JP5220672B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを始動するためのエンジン始動装置に関する。

従来のエンジン始動装置では、エンジン始動条件が成立したときに、ピニオンギヤの回転とリングギヤの回転とを同期させながら、ピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせる。この状態でスタータモータによりフライホイールを回転駆動することで、エンジンを始動することができる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−１３２３４３号公報

しかしながら、こうしたエンジン始動装置では、エンジン始動時のみピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせるため、ピニオンギヤおよびリングギヤとして平歯車を採用する必要がある。このため、エンジン始動時には、比較的大きな歯当たり音が発生することとなる。
一方で、エンジン始動時の騒音を考慮して、ピニオンギヤおよびリングギヤとして、はすば歯車を採用しているエンジン始動装置も提案されている。この場合、平歯車のように歯当たり音は大きくならないため、エンジン始動時の騒音は低減できる。
しかしながら、はすば歯車を採用すると、ピニオンギヤをリングギヤから引き抜いたり、あるいはピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせたり、といった動作が困難となるため、ピニオンギヤをリングギヤに常時噛み合わせておく必要がある。この場合、オーバーランニングクラッチなどを用いてスタータモータとピニオンギヤとの間で動力伝達を遮断するのが好ましいが、オーバーランニングクラッチからリングギヤまでの機械部品によりフライホイールには常時負荷がかかる。フライホイールに常時負荷がかかると、燃費の低下を招くため好ましくない。

本発明の課題は、燃費の向上を実現しつつエンジン始動時の騒音を低減できるエンジン始動装置を提供することにある。

本発明に係るエンジン始動装置は、エンジンを始動するための装置であって、回転体と第１駆動部とピニオンギヤとリングギヤと第２駆動部とを備えている。回転体はエンジンのクランクシャフトと一体回転可能に設けられている。第１駆動部は、フライホイールの回転軸に平行な軸であって軸方向に移動可能に配置された駆動シャフトを有している。ピニオンギヤは、はすば歯車であり、駆動シャフトに固定されている。リングギヤは、ピニオンギヤと噛み合うはすば歯車を外周部に有し、回転体に対して軸方向に移動可能に配置されている。第２駆動部は、リングギヤが回転体に対して回転可能となる第１位置と、リングギヤが回転体と一体回転可能となる第２位置と、にリングギヤを駆動可能である。
ここで、回転体としては、クランクシャフトと一体形成された部材、あるいは、クランクシャフトと別体の部材が考えられる。回転体としては、例えば、クランクシャフトに固定されたフライホイールやクランクシャフトに一体形成された部分などが考えられる。

このエンジン始動装置では、リングギヤが回転体に対して軸方向に移動可能となっており、第２駆動部によりリングギヤが駆動される。具体的には、リングギヤが回転体に対して回転可能となる第１位置と、リングギヤが回転体と一体回転可能となる第２位置と、に第２駆動部はリングギヤを駆動可能である。このため、例えばエンジン始動時以外には、第２駆動部によりリングギヤを第１位置に駆動しておけば、リングギヤは回転体に対して回転可能であるため、回転体にエンジン始動装置側から負荷が加わらない。つまり、回転体にエンジン始動装置側から負荷が加わる従来の構成に比べて、燃費が向上する。
また、エンジン始動時には、第２駆動部によりリングギヤを第２位置に駆動しておけば、リングギヤは回転体と一体回転可能であるため、ピニオンギヤおよびリングギヤを介して回転体を第１駆動部により回転駆動することができる。そして、ピニオンギヤおよびリングギヤがはすば歯車であるため、平歯車に比べてエンジン始動時の騒音を低減できる。

以上より、このエンジン始動装置では燃費の向上を実現しつつエンジン始動時の騒音を低減できる。

エンジン始動装置５およびその周辺の概略構成図 エンジン始動装置５の断面図（退避位置） エンジン始動装置５の断面図（駆動位置） 図３のIV−IV断面図 図２のV−V断面図 リングギヤ５４およびその周辺の断面図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
＜構成＞
図１に示すように、エンジン１は、回転軸Ａ１を中心に回転するクランクシャフト１１と、クランクシャフト１１に固定され回転軸Ａ１を中心に回転するフライホイール１２（回転体の一例）と、を有している。トランスミッション２は、エンジン１のフライホイール１２が設けられている側に配置されている。
本実施形態に係るエンジン始動装置５は、エンジン１を始動する装置であり、フライホイール１２（回転体の一例）と、スタータモータ５１（第１駆動部の一例）と、マグネットスイッチ５６（第２駆動部の一例）と、ピニオンギヤ５３と、１対の支持プレート５９と、リングギヤ５４と、ベアリング５５と、を有している。

