JP4149372B2 - 始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを始動する始動装置に関するものである。

従来の始動装置は、エンジン補機の位置に始動・補機駆動装置を取り付け、ベルトを介してクランクプーリを駆動しエンジンを始動させている。
この始動・補機駆動装置はエンジン始動後のエンジン回転中におけるクランク軸から始動装置の連れ回りを防止するために内部にオーバーランニングクラッチを備え、エンジン始動時の回転数以上にて非接触分離する機構を備えている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−１７２７５３号公報

従来の始動装置は以上のように構成されていたので、ギヤ飛び込み式の始動装置を使用した場合には、エンジンの失火などにより始動が正常に行われなかった場合に再始動を行うと、スタータやリングギヤの破損の可能性があるため、エンジンの回転が完全に停止するまで始動を行えず、迅速な再始動を行うことが出来なかった。
その他にもアイドリングスットップ中のエンジン停止直前においても、上記と同様の理由により再始動を行うことが出来なかった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンのクランク軸にベルトなどの手段を用いて常時接続された始動装置を用いた場合、ギヤが飛び込む必要がないために、エンジンの回転中であっても再始動が可能であることを利用し、始動装置への通電を適切に設定することにより、ワンウェイクラッチの耐久性を向上させ、スムーズな再始動を可能にすることを目的とするものである。

この発明の請求項１に係る始動装置は、モータの回転をワンウェイクラッチを介してエンジン側へ伝達する機構を備え、ワンウェイクラッチはモータの出力軸に連結されたクラッチインナーと、プーリに連結されたクラッチアウターと、クラッチインナーとクラッチアウターの間に配置されたスプラグとを有するものであって、モータへの通電を遮断するときのワンウェイクラッチの回転数をスプラグとクラッチインナーの再接触回転数以下に設定するとともに、この再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定したものである。

この発明の請求項１に係る始動装置によれば、モータの回転をワンウェイクラッチを介してエンジン側へ伝達する機構を備え、ワンウェイクラッチはモータの出力軸に連結されたクラッチインナーと、プーリに連結されたクラッチアウターと、クラッチインナーとクラッチアウターの間に配置されたスプラグとを有するものであって、モータへの通電を遮断するときのワンウェイクラッチの回転数をスプラグとクラッチインナーの再接触回転数以下に設定するとともに、この再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定したので、再接触時にスプラグが衝撃を受けないため、ワンウェイクラッチの耐久性が向上する。

又再接触時に衝撃音の発生がないため、騒音を抑えることができる。
更にモータへの通電を遮断する回転数、即ちスタータОＦＦ回転数を設定することにより、必要以上の回転数で始動装置を回転させることがないため、ブラシなどの摺動部の摩耗が減少し、始動装置の耐久性が向上する。

実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置を含むエンジンアイドルストップシステムの概要を示すブロック図である。図において、エンジン１のクランク軸に接続されたクランクプーリ２にベルト３を介して始動装置４が接続されており、又本システムにおいては、エンジン１の出力軸に接続された自動変速機５及びブレーキシステム６などを備えている。

また、エンジンアイドルストップ制御を実行するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）７を中心に本システムは構成されている。
そして、ＥＣＵ７には、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するためのブレーキストロークセンサ８と、車両の加減速状態を検出する車両加減速検出手段９と、エンジン１を制御するためのエンジンＥＣＵ１０と、自動変速機５を制御するＡＴ−ＥＣＵ１１と、エンジン停止中の自動変速機５の作動に必要な油圧を確保するための電動油圧ポンプ１２と、エンジン停止中のブレーキ作動に必要な負圧を確保するための電動真空ポンプ１３とが接続されている。

これによってＥＣＵ７は、車両の加減速状態、運転者の制動操作、エンジン１の作動状態、自動変速機５の作動状態によってエンジン１を自動的に停止、再始動できるように構成されている。
また、ＡＴ−ＥＣＵ１１には、シフトポジションセンサ１４やアクセル操作がなされているか否かを検出するためのアクセルスイッチ１５などが接続されている。

