专利名称：：起动发动机的起动器驱动组件和方法
技术领域：
：本公开内容的领域大体而言涉及内燃机，且更特定而言，涉及用于这种发动机上的起动器驱动。
背景技术：
：用于产生动力的至少某些已知的内燃机包括核心发动机，核心发动机具有在腔室内线性地平移的多个活塞，该腔室燃烧燃料与空气的混合物。这种燃烧便于驱动产生扭矩的主轴杆。这种发动机通常包括起动器驱动，起动器驱动用于执行发动机的起动操作，其便于开始发动机旋转，在合适的时间引入燃料以实现点燃并使发动机加速到自维持地面怠速状态(groundidle)。至少某些已知的起动器包括起动器马达，起动器马达由电力和/或压縮空气/气体供应来驱动以使经由至少一个离合器片配接到起动器驱动的轴杆旋转。这种起动器驱动，通常被称作"惯性驱动"，通常包括螺旋螺杆轴，小齿轮在螺旋螺杆轴上平移。为了便于起动发动机，起动器马达由电力或压縮空气/气体的动力源驱动，而起动器马达依次驱动输出轴杆。旋转运动通过离合器片配接来驱动螺杆轴。小齿轮的惯性使得其沿着螺杆轴平移到与发动机的环形齿轮啮合。一旦小齿轮到达其沿着螺杆轴的行程的终点，其与发动机环形齿轮完全啮合。螺杆轴的继续旋转使小齿轮旋转，而小齿轮使配接到发动机内飞轮的环形齿轮旋转以便于起动发动机。在发动机成功点燃后，发动机开始使环形齿轮加速比螺杆轴的旋转更快。这导致小齿轮沿着螺杆轴远离环形齿轮平移并脱离与环形齿轮的接合。某些已知的发动机使用起动器驱动，起动器驱动在起动器马达的输出轴杆上滑动且使用键和定位螺钉的组合来维持适当位置和方位，在这种起动驱动中，这个键和定位螺钉的组合可导致这种起动器驱动的增加的器件故障率和减弱的可靠性。此外，这种配置导致更高的部件数量和总体上更长的起动器驱动，这会增加生产和维护成本，同时限制可使用这种起动器驱动的发动机类型。
发明内容在一实施例中，提供示例性内燃机。发动机包括配接到发动机的可旋转构件的环形齿轮，以及起动器驱动组件。起动器驱动组件包括具有多个周向隔开的轴向凹槽的起动器输出轴杆、离合器组件和机筒组件。离合器组件包括离合器片，离合器片被配置成接合输出轴杆的轴向凹槽使得输出轴杆与离合器片在发动机起动操作期间一起旋转。离合器组件还包括螺杆轴，该螺杆轴可选择性地相配合地配接到离合器片，其中螺杆轴被配置成在第一方向旋转期间接合离合器片且在第二方向中脱离离合器片使得螺杆轴与离合器片在第一方向中一起旋转。机筒组件包括第一端和第二端，该第一端被配置成螺纹接合该螺杆轴，该第二端包括小齿轮，该小齿轮被配置成在发动机起动期间接合环形齿轮。在另一示例性实施例中，提供起动器驱动组件。起动器驱动组件包括具有多个周向隔开的轴向凹槽的起动器输出轴杆、离合器组件和机筒组件。离合器组件包括离合器片，离合器片被配置成接合输出轴杆的轴向凹槽使得输出轴杆与离合器片在发动机起动操作期间一起旋转。离合器组件还包括螺杆轴，该螺杆轴可选择性地相配合地配接到离合器片，其中该螺杆轴被配置成在第一方向旋转期间接合该离合器片和在第二方向中脱离该离合器片，使得螺杆轴与离合器片在第一方向中一起旋转。机筒组件包括第一端和第二端，第一端被配置成可螺纹接合该螺杆轴，且第二端包括小齿轮，该小齿轮被配置成在发动起起动操作期间接合环形齿轮。在又一示例性实施例中，提供一种起动发动机的方法。该方法包括使离合器片在第一旋转方向中旋转使得形成于离合器片中的多个棘轮齿接合螺杆轴中互补的棘轮齿，并使用这种旋转和接合来使螺杆轴旋转使得螺杆轴便于机筒组件在第一轴向平移。该方法还包括使离合器片在与第一轴向相反的第二轴向平移，使用离合器片的平移来压縮偏压构件并接合配接到发动机的可旋转构件的环形齿轮来便于起动该发动机。参看附图描述了非限制性和非排他性实例，其中除非规定为另外的情况，在各个视图中类似的附图标记表示类似的部件。图1是示例性内燃机的示意图。图2是用于图1所示的内燃机的示例性集成起动器系统的示意图示。