(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータと、該スタータモータにより回転駆動されるピニオンとを有し、該ピニオンがエンジンの回転軸に連結された歯車に噛み合わされた状態で該スタータモータが蓄電装置より電流を供給されることによりエンジンを回転駆動してこれを始動させるようになっているエンジン始動装置にして、前記歯車に対する前記ピニオンの位置を前記歯車より十分隔たった第一の位置と、前記歯車に近接しているが未だこれと噛み合わない第二の位置と、前記歯車と噛み合った第三の位置の各々に安定的に設定するピニオン位置設定手段を有し、前記ピニオン位置設定手段は、前記ピニオンと一体に連結されたアーマチュアと、前記ピニオンとアーマチュアの連結体を前記ピニオンが前記第三の位置より前記第一の位置へ向かうよう付勢する弾性付勢手段と、前記アーマチュアを前記ピニオンが前記第一の位置より前記第三の位置へ向かうよう電磁的に駆動するソレノイドと、前記ソレノイドに制御された電流を供給する手段とを有し、前記ピニオンは前記ソレノイドに供給される電流の制御に応じて前記弾性付勢手段の弾性付勢力と前記ソレノイドが発生する電磁的駆動力の釣合により前記第二の位置と前記第三の位置のそれぞれに安定的に設定されることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記ピニオンを前記第二の位置に設定する前記ソレノイドへの電流の供給はデューティ比を制御された電流パルスによることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
スタータモータと、該スタータモータにより回転駆動されるピニオンとを有し、該ピニオンがエンジンの回転軸に連結された歯車に噛み合わされた状態で該スタータモータが蓄電装置より電流を供給されることによりエンジンを回転駆動してこれを始動させるようになっているエンジン始動装置にして、前記歯車に対する前記ピニオンの位置を前記歯車より十分隔たった第一の位置と、前記歯車に近接しているが未だこれと噛み合わない第二の位置と、前記歯車と噛み合った第三の位置の各々に安定的に設定するピニオン位置設定手段を有し、前記ピニオン位置設定手段は前記スタータモータが通電されるとき通電される第一のソレノイドとエンジン始動後の回転中に通電される第二のソレノイドとを有し、前記ピニオンは前記第一と第二のソレノイドが発生する電磁力によりそれぞれ前記第三と第一の位置に設定されるようになっており、更に前記ピニオン位置設定手段は前記第一および第二のソレノイドの何れも電磁力を発生していないとき前記ピニオンを前記第二の位置に設定する中間位置設定手段を有することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項４】
前記ピニオン位置設定手段は前記第二のソレノイドに通電するとき前記第一のソレノイドに前記スタータモータ通電時の通電とは方向が反対の通電を行う手段を含むことを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記中間位置設定手段は永久磁石による磁気的吸引力を利用する手段であることを特徴とする請求項３または４に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
前記中間位置設定手段はばねによる弾性力を利用する手段であることを特徴とする請求項３または４に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に於ける内燃機関の如く回転駆動されることにより始動するエンジンのエンジン始動装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
上記の如きエンジン始動装置は周知であり、また自動車等のエンジンのために広く使用されている。かかるエンジン始動装置は、一般に、スタータモータと、該スタータモータにより回転駆動されるピニオンとを有し、該ピニオンがエンジンの回転軸に連結された歯車に噛み合わされた状態で、該スタータモータにバッテリより電流が供給されることにより、エンジンを回転駆動してこれを始動させるようになっている。
【０００３】
