CN101871414A - 发动机起动设备 - Google Patents

Abstract

在发动机起动设备中，与单向离合器一起，小齿轮被推向安装在车辆中的发动机的环齿轮。单向离合器具有比在小齿轮被推至环齿轮时环齿轮试图转动小齿轮的转矩小的怠速转矩。通过控制装置，使得i)当环齿轮的转数大于小齿轮的转数时并且ii)当环齿轮的转数与小齿轮的转数之间的相对转数为期望值时，使小齿轮推动装置能够操作。

Description

发动机起动设备

技术领域

本发明涉及一种发动机起动设备，其能够在发动机停止过程当中使起动器的小齿轮与自由回转的环齿轮接合从而重新起动发动机。

背景技术

给车辆设置怠速停止系统是减少CO₂的重要方法，这是抵制全球变暖的对策之一。怠速停止系统是例如当车辆在十字路口因停止信号而停下或因交通堵塞等原因而驻车时停止向发动机喷射燃料从而自动停止发动机的系统。

常规怠速停止系统已被构造成在车辆已完全停下之后自动停止发动机。为了进一步提高减少CO₂的效果，延长发动机停期是有效的。延长发动机停期可具体通过在车速耗尽之前(即，在车辆停下之前的减速期间)停止发动机的系统来实现，这是从在车辆已完全停下之后停止发动机的常规系统转变而来的。可以预期的是，与通常使用的怠速停止系统相比，延长发动机停期的这种系统可显著提高减少CO₂的效果。

然而，这种系统在于发动机已进入发动机停止过程之后可能重新起动发动机上出现问题。具体地，在常规起动器中，起动器的小齿轮无法与发动机的环齿轮接合，除非发动机完全停止。这意味着，在使用常规起动器重新起动发动机的情况下，从发动机已进入发动机停止过程的时点直至发动机完全停止的时点，无法重新起动发动机。可能存在例如这种情况：在十字路口交通灯是红灯并且车辆相应地减速继而输出停止命令以使发动机能够进入发动机停止过程，然后交通灯迅速变成绿灯。在这种情况下，常规起动器无法立即重新起动发动机，这会给后面的车辆带来麻烦并造成用户的心理负担。因此，为了在车辆正减速时使用怠速停止功能，必须在发动机处于发动机停止过程中时使得能够重新起动发动机。

为了在发动机停止过程中实现重新起动，需要起动器的小齿轮与旋转中的环齿轮接合。在WO 2007/101770中公开了作为一种实现这种重新起动的方法的技术。具体地，该专利文献公开了一种使用起动装置重新起动发动机的方法，该起动装置包括：第一RPM检测装置，其检测环齿轮的转数；第二RPM检测装置，其检测起动器小齿轮的转数或者马达的转数；以及马达回转控制驱动器，其控制马达的转数。在该起动装置中，由马达回转控制驱动器基于由第一和第二RPM检测装置检测的转数来控制小齿轮的转数，以便与环齿轮的转数同步。结果，使小齿轮与环齿轮接合。

在将彼此远离的齿轮变成彼此接合的情况下，WO 2007/101770中公开的方法(使小齿轮的转数与环齿轮的转数同步从而在齿轮之间建立接合的方法)是一种理想方法。但是，该方法所具有的大问题在于需要控制马达转数的马达回转控制驱动器。通常，使用作为控制元件的MOS晶体管来作为马达回转控制驱动器以进行电压控制(例如，脉冲宽度控制，即所谓的PWM控制)。然而，尽管输出大，但是起动器马达的电压低(通常12V)。因此，这使得必须使用具有超过500A的大电流容量的MOS晶体管，结果成本大大地增高。

另外，实现小齿轮转数与环齿轮转数之间的同步可能要求对转数进行反馈控制。结果，这种同步将花费长时间。所以，在很多情况下，存在不可能在发动机正减速的很短的时间内完成同步的问题。

发明内容

本发明是针对上述问题做出的并且其目的在于提供一种车载发动机起动设备，该设备能够在发动机停止过程的短时间中使起动器小齿轮与处于回转减小状态的发动机环齿轮接合，从而重新起动发动机。

为了实现该目的，提供了一种发动机起动设备，所述设备包括：电动马达，其接收电流以产生旋转力；输出轴，其具有外周表面并在所述旋转力的作用下旋转；单向离合器，其螺旋花键配合至所述输出轴的外周表面；小齿轮，其经由所述单向离合器接收所述旋转力；小齿轮推动装置，其与所述单向离合器一起将所述小齿轮推向发动机的环齿轮，所述单向离合器具有怠速转矩，所述怠速转矩小于当所述小齿轮被推至所述环齿轮时所述环齿轮试图转动所述小齿轮的转矩；电流开关装置，其接通/断开供给至所述马达的电流。所述设备还包括：转数检测装置，其检测所述环齿轮的转数；以及控制装置。当由所述转数检测装置检测的所述环齿轮的转数大于所述小齿轮从所述马达的回转速度获得的转数时并且当所述环齿轮的转数与所述小齿轮的转数之间的相对转数为期望值时，所述控制装置使所述小齿轮推动装置能够操作。该控制装置能够控制所述小齿轮推动装置与所述电流开关装置独立于彼此的操作。

