CN1018080B - 机械蓄能式发动机起动器 - Google Patents

Abstract

机械蓄能式发动机起动器，它由输入、输出机械能的装置，储存机械能的装置，蓄能控制装置组成。它可将发动机运转时输出的机械能储存在大弹簧中，并在储存的能量足以再次起动发动机时自动停止储能。当需要重新起动发动机时，操作者扳动手柄，本起动器即可将所储存的能量释放出来，带动发动机旋转并起动，而后又可自行进入输入能量状态，如此循环。

Description

本发明涉及一种发动机起动装置，特别是一种弹簧型的机械动力蓄能的起动器。

目前，起动发动机的方式大致有：人力起动，人工摇动发动机的传动系统，使之高速运转，在汽缸中产生高压高温，点燃雾化的燃油，使发动机起动;这种起动方式的劳动强度较大，目前被广泛应用着。电起动，用蓄电池、电动机带动发动机起动;成本和维修费用较高，应用较广泛。惯性起动，先将特殊的惯性质量加速，储存动能后迅速与发动机相接，使之起动;体积及重量较大，应用较少。液力起动，利用机动泵向储能器注油，储能器再将高压油供给液力马达，带动发动机起动;成本高，极少应用。空气马达起动，高压空气使空气马达带动发动机起动;需高压气源，应用极少。弹簧起动器起动，人力旋转手柄，使十二对凹凸弹簧钢盘（亦称碟形弹簧）受压储能，起动时即用此能量带动发动机起动;这种方法仍然是人力起动，且须有将圆周运动转换为直线运动的装置，操作比较麻烦，重量也较大，目前应用极少。电火花塞起动，由电火花引燃燃油，同时以电动机带动传动系统运转，起动发动机;本方法多用于大中型发动机。

美国专利US-A-2690234在54年9月28日（发明人为John    A·sharp）公开了一种利用发条弹簧起动的发动机起动器：当用板手板动这种起动器的传动轴时，传动轴带动发条弹簧外端逆时针旋转，此时安装在传动轴上的棘轮滑过棘爪，而与发条弹簧内端相连的环形套筒被棘爪拌住，故发条弹簧被缠紧而蓄能;起动时将传动轴向左推，这 时传动轴上的销轴卡入发动机的曲轴离合器上的豁口，同时棘轮与棘爪脱离，发条弹簧回弹，带动传动轴及曲轴离合器顺时针旋转，将发动机起动。这种起动器仍靠人力起动，性能也未能超过弹簧起动器。

本发明的目的是提供一种可省去附加能源装置，而利用发动机自身的机械能进行工作的机械蓄能式发动机起动器。这种机械蓄能式发动机起动器可自动完成蓄能过程，并避免体积较大，结构复杂，成本较高的缺陷。

本发明是将发动机正常运转时输出的部分机械能储存在大弹簧中，当储存的能量足以再次起动发动机时自动停止储能，需重新起动发动机时，扳动手柄，即可利用此能量驱动发动机旋转并起动，然后又自行进入储能状态，如此循环。

