JP5036330B2 - 鞍乗型車両 - Google Patents

Description

本発明は、ユニットスイング式の鞍乗型車両において、エンジンユニットを車体フレームによって支持する技術に関する。

ユニットスイング式の鞍乗型車両（例えば、スクータ）では、変速機及びエンジンを含むエンジンユニットが、その後端部において後車輪の車軸を支持するとともに、車体フレームに懸架されるピボット軸を支点として後車輪とともに揺動可能となっている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示の鞍乗型車両においては、エンジンユニットの前後方向中間部近傍がピボット軸に取り付けられ、エンジンユニットは、その中間部近傍において車体フレームによって支持されている。これによって、エンジンユニットの重心に近い部分が車体フレームに支持されることとなり、エンジンユニットは安定的に支持される。
特開２００３−３１２５７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の鞍乗型車両では、エンジンユニットが揺動する時の支点となるピボット軸はエンジンユニットの中間部に取り付けられており、揺動時の支点から後車輪の車軸までの距離が小さい。そのため、支点周りのエンジンユニットの回転角が大きくなり、ホイールベース（前車輪の車軸と後車輪の車軸間の距離）が変動し易い。その結果、例えば、搭乗者の体重や路面の状態によってホイールベースが変動し、良好な走行安定性が得られない場合が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、ホイールベースの変動を低減して、良好な走行安定性を得ることのできる鞍乗型車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る鞍乗型車両は、車体フレームと、前記車体フレームに支持されるピボット軸と、車体の後部に配置される後車輪と、クランク軸を含むエンジンと前記クランク軸の回転力を前記後車輪に伝達する伝達機構とを含み、前記ピボット軸を支点として前記後車輪とともに上下に揺動可能なエンジンユニットとを備える。前記クランク軸は、前記エンジンユニットの前部に配置され、前記エンジンユニットは、前記クランク軸より前方に前記ピボット軸に取り付けられる被支持部を有するとともに、当該被支持部から車体の後方に延び、その後部において前記後車輪の車軸を支持する。

本発明によれば、ピボット軸に取り付けられる被支持部がクランク軸より前にあるので、エンジンユニットの中央部近傍がピボット軸に取り付けられる場合に比べて、ピボット軸から車軸までの距離を長くすることができる。その結果、ホイールベースの変動を低減し、走行安定性の向上を図ることができるようになる。なお、ここで鞍乗型車両は、例えば自動二輪車（スクータを含む）、四輪バギー、スノーモービル等である。

本発明の一態様では、前記被支持部は、前記エンジンユニットの最前部に位置する。この態様によれば、さらにホイールベースの変動を低減し、走行安定性の向上を図ることができるようになる。

また、本発明の他の態様では、前記ピボット軸に取り付けられる前記被支持部は、車両の走行時に前記車軸を含む水平面を跨いで上下に揺動する高さに設けられる。この態様によれば、後車輪の車軸から上下方向に大きく離れて被支持部が設けられる場合に比べて、後車輪の回転によって発生する推進力が被支持部からピボット軸を介して車体フレームに伝達され易くなる。

また、本発明の他の態様では、前記鞍乗型車両は、前記エンジンユニットの揺動を緩和する緩衝器をさらに備え、前記緩衝器は、前記ピボット軸を中心とする円の周方向に伸縮するよう配置される。この態様によれば、緩衝器の伸縮方向以外の力が当該緩衝器に加わりにくくなる。その結果、緩衝器の耐久性の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の例であるユニットスイング式の自動二輪車（スクータ）１の側面図である。図２は自動二輪車１が備える車体フレーム１０の側面図であり、図３は車体フレーム１０の平面図であり、図４はエンジンユニット２０の側面図である。なお、図２においては、車体フレーム１０とともに、エンジンユニット２０と緩衝器５０とが示されている。また、図３においては、エンジンユニット２０が二点鎖線で示されている。

図１に示すように、自動二輪車１は、車体フレーム１０、エンジンユニット２０の他に、前車輪２と、後車輪３と、ピボット軸１０９と、緩衝器５０とを備えている。前車輪２は、自動二輪車１の前部に配置され、その車軸２ａは斜め上下方向に延伸するフロントフォーク７の下端部によって支持されている。フロントフォーク７の上部は、車体フレーム１０が備えるヘッドパイプ１０１によって回転可能に支持されている。フロントフォーク７の上端部にはハンドル８が接続されている。後車輪３は、自動二輪車１の後部に配置されている。後車輪３の車軸４は、エンジンユニット２０の後部によって回転可能に支持されている。後車輪３は、エンジンユニット２０とともに車体フレーム１０に対して上下に揺動可能となっている。

図２又は図３に示すように、車体フレーム１０は、ヘッドパイプ１０１の他に、左右一対の右フレーム１０Ｒと左フレーム１０Ｌとを含んでいる。右フレーム１０Ｒと左フレーム１０Ｌは、それぞれ上側フレーム部１０２と、下側フレーム部１０３と、後側フレーム部１０４と、シートステー１０５と、ピボット支持部１０８と、支持板部１１８とを含んでいる。また、車体フレーム１０は、右フレーム１０Ｒと左フレーム１０Ｌとに掛け渡される前クロス部１１１と、緩衝器支持部１１２と、後側クロス部１１３とを含んでいる。

