阅读说明：本技术 发动机起动装置 (Engine starting device ) 是由 金田直人 今村直树 亀井光一郎 小田原一浩 于 2018-05-08 设计创作，主要内容包括：包括：发电电动机,上述发电电动机连接于发动机的曲柄轴；以及起动器,上述起动器具有小齿轮,上述小齿轮以能装拆于设于曲柄轴的齿圈的状态设置,并在发动机起动时与齿圈啮合,在预先设定的条件已经满足的情况下,使用发电电动机和起动器这两者以使发动机组合曲柄转动,在组合曲柄转动中,在发电电动机的旋转开始之后,起动器开始旋转。(The method comprises the following steps: a generator motor connected to a crankshaft of the engine; and a starter having a pinion gear that is detachably provided on a ring gear provided on the crankshaft, and that meshes with the ring gear at the time of engine start, wherein when a predetermined condition is satisfied, both the generator motor and the starter are used to crank the engine combination, and wherein the starter starts to rotate after the generator motor starts to rotate during the combination cranking.)

发动机起动装置

技术领域

本发明涉及一种发动机起动装置，包括与发动机的曲柄轴连接的发电电动机和在发动机起动时使小齿轮与齿圈啮合的起动器，并使发电电动机以及起动器中的至少一方启动而使发动机曲轴曲柄转动。

背景技术

以往，已知一种结构，在进行当发动机的停止条件满足时使发动机自动停止，随后当再起动条件满足时使发动机再起动的发动机自动停止再起动控制的车辆中，装设有发电电动机和起动器，其中，上述发电电动机和起动器在发动机起动时进行发动机的曲柄转动。

在这种车辆中，在发动机起动时的曲柄转动中，根据情况分开使用发电电动机和起动器，或者同时使用发电电动机和起动器，以起动发动机。

此处，已知一种发动机起动系统，包括齿轮式起动器和带式起动器，并在发动机起动所需的扭矩大的情况下，使齿轮式起动器与带式起动器协作而使发动机曲柄转动，其中，上述齿轮式起动器为通过使小齿轮与连接于曲柄轴的齿圈啮合以驱动电动机而使曲柄轴旋转的起动器，上述带式起动器为通过使设于齿圈的相反侧的曲柄带轮经由带驱动电动机以使曲柄轴旋转的发电电动机(例如，参照专利文献1)。

另外，在专利文献1所记载的发动机起动系统中，在使齿轮式起动器与带式起动器协作而使发动机曲柄转动的情况下，使齿轮式起动器与带式起动器同时工作，或者使齿轮式起动器比带式起动器更优先工作。

此外，已知一种车辆装设发动机的起动装置，包括：低速型起动电动机，该低速型起动电动机为电动机输出轴的旋转比曲柄轴的旋转更高的起动器；以及高速型起动起动器，该高速型起动起动器为电动机输出轴的旋转比曲柄轴的旋转更低的发电电动机，在发动机的再起动时，在驾驶员发出前进的要求的情况下，驱动低速型起动电动机和高速型起动电动机而使发动机曲柄转动(例如，参照专利文献2)。

另外，在专利文献2所记载的车辆装设发动机的起动装置中，在驱动低速型起动电动机和高速型起动电动机而使发动机曲柄转动的情况下，也可以同时驱动低速型起动电动机和高速型起动电动机，但较为理想的是，在驱动低速型起动电动机之后延迟驱动高速型起动电动机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2003－328907号公报。

专利文献2：日本专利特开2013－194584号公报。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在现有技术中，存在以下技术问题。

即，在专利文献1所记载的发动机起动系统和专利文献2所记载的车辆装设发动机的起动装置中，小齿轮与设于停止了的发动机的曲柄轴的齿圈啮合，因此，受到与以往的啮合同等的冲击。

