JP2006282070A

JP2006282070A - ハイブリッド駆動装置

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Publication number: JP2006282070A
Application number: JP2005106605A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ota; 隆史太田; Hideaki Komada; 英明駒田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: JP4333618B2

Abstract

【課題】オーバードライブモードが可能で、かつ運転モードの切り替えに伴うショックを防止できるハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】いずれかの差動歯車機構４における回転要素と他の差動歯車機構５における回転要素との連結関係およびいずれかの回転要素の固定状態を変更する複数の係合装置ＣL，ＢHと、内燃機関１の出力した動力を増速して出力する運転モードと、前記内燃機関と前記出力部材との動作状態の関係が前記運転モードとは異なる他の運転モードとの少なくとも２つの運転モードを、前記係合装置ＣL，ＢHの係合・解放状態の切り替えによって選択し、かつ前記係合装置ＣL，ＢHの係合・解放状態の切り替えを、その切り替えによって他の回転要素との連結関係が変化するいずれかの回転要素の回転数がその切り替えによって変化しない同期状態で実行するモード切換手段２２とを備えている。
【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。

また、特許文献２には、エンジンから駆動軸までの動力伝達経路に変速機を介在させた構成のハイブリッド車両が記載されている。その変速機は、具体的には、サンギヤを固定した状態でリングギヤに入力することにより増速作用を行い、またキャリヤとリングギヤとを連結することにより全体が一体となって回転するいわゆる直結状態となる遊星歯車機構を主体として構成されている。そして、この遊星歯車機構をエンジンの直後に配置してエンジンに連結した構成、およびその遊星歯車機構を出力軸の直前に配置してエンジンやモータ・ジェネレータの動力を入力する構成が、特許文献２に記載されている。
特開２０００−６２４８３号公報特開２０００−３４６１８７号公報

上記の特許文献１に記載された装置は、低車速時に第１モードを設定し、また高車速時には第２モードを設定するように構成されているが、高車速時の第２モードは、その動作状態を示す共線図上で、エンジンが連結されている部材と出力軸が連結されている部材とが隣り合った状態となる。そのため、低負荷高車速状態でエンジンの回転数を相対的に低くするとすれば、いずれかのモータ／発電機の回転数を増大させて、電力変換を伴う動力の伝達量が増大し、燃費が低下する可能性がある。言い換えれば、高車速時にエンジンの回転数が高くなって、燃費のよい運転を行いにくくなる可能性がある。

また、特許文献２に記載されたハイブリッド車では、変速機を構成している遊星歯車機構を減速機として機能させる減速状態および全体が一体となって回転する直結状態に切り替えるように構成しているから、その変速機が、エンジンやモータ・ジェネレータのトルクを合成・分配する機構に対していわゆる独立した関係となっている。すなわち、変速機を構成する遊星歯車機構における複数の回転要素を、エンジンやモータ・ジェネレータのトルクを合成・分配する機構に連結する構成とはなっていない。そのため、減速状態と直結状態とに切り替える場合、ブレーキやクラッチの係合・解放に伴ってエンジンやこれが連結されたキャリヤなどの所定の回転部材の回転数が変化することになる。すなわち、いわゆる同期切り替えを行うようにはなっていないので、ショックが悪化したり、切り替え制御が難しくなるなどの可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車両に搭載した場合に高車速状態での内燃機関の回転数を抑制して燃費を向上させることができ、またそのための運転モードの切り替えが容易な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、相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた複数組の差動歯車機構を介して、内燃機関と発電機能のある電動機と出力部材とが連結されたハイブリッド駆動装置において、いずれかの差動歯車機構における回転要素と他の差動歯車機構における回転要素との連結関係およびいずれかの回転要素の固定状態を変更する複数の係合装置と、前記内燃機関の出力した動力を増速して出力する運転モードと、前記内燃機関と前記出力部材との動作状態の関係が前記運転モードとは異なる他の運転モードとの少なくとも２つの運転モードを、前記係合装置の係合・解放状態の切り替えによって選択し、かつ前記係合装置の係合・解放状態の切り替えを、その切り替えによって他の回転要素との連結関係が変化するいずれかの回転要素の回転数がその切り替えによって変化しない同期状態で実行するモード切換手段とを備え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の発明における前記運転モードが、前記内燃機関の出力した動力をいずれかの差動歯車機構によって回転数を増大させて他の差動歯車機構に伝達する運転モードと、前記内燃機関の出力した動力といずれかの前記電動機によるトルクとを合成して前記他の差動歯車機構に伝達する運転モード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、前記差動歯車機構が、入力要素と固定要素と出力要素とを有する遊星歯車機構を含み、いずれかの遊星歯車機構が、前記内燃機関から入力要素に伝達された動力を固定要素を固定した状態では回転数を増大させて出力要素を介して他の遊星歯車機構に出力するオーバードライブ用遊星歯車機構を構成し、さらに前記いずれかの遊星歯車機構の固定要素を選択的に固定するブレーキ機構と、その固定要素を前記ブレーキ機構による固定を解除した状態で前記他の遊星歯車機構におけるいずれかの要素に連結するクラッチ機構とを備えていることを特徴するハイブリッド駆動装置である。

