(57)【要約】【課題】  エンジンを安定的に始動させること。【解決手段】  エンジン始動装置１は、エンジン５のクランク軸５ａに対して始動トルクを供給するスタータモータ７と、スタータモータ７が供給する始動トルクをエンジン５のクランク軸５ａへ伝達する伝達機構３と、を備えている。また、伝達機構３にはエンジン５のクランク軸５ａへ伝達される始動トルクを所定値以下に制限するトルクリミッタ１１が設けられている。トルクリミッタ１１は、スタータモータ７の駆動軸とスタータプーリ３ａとの間、又はエンジン５のクランク軸５ａとクランクプーリ３ｂとの間に介装されているのが好ましい。【選択図】  図１
2006348804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸に対して始動トルクを供給するスタータモータと、
前記スタータモータが供給する前記始動トルクを前記エンジンのクランク軸へ伝達する伝達機構と、を備えるエンジン始動装置であって、
前記伝達機構には、前記エンジンのクランク軸へ伝達される前記始動トルクを所定値以下に制限するトルクリミッタが設けられていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン始動装置であって、
前記伝達機構において、前記エンジンのクランク軸にはクランクプーリが連結され、前記スタータモータの駆動軸にはスタータプーリが連結され、前記クランクプーリと前記スタータプーリとはベルトを介して連結されていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジン始動装置であって、
前記トルクリミッタは、前記スタータモータの駆動軸と前記スタータプーリとの間、又は前記エンジンのクランク軸と前記クランクプーリとの間に介装されていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のエンジン始動装置であって、
前記スタータモータは、直流式モータであることを特徴とするエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用のエンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン始動に何らかの異常が検出された場合に、ベルト式スタータからギア式スタータに切り替えてエンジンの始動を行うエンジン始動システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のエンジン始動システムにおいて、始動時にＤＣスタータ（直流電動機）のトルクが急増する特性がある。この急増した過大トルクにより、相互に連結されたクランク軸、クランクプーリ、及びスプロケットの位置関係にズレが生じることがある。このズレにより、スプロケットに連結されたカム軸とクランク軸との同期がずれて、エンジンの異常動作の原因になるおそれがある。
【０００４】
一方、予めＤＣスタータの始動トルクを低く設定することにより、上述した問題は解決し得るが、ＤＣスタータの経年劣化による始動トルクの低下によって、エンジンの始動ができないことが起こりうる。さらに、ＤＣスタータの代わりにモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）を適用することによっても、この問題は解決し得るが、インバータ等が必要となりコストの増加に繋がるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、エンジンを安定的に始動させることを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、エンジンのクランク軸に対して始動トルクを供給するスタータモータと、上記スタータモータが供給する上記始動トルクを上記エンジンのクランク軸へ伝達する伝達機構と、を備えるエンジン始動装置であって、上記伝達機構には、上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限するトルクリミッタが設けられていることを特徴とするエンジン始動装置である。
【０００７】
なお、この一態様において、上記スタータモータとは、例えば直流式モータを指す。また、直流式モータの特性として、始動時のトルクが急増する傾向がある。
【０００８】
