(57)【要約】【課題】    共通のスタータにより複数の始動経路を使い分けることが可能なエンジンの始動装置を提供する。【解決手段】  本発明のエンジンの始動装置１は、スタータ２と、スタータ２の回転をエンジンに伝達するドリブンギア７、中間ギア８、第１クランクギア９を備えた第１ギア列４及び第２クランクギア１３を備えた第２ギア列５と、第１ギア列４を介したエンジンの始動と第２ギア列５を介したエンジンの始動とを切り替える切替手段１１とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータと、前記スタータの回転をエンジンに伝達する第１伝達手段及び第２伝達手段と、前記第１伝達手段を介した前記エンジンの始動と前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動とを切り替える切替手段と、を具備することを特徴とするエンジンの始動装置。
【請求項２】
前記第１伝達手段と前記第２伝達手段とは、伝達すべきトルクに対する許容範囲をそれぞれ有し、前記第２伝達手段の前記許容範囲の上限は、前記第１伝達手段の前記許容範囲の上限よりも大きくなるように設定されており、
前記切替手段は、前記エンジンの始動に必要なトルクが増加すると前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動が優先して選択されるように、前記エンジンの始動に必要なトルクの大小に応じて前記第１伝達手段を介した前記エンジンの始動と前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
【請求項３】
前記スタータは、モータと、該モータの回転軸に設けられ該回転軸の軸線方向に移動可能なピニオンギアとを備え、
前記切替手段は、前記第１伝達手段と前記ピニオンギアとの噛み合い及びその噛み合いを解除して前記第２伝達手段と前記ピニオンギアとの噛み合いに切り替わるように、前記ピニオンギアの移動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの始動装置。
【請求項４】
前記第１伝達手段は樹脂製の第１ギアを含み、前記第２伝達手段は前記第１ギアよりも剛性の高い少なくとも一枚のギアにて構成されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの始動装置として、ベルト式スタータとギア式スタータの二つのスタータを備え、通常時にはベルト式スタータを使用し、このスタータの異常時にギア式スタータを使用するフェールセーフ機能を備えた始動装置が知られている（特許文献１参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【特許文献１】特開２０００−３７１９４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１１７８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の始動装置では、ベルト式スタータとギア式スタータとの両者を必要とするため、装置が大型化するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、フェールセーフ機能を確保するとともに、装置の大型化を抑えることが可能なエンジンの始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のエンジンの始動装置は、スタータと、前記スタータの回転をエンジンに伝達する第１伝達手段及び第２伝達手段と、前記第１伝達手段を介した前記エンジンの始動と前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動とを切り替える切替手段と、を具備することにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
この発明によれば、いずれか一方の伝達手段に支障が生じたとき、又は支障が生じるおそれがあるときに他方の伝達手段を使用してエンジンを始動させることができるので、フェールセーフ機能が確保される。また、第１伝達手段及び第２伝達手段を介したエンジンの始動の動力源としてスタータが共用されるので、これらの始動経路のそれぞれにスタータを設ける場合と比べて装置の大型化を抑えることができる。
【０００７】
