JP2004211572A

JP2004211572A - ベルト駆動式エンジン始動装置

Info

Publication number: JP2004211572A
Application number: JP2002380347A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Masaki; 和雄正木; Mikio Saito; 幹男斉藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Also published as: FR2856748A1; FR2856748B1; DE10360919A1; FR2849678A1; FR2849678B1

Abstract

【課題】ベルト駆動式エンジン始動装置によるエンジン始動時の始動応答性を高める（始動応答時間を短くできる）こと。
【解決手段】エンジン始動装置は、スタータ１の回転出力をベルト伝達手段によりエンジン２のクランク軸に伝達してエンジン２を始動させるベルト駆動方式であり、エンジン再始動時の応答性を高める（始動応答時間を短くする）ために、モータ４からエンジン２までのトータル減速比（プーリ比×スタータ１の内部減速比）が１０〜２０の範囲に設定されている。これにより、エンジン始動時の応答性が向上し、始動応答時間を最短にできるので、アイドルストップシステムによるエンジン２の再始動時（比較的エンジン始動トルクの低いエンジン暖機状態）に迅速なエンジン始動が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタータの回転出力をベルト伝達手段によりエンジンに伝達してエンジンを始動させるベルト駆動式エンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上を図るために、車両停車時（例えば交差点で信号停止した時等）にエンジンを自動停止させるアイドルストップシステムが徐々に採用されている。ところが、このアイドルストップシステムでは、エンジンの始動回数が大幅に増加するため、通常のギヤ式スタータによるエンジン始動では、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合い時に生じる衝撃音等が問題となる。
【０００３】
これに対し、例えば特許文献１に記載されたエンジン始動用スタータ装置がある。このスタータ装置は、スタータの回転力をベルト伝動によってエンジンに伝達するもので、スタータの回転力をエンジンに伝達する際に、ギヤ同士の噛み合いがないため、通常のギヤ式スタータによるエンジン始動と比較して騒音が低く、エンジン始動時の静粛性に優れている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５９４６９公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常のギヤ式スタータは、低温時のエンジン始動に必要なトルクが最も高い環境での始動を保証するために、スタータモータからエンジンまでのトータル減速比を比較的高く（２９〜１００の範囲）設定する設計となっている。なお、スタータモータからエンジンまでのトータル減速比は、リングギヤとピニオンギヤとの間の減速比×スタータの内部減速比である。
【０００６】
しかし、スタータモータからエンジンまでのトータル減速比が高いと、比較的エンジン始動トルクの低いエンジン暖機状態では、エンジンを高速で始動させることが困難となる。このため、スタータモータからエンジンまでのトータル減速比が高いエンジン始動装置では、エンジン再始動時に高い始動応答性（始動時間が短い）が要求されるアイドルストップシステムに適用することが難しいという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ベルト駆動式エンジン始動装置によるエンジン始動時の始動応答性を高める（始動応答時間を短くできる）ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、内蔵するモータの回転速度を減速して出力する減速型スタータを備え、このスタータの回転出力をベルト伝達手段によりエンジンに伝達してエンジン始動を行うベルト駆動式エンジン始動装置において、モータからエンジンまでのトータル減速比（ベルト伝達手段のプーリ比×スタータの内部減速比）を１０〜２０の範囲に設定したことを特徴とする。なお、プーリ比とは、エンジン側のプーリとスタータ側のプーリとの径比であることは言うまでもない。
【０００８】
モータからエンジンまでのトータル減速比が１０より小さいと、トルクに余裕が無くなり、常に最大電流に近い回転数の低い状態で作動するため、始動応答性が遅くなり、トータル減速比が２０より大きいと、トルクは余裕があるが、回転数自体が低いために始動応答性が遅くなる。
そこで、トータル減速比を１０〜２０の範囲に設定すると、スタータの最大出力付近でエンジン始動を行うことができるので、比較的エンジン始動トルクの低いエンジン暖機状態において高い始動応答性を達成できる。
