JP2014224489A5 - - Google Patents

Description

エンジン始動装置

本発明は、エンジンに連結されたリングギアに噛み合うピニオンギアと前記ピニオンギアを１方向クラッチを介して回転駆動させるモータ駆動力部、および前記ピニオンギアを前記リングギアと噛み合う位置に移動させるレバーを備えたエンジン始動装置に関するものである。

従来のエンジン始動装置（以降スタータと称す）では、エンジンが停止している状態で、始動動作を行う。したがって、ピニオンギアは、リングギアが回転していない状態で、リングギアとの噛み合わせが行われていた。しかしながら、低燃費化のためにアイドリングストップを行うシステムにおいては、リングギア回転中にもピニオンギアをリングギアと噛み合わせることで、再始動性を確保している。

例えば、アイドリングストップした瞬間でエンジン回転がまだ止まっていない状態で再始動要求が入った場合、あるいは停止状態から再始動の際に時間を短縮する必要がある場合には、リングギアの回転中に事前にピニオンギアとの噛み合わせを実施している。

このような場合に、リングギアの回転中にピニオンギアを噛み合わせる方法としては、リングギアの回転数に同期させるようにピニオンギアのスタータモータを調速通電して噛み合わせる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、事前に同期するための機構を設けることで、その機構部の摩擦により一定の回転数差まで同期させてからギアを噛み合わせる方法がある（例えば、特許文献２参照）。さらに、ピニオンギア形状を工夫することで、噛み合いやすくする方法などもある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−７０６９９号公報 特開２００６−１３２３４３号公報 特開２００９−１６８２３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
アイドリングストップではリングギアは、エンジン停止後に惰性回転で減速するが、この場合、ピストンの圧縮膨張によるトルクの変動で回転数が脈動しながら停止する。その間でピニオンギアとリングギアを噛み合せるために、ピニオンギアに同期しやすいような形状面を作成し、形状面の衝突によってピニオンギアが１方向クラッチにより空転することで同期する。回転数が脈動することによって停止直前には逆回転するためにそのときはピニオンギアが軸方向に移動できることで衝突を緩和しながらピニオンギアとリングギアのトルク伝達面同士が初期噛み合いを行い、ヘリカルスプラインによって引き込まれることで噛みあう。したがって回転中に重要なことは、同期用の面の衝突によってどれだけ早く同期するかとピニオンギアが軸方向に移動できる構造でのバネなどによる押し込み力である。

しかし、回転中噛み合せた際に同期してもリングギアとピニオンギアが完全に噛みあう位置関係まで押し込む必要がある。そのためにはピニオンギアとリングギアが噛みあう位相になる必要があり、端面同士もしくは同期用形状面同士で同じように同期して回転し続けてしまっては再始動ができない。

また、エンジン停止中から通常のようにエンジンを始動するにはリングギアは停止した状態である。この状態からピニオンギアを押し出して噛み合せるためには同様に位相が合致しないと噛み合わないが端面同士でピニオンギアが止まってしまうと上記と同様に再始動が遅れる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、リングギア回転中にピニオンギアをリングギアと噛み合わせる際にも、リングギア、ピニオンギアの噛み合いロスを抑制することを目的とする。

本発明に係るエンジン始動装置は、エンジンに連結されたリングギアに噛み合うピニオンギアと前記ピニオンギアを前記リングギアに押し付けるバネとを有するピニオン部、前記ピニオンギアを１方向クラッチを介して回転駆動させるモータ駆動力部、および前記ピニオンギアを前記リングギアと噛み合う位置に移動させるレバーを備えたエンジン始動装置であって、前記ピニオンギアが前記バネによって前記リングギアに押つけられる力から発生する摩擦力Ｆμと、前記ピニオンギアが１方向クラッチによって空転したときの前記１方向クラッチの円筒部と前記ピニオンギアのピニオン軸芯との摩擦から発生する前記ピニオンギアを回転させる摩擦トルクＴｋとの関係が、Fμ＜Ｔｋに設定されているものである。

