(57)【要約】【課題】内燃機関のリングギヤおいて、焼き入れによる強度向上を図るとともに、内燃機関の生産性の向上をも図る。【解決手段】内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、該内燃機関のスタータのピニオンギヤ１４が噛み合うリングギヤ１１において、リングギヤ１１全体の中でピニオンギヤ１４と噛み合う部位であって、スタータによる機関始動が開始される際にピニオンギヤ１４とリングギヤ１１とが噛み合う部位、および該部位の近傍の部位である所定部位Ｒ１のみに焼き入れを施す。【選択図】  図２
2006022780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、該内燃機関のスタータのピニオンギヤが噛み合うリングギヤであって、
前記リングギヤ全体の中で前記ピニオンギヤと噛み合う所定部位の強度が、他のリングギヤ部位より部分的に強化されたことを特徴とする内燃機関のリングギヤ。
【請求項２】
前記所定部位の強度は、焼き入れが施されることで強化されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のリングギヤ。
【請求項３】
前記所定部位は、前記リングギヤの歯部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のリングギヤ。
【請求項４】
前記所定部位は、前記歯部のうち先端から所定範囲内の部位であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のリングギヤ。
【請求項５】
前記所定部位は、前記スタータによる機関始動が開始される際に前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合う部位、および該部位の近傍の部位であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関のリングギヤ。
【請求項６】
前記所定部位は、前記内燃機関の特定気筒が圧縮行程を迎えた状態で機関停止したときの、前記ピニオンギヤに対応する前記リングギヤの部位、および該部位の近傍の部位であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関のリングギヤ。
【請求項７】
前記所定部位は、前記内燃機関の各気筒が圧縮行程上死点を迎えるときに、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合う部位、および該部位の近傍の部位であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関のリングギヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、スタータのピニオンギヤによって駆動されるリングギヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の機関始動に際しては、スタータのピニオンギヤによってクランクシャフトに取り付けられたリングギヤを回転させることで、クランクシャフトを強制的に回転させる技術が利用されている。
【０００３】
また、リングギヤがクランクシャフトに溶接で取り付けられる場合、機関始動時にピニオンギヤから伝えられる駆動力に対して十分な強度が求められる。そこで、リングギヤの溶接箇所を、内燃機関の各気筒において圧縮行程上死点を迎える時点でのピニオンギヤに対応する位置とする技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平４−１５３５２号公報
【特許文献２】実開平４−２４６６８号公報
【特許文献３】特開２００４−３７５９９号公報
【特許文献４】特開平７−２６９６７７号公報
【特許文献５】特開平１１−９０５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の機関始動のために使用されるリングギヤは、スタータのピニオンギヤと噛み合い、スタータの駆動力をリングギヤを含むクランクシャフト、ピストン等に伝達させる必要がある。従って、リングギヤには比較的高い強度が求められるため、焼き入れが行われる。
【０００５】
しかし、リングギヤ全体を焼き入れすることでリングギヤ全体の強度は向上するが、その焼き入れ行程に要する時間は長くなり、以て、内燃機関の生産性は低下し、生産コスト低減を阻害する要因ともなる。