在当于发动机停止过程中环齿轮的转数正在减少时要求重新起动发动机的情况下，当环齿轮和小齿轮以预定的相对转数(环齿轮的转数＞小齿轮的转数)旋转时本发明的发动机起动设备致动小齿轮推动装置，从而使得能够将小齿轮与单向离合器一体地推至环齿轮侧。

小齿轮推动装置的致动使小齿轮的端面与环齿轮的端面接触。在单向离合器怠速的情况下，当小齿轮以施加以预定载荷的方式压靠在环齿轮上时，小齿轮的转数即刻同步于环齿轮的转数。这是因为处于怠速状态的单向离合器的旋转转矩被设定成小于环齿轮试图使小齿轮旋转的旋转转矩。

同样，从所述同步的时刻开始，环齿轮的回转仍然继续减少。然而，在这种情况下，由于单向离合器位于连接侧(转矩传递侧)，因此小齿轮不会减少与环齿轮的回转同步的回转。所以环齿轮将沿与回转方向相反的方向从小齿轮分离，由此在小齿轮与环齿轮之间建立接合。

应当理解，不必直接检测发动机速度，而是可以使用曲柄角传感器等。

上述构造中，优选地，所述输出轴提供沿所述输出轴的纵向方向的轴向方向，所述环齿轮具有第一周表面，在所述第一周表面上形成有多个轮齿，所述环齿轮的轮齿具有第一轴向端面，所述第一轴向端面面对所述小齿轮并沿所述轴向方向定向，所述小齿轮具有第二周表面，在所述第二周表面上形成有多个轮齿，所述小齿轮的轮齿具有第二轴向端面，所述第二轴向端面面对所述环齿轮并沿所述轴向方向定向，并且在所述第一轴向端面和所述第二轴向端面中的至少一者上形成有凹部，并且所述凹部沿与所述环齿轮和所述小齿轮的旋转方向相交的方向形成。

利用这种构造，通过致动小齿轮推动装置而推动小齿轮。然后，当小齿轮的端面与环齿轮的端面接触时，例如形成在小齿轮端面中的凹部将被环齿轮的轮齿所俘获。通过这种方式，小齿轮的回转能够即刻跟随(同步于)环齿轮的回转，从而迅速建立接合。

还优选地，在所述第一轴向端面和所述第二轴向端面中的至少一者上形成有摩擦系数增大装置以增大所述至少一者上的摩擦力。

利用这种构造，通过致动小齿轮推动装置而推动小齿轮。然后，当小齿轮的端面与环齿轮的端面接触时，摩擦系数增大装置将使两个端面之间的摩擦力增大。通过这种方式，小齿轮的回转能够即刻跟随(同步于)环齿轮的回转，从而迅速建立接合。

优选地，所述凹部为形成于所述环齿轮和所述小齿轮中的至少一者的斜面部，所述斜面部为以下中的至少一者：i)与所述第一周表面和所述第一轴向端面都相交的斜面部；以及ii)与所述第二周表面和所述第二轴向端面都相交的斜面部。

利用这种构造，在小齿轮已与环齿轮接触之后，小齿轮的轮齿与环齿轮的轮齿沿轴向方向彼此俘获的可能性很大。因此，可提高小齿轮与环齿轮之间回转同步的可靠性。在具有怠速停止功能的车辆中，需要考虑到可以在不使用怠速停止功能的情况下起动发动机即以常规方式起动发动机一定次数的情况。在这点上，斜面部的形成可确保在使用怠速停止功能起动和以常规方式起动的基础上都能够实现接合。

还优选地，所述摩擦系数增大装置包括多个沟槽。优选的是，各个所述沟槽的深度小于所述小齿轮和所述环齿轮的模数。例如，所述深度小于所述模数的1/n(n为9或更小的正整数)。所述模数是所述小齿轮和所述环齿轮中的各者中的各个轮齿的尺寸(即高度)。

利用这种构造，可使用诸如滚花刀具等装置而容易地形成摩擦系数增大装置，这能够有助于加工。

还优选地，所述马达为电刷式DC马达，其具有电枢、布置于所述电枢的整流器、制成与所述整流器的表面接触的电刷以及将所述电刷推至所述整流器的表面的弹簧，其中，所述电枢具有大于所述单向离合器的怠速转矩的转矩。

通过致动小齿轮推动装置，使小齿轮被环齿轮推压，因而小齿轮的回转将跟随并同步于环齿轮的回转。同样，在同步之后，环齿轮仍然继续减少转数。因此，环齿轮的转矩作用在小齿轮上，使得小齿轮的回转也减小。就此而言，由于与小齿轮一体构成的单向离合器位于连接侧(转矩传递侧)，因此作用在小齿轮上从而使小齿轮的回转减小的转矩将被传递至马达侧。

同时，在本发明的马达中，当电刷通过电刷弹簧压靠在整流器表面上时制动力会作用于电枢的回转。因此，电枢不可能从环齿轮侧旋转。结果，小齿轮将不会以与环齿轮减小回转同步的方式减小回转。这将使得小齿轮的轮齿与环齿轮的轮齿之间容易地实现偏移。于是，能够缩短实现小齿轮与环齿轮之间的接合所需的时间。

