JP2000314365A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタータ１８のピニオンギヤ２４とリングギ
ヤ２６とのバックラッシュを解消し、騒音の発生を抑制
する。 【解決手段】 スタータ１８の出力軸２０に、内燃機関
の始動時にクランクシャフト１２のリングギヤ２６と噛
合するピニオンギヤ２４を設ける。リングギヤ２６の一
方の側部にシザーズギヤ２８を隣設配置する。リングギ
ヤ２６とシザーズギヤ２８とを回転方向に付勢するスプ
リング３０を設ける。シザーズギヤ２８の外周に、リン
グギヤ２６の外周に形成された第１歯部２７とともにピ
ニオンギヤ２４と噛合する第２歯部２９を、周方向に部
分的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スタータのピニオ
ンギヤをクランクシャフトのリングギヤに噛合させて内
燃機関を始動する始動装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の始動の際には、一般的に、ス
タータの出力軸に取り付けられたピニオンギヤを進退駆
動して、クランクシャフトに設けられたリングギヤと噛
合させ、スタータの始動トルクをピニオンギヤ，リング
ギヤを介してクランクシャフトに伝達して、機関を始動
させるようになっている。

【０００３】このように、リングギヤとピニオンギヤと
の噛み合いを通じて始動トルクを伝達する始動装置で
は、両ギヤの歯面間に隙間（バックラッシュ）が不可避
的に生じるために、通常のギヤ機構と同様に、両ギヤの
回転速度の変動に応じて両ギヤの歯面同士が衝突し、こ
のときの衝撃による騒音の発生が問題となる。

【０００４】特に、内部に減速装置を有する減衰型のス
タータを用いた場合、この減速分だけピニオンギヤ側の
回転系の慣性が増大し、上記の衝撃が一層増大してしま
う。

【０００５】更に言えば、内燃機関の始動時には、機関
の膨張行程と圧縮行程とで駆動トルクが正負に反転する
ために、いわゆるトルク脈動が発生する。このため、リ
ングギヤとピニオンギヤの歯面同士が繰り返し衝突し、
不快な騒音を生じてしまう。

【０００６】この対策として、特開平８−３１９９２３
号公報では、被駆動側のリングギヤが増速してピニオン
ギヤを逆に駆動しようとした際に、スタータのモータと
ピニオンギヤとの間に配設される一方向クラッチが空転
し易いように設定して、ピニオンギヤとリングギヤとの
相対速度差を抑制することにより、上記の騒音を低減す
る技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報の場合であっても、リングギヤとピニオンギヤとの歯
面間の隙間（バックラッシュ）は解消されずに残るた
め、歯面の衝突による騒音の発生を避けることはでき
ず、更なる改良が望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
に係る内燃機関の始動装置は、クランクシャフトに設け
られたリングギヤと、スタータの出力軸に進退可能に設
けられ、内燃機関の始動時に進退駆動されてリングギヤ
と噛合するピニオンギヤと、上記リングギヤの一方の側
部に隣設配置されたシザーズギヤと、リングギヤとシザ
ーズギヤとを回転方向に付勢する付勢手段と、を有し、
上記シザーズギヤの外周に、リングギヤの外周に形成さ
れた第１歯部とともにピニオンギヤと噛合可能な第２歯
部が、周方向に部分的に形成されていることを特徴とし
ている。

【０００９】すなわち、リングギヤとピニオンギヤとの
噛合部分にシザーズギヤを適用することにより、リング
ギヤとピニオンギヤの歯面間のバックラッシュを解消
し、両ギヤの歯面同士の衝突による騒音の発生を根本的
に解消している。また、内燃機関の始動時にピニオンギ
ヤをリングギヤに嵌合させる際に、ピニオンギヤがシザ
ースギヤと干渉することのないように、シザースギヤの
第２歯部を周方向に部分的に形成している。

