CN102859179A - 起动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种起动机系统，其在发动机停止途中有发动机的重新起动请求的情况下，能够迅速重新起动，并且减少使小齿轮与发动机的环形齿轮咬合时产生的噪声。该起动机系统包括：将用于使发动机起动的动力传递到与该发动机连接的环形齿轮的小齿轮；使小齿轮旋转的电机；将小齿轮推出到环形齿轮的磁开关；使电机的动力不对小齿轮的反转方向施加的单向离合器；和控制电机和磁开关的控制装置，其中控制装置，在发动机停止后，环形齿轮的第一转速比与小齿轮的转速同步的第二转速快的情况下，控制磁开关使得小齿轮与环形齿轮咬合。

Description

起动机系统

技术领域

本发明涉及用于怠速停车（idling stop）的起动机系统（startersystem）。

背景技术

近年来，作为怠速停车用的起动机系统，发动机停止后立刻产生司机的重新起动请求的情况（例如，因信号灯要使车辆停止后，信号灯立刻变为绿色的情况）下的控制受到关注。此处，存在发动机的停止途中有发动机的重新起动请求后，使起动机的小齿轮与发动机的环形齿轮咬合的技术（参照专利文献1）。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4214401号公报

发明内容

发明要解决的课题

根据专利文献1，如果没有发动机的重新起动请求，则不使发动机的环形齿轮与起动机的小齿轮咬合。此处，由于发动机停止途中存在发动机反转的情况，其间，不能使齿轮咬合（起动机只能向正转方向驱动）。因此，存在发动机反转时有重新起动请求的情况下，不得不在发动机变为正转之前的期间，等待起动机的使用，到发动机重新启动为止的时间延长的问题。此外，存在即使能够迅速地使齿轮咬合，与小齿轮与环形齿轮的相对转速相应地产生的碰撞音、小齿轮与环形齿轮彻底咬合之前齿轮的侧面之间相互摩擦的声音、齿轮咬合后齿面之间碰撞的声音等复合产生的噪声较大，影响车内的安静的问题。

于是，本发明的目的在于提供发动机停止途中有重新起动请求的情况下，不会发出噪声、能够迅速地进行重新起动的起动机系统。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明优选的方式如下所述。

该起动机系统包括：将用于使发动机起动的动力传递到与该发动机连接的环形齿轮的小齿轮；使小齿轮旋转的电机；将小齿轮推出到环形齿轮的磁开关；使电机的动力不对小齿轮的反转方向施加的单向离合器；和控制电机和磁开关的控制装置，其中控制装置，在发动机停止后，环形齿轮的第一转速比与小齿轮的转速同步的第二转速快的情况下，控制磁开关使得小齿轮与环形齿轮咬合。

发明效果

根据本发明，能够提供发动机的停止途中有重新起动请求的情况下，不会发出噪声，能够迅速地进行重新起动的起动机系统。

附图说明

图1是表示小齿轮与环形齿轮的倒角位置的正面图。

图2是表示小齿轮的倒角位置的立体图。

图3是表示环形齿轮的倒角位置的立体图。

图4是表示设置了倒角的状态下齿轮的咬合过程的图。

图5是表示没有设置倒角的状态下齿轮的咬合过程的图。

图6是表示起动机与环形齿轮的关系的图。

图7是根据与转速的关系表示小齿轮的冲进时刻的图。

具体实施方式

以下，使用图1～图7说明本实施例的起动机系统。

图6是表示起动机与环形齿轮的关系的图。环形齿轮2与发动机的曲轴直接连接，环形齿轮2的旋转和发动机的旋转是一体的，而图中仅对环形齿轮简化显示。起动机1安装在发动机的外壁，通过使小齿轮3与环形齿轮2咬合旋转而使发动机起动。小齿轮3的旋转动力由电机5产生，通过减速机构21使电机的输出轴的旋转减速从而增大转矩并传递至小齿轮。

电机5与小齿轮3之间具有单向离合器4。单向离合器4是动力仅在从电机5向发动机的方向上传递的结构。由此，小齿轮3与环形齿轮2咬合时，环形齿轮2的转速相对于电机5的转速，是与减速比相应的同步速度，或比其更快的转速。即，环形齿轮2要降低至电机5的同步速度以下时，由于单向离合器4传递动力，所以环形齿轮2的转速不会低于相对于电机5的同步速度。另一方面，环形齿轮2的转速比电机5的同步速度更快时，单向离合器4不会从环形齿轮2向电机5一侧传递动力，所以可以自由地成为该速度关系。其中，此处所谓的同步速度指的是小齿轮与环形齿轮咬合旋转的速度。

