JP4143887B2 - 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、自動車に好適なエンジン始動装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としては、特開平９−５３５４７号公報および特開平９−５３５４８号公報に開示されたエンジン始動装置がある。このエンジン始動装置では、エンジンのクランク軸に接合されたクラッチ外輪を、減速ギヤを介してスタータモータにより回転駆動されるクラッチ内輪から駆動するワンウェイクラッチを使用している。エンジンとスタータとの間には、このワンウェイクラッチがあるだけで減速ギヤはあっても変速機は介在しないので、エンジンのクランク軸とスタータモータとの間の減速比は、所定の値に定まっており可変ではない。
【０００３】
このような従来技術のエンジン始動装置によれば、エンジン始動時にピニオンが突出してエンジンのリングギヤに噛み合う方式のスタータと異なり、ピニオンの突出機構をもたない分だけスタータの構成が簡素であるうえに、ピニオンの寿命も長い。すなわち、ピニオン突出式のスタータと違って、ピニオンの先端面がリングギヤに衝突して徐々に変形していずれは噛み合いに不具合を生じるという不都合が生じることがない分、信頼性にも優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、前述のようにエンジンのクランク軸とスタータモータとの間の減速比が一定であるので、スタータモータは最も厳しい運用条件に適合させる必要がある。ここで、最も厳しい運用条件とは、たとえば、冬場の低温環境に長時間放置された場合である。この場合には、エンジンの潤滑油が固まってたいへん大きな粘性をもつようになるので、エンジンをクランキングするにはたいへん大きな駆動トルクが必要になる。それゆえ、スタータモータに対する軸出力の要求は大きくなり、出力が高い大きなスタータモータが必要とされる。その結果、スタータモータの体格が大きくなり重量も増大するので、エンジンルーム内の収容容積の面からも小型軽量化の面からも不利な設計を強いられることになる。
【０００５】
そこで本発明は、従来技術よりもスタータモータを小型軽量化することが可能なエンジン始動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明した。
【０００７】
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載のエンジン始動装置である。すなわち、本手段のエンジン始動装置の大きな特徴は、次のように四つある。第一の特徴は、スタータのピニオンがリングギヤに常に噛み合っていることである。第二の特徴は、スタータがスタータクラッチおよびトランスミッションを介してエンジンのクランク軸に接続されることである。第三の特徴は、リングギヤがスタータクラッチを介してトランスミッションの出力軸に切り離し可能に接続されていることである。第四の特徴は、トランスミッションの出力軸とプロペラシャフトとの間にメインクラッチが配設されていることである。なお、本手段の特徴はこれだけに限定されるものではない。
【０００８】
本手段では、エンジンを始動するに際し、スタータクラッチを接続しておき、メインクラッチは切り離しておく。すると、スタータモータに駆動されるピニオンが、リングギヤに噛み合っており、リングギヤの回転がトランスミッションを介してエンジンのクランク軸の回転につながる。それゆえ、スタータモータを回転させれば、エンジンをクランキングして始動することができる。
【０００９】
この際、トランスミッションは、設計された範囲内で変速比を変更することができるので、エンジンや潤滑油の温度などの諸条件に応じて、トランスミッションのギヤ比を適正に設定することが可能になる。それゆえ、スタータモータからクランク軸に至るまでの減速比を諸条件に合わせて適正に変更することができるようになるので、スタータモータが発揮すべき駆動トルクや軸出力に過大な要求がなされなくなる。その結果、低温時などの最悪の始動条件下でも、スタータモータへの要求が緩和されるので、従来技術よりもスタータモータの軸出力が小さくても済むようになり、スタータモータが小型軽量化される。
【００１０】
なお、エンジンが始動したらスタータクラッチは切り離され、リングギヤ、ピニオンおよびスタータモータは、トランスミッションの出力軸から切り離されるので、ピニオンはリングギヤに噛み合ったまま停止する。そして、搭載車両を発進させる場合には、メインクラッチを緩やかにつないでプロペラシャフトに徐々に駆動トルクを伝達し、滑らかに搭載車両を発進させることができる。逆に、搭載車両が停止する際には、メインクラッチが速やかに切り離され、プロペラシャフトが回転を停止してもエンジンはアイドリングを続けることができる。もちろん、搭載車両の停止中には、アイドルストップを行ってもかまわない。
