JP2015096719A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛び込み式スタータを用いたエンジン始動装置において、クランキング音を低減することにある。
【解決手段】エンジン始動装置１は、軸方向に押し出されたピニオン７が、中間回転体３に形成された軸方向穴１１に挿入され、ピニオン７と共に中間回転体３が回転し、エンジンのクランク軸に連結する最終回転体４は、中間回転体３によって回転力が伝達される。この構成によれば、クランキング駆動のＯＮ・ＯＦＦはスタータ２のピニオン７と中間回転体３との係合の離脱でなされ、中間回転体３と最終回転体４との動力伝達機構は、例えばベルト・プーリによる動力伝達機構のようなクランキング音の小さい構成を採用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

従来より、安価で低温始動に強いスタータとして、飛び込み式スタータが広く採用されている。このピニオン飛び込み式スタータは、エンジン始動時にピニオンを押し出してエンジンのリングギヤと噛み合わせた後、ピニオンからリングギヤにモータの回転力を伝達してエンジンをクランキングさせ、エンジン始動後、ピニオンを引き戻してリングギヤから離脱させる方式である。
ところで、このスタータでは、クランキング時にピニオンとリングギヤとが噛合いながら相対回転する際の摺動によってクランキング音が発生する。

近年、地球温暖化の問題に対処するため、内燃機関を利用した自動車においても、二酸化炭素（ＣＯ_２）の削減目的で、停車時にエンジンを停止することにより、燃費を向上する所謂アイドルストップを導入する動きが加速している。しかし、アイドルストップにおいては、渋滞中の一般道で多数の車両がエンジン始動を一斉に行うケースが増加するため、エンジン始動時に発生する音による道路周辺の騒音問題が懸念される。従って、アイドルストップ普及のためには、クランキング音を低減することが必要となる。

クランキング音を低減する方法として、クランキング時にピニオンとリングギヤとの間に作用する力を低減する方法がある。例えば、特許文献１には、吸気量を減らして上死点での圧縮反力を低減することにより、クランキング時にピニオンとリングギヤとの間に作用する力を低減する技術が記載されている。しかしながら、この技術では、慣性質量の影響があるため、力を確実に低減できる構成とはいえない。

また、クランキング音を低減する方法として、ピニオンとリングギヤとの歯同士の間の遊び（バックラッシ）を十分に小さく設定する方法もある。しかし、前記遊びを小さくしすぎると、飛び込み式スタータにおいてピニオンを押し出してリングギヤに噛み合わせる際に、遊びが小さいためにリングギヤとの噛み合いがスムーズにいかないという課題があった。そのために、ピニオンとリングギヤ間のギャップを小さくするには限界があった。

また、電動機兼発電機いわゆるＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ）を用いてエンジンを始動する方法もある。この方法はギヤではなくベルト駆動によって始動するためクランキング音は小さい。しかしながら、ＩＳＧは飛び込み式スタータと比べて高価である。また、低温始動時に必要なトルクを得ることが難しい場合もある。

特開２００９−２９９５９８号公報

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安価な飛び込み式スタータを用いたエンジン始動装置において、クランキング音を低減することにある。

本発明のエンジン始動装置は、スタータ、中間回転体、及び最終回転体を備える。
スタータは、回転力を発生するモータ、このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸、出力軸の回転に伴って回転するギヤ、及びギヤを出力軸の軸方向に押し出す押出手段を有する。

中間回転体は、軸方向に押し出されたギヤが挿入される軸方向穴を有する。そして、ギヤが軸方向穴に挿入された状態でギヤが回転する際に、ギヤに相対回転不能に係合し、ギヤからの回転力が伝達されてギヤと共に回転する。
最終回転体は、エンジンのクランク軸に連結するとともに、中間回転体から回転力を伝達される。

これにより、スタータのギヤから中間回転体、中間回転体から最終回転体へとスタータの回転力が伝達されてクランク軸がクランキングされる。

この構成によれば、クランキング駆動のＯＮ・ＯＦＦはスタータのギヤと中間回転体との係合の離脱でなされ、中間回転体と最終回転体との間の動力伝達機構には、常時回転力を伝達可能な動力伝達機構を採用することができる。

中間回転体とギヤとの動力伝達機構では、ギヤ歯同士が噛合いながら相対回転する構成ではないため、クランキング中にクランキング音が発生しない。
中間回転体と最終回転体との動力伝達機構では、常時回転力を伝達可能な動力伝達機構（例えばベルト・プーリによる動力伝達機構や常時噛合ギヤでの動力伝達機構）を採用することができ、クランキング中にクランキング音を小さくする構成が可能となる。