也就是说，无论是否使用发电电动机和起动器这两者来起动发动机，在小齿轮与齿圈的啮合中均存在需要与以往的起动器同等的强度和持久性的问题。

此外，在起动器的驱动开始时，在将电压施加于电磁开关的励磁端子之后且开始旋转之前存在时间滞后，其中，上述电磁开关用于推出起动器的小齿轮，并且将向起动器的电动机部供给电力的电接点闭合，上述旋转是通过内部的可动铁心移动以闭合电接点而开始的。因此，发电电动机在此期间需要待机，并且还存在产生起动期间的损失的问题。

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于获得一种发动机起动装置，通过在使用发电电动机和起动器这两者的发动机的组合曲柄转动中，使发电电动机和起动器的旋转开始正时最佳，能实现由啮合冲击的减轻带来的长寿命、成本削减以及起动时间的缩短。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的发动机起动装置包括：发电电动机，上述发电电动机连接于发动机的曲柄轴；以及起动器，上述起动器具有小齿轮，上述小齿轮以能装拆于设于曲柄轴的齿圈的状态设置，并在发动机起动时与齿圈啮合，在预先设定的条件已经满足的情况下，使用发电电动机和起动器这两者以使发动机组合曲柄转动，在组合曲柄转动中，在发电电动机的旋转开始之后起动器开始旋转。

发明效果

根据本发明的发动机起动装置，在预先设定的条件已经满足的情况下，通过发电电动机和起动器这两者使发动机组合曲柄转动，并在组合曲柄转动中，在发电电动机的旋转开始之后开始起动器的旋转。因而，在使用发电电动机和起动器这两者的发动机的组合曲柄转动中，通过使发电电动机和起动器的旋转开始正时最佳，能实现由啮合冲击的减轻带来的长寿命、成本削减和起动时间的缩短。

附图说明

图1是表示装设有本发明实施方式1的发动机起动装置的车辆的示意结构的框图。

图2是表示本发明实施方式1的发动机起动装置的起动器的剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的发动机起动装置的优选实施方式进行说明，但在各图中，对于相同或相当的部分标注相同符号并进行说明。

实施方式1

图1是表示装设有本发明实施方式1的发动机起动装置的车辆的示意结构的框图。在图1中，发动机1包括对发动机自动停止再起动控制的发动机停止或发动机再起动进行判断的功能，并被进行发动机1的控制的发动机控制装置5控制而驱动。以下，将发动机控制装置5称为发动机ECU5。

在发动机1的曲柄轴11始终经由带12连接有发电电动机2。此外，作为起动器3的旋转扭矩的输出部的小齿轮31以能装拆于与曲柄轴11一体的齿圈13的状态设置，并传递旋转扭矩。

在发电电动机2连接有电力转换装置21。此外，电力转换装置21连接于电池4和进行发电电动机2的再生和动力运行的控制的发电电动机控制电路22。以下，将发电电动机控制电路22称为MG控制电路22。

起动器3包括电磁开关32，该电磁开关32具有将用于向起动器3供给电力的电接点32c断开、闭合的功能。此外，电磁开关32连接于电池4。另外，在MG控制电路22的输入端子和电磁开关32的励磁端子分别输入有发动机起动时的信号。

而且，发动机1包括未图示的曲柄角传感器，该曲柄角传感器对曲柄轴11的旋转角度进行检测，来自曲柄角传感器的曲柄角信号被发送至发动机ECU5而进行运算，从而导出发动机1的曲柄轴11的转速。

接着，对发电电动机2的功能进行说明。发电电动机2具有再生即发电功能和动力运行即电动机驱动功能这两个功能。在此，在再生时，在发动机1处于工作状态的情况下，发电电动机2在通过发动机1的旋转扭矩而从曲柄轴11经由带12始终旋转的状态下，通过由MG控制电路22控制的电力转换装置21对发电电力进行整流，并对电池4进行充电。

此外，在动力运行时，在将旋转扭矩供给至发动机1的情况下，发电电动机2使用电池4的电力，并经由由MG控制电路22控制的电力转换装置21接受电力供给，并作为电动机而被驱动。而且，旋转扭矩经由带12传递至曲柄轴11，而驱动发动机1。