图3是图2所示的起动器驱动组件处于縮回配置的示意图示。图4是图2所示的起动器驱动组件处于接合配置的示意图示。图5是示例性离合器片的示意图示。图6是用于起动发动机，例如图1所示的内燃机的示例性方法的流程图。标号列表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>具体实施例方式图1是示例性间歇性内燃机10的示意图。在示例性实施例中，内燃机10是压縮型发动机，B卩，柴油机，其特征在于离散量的燃料与空气的周期性点燃。或者，发动机10是诸如燃气涡轮发动机或纯喷气发动机的连续燃烧式发动机，或者诸如火花点燃(汽油)发动机的间歇性燃烧式发动机。在示例性实施例中，发动机10包括配接到独立连接杆14上的多个汽缸12，连接杆14配接到曲轴组件16。排气阀/歧管18、进气阀/歧管20和燃料喷射器22的正时促进燃烧过程。在操作期间且在示例性实施例中，发动机10存在四个特征性燃烧阶段，包括进气冲程、压縮冲程、动力冲程和排气冲程。在进气冲程中，进气阀20打开，而活塞24向下移动以便于将空气引导到燃烧腔室26。在压縮冲程中，活塞24开始向上移动且进气阀20关闭。随着活塞24向上移动，空气被压縮，且在压縮冲程结束时，燃料被喷射到燃烧腔室26内。压縮空气的温度足以在燃料被喷射到腔室26内时自发地点燃燃料。在动力冲程中，爆炸的高压促进活塞24在向下运动中移动。动力脉冲通过活塞24且随后通过连接杆14传输到曲轴组件16。曲轴组件16由于力而旋转。在排气冲程期间，随着燃烧后活塞24向上返回，排气阀18打开。当活塞24到达其行程顶部时，排气阀18关闭，且进气阀20打开。在示例性实施例中，在发动机操作期间，这四个循环连续地重复。图2是用于图1所示的内燃机10的示例性集成起动器系统100的示意图示。在示例性实施例中，起动器系统100包括安装于涡轮外壳104内的涡轮组件102，其经由包括旋转轴线108的中心轴杆107在操作上配接到起动器驱动组件106，其中在起动操作期间，涡轮组件102可操作以向起动器驱动组件106提供扭矩。在示例性实施例中，继动阀110配接到涡轮组件102用于将气流112导向到涡轮组件102内。在替代实施例中，起动器系统100可能不包括继动阀110。起动器系统100包括排气弯管114，排气弯管114从涡轮组件出口116延伸用于从起动器系统100引导废气。涡轮组件102包括沿着中心轴杆107配接的第一转子118和第二转子120。更具体而言，第二转子120在沿着中心轴杆107朝向涡轮组件出口116从第一转子118向下游距离Dl处配接到中心轴杆107。涡轮组件102配接到起动器驱动组件106使得旋转轴108与起动器驱动组件驱动轴杆122在轴向对准。在示例性实施例中，涡轮外壳104经由多个销126配接到起动器驱动外壳124。或者，涡轮外壳104可使用使得起动器系统100如本文所述起作用的任何类型的紧固件配接到起动器驱动外壳124，这样的紧固件包括但不限于，焊接接头和或至少一个螺栓。在示例性实施例中，起动器驱动组件106可操作以响应于从涡轮组件102施加的扭矩来使小齿轮128前移使小齿轮128经由环形齿轮130与例如图1所示的内燃机10的发动机界面连接，以及在成功起动发动机后縮回小齿轮128，如将在本文中更详细地描述的。图3和图4是分别处于縮回配置200和接合配置300的起动器驱动组件106的示意图示。图5是用于起动器驱动组件106中的示例性离合器片120的示意图示。在示例性实施例中，起动器驱动组件106包括驱动轴杆122，其用于将从涡轮组件102(在图2中示出)施加的扭矩传递到发动机环形齿轮130，如在本文中更详细地描述的。更具体而言，且在示例性实施例中，驱动轴杆122包括邻近驱动轴杆第一端208定位的多个周向隔开在轴向延伸的凹槽206。