JP4003633B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離クラッチを備えるエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特許文献１に記載された内燃機関始動装置が公知である。
この内燃機関始動装置は、エンジン側の回転軸に装着するプーリと、始動電動機の回転軸に装着するプーリとをベルトで結合し、且つ始動電動機の回転軸に装着するプーリに一方向クラッチ（ローラ式クラッチ）を配置している。
一方向クラッチは、プーリと一体に設けられたアウタと、始動電動機に駆動されて回転するインナ、及びアウタとインナとの間に配置されるローラ等を有し、始動電動機の回転をエンジン側へ伝達する時（エンジンを始動する時）のみ、ローラを介してアウタとインナとがロックされて、インナの回転がアウタに伝達される。エンジン始動後は、ローラが空転してアウタとインナとがフリーとなることで、エンジン側から始動電動機側への動力伝達を遮断する。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５２−１５６３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１に開示された従来技術では、エンジン側のプーリと始動電動機側のプーリとがベルトで結合されているので、エンジン始動後も始動電動機側のプーリに常時エンジン回転力が伝達される。その結果、ローラがインナから分離するまでの間（ローラが空転している間）、インナの外周面と接触するローラの接触面に摩耗が生じる。この摩耗が進行すると、エンジン始動時のトルク伝達に必要な形状及び寸法が成立しなくなり、トルク伝達ができなくなるという問題を生じる。
【０００５】
特に、上記の従来技術に示されるクラッチは、ギヤ噛合離脱式スタータ（ピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせてエンジン始動を行い、エンジン始動後にピニオンギヤをリングギヤから離脱させるスタータ）に採用されるクラッチと比較して、エンジンによって回される時間が遥かに長い（概略5000h VS 50h）ため、クラッチの耐久性を確保することが極めて重要である。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、エンジン回転時にアウタが常に回転する（エンジンによって回される）遠心分離クラッチを備えたエンジン始動装置において、その遠心分離クラッチの耐久性を確保することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、スタータモータと出力部材との間に遠心分離クラッチを配置したエンジン始動装置であって、
遠心分離クラッチは、スタータモータに駆動されて回転するインナと、出力部材と一体に回転するアウタと、インナとアウタとの間に配置されるローラとを有し、アウタの内周にローラを収容するカム室が形成された外カム式のローラクラッチであり、ローラとインナとの間に生じる面圧と、ローラとインナとの相対回転速度との積が最大となるエンジン回転速度を、最も使用頻度の高いエンジン回転速度より低くなる様に設定したことを特徴とする。
【０００７】
ローラの摩耗は、ローラとインナとの相対回転速度（Ｖ）が一定であれば、ローラとインナとの間に生じる面圧（Ｐ）が大きくなる程、増大する。また、ローラとインナとの間に生じる面圧が一定であれば、ローラとインナとの相対回転速度が大きくなる程、増大する。
しかし、エンジン回転速度が高くなる程、ローラに作用する遠心力が大きくなるため、ローラとインナとの間に生じる面圧は小さくなり、ローラがインナから分離した時点で０となる。一方、ローラとインナとの相対回転速度は、エンジン回転速度が高くなるに従って増大する。
【０００８】
従って、ＰとＶとの積を取ると、極大値が現れるため、その極大値が現れるエンジン回転速度においてローラの摩耗が最大となることが分かる。また、ＰＶ値×時間（使用頻度）∝摩耗量となるので、このローラの摩耗が最大となる（ＰＶ値が最大となる）時のエンジン回転速度を、最も使用頻度の高いエンジン回転速度より低くなる様に設定すれば、ＰＶ値が最大となる時のエンジン使用頻度を抑えることができるので、十分に遠心分離クラッチの耐久性を確保することができる。
【０００９】
（請求項２の発明）
本発明は、スタータモータと出力部材との間に遠心分離クラッチを配置したエンジン始動装置であって、