かかるエンジン始動装置のピニオンは、エンジン始動のためにエンジンの回転軸を駆動するときのみエンジン回転軸に連結された歯車に噛み合わされ、エンジンが始動したときには速やかに該歯車との噛み合いより解離されなければならないが、更に、この種のエンジン回転軸は温度変化による熱膨脹に対処すべく軸線方向に幾分かの遊びをもって軸受けされており、また特に自動車等のエンジンは一般にピストン式のエンジンであり、その運転中にはエンジン全体が激しく振動するだけでなく、その回転軸であるクランクシャフトには繰り返し反転する曲げ応力が作用するので、通常かかるクランク軸の一端に設けられた比較的大径のフライホイールの周縁に沿って設けられエンジン始動装置のピニオンと噛み合うエンジン回転軸側歯車の歯の部分は、エンジンの回転に伴ってかなりの振幅にわたって振動するので、エンジン始動装置のピニオンは、エンジン始動後には、エンジン回転軸側歯車との噛み合いより単に解離されるだけでなく、該歯車の軸線方向の遊び移動や振動に干渉することの無いよう、これより十分に離して退避されるようになっていなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来一般の自動車に於いては、エンジン始動装置によりエンジンが始動されるのは、通常自動車の運転が開始される当初の始動時だけであり、運転者がキースイッチを回してスタータを作動させようとするとき、エンジン始動装置のピニオンがエンジン回転軸側歯車に噛み合うことの迅速性については、特に何も問題は無かった。しかし、近年燃料資源の節約と環境保全に対処して次第に普及しつつある燃料資源節約／環境保全型自動車に於いては、信号待ちや渋滞による車輌の一時停止時にエンジンを一時停止させることが行われ、また車輌の運転状況に応じて随時エンジンに代えてモータにより車輌を駆動するハイブリッド型車輌に於いてもエンジンは車輌の運転中随時停止されるようになており、これらの車輌が再発進し或はモータ駆動よりエンジン駆動に移行するときには、エンジンは可及的速やかに再始動されなければならない。このときエンジン始動装置のピニオンが、従来の始動装置に於ける如くエンジン回転軸側歯車より大きく隔たって退避された状態にあると、それだけエンジン再始動に於ける迅速性が損われる。
【０００５】
本発明は、新たな燃料資源節約／環境保全型或はハイブリッド型自動車のエンジンの如くエンジン始動の迅速性が重要である場合に、従来のエンジン始動装置をそのまま適用することに於ける上記の問題に着目し、この点について改良されたエンジン始動装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は、スタータモータと、該スタータモータにより回転駆動されるピニオンとを有し、該ピニオンがエンジンの回転軸に連結された歯車に噛み合わされた状態で該スタータモータが蓄電装置より電流を供給されることによりエンジンを回転駆動してこれを始動させるようになっているエンジン始動装置にして、前記歯車に対する前記ピニオンの位置を前記歯車より十分隔たった第一の位置と、前記歯車に近接しているが未だこれと噛み合わない第二の位置と、前記歯車と噛み合った第三の位置の各々に安定的に設定するピニオン位置設定手段を有していることを特徴とするエンジン始動装置を提案するものである。
【０００７】
上記の如きエンジン始動装置に於いて、前記ピニオン位置設定手段は、前記ピニオンと一体に連結されたアーマチュアと、前記ピニオンとアーマチュアの連結体を前記ピニオンが前記第三の位置より前記第一の位置へ向かうよう付勢する弾性付勢手段と、前記アーマチュアを前記ピニオンが前記第一の位置より前記第三の位置へ向かうよう電磁的に駆動するソレノイドと、前記ソレノイドに制御された電流を供給する手段とを有し、前記ピニオンは前記ソレノイドに供給される電流の制御に応じて前記弾性付勢手段の弾性付勢力と前記ソレノイドが発生する電磁的駆動力の釣合により前記第二の位置と前記第三の位置のそれぞれに安定的に設定されるようになっていてよい。
【０００８】
この場合、前記ピニオンを前記第二の位置に設定する前記ソレノイドへの電流の供給はデューティ比を制御された電流パルスにより行なわれてよい。
【０００９】
或はまた、前記ピニオン位置設定手段は、前記スタータモータが通電されるとき通電される第一のソレノイドとエンジン始動後の回転中に通電される第二のソレノイドとを有し、前記ピニオンは前記第一と第二のソレノイドが発生する電磁力によりそれぞれ前記第三と第一の位置に設定されるようになっており、更に前記ピニオン位置設定手段は前記第一および第二のソレノイドの何れも電磁力を発生していないとき前記ピニオンを前記第二の位置に設定する中間位置設定手段を有していてよい。
【００１０】
更に、この場合、前記ピニオン位置設定手段は前記第二のソレノイドに通電するとき前記第一のソレノイドに前記スタータモータ通電時の通電とは方向が反対の通電を行う手段を含んでいてよい。
【００１１】
更に、前記中間位置設定手段は永久磁石による磁気的吸引力を利用する手段、またはばねによる弾性力を利用する手段であってよい。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