优选地，所述发动机起动设备还包括减速装置，其减小所述马达的旋转速度并将减小后的所述马达的旋转速度传递至所述输出轴。

作用在小齿轮上从而使小齿轮的回转减小的环齿轮转矩可被传递至马达侧。在这种情况下，在马达与输出轴之间布置减速齿轮可使电枢能够更不可能从环齿轮侧旋转。因此，确保了小齿轮轮齿与环齿轮轮齿容易地偏移(分离)，由此，进一步缩短了在小齿轮与环齿轮之间完成接合所花费的时间。

优选地，所述控制装置包括延迟装置，当从起动所述小齿轮的推动操作起已经过了预定的时间段时，所述延迟装置允许所述电流开关装置开始操作。

根据本发明，小齿轮可与环齿轮充分接合，然后在该充分接合状态下，电流流动至马达从而起动发动机。因此，可防止因在发动机停止过程中当环齿轮的回转正在减小时小齿轮与环齿轮之间可能未完全接合而导致小齿轮和环齿轮损坏。结果，在具有怠速停止功能且起动器被致动多次的车辆中可提高各个齿轮的使用寿命。

附图说明

在附图中：

图1是示出结合在根据本发明实施方式的发动机起动设备中的起动器的局部剖切的总体视图；

图2是示出起动器的小齿轮推动螺线管和马达通电开关的剖视图；

图3是示出起动器的发动机起动设备的电路图；

图4A至4D是示出第一种情况下的操作的说明图，其中小齿轮在发动机停止过程中与回转正在减小的环齿轮接合；

图5A至5D是示出第二种情况下的操作的说明图，其中小齿轮在发动机停止过程中与回转正在减小的环齿轮接合；

图6是示出发动机停止过程中的发动机速度的曲线图，其中在水平轴上指示出时间；

图7是从轴向方向观察的示出环齿轮和小齿轮的图示；

图8是形成在小齿轮端面中的摩擦系数增大装置的示例的图示；以及

图9是示出带有电刷的马达的构造的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明的发动机起动设备的实施方式。

参见图1至9，现在将描述发动机起动设备的一种实施方式。

该发动机起动设备用于自动控制车载发动机的停止和重新起动的怠速停止系统。其包括起动器1(图1中示出)、ECU(电子控制单元)2(图3中示出)以及RPM检测器4(图3中示出)。起动器1起动安装在车辆上的发动机(即，内燃发动机)。ECU2控制起动器1的操作。RPM检测器4检测指示附连于发动机曲轴的环齿轮3的转数的信号并将所检测的信号输出到ECU2。

如图1所示，起动器1包括电动马达5、输出轴6、小齿轮可动本体(稍后描述)、移位杆7、小齿轮推动螺线管8、电池9以及马达通电开关10。在本实施方式中，方向可限定成输出轴6的纵向方向为轴向方向AX，从输出轴6沿垂直于轴向方向的平面径向延伸的方向为径向方向RA，并且沿垂直于轴向方向的平面围绕轴向方向环绕的方向为周向方向CR。

马达5响应于供给至马达的电流产生转矩。输出轴6在被传递以由马达5产生的转矩的情况下旋转。小齿轮可动本体设置成使得其能够在输出轴6的外周上沿轴向移动。小齿轮推动螺线管8的作用是经由移位杆7沿与马达相反的方向(图1中的左向)推动小齿轮可动本体。马达通电开关10断开/闭合设置于马达电路的马达触头，从而使电流从电池9(见图3)流动至马达5。

马达5是带有电刷的电动直流马达，包括场磁体11、电枢14以及电刷16。场磁体11由多个永磁体构成。电枢14包括一端设置有整流器13的电枢轴12。电刷16布置成与整流器13的外周表面(以下称为“整流器表面”)接触并通过电刷弹簧15(见图9)压靠在整流器表面上。马达5的由永磁体构成的场磁体11可由以场线圈构成的场电磁体替代。

输出轴6布置成经由减速齿轮17而与电枢轴12对准。因此，马达5的回转以被减速齿轮17减速的方式而被传递。

减速齿轮17是已知的行星减速齿轮，例如，其中拾取行星齿轮17a的轨道运动的行星架17b设置成与输出轴6成一体。

小齿轮可动本体由离合器18和小齿轮19构成。

离合器18包括花键轴套18a、外部18b、内部18c、滚子18d以及滚子弹簧(未示出)。花键轴套18a螺旋花键配合到输出轴6的外周。外部18b设置成与花键轴套18a成一体。内部18c以可相对旋转的方式布置于外部18b的内周。滚子18d位于外部18b与内部18c之间，以在它们之间连接/断开转矩。滚子弹簧的作用是偏置滚子18d。离合器18设置为单向离合器，其将转矩从外部18b经由滚子18d单方向传递至内部18c。