【０００６】
本発明では、上記した問題に鑑み、内燃機関のリングギヤおいて、焼き入れによる強度向上を図るとともに、内燃機関の生産性の向上をも図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、上記した課題を解決するために、リングギヤの中でも特に強度が要求される部位を限定して、その部位のみを限定的に焼き入れを行うこととした。これにより、リングギヤの強度の向上に要する時間を可及的に短縮することが可能となり、以て内燃機関の生産性も向上する。
【０００８】
そこで、本発明は、内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、該内燃機関のスタータのピニオンギヤが噛み合うリングギヤにおいて、前記リングギヤ全体の中で前記ピニオンギヤと噛み合う所定部位の強度が、他のリングギヤ部位より部分的に強化されるようにした。
【０００９】
即ち、リングギヤ全体の強度を強化するのではなく、強度が特に要求されるリングギヤの所定部位のみの強度を部分的に強化することで、リングギヤの強度の向上と、その強度向上に要する時間の短縮および生産性の向上との両立を図るものである。
【００１０】
ここで、前記所定部位の強度は、焼き入れが施されることで強化されるようにしてもよい。リングギヤの部分的な焼き入れについては、高周波加熱器等によってリングギヤ上に部分的に誘導電流を発生させることで、実現することが可能となる。また、リングギヤの焼き入れを部分的に施すことで、焼き入れによって生じるリングギヤのひずみの発生量も可及的に抑制することが可能となる。この他にも、リングギヤの所定部位に強度の高い異種金属を溶接することで、該所定部位の強度の強化を図ることが可能である。
【００１１】
尚、部分的に所定部位のみ強度が強化されたリングギヤをクランクシャフトに取り付ける場合、スタータのピニオンギヤとの関係を考慮する。即ち、リングギヤがクランクシャフトに取り付けられた状態において、ピニオンギヤから伝達される駆動力を、焼き入れ等によって強度が向上された所定部位が受け止めることが可能となるべく、リングギヤがクランクシャフトに取り付けられる。
【００１２】
また、リングギヤの中でも、特に強度が要求されるのは、ピニオンギヤと噛み合う歯部である。そこで、上記の内燃機関のリングギヤにおいて、前記所定部位は、前記リングギヤの歯部であってもよく、特に該歯部のうち先端から所定範囲内の部位であってもよい。
【００１３】
所定範囲とは、リングギヤの歯部の中でピニオンギヤとの接触で駆動力が伝達される範囲である。そして、リングギヤの中でもピニオンギヤからの駆動力が直接に伝達される歯部の強度を部分的に強化することで、リングギヤの強度の向上と、その強度向上に要する時間の短縮および生産性の向上との両立を一層図ることが可能となる。
【００１４】
また、上述の内燃機関のリングギヤにおいて、前記所定部位は、前記スタータによる機関始動が開始される際に前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合う部位、および該部位の近傍の部位であってもよい。
【００１５】
スタータによる内燃機関の機関始動時にリングギヤに掛かる荷重は、その機関始動直後にピニオンギヤとリングギヤとが噛み合った時点が最も大きく、その後リングギヤ（クランクシャフト）の回転速度が上昇するに従い、荷重は減少する。従って、リングギヤの中で強度が特に要求されるのは、機関始動時にピニオンギヤとリングギヤとが噛み合う部位およびその近傍の部位であるから、該部位を、特に該部位におけるリングギヤの歯部（歯部のうち先端から所定範囲の部位であってもよい。）を所定部位として、その強度を部分的に強化すればよい。これにより、リングギヤの強度の向上と、その強度向上に要する時間の短縮および生産性の向上との両立を図ることが可能となる。
【００１６】
また、上述の内燃機関のリングギヤにおいて、前記所定部位は、前記内燃機関の特定気筒が圧縮行程を迎えた状態で機関停止したときの、前記ピニオンギヤに対応する前記リングギヤの部位、および該部位の近傍の部位であってもよい。
【００１７】
