JP5362621B2 - スタータ - Google Patents

Description

本発明は、アイドリングストップ用のスタータに関する。

一般に、エンジンを始動する場合、エンジンをクランキングするためにスタータの動力をエンジンへ伝達するピニオンを、ソレノイドコイルによって押し出して、ピニオンをエンジンのクランク軸に連結されたリングギヤに噛み込ませて、スタータの動力にてエンジンをクランキングする。アイドリングストップ用のスタータにおいては、車両が一時停止する際、エンジンが停止状態になってから、ピニオンを押し出してリングギヤに噛み込ますようにしている。ここで、運転者は、一時停止をしようとしたが、急に考えを変えて再始動要求を出す場合がある。しかし、エンジン回転が降下中に再始動要求が発生しても、エンジン回転が停止状態になるまで再始動を行えず、再始動を行うまでに時間の遅れが発生してしまう。

このため、特許文献１では、エンジン回転が降下中に再始動要求が発生した際、スタータへ通電してピニオンを空転させ、ピニオンとリングギヤの回転速度を各々検出し、各々の回転が同期する時点でピニオンを押し出してリングギヤに噛み込ますようにして、俊敏にエンジンの再始動を行っている。特許文献２では、スタータ用ワンウェイクラッチのクラッチアウタの筒形外周壁の外周面に凸凹状の信号出力部を形成し、信号検出用のセンサでクランク軸の回転速度を検出している。

特許第４２１４４０１号公報 特許第４２３７１５０号公報

特許文献１には、ピニオンの回転速度の具体的な検出方法については記載されていない。又、特許文献２のセンサはクランク軸の回転速度を検出するものであり、ピニオンの回転速度を検出するものではない。即ち、従来技術では、アイドリングストップ用のスタータに搭載されるピニオンの回転速度を具体的に検出する方法について考慮されていない、という課題がある。

そこで、本発明の目的は、ピニオンの回転速度を検出することができるアイドリングストップ用のスタータを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の１つは次の通りである。
本スタータは、スタータの回転駆動力をエンジンのクランク軸のリングギヤに伝達するピニオンと、ピニオンをリングギヤに押し出すアーマチャシャフトと、エンジンの回転駆動力がアーマチャシャフトに伝わらないように、ピニオンとリングギヤの間に配置されたワンウェイクラッチと、ワンウェイクラッチのクラッチアウタの外周面を覆うクラッチカバーと、ピニオンの回転速度を検出する回転速度検出装置と、を備え、回転速度検出装置は、ワンウェイクラッチの外周面に形成された回転速度被検出部と、回転速度被検出部を検出する回転速度検出センサと、を備え、回転速度被検出部は、クラッチカバーの円周上に形成された貫通孔と、貫通孔が形成された円周上に沿って、クラッチアウタの外周面に形成された円周状の溝と、で形成され、回転速度検出センサは、貫通孔及び溝に対向して配置されている。

本発明によれば、ピニオンの回転速度を検出することができるアイドリングストップ用のスタータを提供することができる。

スタータを含むシステムの全体構成図。 スタータの要部を示す一部を破断した要部構成図。 クラッチカバーを示す一部を破断した正面図と、その側面図。 クラッチカバーを外した状態を示すクラッチアウタの正面図。 クラッチアウタとクラッチカバーの要部と回転速度検出センサとの位置関係を示す要部断面図。 クラッチアウタに溝が形成されていない他の実施形態のクラッチアウタとクラッチカバーの要部と回転速度検出センサとの位置関係を示す要部断面図。 クラッチアウタに凹部が形成されている他の実施形態を示し、（ａ）はクラッチアウタの一部を破断した正面図、（ｂ）はクラッチアウタと回転速度検出センサとの位置関係を示す要部断面図。

