JP2006282069A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力伝達効率や燃費を向上させることができ、また構成の簡素化を図ることのできるハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】 遊星歯車機構４，５が二組備えられるとともに、それらの遊星歯車機構４，５が、差動作用を行う三つの回転要素を有し、これら二組の遊星歯車機構４，５を介して出力部材１４に動力伝達する経路を切り替える少なくとも三つの係合装置ＣM，ＣH，ＢLが備えられ、内燃機関１の回転数と前記出力部材１４の回転数との比を所定値に設定するための第１電動機２と第２電動機３との動作状態の相互関係が、それら三つの係合装置の係合および解放の状態に応じて異なる、三種類以上の動力伝達経路が設定されるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、動力源として複数種類の動力装置を備え、それらの動力源の動作状態を適宜に変更するとともにその出力した動力を歯車機構を介して出力部材に伝達するハイブリッド駆動装置に関するものである。

この種の駆動装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された駆動装置では、エンジンの出力トルクが、二組の遊星歯車機構を組み合わせて構成された歯車機構もしくはラビニョ型遊星歯車機構を介して第１モータ／発電機とシャフトならびにスリーブシャフトとに分配されるとともに、第１モータ／発電機によって生じた電力で駆動される第２モータ／発電機がスリーブシャフトに連結されている。さらにそのスリーブシャフトと第３の遊星歯車機構におけるサンギヤとが連結されるとともに、その第３の遊星歯車機構におけるキャリヤが出力部材に連結され、その出力部材と前記シャフトとの間にクラッチが設けられ、かつ第３遊星歯車機構のリングギヤを選択的に固定するブレーキが設けられている。

この特許文献１に記載された装置では、第１モータ／発電機の回転数を制御することによりエンジンの回転数を燃費が最適となる回転数に設定することができ、その際に第１モータ／発電機が発電をおこない、その電力で第２モータ／発電機を駆動することにより、装置全体としての出力軸トルクを必要十分なトルクとすることができる。そして、この特許文献１に記載された装置は、前進走行するためのモードとして、発進およびその直後の相対的に低速な状態で設定される第１モードと、車速がある程度増大した状態で設定される第２モードとの二つの走行モードが可能である、とされている。具体的には、相対的に大きい駆動トルクが必要な第１モードでは、出力軸側に設けられている遊星歯車機構のリングギヤを固定することによりこの遊星歯車機構を減速機として機能させ、また車速がある程度増大した状態の第２モードでは、その遊星歯車機構におけるサンギヤとキャリヤとを連結して全体を一体化し、遊星歯車機構が増減速作用を行わないようにしている。
特開２０００−６２４８３号公報

上記の特許文献１に記載された装置は、上述したように、低車速時には第１モードを設定し、また高車速時には第２モードを設定しており、これらいずれのモードであっては、いずれか一方のモータ／発電機が発電機として機能し、かつ他方のモータ／発電機が、前記一方のモータ／発電機から電気が供給されてモータとして機能する。すなわち、エンジンから出力軸などの出力部材に歯車機構を介して動力が伝達されることに加えて、動力の一部が電力に一旦変換され、この電力でモータを駆動することにより、その電気的経路を経た動力が出力部材に伝達される。

このような電力と機械的動力との変換を伴う動力の伝達には、その動力の形態の変化の過程で不可避的な損失が生じる。上述した特許文献１の発明では、車速に応じて走行モードを切り替えているが、選択できるモードが二つに限られるので、例えば第２モードで車速が大きく増大した場合には、電力への変換を伴う動力伝達の割合が増えることになる。そのために、上記の特許文献１に記載された装置では、動力伝達効率の向上あるいは車両の全体としての燃費の向上の点で改善すべき余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、選択可能な運転モードを増やし、しかも構成が簡単であり、したがって車両に用いることにより燃費の向上を図ることのできるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、前記遊星歯車機構が二組備えられるとともに、それらの遊星歯車機構が、相互に差動作用を行う三つの回転要素を有し、これら二組の遊星歯車機構を介して前記出力部材に動力伝達する経路を切り替える少なくとも三つの係合装置が備えられ、前記内燃機関の回転数と前記出力部材の回転数との比を所定値に設定するための前記第１電動機と前記第２電動機との動作状態の相互関係が、それら三つの係合装置の係合および解放の状態に応じて異なる、三種類以上の動力伝達経路が設定されるように構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の構成における三種類以上の動力伝達経路が、一方の遊星歯車機構から伝達された動力を他方の遊星歯車機構が減速して出力する第１の動力伝達経路と、前記各遊星歯車機構が四つの回転要素を形成するように連結された状態で前記出力部材に動力を出力する第２の動力伝達経路と、一方の遊星歯車機構から伝達された動力を他方の遊星歯車機構が増減速することなく出力する第３の動力伝達経路とを含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記比の目標値もしくは前記内燃機関の目標回転数に基づいて前記係合装置を係合・解放させることによりいずれかの動力伝達経路を選択する変速制御手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置である。