机械蓄能式发动机起动器，由输入、输出机械能的装置，储存机械能的装置，蓄能控制装置及机箱部分组成，其特征在于，输入、输出机械能的装置设有与发动机的传动系统相连的起动轴，该起动轴的一端设有端齿并装有内齿套，内齿套的齿可与装于主轴上的外齿套相啮合，主轴的一端被支撑在机箱上，另一端穿入起动轴的中心孔，主轴的一端设有齿套，该齿套的一端设有可与起动轴上的端齿相啮合的端齿;储存机械能的装置设有与主轴相固连的弹簧盒及盘绕在弹簧盒内的大弹簧，大弹簧的甲端固定在外齿套上，大弹簧的乙端与弹簧盒相固连;蓄能控制装置设有安装在外齿套上的棘轮、安装在机箱上的棘爪、固定在弹簧盒外壁上的挡块及与该挡块相配合并安装在机箱内壁上的异形块，当蓄能时由可调整其拉力的钢丝将异形块保持在通过挡块可阻止弹簧盒转动的位置，此时，因挡块 被异形块拌住，故大弹簧乙端静止不动，运动的传递顺序为：发动机-起动轴-内齿套-外齿套-大弹簧甲端。当蓄满能量时，弹簧盒上的挡块对异形的压力刚好使异形块克服钢丝的拉力转动一个角度，同时异形块与挡块相接触的突起部位将挡块连同主轴及外齿套水平推移，使外齿套与内齿套脱离啮合。异形块设有一个可阻止自身继续转动的定位面，当该定位面与机箱上的定位面相接触时，通过异形块上与挡块相接触的突起部分可使弹簧盒连同大弹簧乙端保持静止。此时，由于通过上述棘轮棘爪机构阻止了外齿套连同大弹簧甲端的旋转，从而将大弹簧保持在张紧状态。在机箱上设置有可将主轴连同齿套推向起动轴的手柄推杆装置。

起动轴可取代发动机上的某轴，起动轴的中心孔为盲孔，在盲孔中放有一个压缩弹簧，该弹簧的一端顶在盲孔底部，另一端顶在插入起动轴的主轴的轴端上。

起动轴一端的端齿为环绕起动轴中心孔边缘一圈的锯齿形端齿，位于主轴一端的齿套的端部设有可与之相啮合的锯齿形端齿。该齿套沿圆周方向开有长孔，主轴上设置的销钉可插入该长孔中，使齿套可相对于主轴转动一定的角度。

内齿套为空心圆柱体，其一端的一段长度上设有内花键形齿，其另一端可以通过焊接或螺纹连接固连在起动轴上。

异形块的形状为扁平状，周边轮廓由两个组成钝角的边和两个组成锐角的边为主组成，组成锐角的两个边以圆弧光滑连接或直接相连，组成钝角的两个边分别在异形块“抬起”和“压下”状态时顶住异形块架，保证锐角有效地拌住挡块，并在异形块转动的过程中推动挡块沿主轴的轴向移动，异形块上还有一供异形块轴穿入的 孔和一个位于锐角附近的小孔，此小孔供钢丝穿入。

穿过异形块的钢丝的另一端穿过一根拉杆。该拉杆从机箱上的孔中穿过，拉杆无孔的一端上加工有螺纹，上面套有一个压缩弹簧，螺纹部分装配有螺母，旋转螺母就可调节弹簧对异形块的拉力。拉杆中部加工有凹坑，受到小弹簧及紧定螺钉压力的钢球沿垂直于拉杆的方向压在凹坑中，旋转紧定螺钉即可调节挡块压下异形块所需的力。

手柄推杆装置设有手柄轴和弓形压块，弓形压块固定在机箱内壁上，手柄轴的一端有一个推杆，该推杆上装有可自由旋转的滚轮，手柄轴的另一端伸出机箱外，端部装有手柄，扳动手柄，滚轮即可推动弹簧盒及主轴向起动轴方向滑移，齿套上的齿与起动轴上的齿啮合，挡块与异形块脱开，棘轮仍然被棘爪拌住，大弹簧释放能量，带动发动机旋转。运动传递的顺序为：大弹簧乙端-弹簧盒-主轴-齿套-起动轴-发动机。

