JP4238816B2 - 内燃機関の始動装置及びその始動装置に備えられたスタータギアユニット - Google Patents

Description

本発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代表される内燃機関を始動させるための始動装置及びその始動装置に備えられたスタータギアユニットに係る。特に、本発明は、内燃機関の始動性を良好に得るための対策に関する。

市街地等を自動車が走行する際に交差点の信号待ち等で停車すると、エンジンがアイドリング運転状態となり、その間、燃料を浪費してしまう。この点に鑑み、従来より、自動車が停車するなど一定の条件が成立した場合には、燃焼室への燃料供給を停止（所謂フューエルカット）してエンジンを停止させる所謂「アイドリングストップ制御」が行われている（例えば下記の特許文献１を参照）。

また、この「アイドリングストップ制御」によってエンジンが停止している状態から所定のエンジン始動条件（例えばマニュアルトランスミッション車にあってはクラッチペダルの踏み込み等）が成立した場合には、スタータ機構を駆動し、その駆動力をエンジンに伝達（所謂クランキング）してエンジンを再始動させるようにしている。

上記スタータ機構の一般的な構成としては、下記の特許文献２にも開示されているように、スタータモータ、スタータギア、マグネットスイッチを備えている。スタータギアは、スタータモータの駆動シャフトに回転一体で且つこの駆動シャフトの軸心方向に進退移動自在に支持されている。上記マグネットスイッチは、出没自在なプランジャを備え、このプランジャがレバーを介してスタータギアに連繋している。このため、プランジャの出没動作に伴ってスタータギアは、エンジンのクランク軸に連結されているフライホイールリングギア（以下、単にリングギアという）に噛み合う位置と、このリングギアから退避する位置（非噛み合い位置）との間を移動する。

そして、エンジンの再始動動作として一般的には、エンジン始動条件が成立すると、スタータモータが始動すると共にマグネットスイッチが駆動する。これにより、スタータギアが回転しながらスタータモータの駆動シャフト上で前進してリングギアに噛み合う。その結果、スタータモータの回転駆動力がスタータギア及びリングギアを介してエンジンのクランク軸に伝達（クランキング）され、エンジンが始動することになる。

しかしながら、従来のスタータ機構にあっては、以下に述べる状況においてエンジンの始動に遅れが生じてしまうため、始動性を良好にするための改良が必要であった。

例えば自動車が交通信号の停止信号によって停車する際、エンジン停止条件の成立に伴い燃料供給を停止（フューエルカット）してエンジンを停止させる制御（上記アイドリングストップ制御）が開始される。ところが、このエンジン停止制御の途中、つまり、未だエンジンが完全には停止していない状況（惰性で回転している状況）において交通信号が切り換わった場合、運転者はエンジン始動のための運転操作（例えばクラッチペダルの踏み込み操作やアクセルペダルの踏み込み操作）を行う。

しかしながら、従来の制御にあっては、エンジンが完全に停止しない限り、エンジン始動条件が成立したとしてもエンジン始動動作は開始しないようにしている。その理由は、エンジンが完全に停止していないにも拘わらずエンジン始動動作を開始してしまうと、上記リングギアが惰性によって回転している状態で、スタータモータからの回転駆動力を受けたスタータギアがリングギアに噛み合う方向に移動することになり、これら両ギアの周
速度の差が大きい場合には噛み合い動作が円滑に行えないためである。

従って、上記状況の場合、運転者がエンジン始動のための運転操作を行っているにも拘わらず、エンジンが完全に停止した後でなければエンジン始動動作（スタータ機構によるクランキング動作）は行われないことになる。その結果、運転者の運転操作が行われてからエンジンが始動するまでの時間を長く要してしまい、エンジン始動が遅れてしまって運転者に違和感（所謂、発進のもたつき感）を与えてしまうことになる。

また、このようにエンジンが完全に停止した後でなければエンジン始動動作が行われないようになっているので、スタータギアは、停止しているリングギアに対する噛み合いを良好に行うべく、その外周に形成されているギア（歯）のバックラッシュが大きめに設計されている。このため、スタータギアがリングギアに対して噛み合う際の噛み合い音が大きくなってしまう傾向があり、これによってもユーザに違和感を与えていた。

このようにスタータギアがリングギアに噛み合う構成であることに起因する課題を解消できるものとして下記の特許文献３がある。この特許文献３には、スタータモータの回転駆動力を摺動摩擦によって伝達することが開示されている。つまり、エンジンのクランク軸に回転一体に連結されたスタートホイールに円錐台形状の摩擦面を設けておく一方、スタータモータの回転駆動力を受ける駆動ローラの外周面にも摩擦面を設けておく。そして、エンジン始動動作時には、駆動ローラをスタートホイールに向けて移動させることによって両摩擦面同士を接触させ、これによってスタータモータの回転駆動力を駆動ローラとスタートホイールとの間の摩擦によって伝達してクランキングを行うようにしている。
特開２００２−７０６９９号公報 特開２００４−１００５０２号公報 特開２００３−５０６６２８号公報

ところが、上述した特許文献３に開示されている構成では、スタートホイールの摩擦面と駆動ローラの摩擦面との間で滑りが生じる場合があり、スタータモータの回転駆動力をスタートホイールに十分に伝達することができず、エンジンの始動が円滑に行えない可能性がある。また、経年劣化によってスタートホイールの摩擦面と駆動ローラの摩擦面との間の摩擦係数が低くなった場合にはエンジンの始動に支障を来してしまう可能性もある。

