专利名称：发动机起动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机起动装置，它包括一个用于起动发动机的自起动器机构。
在农业机械或扫雪机上使用的一些发动机包括一个发动机起动装置，它装有一个两向或单向起动系统，此系统具有一个自起动器机构和一个反冲起动器机构。
此自起动器机构包括一个由一个起动器按钮驱动的自起动电动机，该电动机把自起动电动机的转动传递给发动机曲轴，以此来转动曲轴直到发动机被点燃并且靠其自动力连续运转为止。因为只是通过按下起动器的按钮发动机就能被驱动或起动，因此此自起动器机构容易操作。
由于农业机械和扫雪机都是在一年中特定的季节使用的季节性设备，所以它可能产生自起动电动机不能起动发动机的情况，这是由于在设备不用的一段时间里，蓄电池放电而导致的。
反冲起动器机构包括一个起动绳索，它由操作者拉动来转动一个皮带轮并且把皮带轮的转动传递给曲轴以起动发动机。手动转动曲轴的反冲起动器机构的优点是甚至在蓄电池无法使用的时候发动机也能被起动。
具有这样的双向起动系统的发动机起动装置的一个例子在公开号为平-2-108854的公开待审的日本专利中被公开了。
这种已公开的发动机起动装置在此通过
图19A再一次被说明。如图所示，通常由150来表示的发动机起动装置用一个自起动器机构来励磁以起动发动机168。
发动机起动装置150的自起动器机构151被驱动来转动一个输出轴152，而输出轴152的转动通过一个第一齿轮153和一个第二齿轮154传递至第一中间轴155。结果，第一中间轴155的转动通过一个第三齿轮156和一个第四齿轮157传递至一个第二中间轴158。然后，第二中间轴158的转动通过第一单向离合器160和一个第五齿轮163传递至一个第六齿轮164。第六齿轮164的转动借助一个第三单向离合器165传递至发动机168的曲轴166，因此曲轴被转动直到发动机168被点燃并且靠其自动力连续动转为止。在这种情况下，一个第二单向离合器170是在非啮合位置或脱开的位置以使第六齿轮164的转动不传递给皮带轮171。
如图19B所示，第一单向离合器160是本领域通常已知的类型并且包括一个安装在第二中间轴158上的内环160a，一个与内环160a同心的外环160b，多个基本上三角形或楔形的凹槽160c形成在内环160a的一个外圆周表面上，每个凹槽160c的楔形部分朝着内环160a的同一圆周方向，多个分别容纳在每个楔形凹槽160c的球160d内，多个分别设置在每一个楔形凹槽160c中的弹簧160e，它们朝着每个凹槽160c的楔形部分推动相联的球。
当第二中间轴158如图19B中的箭头X所示顺时针转动时，内环160a与第二中间轴158一起转动。内环160a沿箭头X方向的转动把球160d挤入外环160b的一个内圆周面和内环160a的凹进的外周面之间，因此内环160a和外环160b连在一起(即，单向离合器160啮合)。这样，第二中间轴158的转动传递至外环160b从而沿箭头X的方向转动第五齿轮163。由于这样转动第五齿轮163，所以曲轴166被转动以起动发动机168，参考附图19A如上所述。
当发动机168用反冲起动器机构来起动时，操作者紧握手柄174如图20A中箭头所示拉起动绳索175从而转动皮带轮171。皮带轮171的转动通过第二单向离合器170和第三单向离合器165传递至曲轴166，于是曲轴被转动从而起动发动机168。
在这种情况下，第五齿轮163沿箭头X的方向转动，第五齿轮163的转动传递至第一单向离合器160。
第五齿轮沿箭头X方向的转动导致单向离合器160的外环160d沿X方向转动如第五齿轮163那样。由于第二中间齿轮158和内环160a被固定，所以外环160b沿箭头X方向的转动使球160d脱离外环160b的内周面和内环160a的凹进的外周面之间的嵌入的啮合，如图20B所示。因此，内环160a和外环160b彼此不啮合(即，离合器被脱开)。结果，第五齿轮163的转动不传递给自起动电动机151。
但是，它可能存在这种情况，当发动机168要停止时，发动机168的活塞(未示)不能通过上死点，使曲轴166反方向转动，如图21A中的箭头所示。曲轴166的反向转动连续地通过第三单向离合器165，第六齿轮164和第五齿轮163传递给第一单向离合器160。
由于第五齿轮163沿箭头Y所示的方向转动，所以第一单向离合器160的外环160b沿箭头Y转动，如图21B所示。外环160b沿箭头Y的转动把球160d挤入外环160b的内周面和内环160a的凹进的外周面之间，因此内环160a和外环160b连在一起(即，单向离合器160啮合)。结果，内环160a与外环160b沿箭头Y的方向一起转动。
这导致内环160a和第二中间轴155的转动依此地通过第四齿轮157和第三齿轮156，第一中间轴155，第二齿轮154和第一齿轮153传递给输出轴152。这意谓着自起动电动机161反向转动。为了解决这个问题，自起动电动机161需要加强或增强结构部件，这将增加费用和人力。
在发动机安装在扫雪机上的情况下，它可能存在这种情况，堆积在扫雪机附件上的大量的雪被清除之前，自起动电动机161被驱动，结果曲轴无法克服施加在扫雪机附件上的沉重的负荷而转动。在这种情况下，自起动电动机161超载。为了解决这个问题，自起动电动机部件需要大幅度加强。
因此本发明的目的是提供一种发动机起动装置，它能够防止自起动发动机反转并防止自起动发动机超载。
本发明的另一个目的是提供一个发动机起动装置，它包括一个非常耐用的单向离合器。