使小齿轮3冲进环形齿轮2的动力由磁开关6产生。磁开关6内部具有电磁铁，通过用电磁力吸引其中心存在的柱塞7，使柱塞7直线运动。

柱塞7被磁开关6吸引时，其运动通过变速杆8使单向离合器4移动，小齿轮3向轴方向移动。即，小齿轮3与单向离合器4在同一个轴上一体地移动。因此，为了使小齿轮3与环形齿轮2咬合，对磁开关6通电使小齿轮冲进，解除咬合时，解除磁开关6的通电。

磁开关6的内部装有弹簧，解除通电并将柱塞7推出，其运动通过变速杆8传递至小齿轮3，小齿轮被吸引，解除与环形齿轮的咬合。

电机5和磁开关6被控制装置20控制。控制装置20可以是发动机控制单元（ECU），也可以是用于控制起动机1的独立的控制装置。其中，图6中，表示了控制装置20与起动机1分开配置的例子，而控制装置20是用于控制起动机1的独立的控制装置的情况下，也可以是控制装置20与起动机1一体化的结构。

控制装置20在怠速停车停止的情况下，无论是否有来自司机的发动机的重新起动请求，都将小齿轮3推出到环形齿轮2。从而，发动机停止途中，即使发动机反转，且产生重新起动请求，使小齿轮与环形齿轮咬合的动作已经完成，能够立刻使发动机重新起动。此外，由于能够在发动机成为无负载或非常低的负载的时间点立刻使车辆停止，所以无需用于暂时观察状态、确认不会立刻产生重新起动请求的时间，使发动机停止的时间变长，能够实现燃耗的改善和二氧化碳排放量的削减。

控制装置20控制磁开关6，使得在发动机停止途中将小齿轮3推出时，在发动机停止后发动机的惯性旋转中，先使电机5旋转，并且停止供给使电机5旋转的电力，在电机5的惯性旋转中，将小齿轮3推出到环形齿轮2。

图7是根据与发动机的转速的关系表示小齿轮3的冲进时刻的图。横轴是时间，纵轴是转速。实线所示的发动机的转速只是使发动机停止时的实测值的一例。其中，发动机的转速与环形齿轮2的转速是相同的。该曲线图中，为了表示用于使小齿轮3咬入的时刻，将小齿轮3的转速换算为同步的环形齿轮2的转速，用虚线表示。控制装置20在箭头101的时刻，对磁开关6通电使小齿轮冲进。这时，在箭头102的时刻，小齿轮3与环形齿轮2接触。

由于在小齿轮3接触之前，需要使小齿轮3等的可动部位加速，在环形齿轮2与小齿轮3之间保持的间隙中移动，所以要耗费相应的时间。因此，对磁开关6通电的时刻101和小齿轮3与环形齿轮2接触的时刻102之间产生偏差。该偏差的时间期间，发动机的转速也持续变化，接触的时刻102的时间点的环形齿轮与小齿轮的转速的差成为103所示的幅度。

控制装置20，以小齿轮3因冲进而与环形齿轮2接触的瞬间的环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更快的状态，使小齿轮3冲进。特别是，发明人通过研究发现，该速度差大于每分钟0转，小于每分钟80转的时刻是适当的。小齿轮与环形齿轮接触的瞬间的相对速度差过大，到插入为止也需要耗费时间。

小齿轮3与环形齿轮2接触后，小齿轮的齿到达环形齿轮2的齿之间的时刻使小齿轮3插入，环形齿轮2与小齿轮3咬合，同步地旋转。这时的环形齿轮2的转速比与电机5同步的速度更快的情况下，因单向离合器4的作用，不同步地旋转。在这种情况下，环形齿轮2的转速减速至与电机5同步的转速后，也变为同步地旋转。

此处，例如，小齿轮3的齿数为10个，环形齿轮2的齿数为100个的情况下，齿数比为10。此时，小齿轮3以1000rpm旋转的情况下，同步的环形齿轮2的转速为100rpm。即，控制装置20，以在环形齿轮2的转速比100rpm快的时刻推出小齿轮3的方式控制。此外，该例子的情况下，根据发明人的研究，可知从开始推出小齿轮3的瞬间到与环形齿轮2接触的瞬间之间环形齿轮2的转速存在最多降低130rpm程度的情况。从而，控制装置20在计算此期间的转速降低的基础上，决定小齿轮3与环形齿轮2的接触时刻。

