JP3722639B2 - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の始動装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
周知のようにエンジンに設けられた始動用のスタータは、その出力軸に固定したピニオンギアをモータにより回転駆動可能に、且つソレノイドによりエンジンのリングギア側に突出可能に構成されている。通常時はピニオンギアをリングギアに対して離脱させて、エンジン運転に伴うリングギアの回転でスタータが逆駆動されるのを防止しており、始動時には、ソレノイドにてピニオンギアを突出させてリングギアに噛合させた上で、モータにてリングギアを回転駆動してエンジンのクランキングを行っている。
【０００３】
一方、近年では信号待ち等でエンジンを自動停止及び自動始動するアイドルストップ車両が実用化されており、この種の車両に用いるエンジンでは、上記した構成のスタータの他に、常時噛合い式のスタータが用いられることがある。例えば実公平２−１０３０６号公報に記載のように、このスタータはピニオンギアをエンジン側のリングギアに常に噛合させており、始動時にはリングギアに内蔵したワンウエイクラッチを介してスタータの駆動力を伝達してクランキングを行い、始動完了後は、ワンウエイクラッチを空転させることでスタータの逆駆動を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した通常のスタータ及び常時噛合い式のスタータのいずれにおいても、ピニオンギアとリングギアとのバックラッシュが存在することから、その歯面同士がクランキング時のトルク変動により衝突して騒音を発生し、運転者に不快感を与える不具合があった。特にアイドルストップ車両では、信号待ち等での自動始動により始動の機会が格段に多くなり、且つ、運転者の意志と関係なく始動されることから騒音を耳障りに感じ易い。従って、上記した騒音による不具合がより顕著に顕れ、ひいては、アイドルストップ車両としての商品価値を損ねるという虞があった。
【０００５】
本発明の目的は、エンジン始動時にギアの歯面同士の衝突によって生ずる騒音を未然に防止することができる内燃機関の始動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の始動装置では、内燃機関の始動時に、機関始動用のスタータ手段の出力軸に設けられたピニオンギアを内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアに噛合させ、上記スタータ手段にてクランク軸を回転駆動可能な内燃機関の始動装置において、上記ピニオンギアを、上記出力軸に固定され回転駆動方向側の歯面に上記リングギア側に向けて傾斜するテーパ状のガイド面が形成されたメインギアと、該メインギアに先行して上記リングギアに噛合され、上記メインギアに対して同一歯数で、且つ、付勢手段にて上記出力軸を中心として特定方向に歯の位相がずれるように回動付勢されたシザースギアとから構成したことを特徴としている。したがって、メインギアをガイド面により案内してリングギアに確実に噛合させる。
請求項２の内燃機関の始動装置では、内燃機関の始動時に、機関始動用のスタータ手段の出力軸に設けられたピニオンギアを内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアに噛合させ、上記スタータ手段にてクランク軸を回転駆動可能な内燃機関の始動装置において、上記リングギアのは、回転駆動方向側の歯面に上記ピニオンギア側に向けて形成される面取りの角度を緩やかにし、上記ピニオンギアを、上記出力軸に固定されたメインギアと、該メインギアより後に上記リングギアに噛合され、上記メインギアに対して同一歯数で、且つ、付勢手段にて上記出力軸を中心として特定方向に歯の位相がずれるように回動付勢され、該付勢方向側の歯面に上記リングギア側に向けて傾斜するガイド面を形成したシザースギアとから構成したことを特徴としている。したがって、シザースギアをガイド面及び面取りの案内によりリングギアの歯溝内に進入させる。
請求項３の内燃機関の始動装置では、上記ピニオンギアが上記リングギアから離脱しているときに、該ピニオンギアの厚みは、上記リングギアの歯溝の幅よりも大であることを特徴としている。したがって、ピニオンギアのガイド面をリングギアに当接させ、確実に案内させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
