JPWO2015053042A1 - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

エンジンの再始動要求に俊敏に対応できるエンジン始動装置を提供する。リングギヤ１２の回転数よりピニオン１６の回転数が小さいときに、ピニオン１６がリングギヤ１２に噛み込むエンジン始動装置において、ピニオン１６は、クラッチインナ７ａと当該ピニオン１６との間に設置された弾性体９を撓ませながらクラッチインナ７ａ上を移動可能に構成されており、弾性体９を撓ませながらクラッチインナ上７ａを移動するピニオン８の軸方向移動量をＬ１、リングギヤ１２の軸方向ピニオン側に設置した面取り１３の軸方向長さをＬ２、ピニオンの軸方向リングギヤ側に設置した面取り１４の軸方向長さをＬ３としたとき、Ｌ１＞Ｌ２、及び／または、Ｌ１＞Ｌ３となるように構成する。

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

環境対策及びエネルギー資源の節約のために、自動車を運転中にエンジンの一時停止が許容される所定条件が成立したときに、エンジンに供給する燃料を遮断することによりアイドリングを自動的にストップさせる事が考えられており、既に一部の自動車において実施されている。

このアイドルストップにおいて、エンジンが完全に停止した後に再始動を行う場合は、エンジンのリングギヤも完全に停止しており、従来のエンジン始動装置でも容易にエンジンの再始動を行える。

ところが、アイドルストップが実施された後のエンジンが惰性回転中に、例えば交差点の信号が青色となり、運転者による発進操作（一例としてブレーキペダルの解除）が行われた場合、従来のエンジン始動装置ではエンジンのリングギヤが完全に停止しないとエンジンの再始動が行えず、運転者の再始動要求に俊敏に対応できないばかりか、後続車等の周りの交通機関に迷惑を掛けてしまうおそれがある。

これに対し、アイドルストップ後のエンジン惰性回転中に、まずピニオンを押し出してリングギヤに噛み込ませてから、モータに通電してエンジンを再始動させる技術が示されている（特許文献１）。

特許第４６４５７７１号公報

特許文献１に示される従来の技術では、まずピニオン押し出し手段を作動させてリングギヤに噛み込ませる第一のタイミングと、ピニオンがリングギヤに噛み込んだ後にモータへ通電する第二のタイミングとを、所定の遅延時間として設定している。このため、所定の時間未満でピニオンがリングギヤに噛み込んだ場合でも、所定の時間が経過するまでモータに通電されないため、エンジンの再始動要求に俊敏に対応できないという課題がある。

そこで、本発明は、エンジンの再始動要求に俊敏に対応できるエンジン始動装置を提供する。

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、モータと、前記モータの回転力が伝達される出力軸と、前記出力軸上に形成されたヘリカルスプイラインを介して、前記モータの回転力をエンジンのクランク軸のリングギヤに伝達し、かつ出力軸上を軸方向に移動可能で、かつ一方向クラッチと前記一方向クラッチのクラッチインナにスプライン係合されたピニオンと、一対の可動鉄心と固定鉄心にて通電することにより吸引力を発生するマグスイッチと、この吸引力によりピニオン移動体をエンジンクランク軸のリングギヤに噛み合うように押し出すレバーと、を備え、前記リングギヤの回転数より前記ピニオンの回転数が小さいときに、前記ピニオンが前記リングギヤに噛み込むエンジン始動装置において、前記ピニオンは、前記クラッチインナと当該ピニオンとの間に設置された弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動可能に構成されており、前記弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動するピニオンの軸方向移動量をＬ１、前記リングギヤの軸方向ピニオン側に設置した面取りの軸方向長さをＬ２、前記ピニオンの軸方向リングギヤ側に設置した面取りの軸方向長さをＬ３としたとき、Ｌ１＞Ｌ２、及び／または、Ｌ１＞Ｌ３となるように設定されたことを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの再始動要求に俊敏に対応できるエンジン始動装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる

エンジン始動装置の全体図（実施例） ピニオン移動体周りの拡大図（実施例） エンジン始動装置の全体図（従来例） 停止中のリングギヤにピニオンが噛み合う過程の状態を示す正面図と断面図 惰性回転中のリングギヤに、ピニオンが噛み込む過程の状態を示す正面図と断面図（従来例） 惰性回転中のリングギヤに、ピニオンが噛み込む過程の状態を示す正面図と断面図（実施例） 実施例のピニオンと従来例のピニオン移動体の軸方向移動量と時間の関係図