小齿轮19与离合器18的内部18c成一体并经由轴承20由输出轴6的外周以可相对旋转的方式支撑。

小齿轮推动螺线管8和马达通电开关10分别具有螺线管线圈21和开关线圈22，当电流流过时螺线管线圈21和开关线圈22均形成电磁体。在螺线管线圈21和开关线圈22之间布置由定铁芯23，以便由这两个线圈共用。小齿轮推动螺线管8的外周罩有螺线管磁轭24，而马达通电开关10的外周罩有开关磁轭25。螺线管磁轭24和开关磁轭25以一体且连续的方式沿轴向方向AX形成，从而提供单个整体式磁轭。换而言之，如图1所示，螺线管8和开关10沿轴向方向AX以串接的方式一体地构成，平行于马达5设置并固定于起动器壳体26。

图2是示出起动器1的小齿轮推动螺线管8和马达通电开关10的剖视图。如图2所示，整体式磁轭呈带有底部的圆筒形状，其中一个轴向端部(第一端部E1)(图2中的左侧)设置有环形底部，而另一轴向端部(第二端部E2)敞开。整体式磁轭的外径被制成从第一端部E1到第二端部E2是均匀的。但是，确保开关磁轭25的内径大于螺线管磁轭24的内径。相应地，开关磁轭25的厚度小于螺线管磁轭24的厚度。换而言之，整体式磁轭的内周表面在螺线管磁轭24与开关磁轭25之间具有台阶。

定铁芯23从相当于整体式磁轭的第二端部E2的敞开端部(开关磁轭25的敞开端部)插入到开关磁轭25内部。插入的定铁芯23具有位于第一端部E1侧的径向外端面。该径向外端面与设置于整体式磁轭的内周表面并位于螺线管磁轭24与开关磁轭25之间的台阶接触，从而确定了定铁芯23的轴向位置。

参见图2和3，下面描述除整体式磁轭(螺线管磁轭24和开关磁轭25)和定铁芯23之外的小齿轮推动螺线管8和马达通电开关10的构造。

小齿轮推动螺线管8包括螺线管线圈21、柱塞27以及接头28。螺线管线圈21沿形成整体式磁轭的位于第一端部E1侧的部分的螺线管磁轭24的内周布置。柱塞27设置成与定铁芯23的一个径向内部吸引表面S1相对，并被允许沿螺线管线圈21的内周能够轴向移动。接头28将柱塞27的运动传递至移位杆7。

图3是示出起动器1的发动机起动设备的电路图。如图3所示，螺线管线圈21的一端连接于连接器端子29，另一端接地而例如通过焊接等固定于定铁芯23的表面。连接于起动器继电器30的电线连接于连接器端子29。

起动器继电器30受制于ECU2的接通/断开控制。当起动器继电器30受控并接通时，电流从电池9经由起动器继电器30流动到螺线管线圈21。

当定铁芯23在向螺线管线圈21供给电流的情况下被磁化时，柱塞27克服设置在定铁芯23与柱塞27之间的复位弹簧31的反作用力而被吸引到定铁芯23的吸引表面S1。然后，当向螺线管线圈21的电流供给停止时，柱塞27被复位弹簧31的反作用力沿与定铁芯23相反的方向(图2中的左向)推回。柱塞27呈大致圆筒形状，使得在其径向中心部处形成有圆柱孔。该圆柱孔在柱塞27的一个轴向端部处敞开而在其另一端部处带有底部。

呈杆状的接头28连同驱动弹簧(未示出)一起插入到柱塞27的圆柱孔中。因此，接头28的端部从柱塞27的圆柱孔突出。接头28的该端部形成有接合槽28a，移位杆7的一个端部与接合槽28a接合。接头28的另一端部设置有凸缘部。该凸缘部的外径使得凸缘部能够沿圆柱孔的内周以可滑动的方式移动。由驱动弹簧加载的凸缘部压靠在圆柱孔的底面上。

柱塞27移动时，沿反向于马达的方向受到推动的小齿轮19的端面19a(见图1)与环齿轮3的端面3a(见图1)接触。于是，在柱塞27移动并被吸引到定铁芯23的吸引表面S1时，允许驱动弹簧弯成弓形。因此，驱动弹簧积蓄使小齿轮19能够接合环齿轮3的反作用力。

马达通电开关10包括开关线圈22、动铁芯32、接触盖33、两个端子螺栓34和35、一对定触头36、以及动触头37。开关线圈22沿形成整体式磁轭的位于第二端部E2侧的部分的开关磁轭25的内周布置。动铁芯32面对定铁芯23的另一径向内部吸引表面S2，并被允许沿开关线圈22的轴向方向AX能够移动。由树脂制成的接触盖33被组装成封堵整体式磁轭的敞开端部即第二端部E2(开关磁轭25的敞开端部)。两个端子螺栓34和35固定于接触盖33。该对定触头36固定于两个端子螺栓34和35。动触头37在该对定触头36之间电连接/断开。

如图3所示，开关线圈22的一端连接于外部端子38，而另一端接地而例如通过焊接等固定于定铁芯23的表面。外部端子38设置成从接触盖33的轴向端面突出，用于与连接至ECU 2的电线的连接。

开关线圈22具有径向外周侧，轴向磁路构件39布置在该径向外周侧以形成磁路的一部分。而且，开关线圈22具有与定铁芯相反的轴向侧，径向磁路构件40布置在该轴向侧以形成磁路的一部分。

