車の心臓を始動させる『スターター』の仕組み
車を知りたい
先生、自動車の「スターター」って、エンジンをかけるための装置ってことはわかるんですけど、具体的にどんな仕組みなんですか？
自動車研究家
いい質問だね！ スターターは、バッテリーの電力を使ってモーターを回転させることで、エンジンを始動させる装置だよ。 エンジン自身は止まった状態からでは自力で回転できないから、スターターが必要になるんだ。
車を知りたい
なるほど。それで、モーターが回転したら、どうやってエンジンに力を伝えるんですか？
自動車研究家
スターターのモーターには「ピニオンギア」という歯車が付いていて、これがエンジンの「フライホイール」という大きな歯車と噛み合うことで、エンジンを回転させるんだ。エンジンがかかったら、ピニオンギアはフライホイールから離れる仕組みになっているんだよ。
スターターとは。
自動車用語の「スターター」とは、内燃機関を始動させるための装置です。内燃機関は自ら始動できないため、外部からの動力で回転させる必要があります。短距離走行用のレーシングカーなどを除き、一般的にはバッテリーと電気モーターを使って始動します。 モーターにはピニオンギアが取り付けられており、これがフライホイールまたはAT車の場合はドライブプレートに設置されたリングギアとかみ合って回転力を伝えます。エンジンが始動すると、ピニオンギアとリングギアの連結は解除されます。スターターの方式には、電磁石の力でギアを押し込む電磁押込み式と、ピニオンギアの慣性を利用するベンデックス式がありますが、耐久性と静粛性に優れる電磁押込み式が主流です。ハイブリッドカーでは、走行用のモーターが始動モーターも兼ねています。
エンジンがかかるまで：スターターの役割とは？
車を走らせるためには、まずエンジンをかけなければなりません。では、エンジンはどのようにして動き出すのでしょうか？その陰の立役者が、「スターター」と呼ばれる装置です。
普段あまり意識することのないスターターですが、エンジンが始動する際には重要な役割を担っています。スターターは、バッテリーからの電力を使ってモーターを回転させ、その力でエンジンのクランクシャフトを回します。クランクシャフトが回転することで、エンジン内部のピストンが上下運動を始め、燃料と空気の混合気が燃焼室に送り込まれます。そして、この燃焼によって生じたエネルギーが、車を動かす動力となるのです。
スターターの構造：バッテリーとモーターの連携プレー
エンジンが始動する前、車は静かで動かない金属の塊に過ぎません。しかし、運転席でキーを回す、あるいはスタートボタンを押すだけで、突如としてエンジンに命が吹き込まれるその瞬間、私たちは「スターター」の働きを目の当たりにしているのです。
スターターは、バッテリーの電力を使ってモーターを回転させるというシンプルな構造を持ちながらも、車を走らせるための重要な役割を担っています。バッテリーは車の電力源であり、スターターを作動させるために必要な電気を供給します。そして、モーターは電力を回転運動に変換し、エンジンのクランクシャフトに接続されたフライホイールを回転させることで、エンジン内部のピストン運動を誘発します。
このように、スターターはバッテリーとモーターという2つの要素の連携プレーによって、静止した車を力強く始動させるためのエネルギーを生み出しているのです。
ピニオンギヤとリングギヤ：エンジンの回転を伝える仕組み
エンジンを始動させるためには、スターターが重要な役割を担っています。スターターは、バッテリーからの電力を使ってモーターを回転させ、その力をエンジンに伝えて始動させます。 この時、スターターの力をエンジンのクランクシャフトに伝える重要な役割を果たすのが、「ピニオンギヤ」と「リングギヤ」です。
ピニオンギヤは、スターターに取り付けられた小さな歯車です。一方、リングギヤは、エンジンのクランクシャフトに取り付けられた大きな歯車です。スターターが作動すると、ピニオンギヤが飛び出してリングギヤと噛み合います。そして、スターターモーターの回転がピニオンギヤを介してリングギヤに伝わり、最終的にクランクシャフトを回転させてエンジンが始動するのです。
エンジンが始動すると、ピニオンギヤはリングギヤから離れる仕組みになっています。これは、高速回転するエンジンとスターターが接続されたままの状態では、スターターに過大な負荷がかかり故障の原因となるためです。このように、ピニオンギヤとリングギヤは、エンジン始動という重要な瞬間だけ噛み合うことで、エンジンのスムーズな始動を支えています。
始動方式の進化：電磁押込み式とベンデックス式
エンジンをかける際に無くてはならないスターター。その心臓部とも言える始動方式には、主に電磁押込み式とベンデックス式の2種類が存在します。
電磁押込み式は、電磁石の力でピニオンギアを押し出し、フライホイールと噛み合わせることでエンジンを始動させる方式です。構造がシンプルで安価であるというメリットがある一方、ピニオンギアの押し出し動作とモーターの回転が同時に行われるため、大きな衝撃や音が発生しやすいという側面も持ち合わせています。
一方、ベンデックス式は、ワンウェイクラッチを用いることで、ピニオンギアの噛み合いとモーターの回転を別々に行うことが可能となりました。これにより、電磁押込み式と比較して、静粛性と耐久性に優れているという点が大きなメリットと言えます。
このように、それぞれの方式には異なる特徴が存在します。近年では、静粛性や耐久性に優れたベンデックス式が主流となっていますが、車種や用途によっては電磁押込み式が採用されるケースも残っています。
ハイブリッドカーでのスターター：走行用モーターとの融合
ガソリンエンジンを搭載した車において、エンジンを始動させるために必要なのがスターターです。しかし、ハイブリッドカーでは、スターターという独立した部品は存在せず、走行用モーターが始動の役割も担っています。 これは、ハイブリッドカー特有のシステムによるものです。
ハイブリッドカーの走行用モーターは、エンジンをアシストするだけでなく、発電機としても機能します。そして、エンジンが始動する際には、この走行用モーターが発電機と逆の動きをすることで、エンジンを回転させて始動させるのです。 つまり、ハイブリッドカーでは、1つのモーターが始動、走行、発電という複数の役割を効率的にこなしていると言えるでしょう。