以下、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、本発明の装置の一例を示すエンジン始動装置の全体図である。エンジン始動装置１はハーネス２によりバッテリ３に接続されており、通電によりモータ４の回転力は出力軸５を介してヘリカルスプイライン（図示せず）により係合されたピニオン移動体６に伝達される。ピニオン移動体６は、一方向クラッチ７と、一方向クラッチ７のクラッチインナ７ａにストレートスプライン（図示せず）で係合されたピニオン８と、クラッチインナ７ａとピニオン８の間に、セット荷重を持って設置された弾性体９と、ピニオン８は弾性体９のセット荷重によりピニオンストッパ７ｃに押し付けられており、クラッチインナ７ａにはピニオン８の軸方向ストローク量を規制するストッパ７ｂを設けて構成され、ピニオン８はクラッチインナ７ａ上に設けられたストレートスプライン（図示せず）上を、弾性体９を撓ませながら、ストッパ７ｂに当接するまで軸方向に移動可能な様に設置されている。

マグスイッチ１０に通電することにより吸引力を発生し、この吸引力によりレバー１１を介して、ピニオン移動体６をエンジンクランク軸（図示せず）のリングギヤ１２に噛み合うように押し出し、かつモータ４への通電を行う接点（図示せず）を介し、バッテリ３の電気エネルギーをモータ４へ供給するように構成され、モータ４の回転力を出力軸５及びピニオン移動体６を介して、エンジンクランク軸のリングギヤ１２に伝達することにより、エンジンがクランキングされてエンジンが始動する。なおモータ４と出力軸５の間に、モータ４のトルクを増幅するための減速機を設けても良い。

図２はピニオン移動体周りの拡大図である。ピニオン８が弾性体９を撓ませならストッパ７ｂに当接するまでのピニオン８の軸方向移動量をＬ１とする。このＬ１は、後述するリングギヤ面取り１３の軸方向長さＬ２やピニオン面取り１４の軸方向長さＬ３に対し、Ｌ１＞Ｌ２および／またはＬ１＞Ｌ３となるように設定する。

図３は従来のピニオン移動体で構成された始動電動の全体図である。ピニオン移動体１７は、一方向クラッチ１５と、クラッチインナと一体的に構成されたピニオン１６とで構成される。なお、ピニオン移動体１７以外の構成部品は、図１の本発明の装置と同じ構成であるため説明を省略する。

図４は、エンジンが停止中、すなわち停止中のリングギヤ１２にピニオン８が噛み合う過程の状態を示す正面図と断面図である。リングギヤ１２の軸方向ピニオン側端面には、ピニオン８のリングギヤ１２への噛み込み性を向上させる目的でリングギヤ面取り１３が設置されており、このリングギヤ面取り１３の軸方向長さをＬ２とする。またピニオン８の軸方向リングギヤ端面には、ピニオン面取り１４が設置されており、このピニオン面取り１４の軸方向長さをＬ３とする。

回転停止中のリングギヤ１２に対し、モータ４の回転力によりピニオン８が図中の左方向の矢印方向に回転しながらマグスッチ１０の吸引力によりレバー１１を介して押し出されることにより、ピニオン面取り１４がリングギヤ面取り１３上を滑って、ピニオン８がリングギヤ１２へと噛み込む。

図５は、エンジンのアイドルストップ後のエンジンの惰性回転中、すなわち惰性回転中のリングギヤ１２に、従来のピニオン移動体１７のピニオン１６が噛み込む過程の状態を示す正面図（上段）と断面図（中段、下段）である。図５の中段は、従来構造のクラッチインナと一体的に構成されたピニオン１６のリングギヤ１２側端面とリングギヤ１２のピニオン１６側端面とが接触した状態を示している。図５の下段は、図５の中段に示した状態から、惰性回転中のリングギヤ１２の回転により、ピニオン１６がリンギギヤ１２への噛み込みを試みた結果、ピニオン１６の軸方向移動量Ｌ４がリングギヤ面取り１３の軸方向長さＬ２やピニオン面取り１４の軸方向長さＬ３よりも小さいため、リングギヤ面取り１３とピニオン面取り１４とが接触してしまい、ピニオン１６のリングギヤ１２への噛み込みが失敗した状態を示している。