另外，发电电动机2在发动机1的起动结束之后从动力运行向再生切换。此外，在将旋转扭矩供给至发动机1的情况下，存在发动机1的曲柄转动时、对工作状态的发动机1的产生扭矩进行补充的扭矩辅助时和即使发动机1停止通过仅发电电动机2也使车辆移动的电动行驶时。

接着，对起动器3的功能进行说明。起动器3用于发动机1的曲柄转动时，并且通过将电压施加于电磁开关32的励磁端子，使得电磁开关32的电接点32c闭合，从而将电力供给至起动器3的电动机部，并且使小齿轮31朝齿圈13侧移动。随后，通过齿圈13与小齿轮31啮合，使得由起动器3的电动机部所产生的旋转扭矩传递至曲柄轴11，从而驱动发动机1。

另外，电动机部的输出轴36和包括小齿轮31的小齿轮移动体通过螺旋花键卡合，其中，上述螺旋花键具有在电动机部被驱动而旋转时产生使小齿轮移动体从静止位置向齿圈13侧推进的力的角度。

此外，在发动机1侧无需起动器3的旋转扭矩的情况下，解除励磁端子的电压的施加。由此，小齿轮31与齿圈13啮合的状态解除，并且电磁开关32的电接点32c断开，从而向起动器3的电动机部的电力供给停止。

接着，对在本发明实施方式1的发动机起动装置中，通过发电电动机2和起动器3这两者使发动机1组合曲柄转动以起动发动机1的一系列动作进行说明。

发动机ECU5在预先设定的条件已经满足的情况下实施使用发电电动机2和起动器3这两者的组合曲柄转动。在此，预先设定的条件存在由驾驶员实施起动操作的情况和发动机自动停止后再起动条件已经满足的情况。

若基于组合曲柄转动的发动机起动的条件满足，则电压将根据规定的电信号施加于电磁开关32的励磁端子，从而驱动电磁开关32以闭合电接点32c。其结果是，通过使电动机电路通电，以将电流供给至起动器3的电动机部，并且在电动机部产生旋转扭矩从而启动起动器3。

此外，通过驱动电磁开关32，以使小齿轮31移动至与齿圈13啮合的位置。其结果是，电动机部的旋转扭矩经由啮合的小齿轮31和齿圈13传递至曲柄轴11，而使发动机1曲柄转动。随后，开始燃料喷射。

而且，电信号也向MG控制电路22传送，MG控制电路22为了通过动力运行来启动发电电动机2而使用电池4的电力，并经由由MG控制电路22控制的电力转换装置21将电力供给至发电电动机2。其结果是，发电电动机2被动力运行驱动，并经由带12将旋转扭矩传递至曲柄轴11，以使发动机1曲柄转动。

在这种发动机1的曲柄转动中，发动机ECU5基于根据来自曲柄角传感器的曲柄角信号获得的当前的曲柄角度以及曲柄角信号的周期，对发动机1的转速、即齿圈13的转速进行运算并监视。

此时，发动机ECU5基于发动机1的转速来判断发动机1的转速是否为预先设定的转速以上、并且发动机1是否进入完全燃烧状态，即发动机1是否进入工作状态、并且是否结束起动。在发动机1未进入完全燃烧状态的情况下，发动机ECU5维持状态并待机，直至判断发动机1已经进入完全燃烧状态。

另一方面，在判断的结果为发动机1已经进入完全燃烧状态的情况下，发动机ECU5停止起动器3。即，小齿轮31与齿圈13啮合的状态解除，并且电磁开关32的电接点32c断开，向起动器3的电动机部的电力供给停止。此外，同时，发动机ECU5通过MG控制电路22停止向发电电动机2的电力供给，并停止动力运行。

