专利名称：一种储能－起动－储能循环工作的内燃机自动起动器的制作方法
技术领域：
本发明是关于中小型内燃机自动机械式储能与起动之方法的发明。
目前，中小型内燃机的起动系统广泛采用的是铅酸蓄电池与直流起动电机构成的系统。该系统使用时虽然很方便，但由于铅酸蓄电池存在着许多难于克服的技术问题，使起动系统常常因蓄电池性能的下降而工作不可靠，特别在低温环境下起动问题尤为突出。从经济角度看，用蓄电池起动内燃发动机是不经济的。因为蓄电池本身造价不低，起动电机又耗用大量的优质铜材，更重要的是蓄电池耗掉了大量的电网电能，不但能源利用率低，而且还必须为其配备充电设备，场所和专业电工。这些成本铸就了铅酸蓄电池起动系统的不经济性。从环保角度看，铅酸蓄电池无疑是个重污染源之一。如果众多废弃的蓄电池进入自然界的水循环中，其危害是不言而喻的。随着现代生活的发展，汽车数量与日俱增，蓄电池的消费量更是大的惊人，成了名副其实的大消耗品，这意味着铅酸蓄电池对环境的威胁越来越大。此外，铅酸蓄电池还需要日常维护，这给广大用户带来许多不便。虽然出现所谓免维护蓄电池，但它也有自身的弱点，即内阻较大，寿命较短。
本发明的目的是提供一种新型的内燃机起动装置，它与现有的蓄电池起动系统相比，除了具有同等的方便快捷的自动起动效果外，还具有工作更可靠，造价低，耗能省，寿命长以及提供备用间接手动起动的功能与特点。同时，为满足实际应用的需要，它又具有体积小，重量轻，结构简单，装配维修方便等优点。
本发明的基本技术思想是，已获得初始能量储存的该起动器用轻微人力令其输出齿轮与发动机曲轴上的输出齿轮自动啮合，然后储存能量自动得以释放将发动机起动起来，继而发动机由被动变主动通过上述两啮合的齿轮又给起动器自动充能。待充能满了以后，起动器上的输出齿轮便自动地脱离发动机曲轴上的输出齿轮，从而切断了起动器与发动机的联系。此后，发动机继续其工作状态，而起动器则处于储能状态。处于储能状态的起动器具有起动发动机的能力，可随时用于起动未工作的发动机，它随即又得到充能留待下次再起动。如此循环下去，这种新型起动器就实现了全自动工作的目的。只有下列两种情况才需要对其手动储能。其一是最初时能量的储存。其二是由于种种原因导致起动失败，发动机未能进入工作状态，而起动器原储存能量已被释放掉，这时需要用人力对起动器充能。手动充能满了以后，起动器与发动机同样也会自行切断联系，这就实现了备用间接手动起动的功能。该功能使本起动器更具实用性，对各种不利因素或错误操作导致的起动失败可以及时补救，不会让用户产生束手无策的被动局面。
本发明的目的是这样实现的利用一双对称的强力扭矩弹簧做为储能器件，通过四个圆锥齿轮的啮合组成基本传动机构。处于四个圆锥齿轮中间，与主轴通过花健连接的可拨动的离合器做为起动和充能的转换器。另外还设置了一个行星齿轮系统来实现充能时的扭矩变换，即输入的小扭矩变成大扭矩给对称扭簧充能，这可减轻发动机对起动器充能时的负荷避免过载熄火。
下面结合附图
给出具体结构的实施例及工作原理说明该附图是本起动器的结构和工作原理示意图，上、下各为主视和俯视的结构示意图。