図６は、エンジンのアイドルストップ後のエンジンの惰性回転中、すなわち惰性回転中のリングギヤ１２に、本発明のピニオン移動体６のピニオン８が噛み込む過程の状態を示す正面図（上段）と断面図（中段、下段）である。図６の中段は、ピニオン８のリングギヤ１２側端面と、リングギヤ１２のピニオン８側端面同士が接触した状態を示している。図６の下段は、図６の中段に示した状態から、惰性回転中のリングギヤ１２の回転により、ピニオン８がリンギギヤ１２への噛み込みを試みた結果、ピニオン８の軸方向移動量Ｌ５がリングギヤ面取り１３の軸方向長さＬ２やピニオン面取り１４の軸方向長さＬ３よりも大きいため、お互いの面取り同士が接触することなく、ピニオン８のリングギヤ１２への噛み込みが成功した状態を示している。

図７は、従来構造のピニオン移動体１７と、本発明におけるクラッチインナ７ａとピニオン８とが分離した構造のピニオン移動体６において、ピニオン８の端面やピニオン１６の端面と、リングギヤ１２の端面とが衝突してから、エンジンの惰性回転によるリングギヤ１２の回転により、お互いの端面同士の衝突からピニオン８やピニオン部８ａがリングギヤ１２に噛み込める状態の時のピニオン８やピニオン１６の軸方向リングギヤ１２側への移動量と時間を示している。従来構造のクラッチインナと一体的に構成されたピニオン１６と一方向クラッチ７とで構成されたピニオン移動体１７は、出力軸５とヘリカルスプライン係合されており、ピニオン移動体１７が軸方向リングギヤ側へ移動する際に、ヘリカルスプライン上を滑って回転しながら移動するため、ピニオン移動体１７の軸方向の移動距離Ｌ４は、ヘリカルスプラインの角度をαとすると、ヘリカルスプライン上の移動量にｃｏｓαを乗じた値となる。

これに対し、本発明のピニオン移動体６は、従来構造のピニオン移動体１７と同じくヘリカルスプライン上を滑って回転しながら移動するため、ピニオン移動体６の軸方向の移動距離は少なくとも前述のＬ４である。更に、本発明のピニオン移動体６は、ピニオン８がクラッチインナ７ａと分離した構造であるため、ピニオン８の端面とリングギヤ１２の端面とが衝突した後は、マグスイッチ１０の吸引力によりレバー１１を介して、リングギヤ１２の端面に衝突して軸方向リングギヤ側への動きが規制されているピニオン８を除くピニオン移動体６が、弾性体９を撓ませながら、ストッパ７ｂまで移動できる。したがって、ピニオン８とリングギヤ１２の端面同士が衝突してから、ピニオン８の回転もしくはエンジンの惰性回転によるリングギヤ１２の回転のどちらかにより、お互いの端面同士の衝突からピニオン８がリングギヤ１２に噛み込める状態の時のピニオン８の軸方向リングギヤ１２側への移動量Ｌ５は、従来構造のピニオン移動体１７の軸方向移動量Ｌ４に、弾性体９を撓ませてストッパ７ｂまで軸方向に移動したピニオン８の軸方向移動量Ｌ１を加えたＬ４＋Ｌ１となる。また、撓んでいる弾性体９の弾性反力により、ピニオン移動体６よりも大幅に軽量なピニオン８が軸方向リングギヤ１２側へ移動できるため、従来構造のピニオン移動体６ａの移動速度を大幅に上回る速度で、本発明のピニオン８は移動可能である。

本発明において、アイドルストップ後のエンジン惰性回転中に、エンジンを再始動させる際のエンジン始動装置の動作を説明する。

エンジンのアイドルストップ後のエンジン惰性回転中に、例えば信号が青色に変わった場合、運転者は車両の減速中または車両が停止した状態から、ブレーキを解除しアクセルペダルを踏む動作に移行する。この動作を運転者の再始動要求と捕らえたＥＣＵ（図示せず）は、エンジン始動装置１を動作させるように指示を出す。

指示を受けた制御装置（図示せず）は、マグスイッチ１０に通電すべく、リレー（図示せず）を動作させる。バッテリ３からマグスイッチ１０に通電されることにより発生する吸引力にて、レバー１１を介してピニオン移動体６は軸方向リングギヤ１２側へ移動し、リンギギヤ１２のピニオン８側端面に衝突する。ピニオン８がクラッチインナ７ａと分離した構造であるため、ピニオン８の端面とリングギヤ１２の端面同士が衝突した後に、マグスイッチ１０の吸引力によりレバーを介して、リングギヤ１２の端面に衝突して軸方向リングギヤ側への動きが規制されたピニオン８を除くピニオン移動体６が、弾性体９を撓ませながら、ストッパ７ｂまで移動する。つぎに、ピニオン８とリングギヤ１２の端面同士が衝突してから、ピニオン８の回転もしくはエンジンの惰性回転によるリングギヤ１２の回転のどちらかにより、お互いの端面同士の衝突からピニオン８がリングギヤ１２に噛み込める状態となった時に、ピニオン８は軸方向リングギヤ側へ更に移動してリングギヤ１２への噛み込みを試みる。