本发明的再一个目的是提供一个发动机起动装置，在关闭自起动电动机之后，单向离合器空转时，能够降低运转噪音。
根据本发明，提供一个发动机起动装置，用它来转动发动机曲轴从而起动发动机。此发动机起动装置包括一个可驱动来转动发动机曲轴的自起动电动机，一个单向离合器，它设置在自起动电动机和发动机曲轴之间并且可把自起动电动机的旋转运动传递至曲轴。此单向离合器包括一个运转地与自起动电动机的输出轴相连以与其共同转动的内环，一个与内环同轴并且与曲轴运转地相连的外环，枢轴地与内环相连以使其在内环和外环之间所确定的一个环形空间内枢轴地运动的多个棘轮爪，和作用在内环和棘轮爪之间的多个弹簧，它使棘轮爪靠在内环上从而使棘轮爪不与外环接触。此单向离合器如此设置以使当由自起动电动机转动的内环的转速升至一个预定的值时，在与弹簧的作用力相反的离心力的作用下，棘轮齿沿径向向外的方向发生摆动并且与外环啮合从而啮合单向离合器。
当曲轴反转时，曲轴的反向转动传递至外环。但是，在这种情况下，由于棘轮爪通常是靠在内环上并且不与外环接触，所以曲轴的反向转动不会传递给内环。这样能够保护自起动电动机以防有害的超载。
在一种较佳的形式中，外环有多个棘轮齿，它们形成于外环的内周面。棘轮齿与棘轮爪相应的自由端锁定地啮合。
为了便于单向离合器顺畅地啮合操作，棘轮齿的数目最好与棘轮爪的数目相同。棘轮齿的数目可以是棘轮爪数目的整数倍。
棘轮爪最好有一个枢轴，枢轴的相对端转动地支承于内环上以确保棘轮爪的操作可靠。在一个较佳形式中，枢轴的一端可转动地装在一个在内环中形成的轴向孔中，而枢轴的另一端可转动地装在一个支承板中形成的孔中，此支承板与内环相连。
此发动机起动装置还可以包括一个扭矩限制器，它装在自起动电动机的输出轴上用来保护自起动电动机以防超载。此扭矩限制器设计成可在一个预定的扭矩下自动滑动。
在一个较佳形式中，扭矩限制器包括一个内环，它安装在自起动电动机的输出轴上，多个锁定销，它们装在分别在内环的一个外周面中形成的多个轴向槽中，一个偏压构件，它使锁定销进入轴向槽，和一个外环，它与内环同心并且牢固地与自起动电动机的输出轴相连。外环有多个轴向槽，它们形成于外环的内周面中，使至少锁定销的一部分相应地装在其中。外环的轴向槽有足够的深度使锁定销完全地装入其中。内环的轴向槽最好有一个大致V形的剖面，并且外环的轴向槽有一个大致U形的剖面。
扭矩限制器的偏压构件是一个弹性环，它缠绕在锁定销上并且弹性地使锁定销处于轴向向内的方向。此弹性环可以是一个盘绕的圈簧。锁定销最好有一个周边开槽的中心部分，弹性环部分地装入其中。外环还可以有一个周边槽，它形成于外环的内周面上，用来使部分弹性环装入其中。
在一个较佳形式中，发动机起动装置还包括一个用于驱动自起动电动机的电动机驱动电路。此电动机驱动电路包括一个起动开关，起动开关通过开和关将自起动电动机与一电源电连接和断开，以便对自起动电动机进行励磁和消除自起动电动机的励磁，并且当起动开关断开时，通过自起动电动机的终端形成短路。
当起动开关断开以消除对自起动电动机的励磁时，通过对自起动电动机的终端如此短路，产生动力制动系统，其中由原本是驱动电动机的自起动电动机本身供给制动力。因此，自起动电动机能够通过由反向电动力产生的制动作用的影响突然停下。由于自起动电动机突然停止，所以作用在棘轮爪上的离心力突然消失了。这样，棘轮爪在弹簧力的作用下快速返回至它们的初始位置。随着棘轮爪的快速返回，单向离合器能够不啮合或脱开而在棘轮齿和棘轮爪之间不发生缠绕干涉或碰撞，不然的话会导致撞击的噪音和振动。这样，包括电动机驱动电路的发动机起动装置能够安静地运转。
电源可以是一个交流电源。自起动电动机可以是一个直流电动机，在这种情况下，电动机控制电路还包括一个用来把交流电压转换成直流电压的电源电路。最好是把此发动机起动装置装入一个发动机中，此发动机设置在发动机驱动的扫雪机中。
对本领域的技术人员来说，本发明的上述的和其它的目的，特性和优点通过参照下面详细的描述和附图将会变得很清楚，其中，具有本发明原理的特定的较佳实施例通过解释性的例子来表示。
图1是本发明的一个实施例中的具有发动机起动装置的一个发动机的前视图；图2是一个沿图1中的线Ⅱ-Ⅱ剖开的放大的剖面图；图3是一个图2中所示的发动机起动装置的局部放大图，它包括一个作用于发动机起动装置的自起动电动机和发动机的曲轴之间的单向离合器；图4是沿图3中的线Ⅳ-Ⅳ剖开的剖面图；图5是类似于图3的示图，但显示的是一个与单向离合器的内环相连用来支承棘轮爪的支承板；图6是一个沿图5的线Ⅵ-Ⅵ剖开的剖面图；图7是一个图2所示的发动机起动装置的局部放大图，它包括一个在自起动电动机的一个输出轴上安装的扭矩限制器；图8是一个沿图7中的线Ⅷ-Ⅷ剖开的剖面图；图9是一个沿图7中的线Ⅸ-Ⅸ剖开的剖面图；图10是一个显示单向离合器的棘轮位置和单向离合器的内环转速之间关系的图；图11是一个显示单向离合器的内环速度和单向离合器的棘轮位置之间关系的图，此图是在使用自起动电动机的发动机起动装置的单个操作循环期间得出的；图12A至12D是说明性的示意图，把单向离合器的操作和适用于电源电路负载的分送一起进行了说明，其中单向离合器上的棘轮爪被枢轴地安装。