首先说明的是，两个对称的强力扭簧(24)和(29)以及压簧(4)都是在零状态下装配的。因为它们的弹性系数都很大，只有在零状态下装配才方便和安全。小压簧(14)比较轻小，所以是在压缩状态下装配的，让其对离合器(15)有一个永久的嵌合推力。在机壳(21)内部与主轴(1)相关部件的装配顺序是圆锥齿轮(9)首先光滑地套在主轴(1)上，接着离合器(12)挂到主轴(1)相应一段花键上，在拨杆(10)的拨动下该离合器能左右滑动。主轴(1)最细的尾部先光滑地套上一个内端为牙嵌形，中部为圆柱齿轮(太阳轮)，外端为突出内插孔所构成的组合体(18)。该组合体(18)的内端较细的部位上又光滑地套上一个根部较长的圆锥齿轮(13)。圆锥齿轮(13)的长根部外面带有花键，该花键连着离合器(15)，该离合器(15)在小压簧(14)的推压下和拨杆(10)的拨动下能左右滑动。组合体(18)上的圆柱齿轮做为太阳轮与行星轮(20)、行星架(19)以及外壳(17)组成行星齿轮系统，该轮系同心于主轴(1)。最后，该轮系外壳(17)紧固在机壳(21)上。储能扭簧的装配顺序是，在零状态下将扭簧(24)和(29)分别套装在与其对应的轴芯(23)和(30)上。半轴(22)与旋转臂(25)和圆锥齿轮(26)用平键连好后插入轴衬(23)内，并使扭簧(24)与旋转臂(25)和轴衬(23)的外部对应插接好。同理，使半轴(31)与局部齿轮(28)和圆锥齿轮(27)用平键连好后，插入轴衬(30)内，并使扭簧(29)与局部齿轮(28)的转臂和轴衬(30)的外部对应插接好。最后，两轴衬(23)和(30)分别紧固在机壳(21)上。由机壳(21)上的同心圆孔来确保两半轴(22)和(31)的同心度以及四个圆锥齿轮的正确啮合。由于起动器的工作时间短，使用频率又不高，所以所有的轴皆不采用滚动轴承而代之以轴衬，这样不但节省成本，而且简化了结构，装配和维修更加方便。下面叙述该起动器工作过程。一、初始能量的储存对于首次使用的起动器需要进行手动的初始能量的储存。用扳手等将支撑杆(34)转约90度至极限位置，这时支撑杆(34)随之向左推压滑动盘(5)使压簧(4)受到压缩，与此同时，通过套筒(3)的传递使输出齿轮(2)与发动机曲轴输出齿轮(35)啮合。只要支撑杆(34)在其设定的极限位置上，则能保证齿轮(2)和(35)正确地啮合，同时，压簧(4)被稳定止锁。接下来可以对起动器进行手动储能。方法是，利用一个附带的手摇柄(图中未绘出)对准组合体(18)的外孔，卡紧后逆时针方向(从外往内看)摇手柄，组合体(18)就做逆时针方向转动。来看一下离合器的位置与结合情况。首先离合器拔杆(10)受小拉簧(16)的拉动使离合器(12)向右移动与组合体(18)的左端牙嵌相接触，由小压簧(14)的作用离合器(15)向右移动与行星架(19)上的牙嵌相接触。随着组合体(18)的逆时针转动，离合器(12)与组合体(18)的牙嵌虽接触但不嵌入结合，发生打滑现象。这是因为该对离合器牙嵌为单向传动的锯齿牙形，只有在逆时针方向上(12)为主动(18)为从动时离合器才结合，反之则不结合。离合器(15)的牙嵌与行星架(19)上的牙嵌随行星架缓慢的逆时针转动便自动嵌入结合。完成结合后，手摇柄产生的较小的扭矩经行星轮系的减速传动则变成很大的扭矩，又通过离合器(15)传给圆锥齿轮(13)再分配给与之啮合的两锥齿轮(26)和(27)。于是相应的扭簧(24)和(29)便被逐渐充能而胀开。随着扭簧的胀开，局部齿轮(28)从起始位置顺时针转动大约270度左右，其首齿便开始与小齿轮(33)啮合，继而小齿轮(33)开始逆时针转动。小齿轮(33)带动支撑杆(34)转约40度角后，压簧(4)则将支撑杆(34)继续往逆时针方向压转过去，同时压簧(4)又带动输出齿轮(2)脱离发动机而切断联系，这时就完成了对起动器手动充能过程。