この時、ピニオン８もしくは従来構造のピニオン１６がリングギヤ１２への噛み込みを行うべく軸方向リングギヤ側へ移動するが、この移動量が噛み込みを成功させるか、もしくは失敗するかの重要な因子となる。

すなわち、ピニオン８及びピニオン１６とリングギヤ１２の端面衝突状態からの回転により、端面同士が外れて噛み込むことが可能な時間内に、リングギヤ面取りの軸方向長さＬ２よりも、及び／またはピニオン面取り１４の軸方向長さＬ３よりも、ピニオン８の軸方向移動距離Ｌ５が大きい場合は、ピニオン８のリングギヤ１２への噛み込みは成功するが、前記と逆の場合は、リングギヤ面取り１３とピニオン面取り１４同士が衝突してしまい、ピニオン８のリングギヤ１２へのスムーズな噛み込みが行えず、噛み込みが失敗する。

以上より、本発明のピニオン８の軸方向移動量Ｌ５は、従来構造のピニオン１６の軸方向移動量Ｌ４に対し、ピニオン８を分離構造として弾性体９を撓ませた状態から噛み込みを開始するため、ピニオンストロークＬ１を加算したピニオン移動量Ｌ５（＝Ｌ４＋Ｌ１）となるため、従来構造のピニオン１６に対して本発明の構造は、惰性回転中のリングギヤ１２へのピニオン８の噛み込み性を大幅に向上することができ、エンジンの再始動要求に俊敏に対応できるエンジン始動装置を提供することができる。

また、撓んでいる弾性体９の弾性反力により、ピニオン移動体６よりも大幅に軽量なピニオン８が軸方向リングギヤ１２側へ移動できるため、従来構造のピニオン移動体６ａの移動速度を大幅に上回る速度で、本発明のピニオン８は移動可能である。

この他、例えば特許文献１の技術では、ピニオン押し出しと接点開閉とを各々の電磁ソレノイドで行う必要があるため、従来のエンジン始動装置用マグネットスイッチの構造に対し複雑となり、小型軽量化や低価格化が困難となる場合がある。更に、ＥＣＵなどからエンジン始動装置を制御する際に、従来のエンジン始動装置のマグスイッチの１系統の配線とリレーに対し、ピニオン押し出し手段と接点開閉手段とを各々の電磁ソレノイドで行うために２系統の配線とリレーが必要となり、車両側でのコストアップの要因となる場合がある。

本発明によれば、例えば、一対の可動鉄心と固定鉄心でピニオン押し出し手段とモータへの接点開閉手段を行う従来のエンジン始動装置用マグスイッチ構造を用いて、エンジンのアイドルストップ後のエンジン惰性回転中に、ピニオンをエンジンのリングギヤに噛み込ませてモータに通電することより、廉価に、アイドルストップ後の惰性回転中のエンジンを再始動することができるエンジン始動装置を供給することもできる。

なお、ピニオン押し出し手段と接点開閉手段とを、各々の電磁ソレノイドで行うマグネットスイッチを採用した始動装置に、本発明のピニオン構造を用いることによっても、惰性回転中のリングギヤへのピニオンの噛み込み性を大幅に向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ エンジン始動装置
２ ハーネス
３ バッテリ
４ モータ
５ 出力軸
６ ピニオン移動体
７ 一方向クラッチ
７ａ クラッチインナ
７ｂ ストッパ
８ ピニオン
９ 弾性体
１０ マグスイッチ
１１ レバー
１２ リングギヤ
１３ リングギヤ面取り
１４ ピニオン面取り
１５ 一方向クラッチ
１６ ピニオン
１７ ピニオン移動体