图13是一个示意图，它显示了当反冲起动器机构被起动时，单向离合器的操作；图14A至图14C是对扭矩限制器的操作进行说明的剖面图；图15是一个电路图，显示了本发明的一个实施例的发动机起动装置的电动机驱动电路；图16是本发明的具有一个发动机起动装置的一个发动机驱动的扫雪机的侧示图；图17A和图17B是对扫雪机的操作进行说明的示意图；图18是一个电路图，显示了按照本发明的一种改进的电动机驱动电路；图19A是一个示意图，显示了用自起动器机构起动时的普通的发动机起动装置；图19B3是一个沿图19A的线ⅩⅨ-ⅩⅨ剖开的放大的剖面图；图20A是一个与图19A类似的图，显示了当用反冲起动器机构起动时的普通的发动机起动装置；图20B是一个沿图20A的线ⅩⅩ-ⅩⅩ剖开的放大的剖面图；图21A是一个与图19A类似的图，显示了当发动机的曲轴反转时普通的发动机起动装置存在的问题；以及图21B是一个沿图21A中的线ⅩⅪ-ⅩⅪ剖开的放大的剖面图。
现在参考附图，尤其是图1，显示了一个发动机，其中包含本发明的一个发动机起动装置。
发动机10包括一个曲轴箱12，一个汽缸14，此汽缸形成在曲轴12的一个上表面上的一个汽缸体(未示出)中，一个活塞15，它被设置成在汽缸14中作往复运动，一个排气管16，它设置在活塞15的一侧(图1中的右手侧)，以及一个安装到曲轴箱12上的发动机起动装置20。
此发动机起动装置20是两用型的，它包括一个自起动器机构30和一个反冲起动器机构60。
如图2所示，发动机起动装置20包括一个箱体22，自起动器机构30和反冲起动器机构60装在其中，一个扭矩限制器(超载离合器)80装在自起动器机构30中。箱体22包括一个通常的杯状外部箱体构件23，此构件由螺纹紧固件(图2中示出一个)安装在曲轴箱12上并且由曲轴箱12向外凸出，还包括一个通常的平板状的内部箱体构件24，它由螺纹紧固件(图2中示出一个)安装在外部箱体构件23上并且形成外部箱体构件23的一个内侧。
当按下一个发动机按钮(未示出)时，操作自起动器机构30自起动发动机10。自起动器机构30包括一个安装在箱体22上的起动器电动机(自起动电动机)31，一个第一齿轮36，它借助扭矩限制器80与自起动电动机31的输出轴34相连，还包括一个与第一齿轮36啮合的第二齿轮37，一个借助第一单向离合器40与第二齿轮37相连的第三齿轮50，一个与第三齿轮50相啮合的第四齿轮51，以及一个借助一个橡胶减震器52与第四齿轮51相连的输出轴53。
第二和第三齿轮37和50可转动地安装在一个第一中间轴55上。同样地，第四齿轮51和输出轴53可转动地安装在一个第二中间轴56上。橡胶减震器52用于衰减可能在第四齿轮51和输出轴53之间产生的跳动或震动。
当操作者紧握一个手柄环62而拉一个起动线或绳索61时，操作反冲起动器机构60，手动起动发动机10。反冲起动器机构60包括一个皮带轮63，起动绳索61缠绕着它，还包括一个复位弹簧64，当松开手柄环62的拉动时，它使皮带轮63沿使起动绳索61缠绕其上的方向转动，以及一个使皮带轮63和第四齿轮51相互联接的第二单向离合器65。
皮带轮63可转动地安装在一个支承轴23a上，它与外部箱体构件23的一个内表面是一个整体。第二单向离合器65能够把皮带轮63的转动传递给第四齿轮51而不把第四齿轮51的转动传给皮带轮63。在图2中，附图标记66表示一个棘轮，当发动机10将要停止时，它防止皮带轮63反方向转动。
输出轴53借助一个连接机构70与发动机10的曲轴13相连。此连接机构70包括一个耦接部分，此耦接部分包括一个借助一个第三单向离合器72与输出轴53相连的第一耦接构件73，和一个与曲轴13相连的第二耦接构件74。第一和第二耦接构件73和74通过螺纹紧固件相连在一起。第三单向离合器72设置成把输出轴53的旋转运动传递给曲轴13而不把曲轴的旋转运动传递给输出轴53。
当发动机10由自起动器机构30起动时，自起动电动机31被励磁从而转动输出轴34。然后起动电动机1的输出轴34的转动依次通过扭矩限制器80，第一齿轮36，第二齿轮37，第一单向离合器40，第三齿轮50，第四齿轮51，橡胶减震器52，输出轴53，第三单向离合器，第一耦接构件73和第二耦接构件74传递给曲轴13。因此曲轴13被转动直到发动机10被点燃并且靠其自动力连续转动转动为止。
另一方面，当发动机10由反冲起动器机构60起动时，操作者拉手柄环62以打开起动绳索，从而转动皮带轮63。皮带轮63的转动依次通过第二单向离合器65，第四齿轮51，橡胶减震器52，输出轴53，第三单向离合器72，第一耦接构件73和第二耦接构件74传递给曲轴13。因此，曲轴13被转动直到发动机10被点燃并且靠其自动力转动为止。
如图3所示，第二齿轮37在其一侧(图3中右手侧)凹进并且包括一个中心轮毂41，它具有一个轴向孔41a，第一中间轴55由此伸出，还包括一个外部齿环状部分37a，它与轴向孔41a同心并且有一个比轮毂41的最大外径大的内径，以及一个侧壁38，它在外部齿环状部分37a和中心轮毂41之间径向沿伸。第二齿轮37在其一侧凹进，它有一个基本上环状的空间38，此空间由外部齿环状部分37a，侧壁38和中心轮毂41共同确定。
第三齿轮50有一个环部47，它与齿轮50的一端成为一个整体(图3左手端)。第三齿轮50的环部47装在第二齿轮37所形成的环形空间39中。
中心轮毂41形成第一单向离合器40的一个环形的内环，并且环部47形成第一单向离合器40的一个环形的外环。内环(轮毂)41和外环(环部)47彼此同心。作为第二齿轮37的一个整体部分而形成的内环41借助第二齿轮37和第一齿轮36之间的啮合作用与起动电动机31(图2)的输出轴34相连。作为第三齿轮50的一个整体部分的外环47借助一个动力传递系统与曲轴13(图2)相连，此动力传递系统包括第三齿轮50，第四齿轮51，橡胶减震器52，输出轴53，第三单向离合器72，和耦接部分70。