以下、一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１〜４において、エンジン１のクランク軸２には、リングギヤ３が取り付けられている。一方、エンジン１を始動するための回転駆動力を発生するスタータ５には、内部にアーマチャ６が回転可能に支持されており、アーマチャシャフト６ａの一端にピニオン７が取り付けられている。このピニオン７が、リングギヤ３に係脱可能に噛み合うことによって、スタータ５の回転駆動力をエンジン１に伝達することができる。スタータ５には、ピニオン７の回転速度を検出する回転速度検出センサ８が設置されている。

図１に示されるシステムは、エンジン１、エンジン１のクランク軸２に固定されたリングギヤ３、リングギヤ３に噛み合うピニオン７を備えるスタータ５、スタータ５の電源であるバッテリ４、リレー４ａ、及び、回転速度検出センサ８とから構成される。又、エンジンを一時自動停止後、自動再始動させるため、更にエンジンの回転速度を検出するためのリングギヤ３の回転速度検出センサ９を含んで構成され、制御装置２０が、車両の運転中にエンジンの一時停止が許容される条件が成立した時、エンジンを一時停止させ、再始動条件が成立した時、スタータ５を回転させてエンジン１を再始動させる。

図２において、スタータ５は、直流電動機であり、内蔵するアーマチャ６がバッテリ４からの通電を受けて回転駆動力を発生する。アーマチャ６により発生した回転駆動力は、スタータ５の出力軸であるアーマチャシャフト６ａに伝達される。アーマチャシャフト６ａとピニオン７との間には、エンジン１が始動した後、エンジン１の回転駆動力がアーマチャシャフト６ａに伝わらないように、ワンウェイクラッチ１０が配置されている。ワンウェイクラッチ１０の外周部の径方向の外側（エンジン１側）から対向する位置に、回転速度検出センサ８が配置されており、ワンウェイクラッチ１０の回転信号を検出する。本実施形態では磁気センサが用いられている。

ワンウェイクラッチ１０は、ピニオン７と、ローラ１１を介して半径方向に対向して同軸上に配置されたクラッチインナ１２とクラッチアウタ１３とクラッチカバー１４を有している。クラッチインナ１２はピニオン７と一体に構成されており、エンジン１を始動する際にアーマチャシャフト６ａを介して回転駆動される。

ワンウェイクラッチ１０は、アーマチャシャフト６ａに形成されたスプライン（図示せず）に嵌合され、軸方向に移動可能となっている。ワンウェイクラッチ１０は、スタータ５のエンジン１からの連れ廻りを防止する。クラッチアウタ１３は、ピニオン７と一体となって回転するクラッチインナ１２とワンウェイクラッチ１０の機能により、エンジン回転から切り離される。そして、ローラ１１は、クラッチインナ１２とクラッチアウタ１３の間を結合・分離する。クラッチアウタ１３の外周面は、クラッチカバー１４に覆われ、外嵌されている。

クラッチアウタ１３は、アーマチャシャフト６ａに嵌合する軸受部１３ａ、軸受部１３ａの一端から外周方向に延在するディスク部１３ｂ、及び、ディスク部１３ｂの外周より水平方向に延在する外周部１３ｃとを備えており、外周部１３ｃの内周面とクラッチインナ１２の外周面との間にローラ１１が介在されている。この構成により、クラッチアウタ１３の一方向の回転はローラ１１を介してクラッチインナ１２に伝達され、クラッチアウタ１３が他方向に回転する時はクラッチインナ１２に伝達しない構成となっている。そして、エンジンが始動してリングギヤ３の周回転速度がピニオンの周回転速度を上回る場合は、この回転はスタータ５側に伝達されない。即ち、ワンウェイクラッチ１０は一方向の回転のみ伝達し、クラッチアウタ１３の回転数とピニオン７の回転数とは同じとなり、他方向の回転はローラがクラッチインナから開放されてフリーの状態となる。