遠心分離クラッチは、スタータモータに駆動されて回転するインナと、出力部材と一体に回転するアウタと、インナとアウタとの間に配置されるローラとを有し、アウタの内周にローラを収容するカム室が形成された外カム式のローラクラッチであり、エンジンが始動した後、遠心力によりローラがインナから分離した時のエンジン回転速度を分離回転速度と呼ぶ時に、その分離回転速度をスタータモータの無負荷回転速度より高く設定したことを特徴とする。
【００１０】
例えば、エンジン始動後に失火して回転速度が低下した場合に、クラッチの分離回転速度がスタータモータの無負荷回転速度より低いと、クラッチが繋がった時（ローラがインナに接触して空転が停止した時）に、両方の回転速度差に応じて過大な衝撃負荷が発生する。
これに対し、クラッチの分離回転速度をスタータモータの無負荷回転速度より高く設定すれば、エンジンが失火した後、エンジン回転数が低下してクラッチが繋がった時に、両者が回転速度差なく繋がるので、過大な衝撃負荷が発生することはなく、滑らかなクラッチ接続が可能となる。
【００１１】
（請求項３の発明）
請求項１に記載したエンジン始動装置において、
遠心分離クラッチは、エンジンが始動した後、遠心力によりローラがインナから分離した時のエンジン回転速度を分離回転速度と呼ぶ時に、その分離回転速度をスタータモータの無負荷回転速度より高く設定したことを特徴とする。
この発明では、請求項１に記載した効果（遠心分離クラッチの耐久性を確保できる）と、請求項２に記載した効果（エンジンの失火により回転速度が低下してクラッチが繋がった時に過大な衝撃負荷を発生させない）とを合わせ持つことができる。
【００１２】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのエンジン始動装置において、
出力部材は、アウタと一体に設けられたスタータプーリであり、
動力伝達手段は、スタータプーリとクランク軸に取り付けられたクランクプーリとをベルトで連結して構成されることを特徴とする。
この発明では、アウタをスタータプーリと一体化することで、スタータプーリの内部に遠心分離クラッチを配置することができるので、装置全体の小型化を実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はエンジン回転速度の使用分布とクラッチＰＶ値との関係を示す。
本実施例のエンジン始動装置は、図２に示す様に、エンジン１を始動するための回転力を発生するスタータモータ２と、このスタータモータ２の出力軸３に対しベアリング４（図３参照）を介して相対回転可能に取り付けられたスタータプーリ５とを備え、このスタータプーリ５とエンジン１のクランク軸６に取り付けられたクランクプーリ７とがベルト８によって連結されている。
【００１４】
スタータモータ２は、例えば周知の直流電動機（または交流電動機）であり、内蔵するアーマチャ（図示しない）が通電を受けて回転力を発生する。
出力軸３は、例えば遊星歯車減速装置（図示しない）を介してスタータモータ２の回転軸（アーマチャシャフト）に連結され、アーマチャの回転が減速装置で減速されて伝達される。
出力軸３とスタータプーリ５との間には、エンジン１が始動した後、そのエンジン１の回転力がスタータモータ２（アーマチャ）に伝わらない様に、遠心分離クラッチ９が配置されている。
【００１５】
遠心分離クラッチ９は、図３に示す様に、ローラ９ａを介して半径方向に対向するインナ９ｂとアウタ９ｃとを有し、このアウタ９ｃの内周にローラ９ａを収容するカム室９ｄ（図４参照）が形成された外カム式のローラクラッチである。インナ９ｂは、出力軸３の外周に嵌合して出力軸３と一体に回転可能に設けられ、エンジン１を始動する際にスタータモータ２によって駆動される。
アウタ９ｃは、スタータプーリ５と一体に設けられ、ローラ９ａの軸方向両側（図３の左右両側）に配置される一組のベアリング４により、インナ９ｂに対して相対回転可能に支持されている。
【００１６】
ローラ９ａは、カム室９ｄの傾斜面とインナ９ｂの外周面との間に形成されるくさび状空間に配置され、そのくさび状空間が狭くなる方向へスプリング９ｅ（図３参照）によって付勢されている。
この遠心分離クラッチ９は、インナ９ｂがスタータモータ２に駆動されて出力軸３と一体に回転すると、図４（ａ）に示す様に、ローラ９ａを介してインナ９ｂとアウタ９ｃとがロックされてインナ９ｂの回転がアウタ９ｃに伝達される。アウタ９ｃの回転は、スタータプーリ５からベルト伝動によってクランクプーリ７に伝達され、エンジン１のクランク軸６を回転させる。
【００１７】