如图4所示，第一单向离合器40还包括多个棘轮爪44，它借助枢轴或销42与内环41枢轴地相连，还包括多个在外环47的一个内周面上形成的棘轮齿48，以及多个扭力盘簧46，每个盘簧都作用在内环41和相应的一个棘轮爪44之间，并且使棘轮爪44靠在内环41的一个外周面上，以使棘轮爪44不与外环47接触。
返回图3，每个枢轴42都有一个大直径的基部42a，它装在第二齿轮37的侧壁38的一个内表面所形成的凹进部分中，还有一个小直径的中央部分42b，每个棘轮爪44可转动地支承在其上，以及一个更小直径的端部42c，它装在与内环41相连的一个支承板49中的孔49d中。由于这种安排，每个枢轴销42在其相对的端部被支承。
在侧壁38接近内环41的一个位置处形成凹进部分38a，并且每个棘轮爪44由一个枢轴42支承，其中枢轴42有一端(基部43a)装在一个凹进部分38a中。由于侧壁38与内环41是一个整体，所以可以说棘轮爪44与内环41相连。
由图4所示，棘轮爪44有一个细长的矩形体，其一端在相应的枢轴42上枢接并且绕内环41的一个轴线设置成相同的角度间隔。棘轮齿48在外环47的内周面上形成，它的轮廓是这样的，当内环41沿箭头A的方向以超过一个预定值的速度而转动时，棘轮爪44与相应数目的棘轮齿48啮合，从而使外环37与内环41一同转动；并且当内环41沿箭头B的方向以超过一个预定值的速度而转动时，使棘轮爪44能够在棘轮齿48上滑动，从而在内环41转动的情况下，外环37却不转。
棘轮齿48的数目可以与棘轮爪44的数目相同或是棘轮爪44数目的整数倍。在图示实施例中，八个棘轮齿48用来与四个棘轮爪44结合。由于棘轮齿48的数目比棘轮爪44的数目多，所以在棘轮爪44和棘轮齿48之间组成一个连动啮合所需要的内环41的角位移距离可能缩短。由于角位移距离缩短，所以在啮合方向上单向离合器40的操作平稳。
在上述结构的第一单向离合器40中，棘轮爪44通常是处于图4中横卧的脱离啮合状态，在这种状态下，在盘旋的盘簧46的作用下，棘轮爪44靠在内环41的外周面上而与棘轮齿48分开。因此，即使外环47沿箭头A或B的方向转动，外环47的旋转运动也不会传给内环41。
当内环41沿图4所示的箭头A的方向转动时，棘轮爪44受到离心力的作用而使棘轮爪44克服扭力盘簧46的作用力绕枢轴42沿径向向外的方向转动或摆动。离心力与内环41的转动速度成正比。扭力盘簧46的作用力是这样设定的，当内环41的转动速度接近一个预定值(运行速度)时，克服扭力盘簧46的作用力，离心力向外推棘轮爪并且当内环41的转动速度达到预定值(运行速度)时，相应的棘轮44的自由端45由相应数目的棘轮齿48啮合或抓住。这样，单向离合器40被啮合，并且外环47开始以沿箭头A的方向与内环41一起转动。
如图5和6所示，支承板49包括一个由金属材料如钢制成的盘并且有一个装配在内环41的中心凸起(未标出)上的中心孔49a。支承板49可以由合成树脂制成。支承板49还有多个(图示实施例中有四个)凹进部分49b，这些凹进部分形成于支承板的一个表面上，每个埋头螺丝钉S的头部Sa装入其中，还有相应数目的通孔49d，它形成于凹进部分49中以使螺钉S通过其中，并且还有多个孔49d，枢轴42的末端部分42c装入其中。凹进部分49b绕中心孔49a以等间隔在圆周上分布。
在支承板49的另一表面上形成的凸起(未标出)是由凹进部分49b的形成而产生的，这些凸起被装在内环41的一个表面所形成的凹进部分38b中。螺钉S插入支承板49的通孔49c然后旋入内环41中。每个螺钉S的未端从内环41的另一个表面凸起并且被铆接进一个放大的脚部Sb，此脚部装入由内环41的另一个表面所形成的扩孔38b中。
装在支承板49的凹进部分49d中的螺钉S的锥口头部Sa有与支承板49的表面基本上齐平的外表面，以使支承板49能安装在内环41上，尽管在内环41和外环47之间有一个小间隙可利用来用螺钉S连接支承板49。另外，由于每个螺钉S的未端Sb被铆接以防止螺钉S松驰，所以在一端由支承板49支承的枢轴42能够在过长的使用期间内保持它们处于初始位置，这将确保单向离合器40的操作具有更高的可靠性。
如图7所示，扭矩限制器80安装在自起动电动机31的输出轴34上用来保护电动机31以防超载。
扭矩限制器80总体上包括一个内环82，它与第一齿轮36是一个整体并且可转动地安装在自起动电动机31的输出轴34上，还有多个锁定销84，它们分别部分地装在多个轴向槽83中，这些槽以同样的角度间隔分别在内环82的一个外周面82a(图8)中形成，还有一个弹性环85，它缠绕在每个锁定销84的圆周的开槽的中心部分84a上以把锁定销84推进相应的轴向槽83内，以及一个外环87，它与内环82同心并且有多个在其内周面87a(图8)中形成的轴向槽86，用它来至少把锁定销83的一部分装入其中。外环87有一个整体的凸起89，与起动电动机31的输出轴34牢固地相连。
弹性环85包括一圈盘旋的弹簧。盘旋的弹簧圈85有多个圆周的间隔部分，它们装在锁定销84的圆周的开槽的中心部分84a中，以使盘旋的弹簧圈85固定在位置上而不沿锁定销84的轴向移动。
如图8所示，内环82的轴向槽83和外环87的轴向槽86彼此面对。内环82的轴向槽83有一个三角形或V形的剖面，而外环87的轴向槽86有一个通常U形的剖面。V形的轴向槽83有一个比锁定销84的直径小得多的深度。U形轴向槽86有一个比锁定销84的直径大的深度，以使锁定销84能够完全装在外环87的U形轴向槽86中，正如以后要描述的那样。外环87有一个圆周槽88(图7和图9)，它形成在它的内周面87a中用来装入一部分盘旋的弹簧圈85。