フライホイール１２は、円板状のフライホイール本体１２ａと、複数の第２突出部１２ｂと、を有している。第２突出部１２ｂは、フライホイール本体１２ａから半径方向外側に突出しており、例えばセレーション加工により形成されている。
図２および図３に示すように、スタータモータ５１は、モータ本体５８と、モータ本体５８で生成された駆動力を出力する駆動シャフト５２と、を有している。モータ本体５８は例えばエンジン１のボディに固定されている。駆動シャフト５２の回転軸Ａ２はフライホイール１２の回転軸Ａ１と平行に配置されている。駆動シャフト５２はモータ本体５８に対して軸方向（回転軸Ａ１に平行な方向）に移動可能である。駆動シャフト５２は、トランスミッション２のケース２１（エンジンに固定された部材の一例）に形成された孔２１ａに挿入されている。

マグネットスイッチ５６は、スタータモータ５１に固定されており、例えば制御装置（図示せず）からの制御信号に基づいて駆動シャフト５２を軸方向に駆動する。マグネットスイッチ５６は、駆動シャフト５２を退避位置Ｐ１（第１位置の一例、図２に示す状態）および駆動位置Ｐ２（第２位置の一例、図３に示す状態）に保持可能である。本実施形態では、電力が供給されていない状態で、マグネットスイッチ５６は駆動シャフト５２を退避位置Ｐ１で保持できるようになっている。また、マグネットスイッチ５６に電力が供給され、かつ、制御装置から制御信号が送信されると、駆動シャフト５２は、マグネットスイッチ５６により駆動位置Ｐ２に駆動され、マグネットスイッチ５６により駆動位置Ｐ２で保持される。
ピニオンギヤ５３は、はすば歯車であり、駆動シャフト５２の端部に固定されている。ピニオンギヤ５３は複数の外歯５３ａを有しており、外歯５３ａはリングギヤ５４の外歯５４ｂと噛み合っている。

１対の支持プレート５９は、駆動シャフト５２に固定されており、ピニオンギヤ５３を軸方向に挟み込んでいる。さらに、１対の支持プレート５９の間にはリングギヤ５４の外歯５４ｂが配置されているため、支持プレート５９によりリングギヤ５４は駆動シャフト５２と軸方向に一体で移動可能となっている。
リングギヤ５４は、フライホイール１２の外周側に配置されており、フライホイール１２に対して軸方向に移動可能に設けられている。リングギヤ５４は、フライホイール１２に対して回転可能となる退避位置Ｐ１およびフライホイール１２と一体回転可能となる駆動位置Ｐ２に移動可能となっている。リングギヤ５４は、環状のはすば歯車であり、本体部５４ｄと、本体部５４ｄの内周部に形成された複数の第１突出部５４ａと、筒状部５４ｃと、を有している。

本体部５４ｄはリングギヤ５４のはすば歯車の部分を形成しており、外周部に複数の外歯５４ｂを有している。外歯５４ｂはピニオンギヤ５３の外歯５３ａと噛み合っている。外歯５４ｂは、１対の支持プレート５９の間に配置されており、支持プレート５９と軸方向に当接可能となっている。駆動シャフト５２が軸方向に駆動されると、ピニオンギヤ５３および支持プレート５９とともにリングギヤ５４は軸方向に移動する。つまり、リングギヤ５４は、マグネットスイッチ５６により退避位置Ｐ１および駆動位置Ｐ２の間を軸方向に駆動されるようになっている。
図４に示すように、複数の第１突出部５４ａは、例えばセレーション加工により形成されており、円周方向に等ピッチで配置されている。複数の第１突出部５４ａは、フライホイール１２の外周部に形成された複数の第２突出部１２ｂと噛み合っている。フライホイール１２は、円板状のフライホイール本体１２ａと、複数の第２突出部１２ｂと、を有している。複数の第２突出部１２ｂは、フライホイール本体１２ａから半径方向外側に突出しており、第１突出部５４ａと同様にセレーション加工により形成されている。第１突出部５４ａは円周方向に等ピッチで配置されている。

