JP4127289B2 - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動機の駆動による機関出力軸の強制回転を通じて機関始動を行う内燃機関の始動装置に関するものである。
一般に、車両用の内燃機関の始動装置には、始動用の電動機の駆動力をクランクシャフトなどの機関出力軸に伝達するための動力伝達機構が設けられている。この動力伝達機構としては、例えば以下のような構造のものが知られている(例えば特許文献1参照)。
動力伝達機構は、機関側伝達部材や、電動機側伝達部材、ワンウェイクラッチなどにより構成されている。電動機側伝達部材は、ボルト締結などによって機関出力軸に締結固定されており、同機関出力軸と一体回転する。電動機側伝達部材は、機関出力軸に対して回転可能に設けられる一方、電動機の回転軸に連結される。ワンウェイクラッチは、機関側伝達部材と電動機側伝達部材との間に設けられて、それらの間における回転力の伝達のうち、電動機側伝達部材(詳しくは電動機)から機関側伝達部材(詳しくは機関出力軸)への回転力の伝達のみを許容する。
こうした動力伝達機構を有する内燃機関の始動装置では、機関始動要求に基づいて電動機が駆動されるとワンウェイクラッチが係合状態になり、このとき同電動機の回転力がワンウェイクラッチを介して機関出力軸に伝達される。そして、内燃機関が完爆状態になる、換言すれば電動機の力を借りることなく内燃機関が自律回転するようになると、ワンウェイクラッチは開放状態になり、これによって機関出力軸と電動機との駆動連結が解除される。
また上記始動装置では、機関出力軸や機関側伝達部材、並びに電動機側伝達部材によって仕切られた動力伝達機構の内部に機関本体側から潤滑オイルが供給されることによって、同動力伝達機構の潤滑が行われる。そして、機関側伝達部材と電動機側伝達部材との間や機関本体と電動機側伝達部材との間には、動力伝達機構の内部からの潤滑オイルの漏れをシールするシール部材が設けられている。
特開2004−169668号公報
ところで、上述した動力伝達機構にあって、機関側伝達部材の上記機関出力軸に対する取り付け部分には、同部分からの潤滑オイルの漏れを防止するための特段のシール処理が施されていない。ただし、機関側伝達部材は機関出力軸に締結固定されており、それらの接触面の面圧が高められているために、上記動力伝達機構は上記取り付け部分からの、すなわち機関出力軸と機関側伝達部材との間からの潤滑オイルの漏れが生じ難い構造であると云える。とはいえ、動力伝達機構内からの潤滑オイルの漏れを的確にシールするためには、それら機関出力軸および機関側伝達部材の間にもシール処理を施すことが望ましい。
ここで、そうした部分に、ガスケットやOリング等のシール部材を介在させるといったシール処理を施すことが考えられる。これにより、上記取り付け部分、ひいては動力伝達機構のシール性能の向上を図ることができる。
しかしながら、機関側伝達部材は機関始動時において機関出力軸を強制的に回転させるべく非常に大きい回転力を伝達するものであるために、動力伝達機構の信頼性を高く維持するためには、そうした機関側伝達部材と機関出力軸とを強固に結合する必要がある。そのため上述したシール処理を採用すると、機関出力軸に対する機関側伝達部材の締結固定に際してシール部材が過度に変形してしまうために、上記取り付け部分のシール性能を十分に高くすることができなくなってしまう。また、そのシール性能を十分に高くするために、機関出力軸に対する機関側伝達部材の締結力を小さくすると、当然のことながら、機関出力軸と機関側伝達部材との結合強度を十分に高めることができなくなってしまう。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関側伝達部材と機関出力軸との結合強度を高く維持しつつ、動力伝達機構のシール性能の向上を図ることのできる内燃機関の始動装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、機関出力軸に締結固定される機関側伝達部材と、前記機関出力軸に対して回転可能に設けられ且つ機関始動用の電動機の回転軸に連結される電動機側伝達部材と、前記機関側伝達部材および前記電動機側伝達部材の間に設けられてそれら部材間における回転力伝達のうちの前記電動機側伝達部材から前記機関側伝達部材への回転力伝達のみを許容するワンウェイクラッチと、前記機関側伝達部材および前記電動機側伝達部材の間、機関本体および前記電動機側伝達部材の間にそれぞれ設けられるシール部材とを有してなる動力伝達機構を備え、前記機関本体側から前記動力伝達機構の内部への潤滑オイルの供給を通じて同動力伝達機構の潤滑を行う内燃機関の始動装置において、前記機関出力軸と前記機関側伝達部材との接触部分における同機関出力軸側の接触面および前記機関側伝達部材側の接触面のうちの一方に、部分的に凹む形状の凹部が前記機関出力軸の周方向全周にわたり形成されてなることをその要旨とする。