【００１０】ここで、内燃機関の始動時におけるリング
ギヤの回転速度は、機関の膨張行程に対応して上昇する
とともに、機関の圧縮行程に対応して低下する。つま
り、膨張行程において、駆動側のピニオンギヤの回転速
度が被駆動側のリングギヤの速度の上昇に追従できなく
なって、両ギヤの歯面同士が離れる現象を生じてしま
い、これが両ギヤの歯面同士の衝突による騒音の原因と
なっている。

【００１１】そこで、請求項２の発明では、上記第２歯
部を、機関の膨張行程に対応してピニオンギヤと噛合す
るように配置している。

【００１２】この場合、リングギヤが増速してピニオン
ギヤを引き離しにかかるタイミングで、リングギヤとシ
ザースギヤの歯面間にピニオンギヤの歯部が挟み込まれ
る形となり、両ギヤ間のバックラッシュを解消しつつ、
ピニオンギヤを適宜に増速させることができる。この結
果、両ギヤの衝突による騒音をより確実に抑制すること
ができる。

【００１３】また、請求項３の発明では、内燃機関の始
動時にピニオンギヤをリングギヤに嵌合させる際に、シ
ザースギヤの第２歯部をピニオンギヤと干渉しないよう
に配置している。

【００１４】なお、機関の停止に伴ってクランクシャフ
トの回転が停止する際、クランクシャフトは、一般的
に、圧縮行程で停止することになる。従って、請求項２
の発明のように、シザーズギヤの第２歯部を膨張行程に
対応してピニオンギヤと噛合するように配置している
と、内燃機関の始動時にピニオンギヤを圧縮行程で停止
しているリングギヤに嵌合させる際に、自ずと第２歯部
がピニオンギヤと干渉しないように配置されることにな
る。

【００１５】例えば、４気筒の内燃機関では、リングギ
ヤの１回転中に２回の膨張行程が存在するため、好まし
くは請求項４の発明のように、第２歯部をシザーズギヤ
の軸心に対して対称な２カ所に形成する。

【００１６】より具体的には請求項５の発明のように、
第２歯部の一つを、膨張行程に対応して、圧縮上死点に
おけるリングギヤとの接触位置から回転方向下流側の約
１０〜９０°の範囲に形成する。

【００１７】また、３気筒の内燃機関ではリングギヤの
２開店中に３回の膨張行程が、また６気筒の内燃機関で
はリングギヤの１回転中に３回の膨張行程が存在するた
めに、好ましくは請求項６の発明のように、第２歯部を
互いに一定間隔を置いて３カ所に形成する。

【００１８】より具体的には請求項７の発明のように、
第２歯部の一つを、膨張行程に対応して、圧縮上死点に
おけるリングギヤとの接触位置から回転方向下流側の約
５〜６０°の範囲に形成する。

【００１９】ところで、リングギヤやシザースギヤは、
ピニオンギヤと内燃機関の始動時のみ噛合し、常に噛合
しているわけではない。そこで請求項８の発明では、上
記リングギヤとシザーズギヤの相対回転を所定の初期ズ
レ範囲に規制する規制手段を有する構成としている。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、シザースギヤにより内
燃機関の始動時におけるピニオンギヤ，リングギヤ間の
バックラッシュを解消し、騒音の発生を効果的に抑制す
ることができる。しかも、シザースギヤの第２歯部を部
分的に設けているため、内燃機関の始動時にピニオンギ
ヤをリングギヤに嵌合させる際に、ピニオンギヤがシザ
ースギヤと干渉しないように設定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る始動装置
を、ＡＴ（オートマチックトランスミッション）車の４
気筒内燃機関に適用した一実施例を示している。

【００２２】図１に示すように、機関と同期して回転す
るクランクシャフト１２は、機関前後方向に延び、か
つ、機関本体１０に回転可能に支持されている。この機
関本体１０の後端部には、クランクシャフト１２の回転
を変速して伝達するトランスミッション１４が取り付け
られている。すなわち、トランスミッション１４内に
は、クランクシャフト１２の後端に接続するトルクコン
バータプレート１６が設けられている。また、機関本体
１０の後端部には、機関始動用のスタータ１８が配設さ
れている。このスタータ１８は、図外のバッテリを動力
源とし、減速機構を有するモータ部２０の出力軸２２
に、ピニオンギヤ２４が軸方向に進退可能に取り付けら
れた構成となっている。