现在参考图10，它显示了作用在棘轮爪44上的扭力盘簧46的偏压力和离心力之间的关系。在图10中，垂直轴线代表棘轮爪44的位置，水平轴线代表内环41的转动速度(rpm)。作用在棘轮爪44上的离心力随着内环41的转动速度的增加而增加。
当内环41的转速低于一个第一预定值(摆动起动速度)N1时，棘轮爪44静止在横卧的放松位置，即通过盘旋的盘簧46的偏压力的作用棘轮爪平躺在内环41的外周面上。
当内环41的转速升至第一预定值(摆动起动速度)N1时，通过离心力的作用，棘轮爪44克服盘旋的盘簧46的作用力开始沿径向向外的方向摆动。当内环41的转速进一步增加时，每个棘轮爪44的自由端45在离心力的作用下逐渐接近外环47。
然后内环41的转速达到一个第二预定值N2(运行速度)，这时，每个棘轮爪44的自由端45由外环47的棘轮齿啮合或抓住。因此，单向离合器40被啮合，从而外环47起动并与内环44一起转动。
下面参考图11中的一个曲线图，它说明了在单向离合器40和内环41的转速之间的关系。在图11中，垂直轴线代表内环41的转速，而水平轴线代表自起动电动机31的一个运转循环的开始至结束的时间范围。
自起动电动机31被励磁，内环41的转速逐渐增加。当内环41的转速达到第二预定值(运行速度)N2时，棘轮爪44由外环47的棘轮齿48啮合或抓住。因此单向离合器40被啮合，此时发动机的曲轴13(图2)被转动。当自起动电动机31的转速进一步增加时，内环41的转速达到一个最大值N3。由于单向离合器40处于啮合位置，曲轴13的转速也增加，使发动机10被点燃并且靠其自动力运转。
当发动机10开始靠其自动力运转时，消除自起动电动机31的励磁。内环41的转速逐渐慢下来，当它降到低于第一预定值(摆动速度)N1时，由于扭力盘簧46(见图10)的力的作用，棘轮爪44返回到松开位置。因此单向离合器40被脱开。现在单向离合器的外环47和内环41彼此分离，在发动机10起动之后，曲轴13的转动不会传递至自起动电动机31。
图12A至图12D把单向离合器40的操作和当发动机10由自起动器机构30起动时适用于枢轴42的负载分送一起进行了说明。
当图2中所示的自起动电动机31被驱动以转动输出轴34时，输出轴34的旋转运动通过扭矩限制器80，第一齿轮36和第二齿轮37传递至第一单向离合器40。
因此传递至第一离合器40的转动沿图12A中的箭头方向转动单向离合器40的内环。在这种情况下，棘轮爪44受到离心力F1的作用，此离心力与内环41的转速成正比。由于受到第二齿轮37的侧壁37和支承板49支承，每一个枢轴42的大直径的基部42a和直径小得多的未端分别受到反作用力。
当内环41的转速达到第一预定值(摆动开始速度)N1时，棘轮爪44在离心力的作用下克服盘旋的盘簧46的作用力开始沿径向外摆动。在这种情况下，由于作用在每个棘轮爪44上的离心力来源于枢轴42的两个纵向端42a和42c，所以枢轴42基本上不倾斜并且有高的抗变形或抗弯曲的能力。因此安装在这样的枢轴42上的棘轮爪44能够平稳和安全地摆动。
当内环41的转速进一步增加时，每个棘轮爪44的自由端45在离心力的作用下逐渐接近外环47。当内环41的转速达到第二预定值(运行速度)N2时，棘轮爪44的自由端45由外环47的棘轮齿48抓住，如图12C所示。因此，内环41的转动借助棘轮爪44传递至外环47，使外环47与内环一起转动如图12C中的箭头所示。在这种情况下，每个棘轮爪44受到由外环47的棘轮齿48施加的反作用力的作用，并且枢轴42的两个纵向端(基部42a和未端部分42c)也受到一个相反的力的作用，如图12D所示。由它的相对两端支承的枢轴42有高的抗变形或抗弯曲的能力并且基本上不倾斜，以使棘轮爪44总能够平稳和安全地运转。有这样的棘轮爪44的单向离合器40能够承受长期的使用。
外环47的转动依次通过第三齿轮50，第四齿轮51，橡胶减震器52，输出轴53，第三单向离合器72，第一耦接构件73和第二耦接构件74传递至曲轴13。结果，曲轴13被转动以起动发动机10。
在发动机被点燃并且靠其自动力连续运转之后，自起动电动机31停止或消除自起动电动机的励磁，从而使单向离合器40的内环41停止转动。当内环41的转速降到低于运行速度N2时，由于盘旋的盘簧46的作用力，使棘轮爪44由高出的啮合位置(图12C)返回到横卧的放松位置(图13)。在这期间，棘轮爪44的自由端45脱开外环41的棘轮齿48。因此，一旦发动机被起动，曲轴13的转动就无法传递给自起动电动机31了。
通过使用反冲起动器机构60使一个发动机开始运转将参考图2和13进行描述。
在图2中，由操作者拉动手柄环62而松开起动绳索61，从而转动皮带轮63。皮带轮63的转动依次通过第二单向离合器65，第四齿轮51，橡胶减震器52，输出轴53，第三单向离合器，第一耦接构件73和第二耦接构件74传递至曲轴13。因此曲轴13被转动直到发动机10被点燃并且靠其自动力连续运转为止。
在这种情况下，第四齿轮51的转动借助第三齿轮50传递至第一单向离合器40并且从而沿图13中所示的逆时针方向转动外环47。然而，由于使用反冲起动器机构60而不对自起动电动机31励磁，所以第一单向离合器40的内环41处于不动的状态。因此，通过盘旋的盘簧4的偏压作用，棘轮爪44保持在横卧的放松位置，即平躺在内环41的外周面上。因此，外环47的转动无法传递至第一单向离合器40的内环41。这意谓着当发动机10用反冲起动器机构60起动时，反冲起动器机构60的任何部件的转动都不传递给自起动电动机31。