図２は始動装置４を示す一部断面図であり、図において、モータ１６の出力軸１７はセンターブラケット１８に対し軸受１９を介して支持されている。そしてモータ１６の出力軸１７に形成されたスプライン１７ａおよび嵌め合い部１７ｂに対応して、クラッチインナー２０（駆動部材）の内周には、スプライン２０ａおよび嵌め合い部２０ｂが形成され、スプライン１７ａ、２０ａ及び嵌め合い部１７ｂ、２０ｂが結合されることにより、回り止めがなされるとともに、同軸度が保たれるように構成されている。

出力軸２１にはクラッチアウター２２（従動部材）が一体に構成されており、このクラッチアウター２２に設けられた円筒孔２２ａに、モータ１６の出力軸１７の先端軸部１７ｃが軸受２３を介して嵌合されており、これにより回転可能に軸支させる構造になっているので、クラッチインナー２０とクラッチアウター２２の同軸度を向上させることができる。

クラッチインナー２０とクラッチアウター２２の間にはスプラグ２４が配置されており、決まった回転方向に対してクラッチインナー２０からクラッチアウター２２にトルクを伝達し、クラッチアウター２２からクラッチインナー２０にはトルクを伝達しないように構成されており、これによりワンウェイクラッチ２５が構成されている。

図３はスプラグ２４部分を示すための図２におけるＡ−Ａ線断面図である。図において、クラッチインナー２０の外周面とクラッチアウター２２の内周面との間に、スプラグ２４、保持器２６及びガータスプリング２７が配設されている。
保持器２６は、片端に鍔部を有する円筒の部材であって、スプラグ２４が遊嵌される穴を有し、クラッチアウター２２に固定されている。
スプラグ２４は、略瓢箪状の板体であって、上側半分に形成された溝にガータスプリング２７がはめ込まれている。

スプラグ２４は、保持器２６の穴によって概略位置が定まっており、基本位置においては、クラッチアウター２２の内周面のα点に接するとともに、クラッチインナー２０の外周面のβ点に接している。
上記のように構成されたスプラグ２４はディスエンゲージタイプと呼ばれるものであり、スプラグ２４の重心Ｇがスプラグ２４とクラッチアウター２２の接点αよりも左側にあると遠心力が働いたときスプラグ２４はα点を中心にして時計方向に傾く。そのためスプラグ２４の高さは低くなり、スプラグ２４のクラッチインナー側カム面はクラッチインナー２０の軌道面から離れる。
これにより、クラッチアウター２２が高速で空転するときスプラグ２４の磨耗を減らすことができる。

又図２において、エンジンに常時接続されたプーリ２８はナット２９によって出力軸２１に締め付け固定されている。
クラッチアウター２２と出力軸２１とは一体形成され、同軸度が確保されており、出力軸２１はフロントブラケット３０に軸受３１を介して軸支持されている。このようにフロントブラケット３０とセンターブラケット１８の同軸度を確保することにより、クラッチインナー２０とクラッチアウター２２の同軸度を保つことができるような構造となっている。
モータ１６は通常始動装置に用いられる直流電動機で構成されており、本発明では遊星歯車機構などからなる内部減速機構を持たない構成を示しているが、減速機構を設けた構成としてもよく、その場合にはモータ１６の出力軸１７が減速機構部の出力軸となる。
また、この始動装置４は図１に示した電子制御ユニット７により制御されエンジンの始動を行うものである。

図４、図５はクラッチインナー２０及びクラッチアウター２２の回転数と時間の関係を示す図である。
本実施形態においては始動装置４をОＦＦするときの回転数（以下スタータОＦＦ回転数と略す）、即ちモータ１６への通電を遮断するときのクラッチインナー２０及びクラッチアウター２２の回転数をスプラグ２４（即ちクラッチアウター２２）とクラッチインナー２０の再接触時の回転数以下に設定するとともに、この再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定したものである。
ここで、無負荷最大回転数とは、モータ１６の無負荷状態におけるクラッチインナー２０の回転数が取り得る最大回転数をいう。

