JP3862066B2 - 車両用パワーユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源を内蔵して車両に搭載される車両用パワーユニットに係り、特に、動力源として内燃機関および電動モータの一方が選択的に搭載される車両用パワーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助動力としてエンジンまたはモータを搭載する二輪車が、特開昭５９−１６７３８８号公報に開示されている。補助動力としてエンジンおよびモータのいずれが好適であるかは、使用者の好みや車両の使用環境、使用形態により異なるため、いずれかの補助動力を利用者の要求に応じて選択的に搭載できるようにすることが望ましい。
【０００３】
エンジンを搭載するエンジンユニットおよびモータを搭載するモータユニットのいずれかを選択的に搭載可能な車両では、各パワーユニットケースの形状を共通化すれば、パワーユニットケースの管理が容易になるのみならず、車体フレームも共通化できるようになる。したがって、使用者にとっては同一デザインでありながらパワーユニットの選択が可能となり、生産者にとっては部品の共通化による生産性の向上やコストダウンが期待できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、エンジンユニットは出力が大きいもののモータに較べて振動が大きくなる。これに対して、モータユニットは振動が小さいもののエンジンに較べて大きな出力を出しにくい。したがって、従来技術ではパワーユニットケースを共通化すると、振動および出力の一方を犠牲にするか、あるいは振動および出力の双方を均等に犠牲にしなければならなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、振動および出力を犠牲にすることなくパワーユニットケースを共通化できる車両用パワーユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、動力源を内蔵して車両に搭載され、動力を駆動輪へ伝達するパワーユニットにおいて、
パワーユニットには、動力源として内燃機関および電動モータの一方が選択的に搭載可能とし、動力源として内燃機関を搭載した際にクランク軸が支持される支持手段に、動力源として電動モータを搭載した際は、その回転軸が支持されるようにした。さらに、内燃機関のクランク軸には、これと同軸状にバランサが装着されるものとし、動力源として内燃機関を搭載した際に前記バランサが収容される空間に、動力源として電動モータを搭載した際は、そのステータを含む主要部が収容されるようにした。
【０００７】
上記した特徴によれば、動力源として内燃機関を搭載した際に、そのクランク軸を支持する支持手段を、動力源として電動モータを搭載した際には、その回転軸を支持する支持手段として利用できるので、いずれの動力源を搭載する場合でも、支持手段を含むハウジングを共通化できる。また、動力源として内燃機関を搭載した際に、そのクランク軸のバランサが収容されるハウジング内部の比較的大きな空間を、動力源として電動モータを搭載した際には、その主要部を収容する空間として利用できるので、ハウジングを共通化しながら大きな体格のモータを収容できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、動力源としてエンジンおよび電動モータの一方が選択的に収容されるエンジン＆モータ兼用パワーユニット（以下、Ｅ＆Ｍパワーユニットと表現する）が搭載されるペダル付き自動二輪車の縦断側面図である。図２は、動力源としてエンジンが搭載された場合の図１の２−２線に沿ったＥ＆Ｍパワーユニットの断面図である。図３は、図２の３−３線断面図、図４は、図３の４−４線断面図、図５は、図１の５−５線拡大断面図である。
【００１０】
図１において、ペダル付き自動二輪車の車体フレーム２１は、前端にヘッドパイプ２２が設けられて後下がりに傾斜したメインフレーム２３と、メインフレーム２３の後部から上方に延設されるシートポスト２４と、シートポスト２４の上部に上端が結合される左、右一対のリヤフレーム２５とを備える。
【００１１】
ヘッドパイプ２２には、フロントフォーク２６が操向可能に支承され、その下端に前輪ＷＦが軸支されている。フロントフォーク２６の上端には、バー状の操向ハンドル２７が設けられている。
【００１２】
シートポスト２４には、サドル状のシート２８を上端に備える支持パイプ２９が上方から差し込まれ、支持パイプ２９は、上下位置を調節可能としてシートポスト２４に固定される。Ｅ＆Ｍパワーユニット１０は、シートポスト２４の下方において、車体フレーム２１に剛性的に固定されている。
