JP2012082717A - 常時噛合式の内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常時噛合式の始動装置において、シリンダブロック２のオイルシールハウジング１６が厚みが均一でない円筒形状であっても、常時噛合式機構を有さない内燃機関とシリンダブロックを共有でき、軸受のフリクションロスを防止することのできる常時噛合式の内燃機関の始動装置を提供する。
【解決手段】アウターレース部材４０、リングギア３１、一方向クラッチ２１を有する常時噛合式の始動装置において、シリンダブロック２のオイルシールハウジング１６に軸受支持部材４１が圧入されており、リングギア３１は軸受支持部材４１上の軸受に回転可能に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動装置に関する。特に常時噛合式機構を有する内燃機関の始動装置に関する。

近年、燃料消費量の低減や排気エミッションの低減のため、車両停止などの所定の条件を満たすと内燃機関を停止する、いわゆるアイドリングストップ制御を行う内燃機関が増えてきている。またこのようなアイドリングストップ制御を行う内燃機関の始動装置として、始動時にスタータのピニオンギアがリングギアに飛び込む、飛び込み式の始動装置に代えて、ピニオンギアがリングギアと常時噛合う、常時噛合式の始動装置が知られている。

常時噛合式の始動装置においては、内燃機関のクランク軸からの回転がリングギアを通じてスタータのピニオンギアに伝達されないようにしなければならないため、シリンダヘッドとクランクシャフトの間に常時噛合式機構を備えている。すなわち、リングギアは軸受を介してクランク軸に接続され、さらに、クランク軸と連動して回転するクランク軸側部材とリングギアとの間に一方向クラッチが設けられている。この軸受と一方向クラッチによって、始動時には一方向クラッチが噛合ってリングギアの回転トルクがクランク軸に伝達されるが、内燃機関の完爆後には一方向クラッチの噛合いが外れて、クランク軸のみが回転するようになっている。

上記のような常時噛合式機構を有する内燃機関は、常時噛合式機構を有さない内燃機関に比べて、部品点数が多くなるため、製造コストが増大する。そのため、シリンダブロックやクランク軸などについては、常時噛合式機構を内燃機関と共有し、コストの増大を抑制することが望ましい。

また、上記のような常時噛合式の始動装置は、リングギアとクランク軸の間に軸受が設けられているため、クランク軸の回転によって軸受が回転し、フリクションロスを発生させていた。

これらの問題を解決する機構として、オイルシールハウジングの外周部を厚みが均一な円筒形状にし、軸受を支持する軸受支持部を形成する機構が知られている（例えば、特許文献１）。この始動装置では、一方向クラッチ及び軸受にグリース封入型のものを用いることで、エンジンオイルによる潤滑を不要とし、シリンダブロックとクランク軸の間に、オイルシールが設けられている。そのため、常時噛合式機構を有しない内燃機関とシリンダブロック、クランク軸の共有が可能である。また、シリンダヘッドのオイルシールハウジング上の軸受はクランク軸の回転によって回転しないため、フリクションロスの発生も抑制することができる。

特許文献１：特開２００７−３２４９８

しかしながら、上記構成のようにシリンダブロックのオイルシールハウジングを厚みが均一な円筒形状にし、軸受を支持することは、かえってコストの増大を招く可能性がある。通常、シリンダヘッドは鋳造によって形成されるが、厚みが均一な円筒形状のオイルシールハウジングを鋳造によって形成すると、型から抜けづらくなる。また、鋳造の型から抜けやすいように、テーパや段差等を設けた厚みが非均一な円筒形状のオイルシールハウジングを形成し、その後、切削等の加工により、厚みが均一な円筒形状を作る場合にも、加工のコストが必要となる。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、常時噛合式機構の有無によらずシリンダブロックの共有が可能であって、かつ、クランク軸の回転による軸受のフリクションロスの発生を低減することのできる常時噛合式の内燃機関の始動装置を提供することである。

