JP4273198B2 - Starter for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等に搭載される内燃機関の始動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の内燃機関を始動させるための始動装置として、一般に車載バッテリを電源とするスタータモータが用いられている。この種の始動装置は、内燃機関のフライホィール等の外周に設けたリングギアに噛み合うピニオンギアを備えている。このピニオンギアは始動時にリングギアに噛み合い、始動完了後はリングギアから離れて元の位置に戻るようになっている。したがって従来の始動装置のピニオンギアとリングギアは、互いの噛合いと離脱を容易にするために平歯車が用いられていた。
【0003】
従来の始動装置はピニオンギアとリングギアに平歯車を用いているため、その回転時にギア間のバックラッシュ等により比較的大きな振動・騒音が発生する。ただし従来の自動車は始動時に運転者がスタータスイッチをオンにしたときのみピニオンギアとリングギアが噛合い、スタータスイッチをオフにするとギアの噛合いが外れるため、騒音が問題視されることが少なく、平歯車を用いていても特に大きな問題は生じなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえばアイドルストップ車両やハイブリッドカーなどのように、車載コンピュータの信号によって内燃機関が自動的に始動したり停止することが繰返される車両などでは、運転者の意思にかかわらず内燃機関が始動し、さらに始動頻度も増えるため、始動装置から発生する前記騒音は耳障りなものとなる。また、通常のスタータスイッチによって始動する自動車の場合でも、静粛性の観点では始動時の騒音は低い方が望ましい。騒音を減らすためには歯の噛合い率や噛合精度を高める必要があるが、スタータ容量やレイアウトの関係などからギア比あるいは歯幅等に制約を受けるため、従来の平歯車では噛合い率を向上させることに限界があるし、単純に噛合い率や噛合精度を向上させると始動時にピニオンギアがリングギアに噛合いにくくなると共に、始動後にピニオンギアがリングギアから離脱しにくくなる問題がある。
【0005】
従って本発明の目的は、始動装置から発生する騒音を低減させ、より快適な車両等を実現できるような内燃機関の始動装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための請求項1に記載した始動装置は、嵌脱式のピニオンギアを備えたものであり、上記ピニオンギアは歯幅方向で上記リングギア側に向かうに従い上記ピニオンギアの回転方向へ傾斜した歯により構成されるはすば歯車により形成するとともに、上記リングギアは上記ピニオンギアと噛合可能なはすば歯車により形成され、上記はすば歯車により構成されたピニオンギアは、メインギアと、サブギアと、該サブギアをメインギアに対して周方向に位置がずれるように付勢するトルクばねとを有するシザースギア機構からなり、上記メインギアとサブギアのそれぞれの歯面が上記リングギアの歯面を挟み込むことにより、上記ピニオンギアと上記リングギア間のバックラッシュを解消するものであり、かつ、上記ピニオンギアと上記リングギアを構成する各々のはすば歯車が、始動時に回転する上記ピニオンギアが上記リングギアに向って突出する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力がこれらピニオンギアとリングギアとをさらに噛合わせる方向に作用し、始動後に回転する上記リングギアから上記ピニオンギアが離脱する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力が上記ピニオンギアを上記リングギアから離脱させる方向に作用するよう傾斜し、かつ、上記リングギアの各歯のピニオンギアが進入する側の端部には、上記ピニオンギアに向って各歯間の間隔が上記メインギアと上記サブギアの進入を許容する広さに広がるテーパ面が形成されている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に第1の参考例の始動装置について、図1から図4を参照して説明する。
図1に示す自動車用の内燃機関10の始動装置11Aは、始動用電動機(スタータモータ)12と、始動用電動機12の出力軸13に取付けたピニオンギア14と、ピニオンギア14に常時噛合うリングギア15などを備えている。ピニオンギア14とリングギア15とは、それぞれ、後述するはすば歯車(ヘリカルギア)により形成されている。
【0010】
内燃機関10のクランク軸20にフライホィール21がボルト22によって締結され、クランク軸20とフライホィール21とが互いに一体化して同一方向に回転するようになっている。前記リングギア15は、フライホィール21に設けたベアリング23によって、クランク軸20の軸回りに回転可能に支持されている。
