JP2006348804A - Engine starting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用のエンジン始動装置に関する。 The present invention relates to an engine starter for a vehicle.
従来、エンジン始動に何らかの異常が検出された場合に、ベルト式スタータからギア式スタータに切り替えてエンジンの始動を行うエンジン始動システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記従来のエンジン始動システムにおいて、始動時にDCスタータ(直流電動機)のトルクが急増する特性がある。この急増した過大トルクにより、相互に連結されたクランク軸、クランクプーリ、及びスプロケットの位置関係にズレが生じることがある。このズレにより、スプロケットに連結されたカム軸とクランク軸との同期がずれて、エンジンの異常動作の原因になるおそれがある。 The conventional engine starting system has a characteristic that the torque of the DC starter (DC motor) increases rapidly at the time of starting. Due to this excessive torque, the positional relationship between the crankshaft, the crank pulley, and the sprocket that are connected to each other may shift. Due to this deviation, the camshaft connected to the sprocket and the crankshaft are out of synchronization, which may cause an abnormal operation of the engine.
一方、予めDCスタータの始動トルクを低く設定することにより、上述した問題は解決し得るが、DCスタータの経年劣化による始動トルクの低下によって、エンジンの始動ができないことが起こりうる。さらに、DCスタータの代わりにモータジェネレータ(M/G)を適用することによっても、この問題は解決し得るが、インバータ等が必要となりコストの増加に繋がるおそれがある。 On the other hand, by setting the starting torque of the DC starter low in advance, the above-described problem can be solved. However, it is possible that the engine cannot be started due to a decrease in the starting torque due to aged deterioration of the DC starter. Further, this problem can be solved by applying a motor generator (M / G) instead of the DC starter, but an inverter or the like is required, which may lead to an increase in cost.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、エンジンを安定的に始動させることを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and its main object is to start the engine stably.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、エンジンのクランク軸に対して始動トルクを供給するスタータモータと、上記スタータモータが供給する上記始動トルクを上記エンジンのクランク軸へ伝達する伝達機構と、を備えるエンジン始動装置であって、上記伝達機構には、上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限するトルクリミッタが設けられていることを特徴とするエンジン始動装置である。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a starter motor that supplies a starting torque to a crankshaft of an engine, and a transmission mechanism that transmits the starting torque supplied by the starter motor to the crankshaft of the engine. An engine starting device comprising: a torque limiter for limiting the starting torque transmitted to the crankshaft of the engine to a predetermined value or less; Device.
なお、この一態様において、上記スタータモータとは、例えば直流式モータを指す。また、直流式モータの特性として、始動時のトルクが急増する傾向がある。 In this embodiment, the starter motor refers to, for example, a DC motor. Further, as a characteristic of the DC motor, the torque at the start tends to increase rapidly.
この一態様によれば、上記トルクリミッタは上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限する。これにより、例えば始動時に上記スタータモータが供給する上記始動トルクが過大となった場合でも、上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクは所定値以下に制限され、最適値に維持される。したがって、エンジンを安定的に始動させることができる。 According to this aspect, the torque limiter limits the starting torque transmitted to the crankshaft of the engine to a predetermined value or less. Thus, for example, even when the starter torque supplied by the starter motor at the time of start is excessive, the starter torque transmitted to the crankshaft of the engine is limited to a predetermined value or less and maintained at an optimum value. Therefore, the engine can be started stably.
また、この一態様において、上記伝達機構は、例えば上記エンジンのクランク軸にクランクプーリが連結され、上記スタータモータの駆動軸にスタータプーリが連結され、上記クランクプーリと上記スタータプーリとがベルトを介して連結されていてもよい。 Further, in this aspect, the transmission mechanism includes, for example, a crank pulley connected to a crankshaft of the engine, a starter pulley connected to a drive shaft of the starter motor, and the crank pulley and the starter pulley via a belt. May be connected.
さらに、この一態様において、上記トルクリミッタは、上記スタータモータの駆動軸と上記スタータプーリとの間、又は上記エンジンのクランク軸と上記クランクプーリとの間に介装されている。これにより、上記トルクリミッタは上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限することができる。 Further, in this aspect, the torque limiter is interposed between the drive shaft of the starter motor and the starter pulley, or between the crankshaft of the engine and the crank pulley. Thus, the torque limiter can limit the starting torque transmitted to the crankshaft of the engine to a predetermined value or less.
本発明によれば、エンジンを安定的に始動させることができる。 According to the present invention, the engine can be started stably.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、エンジン始動装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The basic concept of the engine starting device, the main hardware configuration, the operating principle, the basic control method, and the like are known to those skilled in the art, and thus detailed description thereof is omitted.