図２に示すように、下側フレーム部１０３の前端部（上端部）１０３ａは、ヘッドパイプ１０１の下部に接合している。左右の下側フレーム部１０３，１０３は、それぞれ前端部１０３ａから側方に広がるとともに（図３参照）、下方に延伸し、屈曲部１０３ｂにおいて後方に屈曲している。下側フレーム部１０３の後端部１０３ｃは、上方に向けて屈曲し、後側フレーム部１０４に連なっている。図３に示すように、左右の下側フレーム部１０３の後端部１０３ｃには、緩衝器支持部１１２が掛け渡されている。緩衝器支持部１１２は車幅方向に延伸し、その中央部に緩衝器取付部１１９が接合している。この例では、緩衝器支持部１１２は、横断面が略Ｃ字状となる部材である。また、緩衝器取付部１１９は、一対の板状の部材であり、斜め下方に突出するように緩衝器支持部１１２の内側の面に接合されている（図４参照）。

図２に示すように、後側フレーム部１０４は、縦フレーム部１０４ａと、傾斜フレーム部１０４ｂと、後方延伸部１０４ｃとを含んでいる。縦フレーム部１０４ａは、下側フレーム部１０３の後端部１０３ｃから上方に向けて延伸し、その上端部１０４ｄは、斜め後方に向けて屈曲している。傾斜フレーム部１０４ｂは上端部１０４ｄに連なり、車体の後部に向けて斜め後方に延伸している。傾斜フレーム部１０４ｂの上端部１０４ｅは、後方に向けて屈曲し、当該上端部１０４ｅに後方延伸部１０４ｃが連なっている。左右の後方延伸部１０４ｃ，１０４ｃには、後側クロス部１１３が掛け渡されている（図３参照）。

上側フレーム部１０２の前端部（上端部）１０２ａは、ヘッドパイプ１０１の上部に接合している。上側フレーム部１０２は、下側フレーム部１０３の上方において、前端部１０２ａから側方に広がるとともに（図３参照）、下方に延伸し、屈曲部１０２ｂにおいて後方に屈曲している。上側フレーム部１０２は、屈曲部１０２ｂから後方に延伸し、その後端部１０２ｃは、縦フレーム部１０４ａの上端部１０４ｄに垂直に接合している。左右の上側フレーム部１０２の前部には、前側クロス部１１１が掛け渡されている（図３参照）。

シートステー１０５は、車体の前後方向に延伸し、その後端部１０５ａは、傾斜フレーム部１０４ｂの中途部に接合している。図１に示すように、シートステー１０５の上方にはシート９が配置され、シートステー１０５は当該シート９を支持している。シート９の下方には、収納ケース１１が配置されている。収納ケース１１は、左右のシートステー１０５及び上側フレーム部１０２の間に位置している。図２に示すように、シートステー１０５の前部と、上側フレーム部１０２との間には、斜め上下方向に延伸する支柱部１０７が掛け渡されている。

図２に示すように、縦フレーム部１０４ａと傾斜フレーム部１０４ｂには、傾斜フレーム部１０４ｂの中途部から縦フレーム部１０４ａの下端部まで延伸する支持板部１１８が接合している。支持板部１１８は、縦フレーム部１０４ａと傾斜フレーム部１０４ｂから車体の後方に張り出すように設けられている。支持板部１１８の下部は、ピボット支持部１０８を支持している。この例では、ピボット支持部１０８は円筒状の部材であり、その外周面に支持板部１１８の下部が接合している。左右のピボット支持部１０８，１０８は、車幅方向に延伸するピボット軸１０９を支持している。

なお、上側フレーム部１０２の前端部１０２ａと、下側フレーム部１０３の前端部１０３ａとには、補強板１１５が接合している。また、下側フレーム部１０３の屈曲部１０３ｂと上側フレーム部１０２の屈曲部１０２ｂとには、２本の支柱部１１６ａ，１１６ｂが掛け渡されている。

図３又は図４に示すように、エンジンユニット２０は、エンジン３０と、エンジン３０が出力する動力を後車輪３に伝達する伝達機構４０と、リアアーム２１とを備えている。また、エンジンユニット２０は、ピボット軸１０９に取り付けられる左右一対の被支持部２２，２２と、緩衝器５０が取り付けられる緩衝器取付部２３とを備えている。上述したように自動二輪車１はユニットスイング式の車両であり、エンジンユニット２０は、その後部において後車輪３の車軸４を支持し、後車輪３とともにピボット軸１０９を支点として上下に揺動可能となっている。

図４に示すように、エンジン３０は、内部にシリンダ３１が形成されたシリンダブロック３０ａと、シリンダブロック３０ａの上部を覆うシリンダヘッド３０ｂと、クランク機構３２と、バランサ機構３６と、クランクケース３０ｃと、を備えている。クランク機構３２は、ピストン３３と、クランク軸３４と、クランク軸３４とピストン３３とを連結するコンロッド３５と、を備えている。

シリンダブロック３０ａ及びシリンダヘッド３０ｂは、シリンダ３１の軸線方向（図４においてＣが示す方向）が車体の上下方向に向く姿勢で配置されている。図１に示すように、シリンダブロック３０ａ及びシリンダヘッド３０ｂの前方に、収納ケース１１が配置されている。なお、図４に示す例では、シリンダ３１は、車体の後方に向けて僅かに傾斜している。クランクケース３０ｃは、エンジンユニット２０の前部に設けられ、車幅方向に延伸するクランク軸３４を収容している（図３参照）。ピストン３３は、インジェクタ（不図示）から供給された燃料が燃焼することによって、シリンダ３１内を往復運動する。クランク機構３２は、ピストン３３の往復運動をクランク軸３４の回転運動に変換する。

伝達機構４０は、クランク軸３４の回転を減速して後車輪３の車軸４に伝達する。この例では、伝達機構４０は、無段変速機構４１と、被駆動軸４５、中間軸４６と、を備え、これらは後車輪３の左側に配置される伝動ケース４７に収容されている。伝動ケース４７の前部４７ａはクランクケース３０ｃの側部に取り付けられ（図３参照）、伝動ケース４７は当該前部４７ａから車体の後方に延びている。