図４、図５において、クランキングとは点火せずに始動装置４でエンジンを回している状態を指し、図のＢ点において着火されエンジン噴け上りの状態となる。又浮上り回転数とは、スプラグ２４が浮上るときの回転数をいう。
更に実線はクラッチアウター２２の経時変化を示し、一点鎖線はクラッチインナー２０の経時変化を示している。

エンジンが失火などにより正常に着火が出来ない場合、ワンウェイクラッチ２５のスプラグ２４がクラッチインナー２０から浮上った後に、エンジンの回転数が下がり、スプラグ２４がクラッチインナー２０に再接触することになる。
このとき図４に示すように、スタータＯＦＦ回転数が再接触回転数より高い場合には、スプラグ２４（クラッチアウター２２）とクラッチインナー２０が再接触するときのそれぞれの回転数は図４の▲印で示され、クラッチインナー２０の回転数がクラッチアウター２２の回転数より大きくなっている。
このように再接触時にスプラグ２４（クラッチアウター２２）に対してクラッチインナー２０の回転数が大きい場合には、スプラグ２４は衝撃を受けることとなり、スプラグ２４の破損の原因となり、又衝撃音が発生することにより、騒音の問題が発生する。

これに対して、図５に示すようにスタータＯＦＦ回転数をスプラグ２４とクラッチインナー２０の再接触となる回転数以下に設定することにより、スプラグ２４（クラッチアウター２２）とクラッチインナー２０が再接触するときの回転数は図５の■印で示されるようになり、再接触時にスプラグ２４（クラッチアウター２２）の回転数がクラッチインナー２０の回転数より大きくなるので、スプラグ２４は滑りながらクラッチインナー２０に再接触できるようになる。

又再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定することにより、ガータスプリング２７の押付力を小さく設定することができ、ガータスプリング２７を容易に製作できるようになる。
更に再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定することにより、スプラグ２４がクラッチインナー２０と再接触する回転数の範囲が制限され、小さくなることにより、クラッチインナー２０及びスプラグ２４の磨耗が少なくなり、耐久性が向上する。

図４、図５において、クラッチインナー２０の回転数とクラッチアウター２２の回転数は、再接触後にトルクの伝達が行われ、同じ回転数となるが、理解を得やすいようトルクの伝達はないものとして示している。

以上のように本実施形態によれば、再接触時にスプラグ２４が衝撃を受けないため、ワンウェイクラッチ２５の耐久性が向上する。又再接触時に衝撃音の発生がないため、騒音を抑えることができる。
更にモータ１６への通電を遮断する回転数、即ちスタータОＦＦ回転数を設定することにより、必要以上の回転数で始動装置４を回転させることがないため、ブラシなどの摺動部の摩耗が減少し、始動装置４の耐久性が向上する。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２によるアイドルストップ中のクラッチインナー２０及びクラッチアウター２２の回転数と時間の関係を示す図である。図において、実線ａはクラッチアウター２２の変化を示し、一点鎖線ｂはクラッチインナー２０の変化を示しており、Ｃ点よりブレーキを踏んで減速している状態となり、Ｄ点でエンジンが停止する。
ここでアイドルストップとは、走行中信号待ちなどで車が止まると自動的にエンジンを切ることをいう。

本実施形態においては、エンジンが失火などにより正常に着火が出来ない場合、アイドルストップ中のエンジン停止直後において、クラッチアウター２２の回転数が再接触回転数に到達してから始動装置４を始動させてクラッチインナー２０の回転を始める。
上記のようにクラッチインナー２０が回転していない状態でスプラグ２４とクラッチインナー２０が接触するようになるので、スプラグ２４に衝撃が加わらないようになり、スプラグ２４の耐久性が向上することになる。

従来の飛込み式のスタータではエンジンが完全に停止するまでは再始動することが出来ないが、エンジンが回転中であっても再始動できるため、迅速な再始動が可能となる。
又再始動時にスプラグ２４が衝撃を受けないため、ワンウェイクラッチ２５の耐久性が向上する。
更に再始動時に衝撃音の発生がないため、騒音を軽減することができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３によるアイドリング時のクラッチアウター２２の回転数と時間の関係を示す図である。図において、実線ｄはアイドリング時におけるクラッチアウター２２の変化を示しているものであり、クラッチアウター２２の回転数は常に再接触回転数よりも大きく設定されている。