またさらに、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成における前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１リングギヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第２サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに前記係合装置が、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。

またさらに、請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成における前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤの間に配置されかつ互いに噛み合う少なくとも二つのピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするダブルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１キャリヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１リングギヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第１キャリヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに前記係合装置が、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを含むことを特徴とするハイブリッド駆動装置である。

一方、請求項６の発明は、内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１リングギヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第２サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを備えていることを特徴とするものである。

これに対して請求項７の発明は、内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤの間に配置されかつ互いに噛み合う少なくとも二つのピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするダブルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１キャリヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１リングギヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第１キャリヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、三つの係合装置の係合および解放の状態に応じて三種類以上の動力伝達経路が設定され、これらの動力伝達経路毎に、所定の変速比を設定するとした場合の各電動機の動作状態の相互の関係が異なる。したがって、車両に搭載した場合の低車速および中車速ならびに高車速のそれぞれに応じて適当な動力伝達経路を選択することにより、内燃機関を効率の良い状態で運転することが可能になるとともに、各電動機による電力を介した動力の伝達が抑制され、その結果、いずれの車速においても出力部材に対する動力の伝達効率を良好にし、燃費を向上させることができる。

また、請求項２の発明によれば、内燃機関の出力した動力を出力部材に伝達する経路として、いわゆる低車速状態では第１の動力伝達経路を選択し、またいわゆる中速状態では第２の動力伝達経路を選択し、さらにいわゆる高車速状態では第３の動力伝達経路を選択することにより、内燃機関の運転点を効率の良い運転点に設定しやすくなり、また電力への変換を伴う動力の伝達が抑制されるので、全体としての動力伝達効率が向上し、燃費を向上させることができる。

さらに、請求項３の発明によれば、設定するべき変速比あるいは内燃機関の回転数に応じて、動力の伝達経路が選択され、その結果、内燃機関の回転数が過剰に高回転数になったり、あるいは電力変換を伴う動力伝達が過剰になったりすることを回避して燃費を向上させることができる。

またさらに、請求項４あるいは５の発明によれば、上述した請求項１ないし３の発明で得られる効果に加え、必要とする遊星歯車機構が二組でよく、また二つのクラッチ機構および一つのブレーキ機構によって上記の三つ以上の動力伝達経路を設定できるので、全体としての構成を簡素化することができる。

特に、請求項４の発明によれば、出力部材を、駆動装置の全体としての中間部もしくは内燃機関に接近した位置に配置できるので、内燃機関を車両の幅方向に向けて配置するフロントエンジン・フロントドライブ車などいわゆるエンジン横置き形式の車両に適した構成とすることができる。これに対して、請求項５の発明によれば、出力部材を内燃機関に対して各遊星歯車機構を挟んだ反対側に配置できるので、フロントエンジン・リヤドライブ車などの内燃機関を車両の前後方向に向けて配置するいわゆるエンジン縦置き形式の車両に適した構成とすることができる。

また一方、請求項６の発明によれば、三種類以上の動力伝達経路を選択できることに伴い、内燃機関を効率の良い状態で運転することが可能になるとともに、各電動機による電力を介した動力の伝達が抑制され、その結果、いずれの車速においても出力部材に対する動力の伝達効率を良好にし、燃費を向上させることができ、さらには必要とする遊星歯車機構が二組でよく、また二つのクラッチ機構および一つのブレーキ機構によって上記の三つ以上の動力伝達経路を設定できるので、全体としての構成を簡素化することができる。また、いわゆるエンジン横置き形式の車両に適した構成とすることができる。