図1は、本発明の一実施例に係るエンジン始動装置を示す概略図である。本実施例に係るエンジン始動装置1は、伝達機構3を介してエンジン5のクランク軸5aにエンジン始動時の始動トルクを供給するブラシ付き又はブラシレスのDCスタータモータ(直流式電動機)7を備えている。
FIG. 1 is a schematic view showing an engine starter according to an embodiment of the present invention. The
DCスタータモータ7の駆動軸には、当該駆動軸の回転を一方向に規制するワンウェイクラッチが内蔵されたスタータプーリ3aが後述するトルクリミッタ11を介して連結されている。
A starter pulley 3a having a built-in one-way clutch that restricts the rotation of the drive shaft in one direction is connected to a drive shaft of the DC starter motor 7 via a
エンジン5のクランク軸5aには、スプロケット5b及びクランクプーリ3bがプーリボルト3cにより連結されている(図2)。また、クランク軸5aのスプロケット5bとカム軸とは、金属製のチェーン等により連結されている。これにより、クランク軸5aの回転とカム軸の回転との同期が取られている。なお、カム軸には、エンジン5の吸排気バルブの開閉を行うカムが連結されている。したがって、クランク軸5aとカム軸との位置関係は、エンジン5の吸排気が最適に行われるように、スプロケット5bおよびチェーンを介して予め設定されている。
A
伝達機構3において、DCスタータモータ7の駆動軸のスタータプーリ3aと、エンジン5のクランク軸5aのクランクプーリ3bと、補機(オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、ウォータポンプ等)9の駆動軸の補機プーリ9aとがベルト3dを介して連結、連動されている。これにより、DCスタータモータ7の始動トルクは、伝達機構3を介してエンジン5のクランク軸5aに伝達され、エンジン5が始動される。
In the
DCスタータモータ7の駆動軸とスタータプーリ3aとの間には、DCスタータモータ7がエンジン5のクランク軸5aへ供給する始動トルクを制限するトルクリミッタ11が介装されている。
Between the drive shaft of the DC starter motor 7 and the starter pulley 3a, a
図3(a)はトルクリミッタ11の一例を示す断面図であり、図3(b)は、トルクリミッタ11の一対のフェースカムの部分拡大図である。
FIG. 3A is a sectional view showing an example of the
図3(a)に示す如く、トルクリミッタ11は、一対のフェースカム11a、11bをバネ部材11cによって、相互に嵌合させたカップリング構造からなる。一方のフェースカム11bの端部にはDCスタータモータ7の駆動軸が接続され、他方のフェースカム11aの端部にはスタータプーリ3aが接続されている。
As shown in FIG. 3A, the
図3(b)に示す如く、スタータプーリ3a側のフェースカム11aのカム面上には十字状の凹状部11dが形成され、DCスタータモータ7の駆動軸側のフェースカム11bのカム面上には十字状の凸状部11eが形成されている。すなわち、トルクリミッタ11は、これら十字状の凹状部11dと凸状部11eとをバネ部材11cにより相互に嵌合したカップリング構造からなる。
As shown in FIG. 3B, a cross-shaped concave portion 11d is formed on the cam surface of the
通常、十字状の凸状部11eが十字状の凹状部11d内に嵌合せしめられた状態で、一対のフェースカム11a、11bはバネ部材11cにより、強固に圧接され、接続されている。この場合、DCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクは、一対のフェースカム11a、11b、スタータプーリ3a、ベルト3d、及びクランクプーリ3bを介して、制限されること無くクランク軸5aへ伝達される。
Normally, the pair of
例えば、始動時にDCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクが過大となり、所定値以上になると、十字状の凸状部11eが十字状の凹状部11d内から抜け出し、DCスタータモータ7の駆動軸がスタータプーリ3aに対して、相対回転する。これにより、DCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクが制限される。 For example, when the starting torque supplied by the drive shaft of the DC starter motor 7 at the time of starting becomes excessive and exceeds a predetermined value, the cross-shaped convex portion 11e comes out of the cross-shaped concave portion 11d and the DC starter motor 7 is driven. The shaft rotates relative to the starter pulley 3a. Thereby, the starting torque supplied by the drive shaft of the DC starter motor 7 is limited.
