JP6021991B1 - エンジン始動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】リングギヤ側からピニオンギヤ側に異常トルクが加わった場合、エンジン始動装置内部のギヤや機構を保護する。【解決手段】出力軸にヘリカルスプライン結合され、軸方向に摺動するピニオン移動体部30は、エンジンのリングギアと噛合し、トルク伝達するピニオンギア31と、リングギアと噛合したピニオンギア31がエンジンにより回され出力軸の回転より速い場合に空転するオーバーランニングクラッチ部と、このクラッチ部がモータ回転によりトルク伝達する方向に対してトルク値が所定条件のときトルク伝達を遮断する遮断機構部34を備える。遮断機構部34は軸方向に対して垂直な平面で対向する一対の伝達部材341,342と、伝達部材341、342を前記軸方向に押圧するばね部材37を有し、伝達部材341、342は、夫々軸方向に垂直な平面に対して30°から60°の傾きの伝達面を有する。【選択図】図7
Description
この発明は、エンジンを始動させるためのエンジン始動装置に関するものである。
従来、エンジンを始動させるためのエンジン始動装置は、エンジンが停止している状態でエンジンの始動動作を行う。従って、エンジン始動装置に設けられたピニオンギヤは、エンジンに設けられたリングギヤが回転していない状態で、リングギヤとの噛み合わせが行われていた。しかしながら、近年では低燃費化のためにアイドリングストップを行うシステムに於いては、エンジンの再始動性を確保するため、リングギヤの回転中でもピニオンギヤをリングギヤと噛み合わせることがある。
例えば、アイドリングストップした直後であってエンジンの回転がまだ止まっていない状態で再始動要求が入った場合、或いはエンジンの停止状態から再始動の際に時間を短縮する必要がある場合には、リングギヤの回転中に事前にピニオンギヤとの噛み合わせを行なうようにしている。このような場合、リングギヤの回転中にピニオンギヤを噛み合わせる方法として、ピニオンギヤを押し出し、ピニオンギヤとリングギヤの回転数が所定の回転数差の間にあるときに、ピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせるようにしている。
このような場合では、エンジンの逆回転時のピニオンギヤとリングギヤの噛み合い等は衝撃が大きくなる可能性があるため、エンジン始動装置に設けられているモータの回転開始タイミングを通常より遅らせる制御が可能なスイッチを用いてモータの回転開始タイミングを遅らせ、エンジンの逆回転時に於けるピニオンギヤとリングギヤの噛み合いを避けることにより、衝撃を回避するようにしたエンジン始動装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
あるいは、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いによる衝撃を緩和するために、エンジン始動装置の減速機構部分に衝撃緩和機構を設けることで、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いによる衝撃を緩和するようにしたエンジン始動装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1あるいは2で提案されたエンジン始動装置のように、ピニオンギヤとリングギヤの噛み合いによる衝撃を緩和するようにしたエンジン始動装置の場合、ピニオンが受けた衝撃は、オーバーランニングクラッチ部とヘリカルスプラインを通じてトルクがリングギヤに伝達されたときに発生するため、ヘリカルスプラインの損傷等が発生してしまう。また、エンジンの逆回転による大きな衝撃トルクにより、リングギヤ等が摩耗して変形する等の異常が発生することがあり、その結果、エンジン始動装置のヘリカルスプラインやピニオンギヤ等も含めて大きく損傷する可能性がある。
このようなリングギヤ側からの衝撃トルクによるヘリカルスプラインやピニオンギヤの損傷は、アイドリングストップに於けるリングギヤの逆回転中での衝撃トルクに起因するのみならず、アイドリングストップ搭載車に於けるキー始動時やリングギヤが完全に停止した後に再始動する場合であっても、何かの異常により、ピニオンギヤの回転停止であるロックが発生すると、異常に大きい衝撃トルクがヘリカルスプラインやピニオンギヤに与えられ、前記特許文献2で提案された衝撃緩和構造ではヘリカルスプラインやピニオンギヤが大きく損傷することは避けられない。更に、ピニオンギヤにロックが発生し異常に大きい衝撃トルクがヘリカルスプラインやピニオンギヤに与えられる場合は、アイドリングストップ非搭載車であっても起こり得るものである。