請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記差動歯車機構が、固定要素を固定した状態では入力要素に入力された動力を増速して出力要素から出力する第１遊星歯車機構と、ダブルピニオン型遊星歯車機構とシングルピニオン型遊星歯車機構とをそれぞれのリングギヤ同士およびキャリヤ同士を一体化して組み合わせた複合遊星歯車機構とを含むとともに、第１遊星歯車機構の出力要素が前記複合遊星歯車機構のリングギヤに連結され、また、前記第１遊星歯車機構の入力要素に前記内燃機関が連結されるとともに、前記複合遊星歯車機構におけるダブルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとシングルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとのそれぞれに前記電動機が連結され、さらに、前記第１遊星歯車機構の固定要素を選択的に固定するブレーキ機構と、前記第１遊星歯車機構の固定要素と前記複合遊星歯車機構を構成しているシングルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとを選択的に連結するクラッチ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である。

そして、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明における前記運転モードが、二つの電動機の内の一方の電動機を発電機として機能させかつ他方の電動機をモータとして機能させる運転状態と、前記一方の電動機をモータとして機能させかつ他方の電動機を発電機として機能させる運転状態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、その第２サンギヤに噛み合うピニオンギヤおよびそのピニオンギヤと前記第２リングギヤとに噛み合う他の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ダブルピニオン型遊星歯車機構部と、前記第２キャリヤと、前記第２リングギヤと、前記第２リングギヤに噛み合いかつ前記第２キャリヤで保持されたピニオンギヤに噛み合う第３サンギヤとを回転要素とするシングルピニオン型遊星歯車機構部とからなるラビニョ型遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１リングギヤと第２リング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２サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第３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３サンギヤとを選択的に連結するクラッチ機構と、前記第１サン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。

さらに、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しかつ前記第１リングギヤに連結された第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、第３サンギヤと前記第２キャリヤに連結された第３リングギヤとこれら第３サンギヤおよび第３リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持しかつ前記第２リングギヤに連結された第３キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第３遊星歯車機構とを含み、かつ前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第２サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第３サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第３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３サンギヤとを選択的に連結するクラッチ機構と、前記第１サン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、内燃機関の出力した動力を増速して出力する運転モードを設定できるので、車速が相対的に高い場合には内燃機関の回転数が増大することを抑制でき、そのため内燃機関を燃費の良い状態で運転しやすく、また各運転モードに切り替える際には、係合装置の係合・解放の状態に伴って所定の回転部材の回転数が変化しないので、運転モードの切り替えに伴うショックを防止もしくは抑制することができる。

また、請求項２の発明によれば、前記いずれかの差動歯車機構が所定の運転モードでいわゆるオーバードライブのための機構として機能し、かつその差動歯車機構が他の運転モードでは、他の差動歯車機構と協働して複合した差動歯車機構を構成するので、上述したいわゆる同期切替が可能になり、したがって高車速時での燃費を向上させることができるとともにショックの悪化を防止でき、あるいは運転モードの切り替え制御が容易になる。