第１突出部５４ａと第２突出部１２ｂとの間には、リングギヤ５４がフライホイール１２に対して軸方向に移動できる程度の隙間が確保されている。また、図５に示すように、第１突出部５４ａの第２突出部１２ｂと対向する側の先端には１対の第１チャンファ面Ｔ１が形成されており、第２突出部１２ｂの第１突出部５４ａと対向する側の先端には１対の第２チャンファ面Ｔ２が形成されている。第１チャンファ面Ｔ１および第２チャンファ面Ｔ２により、リングギヤ５４がフライホイール１２に嵌め込まれる際に、第１突出部５４ａが第２突出部１２ｂ同士の間に（言い換えると、第２突出部１２ｂが第１突出部５４ａ同士の間に）挿入されやすくなっている。
筒状部５４ｃは、本体部５４ｄからトランスミッション２側に延びた筒状の部分であり、ベアリング５５はケース２１の内周部に固定されたベアリング５５によりケース２１（あるいはエンジン１）に対して回転可能かつ軸方向に移動可能に支持されている。

＜動作＞
エンジン非始動時および運転時には、図２に示す退避位置Ｐ１で駆動シャフト５２は停止している。この状態では、リングギヤ５４がフライホイール１２と噛み合っておらずフライホイール１２に対して回転可能であるため、エンジン始動装置５側からフライホイール１２に負荷が加わらない。
エンジン始動条件が成立すると、制御装置から送信される制御信号に基づいて、マグネットスイッチ５６により駆動シャフト５２が退避位置Ｐ１から駆動位置Ｐ２へ駆動され、さらに駆動シャフト５２は駆動位置Ｐ２で保持される。このとき、駆動シャフト５２に固定されたピニオンギヤ５３および支持プレート５９、さらに支持プレート５９により軸方向に支持されたリングギヤ５４が駆動シャフト５２とともにトランスミッション２側に移動する。

リングギヤ５４がトランスミッション２側に移動すると、リングギヤ５４の第１突出部５４ａとフライホイール１２の第２突出部１２ｂとが噛み合い、リングギヤ５４とフライホイール１２とが一体回転可能となる。このとき、第１突出部５４ａの第１チャンファ面Ｔ１および第２突出部１２ｂの第２チャンファ面Ｔ２により第１突出部５４ａが第２突出部１２ｂ同士の間に入り込みやすくなっている。このため、退避位置Ｐ１でリングギヤ５４およびフライホイール１２の回転方向の位置が噛み合い位置からずれていても、リングギヤ５４をフライホイール１２に噛み合わせることができる。駆動シャフト５２が駆動位置Ｐ２に到達すると、マグネットスイッチ５６により駆動シャフト５２およびリングギヤ５４が駆動位置Ｐ２で保持され、エンジン始動装置５が図３に示す状態となる。
スタータモータ５１の駆動シャフト５２によりピニオンギヤ５３が回転駆動されると、ピニオンギヤ５３と噛み合っているリングギヤ５４が回転し、さらに、リングギヤ５４とともにフライホイール１２が回転する。このとき、ピニオンギヤ５３およびリングギヤ５４がはすば歯車であるため、平歯車に比べて、ピニオンギヤ５３およびリングギヤ５４の間で発生する歯打ち音は低減される。

もとより、リングギヤ５４とフライホイール１２とはセレーション結合により一体回転するから、歯打ち音は発生しない。
＜特徴＞
（１）
以上のように、このエンジン始動装置５では、リングギヤ５４がフライホイール１２に対して軸方向に移動可能となっており、マグネットスイッチ５６によりリングギヤ５４が駆動される。具体的には、リングギヤ５４がフライホイール１２に対して回転可能となる退避位置Ｐ１と、リングギヤ５４がフライホイール１２と一体回転可能となる駆動位置Ｐ２と、にマグネットスイッチ５６はリングギヤ５４を駆動可能である。このため、例えばエンジン始動時以外には、マグネットスイッチ５６によりリングギヤ５４を退避位置Ｐ１に駆動しておけば、リングギヤ５４はフライホイール１２に対して回転可能であるため、フライホイール１２にエンジン始動装置５側から負荷が加わらない。つまり、フライホイール１２にエンジン始動装置５側から負荷が加わる従来の構成に比べて、燃費が向上する。

また、エンジン始動時には、マグネットスイッチ５６によりリングギヤ５４を駆動位置Ｐ２に駆動しておけば、リングギヤ５４はフライホイール１２と一体回転可能であるため、ピニオンギヤ５３およびリングギヤ５４を介してフライホイール１２をスタータモータ５１により回転駆動することができる。そして、ピニオンギヤ５３およびリングギヤ５４がはすば歯車であるため、平歯車に比べてエンジン始動時の騒音を低減できる。
以上より、このエンジン始動装置５では燃費の向上を実現しつつエンジン始動時の騒音を低減できる。
（２）
また、リングギヤ５４が駆動シャフト５２に対して軸方向に一体移動可能に設けられているため、リングギヤ５４をマグネットスイッチ５６により駆動することができる。これにより、リングギヤ５４を駆動するためのユニットを設ける必要がなく、製造コストの増大を防止できる。