这样，本实施例中，将齿数比定义为（环形齿轮2的齿数）/（小齿轮3的齿数），（环形齿轮2的转速）大于（小齿轮3的转速）/（齿数比）的情况下，记载为环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更快。

本实施例中，特征在于在起动机1内部设置单向离合器4，并且在环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更快的瞬间，将小齿轮3推出到环形齿轮2这一点。由此，双方咬合后电机与环形齿轮不再需要同步，避免了伴随速度差不同的旋转体的连接的碰撞，所以不再产生噪声。

使小齿轮3与环形齿轮2咬合时，在相互的齿轮侧面彼此接触的状态下，无论怎样施加按压力都不能插入齿轮。设计平滑地进行动力传递的齿轮时，咬合的齿彼此的间隙（齿隙）不能留得较大，所以不规则地将小齿轮3推出到环形齿轮2的情况下，小齿轮3的齿彻底进入环形齿轮2的齿之间的概率非常低，齿的侧面彼此接触的概率非常高。如果在齿的侧面之间接触的状态下，小齿轮3与环形齿轮2持续同步旋转，则由于小齿轮3与环形齿轮2的位置关系不变，侧面之间持续接触，小齿轮3与环形齿轮2不咬合。于是，小齿轮3与环形齿轮2需要相对的速度差，使环形齿轮2的转速成为比对于小齿轮3的转速同步的转速更快的状态。由于存在单向离合器4，双方的齿轮的侧面彼此接触后，因彼此的相对速度使齿的位置关系错开，小齿轮3的齿总会到达环形齿轮2的齿之间，使小齿轮插入。

如果在没有单向离合器4，小齿轮3的转速比对于环形齿轮2的转速同步的转速更快的情况下双方咬合，则咬合的瞬间产生同步化的需要，产生较大的碰撞力，并且物体振动，产生噪声。

其中，虽然设置了单向离合器4，环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更慢的情况下双方咬合时，电机5在使环形齿轮2加速的方向上同步的力，产生噪声。根据以上所述，规定单向离合器4动作的方向和环形齿轮2以及电极5的速度关系的组合的情况下，可以实现降低噪声的效果。

由于图7的发动机旋转的状况是没有使小齿轮咬入的情况的例子，所以实际上使小齿轮3咬入时，之后的发动机的转速的变化过程中会产生变化。此外，本实施例中，表示了在使小齿轮3咬入前使小齿轮旋转的例子，而小齿轮的转速也可以为零。

图1是关于小齿轮3和环形齿轮2的正面图，小齿轮3的冲进从纸面的远处向近处移动而进行。小齿轮3的正转的旋转方向为箭头9，与其咬合的环形齿轮的正转的旋转方向为箭头10。

小齿轮3的正转的前进方向上设置的倒角12，在发动机停止途中、使小齿轮咬合时有效。对于小齿轮3的前进方向在相反一侧施加的倒角13，对初次发动机起动有效，在环形齿轮2静止、使小齿轮3一边旋转一边咬合时发挥作用。其中，在停止发动机时，必然使小齿轮3咬合的情况下，也可以没有倒角13。

由于对环形齿轮2施加的倒角14、15存在于纸面的里侧，所以用作为隐藏线的虚线显示。环形齿轮2的正转的前进方向的相反一侧设置的倒角15，在发动机停止途中、使小齿轮3咬合时有效。在环形齿轮2的前进方向上施加的倒角14对初次发动机起动有效。由此，倒角12与倒角15作用相同，同样，倒角13与倒角14作用相同。此外，优选在小齿轮3的各个齿和环形齿轮2的各个齿，对于所有的齿施加对于其分别为相同形状的倒角。

对于小齿轮的侧面18垂直地观察时的倒角12的最大宽度为最大宽度17。特别是，发明人通过研究发现，使该最大宽度17大于齿厚16的1/10，且小于齿厚的1/2时，对于抑制小齿轮的齿宽的减少、抑制传递动力时齿面产生的触面压力的增加、确保耐久性特别有效。其中，齿厚指的是在以小齿轮的齿的齿顶圆为基准的节圆上的弦齿厚的部位，如16所示计测的距离。