さらに、請求項３の発明によれば、オーバードライブ用遊星歯車機構の固定要素をブレーキ機構によって固定することにより、内燃機関の出力した動力を増速して他の遊星歯車機構に伝達して、内燃機関の回転数を出力部材の回転数に対して相対的に低下させるいわゆるオーバードライブモードを設定することができ、しかもブレーキ機構を解放してクラッチ機構を係合させれば、前記固定要素が他の遊星歯車機構のいずれかの要素に連結されてこれらの遊星歯車機構が協働して複合した遊星歯車機構を構成するので、ブレーキ機構およびクラッチ機構の係合・解放を切り替える際に、その切り替えによって回転数が変化しない同期状態を設定することができ、その結果、オーバードライブ状態を設定できることに加えて、運転モードの切り替えに伴うショックを防止もしくは抑制することができる。

またさらに、請求項４の発明によれば、上述した請求項１あるいは２の発明と同様の効果を得ることができるうえに、二組のシングルピニオン型遊星歯車機構および一組のダブルピニオン型遊星歯車機構、もしくは一組のシングルピニオン型遊星歯車機構および一組のラビニョ型遊星歯車機構と、二つの係合装置によって、オーバードライブモードの可能なハイブリッド駆動装置用歯車機構を構成することができ、その結果、ハイブリッド駆動装置の小型・軽量化に有利になる。

そしてまた、請求項５の発明によれば、上述した請求項１ないし４の発明と同様の効果を得られることに加え、二つの電動機を有効に機能させて複数の運転モードを設定することができる。

また一方、請求項６の発明によれば、一組のシングルピニオン型遊星歯車機構および一組のラビニョ型遊星歯車機構を主体とした構成で、オーバードライブモードを含む二つの運転モードを設定でき、しかも運転モードのいわゆる同期切替の可能なハイブリッド駆動装置を得ることができる。

そして、請求項７の発明によれば、三組のシングルピニオン型遊星歯車機構を主体とした構成で、オーバードライブモードを含む二つの運転モードを設定でき、しかも運転モードのいわゆる同期切替の可能なハイブリッド駆動装置を得ることができる。

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、単独でいわゆるオーバードライブ機構を構成するとともに、他の遊星歯車機構５と協働して更に複合した遊星歯車機構を構成するようになっている。すなわち、この第１遊星歯車機構４におけるキャリヤ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（以下、仮に第１サンギヤと記す）７とケーシングなどの固定部８との間に、第１サンギヤ７の回転を選択的に止める（第１サンギヤ７を選択的に固定する）ブレーキ機構ＢHが設けられている。このブレーキ機構（以下、単にブレーキ記す）ＢH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。したがって、第１サンギヤ７が固定要素（もしくは反力要素）となり、リングギヤ（以下、仮に第１リングギヤと記す）１０が出力要素となっている。

上記の第１遊星歯車機構４がエンジン１の出力側にエンジン１と同一軸線上に配置され、これに続けて第２の遊星歯車機構５が第１遊星歯車機構４と同一軸線上に配置されている。この第２の遊星歯車機構５は、図１に示す例では、ラビニョ型遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、外歯歯車であるサンギヤ（以下、仮に第２サンギヤと記す）１１と内歯歯車であるリングギヤ（以下、仮に第２リングギヤと記す）１２とが同心円上に配置され、その第２サンギヤ１１に内周側ピニオンギヤ１３が噛み合っており、この内周側ピニオンギヤ１３と第２リングギヤ１２とに外周側ピニオンギヤ１４が噛み合っており、これらのピニオンギヤ１３，１４がキャリヤ（以下、仮に第２キャリヤと記す）１５によって自転および公転自在に保持されている。したがってこれら第２サンギヤ１１と第２リングギヤ１２と第２キャリヤ１５とによってダブルピニオン型遊星歯車機構部が形成されている。

さらに、上記の第２サンギヤ１１に隣接して他のサンギヤ（以下、仮に第３サンギヤと記す）１６が配置され、この第３サンギヤ１６が上記の外周側ピニオンギヤ１４に噛み合っている。したがって、この第３サンギヤ１６と第２リングギヤ１２と第２キャリヤ１５とでシングルピニオン型遊星歯車機構部が形成されている。