このように、摩擦伝動によってスタータモータの回転駆動力をエンジンのクランク軸まで伝達する構成は、エンジン始動性の面で実用性に乏しいものであった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スタータ機構の駆動力によってエンジンを始動させるに際し、エンジンの停止制御途中でエンジン始動要求が発生（エンジン始動条件が成立）した場合であっても、迅速にエンジン始動動作に移行できると共に、スタータモータの回転駆動力の伝達が確実に行えてエンジン始動性を良好に得ることができる始動装置及びその始動装置に備えられるスタータギアユニットを提供することにある。

上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、内燃機関始動用の駆動力を発生する始動機構を備え、内燃機関の始動時に、この始動機構で発生した駆動力を内燃機関の動力入力ギアに伝達して内燃機関を始動させる始動装置を前提とする。この始動装置に対し、上記始動機構に、上記動力入力ギアに形成された動力伝達面に対して当接可能な当接面を有する回転体と、この回転体と共に回転し、動力入力ギアに対して退避する「
退避位置」から動力入力ギアに噛み合う「噛合位置」への移動が可能な噛み合いギアと、内燃機関始動用の駆動力を上記回転体及び噛み合いギアのうち少なくとも一方に与える動力発生手段と、上記動力発生手段を駆動させ且つ回転体の当接面を動力入力ギアの動力伝達面に当接させて回転体及び動力入力ギアが共に回転した状態で、噛み合いギアを上記「退避位置」から「噛合位置」に移動させる移動機構とを備えさせている。

例えばアイドリングストップ制御を行う自動車に搭載する場合、従来の始動装置にあっては、エンジン停止条件が成立してエンジン停止制御が開始され、このエンジン停止制御の途中にエンジン始動条件が成立したとしても、ギア同士の噛み合いを円滑に行うために、エンジン（内燃機関）が完全に停止するのを待ってエンジン始動動作を行っていた。これに対し、本解決手段では、このエンジン停止制御の途中（上記動力入力ギアが回転状態にあるとき）にエンジン始動条件が成立した場合、直ちにエンジン始動動作を行うことが可能である。その理由について以下に述べる。本解決手段のエンジン始動動作では、上記タイミングでエンジン始動条件が成立した場合に、動力発生手段及び移動機構を作動させ、回転体の当接面を動力入力ギアの動力伝達面に当接させて回転体及び動力入力ギアを共に回転させた状態で噛み合いギアを上記「退避位置」から「噛合位置」に移動させる。このとき、噛み合いギアは回転体と共に回転しているため、この噛み合いギアと動力入力ギアとの周速度を近付けることができ、この状態で噛み合いギアを動力入力ギアに円滑に噛み合わせることができる。このため、エンジンが完全に停止するのを待つことなく、つまり、動力入力ギアが回転している状態であってもエンジン始動動作を開始できる。言い換えると、本解決手段によれば回転体を仲介して噛み合いギアを動力入力ギアに略同期回転させながらこの両者を噛み合わせることが可能である。これにより、動力発生手段からの駆動力は、噛み合いギアを介して動力入力ギアに確実に伝達され、クランキング動作が開始されてエンジンを始動させることができる。このように、本解決手段によれば、エンジン停止制御の途中でエンジン始動条件が成立した場合に、エンジンが完全に停止するのを待つことなく迅速にエンジン始動動作に移行できる。また、上述した如く噛み合いギアと動力入力ギアとの周速度を近付けた状態（略同期回転させた状態）でこの両者を噛み合わせることが可能であるため、この噛み合い時におけるギア同士の衝突音を抑制することもできる。従来では、停止している動力入力ギア（リングギア）に対する噛み合いが良好に行われるように噛み合いギア（ピニオンギア）のバックラッシュが大きめに設計されていたために噛み合い音が大きくなる傾向があった。これに対し、本解決手段によれば、このバックラッシュを大きめに設計しなくても噛み合いギアを動力入力ギアに円滑に噛み合わせることができ、バックラッシュを小さく設計することが可能になって噛み合い音を小さくできる。更に、本解決手段では、動力発生手段が発生した駆動力を噛み合いギアによって動力入力ギアに伝達している。つまり、ギア同士の噛み合いによる動力伝達であるため、摩擦伝動によって駆動力を伝達するものに比べて動力入力ギアに十分な駆動力を伝達することができ、内燃機関の始動を短時間で行うことができて、良好な始動性を得ることができる。

回転体及び噛み合いギアの具体構成及びその具体的な動作としては以下のものが掲げられる。先ず、回転体を、その当接面が動力入力ギアの動力伝達面に対して後退した位置から当接する位置まで移動可能とし、この回転体の当接面を動力入力ギアの動力伝達面に当接させた後に、噛み合いギアを「噛合位置」に移動させて動力入力ギアに噛み合わせるようにしている。このように内燃機関の始動動作時以外では回転体を動力入力ギアから後退させて動力伝達面に当接させないようにしていることで、内燃機関の通常運転時の負荷を軽減することができて内燃機関の運転効率の向上を図ることができる。

また、噛み合いギアを、回転体の内部に形成されたギア収容空間に収容し、これら噛み合いギアと回転体とを同一軸心上で相対的に進退移動自在であって且つ回転一体に係合させる。そして、これら噛み合いギアと回転体とを一体的に動力入力ギアに向かって移動さ
せて、回転体の当接面が動力入力ギアの動力伝達面に当接した後に、噛み合いギアのみを「噛合位置」に移動させて動力入力ギアに噛み合わせる構成としている。