当由于活塞15(图1)还没有到达上死点而自起动电动机31就被消除励磁了，从而引起发动机的曲轴13(图2)反转时，曲轴13的反向转动依次通过第二耦接构件74，第一耦接构件73，第三单向离合器72，输出轴53，橡胶减震器52，第四齿轮51和第三齿轮50传递至第一单向离合器。因此，单向离合器40的外环47沿如图13中所示的箭头方向表示的顺时针方向转动。
在这种情况下，由于消除了自起动电动机31的励磁，所以单向离合器40的内环41保持不动，而棘轮爪44通过盘旋的盘簧46的作用力的作用而处于横卧的放松位置，此位置远离外环47的棘轮齿48。因此单向离合器40保持在脱开或放松状态。结果，外环47的转动不传递给第一单向离合器40的内环41。这意谓着即使发动机的曲轴13反转，曲轴13的转动也无法传递给自起动电动机31。因此自起动电动机31避免了由曲轴产生的有效的反向转动。这就可能不需要对自起动电动机31的结构部件进行加强或增强，从而使发动机起动装置20的基本费用降低了。
下面再参考图14A至图14C，它们显示了扭矩限制器80的操作。
如图14A所示，在盘旋的圈簧85(图9)的作用力F的作用下，扭矩限制器80的锁定销84通常被推进内环82的轴向槽83。当自起动电动机31(图7)被驱动时，转动力或扭矩T1施加在扭矩限制器80的外环87上。当扭矩T1比预定值小时，扭矩T1借助锁定销84传递给内环82。因此内环82与外环87一起转动。内环82的转动借助第一齿轮36(图7)传递至第二齿轮37最终用于起动发动机。
当作用于外环87的扭矩T1达到预定值时，锁定销84克服盘旋的圈簧85的作用力F沿径向向外的方向移动，如图14B所示。锁定销84沿轴向槽83的一个侧壁或侧翼向上滑动并且最终跨在内环82的外周面82a上，如图14C所示。因此，扭矩限制器80在预定扭矩的作用下自动滑动，从而使自起动电动机31的输出轴34脱离负载(包括曲轴13)。因此，扭矩限制器80使自起动电动机31避免了有害的超载。
在发动机10(图1)被安装在一个扫雪机上的情况下，当堆积在扫雪机附件上的大量的雪被清除之前，自起动电动机31被励磁时，扭矩限制器80工作，以保护自起动电动机31以防超载。扭矩限制器80与自起动电动机31一起使用，就不需要对自起动电动机31的部件进行加强或增强了。
图15显示了一个电动机驱动电路90的电路图，它用于驱动本发明的实施例中的自起动电动机31。
电动机驱动电路90包括一个起动开关100，自起动电动机31借助它能够与电源91电连接。因此，当起动开关100被接通或被起动时，从电源91输出的电能穿过自起动电动机30的接线端31a和31b用来励磁自起动电动机30。电动机驱动电路90还包括一个短路111，当起动开关100被切断或不被起动时，使得或完成自起动电动机31的接线端31a和31b短路。电源91是一个交流电源，如一条民用单相电源线。自起动电动机31是一个直流电动机。
更特别的是，电动机驱动电路90还包括一个电缆94，它的一端固定有一个插塞接头93，适于可拆卸地与成为一个交流电源91输出端的一个插座92相连接。电缆94的相对的另一端与电源电路96的初级绕组接线头95，95相连，此初级绕组接线柱把交流电压转换为直流电压。电源电路96的次级绕组接线头97，97借助起动开关100与接线端31a，31b相连。
电源电路96是一个复合电路，它是一个桥式整流器98和一个平滑电路99的结合。
起动开关100是一个按钮开关，适于由操作者按动来起动和停止自起动电动机31。按钮开关100是一个所谓的“双位”开关(也称为“保持动作”按钮开关，其设置是这样的，当操作者按动此保持动作开关100时，此开关触点移动以使电路传至第二套开关触点；当操作者的手移开开关100时，触点不发生变化，即使按动器(起动器按钮)可以返回至初始位置；并且当操作者按动开关100一秒钟时，电路返回至初始位置)。起动开关100有一个通常闭合的触点101，102，一个通常敞开的触点103，104，和一个可移动的触点105，此可移动的触点105直接由按动器移动以开关通常的闭合触点101，102和通常敞开的触点103，104。
电源电路96的次级绕组接线头97，97借助通常敞开的触点103，104与自起动电动机31的接线端31a，31b相连。短路111是一个包括自起动电动机31的闭合电路，并且当自起动电动机31的接线端31a，31b借助可动触点105与通常闭合的触点101，102相连时，此短路是闭合的或是完整的。
如上设置的电动机驱动电路90的工作情况如下。
当操作者按下起动按钮(未示出)以开启起动开关100(图15)时，可动触点105与通常敞开的触点103，104接触，此时由电源电路96产生的直流电能穿过接线端31a，31b，从而励磁自起动电动机31。然后自起动电动机31转动发动机10的曲轴(图1)以按上述方法完成一次发动机的起动操作。
当发动机10(图1)起动以靠其自动力运转时，再按下未示出的起动按钮以使起动开关100无效。由于按下起动按钮，可动触点105与通常敞开的触点103，104脱开以停止向自起动电动机31供给直流电能。然后可动触点返回初始位置，在初始位置可动触点105与通常闭合的触点101，102接触。因此自起动电动机31的接线端31a和31b是短路的，此时动力制动系统产生，其中由同一机器(自起动电动机31)供给制动力，此机器最初是驱动电动机。这样，自起动电动机31能够通过由反向电动力产生的制动作用突然停止。