無段変速機構４１は、駆動プーリ４２と、被駆動プーリ４３と、駆動プーリ４２と被駆動プーリ４３とに巻かれるＶベルト４４とを備えている。駆動プーリ４２は、伝動ケース４７の前部４７ａに収容されている。駆動プーリ４２は、クランク軸３４の端部に取り付けられており、当該クランク軸３４とともに回転する。被駆動軸４５は、伝動ケース４７の後部において、後車輪３の車軸４から離れて配置されている。被駆動プーリ４３は、被駆動軸４５に対して空転するように当該被駆動軸４５に嵌められている。クランク軸３４の回転力は、駆動プーリ４２と、Ｖベルト４４とを介して、被駆動プーリ４３に伝達される。Ｖベルト４４の駆動プーリ４２と被駆動プーリ４３とに巻かれた部分の半径は、クランク軸３４の回転数に応じて変化し、これによって減速比が無段階で変化する。

伝達機構４０は、被駆動軸４５と同軸上に遠心クラッチ（不図示）を備えている。被駆動プーリ４３に伝達された回転力は、接続状態にある遠心クラッチを介して、被駆動軸４５に伝達される。被駆動軸４５には、当該被駆動軸４５と連動するギア４５ａが嵌められている。被駆動軸４５に伝達された回転力は、ギア４５ａと、当該ギア４５ａと噛み合うとともに中間軸４６とともに連動するよう設けられた大径ギア４６ａを介して、中間軸４６に伝達される。中間軸４６には、大径ギア４６ａとともに、当該大径ギア４６ａより径の小さい小径ギア４６ｂが嵌められている。中間軸４６に伝達された回転力は、小径ギア４６ｂと、当該小径ギア４６ｂと噛み合うとともに車軸４と連動するギア４ａを介して、車軸４に伝達される。

図２に示すように、リアアーム２１は、後車輪３の右側に配置される概略三角形状の部材であり、その前部がクランクケース３０ｃに取り付けられている。リアアーム２１は、クランクケース３０ｃへの取付位置から後方に延伸し、その後端部において車軸４を支持している。

被支持部２２，２２は、図３又は図４に示すように、クランク軸３４の前方に設けられ、エンジンユニット２０の最前部に位置している。この例では、被支持部２２，２２は、クランクケース３０ｃの前側の壁部３０ｄから前方に突出するように形成されている（図４参照）。エンジンユニット２０は被支持部２２，２２から後方に延びるように設けられ、伝動ケース４７の後部及びリアアーム２１の後端部が後車輪３の車軸４を回転可能に支持している。図５は、車体フレーム１０のピボット支持部１０８，１０８及び支持板部１１８を後方から臨む様子を示す図である。被支持部２２には、車幅方向に延伸する挿通孔２２ａが設けられており、当該挿通孔２２ａにピボット軸１０９が挿通されている。これによって、被支持部２２は路面の凹凸に応じてピボット軸１０９に対して回転し、ピボット軸１０９を支点とするエンジンユニット２０の揺動が可能となっている。

また、図１に示すように、被支持部２２が取り付けられるピボット軸１０９と車軸４とが含まれる仮想平面Ｐは路面に対して略平行となっている。被支持部２２は、車両の走行時に車軸４を含む水平面（路面と平行な面）を跨いで上下に揺動する高さに設けられている。

なお、図５に示すように、ピボット支持部１０８には、ピボット軸１０９を挿通するための車幅方向に延伸する挿通孔が形成されている。この挿通孔の内側には、ピボット軸１０９の外径に相応した内径を有する円筒状のブッシュ１０８ａが配置されている。ピボット軸１０９は、このブッシュ１０８ａの内側に挿通されており、ピボット支持部１０８は、ブッシュ１０８ａを介してピボット軸１０９を支持している。

緩衝器取付部２３は、図４に示すように、車体フレーム１０の緩衝器取付部１１９の後方に設けられ、クランクケース３０ｃの下側の壁部３０ｅから下方に突出するように形成されている。この緩衝器取付部２３には、緩衝器５０の後端部が取り付けられている。

上述したように、エンジン３０は、バランサ機構３６を備えている。バランサ機構３６は、ピストン３３の往復運動によるエンジンユニット２０の振動を抑制する機構である。図４に示すように、バランサ機構３６は、バランサ軸３７と、バランサ軸３７とともに回転するギア３７ｃと、同じく、バランサ軸３７とともに回転するバランサウェイト３７ｗとを備えている。ギア３７ｃは、クランク軸３４とともに回転するギア（不図示）に噛み合っており、バランサ軸３７はクランク軸３４とは反対向きに等速度で回転する。本実施の形態では、バランサ軸３７の位置と、バランサ軸３７の周方向におけるバランサウェイト３７ｗの位置は、被支持部２２の振動を抑制し、エンジンユニット２０の振動が被支持部２２からピボット軸１０９に伝達されないように設定されている。バランサ機構３６については、後において詳細に説明する。

緩衝器５０は、路面の凹凸に応じて伸縮することでエンジンユニット２０及び後車輪３の急激な揺動を緩和するものであり、図４に示すように、車体フレーム１０の緩衝器取付部１１９と、クランクケース３０ｃに形成された緩衝器取付部２３とに掛け渡されている。緩衝器５０は、ダンパ５２と、エンジン側取付部５５と、フレーム側取付部５６とを備え、ダンパ５２は、ケース５３と、ロッド５４とを備えている。