この場合、噛み合いギアと回転体とを同一軸心上で相対的に進退移動自在であって且つ回転一体に係合するための具体構成として、噛み合いギアの外周面と回転体のギア収容空間の内面とをスプライン係合させている。

これら構成によれば、噛み合いギア及び回転体を始動装置に組み付ける際、予め噛み合いギアと回転体とを一体的に係合させてスタータギアユニットとして構成しておいた状態でこれを始動装置に組み付けることが可能になり、始動装置の製造作業を簡素化できる。また、噛み合いギアの外周面に形成された歯をそのままスプライン係合のためのスプラインとして使用でき、動力入力ギアに噛み合うための歯と回転体にスプライン係合するためのスプラインとを個別に形成する必要がなくなって動力入力ギアの構成及びその製作作業を簡素化できる。

上述した各解決手段に係る始動装置の適用形態として、具体的にはアイドリングストップ制御動作を行う自動車に搭載された内燃機関を始動させるものとして適用することが掲げられる。つまり、上記内燃機関は、停車中に自動的に内燃機関を停止させるアイドリングストップ制御動作を行う自動車に搭載されるものであり、アイドリングストップ制御動作によって内燃機関が停止している際、内燃機関の始動要求を受けることにより、動力発生手段及び移動機構を駆動して動力発生手段からの駆動力を噛み合いギアを介して動力入力ギアに伝達させる構成である。

また、上述した各解決手段に係る始動装置に備えられるスタータギアユニットも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、回転体の中心部に噛み合いギアを収容するギア収容空間を形成し、噛み合いギアの外周面に、動力入力ギアに噛み合い可能な歯車を形成する一方、回転体におけるギア収容空間の内面に、上記噛み合いギアの歯車に噛み合う内歯車を形成したスタータギアユニットである。

本発明では、噛み合いギアと共に回転する回転体を動力入力ギアに当接させてこれらを回転させることによって、噛み合いギアと動力入力ギアとの周速度を近付けた状態で、これら両ギアを噛み合わせて内燃機関始動用の駆動力を伝達するようにしている。このため、内燃機関の停止制御の途中であって動力入力ギアが未だ回転している状況で内燃機関始動条件が成立した場合であっても、内燃機関が完全に停止するのを待つことなく迅速に内燃機関始動動作に移行できる。また、上記ギア同士の噛み合いが円滑に行えるので噛み合いギアのバックラッシュを小さく設計することが可能になり、ギア同士の噛み合い音を抑制でき、内燃機関始動時の静粛性を向上できる。更に、ギア同士の噛み合いによる動力伝達によって内燃機関を始動できるため、摩擦伝動によって駆動力を伝達するものに比べて始動性を良好に得ることが可能であり、運転者の始動要求に対する応答性の良い始動装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、交差点での信号待ち等のように自動車が一時的に停車した際に燃料供給を停止してエンジン（例えばガソリンエンジン）を停止させる所謂アイドリングストップ制御を行う自動車に搭載された始動装置として本発明を適用した場合について説明する。また、本形態では、マニュアルトランスミッション搭載車に適用した場合について説明する。

−始動装置の構成説明−
図１は、本形態に係る始動装置１を備えた自動車のエンジン制御系の一部を示すブロック図である。また、図２は、本形態に係る始動装置１のスタータ機構（本発明でいう始動機構）２の概略構成を示す一部を破断した側面図である。この始動装置１は、アイドリングストップ制御を行うアイドルストップコントローラ３に備えられた始動制御手段３１と、この始動制御手段３１により制御される上記スタータ機構２とにより構成されている。また、上記アイドルストップコントローラ３は、エンジンを統轄制御するエンジンコントローラ４との間で各種検知信号及び制御信号の送受信を行うようになっている。

本形態におけるアイドリングストップ制御の概略動作について説明すると、所定のアイドルストップ条件（エンジン停止条件）の成立時にアイドルストップコントローラ３がエンジンコントローラ４に向けてアイドルストップ要求信号となるｆ／ｃ（フューエルカット）信号を発してエンジン停止を指示する。これにより、エンジンコントローラ４は燃焼室への燃料供給を停止する制御を行いエンジン停止動作を開始させる。このようにして本制御では、一時的な停車中におけるエンジンのアイドリング運転を停止することで自動車の低燃費化を図るようにしている。

一方、この停車中にエンジン始動条件が成立した際には、アイドルストップコントローラ３がエンジンコントローラ４に向けて始動要求信号であるｆ／ｃ解除信号を発すると共に、このアイドルストップコントローラ３の始動制御手段３１からの始動制御信号がスタータ機構２に送信される。これにより、エンジンコントローラ４は燃焼室への燃料供給を開始する制御を行うと共に、スタータ機構２が所定の始動動作を行ってエンジンをクランキングさせ、これによってエンジンが始動することになる。尚、上述したアイドルストップ条件、エンジン始動条件、スタータ機構２の始動動作の詳細については後述する。

