(57)【要約】【課題】変速機構の半径方向のサイズを小さくすることができるエンジンの起動装置を提供することを目的とする。【解決手段】エンジン１のクランクシャフト２４に連結された変速機構５４を有している。変速機構５４は、ギヤケース２０、第１ギヤ１８、第２ギヤ２３、２段ギヤ１９、及び一方向クラッチ２２を有している。ギヤケース２０は、エンジン１に対して回転可能に設けられている。第１ギヤ１８は、クランク円状伝達体１５に連結されるとともに、ギヤケース２０に回転自在に支持され、外周部に外歯を有している。第２ギヤ２３は、エンジン１のクランクシャフト２４に連結されるとともに、ギヤケース２０に回転自在に支持され、第１ギヤ１８に対して軸心を一致させて並設され、外周部に外歯を有している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機及び発電機のいずれにも動作可能な回転電機と、
前記回転電機を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段と、
前記回転電機の回転軸に設けられ駆動力を入出力する回転電機円状伝達体と、
補機の回転軸に設けられて該補機に駆動力を伝達する補機円状伝達体と、
エンジンのクランクシャフトに連結され、駆動力を入出力するクランク円状伝達体が設けられた変速機構と、
前記回転電機円状伝達体、前記補機円状伝達体及び前記クランク円状伝達体に巻掛けられ相互に回転駆動力を伝達する無端状駆動力伝達体と、
前記回転電機から前記エンジンに駆動力を伝達しない場合に、前記変速機構を非拘束状態にして前記クランク円状伝達体から前記クランクシャフトへの駆動力の伝達を遮断する電磁クラッチと、
前記電磁クラッチの拘束及び非拘束動作を切り換える電磁クラッチ切換制御手段とを備え、
前記変速機構は、
前記エンジンに対して回転可能に設けられたギヤケース、
前記クランク円状伝達体に連結されるとともに、前記ギヤケースに回転自在に支持され、外歯を有する第１ギヤ、
前記エンジンのクランクシャフトに連結されるとともに、前記ギヤケースに回転自在に支持され、前記第１ギヤに対して軸心を一致させて並設され、外歯を有する第２ギヤ、
前記第１ギヤ及び前記第２ギヤの外周を公転可能に且つ自転可能に前記ギヤケースに支持され、該第１ギヤと噛合する外歯を有する第１のギヤ部及び該第２ギヤと噛合する外歯を有する第２のギヤ部を有する２段ギヤ、及び
前記第１ギヤと前記第２ギヤとの間に設けられ、該第２ギヤから該第１ギヤへの一方向にのみ駆動力を伝達する一方向クラッチを有し、
前記クランク円状伝達体から前記クランクシャフトに駆動力が伝達されるときと、前記クランクシャフトから前記クランク円状伝達体に駆動力が伝達されるときとで変速比を変える
ことを特徴とするエンジンの起動装置。
【請求項２】
前記電磁クラッチは、前記変速機構の、前記ギヤケース、前記第１ギヤ、及び前記第２ギヤのいずれかに設けられた結合面に、面接触してこれを拘束し、この結合面から離間して非拘束とする
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの起動装置。
【請求項３】
前記ギヤケースの前記クランク円状伝達体側の端部を回転自在に支持するステー部材をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの起動装置。
【請求項４】
前記クランク円状伝達体は、前記変速機構より大きい径を有し、最外径部から前記変速機構に覆うように延びて形成され、前記無端状駆動力伝達体が係合する円筒状部を有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジンの起動装置。
【請求項５】
前記回転電機と前記クランクシャフト間の総減速比が２．６〜５である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエンジンの起動装置。
【請求項６】
前記変速機構の減速比が１．３〜２である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエンジンの起動装置。
【請求項７】
前記第１ギヤ、前記第２ギヤ及び前記２段ギヤがヘリカルギヤである
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエンジンの起動装置。
【請求項８】
前記２段ギヤの、前記第１のギヤ部及び前記第２のギヤ部歯筋方向が同方向に揃っている