この一態様によれば、上記トルクリミッタは上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限する。これにより、例えば始動時に上記スタータモータが供給する上記始動トルクが過大となった場合でも、上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクは所定値以下に制限され、最適値に維持される。したがって、エンジンを安定的に始動させることができる。
【０００９】
また、この一態様において、上記伝達機構は、例えば上記エンジンのクランク軸にクランクプーリが連結され、上記スタータモータの駆動軸にスタータプーリが連結され、上記クランクプーリと上記スタータプーリとがベルトを介して連結されていてもよい。
【００１０】
さらに、この一態様において、上記トルクリミッタは、上記スタータモータの駆動軸と上記スタータプーリとの間、又は上記エンジンのクランク軸と上記クランクプーリとの間に介装されている。これにより、上記トルクリミッタは上記エンジンのクランク軸へ伝達される上記始動トルクを所定値以下に制限することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジンを安定的に始動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、エンジン始動装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例に係るエンジン始動装置を示す概略図である。本実施例に係るエンジン始動装置１は、伝達機構３を介してエンジン５のクランク軸５ａにエンジン始動時の始動トルクを供給するブラシ付き又はブラシレスのＤＣスタータモータ（直流式電動機）７を備えている。
【００１４】
ＤＣスタータモータ７の駆動軸には、当該駆動軸の回転を一方向に規制するワンウェイクラッチが内蔵されたスタータプーリ３ａが後述するトルクリミッタ１１を介して連結されている。
【００１５】
エンジン５のクランク軸５ａには、スプロケット５ｂ及びクランクプーリ３ｂがプーリボルト３ｃにより連結されている（図２）。また、クランク軸５ａのスプロケット５ｂとカム軸とは、金属製のチェーン等により連結されている。これにより、クランク軸５ａの回転とカム軸の回転との同期が取られている。なお、カム軸には、エンジン５の吸排気バルブの開閉を行うカムが連結されている。したがって、クランク軸５ａとカム軸との位置関係は、エンジン５の吸排気が最適に行われるように、スプロケット５ｂおよびチェーンを介して予め設定されている。
【００１６】
伝達機構３において、ＤＣスタータモータ７の駆動軸のスタータプーリ３ａと、エンジン５のクランク軸５ａのクランクプーリ３ｂと、補機（オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、ウォータポンプ等）９の駆動軸の補機プーリ９ａとがベルト３ｄを介して連結、連動されている。これにより、ＤＣスタータモータ７の始動トルクは、伝達機構３を介してエンジン５のクランク軸５ａに伝達され、エンジン５が始動される。
【００１７】
ＤＣスタータモータ７の駆動軸とスタータプーリ３ａとの間には、ＤＣスタータモータ７がエンジン５のクランク軸５ａへ供給する始動トルクを制限するトルクリミッタ１１が介装されている。
【００１８】
図３（ａ）はトルクリミッタ１１の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、トルクリミッタ１１の一対のフェースカムの部分拡大図である。
【００１９】
図３（ａ）に示す如く、トルクリミッタ１１は、一対のフェースカム１１ａ、１１ｂをバネ部材１１ｃによって、相互に嵌合させたカップリング構造からなる。一方のフェースカム１１ｂの端部にはＤＣスタータモータ７の駆動軸が接続され、他方のフェースカム１１ａの端部にはスタータプーリ３ａが接続されている。
【００２０】
図３（ｂ）に示す如く、スタータプーリ３ａ側のフェースカム１１ａのカム面上には十字状の凹状部１１ｄが形成され、ＤＣスタータモータ７の駆動軸側のフェースカム１１ｂのカム面上には十字状の凸状部１１ｅが形成されている。すなわち、トルクリミッタ１１は、これら十字状の凹状部１１ｄと凸状部１１ｅとをバネ部材１１ｃにより相互に嵌合したカップリング構造からなる。
【００２１】
通常、十字状の凸状部１１ｅが十字状の凹状部１１ｄ内に嵌合せしめられた状態で、一対のフェースカム１１ａ、１１ｂはバネ部材１１ｃにより、強固に圧接され、接続されている。この場合、ＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクは、一対のフェースカム１１ａ、１１ｂ、スタータプーリ３ａ、ベルト３ｄ、及びクランクプーリ３ｂを介して、制限されること無くクランク軸５ａへ伝達される。
