JP3838868B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロントハウジングに形成したフランジを介してエンジン側に取り付けるエンジン始動装置に係り、とりわけ大型ディーゼルエンジンに適するように改良を施したエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエンジン始動装置としては、図９に示すものがある。このエンジン始動装置８０におけるフロントハウジング５０は、電動機５１のハウジング５２に対して軸回りに回転調節可能に取り付けられている。電動機５１の回転軸５３は、インターナルギア型の減速機５４を介して駆動軸５５に非同軸的に連結されている。
このフロントハウジング５０には、複数の取付け穴５８が形成されたフランジ５９が設けられている。このフランジ５９をフロントハウジング５０とともに回転操作して取付け穴５８を適宜に選択することにより、エンジン側への取付け角度を調整している。
【０００３】
そして、エンジンの始動時には、電磁式プランジャー６０及びレバー６１の作動に伴い、電動機５１における回転軸５３の回転力は、減速機５４およびオーバーランニングクラッチ５６を介してピニオン５７に伝わり、リングギア（図示せず）を回転してエンジンのクランク（図示せず）を駆動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、大型ディーゼルエンジンには高出力と耐熱性を必要とする関係上、電動機５１が大型化して径大となる傾向がある。また、電動機５１の回転軸５３と駆動軸５５との連結は、非同軸的であるので、回転軸５３と駆動軸５５とは図１０および図１１に示すように互いに偏心したオフセット位置にある。
このため、電動機５１のハウジング５２が外部にはみ出てフランジ５９の取付け穴５８を塞ぐ位置に存するようになる。ハウジング５２が外部にはみ出ることにより、エンジンＧ側への取付け時、図１２に記号Ｓで示すようにエンジンＧ側に対する干渉が生ずる。
また、図９に示すようにハウジング５２のはみ出し部分が邪魔となって電動機５１のハウジング５２に沿ってソケットレンチ６４のソケット部６５を取付けボルト６２の頭部６３に嵌められなくなる。このため、簡易な工具として常用されるソケットレンチ６４では取付けボルト６２を締め付けることが不可能になる。
【０００５】
この場合には、ソケットレンチ６４の代わりにスパナ等を用いて重量の嵩む本体を支えながら取付けボルト６２を少しづつ締め込まざるを得ず、手間取りがちで作業性が低下する不都合がある。
また、図１３に示すコンベンショナル型の大型ディーゼル用のエンジン始動装置７２では、耐熱性および大出力が必要とされる。このため、電動機７０のハウジング７１が径大となり、電動機７０のハウジング７１がフランジ６８の取付け穴６９を塞ぐ位置に存する。この場合、図９のエンジン始動装置８０と同様にハウジング７１が邪魔になってソケットレンチ７３により取付けボルト７４を締め付けられない不都合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされ、その目的は電動機の小型および軽量化を図り得て取扱い易くなるとともに、エンジン側に対する干渉がなくなるとともに、簡易な工具により取付け部材をエンジン側に迅速かつ楽に装着し得、取付け作業性が大幅に向上するエンジン始動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１について）
フロントハウジングは、取付け穴を有するフランジを一体的に形成し、センターケーシングに軸回りに回転調節可能に連結される。
このセンターケーシングとフロントハウジングは、電動機の回転軸と同軸的で、この回転力を減速用の遊星歯車機構を介して受ける駆動軸を両端支持する。
エンジンの始動時には、電磁式プランジャーによりレバーを回動し、クラッチを介してピニオンを駆動軸に沿って移動させリングギヤに噛合してエンジンを始動する。
フロントハウジングは、センターケーシングの軸方向端面にセンターケーシングの胴部寸法と略同径寸法の位置で固定されている。
電動機のハウジングの外径寸法をこのハウジングを中心として取付け部材の頭部に内接する内接円よりも径小に設定し、工具がハウジングに沿って取付け部材の頭部に対して係脱可能とした。
【０００８】
このように、フロントハウジングがセンターケーシングに軸回りに回転調節可能に連結されることにより、単一の本体で取付け位置の異なる多機種のエンジンに対応でき、汎用化ないしは標準化が図られる。