支承垫片210固定地配接到驱动轴杆第一端208。更具体而言，支承垫片210包括贯通的孔口212，孔口212的大小和方位适于在其内接纳驱动轴杆第一端208。或者，驱动轴杆122可包括任何这样的支承零件以便于在驱动轴杆第一端208提供配接界面且其使得起动器驱动组件106如本文所述起作用。在示例性实施例中，接合凸缘214固定地配接到驱动轴杆第一端208且从支承垫片210在轴向向外延伸。接合凸缘214限定凹口216，凹口216的大小和方位适于在其内接纳齿轮传动组件(未图示)用于将起动器驱动组件106配接到涡轮组件(在图2中示出)。更具体而言，在起动操作期间，定位于凹口内的齿轮传动组件使得涡轮组件接合起动器驱动组件106并向其提供扭矩。在示例性实施例中，齿轮传动组件是太阳/行星/环形齿轮组合。或者，齿轮传动组件可为能使起动器系统IOO如本文所述起作用的任何齿轮元件配置。基本上圆形的套管220从支承垫片210在轴向向内延伸。在示例性实施例中，套管220限定凹口222，凹口222的大小适于在其内接纳基本上环形的偏压元件224。在使用中，套管220向偏压元件224和其它起动器驱动器件提供支承，如在本文中更详细地描述的。此外，偏压元件224在从支承垫片210轴向向内的方向抵靠离合器片202提供预载，如在本文中更详细地描述的，且被配置成压縮以在起动操作期间阻尼在起动器驱动组件106内的轴向冲击载荷。在示例性实施例中，起动器驱动组件106包括离合器组件226，离合器组件226包括环形离合器片202和圆柱形螺杆轴228，可滑动地接纳于驱动轴杆122上。更具体而言且现参看图5，离合器片202包括孔口230，孔口230限定内表面232和唇缘234。在示例性实施例中，离合器片202包括绕内表面232安置的多个周向隔开的花键236和邻近唇缘234的多个周向隔开的棘轮齿238。花键236的大小和方位适于接合驱动轴杆轴向凹槽206使得驱动轴杆122和离合器片202在发动机起动操作期间一起旋转。在示例性实施例中，离合器片202的大小适于接纳于套管220内且由偏压元件224偏压，如在图3和图4中所示。起动器驱动组件106的这种示例性配置提供集成的起动器系统100，其通过排除对键/键槽组合的需要而便于巩固器件并减小系统部件数量得到更有效且可靠的系统，键/键槽组合作为其它已知涡轮发动机起动器系统中的故障点。再次参看图3和图4，螺杆轴228包括沿着螺杆轴第一端252的多个周向隔开的棘轮齿250。在发动机起动操作期间，棘轮齿250的大小和方位适于选择性地接合离合器片棘轮齿238。更具体而言，且在示例性实施例中，螺杆轴228在第一方向254中旋转期间接合离合器片202并与离合器片202—起旋转以及在第二方向256中旋转期间脱离离合器片202。在示例性实施例中，螺杆轴228包括沿着螺杆轴228外部260延伸的多个螺纹258，其中螺纹258的大小和方位适于接纳机筒组件262并与机筒组件262配合，如在本文中更详细地描述的。在发动机起动操作期间，驱动轴杆122、离合器片202和螺杆轴228分别经由相对应的棘轮齿238、250和凹槽/花键组合206、236作为一个单元旋转，如图5所示。这种配置通过组合在发动机起动操作期间使用的器件功能而基本上排除了对如在其它已知起动器系统中所用的单独起动器驱动的需要。在示例性实施例中，机筒组件262可在机筒组件第一端264螺纹配接到驱动轴杆122且小齿轮128固定地配接到机筒组件第二端266使得在发动机起动操作期间机筒组件262使小齿轮128平移与发动机环形齿轮130接触。更具体而言，机筒组件262包括基本上圆柱形的主体部分268，其大小适于在旋转轴杆228上延伸。控制螺母270接纳于机筒组件第一端264内并包括具有多个螺旋花键274的内表面272，螺旋花键274与螺杆轴螺纹258相对应并接合。