そして、請求項７の発明によれば、三種類以上の動力伝達経路を選択できることに伴い、内燃機関を効率の良い状態で運転することが可能になるとともに、各電動機による電力を介した動力の伝達が抑制され、その結果、いずれの車速においても出力部材に対する動力の伝達効率を良好にし、燃費を向上させることができ、さらには必要とする遊星歯車機構が二組でよく、また二つのクラッチ機構および一つのブレーキ機構によって上記の三つ以上の動力伝達経路を設定できるので、全体としての構成を簡素化することができ、特にいわゆるエンジン縦置き形式の車両に適した構成とすることができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１はこの発明の具体例を示す図であって、ここに示す具体例では、内燃機関（エンジン：ＥＮＧ）１と、発電機能を有する電動機として二つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１、ＭＧ２）２，３とが動力源として設けられ、また、二組のシングルピニオン型の遊星歯車機構４，５が用いられている。そのエンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、好ましくはスロットル開度などの負荷を電気的に制御でき、また所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。

このエンジン１が第１の遊星歯車機構４に連結されている。第１遊星歯車機構４は、図１に示すように、シングルピニオン型の遊星歯車機構であって、動力分配機構を構成しており、そのキャリヤ６にエンジン１のクランクシャフトなどの出力部材が連結されている。なお、エンジン１とキャリヤ６との間に、発進用のクラッチやトルクコンバータ（ロックアップクラッチ付のトルクコンバータ）などの動力伝達機構を適宜に設けてもよいことは勿論である。したがってキャリヤ６が入力要素となっている。

また、第１遊星歯車機構４のサンギヤ７に第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）２が連結されている。この第１モータ・ジェネレータ２は、一例として、ロータに永久磁石を備えた同期電動機によって構成されており、発電機および電動機として機能するように構成されている。そして、そのロータがサンギヤ７に連結され、ステータがケーシング（図示せず）などに固定されている。したがってサンギヤ７が反力要素となっている。

前記キャリヤ６によって回転自在に保持しているピニオンギヤ８がサンギヤ７に噛み合っており、さらにそのサンギヤ７と同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ９にそのピニオンギヤ８が噛み合っている。したがって、リングギヤ９が出力要素となっている。

上記のエンジン１および第１モータ・ジェネレータ２ならびに第１遊星歯車機構４は同一軸線上に並んで配置されており、さらにその軸線上に、第１遊星歯車機構４と並んで第２遊星歯車機構５が配置されている。この第２遊星歯車機構５は、上記の第１遊星歯車機構４と同様に、シングルピニオン型の遊星歯車機構であって、いずれか二つの回転要素が第１遊星歯車機構４の回転要素に連結されて第１遊星歯車機構４と共に、四つの回転要素を備えたいわゆる複合遊星歯車機構を形成し、あるいは第１遊星歯車機構４から伝達されたトルクを増減して出力する変速機構として機能するものであって、そのサンギヤ１０が第１遊星歯車機構４におけるリングギヤ（以下、第１リングギヤと記す）９に、両者一体となって回転するように連結されている。

また、サンギヤ（以下、第２サンギヤと記す）１０と同心円上に内歯歯車であるリングギヤ（以下、第２リングギヤと記す）１１が配置されており、これら第２サンギヤ１０と第２リングギヤ１１とに噛み合っているピニオンギヤ１２が、キャリヤ（以下、第２キャリヤと記す）１３によって自転かつ公転自在に保持されている。

そして、この第２キャリヤ１３に出力部材１４が連結されている。なお、この出力部材１４は、フロントデファレンシャルなどの他の部材（図示せず）にトルクを伝達するための部材であり、回転軸や歯車あるいはスプロケットなどによって構成されている。さらに、第２サンギヤ１０に第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３が連結されている。この第２モータ・ジェネレータ３は、一例として、ロータに永久磁石を備えた同期電動機によって構成されており、発電機および電動機として機能するように構成されている。そのロータが第２サンギヤ１０に連結され、ステータがケーシング（図示せず）などに固定されている。