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの起動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの起動装置に関し、特に回転電機によるエンジンの始動時及び補機駆動時、並びにエンジンによる回転電機の発電時において、それぞれ適切な変速比を得られるエンジンの起動装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動発電機の回転軸に設けられたプーリと、エンジンのクランクシャフトに遊星歯車変速機構を介して連結されたクランクプーリとをベルトで連結し、これらの間で相互に駆動力の伝達を行ない、且つ遊星歯車変速機構のキャリアとサンギヤ間に設けられた一方向クラッチと、内歯歯車を係止・開放するラチェット機構と、このラチェット機構を動作させるアクチュエータとを有するエンジンの起動装置を用いて、電動発電機を始動電動機として用いてエンジンを始動する場合と、電動発電機を充電発電機として用いて充電する場合とで変速比を変化させる技術が提案されている。
【０００３】
このような構成のエンジンの起動装置においては、エンジン始動時には、電動発電機の回転駆動力が、電動発電機のプーリ、ベルト、クランクプーリの順に伝達され、さらにクランクプーリから遊星歯車変速機構を介してクランクシャフトに減速して伝達され、これによりエンジンが始動する。そのため、比較的小さな電動発電機でもエンジン始動に必要な大きなトルクを発生させることができる。一方、エンジンの回転駆動力を電動発電機に伝達して発電させる場合には、一方向クラッチによって、クランクシャフトとクランクプーリとが１対１で接続され、効率的な発電をすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２６４１５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成の従来のエンジンの起動装置においては、遊星歯車変速機構の、サンギヤ、プラネタリギヤ、及び内歯歯車は、軸方向にほぼ同じ位置に配置される。つまり、これら３つの歯車は、軸方向に同じ位置で互いに噛合する。そのため、この３つの歯車が配置された箇所の半径方向の大きさは、少なくとも、内歯歯車外径より大きなものとなる。
【０００６】
一方、エンジンのクランクシャフトに遊星歯車変速機構を介して連結されたクランクプーリの径は、補機プーリ等との回転比の兼ね合いから常に自由に設定できるわけではない。また、一般にこのクランクプーリは、遊星歯車変速機構を覆う様に設けられるので、クランクプーリを小径に設計したい場合に、遊星歯車変速機構の径が大きいと、所要の径にできないという問題があった。このようなことから、エンジンのクランクシャフトに連結される変速機構の半径方向の大きさを小さくすることができれば、クランクプーリ径の大きさを設定する際に自由度が増すことととなり、この改善が要望されていた。
【０００７】
また、上述のような構成の従来のエンジンの起動装置においては、内歯歯車を係止・開放する手段としてラチェット機構が提案されている。しかしながら、ラチェット機構では、何らかの原因によりいずれかの歯車に過大なトルクが加わった場合に、この衝撃を吸収或いは逃がすことができない。そのため、いずれかの歯車に過大なトルクが加わったときに歯車が破損するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決する為になされたものであり、変速機構の半径方向の大きさを小さくすることができ、これによりクランクプーリの半径方向の大きさも小さくすることができ、さらに、歯車に過大なトルクが加わった場合でも衝撃を吸収或いは逃がして歯車を破損することがないエンジンの起動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエンジンの起動装置は、電動機及び発電機のいずれにも動作可能な回転電機と、この回転電機を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段と、回転電機の回転軸に設けられた回転電機円状伝達体と、補機の回転軸に設けられて補機に駆動力を伝達する補機円状伝達体と、エンジンのクランクシャフトに連結され、駆動力を入出力するクランク円状伝達体が設けられた変速機構とを備えている。
そして、回転電機円状伝達体、補機円状伝達体、及びクランク円状伝達体に巻掛けられ、相互に回転駆動力を伝達する無端状駆動力伝達体が設けられている。エンジンの起動装置は、さらに回転電機からエンジンに駆動力を伝達しない場合に、変速機構を非拘束状態にしてクランク円状伝達体からクランクシャフトへの駆動力の伝達を遮断する電磁クラッチと、電磁クラッチの拘束及び非拘束動作を切り換える電磁クラッチ切換制御手段とを備えている。
【００１０】
