JP6076445B1 - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リングギアの摩耗と騒音を抑制しながら、迅速にエンジンを始動させるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】モータ部１２と、エンジンに設けられたリングギア２６に噛み合うピニオンギア部３０を有し、モータ部１２の出力軸１３に軸方向への移動が可能に構成されたピニオン移動体部１４と、ピニオンギア部１４がリングギア２６と噛み合う位置にピニオン移動体部１４を移動させる押し出し機構部２４、２３、１９と、モータ部１２への通電電流をオン／オフする電磁スイッチ装置１８を備えたエンジン始動装置であって、電磁スイッチ装置１８は、一つの信号によるコイルへの通電により第１プランジャ２２および第２プランジャ２３が移動させる。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンを始動するエンジン始動装置に関し、特に、エンジン始動装置に備えられたモータへの通電電流をオン／オフする電磁スイッチに関するものである。

近年では、例えば特開２００４−２１８６２７号公報（特許文献１）、特開２００２−７０７００号公報（特許文献２）、特開２００４−３１２９５０号公報（特許文献３）に開示されているように、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が普及している。アイドリングストップを行うシステムに使用するエンジン始動装置に於いては、エンジン始動装置の使用頻度が高いため、リングギアやピニオンギアの摩耗による損傷が進行し、ピニオンギアとリングギアの噛み合い失敗を引き起こすことがある。又、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、リングギアの回転中にもピニオンギアをリングギア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瞬間であって、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、リングギアの回転中にピニオンギアとリングギアの噛み合わせを行なうようにしている。

このように、アイドリングストップを行う頻度が高くなるにつれてリングギアやピニオンギアの摩耗が激しくなるため、噛み合い失敗をさせないためには摩耗を抑制しなければならない。また、エンジンを停止させる様々な状態からの再始動は、従来よりもエンジンを始動させる時間を短縮しなければ始動時の違和感になってしまう。そこで、ピニオンギアとリングギアの噛み合わせに対して、ピニオンギアが噛み合ってからモータを回転させるなどの機構が必要となってくる。

特開２００４−２１８６２７号公報 特開２００２−７０７００号公報 特開２００４−３１２９５０号公報

前述の従来のエンジン始動装置においては、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせるロス時間を短縮させるため、スタータのモータを回転させてエンジンを高回転まで駆動して迅速に始動させる場合には、衝突音による騒音が大きくなる問題や、ギア同士の摩耗の問題が発生する。これらの一つの要因として、ピニオンギアがリングギアに噛み合うタイミングとモータの駆動開始のタイミングがある。ピニオンギアとリングギアの噛み合う前にモータの回転が速くなれば騒音やギア摩耗の原因となる。そのため、ピニオンギアがリングギアに噛み合うタイミングとモータを回転させるタイミングをずらすための２つの信号を入力して対応することが考えられるが、この場合には、ピニオンギアとリングギアの噛み合いを判定することが必要になってコストアップとなる。

この発明は、従来装置における前述のような課題を解決するためになされたもので、初期噛み合い時のピニオンとリングギアの衝突力を低減することにより、リングギアの摩耗と騒音を抑制しながら、迅速にエンジンを始動させるエンジン始動装置を提供するものである。

この発明によるエンジン始動装置は、モータ部と、エンジンに設けられたリングギアに噛み合うピニオンギア部を有し、前記モータ部の出力軸に軸方向への移動が可能に構成されたピニオン移動体部と、前記ピニオンギア部が前記リングギアと噛み合う位置に前記ピニオン移動体部を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／オフする電磁スイッチ装置と、
を備えたエンジン始動装置であって、
前記電磁スイッチ装置は、一つの信号によるコイルへの通電により第１の可動鉄心および第２の可動鉄心を互いに時間をずらして移動させると共に、
前記第１の可動鉄心と前記第２の可動鉄心の少なくとも一方の可動鉄心は、前記ピニオンギア部の動きと連動しているエンジン始動装置において、
通電することによって前記第１の可動鉄心と前記第２の可動鉄心が移動し、２段階で前記電磁スイッチ装置の接点が接続されることを特徴とする。

この発明によるエンジン始動装置によれば、前記構成により、ピニオン移動体部のピニオンギア部がリングギアと噛み合った後にモータ部の特性を変更させ、初期噛み合い時のピニオンギア部とリングギアの衝突力を低減させることができる。従って、ピニオンギア部やリングギアギアの摩耗と騒音を抑制しながら、迅速にエンジンを始動させることができる。

この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の分解斜視図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の断面図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に用いられる第２プランジャーの斜視図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に用いられる第１プランジャーの斜視図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に用いられる第１および第２プランジャーの初期位置を示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置のピニオンがリングギアに当接するプランジャーの位置と磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の第１プランジャーがロッドまで移動したときの位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の第１プランジャーがロッドを押し込んだときの位置関係と磁束の流れを示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の第２プランジャーがロッドを押し込んだときの位置関係を示す図である。