ワンウェイクラッチ１０のクラッチカバー１４は、薄肉の金属板材から形成され、円筒状の外周面１４ａと、この外周面に連続して内周側に延在する円板状部１４ｂとを有しており、外周面と円板状部とは直角に折り曲げられている。この円板状部１４ｂは、ワンウェイクラッチ１０を構成するローラ１１や、ローラに隣接するディスク等の構成部材を包み込んで脱落を防止し、円板状部１４ｂと反対側の外周面の端部１４ｃを内側に折り曲げることでワンウェイクラッチ１０を一体化している。

クラッチカバー１４の外周面１４ａには、回転速度を検出するための回転速度被検出部として複数の貫通孔１５が貫通して形成されている。この貫通孔は外周面の円周上に等間隔で複数個が形成されている。この貫通孔は、クラッチカバー１４がクラッチアウタ１３の外周面に密着しているため、クラッチカバー１４が薄肉であることから、その深さは浅く、クラッチカバー１４の板厚分だけの深さｄ１となっている。例えば、クラッチカバーを構成する金属板材の厚さが０．５ｍｍの場合は、貫通孔１５の深さｄ１は０．５ｍｍとなる。

クラッチアウタ１３の外周面には、クラッチカバー１４の貫通孔１５に合わせて、同じ円周上に沿って円周状の環状溝１６が形成されている。環状溝１６の深さは、使用するセンサの性能にもよるが、２〜３ｍｍ程度から５ｍｍ程度が好ましく、クラッチカバー１４とクラッチアウタ１３とが一体となった状態では貫通孔１５の深さは、クラッチカバーの厚さ分ｄ１と環状溝１６の深さ分ｄ２が合計された深さとなる。尚、環状溝の深さは更に深く設定してもよい。

スタータ５の側部にはマグネットスイッチ２１が固定されている。マグネットスイッチは、内部のプランジャコイルに通電してプランジャを吸引し、ドライブレバーによってピニオン７を押し出してリングギヤ３に噛み合わせる構成となっている。従って、リングギヤ３にピニオン７を噛み合わせてスタータ５を回転させることでエンジンを始動できる。

制御装置２０は、ワンウェイクラッチ１０の外周に位置している回転速度検出センサ８からの信号線８ａ、及び、リングギヤ３の回転速度を検出する回転速度検出センサ９からの信号線９ａに接続されている。又、制御装置２０の駆動部（ＤＲＶ）から、リレー４ａへ電源を供給するための電源線５ａと、マグネットスイッチ２１に電源を供給するための電源線２１ａが接続されている。

次に、本実施形態のスタータ５の動作について説明する。エンジン１を始動する時は、制御装置２０からの信号によりマグネットスイッチ２１に電源が供給され、プランジャが吸引されてドライブレバーがピニオン７を押し出してリングギヤ３に噛み合わせ、リレー４ａを介しバッテリ４からスタータ５に電源が供給されて回転し、この回転でリングギヤ３を回転させてエンジン１を始動する。エンジンが始動すると、リングギヤ３の回転はワンウェイクラッチ１０でスタータ５側へ伝達されず、スタータ５への電源供給は停止される。

次に、回転速度検出センサ８、及び回転速度検出センサ９で検出される回転速度を使用する例について、以下に説明する。制御装置２０は、車両の運転中に交差点等で停止した時等、エンジンの一時停止が許容される条件が成立した時、エンジン１を一時停止させ、再始動条件が成立した時、スタータ５を回転させてエンジンを再始動させることができる。

制御装置２０は、エンジン１のクランク軸２に連結された回転速度検出センサ９で検出された回転速度と、スタータ５に連動するピニオン７の回転速度を検出する回転速度検出センサ８で検出された回転速度とを比較して、例えば、スタータ５を回転させてピニオン７とリングギヤ３の周速度が略一致した時にピニオン７とリングギヤ３とを噛み合わせてエンジン１を始動する。