以下、本発明をアイドルストップ車両に用いるエンジンの始動装置に具体化した第１実施例を説明する。
図１の全体構成図に示すように、エンジン１には各気筒毎に点火プラグ２及び燃料噴射弁３が取り付けられている。又、エンジン１には手動式の変速機４が連結され、この変速機は図示しないディファレンシャル装置を介して車両の駆動輪に接続されている。エンジン１と変速機４との間にはクラッチ５が設けられ、このクラッチ５は運転者によるクラッチ操作に応じて、エンジン１側から変速機４側への動力伝達を制御する。エンジン１にはスタータ手段としての常時噛合い式のスタータ６が設けられている。
【０００８】
図２の分解斜視図及び図３の断面図に示すように、スタータ６の出力軸７にはメインギア８及びシザースギア９が相互に重なり合って嵌め込まれ、これらのギア８，９によってスタータ６のピニオンギア１０が構成されている。メインギア８及びシザースギア９は共に同一の歯数の平歯車として形成されている。
スタータ６の出力軸７には、基端側よりスプライン部７ａ、第１段差部７ｂ、第２段差部７ｃ、及びねじ部７ｄが形成され、前記メインギア８はスプライン部７ａに位置し、そのスプライン孔８ａをスプライン部７ａに係合させて出力軸７に対する回動を規制されている。又、前記シザースギア９は第１段差部７ｂと第２段差部７ｃとの間に位置し、そのシザースギア９の側面より突出した出力軸７のねじ部７ｄには座金１１を介してナット１２が螺合し、メインギア８及びシザースギア９を出力軸７に固定している。シザースギア９の歯幅は、第１段差部７ｂと第２段差部７ｃとの間隔より若干小さく設定されているため、シザースギア９は出力軸７に対する回転を許容されている。
【０００９】
一方、メインギア８及びシザースギア９はエンジン１側のリングギア１ａにそれぞれ噛合している。メインギア８のシザースギア９側の側面には円形状の凹部８ｂが形成され、凹部８ｂ内には付勢手段としての環状のばね１３が配設されている。ばね１３の一端はメインギア８の掛止孔８ｃ内に、他端はシザースギア９の掛止孔９ａ内に挿入され、このばね１３により、シザースギア９はメインギア８に対して出力軸７を中心としてスタータ６による駆動方向とは逆方向に回動付勢されている。そして、これによりメインギア８とシザースギア９との歯の位相がずれるようになっている。
【００１０】
又、図示はしないが、フライホイール内にはワンウエイクラッチが設けられ、このワンウエイクラッチは、始動時にスタータ６によるリングギア１ａの回転をクランク軸側に伝達してクランキングを行い、且つ、始動完了後に空転することでエンジン１にてスタータ６が逆駆動されるのを防止するようになっている。尚、その構造の詳細は、例えば実公平２−１０３０６号公報に記載のスタータを参照されたい。
【００１１】
一方、図１に示すように、スタータ６のモータ２１は常開のリレー接点２２ａを介してバッテリ２３に接続され、そのリレー接点２２ａと対応するリレーコイル２２ｂは、イグニションスイッチ２４のＳＴ接点２４ａを介してバッテリ２３に接続されている。従って、イグニションスイッチ２４がＳＴ接点２４ａの位置まで操作されると、リレーコイル２２ｂの励磁によりリレー接点２２ａが閉じられてモータ２１が通電し、スタータ６によりエンジン１がクランキングされる。又、スタータ６のリレーコイル２２ｂは、スタータ制御用コントローラ２５のリレー接点２５ａ及びイグニションスイッチ２４のＯＮ接点２４ｂを介してバッテリ２３に接続されており、このリレー接点２５ａと対応するリレーコイル２５ｂはバッテリ２３に接続されている。従って、イグニションスイッチ２４がＯＮ接点２４ｂの位置であっても、リレーコイル２５ｂの励磁によりリレー接点２５ａが閉じられると、モータ２１が通電してクランキングが行われる。
【００１２】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ３１（エンジン制御ユニット）が設置されている。ＥＣＵ３１の入力側には、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ３２、車速Ｖを検出する車速センサ３３、クラッチ５の操作状態を検出するクラッチセンサ３４、変速機４のシフト位置を検出するシフトポジションセンサ３５、及びその他の各種スイッチやセンサ類が接続されている。
