(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータと、スタータモータのトルクが伝達される駆動部材と、前記駆動部材と機関のクランクシャフトとの間に設けられるワンウェイクラッチとを有し、前記駆動部材が前記クランクシャフトに対して正回転方向に相対回転しようとするときにのみ前記駆動部材と前記クランクシャフトとの間でトルクが伝達される常時噛合式始動装置を備える内燃機関において、
前記駆動部材を支持する支持手段が設けられ、
前記駆動部材が回転したときに前記支持手段と前記駆動部材との間に生じる前記駆動部材の回転を妨げる力を摩擦トルクとして、
前記支持手段は、前記摩擦トルクが、前記スタータモータの駆動力により正回転する前記駆動部材のトルクよりも小さく且つ機関停止するときに前記クランクシャフトが逆回転するときの前記駆動部材のトルクと同等又はそれ以上の値となるように、前記駆動部材を支持する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記支持手段は、前記摩擦トルクが、機関停止するときに前記クランクシャフトが逆回転するときの前記駆動部材のトルクと同等となる値となるように、前記駆動部材を支持する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関において、
前記支持手段は、前記内燃機関のシリンダブロックと前記駆動部材との間、若しくはオイルパンと前記駆動部材との間に配設されたオイルシール部材である
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記駆動部材は、前記スタータモータに設けられるピニオンギアに噛合するリングギアである
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用などの内燃機関では、スタータモータでトルクを発生させ、このトルクをクランクシャフトへと伝達することにより機関を始動するようにしている。ここで、スタータモータで発生したトルクをクランクシャフトへと伝達する装置として、スタータモータのピニオンギアとクランクシャフトに固定されたリングギアとが常時噛合わされている常時噛合式始動装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図２に示すように、この内燃機関は、大きくはクランクシャフト１、及び常時噛合式始動装置１０を備えて構成されている。常時噛合式始動装置１０は、スプラグ式のワンウェイクラッチ１３、リングギア１９、及びスタータモータ１８を備えて構成されている。クランクシャフト１は内燃機関のピストンと連結し、同ピストンの往復運動を回転運動に変換する。クランクシャフト１の端部においてフライホイール２及び常時噛合式始動装置１０のアウターレース支持プレート１１がボルト３により締結固定され、フライホイール２及びアウターレース支持プレート１１はクランクシャフト１と一体回転する。アウターレース支持プレート１１の外周縁部には、円筒状のアウターレース１２が取り付けられている。このアウターレース１２の内周にはスプラグ式のワンウェイクラッチ１３が設けられている。さらに、このワンウェイクラッチ１３の内周にはアウターレース１２に対向するようにインナーレース１４が設けられている。インナーレース１４は、リングギア１９の内周縁部に取り付けられており、リングギア１９の外周縁部には、リング状のギア部１９ａが設けられている。このギア部１９ａには、スタータモータ１８の出力軸１８ｂに設けられるピニオンギア１８ａが噛合わされている。インナーレース１４とクランクシャフト１との間にはベアリング４が設けられ、インナーレース１４はクランクシャフト１に対して相対回転可能である。
【０００４】
次に、スプラグ式のワンウェイクラッチ１３の構造及び動作態様について図３を参照して説明する。
図３に示すように、複数のスプラグ１３ａを有するワンウェイクラッチ１３は、アウターレース１２とインナーレース１４との間に設けられている。ここで、ワンウェイクラッチ１３は、インナーレース１４がアウターレース１２に対して特定の一方向（以下、正回転方向とする）に相対回転しようとするときに、インナーレース１４とアウターレース１２とを係合させて一体回転させる。
【０００５】