由于自起动电动机31突然停止，所以作用在棘轮爪(图12C)上的离心力突然消失。这样，在盘旋的盘簧46的作用下，棘轮爪44快速返回到图12A的它们的初始的放松位置。由于棘轮爪44快速的返回，单向离合器40能够在棘轮爪44和棘轮齿48之间不产生干涉或碰撞的情况下彼此脱开或放开，否则会产生碰撞的噪音和震动。这样包括电动机驱动电路90的发动机起动装置20能够安静地运转。
图16显示了本发明的具有发动机起动装置20的一个由发动机带动的便携式扫雪机120。
扫雪机120包括可转动地安装在框架123下部的左右轮121，一个安装在框架123前部的转动的扫雪机附件122，一个安装在框架123后部的发动机10，一个设置在发动机10和扫雪机附件122之间的动力传递机构124，以及一个从框架123的后端向后上方延伸的手柄125。
动力传递机构124设计成把发动机10的动力传递给扫雪机附件122和轮子121。本发明的发动机起动装置20设置在发动机10上以起动发动机。虽然没有显示出来，但是发动机起动装置10包括一个电动机驱动电路，如图15中标号90所表示的那样。扫雪机附件122包括一个机壳126，安装在机壳126上的发射装置127，以及用来起动发射装置127的手柄128。
扫雪机120通常储存在车库GR中，如图17A所示。当要使用扫雪机120时，一个插塞接头93插入在车库中设置的插座92中，如插入交流电源的一个输出端中。然后，按下未示出的起动按钮以起动自起动电动机31。自起动电动机31运转以转动发动机10的曲轴直到发动机被点燃并且靠其自动力连续运转。当发动机10起动以靠其自动力连续运转时，再次按下起动按钮以使自起动电动机31停止，并且把插塞接头93从插座92上拨下。
然后，转动扫雪机120的轮子121以使扫雪机120向前移动直到扫雪机120从车库GR中出来为止。然后操作者适当地操作扫雪机120以由扫雪机附件122清除或移去在路上或在地上积存的雪。
就用于扫雪机120的电动机起动装置20而言，能够用于一个交流电源的电动机驱动电路90(图15)优于任何由电池驱动的电动机控制电路，这是因为无论扫雪机120闲置了多长时间，以交流电作为电源的电动机驱动电路都能够容易地起动自起动电动机31。
图18显示了本发明的电动机驱动电路的一种改进的形式。这种改进的电动机驱动电路130不同于图15中的电动机驱动电路90，在图15中它是由一个交流电源如一个电池131作为电源的。以电池作为电源的电动机驱动电路130包括一个起动开关132和一个继电器135，它们可操作地使电池131与自起动电动机31相连。当起动开关132被接通或被打开时，从电池输出的直流电能借助继电器135穿过接线端31a，31b供给自起动电动机31。自电动机驱动电路130还包括一个短路141，当起动开关132被切断或被关闭时，在自起动电动机31的接线端31a和31b之间产生短路。
起动开关132是一个按钮式的开关，它包括一个通常敞开的的触点133，只有当按下未示出的起动按钮时，它才闭合。继电器135包括一个励磁线圈136，一个通常闭合的触点137，一个通常敞开的触点138，以及一个可动触点138，当励磁线圈被励磁时，这个与通常闭合的触点137保持接触的可动触点移至与通常敞开的触点138相接触。
继电器135的励磁线圈136借助起动开关132的通常敞开的触点133与电池的正负极相连。通常敞开的触点137与电池131的正极相连。通常关闭的触点137与自起动电动机31的接线端31a和地相连。可动触点139与自起动电动机31的接线端31b相连。短路141包括自起动电动机31，并且当可移动触点139与通常闭合的触点137接触时，短路闭合或完整。
以上设置的电动机驱动电路130的工作情况如下。
当操作者按下起动按钮(未示出)以开启起动开关132(图18)时，通常敞开的触点133关闭，因此励磁继电器135的励磁线圈136。通过如此励磁此励磁线圈136，可动触点193移动以与通常敞开的触点138接触，从而起动继电器135。因此，由电池131产生的直流电能穿过接线端31a和31b来供给以使自起动电动机31被励磁。用如上所述的方法，自起动电动机31转动发动机10的曲轴直到发动机被点燃并且靠其自动力连续运转为止。
当发动机10起动以靠其自动力运转时，再次按下未示出的起动按钮以关闭起动开关132。由于按下起动按钮，通常敞开的触点133打开，此时励磁线圈136的励磁被取消。可动触点139与通常敞开的触点138分离以使继电器135不起作用。因此由电池131提供的直流电能停止供给自起动电动机31。使可动触点139返回到初始位置，关闭通常闭合的触点137，此时，自起动电动机31的接线端31a和31b短路。通过对电动机接线端31a，31b如此进行短路，产生动力制动，其中由同一机器(自起动电动机31)提供制动力，此机器最初是驱动电动机。因此，通过由反向电动力产生的制动作用，自起动电动机31能突然停止。
由于自起动电动机31突然停止，所以作用在棘轮爪(图12C)上的离心力突然消失。这样，在盘旋的盘簧46的作用力下，棘轮爪44快速返回图12A的初始放松位置。由于棘轮爪44这样快速地返回，所以单向离合器40能够在棘轮爪44和棘轮齿48之间不产生干涉或碰撞的情况下彼此脱开或放开，否则会产生碰撞的噪音和震动。