【0011】
また、リングギア15とクランク軸20との間に、始動用電動機12側から内燃機関10側(クランク軸20)への駆動力の伝達のみを許容するワンウェイクラッチ30が設けられている。図1に示す参考例の場合、ワンウェイクラッチ30はリングギア15とフライホィール21との間に内蔵されている。フライホィール21にはマニュアルトランスミッションのクラッチ機構31が付随している。なお、オートマチックトランスミッションの場合、クラッチ機構31に代ってクランク軸20と一体に回転するトルクコンバータが付随し、リングギア15はトルクコンバータに設けられている。
【0012】
ピニオンギア14は、図2〜図4に示すようなシザースギア機構40を備えたはすば歯車によって構成されている。シザースギア機構40は、メインギア41とサブギア42とトルクばね43等を備えて構成され、ナット44によって出力軸13に取付けられている。サブギア42は、トルクばね43の反発荷重によって、メインギア41に対して周方向に位置がずれるように付勢され、これらメインギア41とサブギア42の歯がそれぞれリングギア15の歯を挟み込むことにより、ギア14,15間のバックラッシュを解消するようにしている。
【0013】
次に、上記構成の始動装置11Aの作用について説明する。
この始動装置11Aは、ピニオンギア14とリングギア15とが常時噛合している。内燃機関10を始動させるために始動用電動機12に電流を流して出力軸13を回転させると、その駆動力は、ピニオンギア14とリングギア15を介してワンウェイクラッチ30に伝達される。
【0014】
このように始動用電動機12からクランク軸20の方向に駆動力が伝わるときには、ワンウェイクラッチ30がつながるため、リングギア15の回転がワンウェイクラッチ30を介してフライホィール21に伝わり、フライホィール21と一体にクランク軸20が回転することにより、内燃機関10のクランクキングがなされる。始動完了後に始動用電動機12を止めると、始動時とは逆に、駆動力がクランク軸20側からワンウェイクラッチ30に入力する。この方向の入力に対してはワンウェイクラッチ30が空転するため、クランク軸20の駆動力はリングギア15に伝わらず、従ってピニオンギア14や始動用電動機12に駆動力が伝わることが回避される。
【0015】
この参考例のピニオンギア14とリングギア15は、シザースギア機構40を備えたはすば歯車からなるため、ギア14,15間の噛合い率がきわめて高くかつ、実質的にバックラッシュが生じないことにより、低振動・低騒音で回転することができる。なお、コスト的に許されればリングギア15側にシザースギア機構を採用してもよい。
【0016】
また、図5に示す第2の参考例のように、始動用電動機の出力軸13とピニオンギア14との間にワンウェイクラッチ45を介在させることによって、始動用電動機側から内燃機関側への駆動力の伝達のみを許容し、逆方向からの入力に対してはピニオンギア14が空転することにより、出力軸13が連れ回りしないように構成してもよい。
【0017】
次に図6〜図8を参照してこの発明の第1の実施形態の始動装置11Bについて説明する。なお、前記第1の参考例の始動装置11Aと共通する個所には共通符号を付して説明は省略する。
【0018】
この実施形態の始動装置11Bのピニオンギア14は嵌脱式であり、始動用電動機50に内蔵された電磁コイルとプランジャ(図示せず)等によって、リングギア15に噛合う方向とリングギア15から離脱する方向(矢印Aで示す)に移動可能としている。ピニオンギア14は、第1の参考例と同様にシザースギア機構40を備えたはすば歯車によって形成されている。リングギア15はピニオンギア14と噛合可能なはすば歯車によって形成されている。
【0019】
この実施形態のピニオンギア14は、始動用電動機50に電流が供給されたときにリングギア15に向かって突出することによってリングギア15と噛合うようになっている。
【0020】
そしてこの実施形態のピニオンギア14は、リングギア15に対する嵌脱を容易にするために、図7に模式的に示すように、歯幅方向でリングギア15側に向かうに従いピニオンギア14の回転方向へ傾斜した歯を有するはすば歯車により構成されている。さらにこのピニオンギア14のメインギア41には、リングギア15に対する挿入を円滑にするためにテーパ面51が形成されている。
【0021】
また、リングギア15とサブギア42の互いに対向する端面には、ピニオンギア14がリングギア15に噛合いやすくするため、及び噛合時の歯欠け防止のためにテーパ面52,53が形成されている。これらテーパ面52,53は、互いの噛合性を考慮すると、駆動方向に対し、先端面とのなす角度θ(図7および図10に示す)がほぼ90°となるように各テーパ面52,53を形成することが好ましい。この角度θが鋭角になると、噛合時に歯欠けを生じやすくなる。