上記構成によれば、上記凹部が形成されないものと比較して、機関出力軸と機関側伝達部材とが実際に接触する面の総面積を小さくしてその接触面に作用する面圧を高くすることができ、その接触部分、ひいては動力伝達機構のシール性能を向上させることができる。しかも、機関出力軸と機関側伝達部材との間にシール部材が介在しない構成であるために、機関出力軸への機関側伝達部材の締結固定を通じて、機関側伝達部材と機関出力軸との結合強度を高く維持することもできる。
なお上記凹部としては、幾何学模様状に凹部を形成することや、迷路状に延びる溝を形成することなどの他、請求項2によるように、前記機関出力軸の軸心周りを渦巻き形状で延びる溝を形成することができる。
そうした渦巻き形状で延びる溝の中でも、請求項3によるように、レコード盤の溝形状で延びる一本の溝を形成することにより、同溝を切削加工によって容易に形成することができる。
また前記凹部としては、請求項4によるように、前記機関出力軸の軸心周りを円形状で延びる複数の溝を形成することができる。
そうした複数の溝として、請求項5によるように、同心円の溝を形成することにより、それら溝を切削加工によって容易に形成することができる。
請求項6に記載の発明は、請求項2〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、前記溝は、前記機関出力軸と交差する方向における前記接触面の断面形状が鋸歯形状となる方向に延設されることをその要旨とする。
上記構成によれば、機関側伝達部材を機関出力軸に締結固定する際に、溝が形成された側の接触面の突出端を塑性変形させることによって、機関出力軸と機関側伝達部材との接触部分における各接触面の密接の度合いを高めることができ、同部分のシール性能を向上させることができる。したがって、動力伝達機構のシール性能を好適に向上させることができる。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の内燃機関の始動装置において、前記溝は前記接触面の全面にわたり形成されることをその要旨とする。
上記構成によれば、機関側伝達部材を機関出力軸に締結固定する前において、それら機関出力軸と機関側伝達部材とが面接触する部分がなくなる。そのため、機関側伝達部材を機関出力軸に締結固定する際に、接触面の一部に溝を形成する構成と比較して、低い面圧を作用させることによって上記溝の形成された接触面の突出端を塑性変形させることができ、上記各接触面の密接の度合いを好適に高くすることができる。
以下、本発明にかかる内燃機関の始動装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図1に、本実施の形態にかかる内燃機関の始動装置についてその動力伝達機構およびその周辺の断面構造を示す。
なお図1には、内燃機関の出力軸であるクランク軸11の軸心Cを境界として一方の側(図の上方側)のみを示している。また図1にあって、クランク軸11や、シリンダブロック12並びにボルトB以外の構成についてはその切断面のみを示している。
図1に示すように、内燃機関のシリンダブロック12とラダービーム(図示略)との間にはクランク軸11が回転可能に支持されている。このクランク軸11の一端には、フライホイール13、アウタレースプレート20、およびリングギヤ30が取り付けられている。
フライホイール13は中心部が円形に開口した略円板形状に形成されている。フライホイール13の上記シリンダブロック12に取り付けられる部分は、アウタレースプレート20と接触している。また、フライホイール13にあって上記アウタレースプレート20と接触する側の反対側には、クランク軸11の回転力を変速機に伝達するためのクラッチ機構の一部として、クラッチディスク14が取り付けられている。なお、クラッチ機構はフライホイール13とは別体に形成されていてもよい。
アウタレースプレート20は略円板形状に形成されている。アウタレースプレート20の外周部には、シリンダブロック12側に円筒形状で突出する形状のアウタレース部21が形成されている。また、このアウタレースプレート20は、上記フライホイール13と同様に、中心部が開口した形状に形成されている。