そして、変速機構は、エンジンに対して回転可能に設けられたギヤケース、クランク円状伝達体に連結されるとともに、ギヤケースに回転自在に支持され、外歯を有する第１ギヤ、エンジンのクランクシャフトに連結されるとともに、ギヤケースに回転自在に支持され、第１ギヤに対して軸心を一致させて並設され、外歯を有する第２ギヤ、第１ギヤ及び第２ギヤの外周を公転可能に且つ自転可能にギヤケースに支持され、第１ギヤと噛合する外歯を有する第１のギヤ部及び第２ギヤと噛合する外歯を有する第２のギヤ部を有する２段ギア及び第１ギヤと第２ギヤとの間に設けられ、第２ギヤから第１ギヤへの一方向にのみ駆動力を伝達する一方向クラッチを有し、クランク円状伝達体からクランクシャフトに駆動力が伝達されるときと、クランクシャフトからクランク円状伝達体に駆動力が伝達されるときとで変速比を変える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明のエンジンの起動装置１００を含むエンジン１の周辺機器のシステム構成図である。図１において、エンジン１は、ロックアップ機構付のトルクコンバータ２、及びオートマチックトランスミッション（以下、Ａ／Ｔと略す）３を有している。このエンジン１の周辺には、電動機及び発電機のいずれにも動作可能な回転電機として電動発電機４が配設されている。この電動発電機４には、回転センサ４ａが装着されている。
【００１２】
エンジン１のクランクシャフト２４には、変速伝動装置５が連結されている。変速伝動装置５は、エンジン１の始動時に、電動発電機プーリ（回転電機円状伝達体）１４、ベルト（無端状駆動力伝達体）１７、クランクプーリ１５（クランク円状伝達体）を介して伝達された電動発電機４の回転駆動力を減速してクランクシャフト２４に伝え、エンジン１を始動する。一方、エンジン１始動後は、エンジン１の回転駆動力を等速でクランクプーリ１５に伝える。そして、伝達されたエンジン１の回転駆動力は、クランクプーリ１５、ベルト１７、及び補機プーリ（補機円状伝達体）１６、或いは電動発電機プーリ１４を介して、それぞれ補機６或いは電動発電機４を駆動する。変速伝動装置５の内部には、後で詳しく述べる図示しない変速機構が内蔵されている。
【００１３】
エンジン１は、従来と同様にスタータ７を搭載している。そして、スタータ７は、本実施の形態１においては、エンジン１の停止が所定時間連続して続いた後の最初のエンジン始動のとき、或いはエンジン１の冷却水が所定値以下になった際のエンジン１の始動のときのみに使用される。スタータ７の動作に関しては、エンジン１の冷却水及び連続エンジン停止時間の両者を検知する図示しない検知手段が設けられており、この検知手段の出力が動作指令となり、これに基づいてスタータ７が動作する。
【００１４】
エンジン１の周辺には、さらにインバータ８が配設されている。インバータ８は、エンジン１の始動時に、高圧バッテリ９の直流電力を三相交流電力に変換して電動発電機４に給電し、電動発電機４を電動機として駆動制御し、一方、エンジン始動後は、発電機として動作する電動発電機４がエンジン１の回転駆動力で発電した交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ９に充電する。
【００１５】
エンジン１の周辺には、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ１０が配設されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、１２Ｖバッテリ１１と高圧バッテリ９の間の電力を電圧変換して相互にやり取りする。さらに、エンジン１の周辺には、電動オイルポンプ１２と油圧制御部１３が配設されている。電動オイルポンプ１２は、エンジン１の停止時に、図示しない機械式オイルポンプの替わりに、トルクコンバータ２の油圧、及びＡ／Ｔ３を駆動制御する油圧を供給する。そして、油圧制御部１３は、供給された油圧を必要部位に分配する。
【００１６】
さらに、エンジン１の周辺には、Ａ／Ｔ用ＥＣＵ６０、電動発電機用ＥＣＵ（切換制御手段）７０、エンジン用ＥＣＵ８０、及びこれらを統合的に制御するＥＣＵ９０が設けられている。Ａ／Ｔ用ＥＣＵ６０は、電動オイルポンプ１２及び油圧制御部１３を制御する。電動発電機用ＥＣＵ７０は、回転センサ４ａからの回転位置情報と、高圧バッテリ９の温度、充放電電流量情報に基づいて充電状態（ＳＯＣ：State of charge）を検出し、インバータ８を制御する。そして、電動発電機用ＥＣＵ７０は、インバータ８を介して電動発電機４を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段としての動作をする。エンジン用ＥＣＵ８０は、エンジンを最適な運転状態に制御する。そして、ＥＣＵ９０は、Ａ／Ｔ用ＥＣＵ６０、電動発電機用ＥＣＵ７０、及びエンジン用ＥＣＵ８０を統合的に制御する。
【００１７】
