包括由锂离子电池供电的电启动系统的内燃式发动机的制作方法_4

文档序号:9829609阅读:来源:国知局
数字硬电路组成的“不可编程电路”。人们认为其中控制实现为包括分立组件的不可编程电路的实施方式可能比实现为微控制器或使用软件的实施方式要便宜。所述不可编程电路实施方式不包括微控制器。在其他实施方式中,电路950实现为微控制器或使用软件。在某些实施方式中,电路950设置为检测把手何时关闭(或打开)开关(例如,开关924)。
[0121 ]参考图38至40,显不了根据一种不例性实施方式的鼓风机外壳870 (例如,发动机外壳)。如图39所示,鼓风机外壳870包括配合表面872,电池容纳装置802连接至该配合表面。配合表面872包围进气口 873。进气口 873允许空气进入鼓风机外壳870。空气通过电池容纳装置802中的开口 840被吸入到鼓风机外壳870中。电池容纳装置802可以通过不同的适当方式连接至配合表面872,包括机械紧固件(例如,螺栓,螺丝等),卡扣紧固件,粘合,用环氧树脂胶合,焊接等。配合表面872包括开口 874,该开口允许电连接组件(例如,容纳装置802的端子860和862,从端子860和862延伸的线束上的插头等)延伸穿过配合表面872,由此电池容纳装置802可以与发动机或由发动机驱动的室外动力设备的另一个组件(例如,发动机控制器,控制电路等)电连接。如图40所示,开口 874通向用于对电线或线束进行布线的通道876。从配合表面872延伸的侧壁878将通道876从由鼓风机外壳870限定的内部腔体880分开。风扇和/或其他活动发动机部件(例如,曲柄轴,飞轮)可以设置在内部腔体880中,或设置在内部腔体880附近。侧壁878保护通道876中的电线或线束不受活动发动机部件损坏。在没有侧壁878和通道876的情况下,电线或线束可能卷入活动发动机部件并被损坏。
[0122]在某些实施方式中,如图38至40所示,开口874中设置有插座882。开口882连接至电池容纳装置的电连接组件(例如,容纳装置802的端子860和862,从端子860和862延伸的线束上的插头等)ο例如,端子860和862被插座882中的相应开口 884接收。插座882还连接至与电池容纳装置电连接的发动机或室外动力设备的其他组件的电连接组件。例如,线束可以包括与插座882连接的插头。线束可以被用于将电池容纳装置电连接至发动机或室外动力设备的其他组件。另举一例,插座882可以是线束的插头。插座882是电池容纳装置和与电池容纳装置电连接的发动机或室外动力设备的其他组件(例如,下面描述的模块940)之间的电连接点。发动机总成被简化成包括鼓风机外壳870中的插座882。
[0123]在某些实施方式中,电池容纳装置802安装到发动机上(例如,鼓风机外壳870上),使得当电池800与电池容纳装置802接合,包括电池端子830和832与容纳装置端子860和862接合时发动机产生的振动效应被最小化。例如,电池800滑动到电池容纳装置802中或以其它方式与其接合的安装方向与发动机振动的方向不同。假定认为发动机振动是沿着一个或多个振动轴(即,主轴,一个或多个短轴,以及概括了所有发动机振动效应的组合轴)振荡,电池容纳装置802应该设置为使得电池800的安装方向与振动轴不同(例如,安装方向垂直于主轴,安装方向垂直于组合轴,安装方向与一个或多个振动轴形成一定角度)。还可以将电池容纳装置802安装到发动机上的位置选择为使发动机振动的效应最小化。例如,电池容纳装置802可以安装为使得电池端子830和832以及容纳装置端子860和862尽可能与发动机的驱动轴或其他发动机振动源对齐。另举一例,电池容纳装置802可以安装为远离发动机的驱动轴或其他发动机振动源。电池容纳装置802可以通过阻尼器(减震器,缓冲器等)或最小化或吸收发动机振动的其他组件安装。同样,电池容纳装置802可以安装到发动机上,或安装到室外动力设备上的其他位置,从而使室外动力设备的整体振动效应(例如,由室外动力设备的运行引起的振动,而不是只由发动机引起的振动)最小化。
[0124]电池800(例如,不同容量的电池)和电池容纳装置802(例如,能够接收电池的一个或多个尺寸的容纳装置)的不同组合有助于原始设备制造商(OEM)更加容易地将电启动系统集成到他们的产品中。例如,电池800和电池容纳装置802可以取代典型的反冲启动器,并和典型的反冲启动器一样使用相同的空间和类似的连接。此外,通过为电池800和容纳装置802提供附加端子以备将来使用,OEM在如何使用,以及将电池800和容纳装置802集成到他们的产品中这些方面具有灵活性。通过提供标准电池800和电池容纳装置802,允许OEM在制造他们的产品时更快地安装这些组件,并提高他们将这些组件集成到他们的产品中的熟悉度。