この発明は、エンジンに連結されたリングギアに噛み合うピニオンギアと前記ピニオンギアを前記リングギアに押し付けるバネとを有するピニオン部、前記ピニオンギアを１方向クラッチを介して回転駆動させるモータ駆動力部、および前記ピニオンギアを前記リングギアと噛み合う位置に移動させるレバーを備えたエンジン始動装置であって、前記ピニオンギアが前記バネによって前記リングギアに押つけられる力から発生する摩擦力Ｆμと、前記ピニオンギアが１方向クラッチによって空転したときの前記１方向クラッチの円筒部と前記ピニオンギアのピニオン軸芯との摩擦から発生する前記ピニオンギアを回転させる摩擦トルクＴｋとの関係が、Fμ＜Ｔｋに設定されているので、リングギア回転中にピニオンギアをリングギアと噛み合わせる際にも、リングギア、ピニオンギアの噛み合いロスを抑制することができる効果がある。

この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の一例を分解して例示する斜視図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の一例の縦断側面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置のピニオン部分の一例を分解して例示する斜視図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の１方向クラッチの一例を分解して例示する斜視図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の１方向クラッチの一例の正面図であり、通常トルクを伝達する方向の回転の状態を例示してある。 この発明の実施の形態１を示す図で、エンジン始動装置の１方向クラッチの一例の正面図であり、通常トルクを伝達する方向の回転と逆回転である空転する方向の回転の状態を例示してある。 この発明の実施の形態１を示す図で、ピニオンギアが前記バネによってリングギアに押つけられる力から発生する摩擦力Ｆμとピニオンギアが１方向クラッチによって空転したときの１方向クラッチの円筒部とピニオンギアのピニオン軸芯との摩擦から発生するピニオンギアを回転させる摩擦トルクＴｋとを説明する為の図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、摩擦トルクと同期時間との関係を例示する図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、摩擦トルクを0.1N・ｍ〜0.15N・ｍに設定する手段を例示する図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、摩擦トルクを0.1N・ｍ〜0.15N・ｍに設定する他の手段を例示する図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の分解図である。図１に示す本実施の形態１におけるエンジン始動装置は、モータ駆動力部１０、軸２０、ピニオン部３０、吸引コイル部４０、プランジャ５０、レバー６０、ブラケット７０、ストッパ８０および減速ギア部９０で構成されている。

モータ駆動力部１０は、エンジンを始動する。軸２０は、モータの出力軸側と減速ギア部９０を介して結合している。ピニオン部３０は、軸２０とヘリカルスプライン結合されたオーバーランニングクラッチと一体化されており、軸方向に摺動することができる。

吸引コイル部４０は、スイッチをＯＮすることで、プランジャ５０を吸引する。レバー６０は、吸引によるプランジャ５０の移動を、ピニオン部３０に伝達する。ブラケット７０は、モータ駆動力部１０、軸２０、およびピニオン部３０からなるそれぞれの部品を、ピニオンギア３４が移動した際のストッパ８０を介してエンジン側に固定している。

図２は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置をエンジンに取り付けた際の断面図である。エンジン始動を行う場合は、スイッチがＯＮされると、リレー接点が閉じ、吸引コイル部４０の吸引コイル４１に電流が流れて、プランジャ５０が吸引される。プランジャ５０が吸引されると、レバー６０が引き込まれて、レバー６０がレバー回転軸中心６１を中心として回転する。

回転したレバー６０において、プランジャ５０とは反対側の端部が、ピニオン部３０を押し出し、その結果、軸２０のスプラインに沿って、ピニオン部３０が回転しながら押し出される。さらにプランジャ５０が引きこまれて芯４２をバネ４５を縮ませながら押し込むことでモータ接点４４aと４４ｂを移動接点部４３で閉じることにより駆動モータへの
通電を開始しモータが回転する。

図３は、本発明の実施の形態１におけるピニオン部３０の構成部品の分解斜視図である。ピニオン部３０は、１方向クラッチ３１、軸芯３２、コイルバネ３３、ピニオンギア３４、および保持部品３５を備えて構成されている。

図４は、本発明の実施の形態１におけるクラッチ部位の分解斜視図である。
図４に示すように、１方向クラッチ３１はピニオンギア３４の回転軸芯３２ａと複数の円筒３１ｄおよび複数の円筒を支えるバネ３１ｃおよび、外径部３１ｂで構成されている。