【０００９】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したベルト駆動式エンジン始動装置において、
エンジンの立ち上がりトルクを超えるために必要なスタータ出力をＰ１、エンジンのクランキングトルクを維持するために必要なスタータ出力をＰ２、及びスタータの最大出力が得られる時のスタータ電流をＩＰｍａｘと仮定した時に、Ｐ１がＩＰｍａｘより大きいスタータ電流で得られる様に設定され、Ｐ２がＩＰｍａｘより小さいスタータ電流で得られる様に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、スタータの最大出力付近を有効に使用してエンジン始動を行うことができるので、請求項１の発明に記載した効果（始動応答性の向上）を最大限に発揮できる。
【００１０】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したベルト駆動式エンジン始動装置において、
スタータは、減速手段として遊星減速装置を有し、この遊星減速装置に用いられるサンギヤの歯数が、モータの整流子を構成する整流子片の数を整数で割った値と同一にならない様に、または近似しない様に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
モータの整流周波数とサンギヤの歯数（噛合い周波数）とが同期すると、モータの振動が増幅されて大きな騒音を発生する。これに対し、サンギヤの歯数と整流子片の数を整数で割った値とをずらす（同一でない、または近似しない）ことにより、モータの整流周波数と減速装置の噛合い周波数とが同期することを防止できるので、始動時の騒音を抑制できる。
【００１２】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのベルト駆動式エンジン始動装置は、エンジンの停止及び再始動を自動制御するエンジン自動停止／始動システムにおいて、エンジンを自動停止させた後、再始動させる時に使用されることを特徴とする。
エンジン自動停止／始動システムでは、運転者がブレーキペダルを離してからアクセルペダルを踏み込むまでにエンジンを再始動させる必要があり、早い始動応答性が要求される。
【００１３】
これに対し、本発明のベルト駆動式エンジン始動装置では、モータからエンジンまでのトータル減速比を１０〜２０の範囲に設定したことにより、比較的エンジン始動トルクの低いエンジン暖機状態において高い始動応答性を達成できるので、エンジン再始動時（エンジン暖機状態）の応答性が良く、発進フィーリングが向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はベルト駆動式エンジン始動装置のシステム図である。
本実施例のエンジン始動装置は、スタータ１の回転出力をベルト伝達手段（後述する）によりエンジン２のクランク軸に伝達してエンジン２を始動させるベルト駆動方式であり、エンジン自動停止／始動システムにおいて、エンジン２を自動停止した後、再始動させる時に使用される。なお、イグニッションキー（図示しない）によるスタート時には、例えば通常のギヤ式スタータ３（図１参照）を使用してエンジン始動が行われる。
【００１５】
上記のエンジン自動停止／始動システムとは、車両停車時（車両が交差点や渋滞等で停止した時）に、一旦エンジン２を自動停止させ、その後、所定の始動条件が満たされた時（例えば運転者がブレーキペダルを離した時）にエンジン２を自動的に再始動させるシステム（所謂アイドルストップシステム）である。
スタータ１は、図２に示す様に、回転力を発生するモータ４と、このモータ４の回転速度を減速する減速装置５、この減速装置５を介してモータ４に駆動される出力軸６、この出力軸６にベアリング７を介して回転自在に取り付けられたスタータプーリ８、出力軸６の回転をスタータプーリ８に伝達する一方向クラッチ９等より構成される。
【００１６】
モータ４は、整流子１０を具備する周知の直流電動機であり、リレースイッチ１１がＯＮされると、内蔵するアーマチャ（図示しない）が車載バッテリ１２より通電を受けて回転する。整流子１０は、互いに絶縁された複数の整流子片をアーマチャ軸１３の後端部周囲に円筒状に配置して構成され、その外周面にブラシ１４が配置されている。
なお、リレースイッチ１１は、運転者がブレーキペダルを離した時に、図示しないエンジン始動用ＥＣＵによってＯＮされ、エンジン始動後、ＯＦＦされる。
【００１７】
減速装置５は、アーマチャ軸１３の前端部に形成されたサンギヤ５ａと、このサンギヤ５ａに噛み合う遊星ギヤ５ｂと、この遊星ギヤ５ｂに噛み合うインターナルギヤ５ｃとで構成される周知の遊星減速装置５であり、遊星ギヤ５ｂを回転自在に支持するギヤシャフト５ｄが出力軸６と一体に設けられたフランジ部６ａに圧入固定されている。
出力軸６は、遊星ギヤ５ｂの公転運動がギヤシャフト５ｄを介してフランジ部６ａに伝達されることで、フランジ部６ａと一体に回転する。
【００１８】