車両を運転中に、交差点等で停止した時、エンジン１はアイドリング運転状態となる。この状態でエンジン停止の条件が整った時、例えば所定時間が経過した時にはエンジン１は停止され、燃料消費を低減する。このような車両の停止中に、エンジン再始動の条件が整った時にはエンジン１は再始動される。エンジンの一時停止と、再始動については、制御装置２０が行う。再始動要求がありエンジン再始動する際に、エンジンの回転速度が降下中であっても、ピニオン７の周速度とリングギヤ３の周速度が略一致しているため、ギヤの噛み合い時の異音や噛み合いの不具合を起こすことなく迅速に再始動することができる。

又、ピニオン７の周速度とリングギヤ３の周速度が一致していなくても、エンジン停止中の回転速度の降下分を予測し、予測された回転速度でピニオン７をリングギヤ３に噛み合わせることで迅速に再始動を実行することができる。更に、リングギヤ３の回転速度の降下と、始動時のスタータのピニオン７の回転速度の上昇を予測して、リングギヤにピニオンを噛み合わせることも可能となる。

本実施形態の信号検出用の貫通孔１５は、図５に示されるように、貫通孔１５の底面の深さがｄ２と深く形成されており、回転速度検出センサ８からクラッチカバー１４の外周部までの距離をＬ１とし、回転速度検出センサ８からクラッチアウタ１３の外周部までの距離をＬ２とし、回転速度検出センサ８からクラッチアウタ１３の環状溝１６の底面までの距離をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３となる。

回転速度検出センサ８に磁気センサを用いる場合、信号検出はＬ１とＬ３で行われ、クラッチアウタ１３の外周部に形成された環状溝１６が無い場合の信号検出Ｌ1とＬ２に比べて、大幅に安定した信号検出が可能となる。又、貫通孔１５の深さを深くして信号を安定させるための環状溝１６はクラッチアウタ１３の外周面に円周方向に形成するので、クラッチアウタの成型時に同時に形成することができ、簡単な構成で軽量化も図ることができる。

尚、クラッチカバー１４に貫通孔を設けずに、一旦クラッチアウタ１３の外周部にクラッチカバー１４を覆い被せた後、ポンチ等で環状溝１６の上部に位置するクラッチカバー１４の部分を環状溝１６内部に押し付けて、クラッチカバー１４上に凹部を設けることで、当該凹部を回転速度被検出部としてもよい。

制御装置２０はピニオン７を回転させ、回転速度検出センサ８で検出されたピニオン７の回転速度から周速度を求め、回転速度検出センサ９で検出されたリングギヤ３の回転速度から周速度を求め、ピニオン７の周速度とリングギヤ３の周速度が一致した時、マグネットスイッチ２１を作動させてピニオン７を軸方向に移動してピニオン７とリングギヤ７とを噛み合わせる。２つのギヤは互いに周速度が同じであるため、異音等が発生することなく、滑らかに噛み合い、エンジン１の迅速な始動が可能となる。

他の実施形態を図６に基づき詳細に説明する。図６はスタータの他の実施形態の要部を示す断面図である。尚、この実施形態は前記した実施形態に対し、回転速度検出センサで回転速度を検出する回転速度被検出部が貫通孔だけであることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

この実施形態では、ワンウェイクラッチ１０Ａは、クラッチアウタ１３Ａの外周面に環状溝が形成されない構成となっている。クラッチカバー１４Ａの材質をメッキ鋼板などの表面が光沢面である材料とすることで、外周部は光を反射することができる。そして、クラッチアウタ１３Ａは表面が暗色処理されている。具体的には、クラッチアウタ１３Ａはワンウェイクラッチ１０Ａの剛性上から熱処理を行う結果、クラッチアウタ１３Ａの外周部は光を反射しにくい黒い色となる。そして、この実施形態では、回転速度検出センサ８Ａは光学式センサが用いられる。