例えば、図３に示すように、アウターレース１２が停止しているときにインナーレース１４が図の矢印の回転方向に回転しようとするときには、スプラグ１３ａが起き上がる（スプラグ１３ａがその中心周りに左回転する）。なお、図の矢印の回転方向は上記正回転方向である。そうすると、スプラグ１３ａとアウターレース１２との間、及びスプラグ１３ａとインナーレース１４との間に摩擦が生じ、アウターレース１２及びインナーレース１４がスプラグ１３ａにより固定されて係合状態となる。このように、インナーレース１４がアウターレース１２に対して正回転方向に相対回転しようとすると、スプラグ１３ａがインナーレース１４及びアウターレース１２を係合させて一体回転させる。
【０００６】
また、アウターレース１２の回転速度がインナーレース１４の回転速度以上のときには、スプラグ１３ａが倒れる（スプラグ１３ａがその中心周りに右回転する）。そうすると、スプラグ１３ａはアウターレース１２及びインナーレース１４と摺動するようになり、アウターレース１２及びインナーレース１４の係合状態が解放される。このように、インナーレース１４がアウターレース１２に対して図の矢印の回転方向と逆の方向（以下、逆回転方向とする）に相対回転しようとするときには、インナーレース１４とアウターレース１２との係合状態が解放される。
【０００７】
次に、このようなワンウェイクラッチ１３を有する常時噛合式始動装置１０を備える内燃機関の動作態様について説明する。
機関始動時においてスタータモータ１８により出力軸１８ｂが回転させられると、出力軸１８ｂのトルクがピニオンギア１８ａを介してリングギア１９へと伝達され、リングギア１９及びインナーレース１４が正回転方向に回転させられる。このとき、クランクシャフト１及びアウターレース１２は停止しているため、インナーレース１４がアウターレース１２に対して正回転方向に相対回転しようとしている状態となり、ワンウェイクラッチ１３が係合状態となる。これにより、リングギア１９へと伝達されたトルクはワンウェイクラッチ１３を介してクランクシャフト１へと伝達されてクランクシャフト１が回転させられる。
【０００８】
その後、内燃機関が完爆してリングギア１９から伝達されるトルクによることなく同機関が自立回転するようになると、クランクシャフト１の回転速度がリングギア１９の回転速度以上となる。すなわち、リングギア１９がクランクシャフト１に対して逆回転方向に相対回転するようになり、ワンウェイクラッチ１３における係合状態が解放される。なお、機関が自立回転するようになった後においては、クランクシャフト１からリングギア１９へはトルクが伝達されないため、スタータモータ１８の回転が停止するとともにリングギア１９の回転も停止する。
【特許文献１】特開２０００−２７４３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、一般的な内燃機関においては、機関停止時にクランクシャフト１を所定の基準回転位置に停止させるようにしている。そして、次回始動時に同基準回転位置に基づいてクランクシャフト１の回転位置を算出するとともに、同回転位置に基づいて機関の各種制御を実行するようにしている。しかし、機関の停止に際してピストンの圧縮反力がクランクシャフト１に働き、クランクシャフト１が通常の駆動時における回転方向と逆の方向に回転することがある。このように機関の停止に際してクランクシャフト１に逆回転方向の回転が生じると、クランクシャフト１を基準回転位置に停止させることができないおそれがある。その結果、次回始動時にクランクシャフト１の正確な回転位置を算出することができず、機関の早期始動に支障をきたすおそれがある。
【００１０】
ここで、図４に示すように、停止しているインナーレース１４に対してアウターレース１２が図の矢印の方向（逆回転方向）に回転しようとしている状態は、換言すればインナーレース１４がアウターレース１２に対して正回転方向に相対回転しようとしている状態である。このため、このようなときであっても、ワンウェイクラッチ１３のスプラグ１３ａによってアウターレース１２及びインナーレース１４が係合状態となる。
【００１１】
すなわち、特許文献１に記載の始動装置においては、機関停止時にクランクシャフト１に逆回転が生じると、停止しているインナーレース１４に対してクランクシャフト１と一体回転するアウターレース１２が逆回転方向に回転する状態となる。このため、アウターレース１２及びインナーレース１４が係合状態となり、クランクシャフト１のトルクがリングギア１９に伝達されることとなる。そして、リングギア１９に伝達されたトルクは、ピニオンギア１８ａを介してスタータモータ１８に伝達されるため、スタータモータ１８を回転させようとするときの抵抗がクランクシャフト１に作用することとなる。しかし、この抵抗によってはクランクシャフト１の逆回転方向の回転を防止することはできない。また、クランクシャフト１の逆回転方向の回転を抑制するような装置を設けることも考えられるが、このような装置は概ねクランクシャフト１の正回転時のフリクションも増大させることとなり、燃費の悪化を招くおそれがある。