一方向クラッチ９は、スタータプーリ８の内径側に設けられ、出力軸６とスタータプーリ８との間で動力伝達を断続する。具体的には、出力軸６と一体に回転するインナ９ａと、スタータプーリ８と一体に設けられたアウタ９ｂ、及びインナ９ａとアウタ９ｂとの間に配置されるローラ９ｃとを有し、モータ４の回転を受けて出力軸６が回転すると、インナ９ａとアウタ９ｂとがロックされて、出力軸６の回転をスタータプーリ８に伝達する。また、エンジン２が始動してスタータプーリ８が出力軸６より高速で回転すると、インナ９ａとアウタ９ｂとがフリーとなって、スタータプーリ８と出力軸６との間で動力伝達を遮断する。
【００１９】
ベルト伝達手段は、上記のスタータプーリ８と、エンジン２のクランク軸に取り付けられたクランクプーリ１５、及び両プーリ８、１５を連結するベルト１６によって構成される。なお、図１に示す様に、スタータプーリ８とクランクプーリ１５以外にも、エンジン２の補機１７（例えばオルタネータ、エアコンのコンプレッサ等）に取り付けられたプーリ１８を同じベルト１６で連結しても良い。この場合、補機１７は、エンジン始動後、そのエンジン２の回転力が伝達されて駆動されることは言うまでもない。
【００２０】
上記のエンジン始動装置は、エンジン再始動時の応答性を高める（始動応答時間を短くする）ために、モータ４からエンジン２までのトータル減速比（プーリ比×スタータ１の内部減速比）が１０〜２０の範囲に設定されている。なお、トータル減速比は、プーリ比（クランクプーリ１５の径／スタータプーリ８の径）×スタータ１の内部減速比（減速装置５の減速比）によって決まる。
【００２１】
このトータル減速比の範囲は、実際に始動応答性を測定した結果から求めたものである。具体的には、最大出力１．８ＫＷのスタータで２．４Ｌのガソリンエンジンを始動させた場合に、トータル減速比ｉを変更して始動応答性を測定したもので、図３に示す結果が得られた。なお、ここで言う「始動応答性」とは、図４に示す様に、スタータ１に通電されてから、エンジン回転がアイドリング回転数に達するまでの時間を言う。
【００２２】
上記の結果では、トータル減速比ｉが１０〜２０の範囲で始動応答性が最も良く（始動応答時間が最短）、１０〜２０の範囲を外れると始動応答性が悪くなっている。これは、トータル減速比ｉが小さい（ｉ＜１０）と、スタータ１のトルクに余裕が無くなり、常に最大電流に近い回転数の低い状態で作動するため、始動応答性が悪くなる。逆に、トータル減速比ｉが大きい（ｉ＞２０）と、トルクは充分に余裕があるが、スタータ１の回転数自体が低いため、始動応答性が悪くなると言える。
従って、常にスタータ１の最大出力付近で作動できるトータル減速比が存在し、その範囲が始動応答性を向上できる最適範囲（ｉ＝１０〜２０）である。
【００２３】
また、トータル減速比を１０〜２０の範囲に設定した上で、更にスタータ出力を以下の様に設定することで、より高い始動応答性を達成できる。
エンジン２の立ち上がりトルクを超えるために必要なスタータ出力をＰ１、エンジン２のクランキングトルクを維持するために必要なスタータ出力をＰ２、及びスタータ１の最大出力Ｐｍａｘが得られる時のスタータ電流をＩＰｍａｘと仮定した時に、図５に示す様に、Ｐ１がＩＰｍａｘより大きいスタータ電流で得られ、且つＰ２がＩＰｍａｘより小さいスタータ電流で得られる様にスタータ１の出力特性を設定する。この場合、Ｐ１とＰ２がスタータ１の最大出力Ｐｍａｘを挟んで設定されるので、常にスタータ１の最大出力付近で作動できるため、スタータ１の回転出力を効率良くエンジン始動に使うことができる。
【００２４】
（第１実施例の効果）
本実施例のエンジン始動装置では、エンジン始動時の応答性が向上し、始動応答時間を最短にできるので、アイドルストップシステムによるエンジン２の再始動時（比較的エンジン始動トルクの低いエンジン暖機状態）に迅速なエンジン始動が可能となる。
なお、本実施例では、イグニッションキーによる始動時にギヤ式スタータ３（図１参照）を使用してエンジン２を始動することを記載したが、ギヤ式スタータ３に代えて本発明のベルト駆動式エンジン始動装置を使用してエンジン始動を行っても良い。
【００２５】
（第２実施例）
本実施例のスタータ１は、減速装置５に用いられるサンギヤ５ａの歯数が、モータ４の整流子１０を構成する整流子片の数を整数で割った値と同一にならない、または近似しない（小数点以上の有効数字が同一でない）様に設定されている。
モータ４の整流周波数とサンギヤ５ａの歯数（噛合い周波数）とが同期すると、整流時に生じるモータ４の振動が増幅されて大きな騒音を発生する。これに対し、サンギヤ５ａの歯数と整流子片の数を整数で割った値とをずらす（同一でない、または近似しない）ことにより、モータ４の整流周波数と減速装置５の噛合い周波数とが同期することを防止できるので、始動時の騒音を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト駆動式エンジン始動装置のシステム図である。
【図２】スタータの内部構造を示す半断面図である。
【図３】トータル減速比と始動応答性との相関図である。
【図４】始動応答性の説明図である。
【図５】スタータの出力特性図である。
【符号の説明】
１スタータ
２エンジン
４モータ
５遊星減速装置
５ａサンギヤ
８スタータプーリ（ベルト伝達手段）
１０整流子
１５クランクプーリ（ベルト伝達手段）
１６ベルト（ベルト伝達手段）