また、上述した状態からDCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクが減少し、所定値より小さくなると、再び一対のフェースカム11a、11bが相互に嵌合し、一体となって回転する。この場合、DCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクは、一対のフェースカム11a、11b、スタータプーリ3a、ベルト3d、及びクランクプーリ3bを介して、制限されること無くクランク軸5aへ伝達される。
In addition, when the starting torque supplied from the drive shaft of the DC starter motor 7 decreases from the above state and becomes smaller than a predetermined value, the pair of
なお、始動トルクの所定値は、十字状の凸状部11eおよび凹状部11dの形状、又はバネ部材11cのバネ力を調整することにより設定される。例えば、始動トルクの所定値は、始動トルクが最大値となるときにプーリボルト3cにより連結されたクランク軸5a、スプロケット5b及びクランクプーリ3bが相互に滑らないように設定される。これにより、ランク軸5aの回転とカム軸の回転との同期が最適な状態で維持され得る。
The predetermined value of the starting torque is set by adjusting the shape of the cross-shaped convex portion 11e and the concave portion 11d or the spring force of the
DCスタータモータ7はエンジンECUに接続され、エンジンECUからの制御信号に基づいて、駆動開始又は駆動停止する。また、DCスタータモータ7には、DCスタータモータ7に電力を供給する鉛電池等のバッテリが接続されている。 The DC starter motor 7 is connected to the engine ECU, and starts or stops driving based on a control signal from the engine ECU. The DC starter motor 7 is connected to a battery such as a lead battery that supplies power to the DC starter motor 7.
ところで、DCスタータモータ7の特性上、当該モータ7の始動時において、始動トルクが急激に高くなり、その後、駆動軸の回転数の上昇と共に始動トルクが減少する(図4)。 By the way, due to the characteristics of the DC starter motor 7, when the motor 7 is started, the starting torque rapidly increases, and thereafter, the starting torque decreases as the rotational speed of the drive shaft increases (FIG. 4).
また、DCスタータモータ7が発生する始動トルクは、バッテリの充電量に略比例して増加する(図5(a))。すなわち、バッテリの充電量が少ないときは、始動トルクが低い傾向にあり、一方、バッテリの充電量が多いときは、始動トルクが高い傾向にある。さらに、図5(a)の(2)に示す如く、バッテリの内部抵抗の増加、および経年劣化によりアース、リレー等の接触抵抗が増加し、DCスタータモータ7が発生する始動トルクは減少する傾向がある。したがって、製造時には、図5(a)の(1)に示す如く、エンジン5はDCスタータモータ7により常時かつ安定的に始動できるように構成された場合でも、経年劣化時は、常時かつ安定的には始動できなくなる。なお、DCスタータモータ7が供給する始動トルクは、例えばDCスタータモータ7の内部減速比、スタータプーリ3aとクランクプーリ3bとの比(プーリ比)が調整され、初期設定が行われる。
Further, the starting torque generated by the DC starter motor 7 increases substantially in proportion to the amount of charge of the battery (FIG. 5A). That is, when the charge amount of the battery is small, the starting torque tends to be low, while when the charge amount of the battery is large, the starting torque tends to be high. Further, as shown in (2) of FIG. 5 (a), the contact resistance of the earth, relay, etc. increases due to the increase in internal resistance of the battery and deterioration over time, and the starting torque generated by the DC starter motor 7 tends to decrease. There is. Therefore, at the time of manufacture, as shown in (1) of FIG. 5 (a), even when the
一方、経年劣化を考慮して、図5(b)の(3)に示す如く、始動トルクの初期設定を行うと、バッテリの充電量が多いときには始動トルクが増加傾向となり、過大となることがある。この場合、従来のエンジン始動装置において、DCスタータモータ7からベルト3dを介してクランクプーリ3bに伝達された過大な始動トルクにより、プーリボルト3cと、スプロケット5bと、クランクプーリ3bと、クランク軸5aとの間で滑りが発生する(図2)。これにより、上述したクランク軸5aの回転とカム軸の回転との同期がずれることがある。
On the other hand, if the initial setting of the starting torque is performed as shown in (3) of FIG. 5B in consideration of aging deterioration, the starting torque tends to increase when the amount of charge of the battery is large and may become excessive. is there. In this case, in the conventional engine starter, the
一方、本発明においては、DCスタータモータ7の駆動軸とスタータプーリ3aとの間にトルクリミッタ11を介装させることにより、過大な始動トルクが発生したときに、図5(b)の(4)に示す如く、トルクリミッタ11がこの過大な始動トルクを所定値以下に制限する。これにより、DCスタータモータ7からエンジン5のクランク軸5aへ伝達される始動トルクを常時最適な状態にすることができる。したがって、上述したクランク軸5aとカム軸との同期がずれるのを防止し、エンジン5の異常動作を抑制することができる。すなわち、エンジン5を安定的に始動させることができる。
On the other hand, in the present invention, when an excessive starting torque is generated by interposing the
また、上述した過大な始動トルクの発生を抑制する為に、DCスタータモータ7の始動トルクを予め低く設定する必要がない。これにより、経年劣化等が生じた場合でも、図5(b)の(5)に示す如く、DCスタータモータ7は安定的に始動トルクを発生し、エンジン5を安定的に始動させることができる。
Further, in order to suppress the occurrence of the excessive starting torque described above, it is not necessary to set the starting torque of the DC starter motor 7 low in advance. Thereby, even when aged deterioration or the like occurs, the DC starter motor 7 stably generates a starting torque and can start the
さらに、モータジェネレータが適用されたエンジン始動装置1の場合と比較して、インバータ等が不要となる為、エンジン始動装置1を簡易かつ低コストで製造することができる。すなわち、エンジン始動装置1の低コスト化を図りつつ、エンジンを安定的に始動させることができる。
Furthermore, compared to the case of the
なお、本発明に係るエンジン始動装置1は、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド車両、所定の停止条件に基づいてアイドリングを自動停止するアイドリングストップ車両を含めた任意の車両に搭載可能である。特にエンジンの停止および始動が頻繁に行われるハイブリッド車両、アイドリングストップ車両に搭載された場合に、本発明の効果はより顕著となる。
The
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 As mentioned above, although the best mode for carrying out the present invention has been described using one embodiment, the present invention is not limited to such one embodiment, and within the scope not departing from the gist of the present invention, Various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment.
