JP2020075689A - 自動二輪車の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トップギヤとオーバートップとの切換を自動で行うことが簡単な構成でできるようにして、エンジンの低回転運転による燃費向上を低価格ニーズの自動二輪車で可能とする変速装置を提供すること。【解決手段】変速機主軸上にはクランク軸から駆動されたクラッチが游動する入力軸を備え、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路を備えて、２つの経路を切り換える切換装置を備えるようにした。【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、クランク軸から減速して入力されクランク軸と平行に配置されて複数のギヤ対を用いた変速機から後輪を駆動する自動二輪車の変速装置に関する。

一般に二輪車はスロットル操作に応じた軽快な走行を可能とするため走行速度に対して比較的エンジン回転数を高くして運転する設定となっており、マニュアル操作の多段式変速機が用いられている。
ところで、二輪車においても燃費改善についての要求が高まっており、郊外などの信号の少ない平坦路などを走行する際には頻繁なスロットル開閉操作をする必要がないため、経済的な運転をするためにはエンジン回転数を下げて運転できることが望ましい。それには、トップギヤよりももっと減速比を小さくしたオーバートップを設定することであり、変速段数を増やすことが軽快な運転と両立させることになる。
しかし、一般に運転者は速度が上がると最上段まで変速段を上げて運転するため、一旦オーバートップにシフトするとそのまま走行してしまう場合があり、そのため、途中で速度が低下してもスロットル操作だけを行って加速が悪いとか速度が出ないなど運転性に不満を持つ場合がある。必要な場合にはシフトダウンして走行することが必要であるが、運転者にとってシフトダウンする操作は面倒でもあるが、それ以前にオーバートップの目的についての理解が少ない場合がある。
自動二輪車でも燃費が求められるのはコミュータとしての用途である場合が多いが、コミュータには誰でも使用できる簡便さが求められ、そのためオーバートップを設定するには自動でシフトできることが商品性の上から不可欠である。

自動二輪車においてもＡＭＴ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が用いられるようになり、マニュアル式多段変速機を用いながら自動で変速が可能なものがある。下記特許文献１及び２に開示されたものではクラッチ操作とシフト操作をモータなどのアクチュエータを用いて自動で変速を行うものである。

特許第５０１３４４２号公報 特開２０１７−４８９０８号公報

しかしながら、特許文献１ではクランクケースの上にアクチュエータを配置しているための搭載上の問題からリンク機構を備えているため、複雑化したりガタが増えたりする問題があった。また特許文献２では後輪駆動スプロケットの外側にモータを配置しているため、幅が大きくなるために乗車姿勢に制約が出るだけでなくモータを取り付けたスプロケットカバーを強固にする必要から重量増加などの問題があった。
更にいずれの特許文献においても２つのアクチュエータを備えることから価格が上昇してしまう問題が避けられず、コミュータ的な用途の二輪車では燃費向上に加えて低価格であることも求められるため、いずれも適用しにくいという問題があった。

かかる実情に鑑み、本発明はトップギヤとオーバートップとの切換を自動で行うことが簡単な構成でできるようにして、エンジンの低回転運転による燃費向上を低価格ニーズの自動二輪車で可能とすることを目的とする。

問題を解決するための手段

本発明の変速装置は、クランク軸から減速して入力されクランク軸と平行に配置されて複数のギヤ対を用いた変速機を有する二輪車の動力伝達経路において、変速機主軸上にはクランク軸から駆動されたクラッチが游動する入力軸を備え、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路を備えて、２つの経路を切り換える切換装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路はオーバートップとして変速機のトップギヤよりも小さな減速比に設定され、設定された車速とスロットル開度の運転範囲において入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路に自動で切り換えるようになったことを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、切換装置は入力軸上に備えたセレクタをモータによって軸方向に移動させてドグクラッチの噛合いを切り換えるようになったことを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、切換装置は変速機とクラッチとの間に配置されたことを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、切換装置はモータからサイクロイド減速機で減速してセレクタを作動させることを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、減速装置とモータを一体のユニットとしてクランクケースに組み付けることを特徴とする。

また、本発明の変速装置において、設定された車速とスロットル開度の運転範囲において、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路のいずれの経路も接続しない状態の運転条件を有することを特徴とする。

発明の効果

本発明の変速装置によれば、走行中にトップギヤとオーバートップとの切換を自動で行うことが簡単な構成でできるようになり、エンジンの低回転運転による燃費向上が可能となる。