本発明は、始動用スタータのピニオンギアと常時噛合うリングギアと、クランク軸に連動して回転するクランク軸側部材と、前記リングギアと前記クランク軸側部材との間に設けられ、前記リングギアが前記スタータに駆動されて回転する時に、前記クランク軸側部材へトルクを伝達する一方向クラッチと、リングギアを回転可能に支持する軸受と、を有する常時噛合式の内燃機関の始動装置であって、金属環を有するオイルシールが、内燃機関のシリンダブロックと前記クランク軸の間に設けられ、かつ該金属環が前記軸受を支持する軸受支持部を有することを特徴とする常時噛合式の内燃機関の始動装置を提供する。

本発明によれば、シリンダブロックのオイルシールハウジングの厚みが均一でない場合であっても、常時噛合式機構の有無によらずシリンダブロックの共有が可能であって、かつ、クランク軸の回転による軸受のフリクションロスの発生を低減することのできる常時噛合式の内燃機関の始動装置を提供できる。

本発明の実施形態における内燃機関の始動装置の断面図である。 本発明の実施形態におけるオイルシールの拡大図である。 常時噛合式機構を有しない内燃機関の機構を示す参考図である。

図１は、本発明の実施形態における常時噛合式の内燃機関の始動装置の断面図であり、内燃機関の後端部周辺の縦断面を模式的に示したものである。
内燃機関のシリンダブロック２の下方にはラダービームによって、回転可能に支持されたクランク軸１１が配置されている。クランク軸１１の後端には、フライホイール１３及びクランク軸側部材たるアウターレース部材４０が固定されている。また、アウターレース部材４０は一方向クラッチ２１を介してリングギア３１に接続されており、リングギア３１の回転がクランク軸１１に伝達可能になっている。

シリンダブロック２には、シリンダブロック２とクランク軸１１との間から、エンジンオイルが流出することを防止するオイルシール１７を保持するための、オイルシールハウジング１６が形成されている。オイルシールハウジング１６の外周部は、シリンダブロック２を鋳造によって形成する場合に型から抜けやすいようにテーパ形状となっている。また、オイルシールハウジング１６の内周面はクランク軸１１と同軸の円形状になっている。

フライホイール１３は略円板形状であって、中心部が円形に開口している。アウターレース部材４０に接触している面の反対側には、変速機に回転力を伝達するためのクラッチ機構として、リング状のクラッチディスク１４が設けられている。

アウターレース部材４０は略円板形状であって、中心部が円形に開口している。フライホイール１３と共に、開口部周辺において、クランク軸１１にボルト８にて締結されている。そのため、クランク軸１１、フライホイール１３、アウターレース部材４０は連動して回転する。また、アウターレース部材４０の外周部周辺には一方向クラッチ２１のアウターレース４０aが形成されている。
リングギア３１は中心部が大きく開口し、開口部周辺に屈曲部を有する略円板形状である。リングギア３１の外周部周辺には、ギア部３１aが形成されており、スタータのピニオンギア３０と常時噛合っている。また、リングギア３１の屈曲部には、一方向クラッチ２１のインナーレース３１ｂが形成されている。

一方向クラッチ２１は、上記のアウターレース４０aと、インナーレース３１ｂ及び、これらの間に設けられたスプラグによって構成されている。このスプラグはスタータによって、リングギア３１が駆動されるとき噛み合って、リングギア３１の回転トルクをインナーレース３１ｂからアウターレース４０ａへ伝達する。一方、アウターレース４０ａの回転速度がインナーレース３１ｂよりも速くなると噛合いが開放され、回転トルクを伝達しないようになっている。
オイルシール１７はゴム部１７ｂ及び、金属環１７aよりなり、シリンダブロック２とクランク軸１１の間に圧入されている。オイルシール１７の金属環１７aはオイルシールハウジング１６とクランク軸１１の間にオイルシールを保持するための保持部１７ｃと、オイルシールハウジング１６の径方向の外側に軸受を支持する軸受支持部１７ｄとを有している。