在示例性实施例中，控制螺母270通过径向向内延伸的凸缘276和扣环277维持在机筒组件262内就位。或者，控制螺母270可使用能使起动器系统100如本文所述起作用的任何紧固装置或方法配接到机筒组件262内，这些紧固装置或方法包括但不限于，螺栓连接、焊接和/或经由粘合剂或其任何组合。在示例性实施例中，在操作期间，控制螺母挡止件278配接到螺杆轴第二端280并接合控制螺母270。更具体而言，控制螺母挡止件278在小齿轮128平移成与发动机环形齿轮130接触时限定机筒组件262的轴向行程的终点。在示例性实施例中，小齿轮128经由配接凸缘282配接到机筒组件262，配接凸缘282从机筒组件第二端266径向向内延伸并接纳于在小齿轮128上限定的插口284内。或者，小齿轮128可使用能使起动器系统100如本文所述起作用的任何紧固装置或方法配接到机筒组件第二端266，这些紧固装置或方法包括但不限于，焊接和/或经由粘合剂或其任何组合。多个周向隔开的齿轮齿286沿着小齿轮的外表面288安置使得小齿轮128接合发动机环形齿轮130。小齿轮128包括贯穿的轴向对准的孔口290，孔口290的大小适于接纳驱动轴杆122的部分292并沿着驱动轴杆122的部分292平移。在示例性实施例中，衬套294沿着小齿轮孔口290的内表面295被包括，以在发动机起动操作期间便于在旋转期间减小摩擦并便于小齿轮128沿着驱动轴杆122容易地平移。或者，在销齿轮孔口290内可不包括衬套294，而是替代地在起动操作期间使用润滑剂、薄膜和/或内衬或其组合来减小其内的摩擦并便于使小齿轮128平移。在使用期间，在开始发动机起动操作之前，起动器驱动组件106处于縮回位置，如图3所示。涡轮组件102(在图2中使出)将沿着驱动轴杆122传输扭矩以使驱动轴杆122在起动方向254中自旋。由于施加扭矩的结果，驱动轴杆122与离合器组件226(包括离合器片202和螺杆轴228)经由本文所述的相对应的棘轮齿和凹槽配置作为一个单元旋转。随着离合器组件226旋转，机筒组件262经由花键/螺纹组合在第一方向296中平移，从而使小齿轮128平移与发动机环形齿轮130接触并到图4所示的接合配置300。离合器组件允许在第二方向298中平移并由偏压构件224偏压，偏压构件224在起动操作期间压縮(如图4所示)以便于阻尼由转移的扭矩给予起动器驱动组件106的冲击载荷。这种起动器驱动系统设计排除了对通常用于将已知起动器驱动配接到驱动轴杆的键/键槽组合的需要，从而减小总驱动组件长度并使得这种系统能用于更广的发动机范围。图6是用于起动诸如图1所示内燃机10的燃气涡轮发动机的示例性方法400的流程图，但方法400可用于起动任何发动机。在示例性实施例中，方法400包括向起动器驱动组件提供402动力源，从而使离合器片在第一旋转方向中旋转407使得形成于离合器片中的多个棘轮齿接合螺杆轴中的互补棘轮齿，以及使配接经由多个周向隔开的轴向凹槽配接到离合器片的起动器驱动轴杆旋转406。在示例性实施例中，方法400包括使用离合器片的旋转404和与离合器片的接合来使螺杆轴旋转408使得螺杆轴便于在第一轴向平移410机筒组件和在与第一轴向相反的第二轴向平移412离合器片。在示例性实施例中，方法400包括使用离合器片的平移来压縮414偏压构件从而阻尼起动器驱动组件内的冲击载荷。在机筒组件平移和离合器片平移之后，在示例性实施例中，配接到发动机的可旋转构件的环形齿轮由起动器驱动组件接合416以便于起动发动机。在上文中详细地描述了用于燃烧式发动机的起动器驱动的示例性实施例。上述集成的起动驱动组件使用起动器驱动轴杆和离合器组件组合来便于巩固器件并减小系统部件数量得到更有效且稳定的系统。在维持起动器驱动组件内的预载条件的同时并通过在整个起动器驱动组件上形成更稳定的载荷路径而实现这些结果。