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、リングギヤ側からピニオンギヤ側に異常なトルクが加わった場合に、エンジン始動装置の内部に設けられたギヤ及び機構を保護できるエンジン始動装置を得ることを目的とするものである。
この発明によるエンジン始動装置は、モータ部と、エンジンに連結されたリングギヤに噛み合い得るピニオンギヤと、前記モータ部の出力軸にヘリカルスプライン結合され、軸方向に移動可能に形成されたピニオン移動体部と、前記ピニオン移動体部を前記ピニオンギヤが前記リングギヤと噛み合う位置に移動させる押し出し機構部と、前記モータ部への通電電流をオン、オフするスイッチ部を有するソレノイドスイッチ部と、を備えたエンジン始動装置であって、
前記ピニオン移動体部は、前記リングギヤと噛み合った前記ピニオンギヤが、前記リングギヤを介して前記エンジンにより駆動され前記出力軸の回転よりも高速で回転する場合に、空転するオーバーランニングクラッチ部と、前記オーバーランニングクラッチ部が前記モータ部の回転によるトルクを前記リングギヤに伝達する方向に対して前記トルクの値が所定の条件のとき、前記リングギヤへの前記トルクの伝達を遮断する遮断機構部と、を備え、
前記遮断機構部は、軸方向に対して垂直な平面で対向する一対の伝達部材と、前記一対の伝達部材を前記軸方向に押圧するばね部材とを有し、
前記一対の伝達部材は、夫々軸方向に垂直な平面に対して所定の傾きを有するトルク伝達面と、前記トルク伝達面に対し傾斜面の角度をなだらかな角度に設定された滑り面を備えており、
前記トルク伝達面は、夫々軸方向に垂直な平面に対して、30°から60°の範囲の傾きを有するものである。
前記ピニオン移動体部は、前記リングギヤと噛み合った前記ピニオンギヤが、前記リングギヤを介して前記エンジンにより駆動され前記出力軸の回転よりも高速で回転する場合に、空転するオーバーランニングクラッチ部と、前記オーバーランニングクラッチ部が前記モータ部の回転によるトルクを前記リングギヤに伝達する方向に対して前記トルクの値が所定の条件のとき、前記リングギヤへの前記トルクの伝達を遮断する遮断機構部と、を備え、
前記遮断機構部は、軸方向に対して垂直な平面で対向する一対の伝達部材と、前記一対の伝達部材を前記軸方向に押圧するばね部材とを有し、
前記一対の伝達部材は、夫々軸方向に垂直な平面に対して所定の傾きを有するトルク伝達面と、前記トルク伝達面に対し傾斜面の角度をなだらかな角度に設定された滑り面を備えており、
前記トルク伝達面は、夫々軸方向に垂直な平面に対して、30°から60°の範囲の傾きを有するものである。
この発明によるエンジン始動装置によれば、リングギヤ側から異常なトルクが発生した場合に、トルク伝達する方向に対してトルク伝達を遮断する遮断機構部がピニオン移動体部に設けられているため、エンジン始動装置内部のギヤ及び機構を異常な衝撃から保護することができる。また、遮断機構部を構成する一対の伝達部材のトルク伝達面を、夫々軸方向に垂直な平面に対して30°から60°の傾きにすることにより、オーバーランニングクラッチの形状拡大を抑制することができ、且つ摩擦係数の変動による空転トルク値のばらつきを低減することができる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるエンジン始動装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、実施の形態1によるエンジン始動装置の分解斜視図である。実施の形態1によるエンジン始動装置は、モータ部10、出力軸20、ピニオン移動体部30、ソレノイドスイッチ部40、プランジャ50、レバー60、ブラケット70、ストッパ80、及び減速ギヤ部90により構成されている。プランジャ50とレバー60は、押し出し機構部を構成している。
以下、この発明の実施の形態1によるエンジン始動装置を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、実施の形態1によるエンジン始動装置の分解斜視図である。実施の形態1によるエンジン始動装置は、モータ部10、出力軸20、ピニオン移動体部30、ソレノイドスイッチ部40、プランジャ50、レバー60、ブラケット70、ストッパ80、及び減速ギヤ部90により構成されている。プランジャ50とレバー60は、押し出し機構部を構成している。
モータ部10は、エンジン(図示せず)を始動するための回転力を発生する。出力軸20は、モータ部10に減速ギヤ部90を介して結合されている。ピニオン移動体部30は、出力軸20とヘリカルスプライン結合され、出力軸20の周面を出力軸20の軸方向に摺動することができる。