すなわち、金属環１７aはオイルシールハウジング１６の末端よりも突出し、オイルシールハウジング１６よりも径方向の外側に延びたところで、前方に屈曲している。この屈曲部が軸受支持部１７ｄとして、玉軸受１５を支持している。玉軸受１５は、軸受支持部材４１とは相対回転可能に、リングギア３１を支持している。
次に、内燃機関の始動時におけるこれら始動装置の挙動について説明する。内燃機関に始動要求があると、まず図示しないスタータモータによって、スタータのピニオンギア３０が回転される。この回転はピニオンギア３０と噛合うリングギア３１に伝達される。リングギア３１が正方向に回転するとインナーレース３１ｂとアウターレース４０aの間で、一方向クラッチ２１のスプラグが噛合い、アウターレース部材４０を回転させる。
上記のようにアウターレース部材４０とクランク軸１１とは連動して回転するように締結されているため、クランク軸１１はアウターレース部材４０と共に回転させられる。
一方、内燃機関の完爆によって、クランク軸１１の回転速度がリングギア３１よりも速くなった場合には、一方向クラッチ２１のスプラグの噛合いが開放される。そのため、アウターレース４０aからインナーレース３１ｂへは回転が伝達されないようになっている。
次に、常時噛合式機構を有しない内燃機関の機構について、内燃機関の後端部の縦断面の模式図である図３を用いて説明する。
内燃機関のシリンダブロック２００の下方にはラダービームによって、回転可能に支持されたクランク軸１１００が配置されている。またクランク軸１１００の後端には、フライホイール１３００及が固定されている。

シリンダブロック２００には、シリンダブロック２００とクランク軸１１００との間から、エンジンオイルが流出することを防止するオイルシール１７００を保持するための、オイルシールハウジング１６００が形成されている。オイルシールハウジング１６００の外周部は、シリンダブロック２００を鋳造によって形成する場合に型から抜けやすいようにテーパ形状となっている。

フライホイール１３００は略円板形状であって、中心部が円形に開口している。フライホイールの後端面には変速機に回転力を伝達するためのクラッチ機構として、リング状のクラッチディスク１４００が設けられている。フライホイール１３００にはリングギア３１００のギア部３１００ａが形成されており、内燃機関に始動要求があると、図示しないスタータモータによって、ピニオンギア３０００が回転するとともに、ギア部３１００ａと噛合う位置まで押し出される。これによってフライホイール１３００、クランク軸１１００が回転させられ始動する。始動後には、ピニオンギア３０００はギア部３１００と噛合わない位置に戻るようになっている。

以上説明するように、常時噛合式機構を有する内燃機関のシリンダヘッド２と、常時噛合式機構を有さない内燃機関のシリンダヘッド２００は同一の形状となっている。
本実施の形態にかかる常時噛合式の内燃機関の始動装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、玉軸受１５はオイルシール１７の金属環１７aの軸受支持部材４１によって支持されている。そのため、始動完了後にリングギア３１が停止し、クランク軸１１が回転しているときには、玉軸受１５が停止している。そのためフリクションロスの発生を低減することができる。また、オイルシールハウジング１６の外周部がテーパ状であっても、玉軸受１５を支持可能であり、常時噛合式機構を有さない内燃機関とシリンダヘッド２を共有することができ、コストの増大を抑制することができる。

（２）本実施形態以外にも、上記課題を解決するものとして、オイルシールハウジングとオイルシールの間に、軸受支持部を有する軸受支持部材を圧入することで、リングギアの軸受支持部を形成することが考えられる。

しかしながら、このような場合には、クランク軸とシリンダブロックの間からエンジンオイルが漏れる可能性が高くなる場合がある。すなわち、従来、シール面がオイルシールハウジングとクランク軸間の一面であったのに対し、上記構成では、シール面が、オイルシールハウジングと軸受支持部材間、軸受支持部材とクランク軸間の二面になったために、オイル漏れの可能性が高くなる。