以下、本形態に係る始動装置１を構成するスタータ機構２及びアイドルストップコントローラ３について説明する。

（スタータ機構２の説明）
先ず、上記スタータ機構２について説明する。このスタータ機構２は、図２に示すように、スタータモータ（本発明でいう動力発生手段）５、エンジンのクランク軸に連結されているリングギア（本発明でいう動力入力ギア）Ｒに駆動力を伝達するためのスタータギアユニット６、このスタータギアユニット６を移動させるためのマグネットスイッチ（本発明でいう移動機構）７を備えており、これらが図示しないケーシング内に収容されて構成されている。

・スタータモータ５
上記スタータモータ５は、水平方向に延びる駆動軸５１を備えており、上記始動制御手段３１からの始動制御信号の受信に伴って所定タイミングで駆動軸５１を回転駆動（例えば３００ｒｐｍ）させる。つまり、駆動軸５１の回転駆動力を上記スタータギアユニット６を介してリングギアＲに伝達することによりクランキングを行うようになっている（スタータギアユニット６からリングギアＲへの動力伝達動作については後述する）。

また、このスタータモータ５の駆動軸５１の先端部近傍には円環状のフランジ５２が形成されており、駆動軸５１の外周面における、この駆動軸５１の基端部（スタータモータ５側の端部）からフランジ５２までの間にはヘリカルスプライン５３が形成されている。このヘリカルスプライン５３は、後述するように、駆動軸５１とスタータギアユニット６との相対回転によってこのスタータギアユニット６の進退移動（駆動軸５１に沿った移動）を行わせるためのものである。

・スタータギアユニット６
上記スタータギアユニット６は、ピニオンギア（本発明でいう噛み合いギア）６１と、シンクロナイザリング（本発明でいう回転体）６２と、コイルスプリング６３とを備えている。以下、それぞれについて説明する。

上記ピニオンギア６１は、軸心方向に延びる貫通孔６１ａが形成されており、この貫通孔６１ａの内面には、上記スタータモータ５の駆動軸５１に形成されているヘリカルスプライン５３に噛み合うスプライン溝６１ｂが形成されている。このため、スタータモータ５の駆動軸５１とピニオンギア６１とが相対的に回転した場合に、ピニオンギア６１がスタータモータ５の駆動軸５１に沿ってその軸心方向に移動するようになっている。

また、このピニオンギア６１は、その先端側（図中左側）から順に、ギア部６１ｃ、抜け止め部６１ｄ、進退動力伝達部６１ｅが備えられている。

上記ギア部６１ｃは、上記リングギアＲの外周面に形成されたギア（歯）に噛み合うための歯車として形成されている。つまり、図２に示す後退位置から前進移動してリングギアＲに噛み合うことによりスタータモータ５の回転駆動力をリングギアＲに伝達可能となっている（図４参照）。

抜け止め部６１ｄは、ギア部６１ｃの後端位置から外周側に張り出したフランジにより構成されている。上記シンクロナイザリング６２の内周面にはストッパリング６２ａが装着されており、このストッパリング６２ａにピニオンギア６１の抜け止め部６１ｄが当接することによって、このピニオンギア６１がシンクロナイザリング６２から抜け落ちないようになっている。

上記進退動力伝達部６１ｅは、上記マグネットスイッチ７の作動レバー７１からの作動力を受ける部分であって、作動レバー７１の先端部に対して前進側に位置するフロントプレート６１ｆと後退側に位置するリアプレート６１ｇとを備えている。つまり、マグネットスイッチ７の作動レバー７１から前進側（図中左側）への作動力をフロントプレート６１ｆが受けてピニオンギア６１が前進方向へ付勢される一方、作動レバー７１から後退側（図中右側）への作動力をリアプレート６１ｇが受けてピニオンギア６１が後退方向へ付勢される構成となっている。

上記シンクロナイザリング６２は、上記ピニオンギア６１の外周囲を囲むように配設された筒型の部材であって、その内面形状としては、先端側から順に小径部６２ｂ及び大径部６２ｃが形成されている。小径部６２ｂの内径寸法は上記ピニオンギア６１のギア部６１ｃの外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。また、この小径部６２ｂの内周面の一部には内歯車６２ｄが形成されており、この内歯車６２ｄが上記ピニオンギア６１のギア部６１ｃに噛み合っている。一方、大径部６２ｃは、その内径寸法が上記ピニオンギア６１の抜け止め部６１ｄの外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。また、この大径部６２ｃの内周面にはリング溝６２ｅが形成されており、このリング溝６２ｅに上記ストッパリング６２ａが嵌め込まれている。また、このシンクロナイザリング６２とピニオンギア６１との間にはコイルスプリング６３が圧縮された状態で装着されている。具体的には、このコイルスプリング６３は、ピニオンギア６１のギア部６１ｃとシンクロナイザリング６２の大径部６２ｃとの間に形成されている空間Ｓに配置されており、一端がピニオンギア６１の抜け止め部６１ｄに、他端がシンクロナイザリング６２の小径部６２ｂと大径部６２ｃとの間の段部６２ｇにそれぞれ当接している。以上の如くスタータギアユニット６が構成されているため、シンクロナイザリング６２の内部空間にピニオンギア６１が配置され、この両者は相対的な回転が不能な状態（回転一体となる状態）で且つ軸心方向への相対的な移動が自在に（ピニオンギア６１がシンクロナイザリング６２から抜け落ちることのない範囲での相対移動が自在に）組み付けられている。また、上記コイルスプリ
ング６３の付勢力によってピニオンギア６１の抜け止め部６１ｄがストッパリング６２ａに当接している状態では、ギア部６１ｃの先端はシンクロナイザリング６２の内部空間（ギア収容空間）に没入した状態となっている。