【００１１】
したがって、本手段のエンジン始動装置によれば、次のような二つの効果が得られる。
【００１２】
第一に、始動時の諸条件に合わせてスタータモータからクランク軸に至るギヤ比を適正に変更することができるので、スタータモータの駆動トルクや軸出力に対する要求が緩和され、スタータモータを小型軽量化することができるようになるという効果がある。
【００１３】
第二に、スタータのピニオンがリングギヤに常に噛み合っておりピニオン突出機構がスタータにないので、スタータの構成が簡素になりスタータの信頼性も向上するという効果がある。
【００１４】
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載のエンジン始動装置である。すなわち、本手段のエンジン始動装置は、トランスミッションとして、減速比を連続的に変更することができるＣＶＴ（無段変速トランスミッション）を採用している。
【００１５】
本手段では、ＣＶＴの採用によりスタータモータからクランク軸に至る減速比をより大きく取ることができるので、スタータモータの駆動トルクに対する要求をよりいっそう緩和することができる。また、ＣＶＴは段階的にではなく連続的に減速比を変更することができるので、諸条件に合わせて設計の範囲内で最適な減速比を実現することができる。さらに、ＣＶＴは、始動中のエンジンの状態に合わせてスタータモータの回転中にも連続的に減速比を変更することができるので、始動中のエンジンの状態に合わせてエンジン始動中にも最適に減速比を調整していくことができる。
【００１６】
それゆえ、エンジン始動装置の初期に最適な減速比を実現できるばかりではなく、エンジン始動間中に時間変化する最適な減速比を保ち続けることができるようになる。その結果、スタータモータの駆動トルクや軸出力に対する要求だけではなく、スタータモータの最大回転数に対する要求も緩和され、スタータモータの設計および製造が容易になる。
【００１７】
したがって、本手段のエンジン始動装置によれば、前述の第１手段の効果に加えて、エンジン始動の最初から最後に至るまで最適な減速比を実現し続けることができるので、スタータモータの設計および製造がより容易になるという効果がある。
【００１８】
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載のエンジン始動装置である。すなわち、本手段のエンジン始動装置は、スタータクラッチとして遠心式のワンウェイ・カムクラッチを採用している。
【００１９】
本手段では、エンジンが自立運転をしており、トランスミッションの出力軸に接続された内輪の回転数がアイドル時の回転数以上である場合には、内輪と共に回転する各カムが遠心力によって回動し、内輪および外輪と接触しない。すなわち、各カムが内輪の外周面にも外輪の内周面にも接触しないので、内輪と外輪との間は力学的に切り離されており、外輪に固定されたリングギヤがエンジンに駆動される内輪に連れ回りすることはない。
【００２０】
逆に、エンジンが停止しており内輪も停止している場合には、各カムに遠心トルクが作用しなくなるので、各カムを付勢するスプリングなどの作用により、各カムは一端で外輪の内周面に接触し、他端で内輪の外周面に接触する。これら二つの接触点はカムクラッチの半径線に対してストラットアングルをもって傾いているので、外輪がスタータにより回転駆動されると、各カムを介して内輪に回転トルクが伝達され、内輪も各カムと共に外輪に連れ回りする。それゆえ、エンジン始動に際して、スタータによりリングギヤを介して外輪が回転駆動されると、トランスミッションを介してクランク軸に接続されている内輪も回転駆動され、エンジンがクランキングされて始動するに至る。
【００２１】
そして、エンジンが始動して自立回転を始めその回転数が高まり、内輪の回転数が外輪の回転数を越えると、摩擦力および遠心トルクによって各カムが回動して内輪および外輪と非接触の状態になる。すると、前述のように外輪が停止した状態で内輪が自由に回転することができるようになり、スタータクラッチとしてのカムクラッチは切り離される。
【００２２】
このようにカムクラッチは、電磁クラッチなどとは異なり、外部からいっさい操作しなくても自動的に適正に切り離しと接続とを行うので、構成が簡素で安価なうえに信頼性が高く保守も容易である。
【００２３】
したがって、本手段のエンジン始動装置によれば、前述の第１手段の効果に加えて、スタータクラッチの構成が簡素で安価なうえに信頼性が高く保守も容易になるという効果がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のエンジン始動装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