轴向磁路构件39呈圆筒形状并沿开关磁轭25的内周插入到开关磁轭25中，使得它们之间基本上不设置有间隙。轴向磁路构件39具有位于第一端部E1侧的轴向端面，该轴向端面与定铁芯23的径向外端面接触，从而确定了构件39的轴向位置。

径向磁路构件40垂直于开关线圈22的轴线布置。径向磁路构件40具有位于第一端部E1侧的径向外端面，该表面与轴向磁路构件39的轴向端面接触，从而限制构件40相对于开关线圈22的位置。径向磁路构件40在其径向中心部处具有圆形开口，使得动铁芯32能够沿轴向方向AX移动穿过该开口。

向开关线圈22供给电流时，定铁芯23被磁化。然后，动铁芯32克服设置在定铁芯23与动铁芯32之间的复位弹簧41的反作用力而被吸引到定铁芯23的吸引表面S2。当向开关线圈22的电流供给停止时，动铁芯32被复位弹簧41的反作用力沿反向于定铁芯23的方向(图2中的右向)被推回。

接触盖33具有圆筒状腿部33a。腿部33a沿开关磁轭25的内周插入到开关磁轭25中，开关磁轭形成整体式磁轭的位于第二端部E2侧的部分。接触盖33布置成使得腿部33a的端面与径向磁路构件40的表面接触，并填塞和固定于整体式磁轭的敞开端部即第二端部E2。

两个端子螺栓中的一个即端子螺栓34为连接电池线缆42(见图3)的B端子螺栓34。两个端子螺栓中的另一个即端子螺栓35为连接马达引线43(见图1和3)的M端子螺栓35。与两个端子螺栓34和35分开设置(或者可以与其设置成一体)的该对定触头36与两个端子螺栓34和35在接触盖33内电接触并机械固定于接触盖33。

动触头37布置成使得从动触头37至动铁芯的距离大于从该对定触头36至动铁芯的距离(图2中的右向)。动触头37承受接触-挤压弹簧45的加载并压靠在固定于动铁芯32的树脂杆44的端面上。应当理解，复位弹簧41的初始加载被设定成大于接触-挤压弹簧45的初始加载。因此，当开关线圈22断电时，动触头37安置在接触盖34的内座33b上，使得接触-挤压弹簧45收缩。

上述的马达触头由该对定触头36和动触头37形成。在受到接触-挤压弹簧45的偏置的情况下，动触头37以预定的压力与该对定触头36接触。结果，电流经由动触头37流过该对定触头36，从而闭合马达触头。当动触头37被拉离该对定触头36时，通过该对定触头36的电流被断开，从而断开马达触头。

a)参见图4A至4D以及图6至9，以第一种情况为例对操作进行描述，在第一种情况下，要求在于发动机停止过程中环齿轮3的转数正减少时重新起动发动机。

图4A示出了小齿轮19向前朝正在减少转数的环齿轮3移动的过程。图4B示出了小齿轮19的端面19a与环齿轮3的端面3a接触的状态。图4C示出了小齿轮19和环齿轮3的位置在回转方向上相对偏移的过程。图4D示出了小齿轮19与处于减速状态的环齿轮3接合的状态。

图6是示出在发动机停止过程中发动机速度Neg的曲线图，其中在水平轴上指示出时间。在图6中，“X”指示发动机停止信号的产生点，“Cm”指示当驾驶者随意给出发动机重新起动要求时的点，“Sp”指示小齿轮推动螺线管8的致动起始点，“δN”指示环齿轮3和小齿轮19的相对转数，以及“Mp”指示马达通电开关10的致动起始点。

当在图6的点X处产生发动机停止信号之后，驾驶者可在点Cm处给出发动机重新起动要求。于是，ECU2允许RPM检测器4输入在已给出该要求之时环齿轮3的转数。如果环齿轮3的转数低于预定转数，则起动器继电器30受到控制并在当环齿轮3和小齿轮19的相对转数已达到δN时的点(图6的点Sp)处接通。在该点处，马达5的转数为“0”，因为马达通电开关10尚未被致动(没有电流流到开关线圈22)。因此，相对转数将表达为：δN＝环齿轮3的转数。

当起动器继电器30闭合时，电流从电池9被供给至小齿轮推动螺线管8的螺线管线圈21。然后，柱塞27移动而被吸引到磁化的定铁芯23。柱塞27移动时，经由移位杆7沿反向于马达的方向推动小齿轮可动本体(离合器18和小齿轮19)。于是，如图4A和4B所示，小齿轮19向前移动至正在减少转数的环齿轮3。结果，小齿轮19的端面19a压靠在环齿轮3的端面3a上，使得施加以预定载荷F1。在这种情况下，环齿轮3试图使小齿轮19旋转的旋转转矩T1可由以下公式(1)表达：

T1＝F1×rp ×μ1                ...(1)

其中，μ1为小齿轮19的端面19a与环齿轮的端面3a之间的摩擦系数，rp为小齿轮19的节距圆半径(见图7)。

在这种情况下，处于怠速状态的离合器18的旋转转矩T2可被设定成小于旋转转矩T1(T1＞T2)。于是，小齿轮19的回转跟上并与环齿轮3的回转同步。在这点上，至少小齿轮19的端面19a或者环齿轮3的端面3a可形成有摩擦系数增大装置，使得可在小齿轮19或者环齿轮3的各个齿处增大摩擦系数。