【００１２】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランクシャフトのフリクションを増大させることなく機関停止時におけるクランクシャフトの逆回転を抑制することのできる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、スタータモータと、スタータモータのトルクが伝達される駆動部材と、前記駆動部材と機関のクランクシャフトとの間に設けられるワンウェイクラッチとを有し、前記駆動部材が前記クランクシャフトに対して正回転方向に相対回転しようとするときにのみ前記駆動部材と前記クランクシャフトとの間でトルクが伝達される常時噛合式始動装置を備える内燃機関において、前記駆動部材を支持する支持手段が設けられ、前記駆動部材が回転したときに前記支持手段と前記駆動部材との間に生じる前記駆動部材の回転を妨げる力を摩擦トルクとして、前記支持手段は、前記摩擦トルクが、前記スタータモータの駆動力により正回転する前記駆動部材のトルクよりも小さく且つ機関停止するときに前記クランクシャフトが逆回転するときの前記駆動部材のトルクと同等又はそれ以上の値となるように、前記駆動部材を支持することを要旨としている。
【００１４】
同構成によれば、支持手段は、スタータモータのトルクによる駆動部材の正回転を許容することのできる力で駆動部材を支持しているため、スタータモータによる機関始動に支障が生じることはない。また、支持手段は、機関の停止時におけるクランクシャフトのトルクによる駆動部材の逆回転を規制することのできる力で駆動部材を支持しているため、クランクシャフトの逆回転方向のトルクが駆動部材に伝達されるときにクランクシャフトの逆回転を規制することができる。さらに、内燃機関が自立回転しているとき、すなわち駆動部材がクランクシャフトに対して逆回転方向に相対回転しようとするときにはワンウェイクラッチの係合状態が解放されるため、支持手段によってクランクシャフトの正回転が妨げられることはない。その結果、クランクシャフトのフリクションを増大させることなく機関停止時におけるクランクシャフトの逆回転を抑制することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記支持手段は、前記摩擦トルクが、機関停止するときに前記クランクシャフトが逆回転するときの前記駆動部材のトルクと同等となる値となるように、前記駆動部材を支持することを要旨としている。
【００１６】
同構成によれば、支持手段は、クランクシャフトのトルクによる駆動部材の逆回転を規制することのできる最小の力で駆動部材を支持している。その結果、スタータモータのトルクをクランクシャフトへ伝達する際のフリクションロスを最小にすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関において、前記支持手段は、前記内燃機関のシリンダブロックと前記駆動部材との間、若しくはオイルパンと前記駆動部材との間に配設されたオイルシール部材であることを要旨としている。
【００１８】
一般に、常時噛合式始動装置を備える内燃機関においては、シリンダブロックとリングギアとの間、若しくはオイルパンとリングギアとの間にオイルシール部材を設け、部材間のオイル漏れを抑制するようにしている。
【００１９】
この点、同構成によれば、内燃機関のシリンダブロックと駆動部材との間、若しくはオイルパンと駆動部材との間に配設されたオイルシール部材を利用しているため、駆動部材の逆回転を規制する手段を新たに設ける必要がない。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記駆動部材は、前記スタータモータに設けられるピニオンギアに噛合するリングギアであることを要旨としている。
【００２１】
同構成によれば、機関の停止時にクランクシャフトが逆回転したときに生じるトルクは、ワンウェイクラッチを介してリングギアへと伝達される。このとき、スタータモータの出力軸の回転が停止していると、ピニオンギアとリングギアとの噛合い部分に衝撃荷重が作用するおそれがある。しかし、支持手段によってリングギアが逆回転方向に回転することが規制されるため、リングギアからピニオンギアへとトルクが伝達されることを抑制することができる。その結果、リングギアとピニオンギアとの噛合い部分に作用する衝撃荷重を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明にかかる常時噛合式始動装置を備えた内燃機関を具体化した一実施形態について、図１を参照して説明する。なお、本発明にかかる内燃機関の基本構成は、図２に示した従来の内燃機関と同様であるため、同一の部材には同一の符号を付すことによりその説明を省略する。以下、両者の相違点を中心に説明する。
