JP5301028B2 - 内燃機関用の始動装置のスタータリレー - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の上位概念による、内燃機関用の始動装置のスタータリレーに関する。
特許文献1から、内燃機関の始動装置用のリレーが公知であり、この始動装置ではクラッチ要素が、リレーの切換ロッドとマグネットアンカーとを互いに制限して移動可能に接続する。このクラッチ要素を介して、接点ブリッジとリレーの切換接点との焼き付きが、リレーの遮断時に、アンカー復帰バネによって加速されるマグネットアンカーにより再び引裂かれて開放される。しかしクラッチ要素のこの機能は、スタータリレーならびに始動装置のスタータピニオン用のメッシング機構の製造公差および調節公差によって制限される。ここではクラッチ要素の設計に応じて、2つの問題となる事例が発生し得る。一つは、リレーのマグネットアンカーとマグネットコアとの間の静止空隙が小さすぎると、互いに焼き付いた接点を引裂いて開放することができなくなる。なぜなら、マグネットアンカーのタペットがクラッチ要素を操作できるようになる前に、マグネットアンカーがフォークレバーを介してメッシング機構を静止ストッパに押し付けるからである。もう一つは、始動装置のメッシング機構がフォークレバーを介してその静止状態に押し付けられる前に、マグネットアンカーが切換軸の静止ストッパにより、クラッチ要素を介してその静止状態に達することである。そのため場合によってはスタータピニオンが噛み合いから確実には外れなくなる。
本発明の解決手段により、互いに焼き付いたリレーの切換接点が、スタータリレーの遮断によって引裂かれて開放すること、ならびにメッシング機構が静止ストッパへの復帰することがどのような場合でも保証される。
請求項1の特徴部分に挙げられた特徴を備える本発明のスタータリレーは、従来技術に対して、製造公差および調節公差の全範囲に対して、一方では互いに焼き付いた接点がリレーの遮断時に引裂かれて開放し、他方ではマグネットアンカーの静止状態で、始動装置のメッシング機構がフォークレバーを介してその静止ストッパに押し付けられるようにクラッチ要素を構成することができるという利点を有する。マグネットアンカーの静止状態は、これまでは切換軸の静止ストッパによってクラッチ要素を介して設定されていたが、本発明では圧縮バネにより、始動装置のメッシング機構が簡単かつ確実にその静止ストッパに当接するまで、フォークレバーがさらに戻るよう旋回される。本発明の解決手段のさらなる利点は、フォークレバーと、タペットの打抜き窓との間に無駄経路がないので、スタータピニオンの噛合い時のダイナミクスが向上されること、さらに温度に依存する、磁気的初期力によるスタータリレーの機能限界が高くなることである。このことは、マグネットアンカーの動作空隙が、タペットの打抜き窓内に無駄経路がないことによって減少し、これによりアンカー経路の開始部での磁力を高めることができることによるものである。
特許文献2からすでに、スタータリレーを備える内燃機関用の始動装置が公知であり、このスタータリレーでは、マグネットアンカーに固定されたタペットの自由端部に圧縮バネが配置されており、この圧縮バネがメッシング機構のためのフォークレバーに作用する。しかしこの圧縮バネの後方端部はスタータリレーのハウジングに支持されており、したがってアンカー復帰バネの機能を有する。
従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載された特徴の有利な実施形態および改善が得られる。始動装置の最適なメッシングダイナミクスを達成するために、スタータリレーの静止状態で圧縮バネの圧縮力がアンカー復帰バネの復帰力より大きいと目的に適う。なぜならこれにより、フォークレバーとマグネットアンカーのタペットとの間の遊びが回避されるからである。さらに噛み合ったスタータピニオンが付着している場合に始動装置を遮断するためには、圧縮バネの圧縮力が、マグネットアンカーのスイッチオン位置において、マグネットアンカーに作用する接点復帰バネおよびアンカー復帰バネの復帰力よりも小さいと有利である。これにより少なくとも始動モータはスタータリレーから遮断される。