そして、本実施の形態のエンジンの起動装置１００は、図１に一点鎖線で囲まれた部分でしめされ、電動機及び発電機のいずれにも動作可能な回転電機としての電動発電機４と、この電動発電機４を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段としての電動発電機用ＥＣＵ７０と、電動発電機４の回転軸に設けられた回転電機プーリとしての電動発電機プーリ１４と、補機６の回転軸に設けられて補機６に駆動力を伝達する補機プーリ１６と、エンジン１のクランクシャフト２４に後で述べる変速機構５４（変速伝動装置５に内蔵されている）を介して連結されたクランクプーリ１５と、電動発電機プーリ１４、補機プーリ１６、及びクランクプーリ１５に巻掛けられ、相互に回転駆動力を伝達する無端状駆動力伝達体としてのベルト１７を有している。
【００１８】
尚、本実施の形態１においては、電動発電機プーリ１４、補機プーリ１６、及びクランクプーリ１５に巻掛けられ、相互に回転駆動力を伝達する無端状駆動力伝達体としてベルト１７が用いられているが、無端状駆動力伝達体はベルト１７に限らず、例えばチェーン等であっても良い。電動発電機プーリ１４、補機プーリ１６、及びクランクプーリ１５は、プーリに限らず、例えばスプロケット等でも良い。
【００１９】
次に、変速伝動装置５の詳細について説明する。図２は本実施の形態１の変速伝動装置５の側面断面図である。図２において、クランクプーリ１５の中心孔は、略円筒状の第１ギヤ１８のシャフト部１８ｂに挿嵌され、クランクプーリ１５の内側端面は、第１ギヤ１８のシャフト部１８ｂに嵌合されたベアリング３６の内輪の一端面に当接し、クランクプーリ１５の外側端面は第１ギヤ１８のネジ部１８ｃにネジ嵌合したナット２６によって軸方向に締め付け固定されている。この構成により、クランクプーリ１５、第１ギヤ１８、ベアリング３６の内輪及びナット２６は一体的に回転する。
【００２０】
尚、第１ギヤ１８のシャフト部１８ｂのベアリング３６が嵌合された側の反対側の端面には、ベアリング３８の内輪が嵌合されており、且つ、ベアリング３６、３８の各外輪はそれぞれフロント側ギヤケース２０ａ、及び第２ギヤ２３の内周面に嵌合支承されている。
【００２１】
２段ギヤ１９は、ベアリング１９ｃを介してフロント側ギヤケース２０ａ、及びリヤ側ギヤケース２０ｂに嵌合固定された支持ピン１９ｄに自転可能に支承されており、且つ第１ギヤ１８のシャフト部１８ｂと、フロント側ギヤケース２０ａ、及び第２ギヤ２３の内周面に嵌合されたベアリング３６、３８を介して、第１ギヤ１８の外周をシャフト部１８ｂと同軸的に公転可能に支持されている。そして、２段ギヤ１９のフロント側ギヤ部（第１のギヤ部）１９ａは、第１ギヤ１８の外周位置にて、第１ギヤ１８の外周面に形成された歯と噛合している。一方、２段ギヤ１９のリヤ側ギヤ部（第２のギヤ部）１９ｂは、第２ギヤ２３の外周位置にて、第２ギヤ２３の外周面に形成された歯と噛合している。
【００２２】
第２ギヤ２３は、一端に設けられた円筒孔に、クランクシャフト２４の結合シャフト部２４ａが挿嵌され、キー３４で円周方向に固定され、ボルト４０でクランクシャフト２４に軸方向に固定されている。これにより、第２ギヤ２３はクランクシャフト２４に一体に固定され、第２ギヤ２３とクランクシャフト２４は相互に回転駆動力を伝達する。
【００２３】
リヤ側ギヤケース２０ｂの内周面はベアリング３９の外輪に圧入され、他端はフロント側ギヤケース２０ａと嵌合面２０ｃにて固定され、ベアリング３６の外輪に嵌合支承されている。
【００２４】
第２ギヤ２３の内周面と第１ギヤ１８の外周面との間に、一方向クラッチ２２が挿入されている。すなわち、一方向クラッチ２２のカム２２ａは第１ギヤ１８の外周面に圧入されている。一方向クラッチ２２は、カム２２ａと第２ギヤ２３との間にリティナ２２ｂ及びローラ２２ｃを有し、一方向にのみ駆動力を伝達する。尚、第２ギヤ２３の内周面に外輪(図示しない)を圧入し、ローラ２２ｃと接触させてもよい。そして、一方向クラッチ２２は、図２のナット２６側から見て、カム２２ａに対して第２ギヤ２３が相対的に時計回り方向に回転した場合に結合状態となり、逆に、反時計回りに回転する場合は非結合状態（すなわち空回り状態）になる。
【００２５】
電磁クラッチ２１の励磁回路部は、フィールドコア２１ａに界磁コイル２１ｃが巻回され、磁路を形成するための端面コア２１ｂがフィールドコア２１ａの一端面側に圧嵌固定されている。フィールドコア２１ａの端面コア２１ｂ側に、わずかなギャップを介して対峙しているアマチュア２１ｄは、弾性体としての板バネ３１の外周端にリベット３２で固定され、一方、板バネ３１の内周端はリヤ側ギヤケース２０ｂ外周とボルト２８で固定されている。板バネ３１は、アマチュア２１ｄをフィールドコア２１ａから所定の間隙（わずかなギャップ）離して支持している。
【００２６】