従って、本発明によれば、安価な飛び込み式スタータを用いたエンジン始動装置において、クランキング音を低減することができる。

エンジン始動装置の全体構成図である（実施例１）。 クランキング時におけるエンジン始動装置の全体構成図である（実施例１）。 中間回転体及び最終回転体を軸方向においてスタータ側からみた平面図である（実施例１）。 中間回転体及び最終回転体を軸方向においてスタータ側からみた平面図である（実施例２）。 ピニオンの断面図である（実施例３）。 ピニオンの平面図である（実施例３）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の構成を図１〜３を用いて説明する。
エンジン始動装置１は、以下に説明するスタータ２、中間回転体３、及び最終回転体４を備える。

スタータ２は、回転力を発生するモータ６、モータ６によって回転する出力軸（図示せず）、出力軸の回転が伝達されるピニオン７、ピニオン押出手段且つモータ６への通電電流をオン／オフするモータスイッチとして機能する電磁スイッチ８等により構成される周知の飛び込み式スタータである。

また、本実施例のスタータ２は、出力軸とモータ６の電機子軸とが同軸に配されており、電磁スイッチ８の作動によりシフトレバー（図示せず）を駆動してピニオン７を押し出すタイプである。また、本実施例のスタータ２は、出力軸の軸方向一端部にピニオン７が配置され、出力軸を支持する軸受（図示せず）がピニオン７よりも軸方向他端側のみに配されるいわゆる片持ちタイプのスタータである。

モータ６は、電磁スイッチ８によりメイン接点が閉じると、バッテリ（図示せず）から給電されて電機子軸（図示せず）に回転力を発生する周知の直流電動機である。

出力軸は、減速装置及びクラッチ（共に図示せず）を介して電機子軸と同軸に連結されている。なお、減速装置はなくてもよい。以下、出力軸の軸方向を軸方向と呼ぶ。軸方向の一端側がスタータ２においてピニオン７の配される側であり、軸方向の他端側がモータ６の配される側である。

クラッチは、ローラ式の一方向クラッチであり、エンジン始動時にモータ６の回転力を出力軸に伝達し、エンジン始動後はエンジンの回転力がモータ６に伝わらない様に、動力伝達を遮断する。

ピニオン７は、周方向に並ぶ複数のギヤ歯７ａを有する回転体であって、軸方向に所定距離移動可能に支持されている。

電磁スイッチ８は、内蔵する電磁コイル（図示せず）への通電により電磁石を形成してプランジャ（図示せず）を吸引する周知のソレノイドを用いて構成され、プランジャの動きに連動してモータ６のメイン接点を閉操作する。また、電磁コイルへの通電が停止して電磁力が消滅すると、図示しないリターンスプリングの反力によりプランジャが押し戻されてメイン接点を開操作する。

また、電磁スイッチ８はピニオン７を軸方向一端側へ押し出すピニオン押出手段としても機能する。
すなわち、プランジャにはシフトレバーの一端が連結されており、電磁コイルへの通電によりプランジャが移動するとシフトレバーが揺動し、ピニオン７がシフトレバーの他端部によって軸方向一端側へ押し出される。

中間回転体３は、エンジン（図示せず）またはトランスミッション（図示せず）またはエンジンに付随する補機（図示せず）に回転可能に支持されたプーリ３Ａであって、スタータ２の外側でピニオン７の軸方向一端側にピニオン７と同軸に配されている。
中間回転体３には、軸方向のピニオン７と対向する面１０に開口する有底の軸方向穴１１が設けられている。
軸方向穴１１はピニオン７と同軸に形成されており、ピニオン７が電磁スイッチ８によって押し出された際に、ピニオン７が挿入可能となっている。

また、中間回転体３は、ピニオン７が軸方向穴１１に挿入された状態でピニオン７が回転する際に、ピニオン７に相対回転不能に係合し、ピニオン７からの回転力が伝達されてピニオン７と共に回転する。

本実施例では、図３に示すように、軸方向穴１１は軸方向から見た形状がピニオン７の形状に対応した形状を呈しており、穴内周面にはピニオン７のギヤ歯７ａ同士の間に嵌る凸部１１ａが形成されている。これにより、中間回転体３は、ピニオン７が軸方向穴１１に挿入された状態でピニオン７が回転する際に、ピニオン７に相対回転不能に係合する。

最終回転体４は、エンジンのクランク軸１５に連結するとともに、中間回転体３からベルト１６を介して回転力を伝達されるクランクプーリ４Ａである。

〔エンジン始動装置１の作動〕
図１の状態から、電磁スイッチ８の作動により、シフトレバーを介してピニオン７が軸方向一端側へ押し出される。
これにより、ピニオン７が軸方向穴１１に挿入され、ピニオン７と中間回転体３とが回転力伝達可能に係合する（図２参照）。
そして、モータ６の回転が開始すると、ピニオン７と中間回転体３とが一体的に回転し、中間回転体３の回転はベルト１６によって最終回転体４へと伝達され、エンジンがクランキングされる。

〔実施例１の作用効果〕
本実施例のエンジン始動装置１は、上述のようなスタータ２、中間回転体３、及び最終回転体４を備える。そして、スタータ２のピニオン７と中間回転体３の軸方向穴１１との係合によりピニオン７から中間回転体３に回転力が伝達され、中間回転体３を介してクランク軸１５に結合する最終回転体４へと回転力が伝達される。