【００２３】
図１に示すように、インナーレース１４にはリングギア１５が取り付けられている。リングギア１５には、その径方向の中央部近傍に円筒状の段差部１５ａが形成されている。また、段差部１５ａの外周面とクランクシャフト１の下方に設けられたオイルパン６との間には第１のオイルシール部材１６が設けられている。この第１のオイルシール部材１６のオイルパン６に当接する面は、同オイルパン６に固定されている。また、第１のオイルシール部材１６の段差部１５ａに当接する部分にはゴム及びスプリングで構成されるシールリップ１６ａが設けられている。シールリップ１６ａは、クランクシャフト１の方向に緊迫力を生じるように設定され、第１のオイルシール部材１６は段差部１５ａの外周面に押し付けられている。このような構成を有する第１のオイルシール部材１６は、リングギア１５の段差部１５ａに摺動可能に接触し、オイルパン６に貯留されるオイルの漏れを抑制している。また、段差部１５ａの内周面とアウターレース１２との間には、第２のオイルシール部材１７が設けられている。第２のオイルシール部材１７のアウターレース１２に当接する部分にはシールリップ１７ａが設けられている。第２のオイルシール部材１７は、アウターレース１２に摺動可能に接触し、ワンウェイクラッチ１３を潤滑するオイルの漏れを抑制している。リングギア１５のギア部１５ｂには、スタータモータ１８の出力軸１８ｂの端部に設けられるピニオンギア１８ａが噛合わされている。
【００２４】
ここで、上述のように、第１のオイルシール部材１６は、一方の面がオイルパン６に固定されるとともに他方の面が段差部１５ａの外周面に押し付けられている。このため、リングギア１５が回転すると、第１のオイルシール部材１６とリングギア１５との間に摩擦が生じる。この摩擦により生じる摩擦力により、リングギア１５には、同リングギア１５の回転を妨げるような、すなわちリングギア１５に伝達されたトルクを減衰させるようなトルク（以下、摩擦トルクＴｏとする）が働く。本実施形態にかかる内燃機関においては、この摩擦トルクＴｏが後述する値となるように第１のオイルシール部材１６の緊迫力を設定している。
【００２５】
まず、摩擦トルクＴｏの値を設定するために、スタータモータ１８からリングギア１５に伝達されるトルクＴｓ、及び機関停止時にクランクシャフト１からリングギア１５に伝達される逆回転方向のトルクＴｃを定義する。
【００２６】
トルクＴｓは、機関の始動に際してスタータモータ１８からピニオンギア１８ａを介してリングギア１５に伝達される正回転方向のトルクである。また、トルクＴｃは、機関の停止に際してクランクシャフト１からワンウェイクラッチ１３を介してリングギア１５に伝達される逆回転方向のトルクである。このトルクＴｃは、換言すると、ピストンに働く圧縮反力によりクランクシャフト１を逆回転方向に回転させようとする逆回転トルクから、この逆回転トルクを伝達する際の機関のフリクショントルク（トルクＴｏを除く）を減じたトルクである。なお、一般的な内燃機関においては、トルクＴｓとトルクＴｃとを比較するとトルクＴｓの方が大きな値となり、トルクＴｃがトルクＴｓを超える値となることはない。
【００２７】
このように定義されたトルクＴｃ，Ｔｓを用いると、本実施形態の内燃機関においては、摩擦トルクＴｏが以下の関係を満たすように設定されている。
Ｔｃ≦Ｔｏ＜Ｔｓ
そして、上記関係式を満たすように第１のオイルシール部材１６におけるシールリップ１６ａの緊迫力が設定することにより、オイルシール部材１６を、リングギア１５の逆回転を規制する支持手段としても用いるようにしている。
【００２８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に列記する作用効果が得られる。