在主轴的轴肩与齿套的一端之间设有扭转弹簧，它的两端分别插入主轴及齿套上的小孔中。

本发明与其他起动装置相比，优点在于：可依靠发动机自身的能源起动;起动-储能-停止储能的过程自动完成;结构较简单，制造成本较低。

下面参照附图对本发明的实施例进行描述，其中：

图1为机械蓄能式发动机起动器的外观主视图

图2为机械蓄能式发动机起动器外观左视图

图3为沿图2中B-B线剖开的剖视图

图4为沿图1中A-A线剖开的剖视图

图5为图1中沿E向观察的局部剖视图（移去机箱的一部分）

图6为图3中沿C-C线剖开的剖视图

图7为图3中沿D-D线剖开的剖视图

图8为图4中沿F-F线剖开的剖视图

本发明具有机箱24（如图3、图4所示），机箱由螺钉固定在发动机上，起到支承和屏蔽其他机件的作用。本发明具有与发动机的传动系统相连的起动轴6（如图4所示），起动轴的细端加工有键槽，装配有原发动机上的键和齿轮5，本发明即靠齿轮5与发动机内部的传动系统相连。起动轴的粗端加工有锯齿形端齿（图4b处），轴上有一盲孔，其中放置着弹簧7。起动轴的粗端以焊接或其他方式与内齿套3相连。内齿套3为空心的圆柱体，其一端（图4c处）加工有内花键形齿（参看图8）。（参看图4）主轴10的一端与起动轴6的盲孔间隙配合，另一端与机箱24上的孔间隙配合，故主轴可轴向滑移。主轴的一端加工有盲孔和两个豁口，用来插入发动机的摇把。主轴与弹簧盒12相连，弹簧盒12为有底的空心圆柱体，它与发条弹簧11由螺钉和压块25相连。发条弹簧11的内端靠螺钉与外齿套1相连，外齿套1穿在主轴上（与主轴间隙配合），其右端加工有外花键形齿（参看图8），可与内齿套3上的内花键形齿相啮合（图4所示即为啮合状态），外齿套还与棘轮9由螺钉连接。棘轮9为圆形，周边加工有棘齿，中间有圆孔。主轴上还穿有扭转弹簧26，此弹簧的一端插在主轴10上的小孔中，另一端插在齿套2上的小孔中。齿套2为空心圆柱体，其一端加工有锯齿形端齿（图4中的a处），当主轴右移时可与起动轴上的锯齿形端齿啮合;齿套上还加工有两个长孔，齿套与外齿套1为间隙配合。主轴10上还加工有孔，销钉8穿在此孔中，销钉8还穿过齿套 2上的两个长孔，销钉8的直径小于长孔的宽度，故齿套可转一定的角度。当齿套不受来自起动轴的力时，在扭转弹簧26的作用下，齿套相对主轴总是处在一个固定的位置（从图8上看，齿套逆时针旋转至销钉8拌住时的位置）。

（参看图6）本发明的机箱内壁上还装配有弓形压块27（由螺钉固定），它支承手柄轴28并保证手柄轴可以转动。手柄轴从机箱上的孔中穿过，手柄轴的一端有一个推杆（参看图3），推杆上有槽，槽中安装有一个可自由旋转的滚轮15，靠一个小销钉29穿过滚轮15及推杆上的孔来连接滚轮15和推杆。手柄轴28的另一端穿过手柄13上的孔，二者过盈配合。（从图2方向看）正时针方向扳动手柄时，滚轮15即可推动弹簧盒12及主轴10和其他零件向右滑移。

（参看图5）弹簧盒12的外壁与挡块20相连，挡块20的形状如同弯成90°的长方体。（参看图6及图3）机箱的内壁上由螺钉固定着异形块架30，异形块架上安装着异形块轴31，异形块轴31可转动。异形块轴31的一端与异形块19相连，异形块的形状如图5及图3所示，异形块的形状设计以保证在其在受挡块20的压力较小时（在钢丝32的作用下）拌住挡块，在受挡块的压力较大时异形块旋转并把挡块向右推，同时拌住挡块（d面与e面接触），在主轴右移时与挡块脱开，同时恢复“抬起”状态（即如图5所示的状态）。异形块上部有一小孔，孔中穿有钢丝32，钢丝32的另一端穿在拉杆23下部的孔中（参看图7）。拉杆为圆柱形，一端加工有螺纹，拉杆上还有一个凹坑，拉杆穿过机箱与顶紧块33上的孔。顶紧块33与机箱相连，其上有两个呈丁字形交叉的孔，其中一个是穿拉杆的孔，另一个孔内加工有螺纹，这个孔中装配有紧定螺21，及弹簧22和钢球34，钢球压在拉 杆23的凹坑中，旋转紧定螺钉21，就能调节钢球对拉杆的压力。拉杆23上穿有弹簧16，拉杆的螺纹部分装配有螺母17，故弹簧16的弹力可调。机箱的内壁上还安装有棘爪支架35（如图1所示），棘爪支架上的孔中穿有棘爪轴36，棘爪轴上穿有棘爪14，棘爪上有一小孔，孔中穿有扭转弹簧37的一端，扭转弹簧37穿在棘爪轴上，扭转弹簧37的另一端与机箱接触，在扭转弹簧37的作用下，棘爪始终压在棘轮上，保证棘轮单向旋转。