内燃機関の機関停止時には、気筒内で燃料の燃焼が行われないため、内燃機関、主にクランクシャフトが有する回転エネルギーは、圧縮行程を迎えた気筒での圧縮仕事や摩擦に消費される。また、圧縮仕事によって気筒内に溜められたエネルギーはその後の膨張行程で内燃機関の運動エネルギーを幾分上昇させる。これを繰り返すことで、内燃機関の回転エネルギーは減衰していき、最終的に一の気筒における圧縮行程での圧力（クランクシャフトの回転を停止させる方向に働くトルクとなる）と他の気筒における膨張行程での圧力（クランクシャフトの回転を上昇させようとするトルクとなる）とが釣り合うことで、内燃機関が機関停止した状態となる。
【００１８】
この圧力の釣り合いは、内燃機関の特性上、クランクシャフトの回転角（３６０度）に
おいて、一の部位若しくはそれと１８０度反対の部位に限って生じる。そして、通常は、内燃機関が機関停止した状態から再び機関始動が行われるため、この圧力の釣り合いに着目して、リングギヤにおける所定部位を決定する。
【００１９】
即ち、前記特定気筒を前記一の気筒とし、その特定気筒での圧力の釣り合いによってクランクシャフトの回転が停止した状態で、ピニオンギヤに対応するリングギヤの部位およびその近傍の部位を、特に該部位におけるリングギヤの歯部（歯部のうち先端から所定範囲の部位であってもよい。）を所定部位として、該所定部位の強度を部分的に強化する。これにより、特定の気筒に対応するリングギヤの所定部位の強度の向上と、その強度向上に要する時間の短縮および生産性の向上との両立を図ることが可能となる。ここで、ピニオンギヤに対応するリングギヤの部位とは、ピニオンギヤとリングギヤが噛み合っている場合はその噛み合う部位であり、またピニオンギヤとリングギヤが噛み合っていない場合には、仮に噛み合わせたとしたときのその噛み合う部位をいう。
【００２０】
また、上述の内燃機関のリングギヤにおいて、前記所定部位は、前記内燃機関の各気筒が圧縮行程上死点を迎えるときに、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合う部位、および該部位の近傍の部位であってもよい。
【００２１】
スタータによって内燃機関の機関始動が行われる場合、各気筒が圧縮行程上死点を迎えるときに、各気筒での圧縮動作によって負荷が大きくなるためピニオンギヤからリングギヤに掛かる荷重が大きくなる。そこで、リングギヤの中で強度が特に要求されるのは、各気筒が圧縮行程上死点を迎える時点でピニオンギヤとリングギヤとが噛み合う部位およびその近傍の部位であるとする。そして、該部位を、特に該部位におけるリングギヤの歯部（歯部のうち先端から所定範囲の部位であってもよい。）を所定部位として、部分的にその強度を強化すればよい。これにより、内燃機関の全気筒に対応するリングギヤの所定部位の強度の向上を図ることで、内燃機関の始動時にいずれの気筒に対応する所定部位でリングギヤとピニオンギヤが噛み合ってもリングギヤの摩耗や破損を防止することが可能となるとともに、その強度向上に要する時間の短縮および生産性の向上との両立を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によって、内燃機関のリングギヤおいて、焼き入れによる強度向上を図るとともに、内燃機関の生産性の向上をも図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、本発明に係る内燃機関のリングギヤの実施例について、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明に係るリングギヤ１１を備える内燃機関１の概略構成を表す図である。内燃機関１は、ガソリン火花着火式内燃機関であって、吸気ポート４内に燃料を噴射する燃料噴射弁８および点火栓９を備えている。また、クランクシャフト１２からの駆動力がコンロッド１０を介して伝達されることで、気筒２内においてピストン３が往復運動を行う。尚、内燃機関１は４気筒エンジンとする。
【００２５】
また、内燃機関１には吸気ポート４が燃焼室に接続され、同様に、排気ポート５も燃焼室に接続される。ここで、吸気ポート４と燃焼室との間には吸気弁６が、排気ポート５と燃焼室との間には排気弁７が設けられている。
【００２６】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「Ｅ
ＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、各種の制御ルーチン及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ここで、燃料噴射弁８は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。また、点火栓９は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって気筒２内の混合気への点火を行う。
【００２７】
更に、機関始動用のスタータ１３も、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０からの制御信号に従って、スタータ１３が駆動される。
【００２８】
内燃機関１の機関始動時には、スタータ１３に備えられているピニオンギヤ１４が、クランクシャフト１２に取り付けられているリングギヤ１１と噛み合い、スタータ１３からの駆動力が、ピニオンギヤ１４、リングギヤ１１を介してクランクシャフト１２に伝えられるとともに、燃料噴射弁８から燃料噴射および点火栓９による点火が行われる。これにより、内燃機関１の機関回転速度が上昇する。
【００２９】
ここで、クランクシャフト１３に取り付けられているリングギヤ１１について、図２および図３に基づいて説明する。リングギヤ１１は、ピニオンギヤ１４から駆動力が伝達されるため、比較的高い強度が要求される。リングギヤ１１の強度を向上させるために、焼き入れが行われる。一般に、焼き入れにおいては、リングギヤ１１を高温炉の中に入れてリングギヤ１１全体の温度を上昇させるが、そのために焼き入れに要する時間が比較的長くなる。そこで、本実施例においては、リングギヤ１１は全体を焼き入れせずに、リングギヤ１１の特定の部位のみに焼き入れを施した。以下に、詳細を説明する。
【００３０】
４本の気筒を有する内燃機関１では、ＥＣＵ２０によって機関停止命令が出されると、燃料噴射弁８からの燃料噴射および点火栓９による点火が停止される。これにより、気筒２内で燃焼トルクは発生せず、内燃機関１、主にクランクシャフト１２が有する回転エネルギーは、圧縮行程を迎えた気筒２でのピストン３による圧縮仕事や内燃機関１内での摩擦に消費される。また、ピストン３による圧縮仕事によって気筒内に溜められたエネルギーはその後の膨張行程で内燃機関１の運動エネルギーを幾分上昇させる。
【００３１】
このピストン３の圧縮仕事とその後の膨張行程を繰り返すことで、内燃機関１の回転エネルギーは減衰していき、最終的に特定気筒（本実施例では、１番気筒２＃１とする）における圧縮行程での圧力（クランクシャフト１２の回転を停止させる方向に働くトルクとなる）と他の気筒（本実施例では、４番気筒２＃４とする）における膨張行程での圧力（クランクシャフト１２の回転を上昇させようとするトルクとなる）とが釣り合うことで、内燃機関１が機関停止した状態となる。
【００３２】
そして、この圧力の釣り合いは、４気筒エンジンである内燃機関１の特性によって、特定気筒２＃１と他の気筒２＃４のそれぞれにおけるピストン３の高さがほぼ同一となるときに、達成される。従って、内燃機関１が機関停止した場合、ピニオンギヤ１４とリングギヤ１１との関係は、常に、クランクシャフト１２の回転角（３６０度）において、一の部位若しくはそれと１８０度反対の部位の何れかの部位（以下、両部位を「機関始動時噛み合い部位」という。）において、ピニオンギヤ１４とリングギヤ１１とが噛み合い得る関係となる。
【００３３】
また、通常、内燃機関１の機関始動は、内燃機関１が機関停止した状態から行われる。そして、機関始動時には、静止摩擦によって停止状態にあるクランクシャフト１２を回転駆動させるため、比較的大きな荷重がリングギヤ１１に掛かり、機関回転速度の上昇とともにリングギヤ１１に掛かる負荷は低下していく。
【００３４】
即ち、リングギヤ１１において比較的高い強度が必要とされるのは、機関始動時に比較的大きな荷重が掛かり得る機関始動時噛み合い部位に限られる。そこで、本実施例においては、図２に示すように、機関始動時噛み合い部位となる２カ所のＲ１においてのみ、リングギヤ１１の焼き入れを行う。これにより、リングギヤ１１全体に焼き入れを施す場合と比べて、リングギヤ１１の強度の向上に要する時間を短縮し、内燃機関１の生産性を向上することが可能となる。
【００３５】
ここで、機関始動時噛み合い部位Ｒ１における焼き入れの詳細について、図３に基づいて説明する。図３は、機関始動時噛み合い部位Ｒ１の拡大図であり、リングギヤ１１を構成するリング部１１ａと歯部１１ｂが示されている。リングギヤ１１がピニオンギヤ１４と噛み合う場合、歯部１１ｂの全体がピニオンギヤ１４と噛み合うのではなく、歯部１１ｂの先端から所定の範囲内の部位のみがピニオンギヤ１４と噛み合う。