上記課題を解決するために、本発明のエンジン始動装置は、
モータと、
前記モータの回転力が伝達される出力軸と、
前記出力軸上に形成されたヘリカルスプラインにより前記出力軸に係合され、前記ヘリカルスプラインを介して、前記モータの回転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移動体と、
一対の可動鉄心及び固定鉄心を有し、通電することにより吸引力を発生するマグスイッチと、
この吸引力により前記ピニオン移動体を前記リングギヤに噛み合うように押し出すレバーと、を備え、
前記ピニオン移動体は、クラッチインナを有する一方向クラッチと、前記クラッチインナにストレートスプラインで係合され前記クラッチインナ上を移動可能に構成されることにより前記出力軸上を軸方向に移動可能に設けられたピニオンと、前記クラッチインナと前記ピニオンとの間にセット荷重を持つように設置された弾性体と、を含んで構成され、
前記リングギヤの回転数より前記ピニオンの回転数が小さいときに、前記ピニオンが前記リングギヤに噛み込むエンジン始動装置において、
前記ピニオンが前記弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動可能な軸方向移動量をＬ１、前記リングギヤの軸方向ピニオン側に設けた面取りの軸方向長さをＬ２、前記ピニオンの軸方向リングギヤ側に設けた面取りの軸方向長さをＬ３とした場合に、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、Ｌ１＞Ｌ２で、かつＬ１＞Ｌ３となるように設定され、
前記ピニオンの前記リングギヤ側の端面と前記リングギヤの前記ピニオン側の端面とが接触した状態から、前記ピニオンの前記端面がエンジンのアイドルストップ後の前記リングギヤの惰性回転により前記リングギヤの前記端面から外れて、前記ピニオンが前記リングギヤに噛み込む際に、前記ピニオンは、前記ピニオンの前記面取りと前記リングギヤの前記面取りとが衝突する前に、前記ピニオンの前記面取りの軸方向長さＬ３及び前記リングギヤの前記面取りの軸方向長さＬ２よりも長い距離を前記出力軸の軸方向に移動して、前記リングギヤに噛み込むように設定される。

Claims (5)

1. モータと、
   前記モータの回転力が伝達される出力軸と、
   前記出力軸上に形成されたヘリカルスプイラインを介して、前記モータの回転力をエンジンのクランク軸のリングギヤに伝達し、かつ出力軸上を軸方向に移動可能で、かつ一方向クラッチと前記一方向クラッチのクラッチインナにスプライン係合されたピニオンと、
   一対の可動鉄心と固定鉄心にて通電することにより吸引力を発生するマグスイッチと、
   この吸引力によりピニオン移動体をエンジンクランク軸のリングギヤに噛み合うように押し出すレバーと、を備え、
   前記リングギヤの回転数より前記ピニオンの回転数が小さいときに、前記ピニオンが前記リングギヤに噛み込むエンジン始動装置において、
   前記ピニオンは、前記クラッチインナと当該ピニオンとの間に設置された弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動可能に構成されており、
   前記弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動するピニオンの軸方向移動量をＬ１、
   前記リングギヤの軸方向ピニオン側に設置した面取りの軸方向長さをＬ２、
   前記ピニオンの軸方向リングギヤ側に設置した面取りの軸方向長さをＬ３としたとき、
   Ｌ１＞Ｌ２、及び／または、Ｌ１＞Ｌ３となるように設定されたエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記ピニオンは、前記クラッチインナ上をストッパに当接するまで軸方向に移動可能なように、前記クラッチインナとストレートスプラインで係合して設置されたエンジン始動装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記弾性体はバネまたはゴムで構成されたエンジン始動装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジン始動装置において、
   前記ピニオンが前記一方向クラッチの構成部品と一体的に構成されたピニオン移動体がリングギヤに噛み込む場合の軸方向移動速度より、前記一方向クラッチと当該一方向クラッチのクラッチインナにスプライン係合された前記ピニオンがリングギヤに噛み込む際の軸方向移動速度が速いことを特徴とするエンジン始動装置。
5. ピニオンをエンジンのクランク軸に設けられたリングギヤに噛みこませてエンジンを始動させるエンジン始動装置において、
   前記ピニオンは、一方向クラッチのクラッチインナにスプライン係合され、
   前記クラッチインナと前記ピニオンとの間に弾性体が設けられ、
   前記弾性体を撓ませながら前記クラッチインナ上を移動するピニオンの軸方向移動量をＬ１、
   前記リングギヤの軸方向ピニオン側に設置した面取りの軸方向長さをＬ２、
   前記ピニオンの軸方向リングギヤ側に設置した面取りの軸方向長さをＬ３としたとき、
   前記ピニオン移動体は、Ｌ１＞Ｌ２、及び／または、Ｌ１＞Ｌ３となるように設定されたピニオン移動体を備え、
   前記リングギヤの回転数より前記ピニオンの回転数が小さいときに、前記ピニオンが前記リングギヤに噛み込むエンジン始動装置。

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