図５に示すように通常トルクを伝達する方向の回転では、１方向クラッチ３１は、円筒31ｄがピニオン軸芯３２aと外形部３１ｂの凸形状部位３１ｂ１の間で押し付けられるこ
とで力を伝達する。
逆に図６に示すように空転する方向では、バネ３１ｃが縮められて円筒３１ｄが凸形状部位３１ｂ１から離れる方向に移動し、ピニオン軸芯３２aと外形部３１ｂとの間では円
筒３１ｄが回転することで空転する。しかしこのときの円筒３１ｄの転がりによるピニオン軸芯３２aとの摩擦が１方向クラッチの空転時の摩擦トルクとなる。

この空転時の摩擦トルクが大きいとエンジンの惰性回転中にピニオンギア３４とリングギア１００とを同期させて噛み合せるときにも抵抗となってなかなか同期しない。またこの摩擦力が小さすぎた場合には同期端面同士で同期してしまって位相ずれが発生しないためしばらく同様に回転してピニオンギアとリングギアが軸方向に完全に噛みあう位置まで進むことが遅れる。

これを回避する具体的手段として摩擦トルクを適切な値にするために円筒部３１ｄおよびピニオン軸芯部３２ａの表面を研磨して円筒部３１ｄの転がり時の摩擦を一定の値にすることである。たとえばピニオンギア押し出しのバネの荷重Fに対して摩擦トルクTkは、Fμ＜Tk（マイクロは摩擦係数）の関係になるように設定する。そのためにはFμはギア同士の磨耗を抑制しながら噛みあいのしやすさを確保できる定数によってほぼ決定されるため、摩擦トルクを0.1N・ｍ〜0.15N・ｍに設定することで回避できる。
摩擦トルクを0.1N・ｍ〜0.15N・ｍに設定する根拠は図８に例示のように、0.15N・ｍ付近から同期時間が比較的急に長くなることが判明したからである。

なお、Ｆμは、ピニオンギア３４の、バネ３３によってリングギア１００に押つける（接触する）力から発生する摩擦力であり、リングギア１００が回転もしくはピニオンギア３４が回転したときの伝達トルクとなる。
Ｔｋは、ピニオンギア３４が１方向クラッチ３１によって正回転に空転したときの円筒部３１ｄとピニオン軸芯部３２ａとの摩擦（ころがり摩擦）から発生するピニオンギア３４を回転させる抵抗トルクであり、前述の摩擦トルクＴｋである。

なお、摩擦トルクを0.1N・ｍ〜0.15N・ｍに設定する手段としては、前記研磨以外に、例えば、以下のような手段を講じればよい。
（１）円筒３１ｄの径を小さくする。
（２）バネ３１ｃのバネ定数をさげる。
（３）円筒３１ｄの剛性を、例えば円筒３１ｄくり貫いて下げる。
（４）図９に例示のように、外形部３１ｂの内周における凸形状部位３１ｂ１に続く部分Ａの角度を大きくする。
（５）図１０に例示のように、ピニオン軸芯３２aと円筒３１ｄとの接触部分に軸方向にテーパーをつけてピニオンギア３４のバネ３３と連動してピニオン軸芯３２aを軸方向に移動して、ピニオン軸芯３２aの円筒３１ｄと接触する部位の径を変える。この場合、ピニオンギア３４のバネ３３が圧縮された状態の場合に前記摩擦トルクは小さくなる。