クランク軸６の回転により、エンジン１がクランキングしてアウタ９ｃの回転速度がインナ９ｂの回転速度を上回る（オーバラン状態になる）と、図４（ｂ）に示す様に、ローラ９ａがインナ９ｂの外周面に摺接しながら空転することにより、アウタ９ｃとインナ９ｂとがフリーとなってアウタ９ｃからインナ９ｂへの動力伝達を遮断する。
その後、エンジン回転速度が上昇して、アウタ９ｃとインナ９ｂとの回転速度差が大きくなると、図４（ｃ）に示す様に、遠心力によってローラ９ａがインナ９ｂから分離する（ローラ９ａとインナ９ｂとが完全に非接触になる）。なお、このローラ９ａがインナ９ｂから分離する時のエンジン回転速度を分離回転速度と呼ぶ。
【００１８】
ここで、エンジン１がクランキングした後、ローラ９ａが空転している間（図４（ｂ）に示す状態）は、ローラ９ａとインナ９ｂとが完全に非接触になっていない（ローラ９ａがインナ９ｂの外周面に摺接しながら空転する）ので、インナ９ｂの外周面に接触するローラ９ａの接触面に摩耗が生じる。
このローラ９ａの摩耗は、ローラ９ａとインナ９ｂとの間に生じる面圧（Ｐ）と、ローラ９ａとインナ９ｂとの回転速度差（相対回転速度：Ｖ）との積で表すことができ、このＰＶ値にオーバラン状態となる全時間（ローラ９ａが空転する車両一生分の時間）を掛け算することにより、ローラ９ａの摩耗量に直接影響する数値を求めることができる。
【００１９】
ところで、ローラ９ａとインナ９ｂとの間に生じる面圧（Ｐ）は、図５（ａ）に示す様に、エンジン回転速度が高くなるに連れて減少し、ローラ９ａがインナ９ｂから分離した時点（分離回転速度）で０となる。一方、ローラ９ａとインナ９ｂとの相対回転速度（Ｖ）は、図５（ｂ）に示す様に、エンジン回転速度が高くなるに連れて増大する。これにより、ＰＶ値には、図５（ｃ）に示す様に極大値が存在し、その極大値が現れるエンジン回転速度で最もローラ９ａの摩耗が大きくなることが分かる。
【００２０】
従って、ローラ９ａの摩耗量を低減するためには、ＰＶ値が最大となる時のエンジン回転速度の使用頻度を少なくすれば良い。このＰＶ値が最大となる時のエンジン回転速度は、遠心分離クラッチ９の分離回転速度を高くする程、大きくなる。即ち、分離回転速度を高く設定する場合は、一般的にローラ９ａを付勢するスプリング９ｅの荷重を大きくする（またはローラ９ａの自重を重くする）ため、ローラ９ａとインナ９ｂとの間に生じる面圧（Ｐ）が増大してＰＶ値自体が大きくなる。また、分離回転速度が高くなった分、ローラ９ａが空転する時間も長くなるため、図６に示す様に、ＰＶ値が最大となる時のエンジン回転速度も大きくなる。
【００２１】
この結果、遠心分離クラッチ９の分離回転速度を高く設定すると、その分、ローラ９ａの摩耗量が大幅に増大するため、遠心分離クラッチ９の寿命が短くなってしまう。そこで、本実施例の遠心分離クラッチ９は、図１に示す様に、ローラ９ａの摩耗が最大となる（ＰＶ値が最大となる）時のエンジン回転速度（例えば約1000rpm ）が、最も使用頻度の高いエンジン回転速度（例えば約1800rpm ）より低くなる様に設計されている。なお、図中に示すグラフＡはＰＶ値を表し、グラフＢはエンジン回転数（rpm ）の使用分布を表している。また、最も使用頻度の高いエンジン回転速度とは、車両に搭載されたエンジン１において、最も多く使用される（使用頻度が高い、時間が長い）エンジン回転速度を言う。
【００２２】
（第１実施例の効果）
上述した遠心分離クラッチ９は、ＰＶ値が最大となる時のエンジン回転速度が、最も使用頻度の高いエンジン回転速度より低くなる様に設計されているので、ＰＶ値自体を低くでき、且つ車両走行時の使用頻度を小さくできる（ローラ９ａが空転する全時間を短くできる）。その結果、ローラ９ａの摩耗量を低減できるので、遠心分離クラッチ９の耐久性を十分に確保できる。
【００２３】
（第２実施例）
本実施例の遠心分離クラッチ９は、分離回転速度をスタータモータ２の無負荷回転速度より高く設定している。
例えば、エンジン１が始動した後、失火等により回転速度が急激に低下した場合に、遠心分離クラッチ９の分離回転速度がスタータモータ２の無負荷回転速度より低いと、クラッチが繋がった時（ローラ９ａがインナ９ｂに接触して空転が停止した時）に、両方の回転速度差に応じて過大な衝撃負荷がスタータモータ２に加わる（図７（ａ）参照）。
【００２４】
これに対し、遠心分離クラッチ９の分離回転速度をスタータモータ２の無負荷回転速度より高く設定すれば、エンジン１の失火により回転速度が急激に低下した場合に、スタータモータ２の無負荷回転速度でクラッチを繋ぐことができるので、クラッチが繋がった時に過大な衝撃負荷が発生することはなく、滑らかなクラッチ接続が可能となる（図７（ｂ）参照）。