通过上述一系列的动作，通过发电电动机2和起动器3这两者使发动机1组合曲柄转动以起动发动机1的处理结束。

接着，对与上述组合曲柄转动中的发电电动机2以及起动器3的旋转开始相关的正时进行说明。

若基于组合曲柄转动的发动机起动条件满足，并且电信号传送至起动器3的电磁开关32和发电电动机2的MG控制电路22，则起动器3和发电电动机2开始旋转。此时，构成为在发电电动机2的旋转开始之后起动器3开始旋转。

根据如上所述构成的发动机起动装置，在起动器3开始旋转时，发电电动机2已开始旋转。因此，在旋转扭矩从起动器3的小齿轮31传递至齿圈13时，齿圈13也已经通过发电电动机2开始旋转，因此，相较于与正停止的齿圈13啮合的情况，啮合冲击得到减轻。

在此，只要在起动器3开始旋转的时刻齿圈13也开始旋转即可，因此，起动器3的旋转开始与发电电动机2的旋转开始也可以同时。但是，在旋转开始同时的情况下，一旦起动器3的转速的上升加速度大于发电电动机2的上升加速度，则与使起动器3的旋转开始完全延迟时相比，将会大幅产生啮合的冲击。

然而，若相较于与正停止的齿圈13啮合的情况，则能获得充分减轻冲击的效果。而且，在发电电动机2在起动器3的旋转开始之前开始旋转的情况下，还能缩短发动机起动的时间。

另外，也可以构成为在起动器3的小齿轮推出机构将小齿轮31推出，并在小齿轮31的齿圈13侧的端面与齿圈13的小齿轮31侧的端面抵接的时刻之后，发电电动机2开始旋转，并在发电电动机2的旋转开始之后，起动器3开始旋转。

例如，即使在发电电动机2的旋转开始过早的情况下，虽然啮合冲击得到减轻，但在起动器3的小齿轮31与齿圈13抵接的时刻，且齿圈13的转速过高的情况下，可能会妨碍啮合，即可能会无法啮合。

因此，通过使发电电动机2在小齿轮31的齿圈13侧的端面与齿圈13的小齿轮31侧的端面抵接的时刻之后开始旋转，以在发电电动机2开始旋转时，使小齿轮31与齿圈13的端面抵接，并结束用于啮合的准备，因而，能在发电电动机2的旋转开始、即齿圈13的旋转开始之后稳定地啮合。

如上所述，根据实施方式1，在预先设定的条件已经满足的情况下，通过发电电动机2和起动器3这两者使发动机组合曲柄转动，并在组合曲柄转动中，在发电电动机2的旋转开始之后开始起动器3的旋转。

因而，在使用发电电动机2和起动器3这两者的发动机的组合曲柄转动中，通过使发电电动机2和起动器3的旋转开始正时最佳，能实现由啮合冲击的减轻带来的长寿命、成本削减和起动时间的缩短。

实施方式2

图2是表示本发明实施方式1的发动机起动装置的起动器3的剖视图。在图2中，起动器3包括小齿轮31、电磁开关32、单向离合器33和电动机部34。

单向离合器33具有螺旋花键部33a，该螺旋花键部33a嵌合于与输出轴36一体构成的螺旋花键36a，上述单向离合器33在输出轴36上经由螺旋花键36a以能沿轴向滑动的方式连接于输出轴36。

此外，螺旋花键36a构成为以螺旋角θ朝规定方向歪斜，在单向离合器33朝齿圈13的方向移动时，与螺旋花键36a嵌合的单向离合器33一边相对于电动机部34的旋转方向朝相反方向旋转，一边移动。

单向离合器33构成为在来自齿圈13的旋转扭矩经由小齿轮31输入的情况下空转，并且不将来自齿圈13的旋转扭矩传递至输出轴36。

此外，当电压施加于产生磁场的驱动线圈32b时，电磁开关32的可动铁心32a朝电接点32c的方向移动。在上述可动铁心32a，于与电接点32c侧相反的一侧设有挂钩32a3，该挂钩32a3能拉出用于推出小齿轮31的柄35。