（１）第１のオイルシール部材１６は、スタータモータ１８のトルクによるリングギア１５の正回転を許容することのできる力でリングギア１５を支持しているため、スタータモータ１８による機関始動に支障が生じることはない。また、第１のオイルシール部材１６は、機関の停止時におけるクランクシャフト１のトルクによるリングギア１５の逆回転を規制することのできる力でリングギア１５を支持しているため、クランクシャフト１の逆回転方向のトルクがリングギア１５に伝達されるときにクランクシャフト１の逆回転を規制することができる。さらに、内燃機関が自立回転しているとき、すなわちリングギア１５がクランクシャフト１に対して逆回転方向に相対回転しようとするときにはワンウェイクラッチ１３の係合状態が解放されるため、第１のオイルシール部材１６によってクランクシャフト１の正回転が妨げられることはない。その結果、クランクシャフト１のフリクションを増大させることなく機関停止時におけるクランクシャフト１の逆回転を抑制することができる。
【００２９】
（２）機関の停止時にクランクシャフト１が逆回転したときに生じるトルクは、ワンウェイクラッチ１３を介してリングギア１５へと伝達される。このとき、スタータモータ１８の出力軸１８ｂの回転が停止していると、ピニオンギア１８ａとリングギア１５との噛合い部分に衝撃荷重が作用するおそれがある。しかし、第１のオイルシール部材１６によってリングギア１５が逆回転方向に回転することが規制されるため、リングギア１５からピニオンギア１８ａへとトルクが伝達されることを抑制することができる。その結果、リングギア１５とピニオンギア１８ａとの噛合い部分に作用する衝撃荷重を緩和することができる。
【００３０】
（３）支持手段は内燃機関のオイルパン６に固定された第１のオイルシール部材１６を利用しているため、リングギア１５の逆回転を規制する手段を新たに設ける必要がない。
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
【００３１】
・上記実施形態においては、第１のオイルシール部材１６の緊迫力を、摩擦トルクＴｏが上記関係式を満たすように設定したが、摩擦トルクＴｏがトルクＴｃ（Ｔｏ＝Ｔｃ）となるように設定してもよい。このとき、第１のオイルシール部材１６は、クランクシャフト１のトルクによるリングギア１５の逆回転を規制することのできる最小の力でリングギア１５を支持している。その結果、スタータモータ１８のトルクをクランクシャフト１へ伝達する際のフリクションロスを最小にすることができる。
【００３２】
・上記実施形態においては、支持手段である第１のオイルシール部材１６はリングギア１５を支持するようにしていたが、他の部材、例えば、スタータモータ１８の出力軸１８ｂを支持するようにしてもよい。
【００３３】
・上記実施形態においては、第１のオイルシール部材１６はオイルパン６に固定されていたが、内燃機関のシリンダブロックに固定されていてもよい。さらに、オイルシール部材１６は内燃機関において回転しない他の部材に固定されていてもよい。
【００３４】
・上記実施形態においては、第１のオイルシール部材１６のシールリップ１６ａを用いてリングギア１５を支持するようにしていたが、同オイルシール部材１６以外の部材を用いてリングギア１５を支持するようにしてもよい。
【００３５】
・上記実施形態では、始動装置として、クランクシャフト１とリングギア１５との間にワンウェイクラッチ１３を有する始動装置を採用していたが、リングギア１５とスタータモータ１８との間にワンウェイクラッチ１３を有する始動装置を採用してもよい。
【００３６】
・上記実施形態においては、ワンウェイクラッチとしてスプラグ式のワンウェイクラッチ１３を採用していたが、他のワンウェイクラッチ、例えばローラー式のワンウェイクラッチを採用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかる内燃機関の一実施形態についてその構成を示す部分断面図。
【図２】従来の内燃機関の構成を示す部分断面図。
【図３】図２のワンウェイクラッチの基本構造を示す部分断面図。
【図４】図２のワンウェイクラッチの基本構造を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…クランクシャフト、２…フライホイール、３…ボルト、４…ベアリング、６…オイルパン、１０…常時噛合式始動装置、１１…アウターレース支持プレート、１２…アウターレース、１３…ワンウェイクラッチ、１３ａ…スプラグ、１４…インナーレース、１５…リングギア、１５ａ…段差部、１５ｂ…ギア部、１６，１７…オイルシール部材、１８…スタータモータ、１８ａ…ピニオンギア、１８ｂ…出力軸、１９…リングギア、１９ａ…ギア部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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