本発明の実施形態に係る二輪車の側面図である。 本発明の実施形態に係る動力伝達経路を示すエンジンの断面図である。 図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線における切換装置部分の断面図である。 ドライブプレートの説明図である。 ジョイントの説明図である。 図２のＶＩ―ＶＩ線における切換装置部分の断面図である。 図６のＶＩＩ―ＶＩＩ断面図である。 図６のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩ断面図である。 図６のＩＸ―ＩＸ断面図である。 オーバートップ走行可能な変速範囲の説明図である。 シフト制御システムの説明図である。 オーバートップ時における図６と同様の断面図である。 本発明の他の実施形態における図６と同様の断面図である。

以下、本発明の実施形態である変速装置を図面に基づいて説明する。

図１において、二輪車１はフレーム２の前方と後方に前輪３と後輪４を備え、フレーム２の中央下部に搭載したエンジン５には前傾したシリンダ６を備えており、上部に燃料タンク７が搭載され、後部にシート８を備えて運転者が乗車し、ハンドル９を操作して走行する。

図２に示すように、エンジン５はクランク１１の動力を右端に備えた１次減速ドライブギヤ１２から減速された１次減速ドリブンギヤ１３によって多板式のクラッチ１４に伝達し、クランク軸と平行に配置されて複数のギヤ対を用いた変速機１５からスプロケット１６に架けたチェーン１７によって後輪を駆動する構成となっている。

クランク１１は左クランク１８と右クランク１９とをクランクピン２０に圧入して一体となっている。クランクピン２０にはコンロッド２１によって上部に図示しないピストンが取り付けられ、ベアリング２２とベアリング２３で支承されて左右のクランクケース２４、２５に取り付けられている。また、左クランク１８にはエンジン始動のためのワンウェイクラッチ２６を取り付けた発電器２７が取り付けられている。

クラッチ１４は１次減速ドリブンギヤ１３からダンパー２８で緩衝されてクラッチハウジング２９にクランク１１の動力が伝達され、複数の摩擦板３０とクラッチ板３１とがクラッチスプリング３２によってプレッシャープレート３３から加圧され、摩擦力によって動力をクラッチボス３４に伝える。ハンドルに設けた図示しないクラッチレバーを操作することでレリーズアクスル３５が時計方向に回動し、レリーズピース３６を右に移動させることによってプレッシャープレート３３を引き離して動力伝達を遮断する。

クラッチボス３４はスプライン３７によって入力軸３８に一体に取り付けられているので、１次減速ドリブンギヤ１３の動力は入力軸３８に伝達される。動力切換装置の一部を構成する入力軸３８は左端にスプライン３９を一体に有してセレクタ４０を取り付けている。スプライン３９は角スプラインでもインボリュートスプラインでも構わない。

セレクタ４０は両端にドグ４１と４２を備え、左右にスライドすることによってドライブプレート４３と入力軸３８上で遊動可能になっているオーバートップドライブギヤ４４とに設けたドグとを選択して噛合わせることで動力を伝達する。図３に示すように、セレクタ４０のドグ４１は内歯の歯ドグを有しており、ドライブプレート４３の外歯の歯ドグと噛合っている。
なお、ドグ４３は外歯の歯ドグで、オーバートップドライブギヤ４４は内場の歯ドグとなっているが、逆の組み合わせであっても構わない。

上記入力軸３８は変速機１５の主軸４５の軸上にナット４６で締め付けられたスペーサ４７上で遊動可能となっている。

変速機１５は左右のクランクケース２４、２５内に収められて、主軸４５及び駆動軸４８がそれぞれベアリング４９、５０及びベアリング５１、５２で支持されて、主軸４５上に各々のピニオンギヤ、駆動軸４８上に各々のドリブンギヤが備えられ、左から２速、トップ（５速）、４速、３速、１速の順に配列された５段変速機で構成されている。変速は図示しないシフトペダルによってシフトカムが回動し、シフトフォークによって摺動ギヤを左右にスライドさせてドグの噛合いを選択することで行う。なお、変速ギヤの配列は他の配列であっても構わない。

駆動軸４８の右端にはスプラインによってオーバートップドリブンギヤ５３が取り付けられ、オーバートップドライブギヤ４４と噛み合っている。そして、オーバートップドライブギヤ４４の歯数は変速ギヤのトップギヤの歯数よりも大きく、即ち、ギヤ対としてトップギヤよりも小さな減速比となっている。

また、左右のクランクケース２４、２５には発電器カバー５４とクラッチカバー５５とが取り付けられている。なお、クラッチカバー５５はレリーズアクスル３５を取り付け支持している。