そして、第１サンギヤ７と第３サンギヤ１６とを選択的に連結するクラッチ機構（以下、単にクラッチと記す）ＣLが設けられている。このクラッチＣLは、湿式多板クラッチから構成され、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。

さらに、第２サンギヤ１１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、そのロータが第２サンギヤ１１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。また、第３サンギヤ１６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３サンギヤ１６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。そして、この第２キャリヤ１５に出力部材１８が連結されている。なお、この出力部材１８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。

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１９，２０を介してバッテリあるいはキャパシタなどの蓄電装置２１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２１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。

そして、上記の各インバータ１９，２０やブレーキＢHおよびクラッチＣLなどを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２２が設けられている。この電子制御装置２２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ブレーキＢHおよびクラッチＣL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２２には、車速やアクセル開度、蓄電装置２１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二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、エンジン１から出力部材１８にトルクを伝達する動力伝達経路であり、あるいは各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態の組み合わせである。具体的には、これらの運転モードは、低速モードＬと高速モードＨとであり、上記のブレーキＢHおよびクラッチＣLの係合・解放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ＢHおよびクラッチＣL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、クラッチＣLを係合させ、かつブレーキＢH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は、そのリングギヤ１０がラビニョ型遊星歯車機構からなる第２遊星歯車機構５のリングギヤ１２に連結されていることに加えて、サンギヤ７がクラッチＣLによって第２遊星歯車機構５の第３サンギヤ１６に連結されるから、第２遊星歯車機構５と協働して複合遊星歯車機構を構成する。その複合遊星歯車機構は、第１キャリヤ６が入力要素となり、かつ第２キャリヤ１５が出力要素となり、さらに第２および第３のサンギヤ１１，１６のいずれかが反力要素もしくは第２の入力要素となる。すなわち、四要素の複合遊星歯車機構が形成される。

この状態における共線図を図３に示してあり、第１キャリヤ６にエンジン１から動力を入力するとともに、第２モータ・ジェネレータ３を発電機として機能させて第３サンギヤ１６に反力トルクを与え、さらに第１モータ・ジェネレータ２をモータとして機能させて第２サンギヤ１１にモータトルクを与えることにより、これらエンジン１および各モータ・ジェネレータ２，３の回転数に応じた回転数で第２キャリヤ１５およびこれに連結された出力部材１８が回転し、かつそれらのトルクおよび各遊星歯車機構４，５のギヤ比に応じたトルクが出力部材１８に現れる。したがって、所定の車速で走行している状態すなわち出力部材１８および第２キャリヤ１５が所定の回転数で回転している状態で、第２モータ・ジェネレータ３の回転数を低下させ、かつ第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増大させると、図３において各回転要素を示す縦線を結んでいる横線が例えば右下がりになる。すなわち、エンジン回転数が低下する。また反対に、第２モータ・ジェネレータ３の回転数を増大させ、かつ第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させると、図３において各回転要素を示す縦線を結んでいる横線が例えば右上がりになる。すなわち、エンジン回転数が増大する。

このように、低速モードＬでは、発電機としての第２モータ・ジェネレータ３とモータとしての第１モータ・ジェネレータ２との回転数を上記のように制御することにより、エンジン回転数を適宜に制御し、例えば燃費の良好な回転数に制御することができる。なおその場合、各モータ・ジェネレータ２，３の間で、電力の受け渡しが生じ、エンジン１から出力部材１８に対して、いわゆる電力への変換を伴う動力の伝達が生じる。このような各モータ・ジェネレータ２，３の制御あるいはエンジン回転数制御は、車速や要求駆動力などに基づいて目標エンジン回転数あるいは目標入力回転数を求め、その目標値を達成するように、前記電子制御２２によってインバータ１９，２０を制御して行うことができる。

なお、この低速モードＬを設定している状態で、エンジン１を停止するとともに、各モータ・ジェネレータ２，３を負回転状態とすると、第２遊星歯車機構５の全体が負方向に回転するので、そのキャリヤ１５およびこれと一体の出力部材１８が逆回転し、車両が後進走行する。これに対してエンジン１を駆動している場合には、第２モータ・ジェネレータ３が正回転するので、第１モータ・ジェネレータ２を負方向へ回転させることにより、出力部材１８が逆回転し、車両が後進走行する。