随着可动铁心32a的移动，柄35以柄35的支点35a为中心滑动，从而能朝齿圈13侧推出包括单向离合器33和小齿轮31的小齿轮移动体。将这些机构称为小齿轮推出机构。

此外，可动铁心32a由铁心32a1、螺旋弹簧32a2和挂钩32a3构成。在通过小齿轮推出机构将小齿轮31向齿圈13侧推出并与齿圈13抵接之后，铁心32a1一边使螺旋弹簧32a2挠曲，一边朝电接点32c侧持续移动，从而将电接点32c闭合。通过使电接点32c闭合，以将电力供给至电动机部34，使得电动机部34开始旋转。

根据如上所述构成的起动器3，在推出小齿轮31时，若可动铁心32a开始移动，则挂钩32a3、柄35、单向离合器33和小齿轮31的静止惯性将作用于螺旋弹簧32a2，使得螺旋弹簧32a2一边挠曲一边推出小齿轮31。

此时，在螺旋弹簧32a2的载荷小于静止惯性的情况下，螺旋弹簧32a2的挠曲变大，电接点32c可能在小齿轮31与齿圈13抵接之前便闭合，起动器3可能开始旋转。

在此，在上述实施方式1中，将小齿轮31与齿圈13抵接的时刻设为T1，将发电电动机2的旋转开始设为T2，将起动器3的旋转开始设为T3时，通过满足下面的式子(1)，以减轻啮合冲击。

T2≤T3 (1)

也就是说，式子(1)与T1的正时无关，因此，即使T3＜T1啮合冲击也减轻，因此也可以为载荷低的螺旋弹簧32a2。

但是，在上述实施方式1中，作为另一个关系，通过满足下面的式子(2)，能实现稳定的啮合。

T1≤T2 (2)

因此，根据式子(1)和式子(2)，优选满足T1≤T2≤T3的关系。

因此，优选为螺旋弹簧32a2具有如下的载荷，即在小齿轮31与齿圈13抵接的时刻之后，将电接点32c闭合，并且起动器3开始旋转。即，优选在推出小齿轮31时，螺旋弹簧32a2的载荷在静止惯性的作用下不产生一定以上的挠曲，通过基于静止惯性适当地设定螺旋弹簧32a2的载荷，能确保T1≤T2≤T3的关系。

在此，根据式子(1)和式子(2)，即使T1＝T2＝T3，也能实现啮合冲击得到减轻的稳定的啮合，但在考虑到动作的偏差的情况下，优选T1＜T3。也就是说，优选在小齿轮31与齿圈13的抵接与起动器3的旋转开始之间存在些许时间差，发电电动机2只要在T1～T3之间开始旋转即可。

根据如上所述构成的起动器3，形成在小齿轮31与齿圈13抵接的时刻之后，将电接点32c闭合、并驱动电动机部34使其旋转的结构，从而不会出现在小齿轮31旋转的同时开始与齿圈13的啮合，因此，能实现稳定的啮合。

此外，螺旋弹簧32a2设于小齿轮推出机构的任意部位、即可动铁心32a～柄35～单向离合器33～小齿轮31中的任一处以上，只要设定为在小齿轮推出机构的静止惯性的作用下，起动器3在小齿轮31与齿圈13的抵接之后开始旋转的载荷以上即可。

由此，在使用发电电动机2和起动器3这两者的发动机1的组合曲柄转动中，能实现由啮合冲击的减轻带来的长寿命、成本削减和起动时间的缩短。

另外，在上述实施方式2中，螺旋弹簧32a2只要具有弹性能挠曲即可，因此，并不局限于螺旋形状的弹簧，也可以为橡胶等弹性体，只要为缓冲构件即可。

此外，通过使螺旋弹簧32a2在小齿轮31与齿圈13抵接之后挠曲，能使铁心32a1移动，但在螺旋弹簧32a2的载荷比用于使铁心32a1移动的磁吸引力大的情况下，铁心32a1无法移动，从而变成无法将电接点32c闭合的状态。