上記の各モータ・ジェネレータ２，３は、それぞれに対応して設けたインバータ１５，１６を介してバッテリあるいはキャパシタなどの蓄電装置１７に接続されている。したがって、一方のモータ・ジェネレータ２（もしくは３）を発電機として機能させ、その発電された電力を他方のモータ・ジェネレータ３（もしくは２）に与えてこれをモータとして機能させるように構成されている。また、蓄電装置１７からいずれかのモータ・ジェネレータ２，３に電力を供給して、そのモータ・ジェネレータ２，３をモータとして機能させるようになっている。

上述した遊星歯車機構４，５を介して出力部材１４にトルクを伝達する経路として三種類の経路を設定するために、三つの係合装置が設けられている。すなわち、前記第２リングギヤ１１を選択的に固定するブレーキ機構（以下、単にブレーキと記す）ＢLが設けられている。このブレーキＢLは、湿式多板ブレーキあるいはバンドブレーキから構成され、電気信号に基づいて動作するアクチュエータ（図示せず）によって係合・解放動作するように構成されている。また、前記第１サンギヤ７と第２リングギヤ１１とを選択的に連結するクラッチ機構（以下、第１クラッチと記す）ＣMと、前記第２遊星歯車機構５における少なくとも二つの回転要素同士、例えば第２サンギヤ１０と第２キャリヤ１３とを、選択的に連結するクラッチ機構（以下、第２クラッチと記す）ＣHとが設けられている。これらのクラッチＣM，ＣHは、要は、トルクの伝達と遮断とを選択的におこなうことができる係合装置であればよく、具体的には、電気信号に基づいて所定のアクチュエータ（図示せず）を動作させて係合・解放動作する湿式多板クラッチなどの摩擦係合装置が用いられる。

そして、上記の各インバータ１５，１６や各係合装置ＢL，ＣM，ＣHなどを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１８が設けられている。この電子制御装置１８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、各モータ・ジェネレータ２，３による発電やモータとしての出力トルクあるいは各係合装置ＢL，ＣM，ＣHの係合・解放などの各制御を行う制御信号を出力するように構成されている。なお、この電子制御装置１８には、車速やアクセル開度、蓄電装置１７における蓄電容量（ＳＯＣ：State Of Charge）などの各種の信号が入力されている。

つぎに上述した構成のハイブリッド駆動装置の作用について説明する。上記のハイブリッド駆動装置では、前進走行するための運転モードとして三種類のモードを設定することができる。ここで、運転モードとは、総括的に言えば、エンジン回転数と出力部材１４の回転数との比（すなわち変速比）を所定値（例えば“１”以外の値）に設定するための各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態の相互関係であり、ハード構成上では、エンジン１から出力部材１４にトルクを伝達する動力伝達経路であり、あるいは特定のエンジン回転数に対する出力部材１４の回転数の関係である。これらの運転モードは、具体的には、低速モードＬと、中速モードＭと、高速モードＨとであり、上記のブレーキＢLおよび各クラッチＣM，ＣHの係合・解放の状態に応じて設定される。

図２には、各運転モードとブレーキＢLおよび各クラッチＣM，ＣHの係合・解放の状態との関係をまとめて示してある。なお、図２で「〇」印は係合状態を示し、「×」印は解放状態を示す。先ず、低速モードＬは、ブレーキＢLを係合させ、かつ各クラッチＣM，ＣHを解放させて設定される。したがって、第１遊星歯車機構４では、第１キャリヤ６にエンジン１からトルクが入力される。また、第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能するように制御され、その発電の状態に応じた反力トルクが第１サンギヤ７に作用する。その結果、出力要素であるリンクギヤ９およびこれに連結されている第２サンギヤ１０には、エンジン１から入力されたトルクと第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクとを合成したトルクが生じる。

これに対して、第２遊星歯車機構５では、第２リングギヤ１１がブレーキＢLによって固定されているので、第２遊星歯車機構５における入力要素である第２サンギヤ１０の回転数に対して、出力要素である第２キャリヤ１３の回転数が小さくなる。すなわち、第２遊星歯車機構５が減速装置として機能する。そのため、出力部材１４に現れるトルクは、第２サンギヤ１０のトルクより大きくなる。なお、第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させることにより、そのトルクが第２遊星歯車機構５によって増幅されて出力部材１４に伝達されるので、第２モータ・ジェネレータ３はいわゆるトルクアシストのための手段として機能する。