そして、電磁クラッチ２１がオンすると、アマチュア２１ｄはフィールドコア２１ａに吸引される。一方、電磁クラッチ２１がオフすると、アマチュア２１ｄは、板バネ３１の弾性力でリヤ側ギヤケース２０ｂ側に所定の距離（わずかなギャップの分）引き戻される。アマチュア２１ｄとリヤ側ギヤケース２０ｂの間には、例えばゴムで製作された緩衝材３３が設けられている。緩衝材３３は、電磁クラッチ２１がオフしたとき、アマチュア２１ｄが板バネ３１の弾性力でリヤ側ギヤケース２０ｂ側に引き戻されることにより発生する、アマチュア２１ｄとリヤ側ギヤケース２０ｂの衝突音を防止する。
【００２７】
また、フィールドコア２１ａの内周にベアリング３５の外輪が圧入固定されている。さらに、ベアリング３５の内輪はリヤ側ギヤケース２０ｂの外周に挿嵌され、クランクシャフト２４側端部からリヤ側ギヤケース２０ｂのネジ部２０ｄに締め込まれたナット４５、及びフィールドコア２１ａの内周に設けた止め輪２５によって挟持し、軸方向に固定されている。尚、軸方向におけるベアリング３５とリヤ側ギヤケース２０ｂの間には、必要に応じて、端面コア２１ｂとアマチュア２１ｄ間のギャップを調整する為のワッシャ(図示しない)を挿入する。
【００２８】
フィールドコア２１ａの外周には、取付けプレート４６が抵抗溶接、或いはネジ止めなどの結合手段により一体に固定され、この取付けプレート４６の外周端に形成された円筒部４６ａには、ゴムブッシュ４８が圧入嵌合されている。
【００２９】
ゴムブッシュ４８は、外筒４８ａと内筒４８ｂの間にゴム４８ｃを充填成型したものであり、ボルト５０は内筒４８ｂをカバーブラケット１ａに締着することにより、ゴムブッシュ４８をカバーブラケット１ａに固定している。
【００３０】
カバーブラケット１ａに設けたシール部材室１ｂにはシール部材５２が嵌合固定され、そのシール部材５２にクランクシャフト２４が挿嵌されている。
【００３１】
尚、先に説明した電動発電機用ＥＣＵ７０は、インバータ８を介して電動発電機４を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段としての動作をするとともに、上述の電磁クラッチ２１をオン／オフ制御してギヤケース２０を拘束状態（係止状態すなわち回転不可能状態）及び非拘束状態（開放状態すなわち回転可能状態）に切り換える電磁クラッチ切換制御手段としての動作をする。
【００３２】
次に、本実施の形態１のエンジンの起動装置の動作について説明する。
まず、エコラン動作を開始する条件が成立すると、エンジン用ＥＣＵ８０は、エンジン１の各気筒への燃料の噴射を停止させる信号を出力し、エンジン１を停止させる。ここで、エコラン動作を開始する条件としては、車速がゼロで、且つ、シフトレバーのレンジがＲ（後進）にないこと、さらに、アクセルペダルの踏み込み量がゼロであることなどが一例として考えられる。
【００３３】
エコラン動作にてエンジン１を停止した場合には、電動発電機４を電動機として動作させ、電動発電機プーリ１４、ベルト１７、補機プーリ１６を介して、補機６が負荷に応じた回転速度とトルクで最適に駆動される。このとき、変速伝動装置５の電磁クラッチ２１はオフされており、アマチュア２１ｄは非拘束状態となっている。尚、この場合の補機６に相当するものとしては、車両停止時でも動作が求められるＡ／Ｃコンプレッサーやパワーステアリング用オイルポンプなどが当てはまる。
【００３４】
図１の電動発電機プーリ１４を電動発電機４と反対の側から見て、時計回り方向に電動発電機４が回転するならば、ベルト１７で連結されたクランクプーリ１５も時計回りに回転し、さらにクランクプーリ１５と一体に固定された第１ギヤ１８も時計回りに回転する。
【００３５】
一方、第１ギヤ１８と噛み合っている２段ギヤ１９は反時計回りに自転するが、停止しているエンジン１のクランクシャフト２４に一体に連結されている第２ギヤ２３は停止したままなので、非拘束状態にあるアマチュア２１ｄに連結しているギヤケース２０は反時計回りに回転する。
【００３６】
この場合、第２ギヤ２３の内周面は、第１ギヤ１８に嵌合している一方向クラッチ２２のカム２２ａに対して反時計回りに相対回転するので、一方向クラッチ２２は非結合状態となり空回りする。
【００３７】
すなわち、エンジン停止時に電磁クラッチ２１をオフし、電動発電機４を電動機として作動させると、その回転駆動力はベルト１７を介して補機６にのみ伝達され、クランクプーリ１５、変速伝動装置５は空回りしてクランクシャフト２４には電動発電機４の回転駆動力は伝達されない。
【００３８】
次に、エコラン動作によるエンジン停止状態から、電動発電機４によってエンジン１を再始動させる場合の動作について説明する。エンジン再始動条件が成立すると、まず、変速伝動装置５の電磁クラッチ２１がオンされ、次に電動発電機４が電動機として時計回りに回転し、電動発電機プーリ１４、ベルト１７を介してクランクプーリ１５に回転駆動力が伝達される。
【００３９】