【００２３】このピニオンギヤ２４は、内燃機関の始動
時に軸方向に進退駆動されて、クランクシャフト１２の
後端部に取り付けられたリングギヤ２６と噛合する。す
なわち、図外のスタータスイッチを入れると、ピニオン
ギヤ２４が図１の左方向へ移動してリングギヤ２６と噛
合し、モータ部２０の駆動トルクがピニオンギヤ２４，
リングギヤ２６を介してクランクシャフト１２へ伝達さ
れて、機関が始動する。始動後にスタータスイッチが戻
されると、ピニオンギヤ２４が元の位置（図１の位置）
に移動し、リングギヤ２６との噛合が解除される。

【００２４】ここで本実施例では、リングギヤ２６の軸
方向一側部（この実施例ではスタータ１８側、つまり図
１の右側の側部）に、ピニオンギヤ２４とリングギヤ２
６との噛み合いのバックラッシュを解消するシザースギ
ヤ２８が隣設配置されている。また、シザースギヤ２８
とリングギヤ２６との間には、両ギヤ２６，２８を回転
方向に付勢するスプリング３０が介装されている。

【００２５】このシザースギヤ２８近傍の構成を、図１
〜５を参照して詳述する。なお、図３（ａ），（ｂ）
は、それぞれ図２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ線に沿う断面対応図
である。

【００２６】シザースギヤ２８は、リングギヤ２６と同
じ径を有する環状をなし、リングギヤ２６に形成された
円筒部２６ａの外周に回転可能に支持されている。リン
グギヤ２６とシザースギヤ２８の対向面には、スプリン
グ３０を収容する適宜な周方向溝３２が形成されてい
る。このスプリング３０の一端は、リングギヤ２６に取
り付けられた第１係止ピン３４に支持され、スプリング
３０の他端は、シザースギヤ２８に取り付けられた第２
係止ピン３６に支持されている。

【００２７】シザースギヤ２８の外周には、リングギヤ
２６の外周に形成された第１歯部２７と同じ歯形の第２
歯部２９が、周方向に部分的に形成されている。つま
り、図４にも示すように、リングギヤ２６の第１歯部２
７が全周にわたって形成される一方、シザースギヤ２８
の第２歯部２９は、周方向に間欠的に形成されている。

【００２８】この第２歯部２９は、機関の膨張行程に対
応してピニオンギヤ２４の歯部２５と噛合するように配
置されている。また、第２歯部２９は、内燃機関の始動
時にピニオンギヤ２４をリングギヤ２６に嵌合させる際
に、ピニオンギヤ２４の歯部２５と干渉しないように配
置されている。

【００２９】特に、本実施例のような４気筒の内燃機関
では、リングギヤ２６の１回転中に膨張行程が２回存在
するため、第２歯部２９は、各膨張行程に対応するよう
に、シザーズギヤ２８の軸心に対して対称な２カ所に形
成される。より具体的には、図２に示す圧縮上死点の状
態で、第２歯部２９の一方２９ａが、リングギヤ２４と
の接触位置Ｓからリングギヤ２６の回転方向下流側の約
１０〜９０°の範囲に形成される。なお、他方の歯部２
９ｂは、一方の歯部２９ａと軸対称な位置及び範囲に形
成される。

【００３０】また、リングギヤ２６やシザースギヤ２８
は、ピニオンギヤ２４と内燃機関の始動時のみ噛合し、
常に噛合しているわけではない。そこで本実施例では、
両ギヤ２６，２８の相対回転を所定の初期ズレ範囲Ｒ
（図５）に規制する規制手段が設けられている。具体的
には、リングギヤ２６に位置決めピン３８が取り付けら
れるとともに、シザースギヤ２８に、位置決めピン３８
が遊嵌する位置決め孔４０が形成されている。そして、
上記の位置決め範囲Ｒ内で、位置決めピン３８が位置決
め孔４０内を移動し得るように設定されている。