[0125]通常,室外动力设备包括选择性地阻止或停止工具旋转的制动机构。制动还停止发动机的飞轮,相应地停止曲柄轴和与曲柄轴的动力输出连接的旋转工具。
[0126]启动已制动的室外动力设备可能比较麻烦,需要释放制动,然后激活发动机。对割草机或其他类型的室外动力设备而言,释放制动可能包括旋转把手以拉动鲍登(Bowden)缆线的内索,这使制动机构抬起。接下来,发动机的激活通常还包括手动拉动反冲启动器绳,或激活发动机的电启动器。需要一种不那么麻烦,并且更快的启动室外动力设备的方法。
[0127]此外,室外动力设备可以包括安装到框架或基板上的发动机。如果包括电启动器,则启动马达通常与室外动力设备的手柄上的界面连接,由此操作者可以在站立在操纵位置、例如手柄后面时激活启动马达。在户外动力设备的装配过程中,将与启动马达相关的电源,控制电路,以及布线连接至手柄,框架以及发动机,所述连接是一种耗时且劳动密集型的过程。需要一种发动机,该发动机具有促进室外动力设备高效装配的启动马达。
[0128]参考图41,形式为割草机110的室外动力设备包括内燃式发动机112,该内燃式发动机连接至旋转工具,例如割草机的甲板114上的叶片,螺旋钻,锯子,耙齿,钻头,栗,或其他旋转工具。在某些实施方式中,割草机110还包括轮子116和向后延伸的手柄118,该手柄设计为由在割草机110后面行走的操作者推动。在其他预期实施方式中,室外动力设备的形式可以是具有相应驱动设备,例如耙齿,栗,螺旋钻和栗轮,交流发电机,驱动机构,或其他工具的旋耕机,压力清洗机,除雪机,草坪拖拉机或乘坐式割草机,磨边机,便携式发电机,或其他设备。
[0129]仍然参考图41,割草机110包括启动系统。根据一种示例性实施方式,启动系统包括电动马达120,该电动马达与发动机112选择性连接,使得电动马达120设置为使发动机112的曲柄轴旋转以启动发动机112,接下来设置为一旦发动机112运行就脱离。在某些实施方式中,马达120固定至发动机112,例如安装到发动机112的顶上或侧面。传动装置(例如,减速器,变速器)可以在马达120和发动机112的曲柄轴之间延伸,或者马达120可以直接连接至发动机112的曲柄轴。
[0130]根据一种示例性实施方式,操作者可以通过割草机110的手柄118接合启动系统。在某些实施方式中,手柄118包括控制杆122、按钮、触发器、或用户可以用于命令启动系统启动发动机112的其他界面。在某些实施方式中,命令从手柄118通过链路124(例如传输电信号的电线、传递机械信号的鲍登缆线或其他类型的链路)中继。在预期实施方式中,发射器和启动按钮与手柄连接(例如,夹到手柄上面,或与手柄一体安装),并且启动系统包括集成接收器,该接收器设置为通过无线方式接收发射器提供的命令,从而启动发动机。根据一种示例性实施方式,来自操作者的命令由马达120直接或间接接收,并且马达120使曲柄轴旋转以启动发动机112。
[0131 ]在某些实施方式中,启动系统与割草机110的把手126集成在一起。制动机构(例如,摩擦制动,点火中断开关或电路等)可以保持叶片或其他工具,锁定发动机112的曲柄轴,或以其它方式阻止动力设备的运行。当操作者开动把手126以从割草机110的旋转构件(例如,叶片,曲柄轴,动力输出,飞轮,鼓风机风扇等)上释放制动机构时,该动作使马达120同时开动以启动发动机112。因此,释放制动机构还协同地启动发动机112,通过减少激活所需的步骤而使割草机110或其他室外动力设备的操作变得简单。
[0132]在某些实施方式中,割草机110包括联锁装置128(例如,封锁装置,信号打断)以防止制动释放和马达120接合。根据一种示例性实施方式,在把手126能够被操作以开动马达120,从而启动发动机112之前,操作者必须释放联锁装置128。在不同的预期实施方式中可以使用不同类型的机械和电气联锁装置,从而在例如当用户抓住手柄将动力设备移动到车库或库房,或从车库或库房移出时,或在把手被无意碰撞时,防止制动的意外释放和发动机的启动。此外,在某些实施方式中,联锁装置128的接合也设置为在手柄118被折叠到甲板114上以使割草机110处于储存结构时防止制动的意外释放。