【００１３】
又、ＥＣＵ３１の出力側には前記した点火プラグ２及び燃料噴射弁３が接続されると共に、スタータ制御用コントローラ２５のリレーコイル２５ｂが接続されている。ＥＣＵ３１は上記した各検出情報に基づき燃料噴射制御や点火時期制御を始めとするエンジン１を運転するための各種制御を実行すると共に、信号待ち等の停車時にエンジン１の自動停止始動処理を実行する。
【００１４】
次に、アイドルストップ車両特有のエンジン１の自動停止始動処理の概要を説明する。
ＥＣＵ３１は、走行中の車両が信号待ち等で停車したときに、予め設定されたエンジン停止条件の成立によりエンジン１を自動停止し、同じく予め設定されたエンジン始動条件の成立によりエンジン１を自動始動し、もって停車中におけるエミッション排出や燃料消費を防止する。エンジン停止条件としては、車速センサ３３にて検出された車速Ｖがゼロであること、クラッチセンサ３４にてクラッチ５の踏込み操作が検出されていないこと（クラッチ接続状態）、及びシフトポジションセンサ３５にて検出されたシフト位置がＮ（ニュートラル）位置であることが設定され、これらの条件が満たされたときに、ＥＣＵ３１はエンジン停止条件が成立したと判断し、燃料噴射制御及び点火時期制御を中止してエンジン１を停止させる。
【００１５】
又、エンジン始動条件としては、クラッチセンサ３４にてクラッチ５の踏込み操作が検出されたこと（クラッチ遮断状態）、及びシフトポジションセンサ３５にて検出されたシフト位置がＮ位置であることが設定され、これらの条件が満たされたときに、ＥＣＵ３１はエンジン始動条件が成立したと判断し、スタータ制御用コントローラ２５のリレーコイル２５ｂを励磁すると共に、噴射制御及び点火時期制御を再開する。リレーコイル２５ｂの励磁によりリレー接点２５ａが閉じられるため、スタータ６のモータ２１が通電してクランキングが行われ、エンジン１が始動されて発進可能となる。
【００１６】
尚、通常の運転者によるエンジン始動及び停止は一般的な車両と同様であり、イグニションスイッチ２４がＳＴ接点２４ａの位置まで操作されると、スタータ６のモータ２１が通電してクランキングが行われると共に、ＥＣＵ３１により燃料噴射制御及び点火時期制御が開始されてエンジン１が始動され、又、エンジン１の運転中にイグニションスイッチ２４がＯＮ接点２４ｂから図示しないＯＦＦ接点等に戻されると、ＥＣＵ３１の燃料噴射制御及び点火時期制御が中止されてエンジン１が停止する。
【００１７】
次に、以上の始動時におけるスタータ６のピニオンギア１０とエンジン１側のリングギア１ａとの噛合状態を説明する。
前記のようにピニオンギア１０のメインギア８及びシザースギア９はエンジン１側のリングギア１ａにそれぞれ噛合しており、リングギア１ａの歯溝内において、メインギア８とシザースギア９の歯は相互に反対方向に付勢され、メインギア８の歯はリングギア１ａの歯溝内の駆動方向の歯面に、シザースギア９の歯はリングギア１ａの歯溝内の反駆動方向の歯面にそれぞれ当接して、そのバックラッシュが解消されている。
【００１８】
運転者による手動始動、或いはエンジン始動条件の成立に基づく自動始動が行われて、スタータ６が作動すると、その出力軸７と共にメインギア８及びシザースギア９が回転する。これに伴いメインギア８によりリングギア１ａが回転駆動されてエンジン１のクランキングが行われると共に、ばね１３でスタータ６の駆動方向とは逆方向に付勢されたシザースギア９によって、リングギア１ａとの間のバックラッシュが解消される。
【００１９】
クランキング時のエンジン１の回転抵抗は各気筒の行程変化に応じて変動するため、スタータ６のメインギア８に作用する反力も変動することになるが、上記のようにバックラッシュが解消されることから、メインギア８及びシザースギア９の歯面は、それぞれリングギア１ａの歯面に対して当接状態に保持され、歯面同士の衝突によって生ずる騒音を未然に防止することができる。特にアイドルストップ車両では始動の機会が格段に多く、且つ、自己の意志とは関係ない自動始動により運転者が騒音を耳障りに感じ易いが、騒音自体が防止されることから、このような不具合が回避されて、ひいては、アイドルストップ車両としての商品価値を高めることができる。
【００２０】
［第２実施例］