【００１３】
左、右一対のリヤフレーム２５下部間に後輪ＷＲが軸支されており、この後輪ＷＲには、シート２８上のライダーが左、右一対のクランクペダル３０を踏み込むことによる踏力を伝達することが可能であり、またＥ＆Ｍパワーユニット１０に搭載されるエンジン３１の出力を伝達することも可能である。シートポスト２４の上部には、その後方側に配置される収納ボックス３２が支持されており、前記一対のリヤフレーム２５は、収納ボックス３２を後方側から覆うように配置される。前記収納ボックス３２には、バッテリや、エンジン３１を制御するための制御装置等が収納される。
【００１４】
図２〜図４を併せて参照して、エンジン３１は、サイドバルブ式の４サイクルエンジンであり、このエンジン３１のエンジン本体３３は、シリンダブロック３４と、シリンダブロック３４の下部に結合されるパワーユニットケース３５と、シリンダブロック３４の上部に結合されるシリンダヘッド３６とで構成される。
シリンダブロック３４は、シリンダボア３７が設けられるシリンダ部３４ａを一体に有している。
【００１５】
パワーユニットケース３５は、クランク室４２を相互間に形成して相互に結合される第１および第２ケース部材３８・３９と、前記クランク室４２の外方に配置される作動室４３を第１および第２ケース部材３８，３９との間に形成するようにして第２ケース部材３９に結合される第３ケース部材４０とで構成され、作動室４３は後輪ＷＲ側に向けて開放される。
【００１６】
第１および第２ケース部材３８，３９の分割面は、図２に示すように、シリンダボア３７の軸線ｃを含む平面上に設定され、第１および第２ケース部材３８，３９が、シリンダ部３４ａの一部を相互間に挟むようにしてシリンダブロック３４に締結される。クランク室４２には、自動二輪車の幅方向に沿う軸線を有するクランクシャフト４５の大部分が収納されており、シリンダボア３７に摺動自在に嵌合されるピストン４６がコンロッド４７を介してクランクシャフト４５に連結される。
【００１７】
このクランクシャフト４５は、一対のクランクウェイト４５ａ，４５ｂを有する。クランクシャフト４５は、そのクランクウェイト４５ａ，４５ｂを相互間に挟む一対の保持板４８，４９で構成されてクランク室４２に収納されるとともにパワーユニットケース３５の第１および第２ケース部材３８，３９に締結されるホルダ５０により回転自在に支承される。
【００１８】
両保持板４８，４９間には、図２に示したように、複数の円筒状のスペーサ５１が介装されており、それらのスペーサ５１に挿通されるリベット５２で両保持板４８，４９を連結することによりホルダ５０が構成される。該ホルダ５０は、パワーユニットケース３５の第１および第２ケース部材３８，３９にそれぞれ締結されるとともに、シリンダブロック３４のシリンダ部３４ａに締結される。
【００１９】
ホルダ５０の両保持板４８，４９には、一対のボールベアリング５３ａ，５３ｂの外輪が同軸に圧入されており、クランクシャフト４５は、各ボールベアリング５３ａ，５３ｂを介してホルダ５０に回転自在に支承される。
【００２０】
シリンダボア３７の軸線ｃに沿う方向から見て前記クランクシャフト４５の両側には、クランクシャフト４５の一直径線上に回転軸線を有してクランク室４２に収納される一対のバランサ５４，５４が配置されており、各バランサ５４，５４のバランスウェイト５４ａ，５４ｂは、クランクシャフト４５の軸線と平行な方向から見て前記クランクシャフト４５の両クランクウェイト４５ａに一部が重なるようにして、両クランクウェイト４５ａ，４５ｂ間に配置される。
【００２１】
両バランサ５４，５４は、対をなす２組のボールベアリング５５ａ，５５ｂおよび同５５ｃ，５５ｄを介してホルダ５０により回転自在に支承されている。各ボールベアリング５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄの外輪はホルダ５０の両保持板４８，４９に圧入される。
【００２２】
クランクシャフト４５には、ホルダ５０の保持板４８と、クランクシャフト４５の一方のクランクウェイト４５ｂとの間で駆動ギヤ５６が固設されており、両バランサ５４，５４には、駆動ギヤ５６に噛合する被動ギヤ５７ａ，５７ｂがそれぞれ固設される。したがって、クランクシャフト４５の回転に連動して両バランサ５４，５４がクランクシャフト４５と平行な軸線まわりに相互に逆方向に回転することになる。
【００２３】