[0133]—般而言,通过将启动系统与室外动力设备的手柄集成在一起,允许操作者从室外动力设备后面,例如从距室外动力设备的驱动工具(例如,除雪机螺旋钻,割草机叶片)数英尺的地方启动发动机。此外,所述集成支撑自行式割草机的电启动系统,用户可以在不开动钥匙或按钮的情况下开动所述电启动系统。在其他实施方式中,启动系统可以包括位于发动机上或其他地方,用于接合启动系统的开始按钮或其他界面。例如,在预期实施方式中,所述界面可以包括以无线方式向与室外动力设备连接的接收器提供启动命令或授权码的遥控器或智能电话应用程序。
[0134]根据一种示例性实施方式,启动系统还包括储能装置130(例如,电能储存装置)和控制器132。储能装置130可以包括一个或多个电池,电容器,或其他装置。当操作者接合启动系统时,链路124将启动发动机的命令直接或间接传递至控制器132,控制器132与储能装置130电连接以向马达120供电。在某些实施方式中,控制器132与发动机112的调速器(例如,参见图42所示的速度传感器420)连接,并在发动机112以足够的速度运行时使马达120脱离(例如,切断对马达120的供电,电池电源的高侧转换(high-side switching),电路的接地侧的低侧转换(low-side switching))。
[0135]在某些实施方式中,马达120,储能装置130和控制器132直接固定至发动机112,这可以实现使用发动机112的室外动力设备的高效装配。因此,在某些实施方式中,启动系统可以与发动机112完全装配在一起,准备好与设置为从手柄提供信号的链路(例如,链路124)连接。在某些实施方式中,用于启动发动机的界面(例如,启动按钮,触发器,开关等)位于发动机自身上,不需要附加连接,制造商只需要将发动机连接至甲板或相应特征,并将工具连接至发动机的动力输出。在任意所述情况下,在制造过程中可以极大地减少时间和努力,并可以消除可能的制造困难源头(即,在室外动力设备装配过程中,与启动系统的组件的固定和电连接相关的困难)。在其他实施方式中,某些或全部的启动器组件可以固定至割草机的甲板或其他动力设备的相应特征。
[0136]参考图42,(简要显示的)室外动力设备410包括发动机412和由发动机412驱动的动力工具414(例如,旋转叶片)。在某些实施方式中,马达416连接至发动机412,动力工具414连接至发动机412的动力输出418。速度传感器420 (例如,调速器)可以连接至发动机412以调节发动机412的速度。此外,制动422可以连接至室外动力设备410的旋转构件,例如,发动机的飞轮,发动机的动力输出418等,从而停止发动机及相关的动力工具。
[0137]在某些实施方式中,室外动力设备410包括具有释放机构426的手柄424,其中释放机构426设置为允许用户从手柄424释放制动422。释放机构426可以允许用户通过使把手(或其他元件)与连接至制动4 2 2的连杆接合而释放制动4 2 2,或通过使阻止把手移动的元件脱离而释放制动422 ο手柄424可以直接地,或通过中间构件(例如,图41所示的甲板114)连接至发动机412和工具414。发动机412还可以包括用于为马达416供电的电池428(例如,锂离子电池)和用于操作马达416的控制系统430。
[0138]根据一种示例性实施方式,控制系统430设置为接收与释放机构426相关的输入。在某些实施方式中,当释放机构426被开动以释放制动422时,释放机构426触发开关432,由此向控制系统430提供指示释放制动422的信号。信号可以通过机械链路、无线、硬接线电连接或其他方式提供。在某些实施方式中,控制系统430接下来开动马达416以启动发动机412,或者使用控制逻辑中的信息,所述控制逻辑设置为根据制动状态和其他因素启动发动机。因此,释放机构426的操作可以同时向控制系统430提供启动信号和释放制动422。不需要附加的操作来启动发动机412。
[0139]根据一种示例性实施方式,控制系统430设置为从发动机412的速度传感器420或其他组件(例如,点火电路)接收附加输入。速度传感器420或其他组件向控制系统430提供与发动机412的速度相关的信息。当发动机412以足够的速度运行时,控制系统430随后使马达416脱离(例如,关闭,断开,切断对其供电等)。