ソレノイドスイッチ部40は、車両のキースイッチがオンされたとき、若しくはエンジン制御装置(以下、ECUと称する。)からエンジン始動装置にオン指令が発動されたときに内部に設けられた後述の吸引コイルに電流が流れ、励磁されることによりプランジャ50を吸引する。レバー60は、略中央部が回動自在に支持され、一端がプランジャ50に係合され他端がピニオン移動体部30に係合されている。プランジャ50が吸引コイルに吸引されてソレノイドスイッチ部40側に移動すると、レバー60の一端はプランジャ50と共に移動し、レバー60の他端に係合されているピニオン移動体部30をソレノイドスイッチ部40と反対側に押し出す。ブラケット70は、モータ部10、出力軸20、及びピニオン移動体部30からなる夫々の部品をエンジン側に固定している。
図2は、実施の形態1によるエンジン始動装置の断面図であって、エンジンに取り付けられた状態を示している。図2に於いて、エンジンの始動を行う場合は、車両のキースイッチをオンとするか、或いはECUからエンジン始動装置のオン指令を発動する。これにより、ソレノイドスイッチ部40の吸引コイル41に電流が流れて、プランジャ50が吸引コイル41に吸引される。プランジャ50が吸引コイル41に吸引されると、レバー60の一端がソレノイドスイッチ部40側に引き込まれて、レバー回転軸中心61を中心として図2の反時計方向に回転する。
レバー60が反時計方向に回転すると、レバー60の他端がピニオン移動体部30を図2の右側、つまりモータ部10と反対側に押し出す。その結果、出力軸20の周面に設けられている第1のヘリカルスプライン部としての出力軸側ヘリカルスプライン部21に沿って、出力軸20にスプライン結合したピニオン移動体部30が回転しながら図2の右方へ押し出される。更にプランジャ50が吸引コイル41に吸引されて接点軸42の端部に当接し、この接点軸42がばね45を圧縮しながら図2の左方へ押し込む。これにより、接点軸42に設けられた移動接点部43が一対のモータ接点44a、44bを橋絡し、モータ部10への通電が開始され、モータ部10のモータが回転する。なお、図2の符号100は、エンジンに連結されるリングギヤを示している。
図3は、ピニオン移動体部30の分解斜視図である。図3に於いて、ピニオン移動体部30は、リングギヤ100(図1参照)に噛み合ったピニオンギヤ31、ピニオンギヤ31がエンジンによって回転されて出力軸20の回転数よりも大きくなった際に空転するオーバーランニングクラッチ部32、クラッチカバー33、遮断機構部34、レバー60と係合するレバー係止部品35、及びレバー係止部品35を止める止め部品36で構成される。なお、遮断機構部34は、モータの回転によるトルクを伝達する方向に対して、そのトルクが後述する所定の条件にあるときそのトルクの伝達を遮断するものである。
図4は、オーバーランニングクラッチ部32の構成図である。図4に示すように、オーバーランニングクラッチ部32は、クラッチアウタ321、クラッチインナ322、クラッチローラ323、及びクラッチローラ323を押圧付勢するクラッチばね324で構成される。
図5は、第1の伝達部材としての出力軸側伝達部材の斜視図、図6は、第2の伝達部材としてのピニオンギヤ側伝達部材の斜視図、図7は、ピニオン移動体部30の断面図を示している。遮断機構部34は、図5に示す出力軸側伝達部材341と、図6に示すピニオンギヤ側伝達部材342と、図7に示すばね部材、例えば皿ばね37と皿ばねカバー371とにより構成される。
出力軸側伝達部材341は、図5に示すように、その内周面に出力軸側ヘリカルスプライン部21と噛み合わされるピニオン移動体側ヘリカルスプライン部38を備えている。また、出力軸側伝達部材341は、その軸心の延びる方向に対して直交する平面部に爪部341cを備えている。この爪部341cは、出力軸側伝達部材341の前記平面部から前記軸心の延びる方向に突出するトルク伝達面341aと、このトルク伝達面341aから漸次前記平面部からの高さが減少する傾斜面に形成された滑り面341bから構成されている。実施の形態1では、図5に示すように爪部341cは軸心の周りに所定の角度間隔で4個設けられている。
第2の伝達部材としてのピニオンギヤ側伝達部材342は、図6に示すように、オーバーランニングクラッチ部32のクラッチアウタ321と一体に構成されており、その軸心の延びる方向に対して直交する平面部に爪部342cを備えている。この爪部342cは、ピニオンギヤ側伝達部材342の前記平面部から前記軸心の延びる方向に突出するトルク伝達面342aと、このトルク伝達面342aから漸次前記平面部からの高さが減少する傾斜面に形成された滑り面342bから構成されている。実施の形態1では、図6に示すように爪部342cは軸心の周りに所定の角度間隔で4個設けられている。
図7に示すように、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342は、夫々の爪部341cと342cとが対向するように配置され、出力軸側伝達部材341の爪部341cのトルク伝達面341aと、ピニオンギヤ側伝達部材342の爪部342cのトルク伝達面342aとが当接して、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とが、一方から他方へ回転トルクを伝達することができるように構成されている。