図４に示すように、ドライブプレート４３はベアリング５０の支持部４３ａを備えて、端部に凹部４３ｂを有している。また、図５に示すジョイント５６にはベアリング５０の支持部５６ａ端部に凸部５６ｂを備えており、そして、ドライブプレート４３の凹部４３ｂとジョイント５６の凸部５６ｂが嵌まるように組み合わされる。更に、ジョイント５６は左端部に１速ピニオンギヤ歯面を収容する凹部５６ｃを有しており、これによって主軸４５と結合される。このため、ドライブプレート４３はジョイント５６を通して主軸４５と一体で回転し動力伝達する。ここでドライブプレート４３から駆動軸４８までの動力伝達経路にセレクタ４０とドライブプレート４３のドグが追加されたことになるが、図３に示したようにセレクタ４０とドライブプレート４３は歯ドグで結合しているためドグの噛合いラッシュが小さいので、ミッションギヤのドグの噛合いラッシュを含めて動力伝達経路全体としてラッシュを大きくすることがない。そのため、スロットルの開閉に駆動が遅れることなく運転できる。

そして、切換装置を説明する図６及び図７に示すように、セレクタ４０には溝部に先端が二股になったセレクトフォーク５７が挿入されておりセレクトフォーク５７はボス部５７ａによってガイドピン５８にスライド可能に支持されている。ガイドピン５８上でセレクトフォーク５７が左右にスライドすることによりセレクタ４０が左右に移動する。ガイドピン５８は右クランクケース２５に挿入されてガイドピン５８に一体のフランジ部５８ａを有してボルト５９によって取り付け固定されている。そして、図８に示すようにボス部５７ａには溝６０が設けられピン６１が収容されている。

減速装置について説明すると、シフトモータ６２は出力軸６３を有し、出力軸６３にセレーション結合された駆動軸６４がホルダ６５に支持された軸受け６６で支承されており、出力軸６３の先端に中心からｅだけ偏芯した入力ピン６７を備える。ｐは出力軸６３の軸心である。

減速機はサイクロイド減速機と呼ばれるもので、入力ピン６７から軸受け６８を介して、図９に示すように、中心がｅだけ偏芯した位置の遊星歯車６９がケース７４に圧入された中心がｐの内歯歯車７０と噛合っており、遊星歯車６９の歯数は内歯歯車７０より１歯少なくなっている。干渉なく噛み合わせるため歯車はサイクロイド歯形を用いると内歯歯車と遊星歯車の歯数差を最小とできやすいが、インボリュート歯形であっても構わない。

出力軸６３がｐを中心に１回転すると入力ピン６７がｅだけ偏芯して１回転するため、遊星歯車６９は偏芯しながら内歯歯車７０の周りを回転するが、歯数の違いによって１歯ずれた状態となる。遊星歯車６９に一体に設けた複数のギヤピン７１はピン穴７２の中で偏芯して揺動しながら１歯ずれ分だけピン穴７２を移動させる。こうしてピン穴７２を設けた駆動盤７３が１歯ずれ分だけ回動するため、一体に設けられたピン６１を軸心ｐと同芯上で回動させる。なお、上記減速装置は一体にケース７４内に収容され、シフトモータ６２を組み付けてユニットとして右クランクケース２５に取り付けている。
このように、出力軸６３の１回転で遊星歯車６９の１歯ずつの回動を駆動盤７３に与えるので、１組の遊星歯車と内歯歯車の組み合わせだけで大きな減速比が得られ、しかも、出力軸６３と駆動盤７３が同芯であるため最も小型に配置できる。
なお、大型化するがサイクロイド減速機に替えてピニオンとドリブンギヤからなるギヤ対を組み合わせた一般的な減速装置を用いることも可能である。

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図８に示したピン６１が軸心ｐから最も左にある状態では、図６に示したようにセレクタ４０が左にあり、ドグ４１がドライブプレート４３と噛合っているため、図２に示したようにクランク１１の動力はクラッチ１４のクラッチボス３４から入力軸３８によってセレクタ４０に伝達され主軸４５を回転させる。そして運転者が適宜、変速ギヤを選択して走行する。