もっとも簡単な場合、圧縮バネは、タペットの端部領域の上に軸方向に装着されたコイル圧縮バネである。タペットにおける構造的な変化を回避するため、有利には、コイル圧縮バネの一方の端部は皿ディスクを介して、タペットの端部領域にある打抜き窓内に突出するフォークレバーの頭部に支持され、他方の端部はマグネットコアの端面側に支持される。コイル圧縮バネを皿ディスクとともに、フォークレバーがなくても紛失しないようスタートリレーにあらかじめ取付けることができるようにするため、好ましくは、皿ディスクの中央領域にフィンガが両側で打ち抜かれている。このフィンガは、上方からタペットの打抜き窓を通って係合し、あらかじめ取付けた状態でコイル圧縮バネのプリロード力により皿ディスクを、タペットにある打抜き窓の外側端面壁に対して支持する。
本発明を以下、図面に基づき例として詳細に説明する。
図1は、内燃機関用の始動装置10の概略的構造を示す。始動装置10はスタータモータ11を有し、その駆動軸12は傾斜ネジ13を備え、傾斜ネジは対応する雌ネジとともにタペットシャフト14で協働作用する。
択一的に駆動軸12は、間に接続された図示しない遊星ギヤを介してスタータモータ11によって駆動される。タペットシャフト14は、フライホイール15の外リングと強固に結合しており、その内リングは前方にスタータピニオン16を支持する。スタータピニオン16とフライホール15は、一方では駆動軸12上にストッパ17まで、他方では傾斜ネジ13の端部まで軸方向に移動可能に支承されている。ここでスタータピニオン16は、図示しない内燃機関のスプロケット18に噛合する。
軸方向移動はスタータリレー19によって行われる。スタータリレー19のマグネットアンカー20はフォークレバー21とメッシングバネ22を介してフライホール15に係合する。スタータモータ11の電流供給も同様にスタータリレー19を介して行われる。
スタータリレー19の接点ボルト23は一方では図示しない車両バッテリーのプラス電位と、他方ではスタータモータ11と接続されている。マグネットアンカーから軸方向に外側に突出するタペット24を介して、フォークレバー21がスタータピニオン16の噛合のために操作される。ここでフォークレバー21の頭部21aは、タペット24の打抜き窓25内に突入している。マグネットアンカー20とフォークレバー21の頭部21aとの間には、コイルバネとして構成された圧縮バネ26がプリロードされて嵌め込まれている。
圧縮バネは、スタータリレー19が遮断されているとき、傾斜ネジ13、タペットシャフト14、フォークレバー21およびメッシングバネ22からなるメッシング機構50を図示の静止状態に押し付ける。内燃機関を始動するために、スタータリレー19のスイッチオンによりマグネットアンカー20が吸着され、これによりフォークレバー21を介してスタータピニオン16がスプロケット18に噛合する。アンカー経路の最後の部分で、スタータリレー19の図示しない切換接点が閉鎖され、これによりスタータモータ11が内燃機関を回転するためにスイッチオンされる。
図2には、図1のスタータリレー19の構造が縦断面図に示されている。スタータリレー19はリレーコイル27を有し、このリレーコイル27はスイッチカバー28の中にある端子を介して、一方では自動車の図示しない始動スイッチと、他方ではスタータリレーのハウジング29と接続されている。リレーコイル27は、まず、メッシングスリーブ30およびマグネットコア31とともに鉢状のハウジング29に嵌め込まれる。