例如，如图8所示，其示出了小齿轮19的端面19a，可在端面19a中形成多个沟槽19b。在这种情况下，各个沟槽19b的深度可小于小齿轮和环齿轮的模数。优选地，深度小于模数的1/n(n为9或更小的正整数)。模数定义为小齿轮和环齿轮中的各者中的各个轮齿的尺寸(即高度)。因此，当小齿轮19的端面19a与环齿轮3的端面3a彼此接触时这两个端面之间的摩擦力将增大。因此，小齿轮19的回转可即刻与环齿轮3的回转同步。

同样，从同步点开始，环齿轮3仍然继续减小回转。但是，由于离合器18现在位于连接侧(转矩传递侧)，小齿轮19从环齿轮3接收的旋转转矩将为转矩T3，该转矩T3使马达5的电枢14旋转。图9是示出带有电刷的马达5的构造的示意图。如图9所示，在电刷16压靠在整流器13的半径为rc且摩擦系数为μc的外周上的情况下，使电枢14旋转的旋转转矩T3可由以下公式(2)表达：

T3＝F2×rc ×μc                    ...(2)

在这种情况下，用于使电枢14旋转的旋转转矩T3可被设定成大于处于怠速状态的离合器18的旋转转矩T2(T3＞T2)。因此，小齿轮19与环齿轮3的端面之间引起的摩擦力将小于使电枢14旋转的旋转转矩。所以小齿轮19将不会减少保持与环齿轮3的回转同步的转数。而是，如图4C所示，环齿轮3将沿与回转方向相反的方向(图4C中的右向)相对于小齿轮19偏移。结果，如图4D所示，小齿轮19的各个齿被推到环齿轮3的轮齿之间，从而实现小齿轮19与环齿轮3之间的接合。

在小齿轮19与环齿轮3之间的接合完成之后，然后再在预定时间截至之后(图6的点Mp)，ECU2向马达通电开关10输出接通信号。

当电流流过开关10的开关线圈22时，动铁芯32被吸引到定铁芯23从而使动触头37能够与该对定触头36接触。然后，在受到接触-挤压弹簧45的偏置的情况下，马达触头闭合。结果，电流从电池9被供给至马达5从而在电枢14中产生转矩。然后转矩经由减速齿轮17传递至输出轴6。进一步地，输出轴6的转矩经由离合器18传递至小齿轮19。由于小齿轮19已经与环齿轮3接合，因此小齿轮19的回转按原样传递至环齿轮3。通过这种方式，如在图6的曲线图中以虚线绘出的，发动机速度Neg增大，由此发动机得以重新起动。

b)参见图5A至5D，以第二种情况为例对操作进行描述，在第二种情况下，要求在于马达停止过程中环齿轮3的转数正减少时重新起动马达。

在第二种情况下，当在致动小齿轮推动螺线管8的情况下将小齿轮可动本体(离合器18和小齿轮19)朝环齿轮侧推动时，形成在小齿轮19的各个轮齿中的斜面部19c被形成在环齿轮3的各个轮齿中的斜面部3b所俘获。小齿轮19的斜面部19c以及环齿轮的斜面部3b也是本发明的权利要求2中所引述的凹部的示例。如图5B所示，斜面部19c形成在小齿轮19的各个轮齿的拐角处。这些斜面部(本发明的凹部)可形成在小齿轮19和环齿轮3中的任意一个中。

如图5B所示，在第二种情况下，当小齿轮19的各个斜面部19c被环齿轮3的各个斜面部3b俘获时，小齿轮19的回转即刻与环齿轮3的回转同步。在这点上，类似于第一种情况，处于怠速状态的离合器18的旋转转矩T2被设定成小于从环齿轮3侧使小齿轮19旋转的旋转转矩T1，同时，使电枢14旋转的旋转转矩T3被设定成大于处于怠速状态的离合器18的旋转转矩T2。

即使从当小齿轮19的回转与环齿轮3的回转同步时的时刻开始，环齿轮3的转数仍然继续减少。因此，如图5C所示，环齿轮3将沿与回转方向相反的方向(图5C中的右向)相对于小齿轮19偏移。结果，如图5D所示，小齿轮19的各个轮齿被推到环齿轮3的轮齿之间，从而实现小齿轮19与环齿轮3之间的接合。在小齿轮19与环齿轮3之间的接合完成之后，然后再在预定时间截至之后(图6的点Mp)，ECU2向马达通电开关10输出接通信号。结果，马达5的转矩从小齿轮19传递至环齿轮3，由此发动机得以重新起动。

在本发明的发动机起动设备中，小齿轮推动螺线管8被致动以使小齿轮19的端面19a能够与环齿轮3的端面3a接触。利用这种接触，小齿轮19的端面19a以预定的载荷F1压靠在环齿轮3的端面3a上。同时，处于怠速状态的离合器18的旋转转矩T2被设定成小于旋转转矩T1，其中处于减速状态的环齿轮3试图以该旋转转矩T1使小齿轮19旋转。所以，小齿轮19的回转能够即刻与环齿轮3的回转同步。结果，能够在环齿轮3与小齿轮19之间迅速建立接合。