フライホイール13およびアウタレースプレート20は、その中心部の開口へのクランク軸11の端部の挿入を通じて、アウタレースプレート20、フライホイール13の順にクランク軸11に取り付けられている。そしてフライホイール13およびアウタレースプレート20は、そのようにクランク軸11の端部が挿入された状態で同クランク軸11(詳しくは、そのフランジ部15)にボルト締結によって固定される。このようにフライホイール13およびアウタレースプレート20は共に、クランク軸11と一体に回転するように構成されている。
リングギヤ30は、中心部が大きく円形に開口した略円板形状に形成されている。リングギヤ30の外周部には、その全周にわたってギヤが形成されてなるギヤ部31が設けられている。このギヤ部31は機関始動用の電動機の回転軸(図示略)に駆動連結されている。そのため、リングギヤ30は上記電動機の駆動に伴って回転するようになっている。またリングギヤ30の内周部には、上記アウタレースプレート20側に円筒形状で突出する形状のインナレース部32が形成されている。なお、このインナレース部32は、その外周面32aと上記アウタレース部21の内周面21aとが対向する形状に形成されている。さらに、リングギヤ30の外周部と内周部との間の中間部には、外周側の部分に対して内周側の部分がシリンダブロック12側に断面円形状で窪んだ形状の段差部33が形成されている。
このリングギヤ30は、ベアリング40を介して、クランク軸11に取り付けられている。ベアリング40は、具体的には、クランク軸11のフランジ部15の外周面と上記インナレース部32の内周面32bとの間に設けられる。
リングギヤ30のインナレース部32の外周面32aと上記アウタレースプレート20のアウタレース部21の内周面21aとの間には、複数のケージ51が配置されている。そして、それらケージ51、アウタレース部21、およびインナレース部32により、ワンウェイクラッチ50が構成されている。
このワンウェイクラッチ50は、アウタレースプレート20およびリングギヤ30の間における回転力伝達のうち、リングギヤ30からアウタレースプレート20への回転力伝達のみを許容するものである。
詳しくは、ワンウェイクラッチ50は、内燃機関が自律運転されるようになるタイミング以前においては、アウタレースプレート20のアウタレース部21とリングギヤ30のインナレース部32との間にケージ51が噛み込まれた状態、いわゆる係合状態になる。これによりアウタレースプレート20とリングギヤ30とが連結されて一体回転し、このとき電動機によってクランク軸11が強制回転される。
その後、内燃機関が自律運転されるようになり、クランク軸11と一体回転するアウタレースプレート20の回転が前記電動機の駆動によるリングギヤ30の回転より速くなると、ワンウェイクラッチ50は上記ケージ51の噛み込みが解除された状態、いわゆる解放状態になる。これにより、アウタレースプレート20とリングギヤ30との連結が解除される。またリングギヤ30は、ベアリング40を介してクランク軸11に設けられているために、同クランク軸11の回転によることなく独立して回転することの可能な状態になる。したがって、このときリングギヤ30は、クランク軸11の回転によることなく、電動機の出力軸の回転に伴って回転するようになる。これにより、クランク軸11の回転力によって上記電動機が駆動されることを回避して同電動機の過回転を防止することができ、また機関運転に影響を与えることなく電動機の駆動を停止することができる。
このように本実施の形態にかかる始動装置にあっては、アウタレースプレート20、リングギヤ30、ベアリング40、およびワンウェイクラッチ50等によって構成される動力伝達機構60により、内燃機関の始動に際して上記電動機の回転力がクランク軸11に伝達される。
本実施の形態では、図1中に矢印Aで示すように、クランク軸11あるいはシリンダブロック12内のオイル通路を介して、機関本体(シリンダブロック12やオイルパン(図示略))から動力伝達機構60の内部に、内燃機関の潤滑に用いられる潤滑オイルが供給される。そして、この潤滑オイルによって動力伝達機構60の潤滑、詳しくはそのベアリング40やワンウェイクラッチ50の潤滑が行われる。
上記動力伝達機構60は、その内部からの潤滑オイルの漏れを防止するためのシール部材61,62を備えている。これらシール部材61,62としては共にリング形状のものが用いられる。