更具体而言，通过经由器件上的相对应凹槽来实质上组合巩固的离合器组件与起动器驱动轴杆，排除了对单独起动器驱动的需要。而且，这种集成系统排除了对键/键槽组合的需要，键/键槽组合作为其它已知系统中的故障点。如本文所述的对部件的减小和巩固便于减小总驱动组件长度且因此使得这种系统能用于更广的发动机范围，尤其是那些具有较小、较受限空间的发动机。此外，这种集成系统提供具有更少器件的更稳定的系统，当与已知的起动器驱动系统相比时，其具有总体上更小的大小，同时在制造和组装期间降低了成本。本文所公开的示例性系统设计提供能容易维护的起动器驱动，其可在发动机组装操作期间快速地安装，和/或在维护和维修操作期间移除。这种设计基本上减小了通常与其它已知更复杂系统相关联的起动器驱动组件内器件故障的可能性。尽管前文的描述包含许多具体细节，其不应被认为限制本发明的范围，而只是提供目前优选实例中某些实施例的说明。同样，可设计不偏离本发明的精神或范围的本发明的其它实施例。可组合地采用取自不同实施例的特征。因此本发明的范围仅由所附权利要求书和其法律等同物而不是由前文的描述来表明和限制。属于权利要求书的意义和范围的对所公开的本发明的所有添加、删除和修改将涵盖于本发明内。尽管在本文中在用于内燃机的起动器驱动组件的情形下描述了这些设备和方法，应了解这些设备和方法并不限于内燃机应用。同样，所示的系统器件并不限于本文所述的具体实施例，而是系统器件可独立于和单独于本文所述的其它器件利用。如本文所用的以单数形式或前面加以词语"一"的元件或步骤应被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。而且，对本发明的"一个实施例"的提及不应理解为排除也结合了所陈述特征的其它实施例的存在。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式，并也使得本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统并执行任何合并的方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限制，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它的实例并不具有不同于权利要求书的文字语言的结构元件或者如果它们包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等效结构元件，这些其它实例被认为在权利要求书的范围内。权利要求一种内燃机(10)，包括环形齿轮(130)，其配接到内燃机的可旋转构件；起动器驱动组件(106)，包括起动器输出轴杆，包括第一端和第二端，所述第一端包括在周向隔开并在轴向朝向所述第一端延伸的多个轴向凹槽(206)；离合器组件(226)，包括离合器片(202)，其被配置成接合所述输出轴杆的轴向凹槽使得所述输出轴杆与所述离合器片在内燃机起动操作期间一起旋转；以及螺杆轴(228)，其可选择性地相配合地配接到所述离合器片，所述螺杆轴被配置成在第一方向(254)旋转期间接合所述离合器片且在第二方向(256)中脱离所述离合器片使得所述螺杆轴与所述离合器片在第一方向中一起旋转；机筒组件(262)，包括第一端(264)，其被配置成可螺纹接合所述螺杆轴；以及第二端(266)，其包括小齿轮(128)，所述小齿轮(128)被配置成在所述内燃机起动操作期间接合所述环形齿轮。2根据权利要求1所述的内燃机(IO)，其中所述离合器片(202)还包括孔口(230)，其包括内表面(232)和唇缘(234);绕所述内表面在周向隔开的多个花键(236)，所述多个花键被配置成接合所述输出轴杆的所述轴向凹槽(206);以及邻近所述孔口的所述唇缘在周向隔开的多个棘轮齿(238,250)。3.