そして、本形態の特徴の一つとして、上記シンクロナイザリング６２の外周面における先端部分には先端側に向かって次第に外径寸法が小さくなる（先細りとなる）テーパ面（本発明でいう当接面）６２ｆが形成されている。一方、上記リングギアＲには、スタータギアユニット６が配設されている側に向く面に断面略台形状の凸部Ｒ１が全周囲に亘って形成されており、この凸部Ｒ１の外周側の面がテーパ面（本発明でいう動力伝達面）Ｒ２として形成されている。そして、上記シンクロナイザリング６２に形成されているテーパ面６２ｆと、リングギアＲに形成されているテーパ面Ｒ２が略同一の傾斜角度を有しており、シンクロナイザリング６２がリングギアＲに向かって前進移動した際にこれらテーパ面６２ｆ，Ｒ２同士が当接して回転駆動力の伝達が可能な構成となっている。また、各テーパ面６２ｆ，Ｒ２には、それぞれスチールファイバー等で成る高摩擦材料が付着されており、これらテーパ面６２ｆ，Ｒ２同士が当接した際に高い摩擦力が得られるようになっている。

・マグネットスイッチ７
上記マグネットスイッチ７は、上記ピニオンギア６１に対して作動力を与えると共に、このピニオンギア６１を介して上記シンクロナイザリング６２に対しても作動力を与えるものである。このマグネットスイッチ７は、出没自在なプランジャ７２を備えている。そして、このプランジャ７２と上記ピニオンギア６１との間には上記作動レバー７１が架け渡されており、この作動レバー７１の先端部が、ピニオンギア６１の上記進退動力伝達部６１ｅに係止されている。具体的には、この作動レバー７１は、その延長方向の略中央部が水平軸回りに回動自在に支持されており、一端（図中上端）がマグネットスイッチ７のプランジャ７２に係止している一方、他端（図中下端）がピニオンギア６１の進退動力伝達部６１ｅにおけるフロントプレート６１ｆとリアプレート６１ｇとの間に係止している。また、このマグネットスイッチ７の内部にはスプリング及び電磁ソレノイドが収容されており、電磁ソレノイドの非励磁状態ではスプリングの付勢力によってプランジャ７２が突出した状態となり、電磁ソレノイドの励磁状態ではスプリングの付勢力に抗してプランジャ７２が没入した状態となるようになっている。

そして、図２に示すようにマグネットスイッチ７のプランジャ７２が突出した状態では、スタータギアユニット６がスタータモータ５側に後退した位置にある。これに対し、図３及び図４に示すようにマグネットスイッチ７のプランジャ７２が没入した状態では、作動レバー７１から作用する作動力をピニオンギア６１が受けて、スタータギアユニット６がスタータモータ５から離間する方向に前進し、この状態で、シンクロナイザリング６２がリングギアＲに当接し（図３参照）、また、ピニオンギア６１がリングギアＲに噛み合うようになっている（図４参照）。

（アイドルストップコントローラ３の説明）
次に、アイドルストップコントローラ３について説明する。このアイドルストップコントローラ３は、上述した如くアイドルストップ条件の成立時にエンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ信号を発信する。一方、エンジン始動条件が成立した際、アイドルストップコントローラ３は、エンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ解除信号を発信する。また、このとき、始動制御手段３１は始動制御信号をスタータ機構２に送信するようになっている。

図１に示すように、このアイドルストップコントローラ３には、車速センサ８１からの車速検知信号、ニュートラルスイッチ８２からのニュートラル検知信号、クラッチ位置検
知スイッチ８３からのクラッチペダル踏み込み信号やクラッチペダル踏み込み解除信号が入力されるようになっている。更に、上記エンジンコントローラ４は、エンジン回転数センサ８４からのエンジン回転数信号を受信するようになっており、アイドルストップコントローラ３は、エンジンコントローラ４からこのエンジン回転数信号を受けるようになっている。

本形態に係る自動車のアイドルストップ条件は、車速センサ８１からの車速検知信号によって車速が「０」であることが検知され、ニュートラルスイッチ８２からのニュートラル検知信号によってシフトレバーがニュートラル位置であることが検知され、更に、クラッチ位置検知スイッチ８３からのクラッチペダル踏み込み解除信号によってクラッチペダルの踏み込みが解除されたことが検知された場合に成立する。このアイドルストップ条件が成立することで、アイドルストップコントローラ３は、エンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ信号を発信することになる。また、このｆ／ｃ信号の発信に伴ってエンジンコントローラ４は燃焼室への燃料供給を停止する制御を行いエンジン停止動作を開始する。

一方、エンジン始動条件は、上記アイドルストップ条件が成立した後に、クラッチ位置検知スイッチ８３からのクラッチペダル踏み込み信号によってクラッチペダルが踏み込まれたことが検知された場合に成立する。このエンジン始動条件が成立することで、アイドルストップコントローラ３がエンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ解除信号を発信すると共に、始動制御手段３１が始動制御信号をスタータ機構２に送信するようになっている。上記ｆ／ｃ解除信号を受けたエンジンコントローラ４は燃焼室への燃料供給を開始する制御を行う。また、上記始動制御信号によってマグネットスイッチ７が作動する。これにより、スタータギアユニット６がスタータモータ５から離間する方向に前進するようになっている。また、上記始動制御信号によってスタータモータ５が所定タイミングで始動するようになっている（詳細については後述する）。

