CN103277228A - 一种改进的强制啮合式起动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的强制啮合式起动机，属内燃机电起动技术领域。它由起动机本体、延时装置构成，其特点是：延时装置包括延时电路、执行元件、电阻，延时电路的输出端与执行元件连接，执行元件通过导线与电阻并联连接；延时装置输入端与电磁开关的A点即吸引线圈和保持线圈的并联连接抽头点连接，延时装置的电阻R的一端与吸引线圈的B点连接，电阻的另一端与起动机电枢M的正极端和电磁开关的静触点b并联连接。减小流过电磁开关吸引线圈的电流，并通过延时装置延迟100～150mS后再将电阻短路，恢复电磁开关的吸引线圈的正常电流。彻底避免铣齿故障发生，使用元件少，结构简单，制作成本低，工作稳定可靠，不产生附加故障。

Description

一种改进的强制啮合式起动机
技术领域
本发明涉及一种改进的强制啮合式起动机，属内燃机电起动技术领域。
背景技术
商用车在起动发动机时常发生铣齿故障，原因是起动机的驱动齿轮不能与发动机的飞轮齿正常啮合。当起动机高速旋转时，驱动齿轮与飞轮齿端面摩擦，发出强烈的打齿声，此时驱动齿轮相当于铣刀在铣削飞轮齿端面，因此把这种故障称为铣齿。铣齿故障发生时，根本无法起动发动机。目前商用车发动机的起动机主要分为强制啮合式和两级柔性啮合式两大类，两级柔性啮合式虽然解决了铣齿问题，但其零部件数量多，机械结构复杂，耗费铜材多，加工难度大，价格昂贵。相比之下，强制啮合式起动机，因结构简单、零部件数量少、便于加工、成本较低等特点而获得广泛应用。但常用的强制啮合起动机，在接通点火开关后，电磁开关的吸引线圈与保持线圈是同时加电的，动铁芯在向主触点方向移动的同时通过拨叉推动驱动机构向相反方向移动，此过程首先压缩啮合弹簧；然后驱动机构前移并与发动机飞轮齿接触；此时若是齿对齿槽，驱动齿轮能顺利与飞轮齿啮合；此时若是齿对齿，由于啮合弹簧储存的动能因时间太短不能得到充分释放(通常不足10mS)，致使顶齿压力普遍偏低，而这时电磁开关的主触点已经闭合，起动机电枢全功率输出，驱动齿轮自零到飞速运转的过程中，会轻易滑过飞轮的齿槽引发铣齿故障导致啮合失败。目前解决铣齿故障大多采用增加啮合弹簧的弹力、减少驱动机构的轴向运动阻力、减轻驱动部分的重量以减小惯性、优化齿轮付的倒角形状、或尽量缩短静态时驱动齿轮和飞轮的轴向间距等方法，但通过实际操作来看，上述方法均只能治标不能治本，具有很大的局限性，不能彻底解决铣齿问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在现有强制啮合起动机上增加少许辅助部件，可彻底避免铣齿故障发生，结构简单，使用效果好，制作成本低廉；解决现有技术采用增加啮合弹簧弹力、减少驱动齿轮运动阻力、改变齿轮付的倒角形状、或尽量缩短静态时驱动齿轮和飞轮的轴向间距等方法，只能治标不能治本，难以彻底避免发生铣齿故障问题的改进的强制啮合式起动机。 
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的： 
该改进的强制啮合式起动机由起动机本体、延时装置构成，起动机本体包括电磁开关、起动机电枢、拨叉、啮合弹簧、驱动机构，其特征在于：延时装置包括延时电路、执行元件、电阻R，延时电路的输出端与执行元件连接，执行元件通过导线与电阻R并联连接；电磁开关包括吸引线圈、保持线圈、动铁芯；电磁开关的静触点a与电源E正极、点火开关并联连接，电磁开关的静触点b与起动机电枢M正极端连接；电磁开关的A点即吸引线圈和保持线圈的并联连接抽头点通过点火开关与电源E正极连接；延时装置的输入端通过导线与电磁开关的A点连接，延时装置的电阻R的一端与吸引线圈的B点连接，电阻R的另一端与起动机电枢M的正极端和电磁开关的静触点b并联连接；保持线圈B点、电源E负极、起动机电枢M负极均通过导线与地连接。电磁开关的动铁芯通过拨叉连接啮合弹簧，啮合弹簧与驱动机构装接，驱动机构的驱动齿轮与发动机飞轮啮合。