また、１対の支持プレート５９がピニオンギヤ５３を挟み込むように駆動シャフト５２に固定されており、支持プレート５９の間にリングギヤ５４の外歯５４ｂが配置されている。このため、リングギヤ５４が駆動シャフト５２に対して軸方向に一体移動可能な構成を比較的低コストで実現できる。
（３）
従来の平歯車が採用されたエンジン始動装置では、フライホイールを回転駆動するピニオンギヤはフライホイールと回転軸の位置が異なっている。このため、両回転軸の位置誤差および平行度誤差のうちどちらかが大きくなると、ピニオンギヤを軸方向に駆動してリングギヤに噛み合わせる際に、ピニオンギヤとリングギヤとの間で比較的大きな衝突音が発生する。

しかし、このエンジン始動装置５では、リングギヤ５４がフライホイール１２と概ね同軸上に配置されているため、リングギヤ５４およびフライホイール１２の間の回転軸の位置誤差を抑えやすくなる。これにより、従来の構成に比べて、リングギヤ５４をフライホイール１２に噛み合わせる際に発生する衝突音を低減しやすくなる。
ここで、「リングギヤ５４がフライホイール１２と概ね同軸上に配置されている」には、リングギヤ５４の回転中心がフライホイール１２の回転軸Ａ上に配置されている場合の他に、リングギヤ５４をフライホイール１２に噛み合わせることができる範囲内で、リングギヤ５４の回転中心が回転軸Ａからずれている場合も含まれる。
（４）
ベアリング５５により、エンジン１あるいはトランスミッション２に対してリングギヤ５４が軸方向に移動可能に支持されているため、リングギヤ５４の軸方向の移動が安定し、リングギヤ５４をフライホイール１２に噛み合わせやすくなる。

特に、本体部５４ｄからトランスミッション２側に延びる筒状部５４ｃがベアリング５５により支持されているため、リングギヤ５４の軸方向の移動が安定しやすい。
さらに、ベアリング５５により、エンジン１あるいはトランスミッション２に対してリングギヤ５４が回転軸Ａ１周りに回転可能に支持されているため、別途ベアリングを設ける場合に比べて、部品点数を削減することができ、製造コストの増大を抑制できる。さらに、ベアリング５５を用いることで、リングギヤ５４の回転軸とフライホイール１２の回転軸Ａとの平行度を維持しやすくなる。これにより、リングギヤ５４をフライホイール１２に噛み合わせる際の衝突音の発生を抑制できる。
（５）
リングギヤ５４が複数の第１突出部５４ａを有しており、フライホイール１２が第１突出部５４ａと回転方向に当接可能な複数の第２突出部１２ｂを有しているため、簡素な構成によりリングギヤ５４をフライホイール１２に対して一体回転可能にすることできる。

また、第１突出部５４ａが回転方向に対して傾斜する第１チャンファ面Ｔ１を有しており、第２突出部１２ｂが回転方向に対して傾斜する第２チャンファ面Ｔ２を有しているため、リングギヤ５４をフライホイール１２と噛み合わせる際に第１突出部５４ａが第２突出部１２ｂ同士の間に入り込みやすくなる。これにより、リングギヤ５４がフライホイール１２に対して回転方向にずれていても、リングギヤ５４をフライホイール１２と確実に噛み合わせることができる。
＜他の実施形態＞
本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
（Ａ）
前述の実施形態では、フライホイール１２に第２突出部１２ｂが形成されているが、フライホイール１２とは異なる部材に第２突出部が形成されていてもよい。例えば図６に示すように、フライホイールとは別体のドライブプレート１２０がクランクシャフト１１あるいはフライホイールに固定されている場合も考えられる。ドライブプレート１２０は、例えばプレス加工で成形されており、半径方向外側に押し出された第２突出部１２０ａを有している。リングギヤ５４がドライブプレート１２０と噛み合っている状態では、第２突出部１２０ａは第１突出部５４ａの間に配置されており、第１突出部５４ａと回転方向に当接可能である。第２突出部１２０ａの外形は第２突出部１２ａと概ね同じである。

このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、エンジン始動装置５では、リングギヤ５４がフライホイール１２にセレーション結合しており、フライホイール１２がスタータモータ５１により回転駆動されるが、クランクシャフト１１にリングギヤ５４がセレーション結合しており、クランクシャフト１１がスタータモータ５１により回転駆動される構成であってもよい。つまり、クランクシャフト１１と一体回転可能に設けられた回転体は、フライホイール１２のような別体の部材の他に、クランクシャフト１１と一体形成された部分であってもよい。
（Ｂ）
前述の実施形態では、１つのベアリング５５によりリングギヤ５４が軸方向に移動可能かつ回転可能に支持されているが、第１ベアリングでリングギヤ５４を回転可能に支持し、さらに別の第２ベアリングで第１ベアリングを軸方向に移動可能に支持してもよい。