【００２５】
［実施例１］
（実施例１の構成）
本発明の実施例１としてのエンジン始動装置は、ＦＲ型の自動車に搭載され、図１に示すように、エンジンＥから車輪Ｗに至るまでのパワートレイン（動力伝達系）の中間部に配設されている。
【００２６】
搭載車両のパワートレインは、エンジンＥの駆動力の伝達経路に沿って順に、エンジンＥのクランク軸Ｃ、本実施例のエンジン始動装置１０、プロペラシャフトＰ、ディファレンシャルギヤＤ、一対の車軸Ｓおよび車輪Ｗを有する。クランク軸Ｃには、フライホイールＦが固定されている。また、エンジン始動装置１０とプロペラシャフトＰとは、図示しないユニバーサルジョイントによって接続されている。
【００２７】
本実施例のエンジン始動装置１０は、トランスミッション１、スタータクラッチ２、メインクラッチ３およびスタータ４を有する。
【００２８】
トランスミッション１は、エンジンＥのクランク軸Ｃに接続された変速可能な回転動力伝達装置であり、具体的には、その減速比を連続的に変更することができるＣＶＴ（ Continuously Variable Transmission = 無段変速トランスミッション）である。
【００２９】
スタータクラッチ２は、トランスミッション１の出力軸１１に接続され、外周部に形成されたリングギヤ２６と出力軸１１との間を切り離し可能に接続する遠心式のカムクラッチである。すなわち、スタータクラッチ２は、トランスミッション１の出力軸１１に接続された内輪２１と、外周部に形成されたリングギヤ２６によってスタータ４と接続された外輪２２と、両者２１，２２の間を切り離し可能に接続する複数のカム２３とをもつ。各カム２３は、内輪２１の回転数がアイドリング回転数よりも低い所定値以下になると、スタータ４によって回転駆動される外輪２２を内輪２１にワンウェイで接続する作用をもつ。
【００３０】
スタータクラッチ２の要部は、その断面図を図２に示すように、内輪２１と外輪２２（リングギヤ２６は図略）の間に、各カム２３についてそれぞれ一組のスプリング２４およびストッパ２５をもつ。スプリング２４は、内輪２１に対して所定範囲でそれぞれ回動自在に軸支されたカム２３を所定回転方向に付勢する作用をもち、カム２３の回動軸回りに巻き付けられたバネである。一方、ストッパ２５は、カム２３の回動軸に対して所定位置を占めるように内輪２１に固定された突起部材であり、スプリング２４の一端が当接するともに、カム２３の一側面が当接してそれ以上のカム２３の回動を制限する作用をもつ。なお、スプリング２４の他端は、カム２３の凹部に係合し、図中反時計方向のトルクを生じてカム２３を付勢している。
【００３１】
ここで、カム２３、スプリング２４およびストッパ２５は、内輪２１とともに回転するので、エンジンが自立運転している回転数では、カム２３にかかる遠心トルクがスプリング２４の付勢力に打ち勝ち、カム２３はストッパ２５に当接するまで回動している。すると、カム２３と外輪２２の内周面は離れて両者の間に隙間が空き、カム２３が外輪２２から離れるので、内輪２１と共に回転する各カム２３から外輪２２にエンジンからの回転力が伝達されることはない。
【００３２】
逆に、エンジンが停止中には、図３に示すように、スプリング２４（図２参照）の付勢力によってカム２３がストッパ２５から離れて回動し、カム２３は一端で外輪２２の内周面に当接し、他端で内輪２１の外周面に当接する。この際、当接部はスタータクラッチ２の半径線に対して所定の角度（ストラットアングル）θだけ傾いているので、スタータクラッチ２はワンウェイクラッチとして作用する。その際、内輪２１および外輪２２と各カム２３との当接部には、適正に分布した圧縮応力σがストラットアングルθをもって作用する。それゆえ、スタータ４によって外輪２２が白抜き矢印方向に回転駆動されると、その回転運動は各カム２３を介して内輪２１を駆動し、エンジンＥを始動するに至る。
【００３３】
エンジンＥが始動し自立回転を始めたら、内輪２１にはエンジンＥからトランスミッション１を介して駆動力が伝達され、スタータクラッチ２はオーバーラン状態になる。すると、今度は内輪２１の回転数が外輪２２の回転数を上回るようになるので、カム２３は滑って内輪２１から外輪２２には駆動力は伝達されなくなる。さらに、内輪２１は所定値以上の回転数で回転するので、再び図２に示すように、カム２３にはスプリング２４の付勢力に打ち勝つ遠心トルクが作用して、カム２３はストッパ２５に当接するまで回動し、内輪２１の外周面からも外輪２２の内周面からも離れる。それゆえ、スタータ４と連動している外輪２２が回転を停止していても、エンジンＥに駆動される内輪２１は、外輪２２から摩擦抵抗による損失をほとんど受けることなく回転し続けることができる。