所述的延时装置通过导线串联连接在点火开关与电磁开关A点之间。
所述的执行元件为场效应管或继电器。 
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该改进的强制啮合式起动机在现有强制啮合起动机上增加延时装置，延时装置包括延时电路、执行元件和电阻。将延时装置的电阻串接于点火开关与电磁开关的A点，即吸引线圈和保持线圈的并联连接抽头点，安装简单方便。将延时装置的输入端与电磁开关的A点连接，延时装置的电阻串接于吸引线圈的B点与起动机电枢M的正极端、电磁开关静触点b的并联连接点D点之间，减小流过电磁开关的吸引线圈的电流，并通过延时装置的延时电路延迟100～150mS后再将电阻短路，恢复电磁开关的吸引线圈和保持线圈的正常电流。彻底避免铣齿故障发生，使用元件少，结构简单，制作成本低，工作稳定可靠，不产生附加故障。解决了现有技术采用增加啮合弹簧弹力、减少驱动齿轮运动阻力、改变齿轮付的倒角形状、或尽量缩短静态时驱动齿轮和飞轮的轴向间距等方法，只能治标不能治本，难以彻底避免发生铣齿故障的问题。
附图说明
附图1为一种改进的强制啮合式起动机的延时装置与起动机本体的安装结构示意图；
附图2为一种改进的强制啮合式起动机的延时装置与起动机本体的另一种安装结构示意图；
附图3为现有起动机的结构示意图。
图中：1、起动机本体，2、延时装置，3、延时电路，4、执行元件，5、电磁开关，6、吸引线圈，7、保持线圈，8、动铁芯，9、点火开关，10、拨叉，11、啮合弹簧，12、驱动机构，13、发动机飞轮。
具体实施方式
下面结合附图对该改进的强制啮合式起动机作进一步详细说明：
该改进的强制啮合式起动机由起动机本体1、延时装置2构成，起动机本体1包括电磁开关5、起动机电枢M、拨叉10、啮合弹簧11、驱动机构12；延时装置2包括延时电路3、执行元件4、电阻R，延时电路3的输出端与执行元件4连接，执行元件4通过导线与电阻R并联连接；电磁开关5包括吸引线圈6、保持线圈7、动铁芯8；电磁开关5的静触点a与电源E正极、点火开关9并联连接，电磁开关5的静触点b与起动机电枢M的正极端连接；电磁开关5的A点即吸引线圈6和保持线圈7的并联连接抽头点通过点火开关9与电源E正极连接；延时装置2的输入端通过导线与电磁开关5的A点连接，延时装置2的电阻R的一端与吸引线圈6的B点连接，电阻R的另一端与起动机电枢M的正极端和电磁开关5的静触点b的并联连接D点相连接；保持线圈7的B点、电源E负极、起动机电枢M的负极均通过导线与地连接。电磁开关5的动铁芯8通过拨叉10连接啮合弹簧11，啮合弹簧11与驱动机构12装接，驱动机构12的驱动齿轮与发动机飞轮13啮合（参见附图1）。
所述的延时装置2通过导线串联连接在点火开关9与电磁开关5的A点之间（参见附图2）。
所述的执行元件4为场效应管或继电器。
通过现有技术我们知道，当给电磁开关5通电的瞬间，蓄电池电源E的24V电压全部加在吸引线圈6和保持线圈7上，其获得的电能转化为机械动能，使得动铁芯8加速运动而压缩啮合弹簧11，此时当遇到齿对齿槽时，驱动齿轮能顺利***发动机飞轮13的齿槽，同时电磁开关5的静触点a和静触点b被左移的动铁芯8的动触片短接后，电源E的电压全部施加到起动机电枢M上，起动机电枢M全压起动，驱动齿轮与发动机飞轮13的齿轮啮合并全功率旋转（参见附图3）。
但当遇到齿顶齿时，由于电磁开关5中的动铁芯8通过拨叉10的杠杆作用推动驱动机构12右移的同时，也同时推动动铁芯8的动触片向左移，即向静触点a和静触点b方向移动，此时虽然驱动齿轮因顶齿而不再前行，但因存在柔性的啮合弹簧11，拨叉10会继续绕支点转动，一边压缩啮合弹簧11，一边继续推动动触片左移直到与静触点a和静触点b闭合。而与此同时驱动齿轮的齿顶着发动机飞轮13的齿，其入齿条件是必须有一定的顶齿压力，但因啮合弹簧11储存的动能由于时间太短不能得到充分的释放，实测可知该时间一般不足10mS，表明这个压力普遍偏低，远远小于设计时的静态弹力；而此时静触点a和静触点b已经闭合，起动机电枢M全功率输出，驱动齿轮自零加速上升的过程中就会轻易滑过发动机飞轮13的齿槽，产生铣齿故障，从而导致啮合失败（参见附图3）。