車体フレーム２１の前後方向に沿って前記クランクシャフト４５の前方側には、車体フレーム２１が備えるシートポスト２４の下方側への延長線上に軸線を有するペダルシャフト５８が、その軸線を前記クランクシャフト４５と平行にして配置されている。ペダルシャフト５８は、パワーユニットケース３５の第１および第３ケース部材３８，４０に、それぞれボールベアリング５９，６０を介して回転自在に支承される。パワーユニットケース３５の外方側でペダルシャフト５８の両端にはクランクペダル３０がそれぞれ設けられる。
【００２４】
作動室４３内には、ペダルシャフト５８と同一軸線まわりに回転することを可能として前記ペダルシャフト５８で相対回転可能に支承されるロータ６１と、該ロータ６１で覆われるようにして前記パワーユニットケース３５の第１ケース部材３８により固定的に支持されるステータ６２とから成る発電機６３が収納される。
【００２５】
パワーユニットケース３５の第２ケース部材３９を回転自在に貫通して作動室４３に突出したクランクシャフト４５には、駆動プーリ６４が相対回転不能に装着されており、前記発電機６３のロータ６１に固着された被動プーリ６５と前記駆動プーリ６４とに無端状のベルト６６が巻き掛けられる。したがって、クランクシャフト４５の回転に応じて発電機６３のロータ６１が回転駆動される。
【００２６】
図５を併せて参照して、クランクシャフト４５の回転動力は、ベルト式無段変速機７０および遊星ギヤ式減速機７１を含む動力伝達手段６９を介して後輪ＷＲに伝達される。動力伝達手段６９は、自動二輪車の前進方向を向いた状態では、エンジン３１が備えるシリンダボア３７の軸線ｃを含む鉛直面に関して左側に配置される。
【００２７】
ベルト式無段変速機７０は、遠心ウェイト７２を有するとともに当該遠心ウェイト７２の作用で有効半径を変化させるようにして作動室４３内でクランクシャフト４５に設けられた駆動プーリ７３と、駆動プーリ７３の有効半径変化に応じて有効半径を変化させる被動プーリ７４と、駆動プーリ７３および被動プーリ７４に巻掛けられる無端ベルト７５とを備える。
【００２８】
自動二輪車の前進方向を向いた状態で後輪ＷＲの左側には、被動プーリ７４と、遠心クラッチから成る発進クラッチ７６と、前記遊星ギヤ式減速機７１とを収納した伝動ケース７７が配置されている。伝動ケース７７は、左右一対のリヤフレーム２５の一方で固定的に支持される。
【００２９】
後輪ＷＲの車軸７８の一端側は前記伝動ケース７７で回転自在に支承されており、被動プーリ７４は車軸７８に相対回転自在に装着される。被動プーリ７４および車軸７８間には、前記発進クラッチ７６および遊星ギヤ式減速機７１が介設される。
【００３０】
このようなベルト式無段変速機７０では、クランクシャフト４５の回転数増加に伴う遠心ウェイト７２の作用で駆動プーリ７３の有効半径が増加し、それに伴つて被動プーリ７４の有効半径が減少することにより、変速比がロー側からトップ側に向けて無段階に変化する。ベルト式無段変速機７０で変速されたエンジン３１の駆動力は遊星ギヤ式減速機７１でさらに減速されて車軸７８に伝達される。
【００３１】
自動二輪車の前進方向を向いた状態で後輪ＷＲの右側には、ドラムブレーキ７９の背板８０が、左右一対のリヤフレーム２５の他方で固定的に支持されるようにして配置されており、車軸７８の他方側が背板８０で回転自在に支承される。
【００３２】
車軸７８には、前記背板８０よりも外方において被動スプロケット８１が固着される。またパワーユニットケース３５の右側で、ペダルシャフト５８には前記被動スプロケット８１に対応した駆動スプロケット８２が固着され、駆動スプロケット８２および被動スプロケット８１に無端状のチェーン８３が巻き掛けられる。したがってクランクペダル３０を踏み込んでペダルシャフト５８を回転操作したときには、その踏力に応じた回転動力が後輪ＷＲの車軸７８に伝達されることになる。
【００３３】
図２および図３に特に注目して、エンジン３１のシリンダブロック３４およびシリンダヘッド３６間には、ピストン４６の頂部の一部を臨ませる燃焼室８５が、自動二輪車の前進方向を向いた状態でシリンダボア３７の軸線ｃから右側にずれた位置に中心を配置するようにして形成される。シリンダヘッド３６には燃焼室８５に内端を臨ませる点火プラグ８６が取り付けられる。
【００３４】
シリンダブロック３４のシリンダ部３４ａには、前記燃焼室８５に通じ得る吸気ポート８７がメインフレーム２３側に臨んで設けられるとともに、前記燃焼室８５に通じ得る排気ポート８８が後輪ＷＲ側に臨んで設けられ、吸気ポート８７および排気ポート８８は、自動二輪車の前進方向を向いた状態では、シリンダボア３７の軸線を含む鉛直面の右側に配置される。