ケース５３の内部にはシリンダ５３ａが設けられ、当該シリンダ５３ａにはオイルやガスが封入されている。ロッド５４の前端部には、ピストン５３ｂが取り付けられている。ピストン５３ｂはシリンダ５３ａに収容されている。ロッド５４は、エンジンユニット２０の揺動に応じて、ピストン５３ｂを牽引又は押圧する。この例では、シリンダ５３ａ内にコイルスプリング５１が配置されている。コイルスプリング５１は、ダンパ５２が収縮するように（短くなるように）、ピストン５３ｂを押圧している。

エンジン側取付部５５は、ダンパ５２から後方に延伸している。エンジン側取付部５５の後端部は、ボルト２７によってエンジンユニット２０の緩衝器取付部２３に取り付けられ、緩衝器取付部２３に対して回転可能となっている。

フレーム側取付部５６は、ダンパ５２から前方に延伸し、その前端部は、ボルト２８によって車体フレーム１０の緩衝器取付部１１９に取り付けられている。

緩衝器５０は、ピボット軸１０９の下方において、路面と略平行に設けられている。また、フレーム側取付部５６はピボット軸１０９より前方に位置し、エンジン側取付部５５はピボット軸１０９より後方に位置している。これによって、緩衝器５０の伸縮方向（図４においてＳに示す方向）がピボット軸１０９を中心とする円の周方向を向いている。すなわち、図４においては、ピボット軸１０９の中心を通り径方向に延伸する直線Ｔに対して方向Ｓが略垂直となっている。

ここで、エンジン３０内に配置されるクランク機構３２と、バランサ機構３６とについて説明する。図６及び図７は、クランク機構３２とバランサ機構３６との位置関係を説明するための図である。上述したように、バランサ機構３６は、バランサ軸３７と、バランサウェイト３７ｗとを備えている。また、クランク機構３２は、ピストン３３と、クランク軸３４と、コンロッド３５とを含んでいる。クランク軸３４には、当該クランク軸３４を挟んでクランクピン３４ｐの反対側に設けられクランク軸３４とともに回転するカウンタウェイト３４ｗ１が設けられている。また、クランク軸３４の周方向においてカウンタウェイト３４ｗ１とは異なる位置に、クランク軸３４とともに回転するウェイト３４ｗ２が設けられている。なお、図６及び図７において、カウンタウェイト３４ｗ１と、ウェイト３４ｗ２は、簡略化のため黒丸として表されている。また、図７において、バランサウェイト３７ｗは、黒丸として表されている。また、ここでは、簡略化のため、カウンタウェイト３４ｗ１とウェイト３４ｗ２とクランクピン３４ｐは、クランク軸３４の軸中心Ｃｏからの距離が等しい位置（図６において距離ｒとなる位置）に設けられているものとして説明する。

本実施の形態において、バランサ軸３７の位置と、バランサ軸３７の周方向におけるバランサウェイト３７ｗの位置と、クランク軸３４の位置と、クランク軸３４の周方向におけるウェイト３４ｗ２の位置は、被支持部２２を介してピボット軸１０９に伝達される振動が低減されるように設定されている。

まず、クランク軸３４の周方向におけるウェイト３４ｗ２の位置について説明する。クランク機構３２には、カウンタウェイト３４ｗ１と、ウェイト３４ｗ２と、クランクピン３４ｐと、コンロッド３５の大端部側（クランク軸３４側）が、クランク軸３４の軸中心Ｃｏの回りを回転することによって、遠心力が生じる。これらの部材の遠心力を合わせた遠心力は、図６においてｆ１として示されている。この遠心力ｆ１の方向は、クランク軸３４の位相に応じて回転する。図６においては、遠心力ｆ１のベクトルの軌跡は円Ｓ１として表されている。また、ピストン３３とコンロッド３５の小端部側（ピストン３３側）とが、シリンダ３１内を往復運動することによって、クランク機構３２には、シリンダ３１の軸線方向Ｙの慣性力が生じる。この慣性力のうち一次慣性力ｆ２は、クランク軸３４の位相に応じて変動する。そのため、クランク機構３２には一次慣性力ｆ２と遠心力ｆ１との合力（以下、慣性力F１とする）が働く。そして、この慣性力F１の方向はクランク軸３４の回転とともに回転する。図６においては、慣性力F１のベクトルの軌跡は楕円Ｓ２として表されている。

ここで説明する例では、カウンタウェイト３４ｗ１の質量は、クランクピン３４ｐとコンロッド３５の大端部側など回転運動する部分の質量と等しくなっている。この場合、楕円Ｓ２の長軸の方向（図６においてＸの示す方向）は、ピストン３３やコンロッド３５の小端部など往復運動する部分の質量Ｍｐとウェイト３４ｗ２の質量Ｍｃとの比ｋ（以下、質量比率とする（ｋ＝Ｍｃ／Ｍｐ））と、クランク軸３４の周方向におけるウェイト３４ｗ２の位置に応じて定まる。すなわち、シリンダ３１の軸線方向Ｙと、方向Ｘの示す方向とがなす角度をχとし、ウェイト３４ｗ２の位置とクランクピン３４ｐの位置とがなす角をφとすると、例えば、日刊工業新聞社発行の「機械設計」第８巻第９号第４３−４４頁に記載されるように、角度χは、次の式で表される。
χ＝{ｔａｎ−１（２ｋ×ｓｉｎφ）／（１＋２ｋ×ｃｏｓφ）｝／２・・・式（１）
そして、本実施の形態では、楕円Ｓ２の長軸の方向Ｘが、エンジンユニット２０の重心Gとピボット軸１０９の軸中心Ｐｏとを結ぶ直線Ｌ１と平行になるように、ウェイト３４ｗ２の質量Ｍｃ及び位置（図６においては角度φ）が設定されている。なお、この例では、楕円Ｓ２の方向を調整するウェイト３４ｗ２と、カウンタウェイト３４ｗ１とが別のものであるとして説明したが、これらは一体成形されてもよい。