この構成によれば、クランキング駆動のＯＮ・ＯＦＦはスタータ２のピニオン７と中間回転体３との係合の離脱でなされ、中間回転体３と最終回転体４との動力伝達機構には、常時回転力を伝達可能な動力伝達機構を採用することができる。

中間回転体３とピニオン７との動力伝達機構では、ギヤ歯同士が噛合いながら相対回転する構成ではないため、クランキング中にクランキング音が発生しない。
中間回転体３と最終回転体４との動力伝達機構では、常時回転力を伝達可能な動力伝達機構を採用することができ、クランキング中にクランキング音を小さくする構成が可能となる。例えば、本実施例ではベルト・プーリによる動力伝達機構を採用しており、クランキング音を低減することができる。

従って、本実施例によれば、安価な飛び込み式スタータを用いたエンジン始動装置１において、クランキング音を低減することができる。

〔実施例２〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に、図４を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、中間回転体３と最終回転体４との動力伝達機構では、常時噛合ギヤによる動力伝達機構である。
すなわち、最終回転体４はクランク軸に結合するリングギヤ４Ｂであり、中間回転体３はリングギヤ４Ｂに噛合うリングギヤ４Ｂよりも小径の常時噛合ギヤ３Ｂである。

リングギヤ４Ｂ及び常時噛合ギヤ３Ｂは、クランキング音が最小限となるように、形状やバックラッシ等が設計されている。
本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

〔実施例３〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に、図５及び図６を用いて説明する。
軸方向穴１１は、ピニオン７が挿入される入口側（軸方向他端側）に、入口１１ｂに向かってテーパ状に穴径が広がる拡径部１１ｃを有する。

すなわち、軸方向穴１１は、ピニオン７が所定の寸法公差で挿入される係合部１１ｄと、係合部１１ｄの軸方向他端側に係合部１１ｄの径からテーパ上に拡径して形成された拡径部１１ｃを有する。

これによれば、ピニオン７が軸方向穴１１へスムーズに挿入される。また、挿入時のギヤ歯７ａの磨耗を低減することもできる。

（変形例）
実施例１〜３のスタータ２は、シフトレバーでピニオン７を押し出すタイプであったが、出力軸とモータ６の電機子軸とを平行に配したリダクション型スタータであってもよい。すなわち、出力軸と同一軸線上に電磁スイッチ８を配置しピニオン７を押し出す方式であってもよい。

また、電磁スイッチ８は、ピニオン７を軸方向に押し出すソレノイドと、モータ６の通電電流をオン／オフするためのソレノイドとの２つのソレノイドを備えるタンデムタイプであってもよい。

また、実施例１〜３では、ピニオン７と中間回転体３とは、ピニオン７のギヤ歯７ａと軸方向穴１１に形成された凸部１１ａとによって相対回転不能に係合していたが、この態様に限らず、相対回転不能に係合する形状であればよい。

１ エンジン始動装置
２ スタータ
３ 中間回転体
４ 最終回転体
６ モータ
７ ピニオン（回転体）
８ 電磁スイッチ（押出手段）
１１ 軸方向穴
１５ クランク軸

Claims (5)

1. 回転力を発生するモータ（６）、このモータ（６）の回転力が伝達されて回転する出力軸、この出力軸の回転に伴って回転する回転体（７）、及び前記回転体（７）を前記出力軸の軸方向に押し出す押出手段（８）を有するスタータ（２）、
   軸方向に押し出された前記回転体（７）が挿入される軸方向穴（１１）を有し、前記回転体（７）が前記軸方向穴（１１）に挿入された状態で前記回転体（７）が回転する際に、前記回転体（７）に相対回転不能に係合し、前記回転体（７）からの回転力が伝達され前記回転体（７）と共に回転する中間回転体（３）と、
   エンジンのクランク軸（１５）に連結するとともに、前記中間回転体（３）から回転力が伝達される最終回転体（４）とを備え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、
   前記回転体（７）はギヤであって、
   前記軸方向穴（１１）は、穴内周面に前記回転体（７）のギヤ歯（７ａ）同士の間に嵌る凸部（１１ａ）が形成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１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記中間回転体（３）及び前記最終回転体（４）は共にプーリであり、
   前記中間回転体（３）と前記最終回転体（４）との間に掛けられたベルト（１６）によって、中間回転体（３）から前記最終回転体（４）へ回転力が伝達されることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記最終回転体（４）はリングギヤ（４Ｂ）であり、
   前記中間回転体（３）は、このリングギヤ（４Ｂ）に常時噛み合う常時噛合ギヤ（３Ｂ）であることを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
   前記軸方向穴（１１）は、前記回転体（７）が挿入される入口側に、入口に向かってテーパ状に穴径が広がる拡径部（１１ｃ）を有することを特徴とするエンジン始動装置。
   

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