また、電動機の回転軸と駆動軸とを同軸的に連結し、ハウジングの外径寸法を取付け部材の頭部の内接円よりも径小とし、着脱用の工具がハウジングに沿って取付け部材の頭部に係脱可能となるようにした。これにより、電動機の小型および軽量化が図られて取扱いが容易になる。さらに、エンジン側に対する干渉がなくなり、工具により取付け部材をエンジン側に迅速かつ楽に装着し得て取付け作業性が大幅に向上する。
フロントハウジングは、センターケーシングの軸方向端面にその胴部寸法と略同径寸法の位置で固定されているため、フランジの径方向への突出量を最小に抑えることができる。これにより、組付時などにフランジが他の部材や取付工具に干渉しない突出寸法範囲に設定することができる。
また、フロントハウジングは、フランジを一体的に形成しているので、不安定な別体のフランジを回転操作することなく、フロントハウジング自体を回転操作することにより、フランジをセンターケーシングに対して軸回り方向に容易に回転調節できてエンジン側に対する取付性の向上に寄与する。
【０００９】
また、ピニオンとともに遊星歯車機構およびクラッチを設けた駆動軸は両端支持であるため、クラッチがオーバーハング型であっても内径、外径および取付けインロー径に対する制約が緩和される。このため、フロントハウジングを支障なく厚肉化できて強度的に有利となり、ディーゼルエンジンの始動時に特有の衝撃等にも十分耐えることができる。
【００１０】
（請求項２について）
ハウジングの外径は、工具としてのソケットレンチのソケット部を取付け部材の頭部に被せた状態で、ハウジングを中心にしたソケット部に対する内接円よりも径小となるようにした。
このため、電動機の小型および軽量化が図られ取扱いが容易になるとともに、エンジン側に対する干渉がなくなり、工具として簡易なソケットレンチにより取付け部材をエンジン側に迅速かつ楽に装着し得て取付け作業性が大幅に向上する。
【００１１】
（請求項３について）
ハウジングに連結されたエンドフレームおよびセンターケーシングにはリブ状のボス部が形成されている。そして、ボス部同士を連結してハウジングを中間で挟持する。このようなボス部の外表面同士を結ぶ包絡面は、取付け部材に対する工具の係脱経路の領域外に存するように設定した。
このため、スルーボルトを締め込むボス部が取付け部材の取付け操作の邪魔にならず、エンジン側への干渉もなくなり取付け作業性が一層向上する。
【００１２】
（請求項４について）
電動機のハウジングの外径寸法を１００から１１８ｍｍの範囲に設定するとともに、遊星歯車機構の減速ギヤ比を３．８から４．４の範囲内に設定した。
これにより、電動機のハウジングの外径寸法が１３０ｍｍに相当する大型ディーゼルエンジン（１０〜１６リットル）と同等の耐熱性を発揮でき、優れた耐熱性を持ちながらも電動機の小型および軽量化が図られる。
【００１３】
（請求項５について）
フロントハウジングとセンターケーシングとの間には、クラッチの外周縁部に接触、あるいはダストが浸入しない程度の隙間をもって環状のダストシールを挟持する状態に設けた。
これにより、センターケーシングが外部から遮断され、故障の原因となる塵埃がセンターケーシング内に進入せず防塵性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を大型ディーゼルエンジンに適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。
大型ディーゼルエンジン（１０〜１６リットル）用のエンジン始動装置１を示す図１において、電動機３はハウジング２と、このハウジング２内に設けられた固定子４と、この固定子４と同心的に配置された回転子５と、この回転子５に嵌着された回転軸３ａを有している。このハウジング２の後端部にはエンドフレーム６が連結され、前端部にはセンターケーシング７が連結されている。
【００１５】
このセンターケーシング７の前端面には、図２に示すように螺子穴８が多数（例えば２１個）形成されている。９は開口縁部にフランジ１０を一体的に形成したフロントハウジングで、これには螺子穴８に対応する穴部１１を有している。このフランジ１０には、取付け穴１３を有する耳部１４が等角度間隔で三箇所に一体形成されている。そして、ボルト１２を穴部１１から任意の螺子穴８に締め込むことにより、図３に示すようにフロントハウジング９の開口縁部をセンターケーシング７に軸回りに回転調節可能に連結し、エンジン側への取付け角度を調整している。すなわち、フロントハウジング９は、ボルト１２の締め込み箇所から分かるように、センターケーシング７の軸方向端面７Ａにセンターケーシング７の胴部寸法Ｄｘと略同径寸法Ｄｙの位置で固定されている（図１参照）。