[0140]在预期实施方式中,与启动系统关联的控制系统430可以接收用于控制发动机启动的附加输入或不同输入,这种来自传感器的输入设置为指示室外动力设备最近是否移动过。该室外动力设备的轴或轮子的移动可以触发向控制系统提供信号的传感器。该信号和提供移动时间相关背景的电计时器结合,可以用作操作者想要激活发动机的附加指示。在预期实施方式中,控制系统430包括计时器并设置为如果发动机未能在预定时间量内启动就停用马达。在某些预期实施方式中,控制系统430包括温度传感器并设置成在以下情况下为发动机准备好自动引水栗(primer pump),或者调节阻气门或节流阀板:环境温度高于或低于预定温度;发动机的一部分高于或低于预定温度;或环境温度和发动机温度之间的差异大于或小于预定量。在预期实施方式中,控制系统430还可以向操作者提供信号输出,例如在与手柄或发动机连接的显示器上提供可见指示,或声音警报。在某些实施方式中,信号输出可以包括错误消息,低燃料消息,换油消息,或其他此类消息。
[0141]现在参考图43,系统510的组件包括用于室外动力设备的相关发动机的制动缆线512(例如,鲍登缆线)和制动片514。根据一种示例性实施方式,制动缆线512设置为与室外动力设备的手柄的把手(例如,参见图1所示的把手126,212和312)连接。当操作者激活把手时,制动缆线512移动与制动片514连接的枢轴516。制动片514随后释放,允许与系统510关联的发动机驱动室外动力设备的动力工具。
[0142 ]根据一种不例性实施方式,与系统510关联的发动机还包括启动系统,该启动系统包括开关518,电子控制器520,电池522(例如,锂离子电池),以及电启动马达524。当操作者激活把手以抬起制动片514时,枢轴516同时激活开关518。开关518接下来向电子控制器520提供信号,该信号指示制动片514已抬起,电子控制器520可以利用电启动马达524启动与系统510关联的发动机。电子控制器520接下来将电启动马达524连接至电池522。开关518可以是已经与制动关联,但是用于向制动的致动器和启动系统提供信号的开关(例如,点火接地),或者开关518可以是只用于启动系统的附加开关。
[0143]仍然参考图43,电子控制器520包括硬接线电路并设置为从与系统510关联的发动机接收附加输入。在某些实施方式中,附加输入包括来自调速器或发动机的其他组件(例如,来自点火系统的电脉冲),与系统510关联的发动机的速度指示。附加输入可以包括与系统510关联的发动机的电流状态,例如与系统510关联的发动机是否正在运行,等等。启动系统还与地面526连接。
[0144]参考图44至47,发动机610包括排气装置612,燃料箱614,发动机罩616,用于燃烧过程的进气口 618,用于冷却发动机的进气口 620,以及启动系统,该启动系统包括储能装置,例如电池622(例如,锂离子电池),电容器,多个电池或电容器,或其他储能装置。申请人注解:图44至47所示的发动机610与图41所示的发动机112互为镜像,都是单缸四冲程竖直轴小型发动机。可以使用其他类型和设计的发动机,例如水平轴,双缸或更多缸的柴油驱动,结构适于寒冷天气的发动机等。
[0145]尽管储能装置(例如,电池622)在图44和图46至47中显示为接近燃料箱614和排气装置612,但是储能装置也可以设置在发动机610的外部上的其它地方和/或内部端口中。在电池622对高温敏感的某些实施方式中,优选将电池622定位为远离排气装置612,在发动机610运行过程中排气装置612会变热。根据一种示例性实施方式,电池622可以设置在进气口618的路径中,使得其不过分阻碍气流穿过进气口 618进入发动机。通过进气口 618吸入的空气因此可以被用于帮助冷却电池622。
[0146]根据一种示例性实施方式,储能装置设置为向与发动机610集成的启动马达(例如,参见图41所示的马达120)供电。在某些实施方式中,储能装置还可以设置为对发动机610的其他系统供电,例如发动机控制单元(ECU),该ECU的控制电路连接至与发动机集成在一起的传感器或检测器(例如,制动释放,燃料水平检测器,点火-结垢(fouling)检测器,调速器等)。
[0147]根据一种示例性实施方式,储能装置是电池622,该电池是可再充
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