上記の如くエンジン始動装置のピニオンが、エンジン回転軸に連結された歯車に対し、従来の通り隔離位置と噛み合い位置とをとるだけでなく、それらの中間にあってピニオンが歯車に近接しているが未だこれと噛み合わない位置をも安定的にとることができるよう構成されることにより、エンジンの運転中に生ずるエンジン全体の振動やエンジン回転軸（クランクシャフト）の軸線方向遊び移動や湾曲振動に基づく歯車の不規則変位に対し、常時はピニオンを十分に退避させ、その上で、車輌運転中のエンジンの自動停止後の自動始動時にはピニオンをより迅速に歯車に噛み合わさせ、エンジン始動をより速やかに行なわせることができる。
【００１３】
この場合、前記ピニオン位置設定手段が、ピニオンと一体に連結されたアーマチュアと、ピニオンとアーマチュアの連結体をピニオンが前記第三の位置より前記第一の位置へ向かうよう付勢する弾性付勢手段と、アーマチュアをピニオンが前記第一の位置より前記第三の位置へ向かうよう電磁的に駆動するソレノイドと、ソレノイドに制御された電流を供給する手段とを有し、ピニオンはソレノイドに供給される電流の制御に応じて弾性付勢手段の弾性付勢力とソレノイドが発生する電磁的駆動力の釣合により前記第二の位置と前記第三の位置のそれぞれに安定的に設定されるようになっていれば、ピニオンを退避位置である前記第一の位置より噛合い作動位置である前記第三の位置へ駆動するソレノイド／アーマチュアとその電流制御手段をそのまま用い、単に電流制御手段の制御態様をソフト的に追加するだけでピニオンの前記第二の位置を達成することができる。
【００１４】
特にピニオンを前記第二の位置に設定するソレノイドへの電流の供給がデューティ比を制御された電流パルスにより行われれば、ピニオン位置を任意のセンサにて確認しつつ電流パルスのデューティ比を調整することによりピニオンの前記第二の位置への設定は容易に且つ確実に行われる。
【００１５】
或はまた、前記ピニオン位置設定手段が、スタータモータが通電されるとき通電される第一のソレノイドとエンジン始動後の回転中に通電される第二のソレノイドとを有し、ピニオンは前記第一と第二のソレノイドが発生する電磁力によりそれぞれ前記第三と第一の位置に設定されるようになっており、更に前記ピニオン位置設定手段が、前記第一および第二のソレノイドの何れも電磁力を発生していないときピニオンを前記第二の位置に設定する中間位置設定手段を有するようになっていれば、ピニオンは、前記第一および第二のソレノイドの何れも通電がなされていない装置の休止的状態にて、何らのエネルギを要することなく、常に歯車に近接してエンジン始動への噛合いに待機した状態とされる。
【００１６】
また前記ピニオン位置設定手段が前記第二のソレノイドに通電するとき前記第一のソレノイドに前記スタータモータ通電時の通電とは方向が反対の通電を行う手段を含んでいれば、エンジン始動後に前記第二のソレノイドへの通電による磁気的吸引力によってピニオンを前記第三の位置より前記第一の位置へ移動させるとき、同時に前記第一のソレノイドの逆通電による磁気的反発力によってピニオンを前記第三の位置より前記第一の位置へ向けて弾き、噛合い位置より退避位置へのピニオンの移動をより迅速に行うことができる。
【００１７】
上記の如くピニオンを戻り位置に設定する手段は、エンジンの非作動時に作動する手段であり、従ってこれに永久磁石或いはばねの如き自立的作動力を発揮する手段を用いることにより、これにエンジン作動に基づくエネルギを供給することを要せずにそれを安定して作動させることが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、本発明を実施例について詳細に説明する。
【００１９】
図１〜３は本発明によるエンジン始動装置の第一の実施例を、それが安定的にとり得る三つの作動状態にて、半ば解図的に示す図である。これらの図に於いて、１０はスタータモータであり、１２はスタータモータにより回転駆動されるピニオンであり、１４は図には示されていないエンジンの回転軸に連結されたフライホイールの周縁部に形成された歯車である。ピニオン１２はスタータモータ１０より、その回転軸１６の先端部に設けられたピニオン１８、これと噛み合う歯車２０、これと噛み合う歯車２２、その中心部に設けられたワンウェイクラッチ２４、該ワンウェイクラッチの内側部に係合したピニオン軸２６を経てエンジン始動方向に回転駆動されるようになっている。ピニオン軸２６は一対の軸受２８、３０により回転式に支持されてワンウェイクラッチ２４及び歯車２２を回転式に支持すると同時に、ワンウェイクラッチ２４の内側部材とトルク伝達関係を保ちつつ軸受２８及び３０により軸線方向にも案内され、図にて左右に移動できるようになっている。ピニオン軸２６の他端にはアーマチュア３２が設けられている。アーマチュア３２は、図には示されていないハウジング構造体により左端を固定支持された引張りコイルはね３４により図にて左方へ弾性的に付勢されている。