なお、耳部１４は三箇所に限られず、所望に応じて増減でき、これに伴い取付け穴１３の数も耳部１４に応じて任意に設定できる。
【００１６】
この場合、ハウジング２は、エンドフレーム６およびセンターケーシング７と略同径となっており、取付け部材としての取付けボルト１５をフランジ１０の取付け穴１３からエンジン側のブラケット部材（図示せず）に締め込むことにより、エンジン始動装置１が取付けられる。
そして、電動機３のハウジング２の外径寸法Ｄ１は、図４に示すようにハウジング２を中心にして取付けボルト１５の頭部１５ａが内接して形成する内接円の径寸法Ｄ２よりも小さく設定している。これにより、着脱用の工具（図示せず）の軸部がハウジング２に沿い、その工具の頭部（図示せず）が取付けボルト１５の頭部１５ａに対して係脱可能となるようにしている。
【００１７】
簡易な工具としてソケットレンチ１６を用いる場合には、ハウジング２の外径寸法は、ソケットレンチ１６のソケット部１６ａを取付けボルト１５の頭部１５ａに被せた状態で、ハウジング２を中心としてソケット部１６ａに内接する内接円の径寸法よりも小に設定することができる。これにより、図１に示すようにソケットレンチ１６の軸部１６ｂをハウジング２に沿わせながら、ソケット部１６ａを取付けボルト１５の頭部１５ａに対して係脱することができる。
【００１８】
また、エンドフレーム６およびセンターケーシング７の外周部には、リブ状のボス部３６、３７が突き出るように形成されている。これらのボス部３６、３７同士はスルーボルト３８により連結し、ハウジング２を中間で挟持する。
これらボス部３６、３７の外表面同志を結ぶ包絡面Ｅは、図４に示すように工具の取付けボルト１５に対する係脱経路Ｍの領域外に存するようにしている。このため、ソケットレンチ１６といった工具を取付けボルト１５の頭部１５ａに対して支障なく係脱することができる。
【００１９】
この一方、電動機３の回転軸３ａは、センターケーシング７内に延出し、サンギア１７を嵌着して遊星ギア１８およびインターナルギア１９から成る減速用の遊星歯車機構２０に連結されている。この遊星歯車機構２０の遊星ギア１８の前端部は、回転軸３ａと同軸的に配置された駆動軸２１の後端面に嵌め込まれ、インターナルギア１９はセンターケーシング７の内周面に固定されている。
この駆動軸２１の後端部は、センターケーシング７内に設けられた軸受２２に支持され、前端部はフロントハウジング９の先端部に設けられた軸受２３に支持されている。この駆動軸２１には、オーバーランニングクラッチ２４とともにピニオン２５が軸方向に往復移動可能となるように設けられている。
【００２０】
２６は電磁式プランジャーで、これは電動機３のハウジング２およびセンターケーシング７の上に設置されている。電磁式プランジャー２６において、２７は電磁コイルで、これの内部には圧縮コイルスプリング３０を介してロッド２９を収容したプランジャー２８が設けられている。このロッド２９のプランジャー２８から外部に突き出た部分には、コンタクトブリッジ３１が取り付けられ、固定接点３２、３３に対向する状態に位置している。
【００２１】
３４はピン３５により回動可能に支持されたレバーで、これの上端部はプランジャー２８の前端部に揺動可能に取り付けられ、下端部はオーバーランニングクラッチ２４のハブ２４ａに係合されている。
なお、フロントハウジング９のフランジ１０とセンターケーシング７の前端部との間には、内周縁部３５ａがオーバーランニングクラッチ２４の外周縁部に接触、あるいはダストが浸入しない程度の隙間をもって環状のダストシール３５ｂが挟持され、外部の塵埃がセンターケーシング７内に進入するのを防いでいる。
【００２２】
上記構成にて大型ディーゼルエンジンの始動キーを操作すると、電磁式プランジャー２６の電磁コイル２７が通電され、電磁吸引力によりプランジャー２８をロッド２９とともに図１の矢印Ａで示す方向に移動する。これに伴い、レバー３４がピン３５を中心に同図の矢印Ｂで示す方向に回動する。
このため、オーバーランニングクラッチ２４とともにピニオン２５を駆動軸２１に沿って同図の矢印Ｃで示す方向に往移動し、ピニオン２５がリングギア（図示せず）に噛合する。
プランジャー２８の矢印Ａ方向の移動により、ロッド２９がコンタクトブリッジ３１を固定接点３２、３３に弾接させて電動機３の通電回路を閉じる。これに伴い、電動機３の回転軸３ａが回転し、この回転力が遊星歯車機構２０のサンギヤ１７およびインターナルギヤ１９に沿う遊星ギア１８を介して駆動軸２１に伝わる。駆動軸２１の回転力は、オーバーランニングクラッチ２４を介してピニオン２５に伝達され、リングギアの回転によりクランクが駆動されて大型ディーゼルエンジンが始動する。
【００２３】