然而，根据本发明实施方式2，发电电动机2在小齿轮31与齿圈13抵接之后开始旋转，因此，通过使齿圈13相对于正停止的小齿轮31旋转，使得小齿轮31在处于能啮合的位置时被进一步推出，可动铁心32a再开始移动，并将电接点32c闭合，从而能开始起动器3的旋转。

由上，也可以为能维持在小齿轮31与齿圈13抵接并且小齿轮31无法被进一步推出的状态时电接点32c断开的状态的螺旋弹簧32a2的载荷，在该情况下，构成为在小齿轮31与齿圈13可靠地抵接之后，起动器3开始旋转。

此外，也可以采用能维持在小齿轮31与齿圈13抵接并且小齿轮31无法被进一步推出的状态时电接点32c断开的状态的结构，并且也可以采用没有螺旋弹簧32a2而铁心32a1与挂钩32a3一体移动的结构。

另外，在上述实施方式1、2中，若将启动的电信号同时发送给发电电动机2和起动器3，则发动机起动的系统将不会复杂，或者无需复杂的起动控制，因此，能获得稳定的发动机起动装置。

在此，在同时发送电信号的情况下，若发电电动机2的旋转开始变早，则起动器3的动作是在经过机构稳定的期间之后实施的，因此，能将在经过规定的时间之后开始发电电动机2的旋转的控制加入到MG控制电路22。

此外，若使将电信号发送给发电电动机2和起动器3的正时同时，则即使在通过驾驶员的起动操作起动发动机1的初始起动中，通过将向起动器3的电磁开关32施加的电压作为电信号发送给MG控制电路22而不使用其它控制功能，也能实施组合曲柄转动。

在此，电磁开关32为随着一个可动铁心32a的移动而进行小齿轮31的推出和电接点32c的闭合的结构，但也可以为能分别实施小齿轮31的推出和电接点32c的闭合的机构。

此外，也可以为下述机构，即在小齿轮31的齿圈13侧端面与非扭矩传递侧的齿面之间设有作为沿齿面的曲面形状的齿面倒角部，而且，在小齿轮31的齿顶外径部沿齿顶外径设有齿顶倒角部。在该情况下，齿面倒角部由于沿非扭矩传递侧的齿面的曲面形成，因此，在沿与轴向垂直的截面观察时，该状态和齿圈13的齿与小齿轮31的齿始终啮合的状态相同。

在与齿彼此啮合的状态不同的情况下，齿圈13与小齿轮31各自的齿的速度矢量不同。因此，从结果上说，接触位置在轴向上发生偏移，不仅无法传递稳定的旋转力，还存在变为弹开力的情况，处于不稳定的啮合状态。

也就是说，通过在小齿轮31的齿圈13侧端面与非扭矩传递侧的齿面之间设有作为沿齿面的曲面形状的齿面倒角部，即使发电电动机2先开始旋转，也能实现稳定的啮合。

此外，在上述实施方式1、2中，对发电电动机2作为通过带12与发动机1的曲柄轴11始终连接、并同时具有再生和动力运行的功能的发电电动机2进行了说明，但也可以与曲柄轴11直接连接、经由齿轮与曲柄轴11连接或者经由电磁离合器等与曲柄轴11连接，在上述情况下均能获得相同的效果。

(符号说明)

1发动机；2发电电动机；3起动器；4电池；5发动机控制装置(发动机ECU)；11曲柄轴；12带；13齿圈；21电力转换装置；22发电电动机控制电路(MG控制电路)；31小齿轮；32电磁开关；32a可动铁心；32a1铁心；32a2螺旋弹簧；32a3挂钩；32b驱动线圈；32c电接点；33单向离合器；33a螺旋花键部；34电动机部；35柄；35a支点；36输出轴；36a螺旋花键。