図３の（ａ）には、変速比が“１”より大きい低速モードＬでの各遊星歯車機構４，５の動作状態を共線図で示しており、「Ｐ１」の符号を付した線が、第１モータ・ジェネレータ２をエンジン１と同速度で動作させている状態での第１遊星歯車機構４の動作状態を示し、「Ｐ２」の符号を付した線が第２遊星歯車機構５の動作状態を示している。第１リングギヤ９は、第２遊星歯車機構５を介して出力部材１４に連結されているので、第１モータ・ジェネレータ２の発電量あるいはそれに伴う反力を制御することにより、エンジン１の回転数が連続的に変化する。これに対して、第２遊星歯車機構５では、入力要素である第２サンギヤ１０が第１リングギヤ９と一体であるからこれと同速度で回転し、また第２リングギヤ１１が固定されているから、出力要素である第２キャリヤ１３およびこれに連結された出力部材１４が、第２サンギヤ１０より低速度で回転する。

したがって、低速モードＬでは、第１モータ・ジェネレータ２を正回転状態させて発電させれば、出力部材１４にはエンジン１の出力トルクより大きいトルクが生じるとともに、エンジン回転数を出力部材１４の回転数より高い回転数に維持できる。言い換えれば、エンジン回転数を特に低回転数にすることなく低車速に適した変速比を設定でき、また駆動トルクはエンジン１から伝達されるトルクに、第１モータ・ジェネレータ２で発電した電力で第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させて得られるトルクを加えたトルクとなるので、発進時などであっても充分に大きいトルクを得ることができる。すなわち、エンジン１の運転点を効率の良い運転点に維持でき、もしくは効率の良い運転点を大きく外すことがないので、動力性能を損なうことなく燃費を改善することができる。

なお、この低速モードＬの状態で、第１モータ・ジェネレータ２を負回転状態とすれば、図３の（ａ）で「Ｐ２」の符号を付した線が右下がりとなることから判るように、出力部材１４が負回転し、車両は後進走行する。

つぎに、中速モードＭは、第１クラッチＣMを係合させることにより設定される。すなわち、各遊星歯車機構４，５におけるサンギヤ７，１０とリングギヤ９，１１とが互いに連結され、第１キャリヤ６を入力要素、第１サンギヤ７を第２の入力要素、第２キャリヤ１３を出力要素、第２サンギヤ１０を反力要素としたいわゆる四要素の複合遊星歯車機構が構成される。したがって、この中速モードＭでの遊星歯車機構４，５の動作状態は、図３の（ｂ）の共線図で表すことができる。なお、図３の（ｂ）は変速比が“１”の状態を示している。この中速モードＭでは、エンジン１の出力した動力によって第２モータ・ジェネレータ３が回転させられて発電機として機能する。言い換えれば、第２モータ・ジェネレータ３が反力トルクを第１リングギヤ９あるいは第２サンギヤ１０に与える。そして、第２モータ・ジェネレータ３から電力を供給されて第１モータ・ジェネレータ２がモータとして機能し、これら三者のトルクが合成されたトルクが出力部材１４に現れる。また、いわゆる複合遊星歯車機構を構成する四つの要素の回転数は、共線図上では、一本の直線上にあり、エンジン回転数は、運転状態に応じて、出力部材１４の回転数より高回転数になったり、あるいは反対に低回転数になったりする。したがって、エンジン回転数を過剰に高くしたり、反対に低くする必要がないので、エンジン１の運転点を効率の良い運転点に維持でき、もしくは効率の良い運転点を大きく外すことがないので、動力性能を損なうことなく燃費を改善することができる。