图2是使小齿轮3的倒角看起来立体地图示的立体图。小齿轮3冲进的方向是箭头11，对该方向的侧面18与齿面的角部施加倒角12、13。优选通过倒角形成的面12与齿的侧面18交叉的角度为45°左右。该角度能够根据相对于小齿轮3的环形齿轮2的齿的相对的圆周速度与小齿轮3冲进的速度的关系而优化。

图3是使环形齿轮2的倒角看起来立体地图示的立体图。对环形齿轮2的小齿轮一侧的侧面19与齿面的角部施加倒角14、15。其中，本实施例中对小齿轮3和环形齿轮2双方施加倒角，但也可以是仅对小齿轮施加倒角面，不对环形齿轮施加倒角的结构。

图4是表示按本实施例的倒角的组合，使齿轮咬合的处理，图5表示是没有设置对于在发动机停止途中使小齿轮咬合的有效的倒角的形状、且与图4相同相位的状态。各图中，均以环形齿轮的转速比对于小齿轮的转速同步的转速更快为前提，为了观察双方的齿的相位关系，以使小齿轮的齿的位置固定，环形齿轮的齿向正转方向移动的方式显示。此外，图示方向与图1相同，小齿轮的插入通过从纸面远侧向近侧移动而进行。

图4中，齿的相对的位置关系，因箭头10的环形齿轮2的相对旋转，如图4（A）→（B）→（C）→（D）地变化。图4（A）表示小齿轮3的后侧边缘一侧的倒角13与环形齿轮2的前部边缘一侧的倒角14接触的状态。在施加了倒角的斜面之间接触的状态下，环形齿轮2使力向箭头10的方向作用时，作为斜面的作用，产生将小齿轮推回的方向的力。仅在将小齿轮推入的力比该力强的情况下，小齿轮能够插入。小齿轮3与环形齿轮2接触的瞬间产生的力，由于速度差引起的碰撞而产生，所以依赖于小齿轮3与环形齿轮2的相对速度。所以，小齿轮3与环形齿轮2的转速的差越大，推回小齿轮的力越大，无法插入小齿轮3。

因环形齿轮2的相对速度使齿的位置关系错开时，成为图4（B）所示的状态。该状态下，由于小齿轮3的侧面18与环形齿轮2的侧面接触，所以无论怎样施加将小齿轮3推入的力，都不能插入小齿轮3。

接着，相位前进时，成为图4（C）的状态，小齿轮3的前部边缘一侧的倒角12与环形齿轮2的后部边缘一侧的倒角15重合。在该状态下，由于环形齿轮2向箭头10的方向移动，所以对于小齿轮3成为接触面离开的状态，小齿轮3被插入。

即使相位进一步前进成为图4（D）的状态，由于小齿轮3的齿位于环形齿轮2的齿的间隙，所以小齿轮3被插入。不经过该状态、相位进一步前进的情况下，成为图4（A）的状态，所以小齿轮3与环形齿轮2的齿的位置关系为图4（A）～（D）中的某一种，其中小齿轮3被可靠地插入的是图4（C）和（D）的状态。

图5表示是没有施加对于在发动机停止途中使小齿轮3咬合的有效的倒角的小齿轮3与环形齿轮2的组合，且仅分别施加了对初次发动机起动的有效的倒角的形状。图5（A）～（D）的位置关系与图4（A）～（D）相同。

图5（A）表示小齿轮3的后部边缘一侧的倒角13与环形齿轮2的前部边缘一侧的倒角14接触的状态，小齿轮3是否被插入，与图4（A）的状态相同。

图5（B）中，由于小齿轮3的侧面18与环形齿轮2的侧面接触，所以小齿轮3没有被插入。

图5（C）也与（B）相同，由于小齿轮3的侧面18与环形齿轮2的侧面接触，所以小齿轮3没有被插入。

图5（D）中，由于小齿轮3的齿到达环形齿轮2的齿的间隙，所以仅在该状态时，小齿轮被可靠地插入。

以上，根据图4与图5的比较，能够理解环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更快的情况下，通过施加本实施例的倒角，易于使小齿轮3插入。发明人通过研究发现，使小齿轮3与环形齿轮2咬合时产生的噪声，与小齿轮3同环形齿轮2接触起直到小齿轮3的齿被插入环形齿轮2的齿之间耗费的时间相应地变得吵闹。通过该倒角，小齿轮3与环形齿轮2的侧面之间相互摩擦，小齿轮3被插入环形齿轮2所耗费的时间，即发出噪声的时间得以缩短，所以能够减少噪声的产生。其中，本实施例中，以在小齿轮3和环形齿轮2双方设置本实施例的倒角的状态说明，而仅在小齿轮3和环形齿轮2中的一方进行倒角，也能够获得效果。

