空氣壓力為向心力，對轉(zhuǎn)子軸不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，只有滑片因受壓縮空氣的壓力而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。由于轉(zhuǎn)子的一邊與氣缸壁緊貼，滑片在旋轉(zhuǎn)到這一邊時完全縮回轉(zhuǎn)子，不起作用;而在其它部分時，滑片所受的壓力都產(chǎn)生同一方向的力矩。轉(zhuǎn)子的中心軸線偏離氣缸體的中心軸線的距離不能太大，因為要考慮滑片伸出的長度，滑片伸出最長時，必須有一部分仍留在轉(zhuǎn)子內(nèi)，否則滑片將在壓縮空氣的壓迫下彎曲，甚至于脫出滑片槽。但是，滑片的總高度不能太高，應(yīng)小于大約轉(zhuǎn)子的半徑，否則，另一滑片及滑片彈簧將容納不下。
旋轉(zhuǎn)式氣缸上設(shè)有進氣口、排氣口和注油孔。轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有密封圈，防止壓縮空氣從轉(zhuǎn)子軸上泄漏。轉(zhuǎn)子固定在氣缸內(nèi)的軸承上。轉(zhuǎn)子軸上還帶有傳動部件。旋轉(zhuǎn)氣缸體為圓柱形。
進氣口通過導(dǎo)管、接頭與起動閥門連接。
當(dāng)供氣系統(tǒng)的壓縮空氣進入氣缸后將迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并通過傳動機構(gòu)為內(nèi)燃機提供起動動力。
傳動機構(gòu)主要包括齒輪推動氣缸、傳動齒輪和撥叉部件。齒輪推動氣缸內(nèi)有一活塞，活塞通過連杠和撥叉部件同旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)子軸上的傳動部件連接。此傳動部件可以選擇傳動齒輪，它套在旋轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)子軸上，與軸為花鍵配合，即它可沿轉(zhuǎn)子軸向移動，但不能繞轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動。通過傳動齒輪控制內(nèi)燃機飛輪的動作。氣缸設(shè)有進氣口、排氣口，進氣口通過導(dǎo)管、接頭與起動閥門連接;排氣口通過防塵罩與大氣相通。
齒輪推動氣缸與連桿的連接處有密封圈，并由固定在齒輪推動氣缸上的套筒保持連桿的運動方向。撥叉部件主要包括撥叉、撥叉軸和梢釘?shù)?。活塞連桿通過梢釘與撥叉桿連接，撥叉桿固定在撥叉軸上，撥叉峁潭ㄔ諦滋逕?。拨叉与传动齿轮的槽?撥叉槽銜接。當(dāng)連桿帶動撥叉桿繞撥叉軸轉(zhuǎn)動時，則撥動傳動齒輪至與內(nèi)燃機飛輪嚙合的位置，起動內(nèi)燃機。
活塞連桿上有一檔圈，檔圈與氣缸上的套筒間有彈簧，當(dāng)壓縮空氣不再推動活塞時，彈簧使活塞復(fù)位。
相應(yīng)的控制電路有總電門開關(guān)、蓄電池，控制進氣閥門、供氣閥門，壓控開關(guān)控制電動空氣壓縮機，起動開關(guān)控制起動閥門和機油泵等，還有其它常規(guī)電路。對于車輛來說，可以應(yīng)用車輛上已有的電門總開關(guān)、蓄電池、起動開關(guān)等設(shè)備。
本發(fā)明的工作原理和工作過程是當(dāng)開啟電門總開關(guān)后，儲氣筒的進、供氣閥門打開，為動力機構(gòu)和傳動機構(gòu)供給壓縮空氣，與此同時，電動空氣壓縮機向儲氣筒供應(yīng)壓縮空氣。由于進、供氣閥門選用高密封性閥門，因此能長期保存壓縮空氣，便于下次起動。在供氣系泵統(tǒng)中應(yīng)配備濾清器、油水分離器和油霧器。使用壓控開關(guān)是為了當(dāng)儲氣筒內(nèi)氣壓足夠時，即斷開電動空氣壓縮機的電源，停止其工作。
當(dāng)起動開關(guān)開啟后，起動閥門開始向旋轉(zhuǎn)式氣缸及齒輪推動氣缸輸送壓縮空氣。
當(dāng)壓縮空氣由進氣口進入旋轉(zhuǎn)式氣缸后，由于滑片、轉(zhuǎn)子的密封作用，壓縮空氣沒有泄出。而在滑片的兩端存在壓差，滑片的一面承受壓縮空氣的壓力，另一面與大氣相通，此壓力差推動滑片轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，由于滑片彈簧的作用，滑片始終緊貼氣缸，不致漏氣。