Claims

内蔵するモータの回転速度を減速して出力する減速型スタータを備え、
このスタータの回転出力をベルト伝達手段によりエンジンに伝達してエンジン始動を行うベルト駆動式エンジン始動装置において、
前記モータから前記エンジンまでのトータル減速比（前記ベルト伝達手段のプーリ比×前記スタータの内部減速比）を１０〜２０の範囲に設定したことを特徴とするベルト駆動式エンジン始動装置。
請求項１に記載したベルト駆動式エンジン始動装置において、
前記エンジンの立ち上がりトルクを超えるために必要なスタータ出力をＰ１、前記エンジンのクランキングトルクを維持するために必要なスタータ出力をＰ２、及び前記スタータの最大出力が得られる時のスタータ電流をＩＰｍａｘと仮定した時に、前記Ｐ１が前記ＩＰｍａｘより大きいスタータ電流で得られる様に設定され、前記Ｐ２が前記ＩＰｍａｘより小さいスタータ電流で得られる様に設定されていることを特徴とするベルト駆動式エンジン始動装置。
請求項１または２に記載したベルト駆動式エンジン始動装置において、
前記スタータは、減速手段として遊星減速装置を有し、この遊星減速装置に用いられるサンギヤの歯数が、前記モータの整流子を構成する整流子片の数を整数で割った値と同一にならない様に、または近似しない様に設定されていることを特徴とするベルト駆動式エンジン始動装置。
請求項１〜３に記載した何れかのベルト駆動式エンジン始動装置は、前記エンジンの停止及び再始動を自動制御するエンジン自動停止／始動システムにおいて、前記エンジンを自動停止させた後、再始動させる時に使用されることを特徴とするベルト駆動式エンジン始動装置。