上記のハイブリッド駆動装置を搭載した車両が低負荷で高速走行する場合には、エンジン回転数と出力部材１８の回転数との比である変速比を小さくするが、変速比を小さくするべくエンジン回転数を低下させるためには、低速モードＬでは、図３から明らかなように、第２モータ・ジェネレータ３の回転数を低下させることになる。そして、第２モータ・ジェネレータ３が連結されている第３サンギヤ１６を逆回転させるほどに変速比を小さくする場合には、第２モータ・ジェネレータ３を逆回転させ、かつモータとして機能させることになる。このようないわゆる逆転力行状態では、電力の消費が増大して燃費が悪化するから、この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置では、運転モードが低速モードＬから高速モードＨに切り替えられる。

すなわち、第２モータ・ジェネレータ３の回転数を低下させて、ついにはその回転を止めると、クラッチＣLを介して第２モータ・ジェネレータ３に連結されている第１サンギヤ７の回転数がゼロとなる。この状態を図３に破線で示してある。この第１サンギヤ７がブレーキＢHに連結されているから、そのブレーキＢHを係合させるとともに、クラッチＣLを解放することにより、低速モードＬから高速モードＨに切り替えられる。すなわち、各運転モードＬ，Ｈで同一の回転数となる同期状態で、クラッチＣLの解放とブレーキＢHの係合とによる運転モードの切り替えが実行される。これは、低速モードＬから高速モードＨへの切り替えの場合に限らず、高速モードＨから低速モードＬに切り替える場合も同様である。したがって、運転モードの切り替えに伴って回転数の変化が生じないので、ショックが悪化することはない。

このようなクラッチＣLおよびブレーキＢHの係合あるいは解放による運転モードの切り替えは、前述した電子制御装置２２が出力する制御信号によって実行させることができる。例えば、車速や要求駆動力などをパラメータとして運転モードマップを予め用意しておき、検出されたパラメータとそのマップとに基づいて、設定するべき運転モードを判断し、その判断結果に応じた制御信号を出力するように構成すればよい。したがって、その電子制御装置２２がこの発明のモード切換手段に相当する。

高速モードＨでは、上述したように、クラッチＣLが解放されるから、第１遊星歯車機構４は、そのリングギヤ１０のみが第２遊星歯車機構５に連結され、したがってエンジン１の出力した動力を第１遊星歯車機構４で変速して第２遊星歯車機構５に出力することになる。特に、ブレーキＢHが係合してサンギヤ７が固定されるから、第１遊星歯車機構４は増速作用を行う。具体的には図４の共線図に示すように、第１遊星歯車機構４ではサンギヤ７が固定された状態でキャリヤ６にエンジン１の動力が入力されるから、出力要素であるリングギヤ１０がサンギヤ７およびこれに連結されているエンジン１よりも高回転数で回転する。すなわち、オーバードライブ状態となる。

そのリングギヤ１０が第２遊星歯車機構５のリングギヤ１２に連結されているから、第１遊星歯車機構４で増速されたエンジン１の出力がリングギヤ１２に入力される。すなわち、第２遊星歯車機構５では、リングギヤ１２を入力要素とし、第２キャリヤ１５を出力要素とし、さらに第２および第３のサンギヤ１１，１６のいずれかが反力要素もしくは第２の入力要素となる。すなわち、第２遊星歯車機構５は、四要素の複合遊星歯車機構として機能する。

したがって、高速モードＨにおいても、各モータ・ジェネレータ２，３を発電機あるいはモータとして機能させるとともに、それぞれの回転数を制御することにより、変速比あるいはエンジン回転数を適宜に制御できる。なおその場合、第２遊星歯車機構５は単独で、四要素の複合遊星歯車機構として機能し、かつそのリングギヤ１２が入力要素となるので、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させて第２サンギヤ１１に反力トルクを与え、かつ第２モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させて第３サンギヤ１６にモータトルクを与えることになる。すなわち、各モータ・ジェネレータ２，３の機能が、低速モードＬとは反対になる。