【００３４】
さて、再び図１に示すように、メインクラッチ３は、トランスミッション１の出力軸１１と車輪Ｗを駆動するプロペラシャフトＰとの間を切り離し可能に接続するクラッチである。
【００３５】
最後に、スタータ４は、スタータクラッチ２のリングギヤ２６に常時噛み合っているピニオン４１と、ピニオン４１を回転駆動するスタータモータ４２とをもつ。その一方で、スタータ４は、ピニオン突出機構や、マグネットスイッチおよびドライブレバーや、ワンウェイクラッチなどをもたず、極めて簡素な構成になっている。
【００３６】
以上をまとめると、エンジン始動時には、スタータモータ４２が生じた軸出力は、ピニオン４１、リングギヤ２６付きのスタータクラッチ２、トランスミッション１の出力軸１１、トランスミッション１を順に伝達され、遡ってエンジンＥのクランク軸Ｃを回転させるに至る。一方、エンジンが始動して自立運転している間には、エンジンＥが生じた軸出力は、クランク軸Ｃ、トランスミッション１およびその出力軸１１、メインクラッチ３を介してプロペラシャフトＰに伝達され、車輪Ｗを回転させるに至る。
【００３７】
（実施例１の作用効果）
本実施例のエンジン始動装置１０は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。
【００３８】
本実施例のエンジン始動装置１０では、エンジンＥを始動するに際し、スタータクラッチ２は自然に接続されており、一方、搭載車両が動かないようにメインクラッチ３は切り離しておく。すると、スタータモータ４２に駆動されるピニオン４１が、スタータクラッチ２の外周部に形成されたリングギヤ２６に常に噛み合っており、リングギヤ２６の回転が、トランスミッション１を介してエンジンＥのクランク軸Ｃの回転につながる。それゆえ、スタータモータ４２に通電して回転させれば、スタータクラッチ２およびトランスミッション１を介してエンジンＥをクランキングさせることができ、こうしてエンジンＥを始動することができる。
【００３９】
この際、トランスミッション１はＣＶＴであるから、設計された範囲内で変速比を無段階で自在に変更することができるので、エンジンや潤滑油の温度などの諸条件に応じて、トランスミッション１の減速比を適正に設定することが可能になる。すなわち、スタータモータ４２からクランク軸Ｃに至るまでの減速比を諸条件に合わせて最適に設定することができるので、スタータモータ４２が発揮すべき駆動トルクや軸出力に過大な要求がなされなくなる。その結果、低温時などの最悪の始動条件下でも、スタータモータ４２への要求が緩和されるので、従来技術よりもスタータモータ４２の軸出力が小さくても済むようになり、スタータモータ４２が小型軽量化される。
【００４０】
そればかりではなく、エンジン始動中にもトランスミッション１の減速比を悲観変化させることができるから、適正な制御手段を設けることにより、スタータモータ４２をエンジン始動の最中にも常に最適の減速比で運転させることができる。それゆえ、スタータモータ４２への要求がさらに緩和され、スタータモータ４２がよりいっそう小型軽量化されるとともに、エンジンＥをより短時間で始動することができるようになる。
【００４１】
なお、エンジンＥが始動したらスタータクラッチ２は自然に切り離され、リングギヤ２６およびスタータ４はトランスミッション１の出力軸１１から切り離されるので、ピニオン４１はリングギヤ２６に噛み合ったまま停止する。そして、搭載車両を発進させる場合には、メインクラッチ３を緩やかにつないでプロペラシャフトＰに徐々に駆動トルクを伝達させるようにすれば、滑らかに搭載車両を発進させることができる。逆に、搭載車両が停止する際には、メインクラッチ３が速やかに切り離され、プロペラシャフトＰが回転を停止してもエンジンＥはアイドリングを続けることができる。もちろん、搭載車両の停止中には、アイドルストップを行ってもかまわない。
【００４２】
したがって、本実施例のエンジン始動装置１０によれば、次のような三つの効果が得られる。
【００４３】
第一に、始動時の諸条件に合わせてスタータモータ４２からクランク軸Ｃに至る減速比を設計範囲で最適に設定し、エンジン始動の最中にも適正に変更して最適な減速比を保ち続けることができるようになる。その結果、スタータモータ４２の駆動トルク、軸出力および限界回転数に対する要求が緩和され、スタータモータ４２を従来技術よりも小型軽量化することができるようになるという効果がある。
【００４４】
第二に、スタータ４のピニオン４１がスタータクラッチ２のリングギヤ４１に常に噛み合っており、スタータ４はピニオン突出機構をもたないばかりか、ドライブレバーやワンウェイクラッチなどももたない。その結果、スタータ４の構成が極めて簡素になり、スタータ４がより製造容易で安価になるうえに、その信頼性も向上するという効果がある。