−始動装置１の動作説明−
次に、上述の如く構成された始動装置１の動作について説明する。特に、本形態の特徴とする動作は、上記エンジン停止条件の成立に伴い燃料供給を停止するエンジン停止制御の途中、つまり、未だエンジンが完全には停止していない状況（惰性で回転している状況）において交通信号が切り換わるなどして、運転者がエンジン始動のための運転操作（本形態の場合にはクラッチペダルの踏み込み操作）を行った場合の始動動作である。従って、ここでは、この場合の始動動作について説明する。

自動車の通常の走行時には、図２に示すように、マグネットスイッチ７のプランジャ７２は突出した状態にあり、スタータギアユニット６がリングギアＲから退避している。

そして、信号待ちなどによって上述したアイドルストップ条件が成立すると、アイドルストップコントローラ３は、エンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ信号を発信し、これによってエンジンコントローラ４が燃焼室への燃料供給を停止する。これにより、エンジン回転数は徐々に低下していく。

そして、このようにしてエンジン回転数が徐々に低下していく状態において、未だエンジンが完全には停止していない状況（リングギアＲが惰性で回転している状況）で、上記エンジン始動条件が成立すると、アイドルストップコントローラ３がエンジンコントローラ４に向けてｆ／ｃ解除信号を発信する。これにより、エンジンコントローラ４は燃焼室への燃料供給を開始する制御を行う。また、これと同時に、アイドルストップコントローラ３の始動制御手段３１は、始動制御信号をスタータ機構２に送信する。これにより、マグネットスイッチ７が作動し、電磁ソレノイドを励磁する。この励磁動作によりマグネットスイッチ７のプランジャ７２が没入して作動レバー７１が図中の時計回り方向に回動し
、この作動レバー７１からの作動力をピニオンギア６１が受ける。シンクロナイザリング６２はピニオンギア６１との間にコイルスプリング６３が介在されているため、ピニオンギア６１が受けた上記作動力はシンクロナイザリング６２にも伝達され、これらピニオンギア６１及びシンクロナイザリング６２で構成されるスタータギアユニット６はスタータモータ５から離間する方向（図中左方向）に前進していく。上述した如く、ピニオンギア６１とシンクロナイザリング６２とは相対的な回転が不能な状態に組み付けられていると共に、ピニオンギア６１の内面にはスタータモータ５の駆動軸５１に形成されているヘリカルスプライン５３に噛み合うスプライン溝６１ｂが形成されている。このため、このスタータギアユニット６の前進動作は、ピニオンギア６１とシンクロナイザリング６２とが一体となってその軸心回りに回転（ヘリカルスプライン５３に沿って回転）しながらリングギアＲに向かって移動することになる。

このようにしてスタータギアユニット６が前進していくと、先ず、図３に示すように、シンクロナイザリング６２の先端部分に形成されているテーパ面６２ｆが、リングギアＲに形成されたテーパ面Ｒ２に当接することになる。スタータモータ５は、この両テーパ面６２ｆ，Ｒ２が当接する直前に起動し、駆動軸５１が回転する。つまり、スタータギアユニット６がスタータモータ５の回転駆動力を受けながら前進してシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆがリングギアＲのテーパ面Ｒ２に当接することになる。これにより、シンクロナイザリング６２とリングギアＲとの間では動力伝達が可能な状態になる。

この際、上述した如くリングギアＲは惰性で回転している状況であるため、このリングギアＲのテーパ面Ｒ２の周速度がシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆの周速度よりも高い場合には、シンクロナイザリング６２はリングギアＲからの回転力を受けることになる。逆に、リングギアＲのテーパ面Ｒ２の周速度がシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆの周速度よりも低い場合には、リングギアＲがシンクロナイザリング６２からの回転力を受けることになる。これにより、この両者Ｒ，６２の周速度の差は小さくなっていく。そして、上記ピニオンギア６１はシンクロナイザリング６２に回転一体に組み付けられているため、この回転しているピニオンギア６１の周速度とリングギアＲの周速度との差も小さくなっていく。尚、このリングギアＲとシンクロナイザリング６２との当接状態では、シンクロナイザリング６２側のイナーシャ（慣性）よりもクランク軸に繋がっているリングギアＲ側のイナーシャの方が大きいため、この周速度はリングギアＲの周速度が支配的となる。

この状態から更に作動レバー７１からの作動力がピニオンギア６１に作用すると、シンクロナイザリング６２はリングギアＲに当接しているためにそれ以上の前進移動はできず、図４に示すように、ピニオンギア６１のみが上記コイルスプリング６３の付勢力に抗して（コイルスプリング６３を圧縮方向に弾性変形させながら）シンクロナイザリング６２の先端から突出するように移動していく。つまり、ピニオンギア６１のみがリングギアＲの外周部のギアに向かって前進していく。この際、シンクロナイザリング６２は、圧縮変形するコイルスプリング６３からの反力を受け、そのテーパ面６２ｆがリングギアＲのテーパ面Ｒ２に押圧され、このテーパ面６２ｆ，Ｒ２同士は高い接触力で当接することになって殆ど滑りが無くなった状態で動力伝達が行われている。