【００２２】
例えば、始動時にＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクが過大となり、所定値以上になると、十字状の凸状部１１ｅが十字状の凹状部１１ｄ内から抜け出し、ＤＣスタータモータ７の駆動軸がスタータプーリ３ａに対して、相対回転する。これにより、ＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクが制限される。
【００２３】
また、上述した状態からＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクが減少し、所定値より小さくなると、再び一対のフェースカム１１ａ、１１ｂが相互に嵌合し、一体となって回転する。この場合、ＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクは、一対のフェースカム１１ａ、１１ｂ、スタータプーリ３ａ、ベルト３ｄ、及びクランクプーリ３ｂを介して、制限されること無くクランク軸５ａへ伝達される。
【００２４】
なお、始動トルクの所定値は、十字状の凸状部１１ｅおよび凹状部１１ｄの形状、又はバネ部材１１ｃのバネ力を調整することにより設定される。例えば、始動トルクの所定値は、始動トルクが最大値となるときにプーリボルト３ｃにより連結されたクランク軸５ａ、スプロケット５ｂ及びクランクプーリ３ｂが相互に滑らないように設定される。これにより、ランク軸５ａの回転とカム軸の回転との同期が最適な状態で維持され得る。
【００２５】
ＤＣスタータモータ７はエンジンＥＣＵに接続され、エンジンＥＣＵからの制御信号に基づいて、駆動開始又は駆動停止する。また、ＤＣスタータモータ７には、ＤＣスタータモータ７に電力を供給する鉛電池等のバッテリが接続されている。
【００２６】
ところで、ＤＣスタータモータ７の特性上、当該モータ７の始動時において、始動トルクが急激に高くなり、その後、駆動軸の回転数の上昇と共に始動トルクが減少する（図４）。
【００２７】
また、ＤＣスタータモータ７が発生する始動トルクは、バッテリの充電量に略比例して増加する（図５（ａ））。すなわち、バッテリの充電量が少ないときは、始動トルクが低い傾向にあり、一方、バッテリの充電量が多いときは、始動トルクが高い傾向にある。さらに、図５（ａ）の（２）に示す如く、バッテリの内部抵抗の増加、および経年劣化によりアース、リレー等の接触抵抗が増加し、ＤＣスタータモータ７が発生する始動トルクは減少する傾向がある。したがって、製造時には、図５（ａ）の（１）に示す如く、エンジン５はＤＣスタータモータ７により常時かつ安定的に始動できるように構成された場合でも、経年劣化時は、常時かつ安定的には始動できなくなる。なお、ＤＣスタータモータ７が供給する始動トルクは、例えばＤＣスタータモータ７の内部減速比、スタータプーリ３ａとクランクプーリ３ｂとの比（プーリ比）が調整され、初期設定が行われる。
【００２８】
一方、経年劣化を考慮して、図５（ｂ）の（３）に示す如く、始動トルクの初期設定を行うと、バッテリの充電量が多いときには始動トルクが増加傾向となり、過大となることがある。この場合、従来のエンジン始動装置において、ＤＣスタータモータ７からベルト３ｄを介してクランクプーリ３ｂに伝達された過大な始動トルクにより、プーリボルト３ｃと、スプロケット５ｂと、クランクプーリ３ｂと、クランク軸５ａとの間で滑りが発生する（図２）。これにより、上述したクランク軸５ａの回転とカム軸の回転との同期がずれることがある。
【００２９】
一方、本発明においては、ＤＣスタータモータ７の駆動軸とスタータプーリ３ａとの間にトルクリミッタ１１を介装させることにより、過大な始動トルクが発生したときに、図５（ｂ）の（４）に示す如く、トルクリミッタ１１がこの過大な始動トルクを所定値以下に制限する。これにより、ＤＣスタータモータ７からエンジン５のクランク軸５ａへ伝達される始動トルクを常時最適な状態にすることができる。したがって、上述したクランク軸５ａとカム軸との同期がずれるのを防止し、エンジン５の異常動作を抑制することができる。すなわち、エンジン５を安定的に始動させることができる。
【００３０】
また、上述した過大な始動トルクの発生を抑制する為に、ＤＣスタータモータ７の始動トルクを予め低く設定する必要がない。これにより、経年劣化等が生じた場合でも、図５（ｂ）の（５）に示す如く、ＤＣスタータモータ７は安定的に始動トルクを発生し、エンジン５を安定的に始動させることができる。
【００３１】