そして、高速モードＨにおいて、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数によって変速比もしくはエンジン回転数を制御する場合、高速モードＨでの第２遊星歯車機構５の入力回転数は、前述した低速モードＬにおけるよりも高回転数であるから、各モータ・ジェネレータ２，３の回転数を相対的に高い回転数で変化させることになり、したがって全体としての変速比を小さくしてエンジン回転数を下げるとしても、第２モータ・ジェネレータ３を逆転力行する必要がなく、その結果、低負荷高速走行時であっても、動力伝達効率の悪い運転状態を回避して燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。言い換えれば、エンジン１を燃費のよい回転数で運転でき、燃費を向上させることができる。

なお、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とは容易に置き換えることができる。したがって、前述した第１遊星歯車機構４をシングルピニオン型遊星歯車機構に替えてダブルピニオン型遊星歯車機構とすることもでき、その場合、リングギヤを入力要素とし、キャリヤを出力要素とすることになる。また、ラビニョ型遊星歯車機構をダブルピニオン型遊星歯車機構とシングルピニオン型遊星歯車機構とに分けることも可能である。さらにラビニョ型遊星歯車機構におけるダブルピニオン型遊星歯車機構部をシングルピニオン型遊星歯車機構に置き換えることもできる。その例を図５にスケルトン図で示してある。

図５において、第２遊星歯車機構５が、二組のシングルピニオン型遊星歯車機構５１，５２によって構成され、図５の左側の遊星歯車機構５１におけるキャリヤ５１Ｃと右側の遊星歯車機構５２のリングギヤ５２Ｒとが互いに連結されるとともに、これらが第１遊星歯車機構４のリングギヤ１０に連結されている。また、図５の左側の遊星歯車機構５１のリングギヤ５１Ｒと右側の遊星歯車機構５２のキャリヤ５２Ｃとが互いに連結されるとともに、これらに出力部材１８が連結されている。さらに、図５の左側の遊星歯車機構５１のサンギヤ５１Ｓに第１モータ・ジェネレータ２が連結され、また右側の遊星歯車機構５２のサンギヤ５２Ｓに第２モータ・ジェネレータ３が連結されている。そして、その第２モータ・ジェネレータ３が連結されているサンギヤ５２Ｓと第１遊星歯車機構４のサンギヤ７との間にこれらを選択的に連結するクラッチＣLが設けられている。他の構成は、図１に示すものと同様である。

この図５に示す構成のハイブリッド駆動装置についての共線図を、図６および図７に示してある。図６は低速モードＬについての共線図であり、また図７は高速モードＨでの共線図である。シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを置き換えた場合、それぞれのキャリヤとリングギヤとを入れ替えたものと基本的には同様となるから、各共線図は、前述した図３および図４に示すものと比較して、キャリヤとリングギヤとの位置が入れ替わっている点以外は基本的には同様である。したがって、これらの共線図からも容易に知られるように、図５に示す構成であっても、いわゆるオーバードライブモードを設定して高速走行時の燃費を向上させることができるとともに、各運転モードの切り替えを、回転数の変化を生じさせない同期切替によって実行でき、ショックの悪化を防止することができる。

なお、図１に示す構成では、出力部材１８をエンジン１の軸線方向に延長した位置に配置できるので、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。また図５に示す構成では、第１モータ・ジェネレータ２よりもエンジン１側に出力部材１８を配置することになるので、エンジン１を車両の幅方向に向けて配置する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。さらに、上記の各具体例で示したように、必要とする遊星歯車機構が二組もしくは三組であって、また係合装置はクラッチとブレーキとでよいから、全体として構成が簡単で低廉な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。低速モードにおける動作状態を示す共線図である。高速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。図５に示すハイブリッド駆動装置についての低速モードにおける動作状態を示す共線図である。図５に示すハイブリッド駆動装置についての高速モードにおける動作状態を示す共線図である。

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）、４，５，５１，５２…遊星歯車機構、１８…出力部材、２２…電子制御装置、ＣL…クラッチ、ＢH…ブレーキ。