ハウジング29の底部では、開口部内をマグネットアンカー20が軸方向に案内され、マグネットアンカー20はリレーコイル27内に潜り込む。マグネットアンカー20の芯合わせされた孔部内にタペット24が固定されており、軸方向に外側に突き出たタペットの端部領域24aには、フォークレバー21を収容するためのいわゆるパドルとして打抜き窓25が設けられている。
マグネットコア31の貫通開口部内を、切換軸32が絶縁スリーブ33によって案内される。切換軸32の外側端部には、接点ブリッジ34が軸方向に移動可能に収容されている。スタータリレー19のハウジング29は、スイッチカバー28によって閉鎖される。スイッチカバー28の内室に突き出る接点ボルト23の端部は切換接点23aとして構成されており、接点ブリッジ34と協働作用する。
切換軸32の内側端部は、リレーの静止状態で、タペット24の端部に間隔aをもって対向している。マグネットコア31とマグネットアンカー20との間にはアンカー復帰バネ36が嵌め込まれており、このアンカー復帰バネの一方の端部はマグネットコア31の端面に支持され、他方の端部はマグネットアンカー20内にある切欠部35の底部に支持されている。
スイッチカバー28内には接点復帰バネ37があり、この接点復帰バネ37は一方ではスイッチカバー28の底部に支持され、他方では切換軸32の外側端部に固定された支持ディスク38に支持されている。接点圧縮バネ39は、マグネットコア31の軸方向に有底孔部40内にある。このバネは、一方では絶縁キャップ41を介して接点ブリッジ34に、他方では絶縁スリーブ33の端面に支持されている。3つのバネはすべてプリロードされており、より強くプリロードされた接点復帰バネ37は、接点圧縮バネ39のプリロード力に抗して接点ブリッジ34を静止状態に押し付ける。
図2のスタータリレー19では、切換軸32に形状的に固定された絶縁スリーブ33が、前方領域ではクラッチ33bとして構成されており、クラッチ33bは切換軸32とマグネットアンカー20とを互いに制限して移動可能に接続する。このことは、マグネットアンカー20の切欠部35内に突入するタペット24の端部が、頭部24bとして構成されていることにより達成される。この頭部24bは、クラッチ33bの端部に形成された複数の爪33aによって取り囲まれる。
互いに焼き付いた接点が引裂かれて開放する前の位置を示す図2に基づいて、切換接点23aと接点ブリッジ34との焼き付きがどのように再び開放されるのかを説明する。始動フェーズ中は、通電されたリレーコイル27の磁界の磁力により、マグネットアンカー20がマグネットコア31に吸着される。このとき、プリロードされたアンカー復帰バネ36がさらに緊張され、タペット24が間隔aを超えると切換軸32を右に押し付ける。これにより接点ブリッジ34が持ち上げられ、最終的に切換接点23aに接触する。ここでは接点復帰バネ37がさらに緊張される。アンカー経路の最終区間では、いわゆるバーンオフリザーブのために切換軸32がさらに接点復帰バネ37の力に抗して押し付けられ、これにより同様にプリロードされた接点圧縮バネ39が、最終的にマグネットアンカー20が端面側でマグネットコア31に当接するまでさらに緊張される。
接点面が平坦ではなく、電流負荷が大きい場合に、切換接点23aの小さな領域が接点ブリッジ34と焼き付いていると、スタータリレー19の遮断時の接点復帰バネ37の力は、このような焼き付きを引裂いて開放するのに十分でない。切換軸32の絶縁スリーブ33に形成されたクラッチ33bにより、スタータリレー19の遮断時にアンカー復帰バネの力によってマグネットアンカー20が、その経路上を静止状態に向かって加速される。これによりマグネットアンカー20は、切換軸32とタペット24bの間の間隔aに相当する経路を妨げられずに進む。このときに吸収された運動エネルギーにより、切換軸32は絶縁スリーブ33の爪33aを介してタペット24の頭部24bにより連行される。これが図2に図示されている。