さらに、モータジェネレータが適用されたエンジン始動装置１の場合と比較して、インバータ等が不要となる為、エンジン始動装置１を簡易かつ低コストで製造することができる。すなわち、エンジン始動装置１の低コスト化を図りつつ、エンジンを安定的に始動させることができる。
【００３２】
なお、本発明に係るエンジン始動装置１は、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド車両、所定の停止条件に基づいてアイドリングを自動停止するアイドリングストップ車両を含めた任意の車両に搭載可能である。特にエンジンの停止および始動が頻繁に行われるハイブリッド車両、アイドリングストップ車両に搭載された場合に、本発明の効果はより顕著となる。
【００３３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３４】
上記一実施例において、十字状の凹状部１１ｄと凸状部１１ｅとをバネ部材１１ｃにより相互に嵌合したトルクリミッタ１１が適用されているが、任意のトルクリミッタ構造が適用可能である。
【００３５】
例えば、図６に示す如く、トルクリミッタ２１は一対のクラッチ板２１ａが摩擦部材２１ｂを介して、圧縮バネ２１ｃにより圧接される構成でもよい。この場合、一方のクラッチ板２１ａがＤＣスタータモータ７に接続され、他方のクラッチ板２１ａがスタータプーリ３ａに接続される。ＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクが過大となり、所定値以上になると、一対のクラッチ板２１ａが摩擦部材２１ｂに対して滑り、ＤＣスタータモータ７の駆動軸がスタータプーリ３ａに対して、相対回転する。これにより、ＤＣスタータモータ７の駆動軸が供給する始動トルクが制限される。
【００３６】
また、図７に示す如く、トルクリミッタ３１はシリコンオイルの粘性を利用したビスカスカップリング構造を適用してもよい。さらに、トルクリミッタ４１は、図８に示す如く、共軸的に配置された一対の円筒状永久磁石４１ａ、４１ｂ間の吸引力を利用した磁力カップリング構造を適用してもよい。
【００３７】
上記一実施例において、トルクリミッタ１１はＤＣスタータモータ７の駆動軸とスタータプーリ３ａとの間に介装されているが、エンジン５のクランク軸５ａとクランクプーリ３ｂとの間に介装されていてもよい。
【００３８】
上記一実施例において、ＤＣスタータモータ７にトルクリミッタ１１が別体として接続されているが、トルクリミッタ１１がＤＣスタータモータ７に内蔵され、ＤＣスタータモータ７とトルクリミッタ１１が一体的に構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車両用のエンジン始動装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジン始動装置を示す概略図である。
【図２】クランク軸にスプロケット及びクランクプーリがプーリボルトにより連結された状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）トルクリミッタの一例を示す部分断面図である（ｂ）トルクリミッタの一対のフェースカムの部分拡大図である。
【図４】ＤＣスタータモータの駆動軸の回転数と始動トルクとの関係を示す図である。
【図５】（ａ）初期設定の状態と経年劣化した状態との比較を示す図であり、バッテリの充電量と始動トルクとの関係を示す図である。（ｂ）トルクリミッタを介装させた場合と、トルクリミッタを介装させない場合との比較を示す図であり、バッテリの充電量と始動トルクとの関係を示す図である。
【図６】クラッチ板を用いたトルクリミッタを示す図である。
【図７】ビスカスカップリング構造を用いたトルクリミッタを示す図である。
【図８】磁力カップリング構造を用いたトルクリミッタを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    エンジン始動装置
３    伝達機構
３ａ  スタータプーリ
３ｂ  クランクプーリ
５    エンジン
５ａ  クランク軸
５ｂ  スプロケット
７    ＤＣスタータモータ
９    補機
１１    トルクリミッタ
【図１】
2006348804.tif 000003
【図２】
2006348804.tif 000004
【図３】
2006348804.tif 000005
【図４】
2006348804.tif 000006
【図５】
2006348804.tif 000007
【図６】
2006348804.tif 000008
【図７】
2006348804.tif 000009
【図８】
2006348804.tif 000010