當(dāng)滑片轉(zhuǎn)過排氣口時，壓縮空氣即向大氣排放，壓力迅速降到普通大氣壓。但是，這時另一滑片也已轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，壓縮空氣推動該滑片使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖7給出滑片處于不同位置時的工作狀態(tài)。當(dāng)處于(a)時，壓縮空氣由進氣口入，推動滑片A，同時，滑片A、B之間存在一定壓力的壓縮空氣推動滑片B，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)處于(b)時，壓縮空氣推動滑片A。當(dāng)處于(C)時，由進氣口送入的壓縮空氣推動滑片B……總之轉(zhuǎn)子將始終受到壓縮空氣的作用而旋轉(zhuǎn)，其力矩比較均勻，可以推算，力矩的變化大致如(f)所示，橫軸為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度，縱軸為力矩。
當(dāng)轉(zhuǎn)速愈低時，本起動機的轉(zhuǎn)動力矩愈大，符合內(nèi)燃機起動要求。
當(dāng)起動閥門打開后，壓縮空氣也同時進入齒輪推動氣缸，推動活塞并由連桿帶動撥叉桿使傳動齒輪與內(nèi)燃機的飛輪嚙合，旋轉(zhuǎn)式氣缸的動力即傳遞到內(nèi)燃機上，使內(nèi)燃機起動。
當(dāng)內(nèi)燃機起動后，關(guān)閉起動開關(guān)，由于起動閥門為二位三通閥，使齒輪推動氣缸內(nèi)的壓縮空氣壓力消失，在彈簧的作用下，連桿復(fù)位，撥動傳動齒輪與內(nèi)燃機飛輪脫開，由于旋轉(zhuǎn)式氣缸中沒有了壓縮空氣，也停止轉(zhuǎn)動。
由此可見，本發(fā)明允許長時間、多次起動(例如內(nèi)燃機出故障不易起動時)，這是因為長時間起動只是使氣缸磨損略加大，不會損壞氣缸。如果內(nèi)燃機起動后沒有及時斷開起動開關(guān)也不致于損壞起動機，因為這時僅僅是內(nèi)燃機以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速反過來帶動起動機，造成壓縮空氣少量浪費而已。
其次，在旋轉(zhuǎn)式氣缸中，在彈簧作用下，滑片與氣缸壁緊密接觸，可以長時間保持密封良好，即使滑片和轉(zhuǎn)子因長期磨損引起漏氣，對起動力矩的影響也不大，僅僅是降低了壓縮空氣的利用率而已。
另外，如果由于多次、長時間的起動，導(dǎo)致儲氣筒中的壓縮空氣耗盡，那末，可以稍等片刻使電動空氣壓縮機給儲氣筒充氣后再起動。如果旋轉(zhuǎn)式氣缸足夠大，就可有足夠的起動力矩達到車輛一邊起步一邊起動的目的，便于使用在需要緊急起步的車輛上或其它各種內(nèi)燃機設(shè)備上。
同時，使用本發(fā)明的車輛可以免去昂貴、笨重、壽命短的蓄電池，改用小容量的蓄電池和相應(yīng)的小容量的開關(guān)、導(dǎo)線、發(fā)電機。其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，節(jié)省大量有色金屬，降低了成本，延長了壽命，適用于各式車輛、內(nèi)燃機的設(shè)計和改裝。
以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實施例。
設(shè)某車輛的內(nèi)燃機功率為120HP，內(nèi)燃機的扭矩為30Kg·m(正常工作時)，起動力矩要求10～20Kg·m，起動時轉(zhuǎn)速要求在200T/Min以上。


圖1為壓縮空氣起動機結(jié)構(gòu)圖。由供氣系統(tǒng)、動力機構(gòu)和傳動機構(gòu)等部分組成。
圖2為旋轉(zhuǎn)式氣缸的A-A剖面圖。
圖3為傳動齒輪與撥叉部件連接的B-B剖面圖。
圖4為撥叉部件結(jié)構(gòu)圖。
圖5為旋轉(zhuǎn)式氣缸和齒輪推動氣缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖6為相應(yīng)的控制電路圖。
圖7為旋轉(zhuǎn)式氣缸滑片工作狀態(tài)示意圖。