さらに、高速モードＨは、第２クラッチＣHを係合させることにより設定される。この第２クラッチＣHは、前述したように、第２遊星歯車機構５におけるキャリヤ１３とサンギヤ１０との間に設けられているから、これが係合すると、第２遊星歯車機構５における二つの回転要素が連結されるので、第２遊星歯車機構５の全体が一体となって回転する。これに対して、第１遊星歯車機構４は、キャリヤ６にエンジン１からトルクが入力され、そのトルクがサンギヤ７とリングギヤ９とに分配され、サンギヤ７に連結されている第１モータ・ジェネレータ２が発電機として機能する。これは、前述した低速モードＬにおける動作状態と同じであり、したがって第２遊星歯車機構５におけるサンギヤ１０には、エンジン１のトルクと第１モータ・ジェネレータ２による反力トルクとを合成したトルクが伝達される。そして、第２遊星歯車機構５はその全体が一体となって回転するので、第２サンギヤ１０に伝達されたトルクがそのまま出力部材１４に伝達される。

この状態を共線図で示せば、図３の（ｃ）のとおりである。なお、図３の（ｃ）は、変速比が“１”より小さい状態を示している。第２遊星歯車機構５の動作状態を示す線Ｐ２は、出力部材１４が連結されている第２キャリヤ１３の回転数を示す点を通る横一直線となり、これに対して第１遊星歯車機構４の動作状態を示す線Ｐ１は、第２遊星歯車機構５のサンギヤ１０と同速度である第１リングギヤ９の回転数を示す点と、第１モータ・ジェネレータ２で制御している第１サンギヤ７の回転数を示す点とを結んだ線となる。その線Ｐ１と第１キャリヤ６を示す縦の線との交点が、エンジン回転数を表す。したがって、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数が連続的に制御され、無段変速が可能である。そして、エンジン回転数に対して出力部材１４の回転数を高回転数にすることができる。そのため、高速モードＨでは、出力部材１４の回転数に対してエンジン回転数を小さくすることができるので、高速走行の際のエンジン回転数を相対的に小さくして、燃費の良好な運転が可能になる。

なお、図３の各共線図は、各モードでのエンジン回転数が同じになり、かつ少なくとも一方のモータ・ジェネレータ２，３がその全体が一体化して回転する動作状態を示しているが、例えば図３の（ａ）に示してある低速モードＬで設定される変速比（エンジン回転数と出力部材の回転数との比）を、中速モードＭで設定するとした場合、第１サンギヤ７およびこれに連結されている第２リングギヤ１１を逆回転させることになり、そのためには第１モータ・ジェネレータ２をモータとして機能させ、かつ逆回転させることになる。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２を逆転力行させる。同時に、第２モータ・ジェネレータ３をエンジン１より高速で回転させて発電機として機能させる。このような動作状態では、電力への変換を伴う動力の伝達が増大して全体としての動力伝達効率が低下するが、この発明のハイブリッド駆動装置では、そのような変速比は中速モードＭではなく前述した低速モードＬで設定するので、動力伝達効率の悪化を防止もしくは抑制できる。

このような状況は、高速モードＨについても同様であり、図３の（ａ）に示す変速比を高速モードＨで設定するとした場合、第１モータ・ジェネレータ２をエンジン１より高速で回転させて発電機として機能させ、かつ第２モータ・ジェネレータ３を出力部材１４と同速度の低速回転とし、かつモータとして機能させることになるが、このような動作状態では、電力への変換を伴う動力の伝達が増大して全体としての動力伝達効率が低下するが、この発明のハイブリッド駆動装置では、そのような変速比は中速モードＭではなく前述した低速モードＬで設定するので、動力伝達効率の悪化を防止もしくは抑制できる。

このように、この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置では、所定の変速比を設定するとした場合の各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態の相互の関係が、各モードで異なる、三種類の動力の伝達経路が設定可能である。そのため、変速比に応じてそれらの動力伝達経路を変更もしくは選択することにより、いずれかのモータ・ジェネレータ２，３を発電機もしくはモータとして過剰に高速で回転させることが回避される。あるいはエンジン１を、最適燃費の運転点から大きく外れて運転することが抑制もしくは回避される。したがって、前述した係合装置の係合・解放によるモードの変更あるいは動力伝達経路の変更は、設定すべき変速比もしくは目標エンジン回転数に基づいて実行することが好ましく、その制御は、前記電子制御装置１８によって実行できる。その場合、電子制御装置１８がこの発明の変速制御手段に相当する。