发明人对国内外解决铣齿故障的相关资料进行了大量的对比和研究，并参加了国内相关行业内专家的专题研讨，通过反复深入的理论研究和多次实验论证，提出了通过延时装置2根治铣齿顽症的根本解决办法。发明人研制的改进的强制啮合式起动机，是在传统的强制啮合起动机上增加一个延时装置2，该延时装置2包括延时电路3、执行元件4和电阻R，能在任何工作状态下彻底解决驱动齿轮与发动机飞轮13的啮合问题，完全避免了传统强制啮合起动机的铣齿故障。本发明尤其适合安装在24V柴油机起动***中使用。
本发明的研发思想是：在电磁开关5线圈的供电回路中串接电阻R用以减小电磁开关5的线圈电流，通过延时电路3延迟100～150mS后，由执行元件4场效应管或继电器将电阻R短路，恢复电磁开关5线圈的正常电流；目的就是降低驱动机构12的移动速度，减少啮合弹簧11的压缩量，同时推迟电磁开关5的静触点a和静触点b的闭合时间，这样，存储在啮合弹簧11里的动能得以充分释放，大大增加顶齿力，使驱动齿轮顺利啮入发动机飞轮13的齿槽中。
该改进的强制啮合式起动机，将延时装置2通过两种安装方式安装在起动机本体1上。
第一种安装方式为：将延时装置2的输入端通过导线与电磁开关5的A点连接，电磁开关5的A点即是吸引线圈6和保持线圈7的并联连接抽头点；延时装置2的输出端的电阻R串联连接在吸引线圈6的B点与起动机电枢M的正极端和电磁开关5的静触点b的连接点D点之间；电阻R的阻值为0.2～0.5Ω，吸引线圈6的直流电阻值为0.2～0.5Ω，保持线圈7的直流电阻值为1.5～2Ω。采用这种安装方式，延时装置2使用元件少，电路简洁，制作方便，成本低。无论延时装置2的执行元件4是采用场效应管还是继电器，延时装置2均可正常、稳定工作。不过安装时起动机生产企业需要改装电磁开关5的接线（参见附图1）。
第二种安装方式为：将延时装置2的电阻R串联连接在点火开关9与电磁开关5的A点之间，此时通过电阻R对电磁开关5的吸引线圈6和保持线圈7这两组线圈同时限流。采用这种安装方式很简单，起动机生产企业无需对现有起动机作任何改变，只需将延时装置2直接安装在现有起动机外壳上即可。不过，当延时装置2的执行元件4是选用场效应管时，需要优先考虑场效应管的极性为P型，延时装置2的电路较复杂，制作成本较高（参见附图2）。
执行元件4采用继电器的好处是不需要考虑其接入极性，缺点是继电器的接点易被烧损，影响延时电路3对限流电阻R的短接。
执行元件4采用场效应管，由于场效应管是无触点工作，保证了延时装置2自身的工作稳定性和可靠性，不过相比继电器来说，场效应管比较贵。
延时电路3可根据执行元件4是采用继电器还是场效应管自行设计。此外，延时装置2的延时电路3还可采用脉宽调制(PWM)电路控制场效应管在延时期间间歇工作，可省去限流电阻R，但相应延时电路3的设计会比较复杂。
该改进的强制啮合式起动机的工作原理具体描述如下：
采用第一种安装方式时：电磁开关5的吸引线圈6的供电回路为：电源E—点火开关9—电磁开关5的A点即吸引线圈6和保持线圈7的并联连接抽头点—吸引线圈6的B点—起动机电枢M的正极端与静触点b的并联连接点D点—动铁芯8的动触片—静触点b。电磁开关5的保持线圈7的供电回路为：电源E—点火开关9—电磁开关5的A点—保持线圈7的C点—连接地。