皿ばね37は、出力軸側伝達部材341の軸方向端面部と皿ばねカバー371の内壁部との間に挿入されている。皿ばねカバー371は、その外周面部に形成された溝部371aにクラッチカバー33の端縁をかしめることでクラッチカバー33と一体に固定されている。皿ばねカバー371と出力軸側伝達部材341との間に挿入されている皿ばね37は、後述するように、所定の初期荷重Fk1で常に出力軸側伝達部材341をピニオンギヤ側伝達部材342の方向に押圧している。
また、皿ばね37の組付け方向を、皿ばね37の内径側と出力軸側伝達部材341とが接するようにすることで、皿ばね荷重による出力軸側伝達部材341と、皿ばねカバー371が受けるせん断応力を低減することができる。また、皿ばね37を前述の組付け方向にすることにより、皿ばね荷重の作用点と出力軸側伝達部材341の支点、及び皿ばね荷重の作用点と皿ばねカバー371の支点の距離を小さくでき、各々にかかる負荷を低減することができる。
モータ部10からのトルクは、出力軸20に設けられた出力軸側ヘリカルスプライン部21からピニオン移動体側ヘリカルスプライン部38を通じて、ピニオン移動体部30へ伝達される構造となっている。ピニオン移動体側ヘリカルスプライン部38に伝達されたモータ部10からのトルクは、出力軸側伝達部材341のトルク伝達面341aからピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aへ伝達され、オーバーランニングクラッチ部32のクラッチアウタ321とクラッチローラ323とクラッチインナ322を介してピニオンギヤ31に伝達される。ピニオンギヤ31に伝達されたモータ部10からのトルクは、エンジンのリングギヤ100に伝達され、エンジンを始動させる。
逆にエンジン側から逆回転でトルクが発生すれば、エンジンの逆回転によるトルクは、上記とは逆の経路で出力軸20へ伝達される。その際の遮断機構部34の動作イメージを図8に示す。即ち、図8は遮断機構部34の説明図であって、エンジン側から逆回転でトルクが発生した場合の遮断機構部34に於けるピニオンギヤ側伝達部材342と出力軸側伝達部材341に加わる力の関係を示している。
図7及び図8に於いて、皿ばね37は、皿ばねカバー371と出力軸側伝達部材341との間に組み込まれるときに、出力軸側伝達部材341の軸心の延びる方向(以下、軸方向と称する。)の初期荷重Fk1を出力軸側伝達部材341に与えるように設定されている。ここで、初期荷重Fk1は次のように表わされる。
初期荷重Fk1=K×S
但し、Kは皿ばね37のばね定数、Sは皿ばね37の初期たわみ量である。なお、図8は、後述するように皿ばね37が初期設定時よりも更に圧縮されて初期たわみ量S以上にたわみ、初期荷重Fk1より大きい荷重Fkを出力軸側伝達部材341に与えている状態を示している。
初期荷重Fk1=K×S
但し、Kは皿ばね37のばね定数、Sは皿ばね37の初期たわみ量である。なお、図8は、後述するように皿ばね37が初期設定時よりも更に圧縮されて初期たわみ量S以上にたわみ、初期荷重Fk1より大きい荷重Fkを出力軸側伝達部材341に与えている状態を示している。
エンジンのリングギヤ100が逆回転してトルクTがピニオンギヤ31、及びオーバーランニングクラッチ部32に加われば、当接しているトルク伝達面341aとトルク伝達面342aに垂直な力Fが働く。ここで、トルク伝達面341aとトルク伝達面342aは、夫々出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342の軸心と垂直な平面に対してθの傾きを有している。従って、トルク伝達面341a、342aを通じて前述のエンジンの逆回転によるトルクTは、実際にはFsinθとして発生し、ピニオンギヤ側伝達部材342から出力軸側伝達部材341に伝達される。このとき、トルク伝達面341a、342aには軸方向反力Fcosθが働く。
ここで、皿ばね37による初期荷重Fk1と軸方向反力Fcosθとの関係が、Fk1<Fcosθとなったときに、皿ばね37は初期設定時よりも更に圧縮されてたわむ。従って、トルクTが大きくなり軸方向反力Fcosθが皿ばね37の初期荷重Fk1よりも大きくなると、皿ばね37が初期たわみ量Sから更にたわみ始めることになる。
図9は、遮断機構部34の動作イメージ図である。図9(a)は、前述の軸方向反力Fcosθが皿ばね37の初期荷重Fk以下であり、エンジンの逆回転によるトルクによりエンジンのリングギヤ100からピニオンギヤ31に伝達されたトルクが、ピニオンギヤ側伝達部材342から出力軸側伝達部材341へ伝達される状態を示している。