【００３１】この初期ズレ範囲Ｒは、例えば想定される
バックラッシュの２倍程度に設定される。つまり、バッ
クラッシュが０．５〜０．８ｍｍであれば、許容範囲は
１．５ｍｍ程度に設定される。

【００３２】なお、この初期ズレは、図５に示すよう
に、リングギヤ２６の第１歯部２７に対し、シザースギ
ヤ２８の第２歯部２９がリングギヤ２６の回転方向にず
れるように設定される。

【００３３】組付に際しては、リングギヤ２６とシザー
スギヤ２８との間にスプリング３０を介装し、このスプ
リング３０のバネ力に抗して両ギヤ２６，２８を相対回
動させて、位置決めピン３８を位置決め孔４０に挿入す
れば良い。

【００３４】次に、図６，７を参照して本実施例の作用
を説明する。リングギヤの回転速度Ｖ１は、機関の膨張
行程に対応して上昇するとともに、機関の圧縮行程に対
応して低下する。この結果、シザーズギヤの設けられて
いない従来例の場合、膨張行程において、駆動側のピニ
オンギヤの回転速度Ｖ２が、被駆動側のリングギヤの速
度の上昇に追従できなくなる。この結果、続く圧縮行程
から膨張行程に掛けてリングギヤとピニオンギヤの歯面
が繰り返し衝突し、音圧の変動（騒音）が大きくなって
しまう。

【００３５】これに対し、本実施例では、シザースギヤ
２８の第２歯部２９が、機関の膨張行程に対応してピニ
オンギヤ２４の歯部２５と噛合するように配置されてい
る。つまり、リングギヤ２６が増速してピニオンギヤ２
４を引き離しにかかるタイミングで、リングギヤ２６の
第１歯部２７とシザースギヤ２８の第２歯部２９とでピ
ニオンギヤ２４の歯部２５が挟み込まれる形となり、両
ギヤ２４，２６間のバックラッシュを解消しつつ、ピニ
オンギヤ２４を適宜に増速させることができる。この結
果、両ギヤ２４，２６の衝突による騒音を確実に抑制す
ることができる（図７参照）。

【００３６】次に、内燃機関の始動時にピニオンギヤ２
４が停止状態のクランクシャフト１２のリングギヤ２６
に嵌合される場合について説明する。

【００３７】機関の停止に伴ってクランクシャフト１２
の回転が停止する直前の状態では、クランクシャフト１
２は、最後の点火爆発行程の惰性によるモータリング状
態となる。このときのクランクシャフト１２の回転速度
の低下から回転停止に至る主な要因は、回転系のフリク
ションと、気筒内の空気圧縮に伴う駆動負荷である。通
常、圧縮に伴う駆動負荷の方がフリクションによる運動
量放出よりも大きいため、クランクシャフト１２の回転
停止位置（位相）は、圧縮上死点へ向かう圧縮行程中と
なる。より詳しくは、仮に膨張行程中にクランクシャフ
ト１２の回転が止まろうとするタイミングであっても、
膨張行程の間はクランクシャフト１２の回転が促進され
るため、圧縮行程に入るまで回転が継続する。

【００３８】ここで本実施例では、シザースギヤ２８の
第２歯部２９が膨張行程に対応してピニオンギヤ２４と
噛合するように配置されている。言い換えると、第２歯
部２９は、圧縮行程でピニオンギヤ２４と干渉しないよ
うに設定されている。従って、内燃機関の始動時にピニ
オンギヤ２４を圧縮行程で停止しているリングギヤ２６
に嵌合させる際、このピニオンギヤ２４がシザースギヤ
２８の第２歯部２９と干渉することがない。つまり、シ
ザースギヤ２８が両ギヤ２４，２６の噛合を妨げること
はない。