次に、バランサ機構３６について説明する。バランサ軸３７は、図７に示すように、当該バランサ軸３７の軸中心Ｂｏとクランク軸３４の軸中心Ｃｏとを結ぶ直線Ｌ２が、上述した直線Ｌ１と平行になる位置に配置されている。上述したように、バランサ軸３７には、当該バランサ軸３７とともに回転するバランサウェイト３７ｗが設けられている。そのため、バランサ機構３６では、バランサ軸３７とバランサウェイト３７ｗの回転による遠心力Ｆ２が生じる。図７において、遠心力Ｆ２のベクトルの軌跡は、円Ｓ３として表されている。バランサウェイト３７ｗは、バランサ軸３７の軸中心Ｂｏの周りを慣性力Ｆ１と同じ方向に回転するよう設けられている。また、バランサ軸３７の周方向におけるバランサウェイト３７ｗの位置は、遠心力Ｆ２の方向が上述した楕円Ｓ２の長軸及び短軸の方向に向いている慣性力Ｆ１に対して反対方向になるように設定されている。

次に、クランク軸３４とバランサ軸３７との位置関係と、バランサウェイト３７ｗの質量とについて説明する。

図７に示すように、バランサ軸３７は、クランク軸３４から離間して配置されている。そのため、エンジンユニット２０には、遠心力Ｆ２と慣性力Ｆ１のモーメントが生じる。エンジンユニット２０は、このモーメントによって振動し、ピボット軸１０９には加速度が生じる。また、ピボット軸１０９には、遠心力Ｆ２と慣性力Ｆ１との合力による加速度も生じる。

ここで説明する例では、この合力によって生じる加速度を、遠心力Ｆ２と慣性力Ｆ１のモーメントによって生じる加速度が低減するように、バランサウェイト３７ｗの質量と、バランサ軸３７とクランク軸３４との位置関係とが設定されている。具体的には、バランサウェイト３７ｗの質量は、バランサ機構３６の遠心力Ｆ２がクランク機構３２の慣性力Ｆ１の最大値と等しくなるように設定されている。そのため、図７においては、円Ｓ３の半径と楕円Ｓ２の長軸の半径は等しくなっている。

また、クランク軸３４とバランサ軸３７の位置関係は、具体的には、次のように設定されている。図７に示すように、エンジンユニット２０の重心Ｇとピボット軸１０９の軸中心Pｏとを結ぶ直線Ｌ１から、クランク軸３４の軸中心Ｃｏとバランサ軸３７の軸中心Ｂｏとを結ぶ直線Ｌ２までの距離をＬとする。また、エンジンユニット２０の重心Ｇからピボット軸１０９の軸中心Ｐｏまでの距離をＬｐとする。また、重心Ｇを通りＶＤ方向（直線Ｌ１及び直線Ｌ２に垂直な方向）に平行な直線Ｌ３からバランサ軸３４の軸中心Ｂｏまでの距離をＬｂとする。さらに、直線Ｌ３からクランク軸３４の軸中心Ｃｏまでの距離をＬｃとする。このとき、各距離が次の式（２）を満たすように、クランク軸３４とバランサ軸３７の位置が設定されている。
Ａ×｛Ｍ×Ｌｐ（Ｌｂ＋Ｌｃ）＋２Ｉ｝＝Ｍ×Ｌｐ×Ｌｃ＋Ｉ ・・・・（２）
なお、式（２）において、Ｍはエンジンユニット２０の質量であり、Ｉは、重心Ｇを通り車幅方向と平行な直線に関するエンジンユニット２０の慣性モーメントである。また、値Ａは、クランク機構３２の慣性力Ｆ１のベクトルによって描かれる楕円Ｓ２の長軸と短軸との比率（長軸：短軸＝Ａ：（１−Ａ））である。この値Ａは、例えば、日刊工業新聞社発行の「機械設計」第８巻第９号第４３−４４頁に記載されるように、上述した楕円Ｓ２の長軸の方向Ｘとシリンダ３１の軸線方向Ｓがなす角度χと、ウェイト３４ｗ２とクランクピン３４ｐとがなす角φと、質量比率ｋとによって、次の式（３）によって表される。
Ａ＝ｋ×ｓｉｎ（φ−χ）／ｓｉｎχ ・・・（３）

以下、式（２）について詳細に説明する。

まず、バランサ機構３６の遠心力Ｆ２のＶＤ方向の成分Ｆ２ｖ及びＰＤ方向（直線Ｌ２と平行な方向）の成分Ｆ２ｐと、クランク機構３２の慣性力Ｆ１のＶＤ方向の成分Ｆ１ｖ及びＰＤ方向の成分Ｆ１ｐと、を算出する。

ピストン３３など、クランク機構３２において往復運動する部分（質量ｍ）に生じる一次慣性力の最大値をＦ（Ｆ＝ｍｒω２、ｒ＝クランク軸３４の軸中心Ｃｏからクランクピン３４ｐまでの距離、ω＝クランク軸３４の角速度）とすると、例えば、日刊工業新聞社発行の「機械設計」第８巻第９号第４３−４４頁に記載されるように、楕円Ｓ２の長軸の半径（クランク機構３２における慣性力Ｆ１の最大値）はＡ×Ｆとなる。また、短軸の半径（慣性力Ｆ１の最小値）は（１−Ａ）×Ｆとなる。図７に示すように、直線Ｌ２に対するクランク機構３２の慣性力Ｆ１の角度をθとすると、バランサ機構３６の遠心力Ｆ２の角度は、π＋θとなる。従って、クランク軸３４の慣性力Ｆ１のＶＤ方向の成分Ｆ１ｖは、（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθとなる。また、クランク軸３４の慣性力Ｆ１のＰＤ方向の成分Ｆ１ｐは、Ａ×Ｆｃｏｓθとなる。また、バランサ機構３６の遠心力Ｆ２がクランク機構３２の慣性力Ｆ１の最大値と等しくなるようにバランサウェイト３７ｗの質量が設定されているため、バランサ機構３６の遠心力Ｆ２のＶＤ方向の成分Ｆ２ｖは、Ａ×Ｆｓｉｎ（π＋θ）となり、ＰＤ方向の成分Ｆ２ｐは、Ａ×Ｆｃｏｓ（π＋θ）となる。