以下、本発明をアイドルストップ車両に用いるエンジン１の始動装置に具体化した第２実施例を説明する。ここで、本実施例の始動装置の全体的な構成は第１実施例と同一であり、相違点は、スタータ６の構成にある。従って、相違点を重点的に説明する。
【００２１】
本実施例の始動装置ではスタータ６ａの構成を、第１実施例の常時噛合い式からピニオンギア１０をリングギア１ａに噛合・離脱させる通常の形式に変更している。スタータ６自体の内部構造は一般的なものと何ら相違せず、ピニオンギア１０をモータにより回転可能に、且つソレノイドによりリングギア１ａ側に突出可能に構成されている。
【００２２】
そして、本実施例でも、スタータ６のピニオンギア１０はメインギア８とシザースギア９からなっており、この部分の構成は、図２及び図３に基づいて説明した第１実施例のものとほとんど同じである。第１実施例との相違点を述べると、まず、ピニオンギア１０がリングギア１ａから離脱した場合を想定して、メインギア８に対しシザースギア９を所定角度でばね１３に抗して回動規制するストッパ機構（図示なし）を設けている。
【００２３】
図４はリングギア１ａ及びピニオンギア１０の歯を上方から見た状態を示しており、このようにリングギア１０から離脱しているときのピニオンギア１０の歯の厚みＷ2（メインギア８とシザースギア９との位相ずれに応じて決定される）は、前記ストッパ機構の回動規制により、リングギア１ａの歯溝の幅Ｗ1より若干大きい状態に保持されている。尚、図から明らかなように、本実施例のピニオンギア１０は、メインギア８に先行してシザースギア９をリングギア１ａに噛合させるように、両ギア８，９の配列が設定されている。
【００２４】
又、第１実施例との相違点としては、メインギア８の回転駆動方向側の歯面に、リングギア１ａ側に向けて傾斜するテーパ状のガイド面４１が形成されている。図では単一の歯のみが示されているが、ガイド面４１は勿論メインギア８の全ての歯に形成されている。尚、シザースギア９及びリングギア１ａの歯に形成された面取り４２は、通常のスタータのピニオンギア及びリングギアに施されているものと同じく、シザースギア９をリングギア１ａに噛合させ易いように配慮したものである。
【００２５】
次に、上記のように構成されたピニオンギア１０をスタータ６の作動に伴ってリングギア１ａに噛合させるときの動作順序を説明する。
スタータ６の作動によりソレノイドが励磁されると、内部の図示しないスパイラルスプラインに沿ってピニオンギア１０は図４に示す矢印Ａ方向の回転を伴いながら突出し、まず、そのシザースギア９が面取り４２に案内されてリングギア１ａの歯溝内に進入し始める。ピニオンギア１０が移動を続けると、図５に示すように、そのメインギア８のガイド面４１がリングギア１ａの歯に当接し、ガイド面４１に案内されてメインギア８はばね１３が押し縮めながらリングギア１ａの歯溝内に進入する。よって、図６に示す噛合完了の時点では、メインギア８の歯がリングギア１ａの歯溝内の駆動方向の歯面に、シザースギア９の歯がリングギア１ａの歯溝内の反駆動方向の歯面にそれぞれ当接して、そのバックラッシュが解消される。
【００２６】
従って、歯面同士が衝突することなくクランキングが行われ、第１実施例と同じく始動時の騒音を未然に防止することができる。又、以上のように、メインギア８をガイド面４１で案内してリングギア１ａに確実に噛合させるため、噛合不良による始動性の悪化という弊害を未然に回避することができる。
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記第１及び第２実施例では、アイドルストップ車両に用いるエンジン１の始動装置に具体化したが、ハイブリッド車両用のエンジンの始動装置として具体化してもよいし、通常の車両に用いるエンジンの始動装置に具体化してもよい。更に、エンジン１に組み合わせる変速機についても、上記実施例のような手動変速機４に代えて自動変速機を組み合わせてもよい。
【００２７】
又、上記第２実施例では、メインギア８に先行してシザースギア９をリングギア１ａに噛合させるように、両ギア８，９の配列を設定したが、その位置関係を逆転させてもよい。この場合には、図７に示すように、シザースギア９のばね１３による付勢方向側の歯面に、リングギア１ａ側に向けて傾斜するテーパ状のガイド面５１を形成する。又、シザースギア９の歯幅が短くてガイド面５１が急角度になることから、このガイド面５１に対応してリングギア１ａの面取り５２の角度を緩やかに形成してシザースギア９を案内し易くする。そして、始動に伴ってピニオンギア１０をリングギア１ａに噛合させる際には、図８に示すように、シザースギア９はガイド面５１及び面取り５２の案内によりリングギア１ａの歯溝内に進入して、図９に示すように噛合を完了させることができる。