上記ピニオンギア６１の前進によってそのギア部６１ｃはリングギアＲの外周部のギアに噛み合うことになるが、上述した如く、ピニオンギア６１はリングギアＲとの周速度の差が小さくなっている（例えば略同期回転している）ため、この噛み合いは円滑に行われる。その結果、スタータモータ５からの回転駆動力がピニオンギア６１を介してリングギアＲに伝達され、クランキング動作が開始されてエンジンの始動動作が行われる。

そして、エンジンの始動動作が完了すると、マグネットスイッチ７の電磁ソレノイドの
励磁が解除されてプランジャ７２が突出し、作動レバー７１が元の位置に戻るように回動（図中反時計回り方向に回動）する。これにより、作動レバー７１の作動力がピニオンギア６１のリアプレート６１ｇに作用して、ピニオンギア６１及びシンクロナイザリング６２は元の位置に復帰する（図２参照）。この復帰動作にあっては、エンジンの駆動力によってリングギアＲがアイドル回転数で回転しており、このリングギアＲの回転力がピニオンギア６１に作用することになる。これにより、ピニオンギア６１はスタータモータ５の駆動軸５１の回転数よりも高い回転数で回転することになり、この相対的な回転数差によってピニオンギア６１は駆動軸５１のヘリカルスプライン５３に案内されながら後退する。つまり、ピニオンギア６１は、上記作動レバー７１の作動力及び上記駆動軸５１との回転数差により生じる後退方向への移動力によって迅速に後退してリングギアＲから離脱することになる。また、このピニオンギア６１の後退移動に伴って上記抜け止め部６１ｄがストッパリング６２ａに当接し、これによってシンクロナイザリング６２も後退方向への付勢力を受けることになり、このシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆがリングギアＲのテーパ面Ｒ２から離脱する。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン停止制御の途中でエンジン始動条件が成立した場合であっても、エンジンが完全に停止するのを待つことなく迅速にエンジン始動動作に移行することができる。また、ピニオンギア６１とリングギアＲとを略同期回転させた状態で両者の噛み合い動作が行われるため、この噛み合い動作を円滑に行うことができる。このため、ギア同士の噛み合い音の発生を抑制しながらもエンジンの始動性を良好に得ることができる。

尚、上述した説明では、エンジン停止制御の途中でエンジン始動条件が成立した場合の動作について説明したが、エンジンが完全に停止した後にエンジン始動条件が成立する場合にも同様の動作が行われる。つまり、この場合には、スタータモータ５の回転駆動力を受けて回転するシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆが、停止しているリングギアＲのテーパ面Ｒ２に当接し、これによってスタータモータ５の回転駆動力をリングギアＲに伝達して、このリングギアＲの周速度とピニオンギア６１の周速度とを近付けた状態で、これら両ギアＲ，６１を噛み合わせてクランキングを行うことになる。

また、本実施形態では、リングギアＲの回転中心から外周縁（ピニオンギア６１が噛み合うためのギアの形成位置）までの長さと、この回転中心からテーパ面Ｒ２までの長さとが僅かに異なっている。つまり、ギアの形成位置はテーパ面Ｒ２よりも外周側に位置しているため、このギアの形成位置の周速度はテーパ面Ｒ２の周速度よりも高くなる。これに対し、スタータギアユニット６における回転中心からシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆまでの長さと、この回転中心からピニオンギア６１のギア部６１ｃの外周縁までの長さとが僅かに異なっている。つまり、ピニオンギア６１のギア部６１ｃはシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆよりも内周側に位置しているため、このピニオンギア６１のギア部６１ｃの周速度はテーパ面６２ｆの周速度よりも低くなる。仮に、リングギアＲのテーパ面Ｒ２とシンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆとの当接によってこれらの周速度が完全一致した（滑りのない状態となった）場合であっても、リングギアＲのギアの形成位置の周速度とピニオンギア６１のギア部６１ｃの周速度とには僅かな差が生じていることになるため、この両者のギア同士の位置が完全に一致している状況でも回転が進むに連れて両者のギア同士の位置にズレが生じて良好な噛み合い動作が行えることになる。つまり、両者のギア同士の位置が完全に一致した状況が継続されてしまって噛み合い動作が行えないといった状況を確実に回避することができる。

−その他の実施形態−
以上説明した実施形態ではマニュアルトランスミッションを搭載し且つアイドリングストップ制御を行う自動車の始動装置１に本発明を適用した場合について説明した。本発明
はこれに限らず、オートマチックトランスミッションを搭載した自動車の始動装置にも適用可能である。また、アイドリングストップ制御時における始動動作の場合に限らず、リングギアＲが回転している状態でエンジンの始動動作を開始させる必要があるその他の状況（例えばイグニッション操作による始動要求時等）においても上記と同様の効果を奏することができる。

また、アイドリングストップ制御におけるエンジン停止条件及びエンジン始動条件としては上述した条件に限られるものではなく、他の検知信号や制御信号の入力をこれら条件とした自動車に対しても本発明は適用可能である。例えば、クラッチペダルの踏み込み操作に拘わりなく、マニュアルトランスミッションのシフトレバーがニュートラル位置となった時点でエンジン停止条件が成立したと判断し、シフトレバーがニュートラル以外の位置となった際にエンジン始動条件が成立したと判断してもよい。