供氣系統(tǒng)包括電動空氣壓縮機1、壓控開關(guān)4、進氣閥門6、進氣管5、儲氣筒7、供氣管8、供氣閥門9和起動閥門12等。電動空氣壓縮機自大氣抽進空氣。先通過濾清器2，經(jīng)壓縮后由油水分離器3分離出干燥的空氣，通過進氣管和進氣閥門送入儲氣筒。儲氣筒通過供氣管、供氣閥門、油霧器10和三通接頭
分別送至旋轉(zhuǎn)式氣缸13和齒輪推動氣缸32的進氣口20和33?？衫密囕v上原有剎車用的空氣壓縮機、儲氣筒和管道、閥門，再加裝一只起動閥門和三通接頭?？諌簷C由壓控開關(guān)52控制。
動力機構(gòu)為旋轉(zhuǎn)式氣缸13，氣缸的內(nèi)徑為16cm，圓柱形氣缸體14，長度為20cm。氣缸內(nèi)有轉(zhuǎn)子15，其直徑為12cm。轉(zhuǎn)子內(nèi)有滑片槽溝17將轉(zhuǎn)子分為兩半，槽溝內(nèi)裝有滑片18，其寬為0.6cm，長為20cm，與滑片槽溝的間隙很小，在潤滑油的配合下起密封作用。在兩片滑片間，在轉(zhuǎn)子內(nèi)裝有四根滑片彈簧19，以便頂出滑片與氣缸壁緊接觸。
轉(zhuǎn)子由兩個半圓柱體和端蓋55及轉(zhuǎn)子軸16在兩端聯(lián)接而成。在氣缸中，氣缸壁與轉(zhuǎn)子間的間隙很小，在潤滑油的配合下，可以保證密封良好。轉(zhuǎn)子固定在氣缸內(nèi)的軸承28和30上，并帶密封圈29。轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有傳動齒輪44，它與轉(zhuǎn)子軸采用花鍵配合方式，由兩部分組成，其一為齒輪，用以與內(nèi)燃機50的飛輪57嚙合，以傳遞動力;其二為中間開有環(huán)狀撥叉槽溝41的圓柱體，兩者連為一體。撥叉槽溝與撥叉49接合，便于撥叉撥動傳動齒輪。傳動齒輪可以在轉(zhuǎn)子軸上沿軸向移動，但不能繞轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子軸固定在軸承31上，軸承31固定在旋轉(zhuǎn)氣缸體上。
由旋轉(zhuǎn)氣缸提供動力。壓縮空氣由進氣口20吹入，推動滑片，產(chǎn)生力矩。由轉(zhuǎn)子軸輸出動力。由圖7可知，轉(zhuǎn)子滑片處于任何位置時，都受到壓縮空氣的作用。其力矩變化不大如圖7中(f)所示。
由圖7可得知，當(dāng)滑片處于(b)的位置時，滑片伸出轉(zhuǎn)子的高度最大。因此，承受壓力的面積最大。而受力點距轉(zhuǎn)子軸心也較遠。因此，這時轉(zhuǎn)子所得力矩最大，大約為38Kg·m。當(dāng)滑片處于(C)位置時，轉(zhuǎn)子所得的力矩較小，大約為15Kg·m。
設(shè)傳動齒輪與內(nèi)燃機飛輪齒輪的變速比為4∶1，那么，在內(nèi)燃機曲軸上可得到的力矩為60～150Kg·m。本內(nèi)燃機要求起動力矩為10～20Kg·m。如果一邊起步一邊起動，則要求為40～50Kg·m。由上述可知，本起動機可以滿足需要。
起動時內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速為200T/Min，則旋轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800T/Min。耗氣量為0.6m2/Min。安置總?cè)萘繛?.6m2的儲氣筒。一般內(nèi)燃機起動時僅需約5秒左右，耗氣量不足0.1m2。
旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)子以800T/Min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，滑片頂部的最大線速度約為
3m/sec，遠小于一般內(nèi)燃機中活塞環(huán)在氣缸中的速度，其磨損是不大的?；诨壑械幕瑒铀俣葮O低，其磨損很小。由于轉(zhuǎn)速低，工作時間短，在潤滑油的配合下，各部件間的密封是容易做到的。運轉(zhuǎn)中，壓縮空氣不斷膨脹，使氣缸溫度降低，故本氣缸中各部件不必考慮散熱，而潤滑油在溫度低時粘性增大，加強了密封。油泵僅僅在旋轉(zhuǎn)氣缸工作時才注入潤滑油，注入的油壓略大于壓縮空氣壓力，即可順利注入。