【００３５】
吸気弁８９は、吸気ポート８７および燃焼室８５間の連通・遮断を切り換える。排気弁９０は、排気ポート８８および燃焼室８５間の連通・遮断を切り換える。前記吸気弁８９および排気弁９０は、シリンダボア３７の側方で燃焼室８５に挟むようにしてシリンダブロック３４に開閉作動可能に支承されるとともに閉弁方向にばねで付勢される。
【００３６】
すなわち、クランクシャフト４５の回転動力を後輪ＷＲに伝達する動力伝達手段６９と、吸気弁８９および排気弁９０とは、シリンダボア３７の軸線ｃを含む鉛直面の左、右に振り分けて配置される。
【００３７】
前記吸気弁８９および排気弁９０は、動弁機横９１により開閉駆動される。この動弁機横９１は、クランクシャフト４５に固定されるタイミング駆動ギヤ９２と、ホルダ５０の保持板４８に固定される支軸９３で回転自在に支承されて前記タイミング駆動ギヤ９２に噛合するタイミング被動ギヤ９４と、タイミング被動ギヤ９４に一体に形成されるカム９５と、該カム９５に従動して揺動するようにしてシリンダブロック３４に支承されるとともに前記吸気弁８９に連動、連結される吸気側ロッカアーム９６と、前記カム９５に従動して揺動するようにしてシリンダブロック３４に支承されるとともに前記排気弁９０に連動、連結される吸気側ロッカアーム９７とを備える。
【００３８】
前記タイミング駆動ギヤ９２は、クランクシャフト４５の回転動力を１／２に減速してタイミング被動ギヤ９４およびカム９５に伝達する。すなわちカム９５は、クランクシャフト４５の回転速度の１／２に減速されて回転することになるシリンダブロック３４におけるシリンダ部３４ａには、車体フレーム２１の前後方向に延びる吸気管９８の下流端が吸気ポート８７に通じるようにして接続されており、この吸気管９８の上流端は、車体フレーム２１におけるメインフレーム２３内の後部に収納された気化器９９の下流端に接続される。
【００３９】
図２、図３および図５において、エンジン３１からの排気ガスを導く排気管１２５の上流端が排気ポート８８に通じるようにしてシリンダブロック３４に接続される。この排気管１２５は、エンジン３１および後輪ＷＲ間で後輪ＷＲに沿うようにして下方に延びるものであり、車体フレーム２１のリヤフレーム２５で支持されて後輪ＷＲの右側に配置されるマフラー１２６に排気管１２５の下流端が接続される。
【００４０】
このように、本実施形態では、エンジン３１が備えるパワーユニットケース３５には、一対のクランクウェイト４５ａ，４５ｂを有するクランクシャフト４５が支承されるとともにペダルシャフト５８が回転自在に支承されるのであるが、パワーユニットケース３５を含むエンジン本体３３は、車体フレーム２１に剛性的に固着されており、一対のバランサ５４，５４が、クランクシャフト４５の回転に連動して該クランクシャフト４５と平行な軸線まわりに回転することを可能としてパワーユニットケース３５内に収納されている。
【００４１】
したがって、バランサ５４，５４によりエンジン３１の振動が抑制されることになり、エンジン本体３３が車体フレーム２１に剛性的に固着されていてもエンジン振動に起因した車体フレーム２１の振動を低減することができ、またエンジン本体３３の車体フレーム２１への剛性的な固着により、エンジン本体３３が備えるパワーユニットケース３５に支承されたペダルシャフト５８の両端のクランクペダル３０を踏み込む際の剛性感を確保することができるとともに、防振構造が不要となることで車体フレーム２１へのエンジン本体３３の支持構造をコンパクト化することができる。
【００４２】
しかも、両バランサ５４，５４は、クランクシャフト４５の軸線と平行な方向から見て両クランクウェイト４５ａ，４５ｂに一部が重なるようにして両クランクウェイト４５ａ，４５ｂ間に配置されるバランスウェイト５４ａをそれぞれ有するものであるので、バランサ５４，５４を有するにもかかわらず、クランクシャフト４５の軸線に沿う方向でのパワーユニットケース３５の幅を小さく設定することを可能としてエンジン３１の大型化を防止することができる。
【００４３】
図６は、前記Ｅ＆Ｍパワーユニット１０に、動力源として電動モータを収容した場合の図３の４−４線断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００４４】
電動モータ１００はアウターロータ式（外転型）であり、回転軸１０６に装着されたアウターロータ１０１と、アウターロータ１０１の内壁に沿って環状に配置された複数の永久磁石１０２と、第１ケース部材３８に対してネジ止め固定されたステータ１０４と、前記ステータ１０４に巻回されたステータ巻線１０３とを含む。