次に、遠心力Ｆ２と慣性力Ｆ１のモーメントによって生じるピボット軸１０９の加速度のＶＤ方向の成分（図７にいおいてａ１）を算出する。慣性力Ｆ１と遠心力Ｆ２の、重心ＧまわりのモーメントＮは、次の式（４）のように表わされる。
Ｎ＝Ｆ１ｐ×Ｌ＋Ｆ２ｐ×Ｌ＋Ｆ１ｖ×Ｌｃ＋Ｆ２ｖ×Ｌｂ
＝Ａ×Ｆｃｏｓθ×Ｌ+ Ａ×Ｆｃｏｓ（π＋θ）×Ｌ＋（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ×Ｌｃ＋Ａ×Ｆｓｉｎ（π＋θ）×Ｌｂ ・・・・（４）

ここで、ｃｏｓ（π＋θ）＝−ｃｏｓθ、ｓｉｎ（π＋θ）＝−ｓｉｎθであるから、式（４）は、次の式（５）のように表わされる。
Ｎ＝（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ×Ｌｃ−Ａ×Ｆｓｉｎθ×Ｌｂ ・・・・（５）

また、モーメントＮによる重心Ｇまわりの角加速度をβとし、モーメントＮによって生じる軸中心ＰｏのＶＤ方向の加速度をａ１とすると、ＶＤ方向の加速度ａ１および角加速度βは、それぞれ、次の式（６）および式（７）のように表わされる。
ａ１＝Ｌｐ×β ・・・・（６）
β＝Ｎ／Ｉ ・・・・（７）
ここで、Ｉは、上述したように、重心Ｇを通り車幅方向に平行な直線に関するエンジンユニット２０の慣性モーメントである。

前記式（５）より、前記式（７）は、次の式（８）のように表わされる。
β＝｛（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ×Ｌｃ−Ａ×Ｆｓｉｎθ×Ｌｂ｝／Ｉ・・（８）
前記式（６）および式（８）より、加速度ａ１は、次の式（９）のように表わされる。
ａ１＝Ｌｐ×｛（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ×Ｌｃ−Ａ×Ｆｓｉｎθ×Ｌｂ｝／Ｉ・・・（９）

また、慣性力Ｆ１と遠心力Ｆ２との合力によって生じる軸中心ＰｏのＶＤ方向の加速度ａ２は、次の式（１０）のように表わされる。
ａ２＝（Ｆ１ｖ＋Ｆ２ｖ）／Ｍ
＝｛（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ＋Ａ×Ｆｓｉｎ（π＋θ）｝／Ｍ
＝｛（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ−Ａ×Ｆｓｉｎθ｝／Ｍ
＝（１−２Ａ）×Ｆｓｉｎθ／Ｍ ・・・・（１０）
ここで、Ｍは、上述したように、エンジンユニット２０の質量である。

ここで、モーメントNによって生じる軸中心ＰｏのＶＤ方向の加速度ａ１と、慣性力Ｆ１と遠心力Ｆ２との合力によって生じる軸中心ＰｏのＶＤ方向の加速度ａ２とが相殺する場合には、すなわち、ａ１+ａ２＝０となる場合には、ピボット軸１０９の軸中心Ｐｏがエンジンユニット２０の瞬間回転中心となり、ピボット軸１０９のＶＤ方向の振動が抑制される。そして、加速度ａ１と加速度ａ２の合計は、前記式（９）および（１０）より次の式によって表される。
ａ１＋ａ２＝Ｌｐ×｛（１−Ａ）×Ｆｓｉｎθ×Ｌｃ−Ａ×Ｆｓｉｎθ×Ｌｂ｝／Ｉ＋（１−２Ａ）×Ｆｓｉｎθ／Ｍ＝０
これを整理すると次の式のようになる。
Ｆｓｉｎθ［Ｌｐ×｛（１−Ａ）×Ｌｃ−Ａ×Ｌｂ｝／Ｉ＋（１−２Ａ）／Ｍ］＝０
このとき、Ｆ≠０であるから、
ｓｉｎθ［Ｌｐ×｛（１−Ａ）×Ｌｃ−Ａ×Ｌｂ｝／Ｉ＋（１−２Ａ）／Ｍ］＝０
となる。ここで、ｓｉｎθ≠０（θ≠０、πの場合）のときは、次の式（１１）を満たす。
Ｌｐ×｛（１−Ａ）×Ｌｃ−Ａ×Ｌｂ｝／Ｉ＋（１−２Ａ）／Ｍ＝０ ・・（１１）
前記式（１１）を整理することによって、クランク機構３２に生じる慣性力Ｆ１のベクトルによって描かれる楕円Ｓ２の長軸と短軸の比率Ａと、距離Ｌｐ、Ｌｃ、Ｌｂの関係は、上述した式（２）と等しい次の式によって表される。
Ａ×｛Ｍ×Ｌｐ（Ｌｂ＋Ｌｃ）＋２Ｉ｝＝Ｍ×Ｌｐ×Ｌｃ＋Ｉ