显然，按照以上的讲授，本发明可能有各种小的变化和改进。因此认为在从属权利要求的目的范围内，本发明可以按不同于上述具体描述的方式而实现。
权利要求
1．一种用于转动一个发动机曲轴以起动发动机的发动机起动装置，它包括一个用来转动发动机曲轴的自起动电动机；和一个单向离合器，它设置在所述的自起动电动机和发动机的曲轴之间并且可运转以把所述自起动电动机的转动传递至曲轴，所述的单向离合器包括一个可运转地与所述的自起动电动机的一个输出轴相连接以便与其共同转动的内环，一个与所述的内环同心并可运转地与曲轴相连的外环，多个棘轮爪，它们枢轴地与所述内环相连以便在所述内环和所述外环之间所确定的一个环形空间内枢轴地运动，和多个弹簧，它们作用在所述内环和所述棘轮爪之间并且使所述棘轮爪靠在所述内环上从而使所述棘轮爪与所述外环不接触，其特征在于，当由所述自起动电动机转动的所述内环的转动速度升至一个预定值时，在与所述弹簧的作用力相反的离心力的作用下，棘轮齿沿径向向外的方向发生摆动并且与所述外环啮合从而啮合所述单向离合器。
2．如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于所述外环有多个形成在所述外环的一个内周面上的棘轮齿，所述棘轮齿与所述棘轮爪相应的自由端锁定地啮合。
3．如权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，所述棘轮齿的数目至少与所述棘轮爪的数目相同。
4．如权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，所述棘轮齿的数目是所述棘轮爪数目的整数倍。
5．如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，每个棘轮爪都包括一个枢轴，它由相对于所述内环的相对端可转动地支承。
6．如权利要求5所述的发动机起动装置，其特征在于，所述的内环有多个形成在其内的轴向孔，这些孔绕所述内环的中心按相等的间隔分布，每个所述的轴向孔中可转动地安装有所述枢轴的一个所述相对端，并且其中所述单向离合器还包括一个安装在所述内环上的支承板，所述支承板有多个孔，它们与所述内环中的所述轴向孔轴向对中，在所述支承板中的每个所述孔中可转动地安装有所述枢轴的另一端。
7．如权利要求1所述的发动机起动装置，它还包括一个扭矩限制器，该扭矩限制器设置在所述自起动电动机的所述输出轴上来保护所述自起动电动机以防其超载，所述扭矩限制器设计成可自动滑动至一个预定的扭矩。
8．如权利要求7所述的发动机起动装置，其特征在于，所述扭矩限制器包括一个在所述的自起动电动机的所述输出轴上可转动安装的内环，还包括多个锁定销，它们部分地装在多个在所述内环的一个外周面上形成的相应轴向槽中，一个偏压构件，它使所述锁定销进入所述轴向槽中，以及一个外环，它与所述内环同心并且牢固地与所述自起动电动机的所述输出轴相连，所述外环有多个轴向槽，它们形成在外环的内周面中以使至少所述锁定销的一部分相应地装在其中，所述外环的所述轴向槽有一个足够的深度以完全容纳所述锁定销。
9．如权利要求8所述的发动机起动装置，其特征在于，所述内环的所述轴向槽有一个通常V形的剖面，并且所述外环的所述轴向槽有一个通常U形的剖面。
10．如权利要求8所述的发动机起动装置，其特征在于，所述偏压构件是一个弹性环，它缠绕在所述锁定销上并且沿径向向内的方向弹性地推此锁定销。
11．如权利要求10所述的发动机起动装置，其特征在于，每一个所述锁定销都有一个在圆周上开槽的中心部分，并且所述弹性环部分地装在所述锁定销的相应的在圆周上开槽的中心部分中。
12．如权利要求11所述的发动机起动装置，其特征在于，所述外环还有一个周向槽，它形成在外环的所述内周面上以使所述弹性环的一部分装入其中。
13．如权利要求10所述的一个发动机起动装置，其特征在于，所述弹性环包括一个盘绕的圈簧。
14．如权利要求1所述的一个发动机起动装置，还包括一个用来驱动所述自起动电动机的电动机驱动电路，其中所述电动机驱动电路包括一个起动开关，它开和关以把所述自起动电动机和用来对自起动电动机进行励磁和消除励磁的电源进行电连接和断开连接，以及一个短路，当所述起动开关关闭时，穿过所述自起动电动机的接线端形成所述短路。
15．如权利要求14所述的一个发动机起动装置，其特征在于所述电源是一个交流电源。
16．如权利要求15所述的一个发动机起动装置，其特征在于，所述自起动电动机是一个直流电动机，并且所述电动机控制电路还包括一个用于把交流电压转换为直流电压的电源电路。
17．如权利要求15所述的一个发动机起动装置，其特征在于，所述发动机起动装置装在一个发动机中，此发动机设置在一个由发动机驱动的扫雪机中。
全文摘要
一个发动机起动装置包括一个转动发动机曲轴的自起动电动机,和一个可运转以把自起动电动机的转动只沿一个方向传递给曲轴的单向离合器。单向离合器包括一个可运转地与自起动电动机的一个输出轴相连的内环,一个可运转地与曲轴相连的外环,多个枢轴地与内环相连并且由弹簧推靠在内环上的棘轮爪。单向离合器如此设计,当由自起动电动机转动的内环的转速升至一个预定值时,在与弹簧的偏压相反的离心力的作用下,棘轮齿沿径向向外的方向发生摆动从而啮合单向离合器。
文档编号F02N15/02GK1285463SQ0012866
公开日2001年2月28日 申请日期2000年8月5日 优先权日1999年8月6日
发明者久和原茂明, 宫下和巳, 清水敬三, 木原太郎 申请人:本田技研工业株式会社, 开始工业株式会社