在吸引线圈6的供电回路中，延时装置2的电阻R串联连接在电磁开关5的A点与起动机电枢M的正极端和静触点b的连接点D点之间，电阻R的阻值为0.2～0.8Ω，吸引线圈6的直流电阻值为0.2～0.8Ω，电阻R 与吸引线圈6串接起限流作用，以减小吸引线圈6的电流，(根据实践经验，该电流降低约一半时效果较好)；目的是大幅度降低动铁芯8的加速度，减少啮合弹簧11的压缩量，使驱动机构12的移动速度大大降低，在齿顶齿位置时，电磁开关5的动铁芯8因没有足够的动力暂时停止不前，无法推动动触片接触静触点a和静触点b，此时驱动机构12的驱动齿轮顶住发动机飞轮13的齿等待入齿，在延时装置2的延时电路3的作用下，经过100～150mS延迟后，安装在驱动机构12后面的啮合弹簧11的弹力得到充分释放，啮合弹簧11的弹力使驱动机构12产生足够大的顶齿预压力顶压在发动机飞轮13的齿端面。与此同时，延时装置2的执行元件4场效应管或继电器工作,将电阻R短接，流过吸引线圈6的电流恢复正常，此时蓄电池电源E的24V电压全部施加于吸引线圈6上，使得动铁芯8获得足够的动力解除暂停状态，推动动触片前行直至与静触点a和静触点b闭合，使得起动机电枢M获得24V电压开始全功率运转，通过驱动机构12使驱动齿轮的转速由零迅速瞬间上升，在足够大的顶齿预压力作用下旋转滑入发动机飞轮13的齿槽中。采用该安装方法，执行元件4可采用比较经济的N型场效应管（参见附图1）。
采用第二种安装方式时：由于延时装置2的电阻R是串联连接在点火开关9与电磁开关5的A点之间，电磁开关5的A点即是吸引线圈6和保持线圈7的抽头并联连接点，所以此时通过电阻R对电磁开关5的吸引线圈6和保持线圈7这两组线圈同时限流，电阻R的阻值为0.2~0.8Ω、吸引线圈6的直流电阻值为0.2~0.8Ω，保持线圈7的直流电阻约为1.5~2Ω；其后续工作过程、目的、最终效果与采用第一种安装方式完全一样，故不再赘述。须强调一点：采用第二种安装方式，当延时装置2的执行元件4采用场效应管时，必须考虑场效应管的极性，应优先选用P型场效应管。若选用N型场效应管，则延时电路3的设计会比较复杂（参见附图2）。
该改进的强制啮合式起动机在传统的强制啮合起动机上增加延时装置2，通过前述两种安装方式，特别是通过第一种安装方式安装在起动机本体1上，彻底解决铣齿问题，保证可靠啮合。所用元件少，结构简单，制作成本低，安装合理、方便，效果显著。通过失效分析和试验，延时装置2工作稳定可靠，整体更换快捷、方便，不增加额外故障。
以上所述只是该发明的具体实施方式，上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (3)

1.一种改进的强制啮合式起动机，它由起动机本体（1）、延时装置（2）构成，起动机本体（1）包括电磁开关（5）、起动机电枢M、拨叉（10）、啮合弹簧（11）、驱动机构（12），其特征在于：延时装置（2）包括延时电路（3）、执行元件（4）、电阻R；延时电路（3）的输出端与执行元件（4）连接，执行元件（4）通过导线与电阻R并联连接；电磁开关（5）包括吸引线圈（6）、保持线圈（7）、动铁芯（8）；电磁开关（5）的静触点a与电源E正极、点火开关（9）并联连接，电磁开关（5）的静触点b与起动机电枢M正极端连接；电磁开关（5）的A点即吸引线圈（6）和保持线圈（7）的并联连接抽头点通过点火开关（9）与电源E正极连接；延时装置（2）的输入端通过导线与电磁开关（5）的A点连接，延时装置（2）的电阻R的一端与吸引线圈（6）的B点连接，电阻R的另一端与起动机电枢M的正极端和电磁开关（5）的静触点b并联连接；保持线圈（7）B点、电源E负极、起动机电枢M负极均通过导线与地连接；电磁开关（5）的动铁芯（8）通过拨叉（10）连接啮合弹簧（11），啮合弹簧（11）与驱动机构（12）装接，驱动机构（12）的驱动齿轮与发动机飞轮（13）啮合。
2.根据权利要求1所述的一种改进的强制啮合式起动机，其特征在于：所述的延时装置（2）通过导线串联连接在点火开关（9）与电磁开关（5）A点即吸引线圈（6）和保持线圈（7）的并联连接抽头点之间。
3.根据权利要求1所述的一种改进的强制啮合式起动机，其特征在于：所述的延时装置（2）的执行元件（4）为场效应管或继电器。
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