上記シール部材61は、ワンウェイクラッチ50のアウタレース部21とリングギヤ30の段差部33との間に設けられる。詳しくは、シール部材61は段差部33の内周面33aに嵌合することによってリングギヤ30に固定されている。また、シール部材61の内周側に形成された主シールリップ61aと副シールリップ61bとがそれぞれアウタレース部21の外周面21bに摺動可能に接触している。そして、このシール部材61によって、アウタレースプレート20とリングギヤ30との間のオイルシールが行われる。
一方、シール部材62は、機関本体とリングギヤ30の段差部33との間に設けられる。機関本体には、シリンダブロック12および上記オイルパンそれぞれに形成された扇形状の凹部が組み合わされてなる円形状の凹部(シール嵌合部16)が形成されている。このシール嵌合部16の内周面16aは、上記段差部33の外周面33bに対向している。シール部材62は、そうしたシール嵌合部16の内周面16aに嵌合することによって機関本体に固定されている。またシール部材62の内周側に形成された主シールリップ62aと副シールリップ62bとがそれぞれ上記段差部33の外周面33bに摺動可能に接触している。そして、こうしたシール部材62によって、リングギヤ30と機関本体との間のオイルシールが行われる。
さて、本実施の形態にかかる始動装置にあっては、クランク軸11とアウタレースプレート20との接触部分における同アウタレースプレート20側の接触面20aに、クランク軸11の周方向全周にわたって延びる溝22を形成するようにしている。これにより、クランク軸11とアウタレースプレート20との結合強度を高く維持しつつ、それらクランク軸11およびアウタレースプレート20の間、ひいては動力伝達機構60のシール性能の向上を図るようにしている。
以下、上記溝22について詳細に説明する。
図2に、図1の矢印D方向から見たアウタレースプレート20の平面構造を示す。
同図2に示すように、上記溝22は、クランク軸11の軸心Cの周りを渦巻き形状で延びるように形成される。具体的には、上記溝22として、レコード盤の溝形状で延びる一本の溝が形成される。また、上記溝22は、クランク軸11(図1)とアウタレースプレート20との接触部分における同アウタレースプレート20側の接触面20aの全面にわたって形成されている。
本実施の形態によれば、上記溝22が形成されないものと比較して、クランク軸11とアウタレースプレート20とが実際に接触する面の総面積を小さくして同面に作用する面圧を高くすることができ、その接触部分、ひいては動力伝達機構60のシール性能を向上させることができる。
しかもクランク軸11とアウタレースプレート20との間にシール部材が介在しない構造であるために、クランク軸11へのアウタレースプレート20の締結固定を通じて、同アウタレースプレート20とクランク軸11との結合強度を高く維持することもできる。
また本実施の形態では、図3に示すように、上記溝22が形成されることによって、クランク軸11の軸心C(図1参照)と直交する方向におけるアウタレースプレート20の接触面20aの断面形状が鋸歯形状になっている。
そのため、図4(a)に示すように、アウタレースプレート20が上記クランク軸11に締結固定される前においては、同アウタレースプレート20の接触面20aの突出端がクランク軸11(具体的には、そのフランジ部15)の接触面11aに線接触した状態になる。
そして、その状態でクランク軸11にアウタレースプレート20が締結固定されると、図4(b)に示すように、上記接触面20aの突出端(同図中に破線で示す部分)がクランク軸11の接触面11aによって潰されて塑性変形する。このとき、上記接触面20aの突出端はクランク軸11の接触面11aに沿う形状に変形するために、それら接触面11a,20aの密接の度合いが極めて高くなり、クランク軸11とアウタレースプレート20との接触部分のシール性能も極めて高くなる。なお、図4(b)にあっては、理解を容易にするために、上記接触面20aの突出端の変形量を誇張して示している。
ここで仮に、アウタレースプレート20の接触面20aの一部のみに溝を形成すると、アウタレースプレート20がクランク軸11に締結固定される前において、同溝が形成されていない部分ではクランク軸11とアウタレースプレート20とが面接触する。そのため、そうした構成にあってアウタレースプレート20の接触面20aの突出端を塑性変形させるためには、クランク軸11へのアウタレースプレート20の締結固定に際して締結力を大きくして、同接触面20aに高い面圧を作用させる必要がある。