また、ｓｉｎθ＝０（θ＝０、πの場合）のときは、加速度ａ１および加速度ａ２は、前記式（９）および（１０）より、それぞれ、ａ１＝０およびａ２＝０となるのでａ１＋ａ２＝０を満たす。以上が、クランク軸３４とバランサ軸３７と重心Ｇとの位置関係を定める式（２）の説明である。

なお、ＰＤ方向に生じる軸中心Ｐｏの加速度は０となっている。すなわち、直線Ｌ１と直線Ｌ２とは平行であるので、上述したモーメントＮによってＰＤ方向に生じる軸中心Ｐｏの加速度ａ３は０となる。

また、慣性力Ｆ１と遠心力Ｆ２の合力によってＰＤ方向に生じる軸中心Ｐｏの加速度ａ４は、次の式（１３）のように表わされる。
ａ４＝（Ｆ１ｐ＋Ｆ２ｐ）／Ｍ
＝｛Ａ×Ｆｃｏｓθ＋Ａ×Ｆｃｏｓ（π＋θ）｝／Ｍ
＝｛Ａ×Ｆｃｏｓθ−Ａ×Ｆｃｏｓθ｝／Ｍ
＝０ ・・・・（１３）

これにより、ａ３＋ａ４＝０となり、ＰＤ方向に生じる軸中心Ｐｏの加速度も０となっているので、ピボット軸１０９の軸中心ＰｏのＰＤ方向の振動が抑制される。

以上説明した自動二輪車１によれば、ピボット軸１０９に支持される被支持部２２が、クランクケース３０ｃの前側の壁部３０ｄから前方に突出し、エンジンユニット２０の最前部に設けられている。そのため、ピボット軸１０９から後車輪３の車軸４までの距離が大きくなり、ホイールベースの変動が抑制され、自動二輪車の走行安定性を向上させることができる。

また、ユニットスイング式の自動二輪車では、一般的に、エンジンユニットは、その振動が車体フレームに伝達されるのを防止する防振用の懸架部材を介して車体フレームに支持される。この場合、車体フレーム等の寸法を変えることなく、エンジンユニットを車体フレームに対してより後方に配置し、ホイールベースを大きくしようとする場合には、懸架部材を後方に延伸させる必要が生じ、その構造が複雑になる。しかしながら、以上説明した自動二輪車１では、エンジンユニット２０の被支持部２２は、そのような懸架部材を介することなく、ピボット軸１０９に取り付けられている。そのため、例えば、被支持部２２の前方への突出量を増やすことで、容易に車体フレーム１０に対するエンジンユニット２０の位置を調整し、適切なホイールベースを設定することができる。また、エンジンユニットが、防振用の懸架部材を介して車体フレームに支持される場合には、エンジンユニットが必ずしも車体フレームと一体的に動くものでないため、例えば加速時には搭乗者は後車輪の回転速度の上昇から遅れて車両が加速し始めたと感じ、良好な操作感が得られない場合がある。しかしながら、自動二輪車１では、エンジンユニット２０は、そのような懸架部材を介することなく、ピボット軸１０９に取り付けられている。これによって、搭乗者は、後車輪３の回転速度の上昇から遅滞することなく、車両が加速し始めたと感じることができ、操作感の向上を図ることができる。

また、シリンダ３１の軸線方向が上下方向に向くように、シリンダブロック３０ａ及びシリンダヘッド３０ｂが配置され、緩衝器５０はエンジンユニット２０の下方に配置されている。これによって、シート９の下方のスペースを有効に利用できるようになる。例えば、上述したように収納ケース１１をシート９の下方に設けることができる。また、エンジン３０はバランサ機構３６を備えている。そのため、シリンダ３１内をピストン３３が上下方向に往復することによって生じる振動が被支持部２２及びピボット軸１０９を介して車体フレーム１０に伝達されることが防止される。

なお、本発明は、以上説明した自動二輪車１に限られず、種々の変形が可能である。例えば、自動二輪車１は、車両の動力源として、燃料を燃焼させて駆動するエンジン３０を備えていた。しかしながら、動力源はこのようなエンジンに限られず、電力の供給を受けて駆動する電気モータとエンジンとを組み合わせたハイブリッド・エンジンでもよい。

また、以上説明した自動二輪車１では、シリンダ３１の軸線方向が上下方向に向くように、シリンダブロック３０ａ及びシリンダヘッド３０ｂが配置されていた。しかしながら、シリンダの軸線方向が車体の前後方向に向くように、シリンダブロック及びシリンダヘッドが配置されてもよい。図８は、この形態に係る自動二輪車１Ａが備える車体フレーム１０Ａ及びエンジンユニット２０Ａの側面図である。同図において、自動二輪車１と同一箇所には同一符号を付し、その説明を省略する。

同図に示すように、自動二輪車１Ａは、エンジンユニット２０Ａの他に、緩衝器５０Ａとを備えている。エンジンユニット２０Ａは、エンジン３０Ａと、伝達機構４０Ａと、リアアーム２１Ａとを備えている。エンジン３０Ａは、シリンダブロック３００ａと、シリンダヘッド３００ｂと、クランクケース３００ｃとを含んでいる。シリンダブロック３００ａの内部には、シリンダ３１が形成されている。シリンダブロック３００ａは、シリンダ３１の軸線方向が概ね車両の前後方向を向くように、前方に傾斜している。シリンダ３１の内部にはピストン３３が配置されている。

クランクケース３００ｃは、シリンダブロック３００ａの後部に配置されている。クランクケース３００ｃには、当該クランクケース３００ｃの下側の壁部から前方に突出する被支持部２２Ａが形成されている。被支持部２２Ａの端部は、シリンダブロック３００ａの下方に位置し、車体フレーム１０のピボット支持部１０８によって支持されたピボット軸１０９に取り付けられている。