根据上述的构造和方案，将不需要WO 2007/101770中所公开的昂贵的马达回转控制驱动器。因此，能够以低成本提供发动机起动设备。

在WO 2007/101770中公开的常规技术中，要使小齿轮19的转数能够与环齿轮的转数同步，则必须反馈转数。但是，利用本发明的发动机起动设备，小齿轮19的回转能够即刻与环齿轮3的回转同步。因此，无须对转数进行反馈。另外，当要求在环齿轮的转数正在减少时重新起动发动机时，可容易地使小齿轮19与环齿轮接合从而在短时间内重新起动发动机。

本发明的发动机起动设备不同于使用起动器的常规发动机起动设备(即这样的设备：在施加以预定载荷的情况下小齿轮19的端面19a与环齿轮3的端面3a接触，然后通过马达5的转矩强行建立接合)。具体地，本发明的发动机起动设备将环齿轮3在发动机停止过程中的惯性回转(即，因惯性而引起的回转)用于小齿轮19与环齿轮3的接合。因此，减轻了施加在小齿轮19的轮齿与环齿轮3的轮齿之间的载荷。所以，本发明的发动机起动设备可适用于起动器1的致动次数显著增多的怠速停止系统。

在使用起动器的常规发动机起动设备中，在利用马达5的转矩的情况下，小齿轮19与保持不动的环齿轮接合。因此，如果这种接合一次不成功的话，小齿轮19与环齿轮3的相对转数将随时间增大，从而使得无法再接合。就此而言，利用本发明的发动机起动设备，在环齿轮的转数正减少的过程中使小齿轮19的回转与环齿轮3的回转同步，然后建立接合。因此，小齿轮19与环齿轮3的相对转数将随时间而接近，由此可容易地实现接合。因此，与使用起动器的常规发动机起动设备相比，本发明的发动机起动设备可显著且高度可靠地减少小齿轮19与环齿轮3之间的接合失败的可能性。

(改型)

在上述的实施方式中，在这样的情况下，所述情况即为当要求重新起动发动机时的时点处的环齿轮3的转数低于预定转数并且环齿轮3和小齿轮19的相对转数已达到δN(环齿轮3的转数＝δN)，则起动器继电器30已被接通从而致动小齿轮推动螺线管8(在该时点处，电流尚未被供给至马达通电开关10的开关线圈22)。然而，当在要求重新起动发动机时的时点处的环齿轮3的转数高于预定转数时，可以在致动螺线管8之前致动开关10，然后在环齿轮3和小齿轮19的相对转数已达到δN时的时点处再致动螺线管8。在这种情况下，不需要等到环齿轮3的转数变得等于或低于预定转数。因此，能够在短时间内实施发动机的重新起动。

在这种改型中，可基于由RPM检测器4检测的环齿轮3的转数和根据估算的马达转数上升曲线(马达5的上升曲线)设定的预定逻辑来确定环齿轮3和小齿轮19的相对转数。

Claims (20)

1.一种发动机起动设备，包括：

电动马达(5)，其接收电流供给以产生旋转力；

输出轴(6)，其具有外周表面并在所述旋转力的作用下旋转；

单向离合器(18)，其螺旋花键配合至所述输出轴的外周表面；

小齿轮(19)，其经由所述单向离合器(18)接收所述旋转力；

小齿轮推动装置(8)，其将所述小齿轮连同所述单向离合器一起推向发动机的环齿轮，所述单向离合器具有怠速转矩，所述怠速转矩小于当所述小齿轮被推至所述环齿轮时所述环齿轮试图转动所述小齿轮的转矩；

电流开关装置(10)，其接通/断开供给至所述马达的电流并且独立于所述小齿轮推动装置而操作；

转数检测装置(4)，其检测所述环齿轮的转数；以及

控制装置(2)，当由所述转数检测装置检测的所述环齿轮的转数大于所述小齿轮从所述马达的回转速度获得的转数时并且当所述环齿轮的转数与所述小齿轮的转数之间的相对转数为期望值时，所述控制装置(2)使所述小齿轮推动装置能够操作。

2.如权利要求1所述的发动机起动设备，其中

所述输出轴提供沿所述输出轴的纵向方向的轴向方向，

所述环齿轮具有第一周表面，在所述第一周表面上形成有多个轮齿，所述环齿轮的轮齿具有第一轴向端面(3a)，所述第一轴向端面(3a)面对所述小齿轮并沿所述轴向方向定向，

所述小齿轮具有第二周表面，在所述第二周表面上形成有多个轮齿，所述小齿轮的轮齿具有第二轴向端面(19a)，所述第二轴向端面(19a)面对所述环齿轮并沿所述轴向方向定向，并且

在所述第一轴向端面和所述第二轴向端面中的至少一者上形成有凹部(3b、19c)，并且所述凹部沿与所述环齿轮和所述小齿轮的旋转方向相交的方向形成。

3.如权利要求1所述的发动机起动设备，其中

所述输出轴提供沿所述输出轴的纵向方向的轴向方向，

所述环齿轮具有第一周表面，在所述第一周表面上形成有多个轮齿，所述环齿轮的轮齿具有第一轴向端面(3a)，所述第一轴向端面(3a)面对所述小齿轮并沿所述轴向方向定向，