トップギヤで走行中、図１０に示した車速とスロットル開度の運転条件においてオーバートップでの走行が可能となる。例えば制限速度範囲で巡航走行しているような条件であり、実線はトップギヤ（Ｔ）からオーバートップ（ＯＴ）へのアップシフト時の変速線、破線はオーバートップからトップギヤへのダウンシフト時の変速線である。スロットル小・中開度の制限速度からの緩加速時などではオーバートップにアップシフトし、スロットル高開度の急加速時や高速走行時にはトップギヤへのダウンシフトやトップギヤを維持しての走行となるようにして、走行性能を落とさないようにしている。アップシフトとダウンシフトのポイントに差を設けて、同一変速点とした場合の頻繁な変速をさせないようになっている。
なお、オーバートップ範囲の設定は図１０に限らず要求に応じて設定できることは勿論である。

自動でシフトをするために図１１に示すように、エンジン回転数、スロットル開度、トップギヤのシフトポジジョンを検出し、ＥＣＵによって点火時期とシフトモータ６２を制御する。なお、オーバートップへのシフトをキャンセルする信号も入力できる。

図１０のオーバートップ域になると、ＥＣＵからの指令によってシフトモータ６２を回転させると遊星歯車６９のギヤピン７１によってピン穴７２を設けた駆動盤７３が回動し、図８においてピン６１中心をｒの位置に移動するため、図１２に示したようにセレクトフォーク５７が右側に移動してセレクタ４０のドグ４２がオーバートップドライブギヤ４４のドグと噛合う。これによって、入力軸３８の動力はセレクタ４０からオーバートップドライブギヤ４４に伝達されて、オーバートップドリブンギヤ５３から変速機１５の駆動軸４８を駆動する。このため、同じ車速でクランク１１の回転を低くして運転できる。

上記のシフト切り換えを円滑に行うため、切り換え時にＥＣＵによって点火時期を一瞬遅角する。これによってクランク１１の発生トルクが低下するためドライブプレート４３とドグ４１の間の摩擦を低下させてセレクタ４０の移動を容易としている。更に、図８に示したように、ピン６１は駆動板７３が１８０度回動してｒに移動するようになっているので、切り換え初めにセレクタ４０を軸方向に移動させる力を最大とできる。そのため、スロットルを開けたままでの変速を可能としている。なお、シフト時のクランク回転数変化によるショックは１次減速ドリブンギヤ１３に設けたダンパー２８で緩衝する。このようにして１つのシフトモータだけで変速を可能としている。
なお、点火時期遅角でなく燃料噴射量を減らしてトルクを低下させてもよい。

オーバートップからトップギヤへのシフトダウン時においては、シフトモータ６２の回転によってｒにあったピン６１を左に移動し図８の状態に戻し、図６に示したセレクタ４０の位置での噛み合いとする。

なお、右クランクケース２５には油孔７５が設けられており、１次減速ドリブンギヤ１３の回転による潤滑油飛沫を捕らえてケース７４とホルダ６５の溝を通して減速装置の内部に導入し、遊星歯車６９などを潤滑する。

以上説明したように、本発明の変速装置によれば、変速機主軸上にはクランク軸から駆動されたクラッチが游動する入力軸を備え、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路を備えて、２つの経路を切り換える切換装置を備えたので、従来の変速機及びシフト装置には手を加えることなく簡単な構成でオーバートップへの変速を可能とすることができる。

また、入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路はオーバートップとして変速機のトップギヤよりも小さな減速比に設定され、設定された車速とスロットル開度の運転範囲において入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路に自動で切り換えることができるので運転者にとって操作が簡便で、経済性が求められる常用運転範囲におけるエンジンの低回転運転を可能として燃費を向上できる。

また、切換装置は入力軸上に備えたセレクタをモータによって軸方向に移動させてドグクラッチの噛合いを切り換えるので、素早い切換えと確実な動力伝達が可能とできるだけでなく、１つのモータだけで変速を実現しているので安価に実施でき、コミュータとしての自動二輪車への適用が可能とできる。

また、切換装置は変速機とクラッチとの間に配置したので、クラッチカバーを外せば保守点検が可能である。またシフトモータを前傾シリンダの後方でクラッチの内側のスペースに配置できることから、シフトモータの取り付けがエンジン全体の構成に影響することがないため大型化することがないので、従来例のような後輪駆動スプロケットの外側に配置して脚の邪魔になるなど乗車時姿勢に影響が生じることがない。

また、切換装置はモータからサイクロイド減速機で減速してセレクタを作動させるので、モータと同軸上でかつ１段の減速で大きな減速比が得られるため、簡単で軽量な減速機で構成できるのでエンジンを大型化することなく、従来例のようなリンク機構による複雑化やガタを生じることがなく実現できる。