【００２０】
３６はソレノイドであり、コンピュータを組み込んだ制御装置３８より発せられる制御信号によりオンオフ制御されるトランジスタ４０を経て図には示されていない蓄電装置Ａより励磁電流を選択的に供給されるようになっている。図１に示す状態に於いては、ソレノイド３６には通電はなされておらず、ピニオン１２は引張りコイルばね３４の作用によりアーマチュア３２と共にその左端が前記ハウジング構造体より支持されたストッパ４２に当接するまで図にて左方へ引っ張られおり、歯車１４より十分隔たった位置にある。
【００２１】
スタータモータ１０は、ピニオン／アーマチュアが図３に示されている位置に来たときアーマチュアのフランジ部４４により互いに導通される接点４６、４８を経て、蓄電装置Ａより駆動電流を選択的に供給されるようになっている。
【００２２】
以上の如きエンジン始動装置の構成に於いて、エンジンが始動されるに当たって図には示されていないキースイッチがスタータ作動位置まで回されると、制御装置３８はトランジスタ４０をオンにしてソレノイド３６へ通電し、アーマチュア３２を図１の位置から図３の位置まで駆動してピニオン１２を歯車１４に噛み合わせ、ピニオン１２が歯車１４に完全に噛み合って接点４６と４８とがアーマチュアのフランジ部４４により導通されたところでスタータモータ１０に通電を開始してこれを駆動する。エンジンが始動し、キースイッチがスタータ作動位置から外されると、ソレノイド３６およびスタータモータ１０への通電は共に解除され、ピニオン／アーマチュアは図１に示されている位置に戻る。
【００２３】
車輌の運転中、信号待ちや渋滞等により車輌運転制御装置がエンジンを一時停止すべきことを判断し、車輌運転制御装置による自動制御の下にエンジンが停止されると、エンジンの自動再始動に備えて、制御装置３８はトランジスタ４０を可変デューティ比によるパルス電流にてオンオフ制御し、ソレノイド３６に通電される電流の大きさをデューティ制御することにより、図２に示されている如くピニオン１２が歯車１４に近接しているが噛み合ってはいない位置に設定する。かかる中間のピニオン設定位置は、ソレノイド３６の電流に対する上記のデューティ制御がアーマチュアのフランジ部４４の位置を検出する任意のセンサ５０の出力に基づいてフィードバック制御されることによりなされてよい。尚、かかる中間のピニオン位置への設定は、ソレノイド３６の電流のデューティ制御による設定が、図には示されていない任意のノッチ式嵌合や磁気的吸引力による可撓的位置決め手段をピニオン軸２６またはアーマチュア３２の適当な箇所に作用させることにより補助されるようにされてもよい。
【００２４】
そしてかかる近接待機状態にあるとき、車輌運転制御装置からエンジン再始動の指令が出ると、制御装置３８は直ちにトランジスタ４０に指令してソレノイド３６の電流に対するデューティ制御のデューティ比を１００％に上げ、瞬時にピニオン１２を歯車１４に噛み合わせ、スタータモータを駆動してエンジンを再始動させることができる。
【００２５】
図４〜６は、本発明によるエンジン始動装置の第二の実施例を、それが安定的にとり得る三つの作動状態にて半ば解図的に示す、図１〜３図と同様の図である。図４〜６に於いて、図１〜３図に示す部分に対応する部分は図１〜３図に於ける符号と同じ符号にて示されている。
【００２６】
この第二の実施例に於いては、アーマチュア３２は図示の如きＮ極とＳ極を呈するように永久磁化されている。そして図１〜３に実施例に於けるソレノイド３６に代わって図示の如き極性を呈する環状の永久磁石５２と、その軸線方向両側に隣接して配置された二つのソレノイド５４と５６とが設けられている。ソレノイド５４および５６は、制御装置３８より発せられる制御信号によってオンとオフの間に切り換えられるトランジスタ５８〜６６を経て蓄電装置Ａからの電流を選択的に通電されるようになっている。またスタータモータ１０は同じく制御装置３８より発せられる制御信号によりオンオフ制御されるソレノイドスイッチ６８を経て蓄電装置Ａからの電流を選択的に通電されるようになっている。
【００２７】