この結果、クラッチアウタ１３Ａに形成された貫通孔の深さを増やすための溝が形成されず、回転速度検出センサ８Ａとクラッチカバー１４Ａとの間隔Ｌ４と、回転速度検出センサ８Ａとクラッチアウタ１３Ａとの間隔Ｌ５との間隔に大きな差がなくても、回転速度検出センサ８Ａに光学式センサを用いる場合、光を反射させるための追加部材を用いることなく、安定した信号検出が可能となる。

尚、光沢処理されたクラッチカバー１４Ａと暗色処理されたクラッチアウタ１３Ａで安定した信号を得ることができる例を示したが、クラッチカバーを白色等の明色処理しておき、クラッチカバーの貫通孔から露出するクラッチアウタの表面を暗色処理しておき、明暗を強調することで得られる信号を安定化させることもできる。

更に他の実施形態を図７に基づき詳細に説明する。図７はスタータの更に他の実施形態を示し、（ａ）はワンウェイクラッチの一部を破断した正面図、（ｂ）は要部を示す断面図である。尚、この実施形態は前記した実施形態に対し、回転速度検出センサで回転速度を検出する回転速度被検出部が凹部だけである。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

この実施形態では、ワンウェイクラッチ１０Ｂは、クラッチアウタ１３Ｂの外周にクラッチカバーがなく、クラッチアウタの外周面に直接回転速度検出センサ８Ｂが対向して配置されている。そして、クラッチアウタ１３Ｂの外周面には、円周上に複数の凹部１７が等間隔で形成されている。凹部１７の深さはｄ３であり、この深さはクラッチアウタ１３Ｂと回転速度検出センサ８との間隔Ｌ６より深く設定されている。

このように構成された本実施形態では、クラッチアウタ１３Ｂが回転すると、外周面の円周上に形成された凹部１７と外周面との段差により凹凸が形成され、この凹凸にセンサからの磁力が作用して、凹凸状態がパルスとなって検出される。この凹凸状態の信号は、間隔Ｌ６と凹部の深さｄ３との和Ｌ７とにより検出されるため、信号検出のレベルが大きくなって安定した回転速度の信号が得られる。このため、簡単な構成で軽量化でき、迅速なエンジンの始動が可能となる。

尚、上記実施例では、貫通孔又は凹部を回転速度被検出部にするとして説明したが、クラッチカバー上に、非磁性体と磁性体を交互に（好ましくは等間隔に）埋め込み、それらの磁気変化により、磁気センサが回転速度を検出する形態としてもよい。又、クラッチカバー上に明部と暗部を交互に（好ましくは等間隔に）設置し、それらの反射率の変化により、光学センサが回転速度を検出する形態としてもよい。

本実施例によれば、クラッチカバーを有したワンウェイクラッチを装着したスタータであっても、パルサーギヤのような回転速度検出のための回転部材をスタータの回転軸に設ける必要はなくなり、既存の部品構成のまま回転速度検出用の信号を検出できると共に、追加部品を設ける必要がないため、スタータの軸方向寸法を延長することなく、ピニオンの回転速度の検出が可能となる。

又、クラッチカバーの外周部の信号検出部の肉厚のみで検出する場合に比べて、クラッチアウタに所定の深さを有する空間が加わることにより、クラッチカバーの外周部とクラッチアウタの所定の空間の底径までを検出することができ、回転速度の信号検出性能を大幅に向上させることができる。即ち、回転速度の検出を確実に行うことができる。

又、クラッチカバーに光沢処理を行えば、クラッチカバーの反射率が高くなり、貫通孔の内部は暗色で反射率が低くなる。即ち、光学センサを用いれば、明暗の比が大きくなるため信号の振幅が大きくなって安定した回転速度の信号を得ることができる。

又、クラッチカバーは、外周面に連続して内周側に延在する円板状部を有しており、該円板状部は、ワンウェイクラッチを構成する部材を包み込むように形成されている。即ち、ワンウェイクラッチを構成する部材はクラッチカバーの円板状部で包み込まれて保持されるため、簡単な構成でワンウェイクラッチを一体化することができる。