根据权利要求2所述的内燃机(IO)，其中所述螺杆轴(228)的大小适于穿过它接纳所述起动器输出轴杆，所述螺杆轴被配置成经由多个相对应的棘轮齿配接到所述离合器片(202)。4.根据权利要求l所述的内燃机(IO)，其中所述机筒组件(262)还包括控制螺母(270)，所述控制螺母(270)固定地配接到所述第一端(264)并被配置成可螺纹接合所述螺杆轴(228)。5.根据权利要求4所述的内燃机(10)，其还包括控制螺母挡止凸缘(278)，所述控制螺母挡止凸缘(278)限制所述起动器输出轴杆并配置成限定所述机筒组件(262)沿着所述起动器输出轴杆的轴向行程的终点。6根据权利要求1所述的内燃机(10)，其还包括衬套(294)，所述衬套(294)沿着所述起动器输出轴杆的至少一部分延伸，被配置成便于减小所述起动器输出轴杆与所述机筒组件(262)之间的摩擦。7.根据权利要求l所述的内燃机(IO)，其还包括配接到所述输出轴杆的所述第一端的套管(220)，所述套管在所述第一端的至少一部分与所述离合器组件(226)的至少一部分上延伸，使得凹口(222)限定于所述套管与所述离合器组件之间。8.根据权利要求7所述的内燃机(IO)，其还包括基本上圆形的偏压构件，所述偏压构件定位于所述凹口(222)内并被配置成向所述离合器片(202)提供预载并被配置成在燃气涡轮起动操作期间压縮以便于阻尼在所述起动器驱动组件(106)内的冲击载荷。9.一种用于内燃机(10)的起动器驱动组件(106)，所述起动器驱动组件包括起动器输出轴杆，其包括第一端和第二端，所述第一端包括在周向隔开并在轴向朝向所述第二端延伸的多个轴向凹槽(206);离合器组件(226)，包括离合器片(202)，其被配置成接合所述输出轴杆的轴向凹槽使得所述输出轴杆和所述离合器片在内燃机起动操作期间一起旋转；以及螺杆轴(228)，其可选择性地相配合地配接到所述离合器片，所述螺杆轴被配置成在第一方向(254)中旋转期间接合所述离合器片和在第二方向(256)中脱离所述离合器片使得所述螺杆轴与所述离合器片在所述第一方向中一起旋转；机筒组件(262)，包括第一端(264)，其被配置成可螺纹接合所述螺杆轴；以及第二端(266)，其包括小齿轮(128)，所述小齿轮被配置成在所述内燃机起动操作期间接合所述环形齿轮(130)。10.根据权利要求9所述的内燃机(IO)，其中所述离合器片(202)还包括孔口(230)，其包括内表面(232)和唇缘(234);绕所述内表面在周向隔开的多个花键(236)，所述多个花键被配置成接合所述输出轴杆的所述轴向凹槽(206);以及邻近所述孔口的唇缘在周向隔开的多个棘轮齿(238,250)。全文摘要本发明涉及起动发动机的起动器驱动组件和方法。本发明提供一种内燃机(10)，包括配接到内燃机可旋转构件的环形齿轮(130)；起动器驱动组件(106)，包括具有第一端和第二端的起动器输出轴杆，第一端包括在周向隔开并在轴向朝向第一端延伸的多个轴向凹槽(206)；离合器组件(226)，包括离合器片(202)和螺杆轴(228)，离合器片(202)配置成接合输出轴杆的轴向凹槽使输出轴杆和离合器片在内燃机起动操作期间一起旋转，螺杆轴(228)选择性地配接到离合器片，螺杆轴配置成在第一方向(254)中旋转期间接合离合器片且在第二方向(256)中脱离离合器片使得螺杆轴与离合器片在第一方向中一起旋转；机筒组件(262)，包括第一端(264)和第二端(266)，第一端(264)配置成可螺纹接合螺杆轴，且第二端(266)包括小齿轮(128)，小齿轮(128)配置成在内燃机起动操作期间接合环形齿轮。文档编号F02C7/275GK101713363SQ200910204708公开日2010年5月26日申请日期2009年9月29日优先权日2008年9月29日发明者J·A·莱尔申请人:通用电气公司