なお、遠心分離クラッチ９の分離回転速度は、上述の様に、ローラ９ａを付勢するスプリング９ｅの荷重、ローラ９ａの自重、あるいはカム室９ｄのくさび角等によって設定できる。
【００２５】
（第３実施例）
本実施例の遠心分離クラッチ９は、第１実施例と第２実施例とを組み合わせて構成される。つまり、ＰＶ値が最大となる時のエンジン回転速度を、最も使用頻度の高いエンジン回転速度より低くなる様に設計し、且つ分離回転速度をスタータモータ２の無負荷回転速度より高く設定している。
これにより、第１実施例の効果と第２実施例の効果とを合わせ持つ遠心分離クラッチ９を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン回転速度の使用分布とクラッチＰＶ値との関係を示す特性図である。
【図２】エンジン始動装置の使用例を示す図面である。
【図３】遠心分離クラッチの構成を示す断面図である。
【図４】遠心分離クラッチの作動説明図である。
【図５】遠心分離クラッチのＰＶ値の説明図である。
【図６】ＰＶ値と分離回転速度との関係を示す特性図である。
【図７】分離回転速度とスタータモータの無負荷回転速度との関係を示す図面である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ スタータモータ
５ スタータプーリ（出力部材）
６ クランク軸
７ クランクプーリ
８ ベルト（動力伝達手段）
９ 遠心分離クラッチ
９ａ ローラ
９ｂ インナ
９ｃ アウタ

Claims (4)

1. 回転力を発生するスタータモータと、
   このスタータモータの回転を出力する出力部材と、
   この出力部材とエンジンのクランク軸とを常時連結して前記出力部材の回転を前記クランク軸に伝達する動力伝達手段とを備え、
   前記スタータモータと前記出力部材との間に、前記出力部材側から前記スタータモータ側への動力伝達を遮断する遠心分離クラッチを配置したエンジン始動装置であって、
   前記遠心分離クラッチは、前記スタータモータに駆動されて回転するインナと、前記出力部材と一体に回転するアウタと、前記インナと前記アウタとの間に配置されるローラとを有し、前記アウタの内周に前記ローラを収容するカム室が形成された外カム式のローラクラッチであり、
   前記ローラと前記インナとの間に生じる面圧と、前記ローラと前記インナとの相対回転速度との積が最大となるエンジン回転速度を、最も使用頻度の高いエンジン回転速度より低くなる様に設定したことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 回転力を発生するスタータモータと、
   このスタータモータの回転を出力する出力部材と、
   この出力部材とエンジンのクランク軸とを常時連結して前記出力部材の回転を前記クランク軸に伝達する動力伝達手段とを備え、
   前記スタータモータと前記出力部材との間に、前記出力部材側から前記スタータモータ側への動力伝達を遮断する遠心分離クラッチを配置したエンジン始動装置であって、
   前記遠心分離クラッチは、前記スタータモータに駆動されて回転するインナと、前記出力部材と一体に回転するアウタと、前記インナと前記アウタとの間に配置されるローラとを有し、前記アウタの内周に前記ローラを収容するカム室が形成された外カム式のローラクラッチであり、
   前記エンジンが始動した後、遠心力により前記ローラが前記インナから分離した時のエンジン回転速度を分離回転速度と呼ぶ時に、その分離回転速度を前記スタータモータの無負荷回転速度より高く設定したことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１に記載したエンジン始動装置において、
   前記遠心分離クラッチは、前記エンジンが始動した後、遠心力により前記ローラが前記インナから分離した時のエンジン回転速度を分離回転速度と呼ぶ時に、その分離回転速度を前記スタータモータの無負荷回転速度より高く設定したことを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかのエンジン始動装置において、
   前記出力部材は、前記アウタと一体に設けられたスタータプーリであり、
   前記動力伝達手段は、前記スタータプーリと前記クランク軸に取り付けられたクランクプーリとをベルトで連結して構成されることを特徴とするエンジン始動装置。

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