この運動エネルギーと接点復帰バネ37の付加的な力により、切換接点23aと接点ブリッジ34との焼き付きが引裂かれて開放される。そして接点ブリッジ34は、接点復帰バネ37の力によって静止状態に押し付けられ、この静止状態で接点ブリッジ34の絶縁キャップ41は、マグネットコア31内にある有底孔部40の底部に支持される。さらにマグネットアンカー20は、アンカー復帰バネ36によって静止状態に押し付けられる。この静止状態は、始動装置10のメッシング機構50の後方ストッパによって規定される。
コイル圧縮バネ26の一方の端部は皿ディスク42を介してフォークレバー21の頭部21aに支持され、他方の端部はマグネットアンカー20の端面側に支持されている。このコイル圧縮バネ26は、フォークレバー頭部21aが打抜き窓25の外側端面壁25aに、コイル圧縮バネ26のプリロード力に基づいて常時当接するように作用する。
この措置により、切換軸32とタペット24にあるクラッチ33bを絶縁スリーブ33によって形成することができ、製造公差の全範囲を超える比較的小さな間隔aにより、互いに焼き付いた切換接点32aが磁気アンカー20によって引裂かれて開放されることが保証される。これに対しこのコイル圧縮バネ26がないと、フォークレバーの頭部21aがスタータリレー19の遮断時に、打ち抜き部25の内側端面壁25bに支持されることになり、そのため、スタータリレー19の遮断時に接点ブリッジ34が静止状態に押し付けられる。そこではこの接点ブリッジ34が、切換軸32と絶縁スリーブ33を介して、アンカー復帰バネ36によって加速されたマグネットアンカー20を、間隔aの通過後に達した静止状態に拘留する。そのため場合によっては、始動装置10のメッシング機構50がその静止状態に達しなくなる。
このことは、製造公差および取付け公差が不利な場合には、スタータピニオン16がスプロケット18から十分に離れて噛み合いを外さないという事態を引き起こす。したがいコイル圧縮バネ26により、互いに焼き付いた切換接点32aが引裂かれて開放するようになり、かつスタータピニオン16がメッシング機構50の後方ストッパまで、製造公差および調節公差の全範囲を超えて噛み合いを外すようになる。
マグネットアンカー20の静止状態よりもメッシング機構50の静止状態に早期に達する場合には、アンカー復帰バネ36がマグネットアンカー20をコイル圧縮バネ26の力に抗して静止状態に押し付け、それによりタペット24の打抜き窓25とフォークレバー21の頭部21aとの間に遊びが生じることになる。これを阻止するために、コイル圧縮バネ26は、スタータリレー19の静止状態においてはコイル圧縮バネ26の圧縮力がアンカー復帰バネ36の復帰力よりも大きくなるよう設計されている。
図3は、タペットの後方端部領域24aにおけるコイル圧縮バネ26の予備取付けの様子を拡大斜視図に示す。この予備取付けは、スタータリレー19が始動装置10の別個の構成部材として製造されているため必要である。
予備取付けの際に、まずコイル圧縮バネ26が外側から矢印方向に、図2のタペット24の端部領域24aへ軸方向に押し込まれ、これによりコイル圧縮バネ26の端部がマグネットアンカー20の端面側に当接する。次に、コイル圧縮バネ26は軸方向に圧縮され、プリロードされる。引き続き、皿ディスク42が上方から矢印方向にパドル形の端部領域24aに装着される。そして、皿ディスク42の中央領域から両側でディスク縁部まで打ち抜かれたフィンガ42aが、タペット24の打抜き窓25を通って上方から係合する。次に、皿ディスク42はコイル圧縮バネ26の自由端部に装着される。コイル圧縮バネ26を解放することにより、このコイル圧縮バネ26は予備取付け状態で、打ち抜かれたフィンガ42aを介して打抜き窓25の外側端面壁25aに皿ディスク42を押し付ける。