図４は、キースイッチがオンとされてエンジンが作動している状態、またはエンジンの始動に当たってキースイッチがオンとされたが、それがまだスタータ作動位置までは回されていないときの状態を示す。このときトランジスタ６６は制御装置３８からの制御によりオンとされ、ソレノイド５６は図示の如き磁極を呈するように通電される。かかるソレノイド５６の励磁により、アーマチュア３２はその電磁力によって図示の如き左方への位置へ移動されてこの位置に安定的に保持される。こうしてエンジン始動時のクランキング前および始動後のエンジン運転中には、ピニオン１２を歯車１４との噛合いから離脱させ、これより十分隔たった位置に遠ざける作用が行なわれる。
【００２８】
図５に示されている状態は、ピニオン１２が歯車１４に近接しているが未だこれと噛み合っていない状態である。このときソレノイド５４及び５６は何れも通電されていない。勿論スタータモータ１０も通電されていない。この状態はキースイッチが開かれており、車輌が運転されていないときと、車輌運転中に車輌運転制御装置の判断によりエンジンが一時停止されたときに生ずる。アーマチュア３２は永久磁石５２の磁気的吸引力により図示の如き中間位置に安定的に保持されている。
【００２９】
そして車輌運転中に車輌運転制御装置の判断によりエンジンが一時停止された後、車輌運転制御装置による自動制御の下にエンジンが再始動されるべきときには、図６の状態からトランジスタ５８と６４とがオンとされ、６０と６２とがオフとされることにより、ソレノイド５４が図示の如き磁極を呈するように通電され、その電磁力によってアーマチュア３２が図６に示す如き位置へ引き付けられ、これに伴ってピニオン１２が歯車１４に噛み合わされる。またこうしてピニオン１２が歯車１４と噛み合わされるのと同時に、リレースイッチ６８は制御装置３８からの制御信号により閉じられ、蓄電装置Ａからの電流がスタータモータ１０に通電され、歯車１２は歯車１４を経てエンジン回転軸を始動方向に回転駆動する。
【００３０】
尚、この実施例では、エンジン始動後、ピニオン１２を図６に示す噛合い位置より図４に示す隔離位置へ移行させるとき、ソレノイド５４は、一時的にトランジスタ６２と６０とがオンとされ、５８と６４とがオフとされることにより、図６に示す磁極とは反対の磁極を呈するように通電され、これによってアーマチュア３２はソレノイド５６によって図４の位置へ引き付けられると同時に、ソレノイド５４により図４の位置へ向けて弾かれる。
【００３１】
図７は、図４〜６について説明したエンジン始動装置とはその一部においてのみ異なる第三の実施例を図５におけると同じ状態にて示す同様の図である。図７に於いて、図５に示されている部分に対応する部分は、図５に於けると同じ符号により示されている。
【００３２】
この第三の実施例に於いては、先の第二の実施例に於ける永久磁石５２がなくされ、それに代わってソレノイド５４及び５６の何れにも通電が行われていないときアーマチュア３２を中間位置に安定的に保持する手段として、一対の圧縮コイルばね７０及び７２が用いられている。かかる実施例に於いても図４〜６について以上に説明した作動と実質的に同じ作動が得られることは明らかであろう。
【００３３】
以上においては本発明を三つの実施例について詳細に説明したが、特許請求の範囲に記載した発明の技術思想の範囲内にて他に種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジン始動装置の第一の実施例をその作動が実質的に休止している状態にて半ば解図的に示す図。
【図２】図１に示す装置を迅速なスタータモータの作動に備えた中間の作動状態にて示す同様の図。
【図３】図１に示す装置をスタータモータがエンジンを駆動できる作動状態にて示す同様の図。
【図４】本発明によるエンジン始動装置の第二の実施例を図１に示す状態と同じ状態にて示す同様の図。
【図５】本発明によるエンジン始動装置の第二の実施例を図２に示す状態と同じ状態にて示す同様の図。
【図６】本発明によるエンジン始動装置の第二の実施例を図３に示す状態と同じ状態にて示す同様の図。
【図７】本発明によるエンジン始動装置の第三の実施例を図５に示す状態と同じ状態にて示す同様の図。
【符号の説明】
１０…スタータモータ
１２…ピニオン
１４…歯車
１６…スタータモータの回転軸
１８…ピニオン
２０，２２…歯車
２４…ワンウェイクラッチ
２６…ピニオン軸
２８，３０…軸受
３２…アーマチュア
３４…引張りコイルばね
３６…ソレノイド
３８…制御装置
４０…トランジスタ
４２…ストッパ
４４…フランジ部
４６，４８…接点
５０…センサ
５２…環状永久磁石
５４，５６…ソレノイド
５８〜６６…トランジスタ
６８…リレースイッチ
７０，７２…圧縮コイルばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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