所述小齿轮具有第二周表面，在所述第二周表面上形成有多个轮齿，所述小齿轮的轮齿具有第二轴向端面(19a)，所述第二轴向端面(19a)面对所述环齿轮并沿所述轴向方向定向，并且

在所述第一轴向端面和所述第二轴向端面中的至少一者上形成有摩擦系数增大装置(19b)以增大所述至少一者上的摩擦力。

4.如权利要求2所述的发动机起动设备，其中

所述凹部为形成于所述环齿轮和所述小齿轮中的至少一者的斜面部(3b、19c)，所述斜面部为以下中的至少一者：

i)与所述第一周表面和所述第一轴向端面都相交的斜面部；以及

ii)与所述第二周表面和所述第二轴向端面都相交的斜面部。

5.如权利要求3所述的发动机起动设备，其中

所述摩擦系数增大装置(19b)包括多个沟槽(19b)。

6.如权利要求5所述的发动机起动设备，其中

各个所述沟槽的深度小于所述小齿轮和所述环齿轮的模数。

7.如权利要求6所述的发动机起动设备，其中

所述深度小于所述模数的1/n(n为9或更小的正整数)。

8.如权利要求3所述的发动机起动设备，其中

所述马达为电刷式DC马达，其具有电枢、布置于所述电枢的整流器(13)、制成与所述整流器的表面接触的电刷(16)以及将所述电刷推至所述整流器的表面的弹簧，并且

所述电枢具有大于所述单向离合器的怠速转矩的转矩。

9.如权利要求8所述的发动机起动设备，进一步包括：

减速装置(17)，其减小所述马达的旋转速度并将减小后的所述马达的旋转速度传递至所述输出轴。

10.如权利要求1所述的发动机起动设备，其中

所述控制装置包括延迟装置，当从起动所述小齿轮的推动操作起已经过了预定的时间段时，所述延迟装置允许所述电流开关装置(10)开始操作。

11.如权利要求5所述的发动机起动设备，其中

所述马达为电刷式DC马达，其具有电枢、布置于所述电枢的整流器(13)、制成与所述整流器的表面接触的电刷(16)以及将所述电刷推至所述整流器的表面的弹簧，并且

所述电枢具有大于所述单向离合器的怠速转矩的转矩。

12.如权利要求11所述的发动机起动设备，进一步包括：

减速装置(17)，其减小所述马达的旋转速度并将减小后的所述马达的旋转速度传递至所述输出轴。

13.如权利要求12所述的发动机起动设备，其中

所述控制装置包括延迟装置，当从起动所述小齿轮的推动操作起已经过了预定的时间段时，所述延迟装置允许所述电流开关装置(10)开始操作。

14.如权利要求2所述的发动机起动设备，其中

所述输出轴提供沿所述输出轴的纵向方向的轴向方向，

所述环齿轮具有第一周表面，在所述第一周表面上形成有多个轮齿，所述环齿轮的轮齿具有第一轴向端面(3a)，所述第一轴向端面(3a)面对所述小齿轮并沿所述轴向方向定向，

所述小齿轮具有第二周表面，在所述第二周表面上形成有多个轮齿，所述小齿轮的轮齿具有第二轴向端面(19a)，所述第二轴向端面(19a)面对所述环齿轮并沿所述轴向方向定向，并且

在所述第一轴向端面和所述第二轴向端面中的至少一者上形成有摩擦系数增大装置(19b)以增大所述至少一者上的摩擦力。

15.如权利要求14所述的发动机起动设备，其中

所述摩擦系数增大装置(19b)包括多个沟槽(19b)，所述沟槽(19b)的深度和宽度等于或小于构成所述小齿轮的模数的分数。

16.如权利要求15所述的发动机起动设备，其中

所述马达为电刷式DC马达，其具有电枢、布置于所述电枢的整流器(13)、制成与所述整流器的表面接触的电刷(16)以及将所述电刷推至所述整流器的表面的弹簧，并且

所述电枢具有大于所述单向离合器的怠速转矩的转矩。

17.如权利要求16所述的发动机起动设备，进一步包括：

减速装置(17)，其减小所述马达的旋转速度并将减小后的所述马达的旋转速度传递至所述输出轴。

18.如权利要求17所述的发动机起动设备，其中

所述控制装置包括延迟装置，当从起动所述小齿轮的推动操作起已经过了预定的时间段时，所述延迟装置允许所述电流开关装置(10)开始操作。

19.如权利要求2所述的发动机起动设备，其中

所述马达为电刷式DC马达，其具有电枢、布置于所述电枢的整流器(13)、制成与所述整流器的表面接触的电刷(16)以及将所述电刷推至所述整流器的表面的弹簧，并且

所述电枢具有大于所述单向离合器的怠速转矩的转矩。

20.如权利要求19所述的发动机起动设备，进一步包括：

减速装置(17)，其减小所述马达的旋转速度并将减小后的所述马达的旋转速度传递至所述输出轴。

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