【0022】
次に、上記始動装置11Bの作用について説明する。
始動時にピニオンギア14がリングギア15に向かって突出すると、図7に示すように駆動力F1がピニオンギア14側からリングギア15に入力するため、はすば歯車どうしの傾斜した接触面55に生じるスラスト力F2が、これらのギア14,15をさらに噛合わせる方向に作用する。このため、ピニオンギア14がリングギア15に噛合いやすくなる。
【0023】
そして始動用電動機50の出力軸13が回転することにより、出力軸13の駆動力がリングギア15を介して内燃機関10のクランク軸20に伝達され、クランキングがなされて内燃機関10が始動する。
【0024】
また、始動完了後にピニオンギア14がリングギア15から離脱する際には、図8に示すように駆動力がリングギア15側からピニオンギア14に入力されるため、はすば歯車どうしの傾斜した接触面55に生じるスラスト力F3が、ピニオンギア14をリングギア15から離脱させる方向に作用する。このため、始動完了後はピニオンギア14がリングギア15から容易に離れる。
【0025】
なお、図9に示す比較例は、ピニオンギア14′とリングギア15′のはすば歯車の歯の傾斜方向が前記実施形態(図7,8)と逆の場合を示している。このような比較例(図9)では、始動時にピニオンギア14′側から駆動力F1が入力することにより、はすば歯車どうしの傾斜した接触面55′に生じるスラスト力F4がピニオンギア14′をリングギア15′から押し出す方向に作用する。このためピニオンギア14′がリングギア15′に噛合いにくくなる。しかも始動後にはリングギア15′側から駆動力が入力することにより、スラスト力がギア14′,15′の噛合いを保持する方向に作用するため、ピニオンギア14′がリングギア15′から離脱しにくくなる。
【0026】
なお、図10に示す第2の実施形態のピニオンギア14のシザースギア機構40のように、リングギア15と対向する側にメインギア41を位置させ、始動時にメインギア41が先にリングギア15に嵌合してからサブギア42がリングギア15に噛合うように構成してもよい。この場合、サブギア42にはリングギア15に対する挿入を容易にするためにテーパ面60が形成されている。それ以外の構成と作用は第1の実施形態と同様であるから、第1の実施形態と共通する個所に共通符号を付して説明は省略する。
【0027】
なお、この発明を実施するに当たって、ピニオンギアをはじめとして、始動用電動機やリングギア、ワンウェイクラッチなど、この発明を構成する各要素をそれぞれ適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】
請求項1に記載した始動装置によれば、嵌脱式のピニオンギアを用いた場合に、はすば歯車からなるピニオンギアがリングギアに容易に噛合うことができ、始動後はピニオンギアがリングギアから容易に離脱することができる。本発明では、前記ピニオンギアとリングギアがシザースギア機構を備えたはすば歯車からなるため、ギア間の噛合い率がきわめて高くかつ、実質的にバックラッシュが生じないことにより、低振動・低騒音で回転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の参考例の始動装置を一部断面で示す側面図。
【図2】 図1に示された始動装置に使われるシザースギア機構を備えたピニオンギアの断面図。
【図3】 図2に示されたピニオンギアの斜視図。
【図4】 図2に示されたピニオンギアの分解斜視図。
【図5】 第2の参考例を示すワンウェイクラッチを備えたピニオンギアを一部断面で示す側面図。
【図6】 本発明の第1の実施形態を示す始動装置の側面図。
【図7】 図6に示されたピニオンギアがリングギアに噛合う際の歯の移動経路を示す概略図。
【図8】 図6に示されたピニオンギアがリングギアから離れる際の歯の移動経路を示す概略図。
【図9】 比較例のピニオンギアがリングギアに噛合う際に生じるスラスト力を示す概略図。
【図10】 本発明の第2の実施形態を示すピニオンギアがリングギアに噛合う際の歯の移動経路を示す概略図。
【符号の説明】
10…内燃機関
11A,11B…始動装置
12…始動用電動機
13…出力軸
14…ピニオンギア
15…リングギア
20…クランク軸
30,45…ワンウェイクラッチ
50…始動用電動機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a starter for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like.