上記構成では、全体の小型化および軽量化の要請から電動機３のハウジング２を径小化したが、このハウジング２の外径寸法Ｄ１は、フランジ１０の取付け穴１３のピッチφ１４６ｍｍおよびソケット部１６ａの外径２８ｍｍ（北米仕様ＳＡＥ Ｎｏ．３に準拠）を考慮すると、φ１４６ｍｍ−｛（２８／２）ｍｍ＋（２８／２）ｍｍ｝＝φ１１８ｍｍとなる。
このため、電動機３のハウジング２の外径寸法Ｄ１は、φ１１８ｍｍ以下にする必要があり、電動機３を軸方向に長寸化することなくφ１３０ｍｍの大型ディーゼルエンジンと同等の耐熱性および出力を確保する要請がある。
【００２４】
通常、エンジン始動装置１の耐熱性は、電動機３の容積とエンジン始動装置１への通電電流との関係で成り立つ。つまり、電動機３の容積｛（Ｄ１）² ×Ｌ｝はエンジン始動装置１への通電電流に比例する関係がある。
このため、電動機３のハウジング２を径小化すれば、耐熱性が外径寸法Ｄ１の２乗で低下する分だけエンジン始動装置１への通電電流を低減する必要がある。この通電電流を低減するには、エンジン始動装置１のトルクを上昇させる必要がある。
【００２５】
例えば、現状のトルクが６ｋｇｆ・ｍ／１４００Ａとすれば、トルクカーブを上昇させて同トルクの６ｋｇｆ・ｍで１０００Ａに低減することが考えられる。これは、エンジン始動装置１内の遊星歯車機構２０の減速比｛ｉ＝（サンギア１７の歯数＋インターナルギア１９の歯数）／（サンギア１７の歯数）｝を大きくすることにより可能となることが判明した。
【００２６】
そこで、詳細に検討・試作・評価した結果、耐熱性および必要な出力を満足する電動機３のハウジング２の外径寸法Ｄ１と遊星歯車機構２０の減速比ｉとの関係を見い出した。
図５はハウジング２の外径寸法Ｄ１とエンジン始動装置１への通電電流との関係を示すグラフである。このグラフは、バッテリー（ＳＡＥ １０００Ａ／８ｖ）で駆動可能な回数を基準とし、３０秒間通電して９０秒間断電するサイクルで評価した。この図５によれば、ハウジング２の外径寸法Ｄ１をφ１１８ｍｍ以下とするには、エンジン始動装置１への通電電流を１４００Ａから１０００Ａ以下に減少させる必要がある。
【００２７】
また、図６はエンジン始動装置１への通電電流と遊星歯車機構２０の減速比ｉとの関係を示す。この図６によれば、エンジン始動装置１への通電電流を１０００Ａ以下に減少させるには、減速比ｉを３．８以上にする必要がある。
つぎに、必要な出力５ｋＷを満足させるには、図７からハウジング２の外径寸法Ｄ１をφ１００ｍｍ以上にすればよいことが分かる。また、ハウジング２の外径寸法Ｄ１をφ１００ｍｍ以上にするには、図６から減速比ｉを４．４以下にする必要がある。
また、遊星歯車機構２０の減速比ｉが３．８〜４．４の範囲内で、ピニオン２５が自己に必要な回転数である２０００ｒｐｍを満たすには、図８からハウジング２の外径寸法Ｄ１をφ１００ｍｍ〜φ１１８ｍｍの範囲内に設定すればよいことが分かる。
【００２８】
上記の考察から、エンジン始動装置１への通電電流が１０００Ａ以下で、遊星歯車機構２０の減速比ｉが３．８〜４．４の範囲内に存するように設定した。これより、大型ディーゼルエンジン（１０〜１６リットル）に用いる場合に相当する高出力で耐熱性に優れながらも、外径寸法Ｄ１がφ１００ｍｍ〜φ１１８ｍｍの範囲内にあるハウジング２をもった小型で軽量の電動機３を実現することができる。
【００２９】
（変形例）
なお、本実施例では、取付け部材として取付けボルト１５を設けたが、ねじやビスなどであってもよく、要は取付け穴１３を介してエンジン側に固定する取付け部材であればよい。
また、取付けボルト１５の取付けにソケットレンチ１６を工具として用いたが、軸の長いドライバーなどであってもよく、要は軸部１６ｂが電動機３のハウジング２に沿って取付け部材に対して係脱する工具であればよい。
【００３０】
また、ダストシール３５ｂは、弾性プラスチックあるいはフェルトなどの不織布から形成してもよく、要は外部の塵埃などの異物がセンターケーシング７内に進入するのを阻止するものであればよい。
その他、具体的な実施にあたっては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン始動装置の縦断面図である。
【図２】フロントハウジングを外した状態で示すエンジン始動装置の左側面図である。
【図３】エンジン側への取付け時の作用を示すエンジン始動装置の右側面図である。
【図４】エンジン始動装置の右側面図である。
【図５】エンジン始動装置への通電電流と電動機の外径寸法との関係を示すグラフである。
【図６】エンジン始動装置への通電電流と遊星歯車機構の減速比との関係を示すグラフである。