次に、エンジンの逆回転によるトルクTが所定値以上大きければ、軸方向反力Fcosθが皿ばね37の初期荷重Fk1よりも大きくなり、前述したように皿ばね37は初期圧縮量Sから更に圧縮されてたわむことになるが、そのたわみ量が、出力軸側伝達部材341のトルク伝達面341aとピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aが噛み合っている軸方向のストロークLよりも大きくなると、図9(b)に示すように、出力軸側伝達部材341のトルク伝達面341aと、ピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aとが噛み合わなくなり、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342は空転することになる。
即ち、図9(b)に示す出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342の空転時には、皿ばね37による荷重Fk2は、Fk2=K×(S+L)となる。そして、皿ばね37のたわみ量が、(S+L)に達したときの皿ばね37の荷重Fk2と軸方向反力Fcosθとの関係が、Fk2<Fcosθとなったときに、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とは空転することになる。
図9(b)に示すように出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とが空転を開始したあとは、図9(c)に示すように、出力軸側伝達部材341の滑り面341bとピニオンギヤ側伝達部材342の滑り面342bとが当接して滑りながら空転し、次のトルク伝達面341a1がトルク伝達面342aに噛み合ってトルクを伝達する。従って前述の空転は、図9で模式的にいえば、出力軸側伝達部材341の次のトルク伝達面341a1が、ピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aに当接するまで出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とは空転することになる。
この空転している時間は、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342に夫々設けられている爪部341c、342cの数で決定される。実施の形態1では出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342に夫々設けられている爪部341c、342cの数は夫々4つであるから、90°空転したあとに再びトルクを伝達する。従って、エンジンの逆回転によるトルクTが所定の値よりも大きければある一定時間空転することを繰り返す。
なお、以上においては、エンジンが逆回転してエンジン側からピニオンギヤ31側にトルクが加わった場合について説明したが、例えばエンジン側がロックしてリングギヤ100に噛み合っているピニオンギヤ31がロックした場合にも、前記と同様に、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とは空転する。
前記のように一定の角度毎に爪部341c、342cを備えることにより、爪部341c、342cの数で空転時間を設定することができる。また、滑り面341b、342bの傾きは任意に設定することができる。例えば、傾斜面の角度をなだらかな角度にすれば、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342とが空転しているときの摩擦力は大きくなり、その摩擦力が熱エネルギーに変換されるため、ピニオンギヤ31に加わる衝撃のエネルギーの吸収量が大きくなる。従って、この場合、単に大きな衝撃を受けた際に空転するだけでなく衝撃吸収効果がある。
また、エンジン始動時に於いて、エンジンの脈動による衝撃トルクによりトルク伝達面341a、342aに発生する前述の軸方向反力Fcosθが、皿ばね37の初期荷重Fk1以上で、且つ、皿ばね37が初期たわみ量Sから更にストロークLまでたわんだ時の皿ばね37の荷重Fk2以下であれば、トルク伝達面341aと342aとが摺動するのみで出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342が空転することはない。そして、エンジンのクランキング時にエンジンが脈動しても、皿ばね37がたわむことでピニオンギヤ31とリングギヤ100から発生する衝撃音を低減させることができる。