[0002]
[Prior art]
As a starting device for starting an internal combustion engine of an automobile, a starter motor using a vehicle battery as a power source is generally used. This type of starting device includes a pinion gear that meshes with a ring gear provided on the outer periphery of an internal combustion engine flywheel or the like. The pinion gear meshes with the ring gear at the start, and after the start is completed, the pinion gear is separated from the ring gear and returns to the original position. Therefore, a spur gear is used for the pinion gear and the ring gear of the conventional starting device in order to facilitate the engagement and disengagement of each other.
[0003]
Since the conventional starter uses spur gears for the pinion gear and the ring gear, relatively large vibrations and noises are generated due to backlash between the gears during rotation. However, in conventional vehicles, the pinion gear and the ring gear mesh only when the driver turns on the starter switch at the start, and when the starter switch is turned off, the gear is disengaged. Even if spur gears were used, no major problem occurred.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a vehicle such as an idle stop vehicle or a hybrid car in which the internal combustion engine is repeatedly started or stopped automatically by a signal from the in-vehicle computer, the internal combustion engine is started regardless of the driver's intention. Further, since the starting frequency increases, the noise generated from the starting device becomes annoying. Even in the case of an automobile that is started by a normal starter switch, it is desirable that the noise at the start is low from the viewpoint of quietness. In order to reduce noise, it is necessary to increase the meshing ratio and meshing accuracy of the teeth. However, since the gear ratio or the tooth width is restricted due to the starter capacity and layout, etc., the meshing ratio is reduced with the conventional spur gear. There is a limit to improvement, and simply improving the engagement rate and engagement accuracy makes it difficult for the pinion gear to mesh with the ring gear at the start and makes it difficult for the pinion gear to separate from the ring gear after the start. .
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a starter for an internal combustion engine that can reduce noise generated from the starter and realize a more comfortable vehicle or the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The starting device according to claim 1 for achieving the object is provided with a detachable pinion gear, and the pinion gear rotates in the tooth width direction toward the ring gear side in the rotational direction of the pinion gear. The ring gear is formed of a helical gear that can mesh with the pinion gear, and the pinion gear formed of the helical gear is a main gear. A scissor gear mechanism having a gear, a sub-gear, and a torque spring that biases the sub-gear so that the position of the sub-gear is shifted in the circumferential direction, and each tooth surface of the main gear and the sub-gear has a tooth surface of the ring gear. By pinching the tooth surface, the backlash between the pinion gear and the ring gear is eliminated, and the pinion gear is When each of the helical gears constituting the ring gear protrudes toward the ring gear, the thrust force generated on the contact surfaces of the helical gears is generated by the pinion gear that rotates at the time of starting. When the pinion gear disengages from the ring gear that rotates in the direction that further meshes the gear and the ring gear and rotates after starting, the thrust force generated on the contact surfaces of the helical gears causes the pinion gear to Inclined to act in the direction to be separated from the ring gear, and at the end of each ring gear tooth on the side where the pinion gear enters, the distance between the teeth toward the pinion gear is different from that of the main gear. A tapered surface is formed that extends to allow the sub gear to enter.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a starting device of a first reference example will be described with reference to FIGS.
A starter 11A of an automobile
[0010]
A
[0011]
A one-
[0012]
The
[0013]
Next, the operation of the starter 11A having the above configuration will be described.
In the starter 11A, the
[0014]
When the driving force is transmitted from the starting motor 12 in the direction of the
[0015]
Since the
[0016]
Further, as in the second reference example shown in FIG. 5, the one-
[0017]
Next, the starting device 11B according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in the starter 11A of the said 1st reference example , and description is abbreviate | omitted.
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Further, tapered
[0022]
Next, the operation of the starter 11B will be described.
When the
[0023]
Then, when the
[0024]
Further, when the
[0025]
In addition, the comparative example shown in FIG. 9 shows a case where the inclination directions of the helical gear teeth of the
[0026]
As in the
[0027]
Na us, carrying out the invention of this, including the pinion gear, starting motor and the ring gear, such as one-way clutch, it is needless to say that the elements constituting the present invention can be modified and implemented as appropriate respectively.