如果加大壓縮空氣壓力，則可減小儲氣筒的尺寸。例如，將壓縮空氣壓力加大至12Kg/cm2。則儲氣筒的尺寸可減小為原來的一半，兩只氣缸的尺寸也都可以大大減小。
旋轉(zhuǎn)式氣缸的排 1通過排氣管26與防塵罩27連接。旋轉(zhuǎn)式氣缸上的注油孔22通過注油管23與油泵24連接。
傳動系統(tǒng)采用齒輪推動氣缸32，氣缸采用圓柱形，其內(nèi)徑為4cm，長度為10cm，其氣缸活塞37上裝有防漏氣的密封橡皮環(huán)，活塞連桿38伸出氣缸外，在連接處設(shè)有密封圈43和套筒42，以防漏氣。在氣缸的前端有進氣口33，當(dāng)壓縮空氣進入后就推動活塞向后。氣缸排氣口34通過防塵罩35與大氣相連。
氣缸連桿上通過梢釘47與撥叉桿39連接，連桿上還有檔圈46和連桿彈簧36，用于活塞復(fù)位。連桿端部與固定套筒45連接。撥叉桿繞撥叉軸40轉(zhuǎn)動。48為傳動齒輪軸。
控制電路中電門總開關(guān)51控制進氣閥門6和供氣閥門9以及其它電路56，壓控開關(guān)52控制電動空氣壓縮機1，起動開關(guān)53控制起動閥門12和機油泵24。電源采用蓄電池54。
權(quán)利要求
1.一種主要用于內(nèi)燃機、采用壓縮空氣起動方式的起動裝置，包括供氣系統(tǒng)、動力機構(gòu)、傳動機構(gòu)和控制電路，供氣系統(tǒng)采用充有壓縮空氣的儲氣筒和閥門，其特征在于供氣系統(tǒng)的儲氣筒通過進氣管、進氣閥門與電動空氣壓縮機連接，通過供氣管、供氣閥門與動力機構(gòu)和傳動機構(gòu)連接；所說的動力機構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)式氣缸，氣缸轉(zhuǎn)子的中心軸與氣缸體的中心軸不重合但平行，轉(zhuǎn)子軸上設(shè)有傳動部件與傳動機構(gòu)、內(nèi)燃機飛輪連接，氣缸上設(shè)有進氣口與供氣系統(tǒng)連接；所說的傳動機構(gòu)采用齒輪推動氣缸，氣缸活塞通過活塞連桿和撥叉與轉(zhuǎn)子軸上的傳動部件連接，氣缸上設(shè)有進氣口與供氣系統(tǒng)連接；旋轉(zhuǎn)式氣缸和齒輪推動氣缸均有排氣口與大氣相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起動裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)式氣缸的轉(zhuǎn)子上設(shè)槽溝，槽溝上裝有滑片，滑片底部設(shè)有滑片彈簧，滑片的頂部與氣缸壁接觸，轉(zhuǎn)子緊貼氣缸壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起動裝置，其特征在于傳動部件用套在轉(zhuǎn)子軸上的傳動齒輪，與轉(zhuǎn)子軸采用花鍵配合連接方式，傳動齒輪上設(shè)有撥叉槽溝與撥叉連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起動裝置，其特征在于撥叉的撥叉桿通過梢釘與活塞連桿連接，撥叉桿固定于撥叉軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的起動裝置，其特征在于傳動齒輪與內(nèi)燃機的飛輪采用嚙合連接方式。
全文摘要
壓縮空氣起動機，本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的起動裝置，尤其用于車輛的內(nèi)燃機起動裝置。它由供氣系統(tǒng)、動力機構(gòu)和傳動機構(gòu)等部分組成，采用旋轉(zhuǎn)式氣缸提供起動動力，由齒輪推動氣缸、傳動齒輪和撥叉部件控制動力向內(nèi)燃機飛輪的傳遞。該起動機允許長時間、多次起動，可邊起步邊起動；可免去昂貴、笨重、壽命短的蓄電池，改用小容量的蓄電池、開關(guān)、導(dǎo)線、發(fā)電機；其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，節(jié)省大量有色金屬，降低成本，適于新、老車輛。
文檔編號F02N7/08GK1032694SQ8810335
公開日1989年5月3日 申請日期1988年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月30日
發(fā)明者李明 申請人:李明