なお、図３の（ｃ）に示す変速比を図３の（ｂ）に示す中速モードＭで設定するとした場合、第１サンギヤ７およびこれに連結されている第２リングギヤ１１の回転数をエンジン回転数よりかなり高回転数にすることになり、これは、第１モータ・ジェネレータ２を高速回転させることより設定することになる。そのためには、全体としての動力伝達効率の悪い動作状態となるが、この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置では、そのような変速比を中速モードＭで設定せずに高速モードＨで設定するから、動力伝達効率の悪化を防止でき、もしくは動力伝達効率を向上させることができる。

ここで、図１に示す構成における各部材の配列について説明すると、図１に示す構成では、出力部材１４が第２モータ・ジェネレータ３よりエンジン１側に配置され、その出力部材１４を介してハイブリッド駆動装置の半径方向で外側に動力を出力できる。したがってフロントエンジン・フロントドライブ車（ＦＦ車）などのエンジン１を車両の幅方向に向けて配置する車両に適したハイブリッド駆動装置とすることができる。

上述した具体例は、二組のシングルピニオン型遊星歯車機構４，５を用いた例であるが、この発明ではいずれか一方もしくは両方の遊星歯車機構をダブルピニオン型遊星歯車機構とすることもできる。図４は、エンジン１側の遊星歯車機構すなわちトルク分配機構として機能する第１遊星歯車機構４をダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成し、第２遊星歯車機構５をシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成した例を示している。ダブルピニオン型遊星歯車機構についての共線図は、シングルピニオン型遊星歯車機構についての共線図におけるキャリヤを示す線とリングギヤを示す線とを入れ替えたものとなり、したがってダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成されている第１遊星歯車機構４に対するエンジン１やモータ・ジェネレータ２，３などの他の部材の連結関係は、図１に示す構成における第１遊星歯車機構４における第１キャリヤ６と第１リングギヤ９とに対する連結関係を入れ替えたものとなっている。

具体的に説明すると、図４に示す第１遊星歯車機構４は、第１サンギヤに噛み合うピニオンギヤ８ａと、そのピニオンギヤ８ａと第１リングギヤ９とに噛み合っているピニオンギヤ８ｂとを有し、これらのピニオンギヤ８ａ，８ｂが第１キャリヤ６によって自転かつ公転自在に保持されている。この第１遊星歯車機構４は、エンジン１の出力側でエンジン１と同一軸線上に配置されており、その第１リングギヤ９にエンジン１が連結されている。なお、エンジン１と第１リングギヤ９との間にトルクコンバータなどの適宜の伝動機構を介在させてもよいことは、上述した具体例と同様である。

また、第１遊星歯車機構４と同一軸線上に第２モータ・ジェネレータ３が配置されており、この第２モータ・ジェネレータ３が第１キャリヤ６に連結されている。この第２モータ・ジェネレータ３に並んでエンジン１とは反対側に第１モータ・ジェネレータ２が配置されており、この第１モータ・ジェネレータ２が第１サンギヤ７に連結されている。さらに、第１遊星歯車機構４と同一軸線上に第２遊星歯車機構５が配置されており、その第２サンギヤ１０が第１遊星歯車機構４における第１キャリヤ６に連結されている。そして、第２遊星歯車機構５における第２キャリヤ１３に出力部材１４が連結され、その出力部材１４は第２遊星歯車機構５の中心軸線に沿って前記エンジン１とは反対方向に延びている。

一方、係合装置の構成は、図１に示す例と同様であって、第２リングギヤ１１を選択的に固定するブレーキＢLと、第１サンギヤ７と第２リングギヤ１１とを選択的に連結する第１クラッチＣMと、第２遊星歯車機構５における少なくとも二つの回転要素（具体的には第２サンギヤ１０と第２キャリヤ１３）を選択的に連結する第２クラッチＣHとが設けられている。