そして、電磁クラッチ２１がオンしている為、アマチュア２１ｄがフィールドコア２１ａに吸着されて拘束されるので、板バネ３１を介してギヤケース２０が拘束され、その結果、クランクプーリ１５に伝達された回転駆動力は、第１ギヤ１８、２段ギヤ１９、第２ギヤ２３を介して減速されてクランクシャフト２４に伝達され、エンジンが始動される。
【００４０】
この場合、第２ギヤ２３内周面は、第１ギヤ１８に嵌合している一方向クラッチ２２のカム２２ａに対して反時計回りに相対回転するので、一方向クラッチ２２は非結合状態となり空回りする。
【００４１】
このような電動発電機４によるエンジン１の再始動においては、電動発電機４の回転駆動力は、まず電動発電機プーリ１４とクランクプーリ１５のプーリ比で減速され、さらに変速伝動装置５によりさらに減速されるので、小型な電動発電機４でもエンジン始動に必要な大きなトルクを発生させることができる。
【００４２】
エンジン始動後、エンジン回転速度が所定回転速度に達したことを検知して電磁クラッチ２１がオフされると、アマチュア２１ｄが非拘束となるのでギヤケース２０も非拘束状態となる。
電磁クラッチ２１がオフされた直後は、第２ギヤ２３の回転速度は、連結しているクランクシャフト２４の回転速度と同じであり、一方第１ギヤ１８は第２ギヤ２３の回転速度の減速比倍で回転しているので、ギヤケース２０は第２ギヤ２３に対して反時計回りに相対回転することになり、一方向クラッチ２２は非結合状態になる。
【００４３】
そして、第１ギヤ１８の回転は第２ギヤ２３とは独立した状態で減速し続け、逆に第２ギヤ２３の回転速度が第１ギヤ１８の回転速度を上回った時点で一方向クラッチ２２は結合し、第２ギヤ２３と第１ギヤ１８が一体に結合するので、これに伴い２段ギヤ１９も一体に固定されて、その結果クランクシャフト２４と第２ギヤ２３、第１ギヤ１８、クランクプーリ１５は１：１の等速で回転することになる。そして、電動発電機４は発電機として動作するように切り換えられる。
【００４４】
その後もエンジン１の回転駆動力は、変速伝動装置５の変速比が１の状態で、クランクシャフト２４から第２ギヤ２３、２段ギヤ１９、第１ギヤ１８の経路と、第２ギヤ２３、ローラ２２ｃ、カム２２ａ、第１ギヤ１８の経路の２経路に分散されて伝達され、第１ギヤ１８、クランクプーリ１５、ベルト１７、補機プーリ１６或いは電動発電機プーリ１４を介して補機６或いは電動発電機４（この場合は発電機として動作している）を駆動する。
【００４５】
以上のように、本実施の形態のエンジンの起動装置においては、電動発電機４からエンジン１に駆動力を伝達しない場合に、変速機構５４を非拘束状態にしてクランクプーリ１５からクランクシャフト２４への駆動力の伝達を遮断する電磁クラッチ２１と、電磁クラッチ２１の拘束及び非拘束動作を切り換える電動発電機用ＥＣＵ７０とを有している。
【００４６】
そして、変速機構５４は、ギヤケース２０、第１ギヤ１８、第２ギヤ２３、２段ギヤ１９、及び一方向クラッチ２２を有している。ギヤケース２０は、エンジン１に対して回転可能に設けられている。第１ギヤ１８は、クランクプーリ１５に連結されるとともに、ギヤケース２０に回転自在に支持され、外周部に外歯を有している。第２ギヤ２３は、エンジン１のクランクシャフト２４に連結されるとともに、ギヤケース２０に回転自在に支持され、第１ギヤ１８に対して軸心を一致させて並設され、外周部に外歯を有している。
【００４７】
また、２段ギヤ１９は、第１ギヤ１８及び第２ギヤ２３の外周を公転可能に且つ自転可能にギヤケース２０に支持され、第１ギヤ１８に噛合する外歯を有するフロント側ギヤ部（第１のギヤ部）１９ａ及び第２ギヤと噛合する外歯を有するリヤ側ギヤ部（第２のギヤ部）１９ｂを有している。そして、一方向クラッチ２２は、第１ギヤ１８と第２ギヤ２３との間に設けられ、第２ギヤ２３から第１ギヤ１８への一方向にのみ駆動力を伝達する。
【００４８】
そして、変速機構５４は、クランクプーリ１５からクランクシャフト２４に駆動力が伝達されるときに、第１ギヤ１８、第２ギヤ２３及び２段ギヤ１９で、減速して伝達し、一方、クランクシャフト２４からクランクプーリ１５に駆動力が伝達されるときに、一方向クラッチ２２によって１対１に直結する。そして、変速機構５４においては、全てのギヤが外歯歯車で構成されており、内歯歯車が用いられていないので、内歯歯車の厚さの分だけ装置を半径方向にコンパクトにする事ができる。
【００４９】
また、本実施の形態のエンジンの起動装置１００においては、エンジン始動時において、変速伝動装置５のギヤケース２０を拘束する手段として電磁クラッチ２１を用いている。電磁クラッチ２１は、変速機構５４の、ギヤケース２０に設けられた結合面２１ｅに、面接触して接触抵抗によりこれを拘束し、一方、この結合面２１ｅから離間して非拘束とする。そのため、変速機構５４のいずれかのギヤに過大なトルクが加わった場合に、電磁クラッチ２１の結合面２１ｅが滑って、この過大なトルクを吸収、或いは逃がす。これによりギヤの破損を防止する。