これに対して本実施の形態では、上記溝22が、アウタレースプレート20の接触面20aの全面にわたって形成されている。そのため、アウタレースプレート20がクランク軸11に締結固定される前において、同クランク軸11の接触面11aとアウタレースプレート20の接触面20aとが面接触している部分は殆どない。
したがって、上述した接触面20aの一部のみに溝を形成する構成と比較して、小さい締結力によってアウタレースプレート20をクランク軸11に締結固定して上記接触面20aに低い面圧を作用させることによって同接触面20aの突出端を塑性変形させることができ、各接触面11a,20aの密接の度合いを好適に高くすることができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)クランク軸11とアウタレースプレート20との接触部分における同アウタレースプレート20側の接触面20aに、クランク軸11の周方向全周にわたって延びる溝22を形成するようにした。そのため、クランク軸11とアウタレースプレート20との結合強度を高く維持しつつ、それらクランク軸11およびアウタレースプレート20の間、ひいては動力伝達機構60のシール性能を向上させることができる。
(2)前記溝22として、クランク軸11の軸心Cの周りを渦巻き形状で延びる溝であってレコード盤の溝形状で延びる一本の溝を形成するようにした。そのため、切削加工によって上記溝22を形成する場合において同溝22を一つの工程で形成することができ、溝22を容易に形成することができる。
(3)クランク軸11と交差する方向におけるアウタレースプレート20の接触面20aの断面形状が鋸歯形状となるように、前記溝22を延設するようにした。そのため、アウタレースプレート20をクランク軸11に締結固定する際に、上記接触面20aの突出端を塑性変形させることによって同接触面20aとクランク軸11の接触面11aとの密接の度合いを高めることができ、クランク軸11とアウタレースプレート20との接触部分のシール性能を向上させることができる。したがって、動力伝達機構60のシール性能を好適に向上させることができる。
(4)前記溝22を、アウタレースプレート20の接触面20aの全面にわたって形成するようにした。これにより、上記接触面20aの一部に溝を形成する構成と比較して、低い面圧を作用させることによって接触面20aの突出端を塑性変形させることができるため、同接触面20aとクランク軸11の接触面11aとの密接の度合いを好適に高くすることができる。
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・アウタレースプレート20の接触面20aの全体に溝22を形成する必要はなく、例えばアウタレースプレート20の接触面20aの外周部や内周部に溝22が形成されない部分を設定するなど、同接触面20aの一部に溝22を形成するようにしてもよい。
・クランク軸11の軸心Cの周りにおいて渦巻き形状で延びる溝であれば、レコード盤の溝形状以外の形状で延びる溝を形成するようにしてもよい。
・また、そうした渦巻き形状で延びる溝に代えて、図5に示すアウタレースプレート70のように、クランク軸11の軸心Cの周りを円形状で延びる複数の溝72を接触面70aに形成するようにしてもよい。なお同構成にあっては、上記複数の溝72を同心円の溝とすることにより、それら溝を切削加工によって容易に形成することができる。
・例えば溝の間隔を大きくするなど、同溝を、クランク軸11と交差する方向におけるアウタレースプレートの接触面の断面形状が鋸歯形状以外の形状になるように延設してもよい。
・アウタレースプレートの接触面に円形の溝を一本のみ形成するようにしてもよい。
・アウタレースプレートの接触面に、迷路状に延びる溝を、クランク軸11の周方向全周にわたって形成するようにしてもよい。
・アウタレースプレートの接触面に溝を形成することに代えて、クランク軸11の周方向全周にわたり部分的に凹む形状の凹部を形成するようにしてもよい。そうした凹部としては、例えば接触面に形成された凹部が幾何学模様になるように、円形状や多角形状の凹部を所定の間隔を置いて形成するようにすればよい。図6および図7に、そうした凹部が形成されたアウタレースプレートの一例を示す。図6に示すアウタレースプレート80には、いわゆる水玉模様になるように、その接触面80aに円形状の凹部82が所定の間隔を置いて形成されている。また図7に示すアウタレースプレート90には、いわゆる格子模様になるように、その接触面90aに四角形状の凹部92が所定の間隔を置いて形成されている。