本発明のエンジンの始動装置において、前記第１伝達手段と前記第２伝達手段とは、伝達すべきトルクに対する許容範囲をそれぞれ有し、前記第２伝達手段の前記許容範囲の上限は、前記第１伝達手段の前記許容範囲の上限よりも大きくなるように設定されており、前記切替手段は、前記エンジンの始動に必要なトルクが増加すると前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動が優先して選択されるように、前記エンジンの始動に必要なトルクの大小に応じて前記第１伝達手段を介した前記エンジンの始動と前記第２伝達手段を介した前記エンジンの始動とを切り替えてもよい（請求項２）。この態様によれば、エンジンの始動に必要なトルクが増加すると、伝達すべきトルクに対する許容範囲の上限が第１伝達手段よりも大きい第２伝達手段が選択されるので、第１伝達手段の剛性を必要以上に高める必要がない。このため、第１伝達手段の設計の自由度が増し、安価な材料及び製法により第１伝達手段を作製できるので、製造コストを削減できる。
【０００８】
また、本発明のエンジンの始動装置において、前記スタータは、モータと、該モータの回転軸に設けられ該回転軸の軸線方向に移動可能なピニオンギアとを備え、前記切替手段は、前記第１伝達手段と前記ピニオンギアとの噛み合い及びその噛み合いを解除して前記第２伝達手段と前記ピニオンギアとの噛み合いに切り替わるように、前記ピニオンギアの移動を制御してもよい（請求項３）。このように構成すれば、従来のスタータにて使用されているピニオンギアの移動を利用して、第１伝達手段による回転伝達と第２伝達手段による回転伝達とを切り替えることができる。
【０００９】
本発明のエンジンの始動装置において、前記第１伝達手段は、樹脂製の第１ギアを含み、前記第２伝達手段は、前記第１ギアよりも剛性の高い少なくとも一枚のギアにて構成されていてもよい（請求項４）。第１伝達手段は樹脂製の第１ギアを備えているので、ギア同士が噛み合うことにより発生する騒音を抑制できる。一方、大トルクの伝達が必要なときは第１ギアよりも剛性の高い第２ギアを備えた第２伝達手段を利用することにより、樹脂製の第１ギアを保護することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した通り本発明によれば、第１及び第２の伝達経路を設けるとともにそれらの間でスタータを共用しているので、フェールセーフ機能を確保するとともに、装置の大型化を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、ピストンの往復運動を回転運動に変換するレシプロ式の内燃機関（以下エンジンという。）に本発明の始動装置を適用した一実施形態を示している。図１に示すように、始動装置１は、スタータ２と、スタータ２の回転をエンジンのクランク軸３に伝達する第１伝達手段としての第１ギア列４及び第２伝達手段としての第２ギア列５とを備えている。スタータ２は、モータ２ａと、出力軸２ｂとを備え、この出力軸２ｂには当該出力軸の軸線方向に移動可能なピニオンギア６が設けられている。ピニオンギア６は歯部６ａを備えており、歯部６ａは金属材料で形成されている。
【００１２】
ギア列４は、ピニオンギア６と噛み合い可能なドリブンギア７と、ドリブンギア７と同軸的に設けられた第１ギアとしての中間ギア８と、クランク軸３に設けられ中間ギア８と噛み合う第１クランクギア９とを備えている。ドリブンギア７は、歯部７ａと支持軸７ｂとを備えている。この歯部７ａは金属材料によって形成されている。中間ギア８は歯部８ａ及び金属製のベースリング８ｂを備えている。この歯部８ａはベースリング８ｂの周囲に設けられた突部８ｃを包み込むように樹脂材料によって成形されている。中間ギア８は一方向クラッチ１０を介して、ドリブンギア７の支持軸７ｂと連結されている。一方向クラッチ１０の両側には、これを支持軸７ｂに関して挟み込むように軸受１１、１２が配置されている。この一方向クラッチ１０により、ドリブンギア７→中間ギア８→第１クランクギア９の回転伝達が許容される一方で、第１クランクギア９→中間ギア８→ドリブンギア７の回転伝達は遮断される。第１クランクギア９は歯部９ａを備え、この歯部９ａは金属材料によって形成されている。第１クランクギア９及びこれと噛み合う中間ギア８は共にはすば歯車である。
【００１３】
一方、第２ギア列５は、本実施形態では１枚のギアで構成されており、クランク軸３に設けられ、ピニオンギア６と噛み合い可能な第２ギアとしての第２クランクギア１３を備えている。第２クランクギア１３は歯部１３ａを備え、この歯部１３ａは金属材料で形成されている。
【００１４】
スタータ２の出力軸２ｂ及びドリブンギア７（中間ギア８）の支持軸７ｂは、クランク軸３の回転中心線ＣＬと平行になるようにそれぞれ配置されている。そして、ピニオンギア６を出力軸２ｂ方向へ移動することにより、第１ギア列４を介したエンジンの始動（図１の状態）と第２ギア列５を介したエンジンの始動（図２の状態）とを切り替えることができる。本実施形態に用いるスタータ２としては、ピニオンギアが待機位置から飛び出すように構成されている従来型のスタータを用いることができる。そして、この待機位置を図１の位置に配置すると共にピニオンギアが飛び出した状態で第２ギア列５と噛み合うように配置することにより、始動経路を切り替えることができる。