前記のように、出力軸側伝達部材341のトルク伝達面341aと、ピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aは、夫々出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342の軸心と垂直な平面に対してθの傾きを備えている。ここで、トルク伝達面角度θは任意で設定できるものではあるが、夫々軸方向に対して30°以上の傾きに限定することで、オーバーランニングクラッチ部32の形状拡大を抑制することができる。
皿ばね37の設計に用いる計算式を以下の式(1)から式(4)に示す(JIS B2706参照)。
ばね荷重は以下の式(5)で定義される。
応力の計算式は以下の式(6)から式(9)で定義される。
前記各式において、Dは皿ばね37の外径(mm)、dは皿ばね37の内径(mm)、tは皿ばね37の厚さ(mm)、rは角部の面取り半径(mm)、h0は皿ばね37の全たわみ(mm)、Eは縦弾性係数(N/mm2)、νはポアソン比、δは皿ばね37のたわみ(mm)である。なお、h0=H0−tで、H0は皿ばね37の自由高さ(mm)である。
空転トルク、皿ばね37のたわみを一定として考えたとき、トルク伝達面角度θを小さくすると皿ばね37の荷重は大きくしなければならない(後述の式(14)参照)。また、皿ばね37の荷重を大きくするには皿ばね37の厚さtを大きくする必要があるが(前記式(5)参照)、皿ばね37の耐力を維持するため、つまり板厚tを上げる分だけ大き
くなってしまう応力を緩和するためには、皿ばね37の外径Dを大きくする必要がある(前記式(6)から式(9)参照)。つまり、それはオーバーランニングクラッチ部32の形状を拡大することになり、スタータとして成立させることは難しい。
くなってしまう応力を緩和するためには、皿ばね37の外径Dを大きくする必要がある(前記式(6)から式(9)参照)。つまり、それはオーバーランニングクラッチ部32の形状を拡大することになり、スタータとして成立させることは難しい。
図10は、トルク伝達面角度θと摩擦係数μの変動による空転トルク値のバラツキ、及びトルク伝達面角度θとばね荷重の関係を示すグラフで、主軸がトルク伝達面角度θとばね荷重の関係を示している。この図10からトルク伝達面角度θの減少と共に、ばね荷重が増加していることがわかる。トルク伝達面角度θが30°付近よりばね荷重が急激に増加している。従って、トルク伝達面角度θを30°以上とすることにより、皿ばね37の外径拡大を抑制することができる。つまりはオーバーランニングクラッチの形状拡大を抑制することが可能である。
また、トルク伝達面角度θを夫々軸心と垂直な平面に対して60°以下の傾きに限定することで、摩擦係数μの変動による空転トルクの値のバラツキを低減することが可能である。
まず、図8のピニオンギヤ側伝達部材342と出力軸側伝達部材341に加わる力の関
係から、トルク方向の力FXは、
FX=F(sinθ+μcosθ)・・・・・(10)
軸方向の力FYは、
FY=F(cosθ−μsinθ)・・・・・(11)
また、空転トルクは下記式(12)で与えられる。
Td=FX×r・・・・・(12)
ここで、rはトルク伝達面の半径(m)、Tdは空転トルク(Nm)である。
係から、トルク方向の力FXは、
FX=F(sinθ+μcosθ)・・・・・(10)
軸方向の力FYは、
FY=F(cosθ−μsinθ)・・・・・(11)
また、空転トルクは下記式(12)で与えられる。
Td=FX×r・・・・・(12)
ここで、rはトルク伝達面の半径(m)、Tdは空転トルク(Nm)である。
式(10)を式(12)に代入して、
Td=F(sinθ+μcosθ)×r
F=Td/r×(sinθ+μcosθ)・・・・・(13)
式(13)を式(11)に代入して、
FY=Td(cosθ−μsinθ)/r(sinθ+μcosθ)
Td=FY×r×{(sinθ+μcosθ)
/(cosθ−μsinθ)}・・・・・(14)
従って空転トルクTdは上記式(14)で定義される。
Td=F(sinθ+μcosθ)×r
F=Td/r×(sinθ+μcosθ)・・・・・(13)
式(13)を式(11)に代入して、
FY=Td(cosθ−μsinθ)/r(sinθ+μcosθ)
Td=FY×r×{(sinθ+μcosθ)
/(cosθ−μsinθ)}・・・・・(14)
従って空転トルクTdは上記式(14)で定義される。
上記式(14)に於いて、例えば、摩擦係数μ=0.3の場合の空転トルクは、
Td(μ0.3)=FY×r×{(sinθ+0.3cosθ)
/(cosθ−0.3sinθ)}・・・・・(15)
摩擦係数μ=0.2の場合の空転トルクは、
Td(μ0.2)=FY×r×{(sinθ+0.2cosθ)
/(cosθ−0.2sinθ)}・・・・・(16)
式(15)及び式(16)より摩擦係数μが変化したときの空転トルクの比Td(μ0.3)/Td(μ0.2)は、次式(17)のようになる。