[0028]
【The invention's effect】
According to the starting apparatus as claimed in claim 1, in the case of using the fitting de type pinion gears, the pinion gear consisting of helical gears is easily able to mate the ring gear, after starting the pinion gear It can be easily detached from the ring gear. In the present invention , since the pinion gear and the ring gear are helical gears each having a scissor gear mechanism, the meshing ratio between the gears is extremely high, and substantially no backlash is generated. Can rotate with noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a starting device of a first reference example with a partial cross section.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a pinion gear provided with a scissor gear mechanism used in the starting device shown in FIG.
3 is a perspective view of the pinion gear shown in FIG. 2. FIG.
4 is an exploded perspective view of the pinion gear shown in FIG.
FIG. 5 is a side view showing a partial cross section of a pinion gear including a one-way clutch according to a second reference example .
FIG. 6 is a side view of the starting device showing the first embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a tooth movement path when the pinion gear shown in FIG. 6 meshes with a ring gear. FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a tooth movement path when the pinion gear shown in FIG. 6 is separated from the ring gear;
FIG. 9 is a schematic view showing a thrust force generated when a pinion gear of a comparative example meshes with a ring gear.
FIG. 10 is a schematic view showing a tooth movement path when the pinion gear according to the second embodiment of the present invention meshes with the ring gear.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記ピニオンギアは歯幅方向で上記リングギア側に向かうに従い上記ピニオンギアの回転方向へ傾斜した歯により構成されるはすば歯車により形成するとともに、上記リングギアは上記ピニオンギアと噛合可能なはすば歯車により形成され、
上記はすば歯車により構成されたピニオンギアは、メインギアと、サブギアと、該サブギアをメインギアに対して周方向に位置がずれるように付勢するトルクばねとを有するシザースギア機構からなり、上記メインギアとサブギアのそれぞれの歯面が上記リングギアの歯面を挟み込むことにより、上記ピニオンギアと上記リングギア間のバックラッシュを解消するものであり、かつ、
上記ピニオンギアと上記リングギアを構成する各々のはすば歯車が、始動時に回転する上記ピニオンギアが上記リングギアに向って突出する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力がこれらピニオンギアとリングギアとをさらに噛合わせる方向に作用し、始動後に回転する上記リングギアから上記ピニオンギアが離脱する際には、はすば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力が上記ピニオンギアを上記リングギアから離脱させる方向に作用するよう傾斜し、かつ、
上記リングギアの各歯のピニオンギアが進入する側の端部には、上記ピニオンギアに向って各歯間の間隔が上記メインギアと上記サブギアの進入を許容する広さに広がるテーパ面が形成されていることを特徴とする内燃機関の始動装置。A pinion gear provided on the output shaft of the starter motor is detachably engaged with a ring gear that rotates integrally with the crankshaft of the internal combustion engine, and power is transmitted from the starter motor to the crankshaft to transmit the power to the crankshaft. In the starting device for starting
The pinion gear is formed by a helical gear constituted by teeth inclined in the rotation direction of the pinion gear as it goes toward the ring gear in the tooth width direction, and the ring gear is meshable with the pinion gear. Formed by helical gears,
The pinion gear constituted by the helical gear is composed of a scissor gear mechanism having a main gear, a sub gear, and a torque spring that urges the sub gear to be displaced in the circumferential direction with respect to the main gear. by each tooth surface of the main gear and the sub-gear is sandwich the tooth surface of the ring gear state, and are not to eliminate the backlash between the pinion gear and the ring gear, and,
When each of the helical gears constituting the pinion gear and the ring gear protrudes toward the ring gear, the thrust force generated on the contact surfaces of the helical gears when the pinion gear rotating at the time of start-up protrudes toward the ring gear. Acts in the direction in which these pinion gear and ring gear further mesh, and when the pinion gear disengages from the ring gear that rotates after starting, the thrust force generated on the contact surface between the helical gears is the pinion gear. Inclines to act in the direction to disengage the gear from the ring gear, and
A tapered surface is formed at the end of each ring gear tooth on the side where the pinion gear enters, so that the distance between the teeth toward the pinion gear widens to allow the main gear and the sub gear to enter. starting system for an internal combustion engine, characterized in that it is.
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