以下、この発明によるエンジン始動装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一、または相当部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の分解斜視図である。図１に示すように、エンジン始動装置１００は、二つの入力部１０、１１を有するモータ部１２と、出力軸１３と、ピニオン移動体部１４と、入力部１５と二つの出力部１６、１７を有する電磁スイッチ装置１８と、レバー１９と、ブラケット２０と、減速ギア部２１とを備えている。電磁スイッチ装置１８は、二つの可動鉄心、即ち、第１プランジャー２２と第２プランジャー２３を有している。

モータ部１２は、エンジンを始動するための回転力を発生する。出力軸１３は、モータ部１２に減速ギア部２１を介して結合されている。ピニオン移動体部１４は、ピニオン移動体部１４に形成されたクラッチヘリカルスプライン部（図示せず）と出力軸１３のヘリカルスプライン部１３ａによりヘリカルスプライン結合され、出力軸１３の周面を出力軸１３の軸方向に回転しながら移動することができる。

電磁スイッチ装置１８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（ＥＣＵ）からエンジン始動装置１００にオン指令が発動されたときに、電磁スイッチ装置１８の内部に設けられた後述するコイルが付勢され、第２プランジャー２３と第１プランジャー２２を吸引する。レバー１９は、ほぼ中央部が回動自在に支持され、一端が第２プランジャー２３に係合され、他端がピニオン移動体部１４に係合されている。前記コイル、第２プランジャー２３、およびレバー１９は、ピニオンギア部３０がリングギア２６（何れも図２参照）と噛み合う位置にピニオン移動体部１４を移動させる押し出し機構部を構成している。

押し出し機構部は、ピニオン移動体部１４がモータ部１２と反対側に所定位置まで移動した際にその移動を停止させる。ブラケット２０は、モータ部１２と、出力軸１３と、ピニオン移動体部１４と、電磁スイッチ装置１８からなる夫々の構成部品をエンジン側に固定している。

図２は、エンジン始動装置１００の断面図を示している。エンジンを始動させる際に、始動信号により電磁スイッチ装置１８の内部に設けられたコイル２４にバッテリー（図示せず）からの通電によって、第２プランジャー２３と第１プランジャー２２が固定鉄心２５の方向に引き込まれる。これにより、第２プランジャー２３と連動して動作するレバー１９が引き込まれ、レバー１９が回転中心Ｃで回転してピニオン移動体部１４をリングギア２６に押し出す。

第２プランジャー２３と第１プランジャー２２は、それぞれ図３および図４に図示する形状に構成されている。第２プランジャー２３は、図３に示すように、ピニオン移動体部１４を押し出すためのレバー１９を引っ掛けて引っ張り込むフック２７と、出力部１６、１７へ接続するためにロッド２８を押し込む面２３ａを有する突起部２９と、第１プランジャー２２と接触する軸方向に垂直の面に対して突起部２９と反対側に所定の角度で傾斜する面２３ｂ、２３ｃと、移動するための位置規制にもなる軸方向に平行で、かつ最外径となる面２３ｄを有して構成されている。

また、第１プランジャー２２は、図４に示すように、第２プランジャー２３の面２３ｂおよび面２３ｃに対となる面２２ｂおよび面２２ｃと、第２プランジャー２３の突起部２９の通過が可能な穴２２ａで構成されている。第１プランジャー２２の穴２２ａと第２プランジャー２３の突起部２９の外径とは十分なクリアランスが形成されている。このクリアランスの寸法は、第２プランジャー２３の外周とコイル２４の内径のクリアランス寸法よりも大きく形成されている。また、第１プランジャー２２の最外部の外径と第２プランジャー２３の最外部の外径は、同一寸法に形成されている。

コイル２４に通電した場合、図５に示す初期状態から、ピニオン移動体部１４がリングギア２６に当接するまでの状態を示す図６（ａ）のように、第２プランジャー２３と第１プランジャー２２は移動する。ここで、リングギア２６とピニオンギア部３０が当接して位相があっていない状態ではレバー１９は回転できなくなるため、第２プランジャー２３は移動できなくなる。そこで、第１プランジャー２２の面２２ｃの軸方向長さがこの時点で所定の長さ以上あることにより、図６（ｂ）の矢印に示すように、第１プランジャー２２に磁束を多く通すことができるため、第１プランジャー２２のみ軸方向移動する。なお、第１プランジャー２２の面２２ｃの軸方向長さが、所定の長さ未満であるとそのまま第
１プランジャー２２は平衡状態となる。

したがって、図７に示すように第１プランジャー２２は、そのままプランジャーばね３１を縮めながらさらに引き込まれてロッド２８に当接し、図８（ａ）に示すように、第１プランジャー２２の進行方向に対して垂直な面が、電磁スイッチ装置１８の固定鉄心２５と当接して止まるまで、ロッド２８が押されて接点２８ａ（図２参照）が閉じられる。

接点２８ａが閉じられることにより、出力部１６からモータ部１２に通電が始まりモータ部１２が回転を始める。そして、減速ギア部２１を介して出力軸１３を回転することにより、ピニオン移動体部１４が回転してピニオンギア部３０とリングギア２６の位相が変わり、ピニオンギア部３０とリングギア２６が噛み始める。