【００４５】
第三に、ピニオン４１はリングギヤ２６に常に噛み合ったままであり、ピニオン４１が突出してリングギヤ２６に衝突することがなく、しかもエンジン始動時以外はピニオン４１およびリングギヤ２６は停止している。その結果、ピニオン４１の寿命が延び、頻繁なエンジン始動にも耐えることができるようになって、エコランによる頻繁なアイドルストップにも耐えられる高い耐久性が得られるという効果がある。
【００４６】
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、トランスミッション１としてＣＶＴの代わりに多段階の変速機を採用したエンジン始動装置の実施が可能である。
【００４７】
本変形態様では、スタータ４からクランク軸Ｃに至るまでのギヤ比を段階的にしか設定できないので、最適のギヤ比には必ずしも設定することはできず、最適値に近い適正なギヤ比が設定されることになる。また、エンジン始動中のギヤ比の変更はできないので、エンジン始動の最終段階を考慮すると、スタータ４の限界回転数に対する要求はやや厳しくなる。
【００４８】
しかしながら、離散的にではあっても、依然として最適値に最も近い適正なギヤ比の設定が可能であるから、おおむね実施例１に準じる効果が本変形態様によっても得られる。
【００４９】
（実施例１の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、スタータクラッチ２としてカムクラッチの代わりに電磁クラッチを採用し、スタータモータ４２の運転時にのみ電磁クラッチを接続するようにしたエンジン始動装置の実施が可能である。
【００５０】
本変形態様では、スタータクラッチとしての電磁クラッチを制御するために、制御手段や配線が必要になり、実施例１のカムクラッチに比べてコストや信頼性および保守性の面でやや不利ではある。しかしながら、適正な機能をもった制御手段を備えれば、実施例１にはない好ましい効果が得られる可能性はあるものと考えられる。
【００５１】
したがって、本変形態様によっても、おおむね実施例１に準じる効果が得られる。
【００５２】
（実施例１のその他の変形態様）
本実施例では、ＦＲ型の自動車への搭載例を挙げたが、ＦＦ型、ＲＲ型、４ＷＤ型など、その他の形式の自動車や各種車両への搭載も可能である。あるいは、エンジンとその軸出力の変速とを必要とする装置であれば、車両やビークルに限定されることなく、いかような装置であっても本発明のエンジン始動装置を実施できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１のエンジン始動装置を備えた駆動系の構成を示す模式図
【図２】 実施例１でのスタータクラッチの要部構成をエンジン自立運転中の状態で示す断面図
【図３】 実施例１でのスタータクラッチの要部構成をエンジン始動時の状態で示す断面図
【符号の説明】
１０：エンジン始動装置
１：トランスミッション（ＣＶＴ＝無段変速トランスミッション）
２：スタータクラッチ（遠心式のカムクラッチ）
２１：内輪 ２２：外輪
２３：カム ２４：スプリング ２５：ストッパ
２６：リングギヤ
３：メインクラッチ
Ｅ：エンジン Ｃ：クランク軸 Ｆ：フライホイール
Ｐ：プロペラシャフト Ｄ：ディファレンシャルギヤ
Ｓ：車軸 Ｗ：車輪
σ：圧縮応力

Claims (3)

1. エンジンのクランク軸に接続された変速可能なトランスミッションと、
   このトランスミッションの出力軸に接続され、外周部に形成ないし接合されたリングギヤとこの出力軸との間を切り離し可能に接続するスタータクラッチと、
   この出力軸と車輪を駆動するプロペラシャフトとの間を切り離し可能に接続するメインクラッチと、
   このリングギヤに噛み合っているピニオンとこのピニオンを回転駆動するスタータモータとをもつスタータと、
   を有することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記トランスミッションは、減速比を連続的に変更することができるＣＶＴ（無段変速トランスミッション）である、
   請求項１記載のエンジン始動装置。
3. 前記スタータクラッチは、
   前記トランスミッションの前記出力軸に接続された内輪と、
   前記リングギヤを介して前記スタータと接続された外輪と、
   この内輪の回転数が所定値以下になると、前記スタータによって回転駆動されるこの外輪をこの内輪にワンウェイで接続する複数のカムと、
   をもつ遠心式のカムクラッチである、
   請求項１記載のエンジン始動装置。

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