（Ｃ）
第１突出部５４ａに１対の第１チャンファ面Ｔ１が設けられており、第２突出部１２ｂに１対の第２チャンファ面Ｔ２が設けられているが、第１チャンファ面Ｔ１および第２チャンファ面Ｔ２のうち少なくとも一方が設けられていればよい。さらに、第１チャンファ面Ｔ１は１対でなくてもよく片側だけに第１チャンファ面Ｔ１が設けられていてもよい。第２チャンファ面Ｔ２は１対でなくてもよく片側だけに第２チャンファ面Ｔ２が設けられていてもよい。さらに、第１チャンファ面Ｔ１および第２チャンファ面Ｔ２は平面だけでなく曲面もあり得る。
（Ｄ）
リングギヤ５４は一体の部材であるが、複数の部材から構成されていてもよい。他の部材についても同様である。

（Ｅ）
スタータモータ５１はフライホイール１２を回転駆動できれば、他の駆動方式であってもよい。また、マグネットスイッチ５６は駆動シャフト５２を軸方向に駆動できれば、他の駆動方式であってもよい。

本発明に係るエンジン始動装置であれば、本発明は、燃費の向上および始動時の騒音の低減が求められるエンジンの分野において有用である。

１ エンジン
１１ クランクシャフト
１２ フライホイール（回転体の一例）
２ トランスミッション（エンジンに固定された部材の一例）
２１ ケース（エンジンに固定された部材の一例）
５ エンジン始動装置
５１ スタータモータ（第１駆動部の一例）
５２ 駆動シャフト
５３ ピニオンギヤ
５４ リングギヤ
５５ ベアリング
５６ マグネットスイッチ（第２駆動部の一例）
５８ モータ本体
５９ 支持プレート（第１および第２支持プレートの一例）
Ｐ１ 退避位置（第１位置の一例）
Ｐ２ 駆動位置（第２位置の一例）

Claims (8)

1. エンジンを始動するためのエンジン始動装置であって、
   前記エンジンのクランクシャフトと一体回転可能に設けられた回転体と、
   前記回転体の回転軸に平行な軸であって軸方向に移動可能に配置された駆動シャフトを有する第１駆動部と、
   はすば歯車であり、前記駆動シャフトに固定されたピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤと噛み合うはすば歯車を外周部に有し、前記回転体に対して軸方向に移動可能に配置されたリングギヤと、
   前記リングギヤが前記回転体に対して回転可能となる第１位置と、前記リングギヤが前記回転体と一体回転可能となる第２位置と、に前記リングギヤを駆動可能な第２駆動部と、
   を備え、
   前記リングギヤは、前記回転体と概ね同軸上に配置されている、
   エンジン始動装置。
2. 前記リングギヤは、前記駆動シャフトに対して軸方向に一体移動可能に設けられている、
   請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記エンジンあるいは前記エンジンに固定された部材に対して前記リングギヤを軸方向に移動可能に支持するベアリングをさらに備えた、
   請求項１または２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記ベアリングは、前記エンジンあるいは前記エンジンに固定された部材に対して前記回転軸周りに回転可能に支持している、
   請求項３に記載のエンジン始動装置。
5. 前記リングギヤは、はすば歯車を有する環状の本体部と、前記本体部の内周部から半径方向内側に突出する複数の第１突出部を有しており、
   前記回転体は、フライホイール本体と、前記第１突出部同士の間に軸方向から挿入可能であり前記回転体本体から半径方向外側に突出する複数の第２突出部と、を有している、
   請求項１から４のいずれかに記載のエンジン始動装置。
6. 前記第１突出部は、回転方向に対して傾斜し前記第２突出部と当接可能な第１チャンファ面を有している、
   請求項５に記載のエンジン始動装置。
7. 前記第２突出部は、回転方向に対して傾斜し前記第１突出部と当接可能な第２チャンファ面を有している、
   請求項５または６に記載のエンジン始動装置。
8. 前記ピニオンギヤを挟み込むように前記駆動シャフトに固定された第１および第２支持プレートをさらに備え、
   前記リングギヤの一部は、前記第１および第２支持プレートの間に配置されている、
   請求項１から７のいずれかに記載のエンジン始動装置。
   
   
   

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