Claims

相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた複数組の差動歯車機構を介して、内燃機関と発電機能のある電動機と出力部材とが連結されたハイブリッド駆動装置において、
いずれかの差動歯車機構における回転要素と他の差動歯車機構における回転要素との連結関係およびいずれかの回転要素の固定状態を変更する複数の係合装置と、
前記内燃機関の出力した動力を増速して出力する運転モードと、前記内燃機関と前記出力部材との動作状態の関係が前記運転モードとは異なる他の運転モードとの少なくとも２つの運転モードを、前記係合装置の係合・解放状態の切り替えによって選択し、かつ前記係合装置の係合・解放状態の切り替えを、その切り替えによって他の回転要素との連結関係が変化するいずれかの回転要素の回転数がその切り替えによって変化しない同期状態で実行するモード切換手段と
を備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
前記運転モードが、前記内燃機関の出力した動力をいずれかの差動歯車機構によって回転数を増大させて他の差動歯車機構に伝達する運転モードと、前記内燃機関の出力した動力といずれかの前記電動機によるトルクとを合成して前記他の差動歯車機構に伝達する運転モード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。
前記差動歯車機構が、入力要素と固定要素と出力要素とを有する遊星歯車機構を含み、いずれかの遊星歯車機構が、前記内燃機関から入力要素に伝達された動力を固定要素を固定した状態では回転数を増大させて出力要素を介して他の遊星歯車機構に出力するオーバードライブ用遊星歯車機構を構成し、さらに
前記いずれかの遊星歯車機構の固定要素を選択的に固定するブレーキ機構と、その固定要素を前記ブレーキ機構による固定を解除した状態で前記他の遊星歯車機構におけるいずれかの要素に連結するクラッチ機構とを備えていること
を特徴する請求項１または２に記載のハイブリッド駆動装置。
前記差動歯車機構が、固定要素を固定した状態では入力要素に入力された動力を増速して出力要素から出力する第１遊星歯車機構と、ダブルピニオン型遊星歯車機構とシングルピニオン型遊星歯車機構とをそれぞれのリングギヤ同士およびキャリヤ同士を一体化して組み合わせた複合遊星歯車機構とを含むとともに、第１遊星歯車機構の出力要素が前記複合遊星歯車機構のリングギヤに連結され、
また、前記第１遊星歯車機構の入力要素に前記内燃機関が連結されるとともに、前記複合遊星歯車機構におけるダブルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとシングルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとのそれぞれに前記電動機が連結され、
さらに、前記第１遊星歯車機構の固定要素を選択的に固定するブレーキ機構と、前記第１遊星歯車機構の固定要素と前記複合遊星歯車機構を構成しているシングルピニオン型遊星歯車機構のサンギヤとを選択的に連結するクラッチ機構とを備えていること
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。
前記運転モードが、二つの電動機の内の一方の電動機を発電機として機能させかつ他方の電動機をモータとして機能させる運転状態と、前記一方の電動機をモータとして機能させかつ他方の電動機を発電機として機能させる運転状態とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド駆動装置。
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、その第２サンギヤに噛み合うピニオンギヤおよびそのピニオンギヤと前記第２リングギヤとに噛み合う他の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ダブルピニオン型遊星歯車機構部と、前記第２キャリヤと、前記第２リングギヤと、前記第２リングギヤに噛み合いかつ前記第２キャリヤで保持されたピニオンギヤに噛み合う第３サンギヤとを回転要素とするシングルピニオン型遊星歯車機構部とからなるラビニョ型遊星歯車機構と
を含み、かつ
前記第１リングギヤと第２リング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２サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第３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３サンギヤとを選択的に連結するクラッチ機構と、前記第１サン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。
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しかつ前記第１リングギヤに連結された第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、
第３サンギヤと前記第２キャリヤに連結された第３リングギヤとこれら第３サンギヤおよび第３リングギヤに噛み合うピニオンギヤを保持しかつ前記第２リングギヤに連結された第３キャリヤとを回転要素とするシングルピニオン型の第３遊星歯車機構と
を含み、かつ
前記第１キャリヤに前記内燃機関が連結され、前記第２サンギヤに前記第１電動機が連結され、前記第３サンギヤに前記第２電動機が連結され、前記第３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３サンギヤとを選択的に連結するクラッチ機構と、前記第１サン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。