撤除手摇柄后，扭簧(24)和(29)强大的扭矩耦合到局部齿轮(28)上，通过与小齿轮(33)的啮合，支撑杆(34)得到一比较小的扭矩使其产生顺时针转动的趋势，但这一转动趋势被压簧(4)通过滑盘(5)给压住了，最后二者处于某个平衡位置而静止下来。如果手动储能过程中需间歇一段时间，那么起动器会把已储进去的能量保存好，不会自行放出，更不会发生崩弹危险。因为手摇柄一撤除，组合体(18)由原来的逆时针转动变为由扭簧(24)和(29)反馈来的扭矩作用下的顺时针转动，不过该顺时针转动使组合体(18)的牙嵌迅速嵌入到离合器(12)的牙嵌内使该离合器发生结合，而离合器(12)一直被未工作的发动机的曲轴通过齿轮(35)与齿轮(2)的啮合止锁着，处于静止状态，所以可随时对该起动器继续进行手动储能，直至能量储满为止。二、自动起动发动机并自动储能已被储能的起动器可以随时对发动机进行起动，过程如下给拔杆(6)一个向外的拉力F，拔杆(6)沿着固定在机盖(7)上的滑道(11)向外产生位移从而拔动滑盘(5)向左移动去压缩弹簧(4)。由于支撑杆(34)有着向顺时针方向转动的趋势，但被压簧(4)压止在一个平衡位置上，现在拉力F通过拔杆(6)的传递将打破这种平衡，也就是说拉力F将帮助支撑杆(34)实现顺时针方向的转动，从而向左推动滑盘(5)，与此同时，压簧(4)进一步被压缩，输出齿轮(2)则向左位移到与发动机曲轴输出齿轮(35)相啮合的位置。当支撑杆(34)顺时针转过滑盘(5)左移的极限位置时。局部齿轮(28)的未齿便离开小齿轮(33)，此时的支撑杆(34)立即失去扭矩作用而被压簧(4)继续顺时针压转一个很小的角位移至设定的极限位置上，该位置不但决定了齿轮(2)与齿轮(35)的正确啮合，而且上述那个很小的角位移还能够摆正小齿轮(33)的位置，等起动器被充能时，局部齿轮(28)的首齿与小齿轮(33)又重新正确啮合而不会发生干涉和错齿现象。这一问题是非常重要的，要经过反复的调试才能确定支撑杆(34)的最佳极限位置。局部齿轮(28)完全脱离小齿轮(33)之后，就意味着起动器的能量得到解锁可以释放出去起动发动机了，与此同时，由于拉力F已使拔杆(6)产生向左的位移，接着又通过小拉簧(8)牵动拔杆(10)使离合器(12)左端的牙嵌与圆锥齿轮(9)端部的牙嵌相接触，而离合器(15)与行星架(19)上的牙嵌脱离，扭矩弹簧(24)和(29)上强大的扭矩通过圆锥齿轮(9)的啮合耦合到离合器(12)上。离合器(12)与主轴(1)是由花键相连的，所以它与主轴(1)水远是同步转动的。因此，储存在扭矩弹簧中的强大弹性势能最终作用到发动机曲轴上，使发动机得以起动。让离合器(15)与行星架(19)上的牙嵌脱离，目的是不让圆锥齿轮(26)和(27)啮合圆锥齿轮(13)使行星齿轮系在起动时间内被反向加速而产生不良后果。发动机被起动后，随即撤除拉力F，离合器(12)由从动变主动，因此会自动脱离圆锥齿轮(9)的牙嵌。此时拔杆(10)受小拉簧(16)的拉动，使离合器(12)向右移动与组合体(18)的左端牙嵌自动嵌入结合。由小压簧(14)的作用，离合器(15)向右移动与行星架(19)上的牙嵌也自动嵌入结合。