【図７】電動機の出力と電動機のハウジング外径寸法との関係を示すグラフである。
【図８】ピニオンの必要回転数、電動機のハウジング外径寸法および遊星歯車機構の減速比の関係を示すグラフである。
【図９】従来のエンジン始動装置を示す縦断面図である。
【図１０】エンジン側への取付け時の作用を示す従来のエンジン始動装置の右側面図である。
【図１１】エンジン側への取付け時の作用を示す従来のエンジン始動装置の右側面図である。
【図１２】エンジン側への干渉を起こす場合を示す従来のエンジン始動装置の右側面図である。
【図１３】大型ディーゼルエンジンに用いる従来のエンジン始動装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン始動装置
２ ハウジング
３ 電動機
３ａ 回転軸
６ エンドフレーム
７ センターケーシング
７Ａ センターケーシングの軸方向端面
９ フロントハウジング
１０ フランジ
１３ 取付け穴
１５ 取付けボルト（取付け部材）
１５ａ 頭部
１６ ソケットレンチ（工具）
１６ａ ソケット部
２０ 遊星歯車機構
２１ 駆動軸
２２、２３ 軸受
２４ オーバーランニングクラッチ（クラッチ）
２５ ピニオン
２６ 電磁式プランジャー
２８ プランジャー
２９ ロッド
３４ レバー
３５ａ 内周縁部
３５ｂ ダストシール
３６、３７ ボス部
３８ スルーボルト
Ｅ 包絡面
Ｍ 係脱経路
Ｄｘ センターケーシングの胴部寸法
Ｄｙ センターケーシングの胴部寸法で固定する際の略同径寸法

Claims (5)

1. ハウジングを有する電動機と、
   エンジン側への取付け部材を通す取付け穴を有するフランジが一体的に形成されたフロントハウジングと、
   このフロントハウジングと前記ハウジングとの間に同軸的に配置され、前記ハウジングと略同径となるように形成され、前記フロントハウジングが前記フランジを介して軸回りに回転調節可能に連結されるセンターケーシングと、
   前記センターケーシング内の軸受と前記フロントハウジング内の軸受とにより両端が支持されるとともに、前記電動機の回転軸に同軸的に連結され、この回転軸からの回転力を減速用の遊星歯車機構を介して受ける駆動軸と、
   この駆動軸に軸方向に往復移動可能に取り付けられ、前記駆動軸の回転力をクラッチを介して受けるピニオンと、
   エンジンの始動時にレバーを回動し、前記クラッチを介して前記ピニオンを移動してリングギヤに噛合し、エンジンを始動する電磁式プランジャーとを備え、
   前記フロントハウジングは、前記センターケーシングの軸方向端面に前記センターケーシングの胴部寸法と略同径寸法の位置で固定され、
   前記取付け部材を前記取付け穴に通した状態で、前記電動機の前記ハウジングの外径寸法がこのハウジングを中心として前記取付け部材の頭部に内接する内接円の径寸法よりも小となるように設定し、工具が前記ハウジングに沿って前記取付け部材の前記頭部に係脱可能となるようにしたことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記工具はソケットレンチであり、前記ハウジングの外径寸法が、前記ソケットレンチのソケット部を前記取付け部材の頭部に被せた状態で、前記ソケット部の内接円の径寸法よりも小となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記ハウジングの前記センターケーシングとは反対側に連結されたエンドフレームと、
   このエンドフレームおよび前記センターケーシングにそれぞれ形成されたリブ状のボス部と、
   これらのボス部同士を連結して前記ハウジングを中間で挟持するスルーボルトとを備え、
   これらボス部の外表面同士を結ぶ包絡面は、前記取付け部材に対する前記工具の係脱経路の領域外に存するように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
4. 前記電動機の前記ハウジングの外径寸法を１００から１１８ｍｍの範囲に設定するとともに、前記遊星歯車機構の減速ギヤ比を３．８から４．４の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
5. 前記フロントハウジングと前記センターケーシングとの間には、内周縁部が前記クラッチの外周縁部に接触、あるいはダストが浸入しない程度の隙間をもって環状のダストシールが挟持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。

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