【００１５】
図１に示したように、ピニオンギア６がドリブンギア７と噛み合う位置にあるときには、モータ２ａの出力軸２ｂの回転が図１の矢印Ｌ１で示したように、ピニオンギア６、ドリブンギア７、中間ギア８、第１クランクギア９の順に伝達されてクランク軸３が駆動され、これによりエンジンが始動する。そしてエンジンの始動後、モータ２ａが停止した場合には、クランク軸３側からの回転伝達は上記一方向クラッチ８により遮断されるので、ピニオンギア６とドリブンギア７、及び中間ギア８と第１クランクギア９が常時噛み合っていてもピニオンギア６とドリブンギア７は回転しない。
【００１６】
他方、図２に示したように、ピニオンギア６が第２クランクギア１３と噛み合う位置に移動したときには、モータ２ａの出力軸２ｂの回転が図２の矢印Ｌ２で示したように、ピニオンギア６、第２クランクギア１３の順に伝達されてクランク軸３が駆動され、これによりエンジンが始動する。上述した図１及び図２に示した各状態のピニオンギア６、ドリブンギア７、中間ギア８、第１クランクギア９、第２クランクギア１３の回転方向は図３に示した通りである。図３はこれらのギア６、７、８、９、１３を図１又は図２の左側から側面視した概略図である。この図に示したように、ピニオンギア６が図１に示した位置にあるときは、ピニオンギア６の回転方向は矢印Ｒ１となる。一方、図２に示した位置にあるときには、これとは反対に回転方向が矢印Ｒ２となる。
【００１７】
このようなピニオンギア６の移動は、図１に示したように本実施形態では主にエンジンの運転状態（例えば燃料噴射量等）を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４により制御される。図４は始動経路切替制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ１４のＲＯＭ等に格納された所定のプログラムに従って、所定間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ１４が本制御ルーチンを実行することによりＥＣＵ１４はピニオンギア６の移動を制御する切替手段として機能する。
【００１８】
まず、ＥＣＵ１４はステップＳ１において、中間ギア８又は一方向クラッチ１０の異常の有無を判断する。中間ギア８が異常を示す場合、例えば歯部８ａが破損した場合には、上述した歯部８ａとベースリング８ｂとの境界にギャップが発生する。そこでこの付近に当該ギャップを検出するセンサ１５（図１参照）を設け、この出力信号を参照することにより、中間ギア８の異常を検出することができる。また、中間ギア８の異常の有無は、第１クランクギア９と中間ギア８との噛み合い音の変化を検出することによっても判断できる。例えば、第１クランクギア９と中間ギア８との噛み合い音を検出する音センサ（不図示）を設け、この音センサより検出される周波数特性と予めＲＯＭ等に格納しておいた正常時の周波数特性とを比較することにより、中間ギア８の異常の有無を検出してもよい。また、一方向クラッチ１０の異常時にはクラッチの滑り、即ちドリブンギア７の空転が発生するから、例えばスタータ２の回転数と出力トルクを監視して一方向クラッチ１０の滑りを検出することにより一方向クラッチ８の異常を検出することができる。
【００１９】
ステップＳ１において、異常が検出された場合には、ＥＣＵ１４は処理をステップＳ４に進める。一方、ステップＳ１において異常が検出されない場合には、ＥＣＵ１４は処理をステップＳ２に進め、エンジンの始動条件を判別する。この始動条件はエンジンの始動に必要なトルクの大小を判別するものであり、例えばエンジンの水温Ｔｗや油温Ｔｏ等に所定の閾値を予め定めておく。これにより、水温Ｔｗ、油温Ｔｏ等を検出するセンサ類１６（図１参照）からの入力値が所定の閾値未満である場合には、エンジンの始動に必要なトルクが増加する暖機前の冷間始動時等であることが判別でき、逆に閾値以上であるときにはそのトルクが比較的小さい暖機後の再始動時等であることが判別できる。また、エンジンの始動に必要なトルクの大小を判別する手法として、スタータ２に供給する電力を管理しこの電力値に基づいてそのトルクの大小を判別することもできる。
【００２０】
続くステップＳ３では、ＥＣＵ１４はステップＳ２の結果に基づいて、第２ギア列５を介したエンジンの始動とすべきか否かを判定する。ステップＳ２にてエンジンの始動に必要なトルクが増加していると判別されている場合には、ＥＣＵ１４は中間ギア８よりも剛性の高い第２クランクギア１３を含む第２ギア列５を介した始動を選択するためステップＳ４に処理を進める。一方、これ以外の場合には、第１ギア列４を介した始動を選択するため、ステップＳ４をスキップして処理をステップＳ５に進める。
【００２１】