离合器(12)获得从发动机传来的扭矩，带动组合体(18)做逆时针转动，再经过行星齿轮系的减速，实现了较小的输入扭矩转变成了强大扭矩的目的，继而将这强大扭矩通过离合器(15)传给圆锥齿轮(13)，由圆锥齿轮(13)啮合圆锥齿轮(26)和(27)将其分配给扭矩弹簧(24)和(29)，于是二者便被逐渐充能而胀开。随着扭簧的胀开，局部齿轮(28)从起始位置顺时针转动大约270度左右，其首齿便开始与小齿轮(33)啮合，继而小齿轮(33)便开始逆时针转动。小齿轮(33)带动支撑杆(34)转动约40度角时，压簧(4)则将支撑杆(34)继续往逆时针方向压转过去，同时压簧(4)又带动输出齿轮(2)脱离发动机曲轴输出齿轮(35)，使起动器与发动机切断联系，随即也就完成了对起动器自动充能的过程。支撑杆(34)向顺时针方向转动的趋势被压簧(4)向右产生的弹力阻挡住，起动器内部的弹性势能得到安全稳定的锁存。压簧(4)大小的选择很重要，太小显然不行，太大又造成起动器操作时人工外力F变大，操作不灵活甚至困难。所以选择压簧(4)强弱的原则应该是，在保证压簧(4)顺利地切断来自发动机的动力并与支撑杆达到稳定的平衡的前提下，使用外力F越小越好。
权利要求
1.一种储能—起动—储能循环工作的内燃机自动起动器，是由起动控制机构、起动机构、储能机构以及储能控制机构所组成的，其特征在于具有能量储存的该起动器，用轻微人力操控起动控制机构，原储存能量则通过起动机构自动地把发动机起动起来，紧接着发动机通过储能机构又自动地给起动器储能，最后又由储能控制机构自动地切断起动器与工作发动机的连接并将储满的能量稳定安全地锁存在起动器内部以便下次起动再用；
2.根据权利要求1所述的起动控制机构，其特征是两个拨杆(6)和(10)上所带有的拨轮分别卡位在滑动盘(5)、离合器(12)和离合器(15)上，拨杆(6)和(10)连着一个小拉簧(8)，拨杆(10)的末端与机壳(21)连着小拉簧(16)；
3.根据权利要求1所述的起动机构，其特征是圆锥齿轮(9)利用其前端的牙嵌结合离合器(12)将扭矩弹簧(24)和(29)储存的强大扭矩输给发动机使之起动；
4.根据权利要求1所述的储能机构，其特征是一个与主轴(1)同心的行星齿轮系统把太阳轮(18)上得到的较小的扭矩转变成行星架(19)上很大的扭矩去趋动两扭矩弹簧(24)和(29)使其充能；
5.根据权利要求1所述的储能控制机构，其特征是随着扭矩弹簧(24)和(29)从零状态被充能胀开约270度角时，局部齿轮(28)的首齿开始啮合机壳外面的间歇小齿轮(33)，与小齿轮(33)同轴的支撑杆(34)则发生偏转，破坏了支撑杆(34)原来在其极限位置上对滑动盘(5)的稳定支撑，于是压簧(4)开始发挥作用并将输出齿轮(2)脱离发动机曲轴输出齿轮(35)，储能就此结束。
全文摘要
本发明提供一种储能一起动－储能循环工作的内燃机自动起动器,是由对称的强力扭矩弹簧为核心部件配以有关机构组成的。它与现有的铅酸蓄电池起动系统相比,除了具有同等的方便快捷的起动效果外,还具有工作更可靠、造价低、耗能省、无污染,寿命长以及备用间接手动起动的性能与特点。同时,为满足实用之需,它又具有体积小、重量轻、结构简单、装配维修方便等优点。本发明能够使中小型内燃机摆脱对铅酸蓄电池的依赖,对节能和环保具有重大意义。
文档编号F02N5/02GK1267787SQ9911842
公开日2000年9月27日 申请日期1999年8月28日 优先权日1999年8月28日
发明者盛德元 申请人:盛德元