又、ピニオンの回転速度とエンジンの回転速度を比較して、例えば両方の周速度が一致した時にピニオンをリングギヤに噛み合わせてスタータを回転させてエンジンを再始動するため、運転者の要求に沿って迅速に、しかもギヤの噛み合い時に異音を発生することなく、滑らかにエンジンを始動させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができる。例えば、前記の実施形態では、回転速度検出センサとして磁気センサの例を示したが、受光素子等を用いた光学式センサや音波等を用いたセンサ等、各種のセンサを用いることができる。

１：エンジン、２：クランク軸、３：リングギヤ、４：バッテリ、４ａ：リレー、５：スタータ、６：アーマチャ、６ａ：アーマチャシャフト、７：ピニオン、８，８Ａ：回転速度検出センサ、９：回転速度検出センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ：ワンウェイクラッチ、１１：ローラ、１２：クラッチインナ、１３，１３Ａ，１３Ｂ：クラッチアウタ、１４，１４Ａ：クラッチカバー、１４ａ：外周面、１４ｂ：円板状部、１４ｃ：端部、１５：貫通孔（クラッチカバーの回転速度被検出部）、１６：クラッチアウタの外周面の環状溝、１７：凹部、２０：制御装置、２１：マグネットスイッチ、ｄ１：貫通孔の深さ、ｄ２：環状溝の深さ、ｄ３：凹部の深さ

Claims (6)

1. スタータの回転駆動力をエンジンのクランク軸のリングギヤに伝達するピニオンと、
   前記ピニオンを前記リングギヤに押し出すアーマチャシャフトと、
   前記エンジンの回転駆動力が前記アーマチャシャフトに伝わらないように、前記ピニオンと前記リングギヤの間に配置されたワンウェイクラッチと、
   前記ワンウェイクラッチのクラッチアウタの外周面を覆うクラッチカバーと、
   前記ピニオンの回転速度を検出する回転速度検出装置と、を備え、
   前記回転速度検出装置は、前記ワンウェイクラッチの外周面に形成された回転速度被検出部と、該回転速度被検出部を検出する回転速度検出センサと、を備え、
   前記回転速度被検出部は、前記クラッチカバーの円周上に形成された貫通孔と、該貫通孔が形成された円周上に沿って、前記クラッチアウタの外周面に形成された円周状の溝と、で形成され、
   前記回転速度検出センサは、前記貫通孔及び前記溝に対向して配置されている、スタータ。
2. 前記クラッチカバーは、前記クラッチアウタの外周面を覆う外周面を有し、該外周面に連続して内周側に延在する円板状部を有しており、該円板状部は、前記ワンウェイクラッチを構成する部材を包み込むように形成されている、請求項１記載のスタータ。
3. 前記貫通孔は、前記クラッチカバーの外周面に、その円周上に沿って等間隔に複数個形成されている、請求項１又は２記載のスタータ。
4. 前記回転速度検出センサが検出した前記ピニオンの回転速度と前記エンジンの回転速度検出センサで検出したエンジンの回転速度とに基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせてエンジンを始動させるべく、前記ピニオンを移動させる制御をする制御装置を更に備える、請求項１乃至３何れか一に記載のスタータ。
5. 前記制御装置は、前記ピニオンの回転速度から求めた周速度と前記リングギヤの回転速度から求めた周速度とが一致した時に、前記ピニオンを移動させる、請求項４記載のスタータ。
6. 前記制御装置は、前記エンジンの一時自動停止中、該エンジンの前記クランク軸が回転している状態でエンジンを自動再始動する場合、前記スタータを回転駆動させる制御を行った後、前記ピニオンと前記リングギヤの周速度とが一致した時、前記リングギヤに前記ピニオンを噛み合わせるべく、前記ピニオンを移動させる、請求項５記載のスタータ。

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