本实施例中的特征，除了在环形齿轮2的转速比对于小齿轮3的转速同步的转速更快的瞬间将小齿轮3推出，还在于在小齿轮3的齿轮的旋转方向上施加倒角这一点。

双方齿轮的侧面接触后齿彼此的位置关系，以小齿轮3的齿为基准时，环形齿轮2的齿更偏向前进方向。因此，齿的侧面彼此的接触，使小齿轮3的前部边缘（=前进方向一侧）与环形齿轮2的后部边缘（前进方向的相反侧）的接触在最后，之后小齿轮被插入。因此，对小齿轮3的前部边缘的角部倒角，在环形齿轮2的后部边缘到达该倒角部的阶段，开始小齿轮3的插入，与没有倒角的情况相比，插入耗费的时间缩短。从而，齿轮的侧面之间相互摩擦所产生的声音总量减少，实现了低噪声化。

此外，通过在小齿轮3的转速正在减速的状态下推出小齿轮3，能够防止与正在减速的环形齿轮2的相对速度差偏离目标速度差从而使噪声增大。即，通过推出小齿轮3与环形齿轮2接触的时间略微偏离目标时间的情况下，可能因该偏离使环形齿轮2的转速变化，偏离本实施例规定的速度差，但如果使小齿轮3的转速与环形齿轮2同样地减速，则速度差不会扩大，能够避免噪声增大。

通过对环形齿轮2的后部边缘施加的倒角，也可以缩短小齿轮3从与环形齿轮2接触直到插入为止耗费的时间，实现噪声的减少。进而，通过将双方的倒角组合，还能够实现进一步的低噪声化。

符号说明

1  起动机

2  环形齿轮

3  小齿轮

4  单向离合器

5  电机

6  磁开关

7  柱塞

8  变速杆

9  小齿轮的正转方向

10 环形齿轮的正转方向

11 小齿轮的冲进方向

12 小齿轮的正转中前部边缘一侧的倒角

13 小齿轮的正转中后部边缘一侧的倒角

14 环形齿轮的正转中前部边缘一侧的倒角

15 环形齿轮的正转中后部边缘一侧的倒角

16 小齿轮的齿厚

17 小齿轮的倒角的侧面方向的最大宽度

18 小齿轮的冲进一侧的侧面

19 环形齿轮的起动机一侧的侧面

20 控制装置

21 减速机构

Claims (6)

1.一种起动机系统，其特征在于，包括：

将用于使发动机起动的动力传递到与该发动机连接的环形齿轮的小齿轮；

使所述小齿轮旋转的电机；

将所述小齿轮推出到所述环形齿轮的磁开关；

使所述电机的动力不对所述小齿轮的反转方向施加的单向离合器；和

控制所述电机和所述磁开关的控制装置，其中

所述控制装置，在所述发动机停止后，所述环形齿轮的第一转速比与所述小齿轮的转速同步的第二转速快的情况下，控制所述磁开关使得所述小齿轮与所述环形齿轮咬合。

2.如权利要求1所述的起动机系统，其特征在于：

所述控制装置，控制所述磁开关，使得在所述发动机停止后的所述发动机的惯性旋转中，使所述电机先旋转，然后停止供给使该电机旋转的电力，在该电机的惯性旋转中，将所述小齿轮推出到所述环形齿轮。

3.如权利要求1所述的起动机系统，其特征在于：

所述小齿轮的齿，在该小齿轮被推出的一侧的前端的角部的、该小齿轮的正转前进方向一侧，具有倒角。

4.如权利要求3所述的起动机系统，其特征在于：

所述倒角的与所述小齿轮的侧面垂直地看时的倒角的最大宽度，大于齿厚的1/10，小于齿厚的1/2。

5.如权利要求1所述的起动机系统，其特征在于：

所述控制装置，控制所述磁开关，使得在所述第一转速与所述第二转速的差大于每分钟0转、小于每分钟80转时，使所述小齿轮与所述环形齿轮咬合。

6.如权利要求1所述的起动机系统，其特征在于：

所述环形齿轮的齿，在该环形齿轮的正转前进方向的相反一侧具有倒角。

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