また、減速装置とモータを一体のユニットとしてクランクケースに組み付けるので、作動信頼性が高められるとともに工場での組み付け性が向上する。

更に本発明の他の実施形態について説明する。

図１３に示したように、セレクタ４０を左右の中間に位置させることによって動力伝達をカットした状態とするものである。

ハンドルに設けたスロットルグリップを、全閉にしたアイドリング開度の状態からスロットルが開き始めるまでの間に若干の余裕を持たせ、即ち、スロットル全閉でもないが開いてもいないという区間を設ける。

車両が所定の速度になった時、スロットルを全閉でもないが開いてもいないという区間にすると、ＥＣＵからの指令によってセレクトフォーク５７を左右の中間の位置にしてセレクタ４０が動力伝達をカットした状態にする。これはエンジンからの駆動もエンジンブレーキも働かない状態なので惰性走行する。これによって長い距離を速度を維持して走行できる。このとき点火カットあるいは燃料カットしてエンジンを停止することで燃料を消費することなく走行可能とできる。
惰性走行中にスロットルグリップを全閉にするとセレクタ４０が移動してエンジンブレーキがかかり、逆にスロットルグリップを開けるとセレクタ４０が移動して同時にエンジンが運転を開始する。このため惰性走行からエンジン運転走行への移行が円滑にできる。また、ブレーキを作動するとセレクタ４０が移動してドグが噛合い、エンジンブレーキがかかる制御を加えることもできる。

惰性走行可能範囲は図１０のオーバートップ範囲であっても良いし、別の範囲を設定することも可能である。

上記によれば、設定された車速とスロットル開度の運転範囲において、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路のいずれの経路も接続しない状態の運転条件を有することで、エンジンを停止しての惰性走行が可能となり、燃費向上が可能となる。

以上、トップギヤとオーバートップとの切換を自動で行うことが簡単な構成でできるようにして、エンジンの低回転運転による燃費向上を可能とする本発明を実施形態に基づいて説明したが、変速機は５段でなくても構わないし、エンジンは多気筒であっても適用可能である。また、コミュータ的な用途の低価格の二輪車だけでなく、スポーツタイプの自動二輪車や前輪が２輪である鞍乗型車両などにも適用可能である。

１ 二輪車 ２ フレーム
３ 前輪 ４ 後輪
５ エンジン ６ シリンダ
７ 燃料タンク ８ シート
９ ハンドル １１ クランク
１２ １次減速ドライブギヤ １３ １次減速ドリブンギヤ
１４ クラッチ １５ 変速機
３４ クラッチボス ３８ 入力軸
４０ セレクタ ４３ ドライブプレート
４４ オーバートップドライブギヤ ４５ 主軸
４８ 駆動軸 ５３ オーバートップドリブンギヤ
５７ セレクトフォーク ５８ ガイドピン
６２ シフトモータ ６３ 出力軸
６７ 入力ピン ６９ 遊星歯車
７０ 内歯歯車 ７３ 駆動盤
７４ ケース

Claims (7)

1. クランク軸から減速して入力されクランク軸と平行に配置されて複数のギヤ対を用いた変速機を有する自動二輪車の動力伝達経路において、変速機主軸上にはクランク軸から駆動されたクラッチが游動する入力軸を備え、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路を備えて、２つの経路を切り換える切換装置を備えたことを特徴とする自動二輪車の変速装置。
2. 入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路はオーバートップとして変速機のトップギヤよりも小さな減速比に設定され、設定された車速とスロットル開度の運転範囲において入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路に自動で切り換えるようになったことを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車の変速装置。
3. 切換装置は入力軸上に備えたセレクタをモータによって軸方向に移動させてドグクラッチの噛合いを切り換えるようになったことを特徴とする請求項２に記載の自動二輪車の変速装置。
4. 切換装置は変速機とクラッチとの間に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の二輪車の変速機装置。
5. 切換装置はモータからサイクロイド減速機で減速してセレクタを作動させることを特徴とする請求項３〜４に記載の自動二輪車の変速装置。
6. 減速装置とモータを一体のユニットとしてクランクケースに組み付けることを特徴とする請求項５に記載の自動二輪車の変速装置。
7. 設定された車速とスロットル開度の運転範囲において、入力軸から変速機主軸を駆動する経路と入力軸から変速機駆動軸を駆動する経路のいずれの経路も接続しない状態の運転条件を有することを特徴とする請求項１及び請求項３に記載の自動二輪車の変速装置。

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