【００５０】
さらに、電磁クラッチ２１の界磁コイル２１ｃに供給する界磁電流値を調整することにより、滑りの許容限界を任意に設定できるという効果がある。
【００５１】
クランクプーリ１５は、変速機構５４より大きい径を有しており、変速機構５４より大きい径を有する概略皿状又は腕状の円板状部１５ａと、この円板状部１５ａの最外径部分から変速機構２４に覆い被せるように形成された円筒状部１５ｂを有する。この円筒状部１５ｂの外周面には、無端状駆動力伝達体としてのベルト１７を巻掛けるための断面Ｖ字型の溝が複数形成されている。クランクプーリ１５は、このような形状をなしているので、変速機構５４が小型化されることにより、クランクプーリ１５の小型化も図ることができる。そして、クランクプーリ１５の径の大きさを設定する際に自由度が増すこととなる。
【００５２】
一般に、エンジンを始動する際、クランキング回転数をアイドル回転数付近まで上げると始動時の燃料増量を不要とすることができるが、これを実現するために必要以上にギヤ比を高く取り過ぎると、逆に電動発電機４より発生した回転数が減速され過ぎて、始動時の燃料増量が必要になってしまう。
【００５３】
従来のように、内歯歯車を用いた遊星歯車変速機構において、内歯歯車を固定してサンギヤを入力とした場合、減速比は下記の式１で表される。そして、式１から解る様に減速比を理論上２以下とすることはできない。
【００５４】
減速比＝１＋内歯歯数／サンギヤ歯数        (式１)
【００５５】
そして更に、従来の変速機構において、ギヤ、軸受の強度、全体のサイズ等を考慮すると、その構造上減速比は最小値が約２．５〜２．８程度となる。
【００５６】
また、この減速比を含む電動発電機とクランクプーリ間のプーリ比は、従来、２〜２．５程度が良く使われ、電動発電機とクランクシャフト間の総減速比、つまり、電動発電機プーリ及びクランクプーリ間のプーリ比と変速機構５４の減速比の積は５〜７程度になる。そのため、電動発電機が発生させた回転数はかなり減速されてクランクシャフトに伝わることとなり、エンジン始動時の燃料増加が必要であった。
【００５７】
これに対して、本実施の形態１の変速機構においては、内歯歯車を有する遊星歯車機構を用いないので、減速比を概略１．３〜２とすることができる。また、電動発電機４とクランクシャフト２４間の総減速比、つまり、電動発電機プーリ１４及びクランクプーリ１５のプーリ比と変速機構５４の減速比との積を、ほぼ２．６〜５とすることができる。このように、本実施の形態１の変速機構においては、ギヤ比を比較的低目に設定する事が可能なので、始動時の燃料増量不要域まで回転数を引上げる事ができ、燃費向上を図ることができる。
【００５８】
また、電動発電機４でエンジン１を始動する際、及び補機を駆動する際、ギヤが平歯車であると大きな噛み合い率を達成できないので、ギヤ音が気になることがある。このような場合には、第１ギヤ１８、第２ギヤ２３、及び２段ギヤ１９をヘリカルギヤとしてもよい。ギヤをヘリカルギヤとすることにより見掛けの噛み合い率を増加させることができ、ギヤ噛合音を低減することができる。第１ギヤ１８、第２ギヤ２３、及び２段ギヤ１９が外歯歯車なので、特殊なカッターや高価な歯切盤を必要とすることなく、ヘリカルな歯車を容易に作製可能である。
【００５９】
尚、はす歯で動力を伝達する場合スラスト力が発生するが、２段ギヤ１９のフロント側ギヤ部１９ａとリヤ側ギヤ部１９ｂの歯筋(ねじれ角)方向を揃えておけば、２段ギヤに発生するスラスト力が相殺され、ギヤケース２０の摩耗を防ぐ事ができる。
【００６０】
また、本実施の形態１の電磁クラッチ２１は、ギヤケース２０の結合面２１ｅに面接触して変速機構５４を拘束しているが、電磁クラッチ２１が拘束するものは、ギヤケース２０に限らず、変速機構５４を構成するギヤケース２０、第１ギヤ１８、及び第２ギヤ２３のいずれであってもよい。
また、本実施の形態１の２段ギヤ１９は、フロント側ギヤ部１９ａとリヤ側ギヤ部１９ｂとが隣接して設けられているものであるが、両者は軸方向に離れて設けられてもよいことは言うまでもない。
【００６１】
実施の形態２．
実施の形態１のエンジンの起動装置１００の場合、クランクプーリ１５に巻掛けられた無端状駆動力伝達体としてのベルト１７を介して、万一変速伝動装置５に過大な張力がかかった場合、この張力は変速伝動装置５にモーメントとしても働くことになる。具体的には、例えばクランクプーリ１５に図１の下方向に過大な張力がかかった場合、この張力は、ベアリング３６、３８付近を支点として、変速伝動装置５を反時計回りに回転させるようなモーメント力となる。そして、このモーメント力が大きくなると、ギヤケース２０が撓んでギヤが正常に噛み合わなくなったり、一方向クラッチ２２がこじれて本来の機能を果たさなくなるような不具合が懸念される。