上記一実施例において、十字状の凹状部11dと凸状部11eとをバネ部材11cにより相互に嵌合したトルクリミッタ11が適用されているが、任意のトルクリミッタ構造が適用可能である。
In the above embodiment, the
例えば、図6に示す如く、トルクリミッタ21は一対のクラッチ板21aが摩擦部材21bを介して、圧縮バネ21cにより圧接される構成でもよい。この場合、一方のクラッチ板21aがDCスタータモータ7に接続され、他方のクラッチ板21aがスタータプーリ3aに接続される。DCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクが過大となり、所定値以上になると、一対のクラッチ板21aが摩擦部材21bに対して滑り、DCスタータモータ7の駆動軸がスタータプーリ3aに対して、相対回転する。これにより、DCスタータモータ7の駆動軸が供給する始動トルクが制限される。
For example, as shown in FIG. 6, the
また、図7に示す如く、トルクリミッタ31はシリコンオイルの粘性を利用したビスカスカップリング構造を適用してもよい。さらに、トルクリミッタ41は、図8に示す如く、共軸的に配置された一対の円筒状永久磁石41a、41b間の吸引力を利用した磁力カップリング構造を適用してもよい。
Further, as shown in FIG. 7, the
上記一実施例において、トルクリミッタ11はDCスタータモータ7の駆動軸とスタータプーリ3aとの間に介装されているが、エンジン5のクランク軸5aとクランクプーリ3bとの間に介装されていてもよい。
In the above embodiment, the
上記一実施例において、DCスタータモータ7にトルクリミッタ11が別体として接続されているが、トルクリミッタ11がDCスタータモータ7に内蔵され、DCスタータモータ7とトルクリミッタ11が一体的に構成されていてもよい。
In the above embodiment, the
本発明は、車両用のエンジン始動装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。 The present invention can be used for an engine starter for a vehicle. The appearance, weight, size, running performance, etc. of the vehicle to be mounted are not limited.
1 エンジン始動装置
3 伝達機構
3a スタータプーリ
3b クランクプーリ
5 エンジン
5a クランク軸
5b スプロケット
7 DCスタータモータ
9 補機
11 トルクリミッタ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記スタータモータが供給する前記始動トルクを前記エンジンのクランク軸へ伝達する伝達機構と、を備えるエンジン始動装置であって、
前記伝達機構には、前記エンジンのクランク軸へ伝達される前記始動トルクを所定値以下に制限するトルクリミッタが設けられていることを特徴とするエンジン始動装置。 A starter motor that supplies starting torque to the crankshaft of the engine;
A transmission mechanism for transmitting the starting torque supplied by the starter motor to a crankshaft of the engine,
An engine starter characterized in that the transmission mechanism is provided with a torque limiter that limits the start torque transmitted to the crankshaft of the engine to a predetermined value or less.
前記伝達機構において、前記エンジンのクランク軸にはクランクプーリが連結され、前記スタータモータの駆動軸にはスタータプーリが連結され、前記クランクプーリと前記スタータプーリとはベルトを介して連結されていることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starting device according to claim 1,
In the transmission mechanism, a crank pulley is connected to a crankshaft of the engine, a starter pulley is connected to a drive shaft of the starter motor, and the crank pulley and the starter pulley are connected via a belt. An engine starter characterized by.
前記トルクリミッタは、前記スタータモータの駆動軸と前記スタータプーリとの間、又は前記エンジンのクランク軸と前記クランクプーリとの間に介装されていることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starting device according to claim 2,
The engine starter characterized in that the torque limiter is interposed between a drive shaft of the starter motor and the starter pulley or between a crankshaft of the engine and the crank pulley.
前記スタータモータは、直流式モータであることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starting device according to any one of claims 1 to 3,
The engine starter characterized in that the starter motor is a DC motor.
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2005
- 2005-06-14 JP JP2005174330A patent/JP2006348804A/en active Pending
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