このようにスプラグ２４がクラッチインナー２０に再接触する回転数を、アイドリング時のクラッチアウター２２の回転数以下に設定されているので、スプラグ２４とクラッチインナー２０が再接触することがなくなる。

以上のように、エンジン始動後にアイドリングや低回転で運転される場合においても、スプラグ２４はクラッチインナー２０から浮きあがり、接触のない状態で空転するため、ワンウェイクラッチ２５の耐久性が向上する。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるクラッチインナー２０及びクラッチアウター２２の回転数と時間との関係を示す図である。
本実施形態においては、エンジン回転数またはクラッチアウター回転数を検知して、エンジン（クラッチアウター２２）が逆回転している場合には、クラッチインナー２０の再始動を禁止するようにしたものである。

図８に示すように、エンジンが停止する場合には、スプラグ２４とクラッチインナー２０が再接触した後にトルクの伝達が行われ、点線で示すような同じ回転数となって減速し、停止前にクランク軸が逆回転する。エンジンが逆回転しているときに再始動を行うと、エンジンの慣性に逆らっての始動となるために、過大なトルクがワンウェイクラッチ２５にかかり、このトルクを受容するためには、スプラグ２４の数を増やすこと等が必要となり、ワンウェイクラッチ２５を大型化する必要がある。

そこで本実施形態においては、エンジン（クラッチアウター２２）逆転時の再始動を禁止することにより、ワンウェイクラッチ２５が受けるトルクを小さくして、装置全体の小型化を図るとともに、少ないコストで設計できるようにする。
更に再始動の禁止の条件をエンジンの逆回転でなく、図８に示すように正回転時の一定回転数以下になったときに再始動を禁止するようにしてもよい。

実施の形態５．
本実施形態においては、モータ１６の端子電圧を検知することにより、モータ１６が発電機として動作されているか否かを判定するものである。
車輌の走行中またはアイドリング中にモータ１６からの発電が検知された場合には、モータ１６が発電機として動作していることとなり、ワンウェイクラッチ２５の異常を検知することができる。

ワンウェイクラッチ２５の異常としては、例えばスプラグ２４とクラッチインナー２０が固着する場合などが該当する。
このようにワンウェイクラッチ２５の異常を早期に検出することにより、装置の耐久性の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１によるシステムを示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による始動装置を示す一部断面側面図である。 図１のＡ―Ａ線断面図である。 接触回転数の設定例を示す説明図である。 接触回転数の設定例を示す説明図である。 接触回転数の設定例を示す説明図である。 接触回転数の設定例を示す説明図である。 接触回転数の設定例を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン、１６ モータ、１７ 出力軸、２０ クラッチインナー、
２２ クラッチアウター、２４ スプラグ、２５ ワンウェイクラッチ、２８ プーリ。

Claims (5)

1. モータの回転をワンウェイクラッチを介してエンジン側へ伝達する機構を備え、上記ワンウェイクラッチは上記モータの出力軸に連結されたクラッチインナーと、プーリに連結されたクラッチアウターと、上記クラッチインナーとクラッチアウターの間に配置されたスプラグとを有する始動装置において、上記モータへの通電を遮断するときの上記ワンウェイクラッチの回転数を上記スプラグと上記クラッチインナーの再接触回転数以下に設定するとともに、この再接触回転数を無負荷最大回転数よりも小さく設定したことを特徴とする始動装置。
2. アイドルストップ中のエンジン停止直後に上記クラッチアウターの回転数が上記スプラグと上記クラッチインナーの再接触回転数に到達してから上記クラッチインナーの回転を始めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の始動装置。
3. アイドリング時の上記クラッチアウターの回転数を、上記スプラグと上記クラッチインナーの再接触回転数よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の始動装置。
4. 上記クラッチアウターが逆回転している場合には上記クラッチインナーの再始動をしないようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の始動装置。
5. 上記モータの端子電圧を検知し、その端子電圧から上記ワンウェイクラッチの異常を検知することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の始動装置。

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