そのときにピニオン移動体部１４が軸方向に進むことでレバー１９が回転可能となり、第２プランジャー２３を引き込むことが可能になる。この状態で図８（ｂ）の矢印のように、第２プランジャー２３の面２３ｄの寸法を確保して磁束の流れを多くすることにより、第２プランジャー２３は、図９に示すように、突起部２９の面２３ａにより、第２プランジャー２３の面２３ｂが第１プランジャー２２の面２２ｂに当接するまでロッド２８を押し込める。したがって第１プランジャー２２の面２２ｃは所定の長さ以下にしておく必要があり、第１プランジャー２２を引き込める長さ以上で、第２プランジャー２３が引き込める長さ未満の所定の寸法に設定することによりこの動作が可能となる。そこで、接点２８ｂ（図２参照）が閉じて出力部１７よりモータ部１２に通電が始まりモータ特性を変えることができる。

このように、一つの信号でピニオンギア部３０が噛み合ってから２段階で接点が閉じる電磁スイッチ装置１８でモータ部１２の特性を変えることにより、初期のトルクを抑制して摩耗や衝突音を抑制したり、突入電流を抑制することができる。
なお、これらの２段接点において、本実施の形態では２つのスイッチの出力としているが、１つの出力の値を抵抗などの切り替えにより変更することでも対応可能である。

また、本実施の形態では初期の通電によりピニオンギア部３０とリングギア２６が当接するまで、第１プランジャー２２と第２プランジャー２３は同じ動きをして、ピニオンギア部３０がリングギア２６に当たって止まることを前提としているが、プランジャーばね３１とピニオン移動体部１４を押し出す際の負荷の差や磁束流れの差なども利用して、初期通電より各ブランジャーの動作を変えることで２段階の動作を実施させることも可能である。これらの時間差を用いてモータ部１２へ２段階で通電することにより、モータ部１２に通電する際の突入電流を常に抑制することも可能である。したがってバッテリーなどの寿命や、瞬間の電圧降下による他の機器の停止などの影響も抑制することができる。

以上、この発明の一つの実施の形態について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０，１１ 入力部、１２ モータ部、１３ 出力軸、１３ａ ヘリカルスプライン部、１４ ピニオン移動体部、１５ 入力部、１６、１７ 出力部、１８ 電磁スイッチ装置、１９ レバー、２０ ブラケット、２１ 減速ギア部、２２ 第１プランジャー、２２ａ 穴、２２ｂ，２２ｃ 面、２３ 第２プランジャー、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 面、２４ コイル、２５ 固定鉄心、２６ リングギア、２７ フック、２８ ロッド、２９ 突起部、３０ ピニオンギア部、３１ プランジャーばね、１００ エンジン始動装置、Ｃ 回転中心

Claims (5)

1. モータ部と、
   エンジンに設けられたリングギアに噛み合うピニオンギア部を有し、前記モータ部の出力軸に軸方向への移動が可能に構成されたピニオン移動体部と、
   前記ピニオンギア部が前記リングギアと噛み合う位置に前記ピニオン移動体部を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／オフする電磁スイッチ装置と、
   を備えたエンジン始動装置であって、
   前記電磁スイッチ装置は、一つの信号によるコイルへの通電により第１の可動鉄心および第２の可動鉄心を互いに時間をずらして移動させると共に、
   前記第１の可動鉄心と前記第２の可動鉄心の少なくとも一方の可動鉄心は、前記ピニオンギア部の動きと連動しているエンジン始動装置において、
   通電することによって前記第１の可動鉄心と前記第２の可動鉄心が移動し、２段階で前記電磁スイッチ装置の接点が接続されることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記第１の可動鉄心および前記第２の可動鉄心は、前記第１の可動鉄心の固定鉄心側への移動時または移動を完了した後に、前記第２の可動鉄心が前記電磁スイッチ装置の接点を操作できるように、前記第１の可動鉄心の中央部に穴を形成し、前記第２の可動鉄心に前記穴に挿通する突起部を形成し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。
3. 前記穴と前記突起部は、前記第１の可動鉄心および前記第２の可動鉄心の移動方向と垂直方向にクリアランスを有し、前記クリアランスの寸法は、前記第２の可動鉄心の最外部の外径と前記コイルの内径のクリアランス寸法よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記第１の可動鉄心は、固定鉄心と当接する面が前記第１の可動鉄心の移動方向に対して垂直に形成されており、前記第２の可動鉄心と当接する面が前記移動方向に対して所定の傾きを有して形成されている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。
5. 前記第１の可動鉄心の最外部の外径と前記第２の可動鉄心の最外部の外径とは、同一寸法に形成されており、前記第２の可動鉄心が外力で停止している際の位置関係において、前記第１の可動鉄心の最外部の外径の位置が前記コイルの端部付近まで伸びていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のエンジン始動装置。

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