【００２８】
更に、上記第１及び第２実施例では、メインギア８、シザースギア９、及びリングギア１ａを平歯車として形成したが、例えば、これらのギア８，９，１ａをはすば歯車とし、更なる騒音低減を図ってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１の内燃機関の始動装置によれば、歯面同士が衝突することなくクランキングが行なわれ、始動時の騒音を未然に防止することができる。
また、噛合不良による始動性の悪化という弊害を未然に回避することができる。
請求項２の内燃機関の始動装置では、ピニオンギアにおけるメインギアとシザースギアの位置関係を請求項２と逆転させたとしても、請求項２と同様に始動時の騒音を未然に防止することができ、始動性の悪化を未然に回避することできる。
請求項３の内燃機関の始動装置では、ピニオンギアをガイド面で案内し、メインギアに確実に噛合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のエンジンの始動装置を示す全体構成図である。
【図２】ピニオンギアの構成を示す分解斜視図である。
【図３】ピニオンギアの構成を示す断面図である。
【図４】第２実施例のピニオンギアの噛合開始の状態を示す説明図である。
【図５】第２実施例のピニオンギアの噛合途中の状態を示す説明図である。
【図６】第２実施例のピニオンギアの噛合完了の状態を示す説明図である。
【図７】別例のピニオンギアの噛合開始の状態を示す説明図である。
【図８】別例のピニオンギアの噛合途中の状態を示す説明図である。
【図９】別例のピニオンギアの噛合完了の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
６ スタータ（スタータ手段）
７ 出力軸
８ メインギア
９ シザースギア
１０ ピニオンギア
１３ ばね（付勢手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の始動時に、機関始動用のスタータ手段の出力軸に設けられたピニオンギアを内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアに噛合させ、上記スタータ手段にてクランク軸を回転駆動可能な内燃機関の始動装置において、
   上記ピニオンギアを、上記出力軸に固定され回転駆動方向側の歯面に上記リングギア側に向けて傾斜するテーパ状のガイド面が形成されたメインギアと、該メインギアに先行して上記リングギアに噛合され、上記メインギアに対して同一歯数で、且つ、付勢手段にて上記出力軸を中心として特定方向に歯の位相がずれるように回動付勢されたシザースギアとから構成したことを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 内燃機関の始動時に、機関始動用のスタータ手段の出力軸に設けられたピニオンギアを内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアに噛合させ、上記スタータ手段にてクランク軸を回転駆動可能な内燃機関の始動装置において、
   上記リングギアは、回転駆動方向側の歯面に上記ピニオンギア側に向けて形成される面取りの角度を緩やかにし、
   上記ピニオンギアを、上記出力軸に固定されたメインギアと、該メインギアより後に上記リングギアに噛合され、上記メインギアに対して同一歯数で、且つ、付勢手段にて上記出力軸を中心として特定方向に歯の位相がずれるように回動付勢され、該付勢方向側の歯面に上記リングギア側に向けて傾斜するガイド面を形成したシザースギアとから構成したことを特徴とする内燃機関の始動装置。
3. 上記ピニオンギアが上記リングギアから離脱しているときに、該ピニオンギアの厚みは、上記リングギアの歯溝の幅よりも大であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の始動装置。

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