【００３６】
具体的には、図３に示すように、歯部１１ｂの先端からの深さがＬ１あるときに、歯部１１ｂがピニオンギヤ１４と噛み合うのは先端からＬ２の深さの範囲である。そこで、本実施例においては、機関始動時噛み合い部位Ｒ１において、更にリングギヤ１１の歯部１１ｂの先端から深さＬ２の範囲の歯部のみに焼き入れを施す。これにより、リングギヤ１１の強度向上ための焼き入れに要する時間を更に短縮し、内燃機関１の生産性を向上することが可能となる。
【００３７】
尚、リングギヤ１１における部分的な焼き入れは、高周波加熱器等を利用することで、リングギヤ１１上に部分的に誘導電流を発生させて行う。
【００３８】
尚、機関始動時噛み合い部位Ｒ１のみに焼き入れを施したリングギヤ１１をクランクシャフト１２に取り付ける場合、ピニオンギヤ１４との関係を考慮する。即ち、リングギヤ１１がクランクシャフト１２に取り付けられた状態において、ピニオンギヤ１４から伝達される駆動力を、機関始動時噛み合い部位Ｒ１が受け止めることが可能となるべく、リングギヤ１１がクランクシャフト１２に取り付ける。
【実施例２】
【００３９】
図１に示すリングギヤ１１に施される焼き入れの第二の実施例について、図４に基づいて説明する。スタータ１３によって内燃機関１の機関始動において、スタータ１３からの駆動力がピニオンギヤ１４を介してリングギヤ１１に伝達されるとき、リングギヤ１１に掛かる荷重が大きくなる場合として、内燃機関１の各気筒２が圧縮行程上死点を迎えたときが挙げられる。これは、ピストン３の圧縮動作に起因する。そこで、このリングギヤ１１に掛かる荷重が大きくなるリングギヤ１１とピニオンギヤ１４との噛み合い部において、リングギヤ１１の強度を向上させればよい。
【００４０】
そこで、図４に示すように、内燃機関１の有する４本の気筒２において圧縮行程上死点に対応するリングギヤ１１とピニオンギヤ１４との噛み合い部位および該部位の近傍の部位を圧縮行程上死点噛み合い部位Ｒ２とする。そして、４カ所のＲ２においてのみ、リングギヤ１１の焼き入れを行う。これにより、リングギヤ１１全体に焼き入れを施す場合と比べて、リングギヤ１１の強度の向上に要する時間を短縮し、内燃機関１の生産性を向上することが可能となる。
【００４１】
また、圧縮行程上死点噛み合い部位Ｒ２における焼き入れにおいて、図３に示す機関始動時噛み合い部位Ｒ１の場合と同様に、リングギヤ１１の歯部１１ｂにおいてリングギヤ１１とピニオンギヤ１４とが噛み合う部位（歯部１１ｂの先端から深さＬ２の範囲の部位）のみ、焼き入れを行う。これにより、リングギヤ１１の強度向上ための焼き入れに要する時間を更に短縮し、内燃機関１の生産性を向上することが可能となる。
【実施例３】
【００４２】
上述の実施例１および実施例２においてはリングギヤ１１の強度を強化するために焼き入れを施していが、焼き入れに代わり、部分的に強度を強化するために、リングギヤとは異なる種類の比較的強度の高い金属を、リングギヤ１１の歯部１１ｂに溶接してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例に係るリングギヤを備える内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の第一の実施例に係る内燃機関のリングギヤにおいて、焼き入れを施す部位を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る内燃機関のリングギヤにおいて、歯部の焼き入れ箇所の詳細を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る内燃機関のリングギヤにおいて、焼き入れを施す部位を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・ピストン
１１・・・・リングギヤ
１１ｂ・・・・歯部
１２・・・・クランクシャフト
１３・・・・スタータ
１４・・・・ピニオンギヤ
Ｒ１・・・・機関始動時噛み合い部位
Ｒ２・・・・圧縮行程上死点噛み合い部位
【図１】
2006022780.tif 000003
【図２】
2006022780.tif 000004
【図３】
2006022780.tif 000005
【図４】
2006022780.tif 000006