前述のように、本実施の形態は、次のような特徴を有しているとも言える。
特徴１：スタータモータと、前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合され、軸方向に摺動するとともに、エンジン回転と反対方向の回転に対しては空転する１方向クラッチを有するピニオン部と、前記ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構と、前記押し出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンギアと噛み合い、前記スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギアとを備え、前記ピニオン部のピニオンギアは、単体で軸方向に移動が可能でありバネで進行方向に押し付けられており、エンジン停止後のエンジン惰性回転中にも再始動要求が発生した場合に所定の条件によってピニオン押し出しとモータ回転をひとつの連動したソレノイドスイッチで再始動を実施するエンジン始動装置において、ギアを噛み合せる際にピニオンギア先端の面取り部とリングギアの面取り部もしくはリングギアの歯面エッジ部の衝突によって得られるトルクTｐが前記1方向クラッチの空転する摩擦トルクTｋよりも大きくなるように（Tk＜Tｐ）に１方向クラッチの摩擦トルクとピニオンギア押し付けのバネ荷重が設定されていることを特徴とするエンジン始動装置である。
特徴２：特徴１のエンジン始動装置において、前記ピニオン部のバネによってピニオンギアをリングギアに対して軸方向に押しけ力Fbがピニオンギアとリングギアの端面同士の接触によって発生する摩擦力Fb・μによってピニオンギアを回転させるトルクTｂが前記クラッチの空転する摩擦力Tkよりも小さく（Tｂ＜Tk）なるようにピニオンギアのバネ荷重とクラッチ空転トルクが設定されていることを特徴とするエンジン始動装置である。
特徴３：特徴１または特徴２のエンジン始動装置において、１方向クラッチの摩擦トルクを上記範囲内とし、さらにTｂ値に近づけるために１方向クラッチ内のころがり部材の表面を研磨することを特徴とするエンジン始動装置である。
特徴４：前記１方向クラッチのトルクが0.10N・ｍ〜0.15N・ｍであることを特徴とするエンジン始動装置である。
特徴５：スタータモータと、前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合された軸方向に摺動するピニオン部と、前記ピニオン部はエンジン回転と反対側の回転に対しては空転するような１方向クラッチを有し、前記ピニオン部をリングギアとの噛み合い位置に移動させる押し出し機構を有し、前記押し出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンギアと噛み合うエンジン始動装置において、前記ピニオン部は、そのピニオンギアのみで軸方向に対して移動できて当該ピニオンギアはピニオン部に軸方向にバネ支持されており、ピニオンギア同期用面との衝突で同期しやすいように空転する１方向クラッチの摩擦力を極小にしながら、バネによってピニオンギアをリングギアに押し付けて端面同士の接触によって発生する摩擦力からのトルクよりも１方向クラッチが回転する摩擦力の方が大きくなるように設定されたスタータである。
特徴６：エンジンが惰性回転中で回転数差が大きくてもピニオンギアとリングギアが瞬時に噛みあうことが可能でありながら、ピニオンギアとリングギアの完全噛みあい位置までロス無く噛み合せることができる。
特徴７：アイドリングストップ時にまだエンジンが惰性回転で回転している中で再始動要求が発生した場合に、エンジンのリングギア回転中にスタータのピニオンギアのモータを回転させることなく噛み合せるために、１方向クラッチとピニオンギアを押し付ける力の関係により、噛み合い時間のロスをなくして瞬時に噛みあいさらに噛み合いの失敗を抑制にするエンジン始動装置である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、部分的に省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１０ モータ駆動力部、 ２０ 軸、 ３０ ピニオン部、
３１ １方向クラッチ、 ３１ｂ 外径部、 ３１ｂ１ 突起部、
３１ｃ バネ、 ３１ｄ 円筒部、 ３２ 軸芯、
３２ａ ピニオン軸芯（回転軸芯）、 ３３ コイルバネ、
３４ ピニオンギア、 ３５ 保持部品、
４０ 吸引コイル部、 ４１ 吸引コイル、 ４２ 芯、
４３ 移動接点部、 ４４a モータ接点、 ４４ｂ モータ接点
４５ バネ、 ５０プランジャ、 ６０レバー、
６１ レバー回転軸中心、 ７０ ブラケット、 ８０ストッパ、
９０ 減速ギア部、 １００ リングギア。

Claims (3)

1. エンジンに連結されたリングギアに噛み合うピニオンギアと前記ピニオンギアを前記リングギアに押し付けるバネとを有するピニオン部、前記ピニオンギアを１方向クラッチを介して回転駆動させるモータ駆動力部、および前記ピニオンギアを前記リングギアと噛み合う位置に移動させるレバーを備えたエンジン始動装置であって、
   前記ピニオンギアが前記バネによって前記リングギアに押つけられる力から発生する摩擦力Ｆμと、前記ピニオンギアが１方向クラッチによって空転したときの前記１方向クラッチの円筒部と前記ピニオンギアのピニオン軸芯との摩擦から発生する前記ピニオンギアを回転させる摩擦トルクＴｋとの関係が、Fμ＜Ｔｋに設定されている
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記摩擦トルクＴｋが、0.1N・ｍ〜0.15N・ｍの範囲内に設定されている
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項２に記載のエンジン始動装置において、
   前記摩擦トルクＴｋが0.1N・ｍ〜0.15N・ｍの範囲内に設定されるように、前記１方向クラッチの前記円筒部および前記ピニオンギアの前記ピニオン軸芯の少なくとも一方の表面が研磨されている
   ことを特徴とするエンジン始動装置。