・クランク軸11とアウタレースプレートとの接触部分におけるアウタレースプレート側の接触面に凹部を形成することに代えて、クランク軸11側の接触面11aに凹部を形成するようにしてもよい。また、各接触面の双方に凹部を形成するようにしてもよい。
本発明にかかる内燃機関の始動装置を具体化した一実施の形態についてその動力伝達機構およびその周辺の断面構造を示す断面図。 図1の矢印D方向から見たアウタレースプレートの平面構造を示す平面図。 クランク軸の軸心と直交する方向におけるアウタレースプレートの接触面の断面形状を示す断面図。 (a)および(b)クランク軸とアウタレースプレートとの接触部分の断面構造を示す断面図。 本発明を具体化した他の実施の形態のアウタレースプレートについてその平面構造を示す平面図。 本発明を具体化した他の実施の形態のアウタレースプレートについてその平面構造を部分的に拡大して示す平面図。 本発明を具体化した他の実施の形態のアウタレースプレートについてその平面構造を部分的に拡大して示す平面図。
符号の説明
11…クランク軸、11a…接触面、12…シリンダブロック、13…フライホイール、14…クラッチディスク、15…フランジ部、16…シール嵌合部、16a…内周面、20,70,80,90…機関側伝達部材としてのアウタレースプレート、20a,70a,80a,90a…接触面、21…アウタレース部、21a…内周面、21b…外周面、22,72…溝、30…電動機側伝達部材としてのリングギヤ、31…ギヤ部、32…インナレース部、32a…外周面、32b…内周面、33…段差部、33a…内周面、33b…外周面、40…ベアリング、50…ワンウェイクラッチ、51…ケージ、60…動力伝達機構、61,62…シール部材、61a,62a…主シールリップ、61b,62b…副シールリップ、82,92…凹部。

Claims (7)

  1. 機関出力軸に締結固定される機関側伝達部材と、前記機関出力軸に対して回転可能に設けられ且つ機関始動用の電動機の回転軸に連結される電動機側伝達部材と、前記機関側伝達部材および前記電動機側伝達部材の間に設けられてそれら部材間における回転力伝達のうちの前記電動機側伝達部材から前記機関側伝達部材への回転力伝達のみを許容するワンウェイクラッチと、前記機関側伝達部材および前記電動機側伝達部材の間、機関本体および前記電動機側伝達部材の間にそれぞれ設けられるシール部材とを有してなる動力伝達機構を備え、前記機関本体側から前記動力伝達機構の内部への潤滑オイルの供給を通じて同動力伝達機構の潤滑を行う内燃機関の始動装置において、
    前記機関出力軸と前記機関側伝達部材との接触部分における同機関出力軸側の接触面および前記機関側伝達部材側の接触面のうちの一方に、部分的に凹む形状の凹部が前記機関出力軸の周方向全周にわたり形成されてなる
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記凹部として、前記機関出力軸の軸心周りを渦巻き形状で延びる溝が形成されてなる
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記凹部は、レコード盤の溝形状で延びる一本の溝である
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  4. 請求項1に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記凹部として、前記機関出力軸の軸心周りを円形状で延びる複数の溝が形成されてなる
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記複数の溝は、同心円の溝である
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  6. 請求項2〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記溝は、前記機関出力軸と交差する方向における前記接触面の断面形状が鋸歯形状となる方向に延設される
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
  7. 請求項6に記載の内燃機関の始動装置において、
    前記溝は前記接触面の全面にわたり形成される
    ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
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