【００４５】
図４と比較すれば明らかなように、本実施形態では、駆動源としてエンジンを搭載した際にクランクシャフト４５の主要部（クランクウェイト４５ａ，４５ｂ、バランサ５４およびそのウェイト５４ａ，５４ｂを含む）が収容されていた比較的大きな空間（クランク室４２）に電動モータ１００が配置される。電動モータ１００の回転軸１０６は、駆動源としてエンジンを搭載した際にクランクシャフト４５を軸支していたボールベアリング５３ａ，５３ｂにより軸支される。
【００４６】
このように、本実施形態では動力源としてエンジンを搭載した際に、そのクランクシャフト４５を支持する支持手段としてのボールベアリング５３ａ，５３ｂを、動力源として電動モータ１００を搭載した際には、その回転軸１０６を支持する支持手段として利用できるので、いずれの動力源を搭載する場合でも、支持手段を含むパワーユニットケースを共通化できる。したがって、部品の共通化による生産性の向上やコストダウンが期待できる。
【００４７】
また、動力源としてエンジンを搭載した際に、そのクランクシャフト４５のクランクウェイト４５ａ，４５ｂやバランサ５４が収容される比較的大きな空間４２を、動力源として電動モータ１００を搭載した際には、その本体を収容する空間として利用できるので、ケースを共通化しながら大きな体格のモータを収容できる。したがって、動力源としてエンジンおよび電動モータの一方を選択的に搭載できるパワーユニットにおいて、振動および出力を犠牲にすることなくユニットケースを共通化することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)動力源として内燃機関を搭載した際に、そのクランク軸を支持する支持手段を、動力源として電動モータを搭載した際には、その回転軸を支持する支持手段として利用できるので、いずれの動力源を搭載する場合でも、支持手段を含むハウジングを共通化できる。したがって、部品の共通化による生産性の向上やコストダウンが期待できる。
(2)動力源として内燃機関を搭載した際に、そのクランク軸のバランサが収容されるハウジング内部の比較的大きな空間を、動力源として電動モータを搭載した際には、その本体を収容する空間として利用できるので、ハウジングを共通化しながら大きな体格のモータを収容できる。したがって、動力源として内燃機関および電動モータの一方を選択的に搭載できる車両用パワーユニットにおいて、振動および出力を犠牲にすることなくユニットケースを共通化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ペダル付き自動二輪車の縦断側面図である。
【図２】 図１の２−２線に沿うエンジンの断面図である。
【図３】 図２の３−３線断面図である。
【図４】 エンジン搭載時のパワーユニットの縦断面図（図３の４−４線断面図）である。
【図５】 図１の５−５線拡大断面図である。
【図６】 モータ搭載時のパワーユニットの縦断面図（図３の４−４線断面図）である。
【符号の説明】
２１…車体フレーム，２２…ヘッドパイプ，２３…メインフレーム，２４…シートポスト，２７…操向ハンドル，２８…シート，３０…ペダル，３１…エンジン，３４ａ…シリンダ部，４５…クランクシャフト，５８…ペダルシャフト，６９…動力伝達手段，８９…吸気弁，９０…排気弁，９８…吸気管，９９…気化器

Claims (2)

1. 左右一対のクランクペダルを備えると共に、動力源として内燃機関および電動モータの一方を選択的に搭載して自動二輪車の車体フレームに剛性的に搭載され、前記動力源の動力を駆動輪へ伝達するパワーユニットにおいて、
   クランクウェイトを備えたクランクシャフトおよび当該クランクシャフトと平行な軸線まわりに回転するバランサが、前記クランクウェイトを相互間に挟む一対の保持板で構成されるホルダにより回転自在に支承され、
   動力源として内燃機関を搭載した際には前記ホルダが収容され、動力源として電動モータを搭載した際には当該電動モータが収容されるクランク室を備えたことを特徴とする自動二輪車用のパワーユニット。
2. 前記パワーユニットがベルト式無段変速機の駆動プーリを含み、前記駆動プーリが、動力源として内燃機関が搭載されたときにはクランクシャフトに設けられ、動力源として電動モータが搭載されたときには当該電動モータの回転軸に設けられることを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車用のパワーユニット。

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