首次起动时，扳动手柄13，使滚轮15推动弹簧盒12及主轴10向右滑移（参照图4），齿套a处的锯齿形端齿即与起动轴b处的锯齿形端齿相啮合。然后，将原发动机上的摇把插入主轴10左端的孔中，用力摇动，同时操作发动机上的有关机件，将发动机起动。

起动后，起动轴6上的锯齿形端齿将齿套2及主轴10向左推出，两者脱开。在起动轴中的弹簧7的推动下，主轴10继续左移，外齿套1上C处的外花键形齿即与内齿套3上的内花键形齿相啮合，带动外齿套1及发条弹簧11的内端及棘轮9逆时针（从图1方向看）旋转，棘爪14在棘轮9上滑动;这时，弹簧盒上的挡块20被异形块19拌住（参看图5），故弹簧盒12静止不动。所以，这时起动器正在输入能量。

随着输入能量的增加，发条弹簧越绕越紧，挡块20对异形块的压力也越来越大，当压力超过弹簧16的弹力与弹簧22对拉杆23造成的阻力之和时，异形块就被压下（绕其轴沿顺时针方向转，当图5中d面与e面接触后即停止转动），同时推动弹簧盒12及主轴10向右滑移，使啮合着的内、外花键形齿脱开，这时由于发条弹簧回弹，棘轮有顺时针转动的趋势（从图1方向看），但被棘爪拌住，能量得以 保态。这时输入能量的过程结束，发动机正常运转，起动器处于静止状态。

发动机停止工作后需重新起动时，扳动手柄13，使滚轮15推动发条弹簧盒及主轴右移，齿套2与起动轴上的锯齿形端齿（a和b处）相啮合之后，挡块20与异形块19滑脱，发条弹簧11带动弹簧盒12、主轴10、销钉8、齿套2、起动轴6、齿轮5沿逆针转动（从图1方向看），带动发动机中的曲轴、连杆、活塞等运动，从而起动发动机。

起动后，起动轴6的转速迅速超过主轴10，主轴又被弹簧7推向左边，起动器又进入输能量状态。自此，发动机与起动器进入正常工作循环。

齿套2相对主轴10可转动一定的角度是为了使齿套与起动轴易于啮合。

螺母17、弹簧16、紧定螺钉21、弹簧22及钢球34是为了调节储能多少而设置的。当起动需要较多的能量时（如环境温度较低时），可调整螺母17及紧定螺钉21使弹簧16对钢球34的压力增大。这时挡块20压下异形块19所需的力较大，发条弹簧11储存的能量也较多;反之，需要的能量较少时，可作相反的调整，以减少磨损，延长机件寿命。

为了高速旋转时，内花键形齿与外花键形齿易于啮合，内齿套3上的齿槽设计的较宽，而外齿套上的齿设计的较窄。这样，齿就有较充裕的时间滑入齿槽（参看图8）。

本发明的范围并不限于上述的详细说明及附图所表示的具体形式。熟悉本领域的人员完全有可能对本发明进行修正和补充，应该认为这些修正和补充即使与实施例有差异，也应属于本发明的权利要求的范围之内。

Claims (8)