【００３９】このように、本実施例によれば、シザース
ギヤ２８により内燃機関の始動時における両ギヤ２４，
２６間のバックラッシュを解消し、騒音の発生を効果的
に抑制することができるとともに、このシザースギヤ２
８が内燃機関の始動時におけるピニオンギヤ２４のリン
グギヤ２６への嵌合動作を阻害する虞もない。

【００４０】なお、上記実施例では４気筒の内燃機関に
適用した場合について説明したが、６気筒（又は３気
筒）の内燃機関に適用することもできる。この場合、基
本的な構成は上記実施例と同様であるが、リングギヤの
１回転中に３回の膨張行程が存在するため、シザースギ
ヤの第２歯部が、一定間隔を置いて周方向の３カ所に形
成される。より具体的には、第２歯部の一つが、膨張行
程に対応して、圧縮上死点でリングギヤの作用点から回
転方向下流側の約５〜６０°の範囲に形成される。この
場合であっても、上記実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００４１】また、本発明の始動装置は上述した実施例
に限定されるものではなく、例えばマニュアルトランス
ミッション車の内燃機関にも同様に適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の始動装置を
示す全体構成図。

【図２】本実施例の始動装置の要部を示す透視対応図。

【図３】図２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ線に沿う断面対応図。

【図４】本実施例のリングギヤ及びシザースギヤを示す
説明図。

【図５】リングギヤとシザーズギヤとの初期ズレ範囲を
示す説明図。

【図６】本実施例の作用説明図。

【図７】同じく本実施例の作用説明図。

【符号の説明】

１２…クランクシャフト １８…スタータ ２４…ピニオンギヤ ２６…リングギヤ ２７…第１歯部 ２８…シザースギヤ ２９…第２歯部 ３０…スプリング（付勢手段） ３８…位置決めピン（規制手段） ４０…位置決め孔（規制手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 耕治 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 森 壮一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 屋代 春樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 佐久間 裕一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクシャフトに設けられたリングギ
   ヤと、スタータの出力軸に進退可能に設けられ、内燃機
   関の始動時に進退駆動されてリングギヤと噛合するピニ
   オンギヤと、上記リングギヤの一方の側部に隣設配置さ
   れたシザーズギヤと、リングギヤとシザーズギヤとを回
   転方向に付勢する付勢手段と、を有し、 上記シザーズギヤの外周に、リングギヤの外周に形成さ
   れた第１歯部とともにピニオンギヤと噛合可能な第２歯
   部が、周方向に部分的に形成されていることを特徴とす
   る内燃機関の始動装置。
2. 【請求項２】 上記第２歯部は、機関の膨張行程に対応
   してピニオンギヤと噛合するように配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 【請求項３】 上記第２歯部は、内燃機関の始動時にピ
   ニオンギヤをリングギヤに嵌合させる際に、このピニオ
   ンギヤと干渉しないように配置されていることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 【請求項４】 ４気筒の内燃機関に対し、上記第２歯部
   は、シザーズギヤの軸心に対して対称な２カ所に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の内燃機関の始動装置。
5. 【請求項５】 上記第２歯部の一つが、圧縮上死点にお
   けるリングギヤとの接触位置から回転方向下流側の約１
   ０〜９０°の範囲に形成されていることを特徴とする請
   求項４に記載の内燃機関の始動装置。
6. 【請求項６】 ３気筒又は６気筒の内燃機関に対し、上
   記第２歯部は、互いに一定間隔を置いて３カ所に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の内燃機関の始動装置。
7. 【請求項７】 上記第２歯部の一つが、圧縮上死点にお
   けるリングギヤとの接触位置から回転方向下流側の約５
   〜６０°の範囲に形成されていることを特徴とする請求
   項６に記載の内燃機関の始動装置。
8. 【請求項８】 上記リングギヤとシザーズギヤの相対回
   転を所定の初期ズレ範囲に規制する規制手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機
   関の始動装置。