クランクケース３００ｃの内部には、車幅方向に延伸するクランクシャフト３４が配置されている。自動二輪車１Ａにおいても、被支持部２２Ａはクランクシャフト３４より前方に位置している。

リアアーム２１Ａの前側の上端部には、緩衝器取付部２３Ａが形成されている。この緩衝器取付部２３Ａには、緩衝器５０Ａに設けられたエンジン側取付部５５Ａが緩衝器取付部２３Ａに対して回転可能となるように取り付けられている。緩衝器５０Ａは、シリンダブロック３００ａ及びクランクケース３００ｃの上方に配置されている。また、緩衝器５０Ａは、その伸縮方向（同図においてＳに示す方向）が概ね車体の前後方向であって、ピボット軸１０９の周方向に向くように配置されている。すなわち、緩衝器５０Ａの伸縮方向Ｓと、ピボット軸１０９の軸心を通り径方向に延伸する直線Ｔとが略垂直となっている。

自動二輪車１Ａでは、左右の傾斜フレーム部１０４ｂに緩衝器支持部１１２Ａが掛け渡されており、当該緩衝器支持部１１２Ａに一対の板状の部材からなる緩衝器取付部１１９Ａが接合されている。この緩衝器取付部１１９Ａに緩衝器５０Ａのフレーム側取付部５６Ａが取り付けられている。フレーム側取付部５６Ａは、ピボット軸１０９より車体の前方に位置し、エンジン側取付部５５Ａは、ピボット軸１０９より車体の後方に位置している。なお、緩衝器５０Ａは、フレーム側取付部５６Ａとエンジン側取付部５５Ａとの間隔を押し広げる方向に力を働かせるコイルスプリング５１Ａを有している。

自動二輪車１Ａにおいても、被支持部２２Ａはクランクシャフト３４より前方に位置している。これによって、例えば、エンジンユニット２０Ａの重心に近い中央部近傍が車体フレーム１０によって懸架される場合に比べて、ピボット軸１０９と後車輪３の車軸４との距離を大きくできている。また、シリンダ３１の軸線方向が車体の前後方向に向くように、シリンダブロック３００ａ及びシリンダヘッド３００ｃが配置されているので、エンジンユニット２０Ａの上方のスペースが有効に利用できるようになる。

本発明の一実施形態の例である自動二輪車の側面図である。 上記自動二輪車が備える車体フレームの側面図である。 上記車体フレームの平面図である。 上記自動二輪車のエンジンユニットの側面図である。 上記車体フレームのピボット支持部、及び支持板部を後方から臨む様子を示す図である。 上記エンジンユニット内に配置されるクランク機構を説明するための図である。 上記クランク機構とバランサ機構との位置関係を説明するための図である。 本発明の他の実施の形態に係る自動二輪車が備える車体フレーム及びエンジンユニットの側面図である。

符号の説明

１，１Ａ 自動二輪車、２ 前車輪、３ 後車輪、４ 車軸、７ フロントフォーク、８ ハンドル、９ シート、１０ 車体フレーム、１１ 収納ケース、２０，２０Ａ エンジンユニット、２２，２２Ａ 被支持部、２３，２３Ａ 緩衝器取付部、３０，３０Ａ エンジン、３１ シリンダ、３２ クランク機構、３３ ピストン、３４ クランク軸、３５ コンロッド、３６ バランサ機構、３７ バランサ軸、４０ 伝達機構、４１ 無段変速機、４２ 駆動プーリ、４３ 被駆動プーリ、４４ Ｖベルト、４５ 被駆動軸、４６ 中間軸、４７ 伝動ケース、５０，５０Ａ 緩衝器、５１，５１Ａ コイルスプリング、５２ ダンパ、５３ ケース、５４ ロッド、５５，５５Ａ エンジン側取付部、５６，５６Ａ フレーム側取付部、１０１ ヘッドパイプ、１０２ 上側フレーム部、１０３ 下側フレーム部、１０４ 後側フレーム部、１０５ シートステー、１０７ 支柱部、１０８ ピボット支持部、１０９ ピボット軸、１１１ 前側クロス部、１１２，１１２Ａ 緩衝器支持部、１１３ 後側クロス部、１１５ 補強板、１１６ａ，１１６ｂ 支柱部、１１９，１１９Ａ 緩衝器取付部。

Claims (3)

1. 車体フレームと、
   前記車体フレームに支持されるピボット軸と、
   車体の後部に配置される後車輪と、
   クランク軸を収容するクランクケースを有するエンジンと、前記クランク軸の回転力を前記後車輪に伝達する伝達機構とを含み、前記ピボット軸を支点として前記後車輪とともに上下に揺動可能なエンジンユニットと、
   前記エンジンユニットの揺動を緩衝する緩衝器と、を備え、
   前記エンジンユニットは、当該エンジンユニットの前部に位置し前記クランク軸を収容するクランクケースと、前記クランクケースから前方に突出し前記ピボット軸が挿通される挿通孔が形成される被支持部とを有し、当該被支持部から車体の後方に延びその後部において前記後車輪の車軸を支持し、
   前記緩衝器は前記ピボット軸を中心とする円の接線方向に伸縮する姿勢で前記クランクケースの上方又は下方に配置され、その前端は前記車体フレームにおける前記クランクケースの前方に位置する部分に直接取り付けられている、
   ことを特徴とする鞍乗型車両。
2. 請求項１に記載の鞍乗型車両において、
   前記被支持部は、前記エンジンユニットの最前部に位置する、
   ことを特徴とする鞍乗型車両。
3. 請求項１に記載の鞍乗型車両において、
   前記ピボット軸に取り付けられる前記被支持部は、車両の走行時に前記車軸を含む水平面を跨いで上下に揺動する高さに設けられる、
   ことを特徴とする鞍乗型車両。

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