また、上記ピニオンギア６１及びシンクロナイザリング６２を進退移動させるための構成としては上述した機構に限られるものではなく、これらを進退移動させるための機構をそれぞれ個別に設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、シンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆがリングギアＲのテーパ面Ｒ２に当接する直前にスタータモータ５を起動させるようにしたが、このスタータモータ５の起動タイミングはこれに限るものではない。例えば、マグネットスイッチ７の作動開始と同時にスタータモータ５を起動させてもよいし、シンクロナイザリング６２のテーパ面６２ｆがリングギアＲのテーパ面Ｒ２に当接した後であってピニオンギア６１がリングギアＲに噛み合う前にスタータモータ５を起動させるようにしてもよい。

更に、リングギアＲとシンクロナイザリング６２との当接面はテーパ面Ｒ２，６２ｆとしたが、これに限るものではなく、これらの回転軸に対して直交する面同士を当接させて動力伝達可能な構成としてもよい。

加えて、上述した実施形態では、スタータギアユニット６の構成として、シンクロナイザリング６２の内部にピニオンギア６１を位置させ、これらを同一軸心上で回転一体とするものとした。本発明はこれに限らず、ピニオンギア６１とシンクロナイザリング６２とを互いに異なる軸心上で回転自在に支持し、この両者間での回転駆動力の伝達を可能な構成（例えばギアやチェーンにより動力を伝動する構成）としてもよい。この場合、スタータモータ５からの回転駆動力の付与は、ピニオンギア６１に対して行ってもよいし、シンクロナイザリング６２に対して行ってもよい。また、ピニオンギア６１及びシンクロナイザリング６２の両方にスタータモータ５からの回転駆動力を直接付与するようにしてもよい。

実施形態に係る始動装置を備えた自動車のエンジン制御系の一部を示すブロック図である。 実施形態に係るスタータ機構の概略構成を示す一部を破断した側面図であって、エンジンの定常運転状態における作動状況を示す図である。 実施形態に係るスタータ機構の概略構成を示す一部を破断した側面図であって、シンクロナイザリングがリングギアに当接した状態を示す図である。 実施形態に係るスタータ機構の概略構成を示す一部を破断した側面図であって、ピニオンギアがリングギアに噛み合った状態を示す図である。

符号の説明

１ 始動装置
２ スタータ機構（始動機構）
５ スタータモータ（動力発生手段）
６ スタータギアユニット
６１ ピニオンギア（噛み合いギア）
６２ シンクロナイザリング（回転体）
６２ｆ テーパ面（当接面）
７ マグネットスイッチ（移動機構）
Ｒ リングギア（動力入力ギア）
Ｒ２ テーパ面（動力伝達面）

Claims (6)

1. 内燃機関始動用の駆動力を発生する始動機構を備え、内燃機関の始動時に、この始動機構で発生した駆動力を内燃機関の動力入力ギアに伝達して内燃機関を始動させる始動装置において、
   上記始動機構は、
   上記動力入力ギアに形成された動力伝達面に対して当接可能な当接面を有する回転体と、
   上記回転体と共に回転し、動力入力ギアに対して退避する「退避位置」から動力入力ギアに噛み合う「噛合位置」への移動が可能な噛み合いギアと、
   内燃機関始動用の駆動力を上記回転体及び噛み合いギアのうち少なくとも一方に与える動力発生手段と、
   上記動力発生手段を駆動させ且つ回転体の当接面を動力入力ギアの動力伝達面に当接させて回転体及び動力入力ギアが共に回転した状態で、噛み合いギアを上記「退避位置」から「噛合位置」に移動させる移動機構と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 上記請求項１記載の内燃機関の始動装置において、
   回転体は、その当接面が動力入力ギアの動力伝達面に対して後退した位置から当接する位置まで移動可能であり、
   上記回転体の当接面を動力入力ギアの動力伝達面に当接させた後に、噛み合いギアを「噛合位置」に移動させて動力入力ギアに噛み合わせる構成となっていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
3. 上記請求項１または２記載の内燃機関の始動装置において、
   噛み合いギアは、回転体の内部に形成されたギア収容空間に収容されており、これら噛み合いギアと回転体とが同一軸心上で相対的に進退移動自在であって且つ回転一体に係合されていて、
   これら噛み合いギアと回転体とが一体的に動力入力ギアに向かって移動して、回転体の当接面が動力入力ギアの動力伝達面に当接した後に、噛み合いギアのみが「噛合位置」に移動して動力入力ギアに噛み合う構成となっていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
4. 上記請求項３記載の内燃機関の始動装置において、
   噛み合いギアの外周面と回転体のギア収容空間の内面とはスプライン係合されていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
5. 上記請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の始動装置において、
   内燃機関は、停車中に自動的に内燃機関を停止させるアイドリングストップ制御動作を行う自動車に搭載されるものであり、アイドリングストップ制御動作によって内燃機関が停止している際、内燃機関の始動要求を受けることにより、動力発生手段及び移動機構を駆動して動力発生手段からの駆動力を噛み合いギアを介して動力入力ギアに伝達させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の始動装置。
6. 上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の始動装置に備えられる回転体と噛み合いギアとが一体的に組み付けられて成るスタータギアユニットであって、
   上記回転体の中心部には噛み合いギアを収容するギア収容空間が形成されており、
   上記噛み合いギアの外周面には動力入力ギアに噛み合い可能な歯車が形成されている一方、上記回転体におけるギア収容空間の内面には上記噛み合いギアの歯車に噛み合う内歯車が形成されていることを特徴とするスタータギアユニット。

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