図4は、図2のスタータリレー19を示し、このスタータリレーは2つの半部分に分割されており、それぞれ縦断面図に示されている。図4の上部a)には、作動位置にあるスタータリレー19が示されており、マグネットアンカー20が通電されたリレーコイル27の磁界により、アンカー復帰バネ36の力に抗してアンカーコア31に押し付けられており、その端面側に当接している。ここでタペット24の頭部24bは切換軸32を、接点復帰バネ37の力に抗して、接点ブリッジ34が接点ボルト23の切換接点23aに当接するまで右にさらに押し付ける。さらに切換軸32はマグネットアンカー20のタペット24により、いわゆるバーンオフリザーブがあるので、接点復帰バネ37の力に抗してさらにわずかに右に押し付けられる。これにより接点圧縮バネ39もさらに緊張される。
これにより図1の始動装置10のフォークレバー21は、スタータピニオン16が内燃機関のスプロケット18に完全に噛み合うまで右に旋回される。フォークレバー21の頭部21aは、コイル圧縮バネ26からタペット24にある打抜き窓25の外側端面壁2に対して、皿ディスク42によって押し付けられる。
図4の下部b)には、スタータリレー19の下半分が縦断面図に示されており、これはリレーコイル27が遮断されてリレーが静止状態にある状態を示す。ここでは接点復帰バネ37の力により、切換軸32が接点圧縮バネ39の力に抗して、接点ブリッジ34が静止状態に達するまで復帰方向に押し付けられる。絶縁キャップ41が接点ブリッジ334の支持体として、マグネットコア31内にある有底孔部40の底部に支持されると、この状態にすぐ達する。同時に磁力の緩和により、緊張していたアンカー復帰バネ36がマグネットアンカー20を、タペット24の頭部24bが絶縁スリーブ33のクラッチ爪33aによって軸方向に固定的に保持されるまで左に押し付ける。
ここでフォークレバー21は左に旋回し、これによりスタータピニオン16は内燃機関のスプロケット18との噛み合いから外れる。ここでは圧縮バネ26により、図1のメッシング機構50が傾斜ネジにある後方ストッパに達するまで、フォークレバー21の頭部21aが皿ディスク42を介して左に押し付けられる。
ここで製造公差および調節公差は、図4のb)部のマグネットアンカー20が静止状態に達したときに、図1の始動装置10のスタータピニオン16が所要の安全間隔をもって内燃機関のスプロケット18との噛み合いをまだ外していないようなことが決してない大きさでなければならない。理想的には、マグネットアンカー20の静止状態と、始動装置10のメッシング機構50の静止状態には同時に達せられる。
しかしメッシング機構50の静止状態に、マグネットアンカー20の静止状態よりも早期に達してもさほど問題はない。そのような場合のためにコイル圧縮バネ26は、コイル圧縮バネ26の圧縮力がスタータリレー19の静止状態で、アンカー復帰バネ36の復帰力よりも大きくなるように設計されている。その結果、フォークレバー21の頭部21aは打抜き窓25の外側端面壁25aに当接したままになる。
別の限界事例は、始動試行が失敗した場合、すなわちリレーコイル27は遮断されるが、スタータピニオン16が噛合位置に残る場合である。このような場合でも、スタータモータ11を確実に遮断することができるようにするため、コイル圧縮バネ26は、その圧縮力がスタータリレー19のスイッチオン位置では、マグネットアンカー20に作用する接点復帰バネ37とアンカー復帰バネ36の復帰力よりも小さくなるように設計されている。この場合、リレーコイル27の遮断とともにマグネットアンカー20が、アンカー復帰バネ36と接点復帰バネ37の力によりコイル圧縮バネ26の力に抗して、フォークレバー21の頭部21aが打抜き窓25の内側端面壁25bに衝突するまで左に移動する。ここでタペット24が進む距離は、接点ブリッジ24がいわゆるバーンオフリザーブを超えて切換接点23aから持ち上げられ、これによりスタータモータ11に対する電流回路を遮断するのに十分である。静止状態では、スタータピニオン16はスタータリレー19により、内燃機関のスプロケット18から簡単に噛み合いを外される。