Td(μ0.3)=FY×r×{(sinθ+0.3cosθ)
/(cosθ−0.3sinθ)}・・・・・(15)
摩擦係数μ=0.2の場合の空転トルクは、
Td(μ0.2)=FY×r×{(sinθ+0.2cosθ)
/(cosθ−0.2sinθ)}・・・・・(16)
式(15)及び式(16)より摩擦係数μが変化したときの空転トルクの比Td(μ0.3)/Td(μ0.2)は、次式(17)のようになる。
式(17)から読み取れるように、摩擦係数μが変化したときの空転トルクの比は、トルク伝達面341aとトルク伝達面342aの軸心と垂直な平面に対する角度と摩擦係数μに因って決定される。
また、図10の第2軸は、前記式(17)により、トルク伝達面角度θと空転トルク値のばらつきの関係を示している。図10の第2軸に示すグラフから読み取れるように、トルク伝達面角度θが60°を超えた辺りから、摩擦係数μの変動による空転トルクの値のばらつきが大きくなっていることがわかる。つまり、トルク伝達面角度θを60°以下とすることで、摩擦係数μの変動による影響を抑制し、空転トルクを安定させることが可能である。
前記のように、遮断機構部34を構成する出力軸側伝達部材341のトルク伝達面341aと、ピニオンギヤ側伝達部材342のトルク伝達面342aを、夫々軸方向に垂直な平面に対して30°から60°以下の傾きとすることで、オーバーランニングクラッチ部32の形状拡大を抑制することができ、且つ摩擦係数μの変動による空転トルク値のばらつきを低減することができる。
以上詳述したように、実施の形態1によるエンジン始動装置によれば、リングギヤ100側から異常なトルクが発生した場合、例えばリングギヤ100の逆転中にピニオンギヤ31とリングギヤ100を噛み合わせた際にリングギヤ100から受けるトルクの衝撃によって、ピニオン移動体部30の内部で空転が発生する。このようにピニオン移動体部30の内部で空転を発生させる構成に於いては、ピニオンギヤ31から近い位置に空転させ得る機構の遮断機構部34を備えているため、減速ギヤ部90にトルク衝撃が伝達する前に空転が発生して出力軸側ヘリカルスプライン部21、ピニオン移動体側ヘリカルスプライン部38等を損傷させることがない。また、ピニオンギヤ31とリングギヤ100の衝突による衝撃音を小さくすることが可能となる。
なお、遮断機構部34の構成は、リングギヤ100が逆転した場合だけでなく、エンジン側がロックしたときにも同様の機構で空転するため、逆回転以外の異常な状態が発生したときにもこの機構によって内部機構の破壊を抑制することができる。
また、実施の形態1によるエンジン始動装置によれば、例えば、従来の惰性回転中でエンジンが逆転中にピニオンギヤ31とリングギヤ100を噛み合わせる際に過大な衝撃トルクが発生するような場合であっても、ピニオン移動体部30で空転して衝撃を吸収するため逆回転数が大きくても噛み合わせることが可能となる。
また、同様にエンジンの逆回転とモータ回転力とが衝突した際にも、よりピニオンギヤ31に近い位置で空転することにより衝撃と過大なトルクを緩和及び空転できるので、モータ回転を遅らせる制御などをしなくてもヘリカルスプラインなどを傷めずに十分に噛み合いが可能となる。従って、再始動時間が早くなるだけでなく、ピニオンギヤ31の押し出しとモータ回転を連続で実施できる一体型スイッチを使用することが可能となり低コストと小型化が可能となる。
また、出力軸側伝達部材341の爪部341cとピニオンギヤ側伝達部材342の爪部342cでトルクを伝達し、皿ばね37の荷重で空転できる荷重を設定できるため、従来できなかった空転トルクの値の設定が容易となる。即ち、オーバーランニングクラッチ部32のクラッチローラ323が動力伝達方向の回転の時に逆転時のトルクやモータ回転のトルクを伝達することになるが、この部分で衝撃トルクを吸収するような構造にした場合、摩擦係数μが安定せず、経年変化によるばらつきも大きくなる。しかし、実施の形態1によるエンジン始動装置によれば遮断機構部34が空転するトルクの量産時のばらつきも抑制できる。更に、前述したようにクランキング時の騒音低減するための荷重設定も容易に行うことが可能となる。
前記説明のように、実施の形態1によるエンジン始動装置によれば、トルク設定が容易に小型で実施することができ、エンジンの逆回転時だけでなく摩耗によってピニオンギヤ31とリングギヤ100同士がロックしたときにも容易に保護が可能となる。また、遮断機構部34は、出力軸側伝達部材341とピニオンギヤ側伝達部材342に夫々設けられた爪部341c、342cでトルクを伝達する構造であり、且つピニオン移動体側ヘリカルスプライン部38の外周側で、オーバーランニングクラッチ部32と遮断機構部34をクラッチカバー33で連結するようにしているので、大型化することなく安定したトルク衝撃による空転と伝達を実施することが可能となる。