この点、本実施形態では、オイルシール面は、クランク軸１１とオイルシールハウジング１６の間のみであり、オイルシール面を増加させない。

（３）本実施形態では、軸受支持部１７ｄは、オイルシールハウジング１６の末端より突出し、オイルシールハウジング１６よりも径方向の外側においてシリンダブロック２側へ屈曲して形成されている。これにより、シリンダヘッド２とフライホイール１３の距離を大きくすることなく、常時噛合式機構を搭載することができる。
（４）本実施形態では、オイルシールハウジング１６はクランク軸１１と同軸になるように形成されているため、オイルシール１７を利用して軸受支持部１７ｄを形成することにより、リングギア３１とクランク軸１１とを同軸にすることができる。

なお、本実施の形態にかかる常時噛合式の内燃機関の始動装置は以下のような態様で実施することもできる。

・本実施形態では、一方向クラッチ２１としてスプラグを用いたものを示したが、一方向クラッチ２１の態様はこれに限られるものではない。例えばラチェット機構などを有したものでもよく、一方向の回転のみを伝達できるものであれば良い。
・本実施形態では、オイルシールハウジング１６の形状として、テーパ形状を外周部に有するものを示したが、オイルシールハウジング１６の形状はこの限りでない。例えば段差形状を有するものなど、軸受を支持するために加工が必要な形状であれば、本発明の効果を得ることができる。
・本実施形態では、オイルシール１７の金属環１７ａはオイルシールハウジング１６の末端より突出し、かつオイルシールハウジング１６よりも径方向の外側において、シリンダブロック２側へ屈曲した例を示したが、請求項１に言う軸受支持部はこの形態に限らない。例えば、単に金属環１７ａがオイルシールハウジング１６より突出しており、突出部に軸受１５が支持されていてもよい。
・本実施形態では、フライホイール１３を有するものを用いたが、クランク軸１１の回転を変速機に伝える機構については他の機構を用いてもよい。例えば、トルクコンバータと連動するドライブプレートなどを用いても良い。

・本実施形態では、シリンダブロック２とクランク軸１１の間にラダービームを有する例を示したが、クランクキャップのみによってクランク軸１１が支持されているものに本発明を適用しても良い。

２・・・シリンダブロック、８・・・ボルト、１１・・・クランク軸、１３・・・フライホイール、１４・・・クラッチディスク、１５・・・玉軸受、１６・・・オイルシールハウジング、１７・・・オイルシール、１７ａ・・・金属環、１７ｂ・・・ゴム部、１７ｃ・・・保持部、１７ｄ・・・軸受支持部、２１・・・一方向クラッチ、３０・・・ピニオンギア、３１・・・リングギア、３１a・・・ギア部、３１ｂ・・・インナーレース、４０・・・アウターレース部材、４０a・・・アウターレース、２００・・・シリンダブロック、８００・・・ボルト、１１００・・・クランク軸、１３００・・・フライホイール、１４００・・・クラッチディスク、１６００・・・オイルシールハウジング、１７００・・・オイルシール、３０００・・・ピニオンギア、３１００・・・リングギア、３１００a・・・ギア部

Claims (2)

1. 始動用スタータのピニオンギアと常時噛合うリングギアと、
   クランク軸に連動して回転するクランク軸側部材と、
   前記リングギアと前記クランク軸側部材との間に設けられ、前記リングギアが前記スタータに駆動されて回転する時に前記クランク軸側部材へトルクを伝達する一方向クラッチと、
   リングギアを回転可能に支持する軸受と、
   内燃機関のシリンダブロックと前記クランク軸との間に設けられ、金属環を有するオイルシールと、
   前記金属環が前記軸受を支持する軸受支持部と
   を有することを特徴とする常時噛合式の内燃機関の始動装置。
2. 請求項１に記載の常時噛合式の内燃機関の始動装置であって、
   前記金属環の前記軸受支持部は、前記オイルシールを保持するオイルシールハウジングの径方向外側に設けられていること
   を特徴とする常時噛合式の内燃機関の始動装置。