図4bに示した静止状態で、マグネットアンカー20はマグネットコア31に対して最大の動作空隙Aを取っている。この動作空隙Aは、リレーのいわゆるバーンオフリザーブの分だけ図2の示したタペット24と切換軸32の間の間隔aより大きい。最大動作空隙Aは、コイル圧縮バネ26を使用することにより、このような圧縮バネのないスタータリレーの場合よりも小さく選択することができる。なぜならコイル圧縮バネ26がフォークレバー21を静止状態でさらに左に旋回することができるからである。静止支承位置にあるフォークレバーの抵抗により、マグネットアンカーはより深くリレーコイル内に潜り込む。この措置によりスタータリレー19において、磁気的吸着力が静止状態からのアンカー運動の開始時に高まる。
本発明は図示の説明した実施例に限定されるものではない。たとえば本発明の枠内で、互いに焼き付いたリレーの接点を引き剥がすために設けられたクラッチを、切換軸32とマグネットアンカー20との間では構造的に別に、たとえば特許文献3から公知のように構成することもできる。しかし本発明で重要なのは、このようなクラッチを、スタータリレー19のアンカー端面側と、始動装置10のフォークレバー21の頭部との間で、圧縮バネ26と組合せ、これにより冒頭に述べた2つの問題となる限界事例を、製造公差、調節公差、および取付け公差の公差範囲内で回避することである。
Claims (5)
- リレーコイル(27)と、マグネットアンカー(20)と、接点ブリッジ(34)とを有する、内燃機関用の始動装置(10)のスタータリレー(19)であって、
前記マグネットアンカー(20)は、リレーコイルの通電によって静止状態から動作位置に、アンカー復帰バネ(36)の力に抗して可動であり、かつ軸方向に外側に突き出たタペット(24)を介してフォークレバー(21)の端部と、スタータピニオン(16)を始動するために協働作用し、
前記接点ブリッジ(34)は、切換軸(32)を介してマグネットアンカーによって操作され、かつ切換接点(23a)と協働作用し、
クラッチ(33b)が前記切換軸と前記マグネットアンカーを互いに制限して移動可能に接続するスタータリレーにおいて、
前記マグネットアンカー(20)と前記フォークレバー(21)の端部(21a)との間には、圧縮バネ(26)がプリロードされて嵌め込まれており、
前記スタータリレー(19)の静止位置では、前記圧縮バネ(26)の圧縮力が前記アンカー復帰バネ(36)の復帰力よりも大きく、
前記マグネットアンカー(20)の動作位置では、前記圧縮バネ(26)の圧縮力が、前記マグネットアンカー(20)に作用する接点復帰バネ(37)と前記アンカー復帰バネ(36)の復帰力よりも小さい、ことを特徴とするスタータリレー。 - 前記圧縮バネ(26)は、タペット(24)上に軸方向に装着されたコイル圧縮バネである、ことを特徴とする請求項1記載のスタータリレー。
- 前記圧縮バネ(26)の一方の端部は、皿ディスク(42)を介して前記タペット(24)の打抜き窓(25)に突入するフォークレバー(21)の頭部(21a)に支持され、他方の端部は前記マグネットアンカー(20)の端面側(20a)に支持される、ことを特徴とする請求項2記載のスタータリレー。
- 前記皿ディスク(42)の中央領域では、フィンガ(42a)が両側でさら縁部まで打ち抜かれており、該フィンガは上方から前記タペット(24)の打抜き窓(25)を通って係合する、ことを特徴とする請求項3記載のスタータリレー。
- 前記圧縮バネ(26)は、スタータリレー(19)における予備取付け状態で、前記タペット(24)にある打抜き窓(25)の外側端面壁(25a)に、打ち抜かれたフィンガ(42a)を介して前記皿ディスク(42)を押し付ける、ことを特徴とする請求項4記載のスタータリレー。
Applications Claiming Priority (3)
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