【００６２】
本実施の形態２は、このような懸念を解消する為になされたものであり、仮にクランクプーリ１５に過大な張力が加えられても、正常なギヤの噛み合いと一方向クラッチ機能を確保できることを目的とする。
【００６３】
図３は本実施の形態２の変速伝動装置５５の側面断面図である。本実施の形態２は、実施の形態１対して以下に述べるものを追加したものである。すなわち、フロント側ギヤケース２０ａのクランクプーリ１５側の端部にベアリング３７を圧入し、そのベアリング３７の外輪には、カバーブラケット１ａにボルト５１で締結されるステー部材５３を嵌合している。
【００６４】
クランクプーリ１５に巻掛けられた無端状駆動力伝達体としてのベルト１７に過大な張力が掛かった場合、第１ギヤ１８を介してギヤケース２０が撓んでギヤが正常に噛み合わなかったり、一方向クラッチ２２がこじれて本来の機能を果たさなくなる不具合に対して、ギヤケースのクランクプーリ側の端部を回転可能に支持するステー部材５３を備えることによって、このステー部材５３によりベルト１７を介して変速伝動装置５に働く大きなモーメントを受けることができ、この不具合を防止することができる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明に係るエンジンの起動装置は、電動機及び発電機のいずれにも動作可能な回転電機と、この回転電機を電動機或いは発電機に切り換える回転電機切換制御手段と、回転電機の回転軸に設けられた回転電機円状伝達体と、補機の回転軸に設けられて補機に駆動力を伝達する補機円状伝達体と、エンジンのクランクシャフトに連結され、駆動力を入出力するクランク円状伝達体が設けられた変速機構とを備えている。そして、回転電機円状伝達体、補機円状伝達体、及びクランク円状伝達体に巻掛けられ、相互に回転駆動力を伝達する無端状駆動力伝達体が設けられている。エンジンの起動装置は、さらに回転電機からエンジンに駆動力を伝達しない場合に、変速機構を非拘束状態にしてクランク円状伝達体からクランクシャフトへの駆動力の伝達を遮断する電磁クラッチと、電磁クラッチの拘束及び非拘束動作を切り換える電磁クラッチ切換制御手段とを備えている。
【００６６】
そして、変速機構は、エンジンに対して回転可能に設けられたギヤケース、クランク円状伝達体に連結されるとともに、ギヤケースに回転自在に支持され、外歯を有する第１ギヤ、エンジンのクランクシャフトに連結されるとともに、ギヤケースに回転自在に支持され、第１ギヤに対して軸心を一致させて並設され、外歯を有する第２ギヤ、第１ギヤ及び第２ギヤの外周を公転可能に且つ自転可能にギヤケースに支持され、第１ギヤと噛合する外歯を有する第１のギヤ部及び第２ギヤと噛合する外歯を有する第２のギヤ部を有する２段ギア及び第１ギヤと第２ギヤとの間に設けられ、第２ギヤから第１ギヤへの一方向にのみ駆動力を伝達する一方向クラッチを有し、クランク円状伝達体からクランクシャフトに駆動力が伝達されるときと、クランクシャフトからクランク円状伝達体に駆動力が伝達されるときとで変速比を変える。そのため、変速機構においては、全てのギヤが外歯歯車で構成されており、内歯歯車が用いられていないので、内歯歯車の厚さの分だけ装置を半径方向にコンパクトにする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエンジンの起動装置を含むエンジンの周辺機器のシステム構成図である。
【図２】本実施の形態１の変速伝動装置の側面断面図である。
【図３】本実施の形態２の変速伝動装置の側面断面図である。
【符号の説明】
１  エンジン、２  トルクコンバータ、３  Ａ／Ｔ（オートマチックトランスミッション）、４  電動発電機（回転電機）、４ａ  回転センサ、５  変速伝動装置、６  補機、１４  電動発電機プーリ（回転電機円状伝達体）、１５  クランクプーリ（クランク円状伝達体）、１５ａ  円板状部、１５ｂ  円筒状部、１６  補機プーリ（補機円状伝達体）、１７  ベルト（無端状駆動力伝達体）、１８  第１ギヤ、１９  ２段ギヤ、１９ａ  フロント側ギヤ部（第１のギヤ部）、１９ｂ  リヤ側ギヤ部（第２のギヤ部）、２０  ギヤケース、２１  電磁クラッチ、２１ｅ  結合面、２２  一方向クラッチ、２３  第２ギヤ、２４  クランクシャフト、５３  ステー部材、５４  変速機構、５５  変速伝動装置、６０  Ａ／Ｔ用ＥＣＵ、７０  電動発電機用ＥＣＵ（回転電機切換制御手段、電磁クラッチ切換制御手段）、８０  エンジン用ＥＣＵ、９０  ＥＣＵ。
【図１】
2004197580.tif 000003
【図２】
2004197580.tif 000004
【図３】
2004197580.tif 000005