上記の図４に示すハイブリッド駆動装置での各モードＬ，Ｍ，Ｈは、前述した図２に示すように各係合装置を係合・解放させることにより設定することができる。また、各遊星歯車機構４，５についての共線図は、前述した図３における参照符号「６」と「９」とを入れ替え、それに伴って各回転要素を示す線の間隔を変更した図となり、それ以外は図３と同様になる。したがって図４に示す構成であっても、低速モードＬおよび中速モードＭならびに高速モードＨを設定することができ、そのためこれらのモードを変速比もしくは目標とするエンジン回転数などに応じて選択することにより、エンジン１を効率の良い運転点から大きく離れて運転することを回避し、燃費を向上させることができる。また、図４に示す構成では、エンジン１の中心軸線の延長方向に延びた出力部材１４から動力を出力することができるので、エンジン１を車両の前後方向に向けて配置するフロントエンジン・リヤドライブ車などのいわゆるエンジン縦置きタイプの車両に適したハイブリッド駆動装置とすることができる。

この発明に係るハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示すスケルトン図である。 各モードを設定するための各クラッチおよびブレーキの係合・解放状態を示す図表である。 各モードにおける動作状態を示す共線図である。 この発明に係るハイブリッド駆動装置の他の例を模式的に示すスケルトン図である。

符号の説明

１…内燃機関（エンジン）、 ２，３…電動機（モータ・ジェネレータ）、 ４，５…遊星歯車機構、 １４…出力部材、 １８…電子制御装置、 ＣM，ＣH…クラッチ、 ＢL…ブレーキ。

Claims (7)

1. 内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、
   前記遊星歯車機構が二組備えられるとともに、それらの遊星歯車機構が、相互に差動作用を行う三つの回転要素を有し、
   これら二組の遊星歯車機構を介して前記出力部材に動力伝達する経路を切り替える少なくとも三つの係合装置が備えられ、
   前記内燃機関の回転数と前記出力部材の回転数との比を所定値に設定するための前記第１電動機と前記第２電動機との動作状態の相互関係が、それら三つの係合装置の係合および解放の状態に応じて異なる、三種類以上の動力伝達経路が設定されるように構成されていることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
2. 三種類以上の動力伝達経路が、一方の遊星歯車機構から伝達された動力を他方の遊星歯車機構が減速して出力する第１の動力伝達経路と、前記各遊星歯車機構が四つの回転要素を形成するように連結された状態で前記出力部材に動力を出力する第２の動力伝達経路と、一方の遊星歯車機構から伝達された動力を他方の遊星歯車機構が増減速することなく出力する第３の動力伝達経路とを含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
3. 前記比の目標値もしくは前記内燃機関の目標回転数に基づいて前記係合装置を係合・解放させることによりいずれかの動力伝達経路を選択する変速制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド駆動装置。
4. 前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ
   前記第１リングギヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第２サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに
   前記係合装置が、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを含むこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド駆動装置。
5. 前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤの間に配置されかつ互いに噛み合う少なくとも二つのピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするダブルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ
   前記第１キャリヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１リングギヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第１キャリヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに
   前記係合装置が、前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを含むこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド駆動装置。
6. 内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、
   前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ
   前記第１リングギヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第２サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに
   前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを備えていること
   を特徴とするハイブリッド駆動装置。
7. 内燃機関と発電機能のある第１電動機および第２電動機とを、遊星歯車機構を含む歯車機構を介して出力部材に連結したハイブリッド駆動装置において、
   前記遊星歯車機構が、第１サンギヤと第１リングギヤとこれら第１サンギヤおよび第１リングギヤの間に配置されかつ互いに噛み合う少なくとも二つのピニオンギヤを保持する第１キャリヤとを回転要素とするダブルピニオン型の第１遊星歯車機構と、第２サンギヤと第２リングギヤとこれら第２サンギヤおよび第２リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持する第２キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第２遊星歯車機構とを含み、かつ
   前記第１キャリヤと第２サンギヤとが相互に一体となって回転するように連結されるとともに、前記第１リングギヤに前記内燃機関が連結され、前記第１サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第１キャリヤに前記第２電動機が連結され、前記第２キャリヤに前記出力部材が連結され、さらに
   前記第１サンギヤと第２リングギヤとを選択的に連結する第１クラッチ機構と、前記第２遊星歯車機構におけるいずれか二つの回転要素を選択的に連結する第２クラッチ機構と、前記第２リングギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを備えていること
   を特徴とするハイブリッド駆動装置。

Images