1、机械蓄能式发动机起动器，由输入、输出机械能的装置，储存机械能的装置，蓄能控制装置及机箱部分组成，其特征在于，输入、输出机械能的装置设有与发动机的传动系统相连的起动轴，该起动轴的一端设有端齿并装有内齿套，内齿套的齿可与装于主轴上的外齿套相啮合，主轴的一端被支撑在机箱上，另一端穿入起动轴的中心孔，主轴的一端设有齿套，该齿套的一端设有可与起动轴上的端齿相啮合的端齿；蓄能控制装置设有固定在弹簧盒外壁上的挡块及与该挡块相配合并安装在机箱内壁上的异形块，当蓄能时由可调整其拉力的钢丝将异形块保持在通过挡块可阻止弹簧盒转动的位置，此时，大弹簧乙端静止不动，当蓄满能量时，弹簧盒上的挡块对异形块的压力刚好使异形块克服钢丝的拉力转动一个角度，同时异形块与挡块相接触的突起部位，将挡块连同主轴及外齿套水平推移，使外齿套与内齿套脱离啮合，异形块设有一个可阻止其继续转动的定位面，当该定位面与机箱上的定位面相接触时，通过异形块上与挡块相接触的突起部分可使弹簧盒连同大弹簧乙端保持静止，此时，由于通过上述棘轮棘爪机构阻止了外齿套连同大弹簧甲端的旋转，从而将大弹簧保持在张紧状态，在机箱上设置有可将主轴连同齿套推向起动轴的手柄推杆装置。

2、根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，起动轴可取代发动机上的某轴，起动轴的中心孔为盲孔，盲孔中放有一个压缩弹簧，该弹簧的一端顶在盲孔底部，另一端顶在插入起动轴的主轴的轴端上。

3、根据权利要求2所述的起动器，其特征在于，起动轴一端的端齿为环绕起动轴中心孔边缘一圈的锯齿形端齿，在主轴一端的齿套的端部设有可与之相啮合的锯齿形端齿，该齿套沿圆周方向开有长孔，主轴上设置的销钉可插入该长孔中，使齿套可相对于主轴转动一定的角度。

4、根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，内齿套为空心圆柱体，其一端的一段长度上设有内花键形齿，内花键形齿可以有较宽的齿宽及槽宽，其另一端可以通过焊接或螺纹连接固连在起动轴上。

5、根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，异形块的形状为扁平状，周边轮廓由两个组成钝角的边和两个组成锐角的边为主组成，组成锐角的两个边以圆弧光滑连接或直接相连，组成钝角的两个边分别在异形块“抬起”和“压下”状态时顶住异形块架，保证锐角有效地拌住挡块，并在异形块转动的过程中推动挡块沿主轴的轴向移动，异形块上还有一个供异形块轴穿入的孔和一个位于锐角附近的小孔，此小孔供钢丝穿入。

6、根据权利要求5所述的起动器，其特征在于，穿过异形块的钢丝的另一端穿过一根拉杆。该拉杆从机箱上的孔中穿过，拉杆无孔的一端上加工有螺纹，上面套有一个压缩弹簧，螺纹部分装配有螺母，旋转螺母就可调节弹簧对异形块的拉力，拉杆中部加工有圆锥形凹坑，受到小弹簧及紧定螺钉压力的钢球沿垂直于拉杆的方向压在凹坑中，旋转紧定螺钉即可调节挡块压下异形块所需的力。

7、根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，手柄推杆装置设有手柄轴和弓形压块，弓形压块固定在机箱内壁上，手柄轴的一端有一个推杆，该推杆上装有可自由旋转的滚轮，手柄轴的另一端伸出机箱外，端部装有手柄，板动手柄，滚轮即可推动弹簧盒及主轴向起动轴方向滑移。

8、根据权利要求1所述的起动器，其特征在于，在主轴的轴肩与齿套的一端之间设有扭转弹簧，它的两端分别插入主轴及齿套上的小孔中。

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