なお、前記説明では、アイドリングストップでリングギヤ100が惰性回転中にピニオンギヤ31とリングギヤ100を噛み合わせる場合のエンジン始動装置について説明したが、アイドリングストップでリングギヤ100が完全停止してから噛み合わせる場合や、アイドリングストップ非搭載車用のエンジン始動装置であっても、ギヤが摩耗した場合にロックすることでモータ回転が開始されれば異常な衝撃トルクが発生することによって、通常エンジン始動装置でも起こり得るので、この発明を適用すれば効果がある。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、これらの構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
10 モータ部、20 出力軸、21 出力軸側ヘリカルスプライン部、30 ピニオン移動体部、31 ピニオンギヤ、32 オーバーランニングクラッチ部、321 クラッチアウタ、322 クラッチインナ、323 クラッチローラ、324 クラッチばね、33 クラッチカバー、34 遮断機構部、341 出力軸側伝達部材、341a,342a トルク伝達面、341b,342b 滑り面、341c,342c 爪部、342 ピニオンギヤ側伝達部材、35 レバー係止部品、36 止め部品、37 皿ばね、371 皿ばねカバー、371a 溝部、38 ピニオン移動体側ヘリカルスプライン部、40 ソレノイドスイッチ部、41 吸引コイル、42 接点軸、43 移動接点部、44a,44b モータ接点、45 ばね、50 プランジャ、60 レバー、61 レバー回転軸中心、70 ブラケット、80 ストッパ、90 減速ギヤ部、100 リングギヤ
Claims (6)
- モータ部と、エンジンに連結されたリングギヤに噛み合い得るピニオンギヤと、前記モータ部の出力軸にヘリカルスプライン結合され、軸方向に移動可能に形成されたピニオン移動体部と、前記ピニオン移動体部を前記ピニオンギヤが前記リングギヤと噛み合う位置に移動させる押し出し機構部と、前記モータ部への通電電流をオン、オフするスイッチ部を有するソレノイドスイッチ部と、を備えたエンジン始動装置であって、
前記ピニオン移動体部は、
前記リングギヤと噛み合った前記ピニオンギヤが、前記リングギヤを介して前記エンジンにより駆動され前記出力軸の回転よりも高速で回転する場合に、空転するオーバーランニングクラッチ部と、
前記オーバーランニングクラッチ部が前記モータ部の回転によるトルクを前記リングギヤに伝達する方向に対して前記トルクの値が所定の条件のとき、前記リングギヤへの前記トルクの伝達を遮断する遮断機構部と、を備え、
前記遮断機構部は、軸方向に対して垂直な平面で対向する一対の伝達部材と、前記一対の伝達部材を前記軸方向に押圧するばね部材とを有し、
前記一対の伝達部材は、夫々軸方向に垂直な面に対して所定の傾きを有するトルク伝達面と、前記トルク伝達面に対し傾斜面の角度をなだらかな角度に設定された滑り面を備えており、
前記トルク伝達面は夫々軸方向に垂直な平面に対して、30°から60°の範囲の傾きを有することを特徴とするエンジン始動装置。 - 前記トルク伝達面は、回転方向に複数個設けられたことを特徴とする請求項1に記載のエンジン始動装置。
- 前記エンジン始動装置は、
前記押し出し機構部と前記スイッチ部とを作動させて、前記エンジンが停止する過程の減速期間中に前記エンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、
前記ソレノイドスイッチ部は、
前記押し出し機構と前記スイッチ部とを作動させるコイルを1つのコイルで構成し、前記ピニオンギヤを、前記押し出し機構部のプランジャを前記コイルに引き込む動作の過程で押し出しつつ、前記プランジャが更に前記コイルに引き込まれたときに前記モータ部の主回路を閉路し、前記モータ部の駆動を開始するように構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジン始動装置。 - 前記ばね部材を皿ばねで構成し、前記一対の伝達部材の外周側に設けられたことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のエンジン始動装置。
- 前記皿ばねは、内径側が前記一対の伝達部材を前記リングギヤの方向に押圧するように構成されたことを特徴とする請求項4に記載のエンジン始動装置。
- 前記皿ばねにより前記一対の伝達部材を前記軸方向に押圧する初期荷重は、通常始動時に前記エンジンの出力が立ち上がる場合のトルクにより前記軸方向に発生するトルクでは、前記トルクの伝達を遮断しない荷重に設定されることを特徴とする請求項4または5に記載のエンジン始動装置。
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