ステップＳ４では、ＥＣＵ１４はピニオンギア６と第２クランクギア１３とが噛み合う位置にピニオンギア６を移動させる。続くステップＳ５では、ＥＣＵ１４はスタータ２の駆動を指令し、今回のルーチンを終了する。スタータ２の駆動制御及びエンジン始動後のスタータの停止制御は、ＥＣＵ１４に格納された所定の始動ルーチンを実行することにより行われる。
【００２２】
以上の始動装置１によれば、ピニオンギア６が図１に示した位置にあるときは、樹脂製の歯部６ａを有する中間ギア８を介してスタータ２の回転が伝達されるため、金属製の歯部同士が噛み合う場合と比較していわゆる歯打ち音や噛み合い音等のギアから発生する騒音が低減される。そして、エンジンの始動に必要なトルクが増加する場合、例えば、暖機前の冷間始動時などには、中間ギア８よりも剛性の高い第２クランクギア１３を備えた第２ギア列５を介した始動へと優先的に始動経路が選択されるので、樹脂製の中間ギア８を保護することができる。しかも、本実施形態では、伝達すべきトルクに対する許容範囲の上限が第１ギア列４よりも第２ギア列５の方が大きくなるように設定されている（一方が樹脂製の中間ギア８を含み、他方が金属製の第２クランクギアを含んでいる）。従って、例えばエンジンの始動に必要なトルクが過大となる場合を考慮して樹脂製の中間ギア８の剛性を必要以上に高める必要がないので、中間ギア８の設計の自由度が増し製作コストを削減できる。
【００２３】
また、本実施形態のように始動経路を複数確保しておけば、例えば中間ギア８や一方向クラッチ８が故障してスタータ２の回転がエンジンに十分に伝達できなくなった場合にも、ピニオンギア６と第２クランクギア１３が噛み合うようにピニオンギア６を出力軸２ｂ方向へ移動させて、始動経路を第１ギア列４を介した始動から第２ギア列５を介した始動へ切り替えることにより、例えばアイドリングストップ時に路上で再始動できなくなる事態を防止することができる。
【００２４】
以上本発明の始動装置１について、実施形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、本実施形態においては、冷間始動時や中間ギア８等の異常時にピニオンギア６を出力軸２ｂの軸線方向に沿って突出させて第２ギア列５を介した始動へ切り替えているが、これとは反対に、冷間始動時や中間ギア８等の異常時にピニオンギア６を出力軸２ｂの軸線方向に沿って引込めて第２ギア列５を介した始動へ切り替えてもよい。
【００２５】
また、スタータ２の回転を伝達する手段は上述した第１ギア列４及び第２ギア列５に限定されない。本実施形態では、第１ギア列４としてドリブンギア７、中間ギア８及び第１クランクギア９を採用し、第２ギア列５として第２クランクギア１３を採用しているが、ギアの枚数に限定されず、これらの各ギア間に他のギアを介在させても良い。また、ドリブンギア７と中間ギア８を省略し、ピニオンギア６と第１クランクギア９又は第２クランクギア１３とを選択的に噛み合わせるように、ピニオンギア６を出力軸２ｂ方向へ移動させてもよい。更に、上述した中間ギア８と第１クランクギア９に代えて、ベルト等の他の伝達手段によってスタータ２の回転をエンジンに伝達させてもよい。
【００２６】
また、アイドリング時にエンジンを停止させ所定条件でエンジンを再始動させるいわゆるエコランシステムを搭載した車両に本発明の始動装置１を適用してもよい。この種の車両ではアイドリングストップからの再始動が繰り返されることになるので、再始動時の騒音は可能な限り低減することが要請される。従って、この場合には、アイドリングストップからの再始動に必要なトルクは比較的小さいので中間ギア８を含む第１ギア列４を介した始動を選択し、それ以外のときには第２ギア列５を介した始動に切り替えるとよい。これにより、騒音を抑制しつつ的確なエンジンの始動を確保することができる。この場合の始動経路の切替はアイドリングストップの実行領域及び禁止領域に連係させて行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る一実施形態の概略図。
【図２】ピニオンギアが第２クランクギアと噛み合う位置に移動した状態を示す図。
【図３】各ギアを図１又は図２の左側から側面視し、各ギアの回転方向を示した説明図。
【図４】始動経路切替制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
１  始動装置
２  スタータ
２ａ  モータ
２ｂ  出力軸（回転軸）
４  第１ギア列（第１伝達手段）
５  第２ギア列（第２伝達手段）
６  ピニオンギア
７  ドリブンギア
８  中間ギア（第１ギア）
９  第１クランクギア
１３  第２クランクギア（第２ギア）
１４  ＥＣＵ（切替手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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