JP2008062766A - 動力出力装置およびハイブリッド自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車の提供。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、それぞれ動力を入出力可能なモータＭＧ１およびモータＭＧ２と、モータＭＧ１に接続されるサンギヤ４１とモータＭＧ２に接続されるキャリア４５とエンジン２２に接続されるリングギヤ４２とを含む動力分配統合機構４０と、動力分配統合機構４０のキャリア４５を駆動軸６７に連結可能な１速ギヤ列６１ａ，６１ｂおよび３速ギヤ列６３ａ，６３ｂを有する第１変速機構と、単独では変速比の設定に用いられない平行軸式ギヤ列６４ａ，６４ｂを有する第２変速機構とを含む変速機６０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車に関する。
従来から、この種の動力出力装置として、内燃機関と、２体の電動機と、いわゆるラビニヨ型の遊星歯車機構と、遊星歯車機構の２つの出力要素を選択的に出力軸に連結可能な平行軸式変速機とを備えた動力出力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この動力出力装置は前輪駆動車両を対象としたものであり、この動力出力装置では、内燃機関が横置きに配置されると共に、内燃機関および遊星歯車機構、２体の電動機および平行軸式変速機の回転軸が互いに平行に延在することになる。また、従来から、内燃機関に接続される入力要素および２つの出力要素を含む遊星歯車装置と、当該遊星歯車機構の対応する出力要素にそれぞれ接続されるカウンタシャフトを含む平行軸式変速機とを備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この動力出力装置では、遊星歯車装置の２つの出力要素が電気駆動部の対応したロータの内周にそれぞれ固定されている。更に、従来から、内燃機関に接続された入力要素と、第１モータ・ジェネレータに接続された反力要素と、第２モータ・ジェネレータに接続された出力要素とを含む動力分配機構と、出力部材としてのアクスル軸を動力分配機構の出力要素と反力要素とに選択的に接続させるための２つのクラッチとを備えたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。この動力出力装置では、第１モータ・ジェネレータが負回転で力行するようになると、動力分配機構の反力要素が出力部材に接続されると共に出力要素と出力部材との接続が解除されるように２つのクラッチが制御され、それにより、出力部材の動力の一部を用いて第２モータ・ジェネレータが発電した電力により第１モータ・ジェネレータを駆動する動力循環の発生が抑制される。
特開２００５−１５５８９１号公報 特開２００３−１０６３８９号公報 特開２００５−１２５８７６号公報
上述のような動力出力装置は、内燃機関からの動力を２体の電動機によりトルク変換しながら要求される動力を駆動軸に出力することにより、内燃機関を効率のよい運転ポイントで運転可能とするものであるが、より広範な走行領域において動力の伝達効率を向上させるという点で、従来の動力出力装置にはなお改善の余地がある。
そこで、本発明は、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車の提供を目的とする。
本発明による動力出力装置およびハイブリッド自動車は、上述の目的を達成するために以下の手段を採っている。
本発明による動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
動力を入出力可能な第１電動機と、
動力を入出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機の回転軸に接続される第１要素と前記第２電動機の回転軸に接続される第２要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第３要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の一方を前記駆動軸に連結すると共に該第１および第２要素の一方からの動力を所定の変速比で前記駆動軸に伝達することができる動力伝達機構と、この動力伝達機構により前記第１および第２要素の一方が前記駆動軸に連結されているときに前記第１および第２要素の他方を前記駆動軸に連結して前記内燃機関からの動力を一定の変速比である固定変速比で前記駆動軸に伝達可能とする固定変速比設定機構とを含む変速伝達手段と、
を備えるものである。
この動力出力装置に備えられた変速伝達手段は、動力分配統合機構の第１および第２要素の一方を駆動軸に連結すると共に当該第１および第２要素の一方からの動力を所定の変速比で駆動軸に伝達することができる動力伝達機構と、この動力伝達機構により第１および第２要素の一方が駆動軸に連結されているときに第１および第２要素の他方を駆動軸に連結して前記内燃機関からの動力を一定の変速比である固定変速比で前記駆動軸に伝達可能とする固定変速比設定機構とを含むものである。これにより、この動力出力装置では、変速伝達手段の動力伝達機構により動力分配統合機構と駆動軸とを連結すれば、第１および第２要素の一方からの動力を所定の変速比で駆動軸に伝達することができる。そして、変速伝達手段の動力伝達機構により動力分配統合機構の第１および第２要素の一方が駆動軸に連結されているときに固定変速比設定機構により第１および第２要素の他方を駆動軸に連結すれば、電気エネルギへの変換を伴うことなく内燃機関からの動力を固定変速比で機械的に駆動軸へと伝達することが可能となる。この結果、この動力出力装置によれば、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。
この場合、前記変速伝達手段は、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の一方を前記駆動軸に連結可能な少なくとも１組の平行軸式ギヤ列を有する第１変速機構と、前記第１および第２要素の他方を前記駆動軸に連結可能な少なくとも１組の平行軸式ギヤ列を有する第２変速機構とを含む平行軸式変速機であってもよく、前記動力伝達機構は前記第１および第２変速機構の一方であると共に、前記固定変速比設定機構は前記第１および第２変速機構の他方に含まれて単独では変速比の設定に用いられない平行軸式ギヤ列であってもよい。このような平行軸式変速機である変速伝達手段によれば、第１および第２変速機構の何れか一方により動力分配統合機構と駆動軸とを連結すれば、動力分配統合機構の第１または第２要素からの動力を第１または第２変速機構による変速比で駆動軸に伝達することができる。そして、動力伝達機構としての第１および第２変速機構の一方により動力分配統合機構の第１および第２要素の一方が駆動軸に連結されているときに第１および第２変速機構の他方に設けられている固定変速比設定機構としての平行軸式ギヤ列により第１および第２要素の他方を駆動軸に連結すれば、内燃機関からの動力を固定変速比で機械的に駆動軸へと伝達することが可能となる。また、かかる変速伝達手段によれば、固定変速比設定機構としての平行軸式ギヤ列は、単独では変速比の設定に用いられないものであることから、平行軸式ギヤ列のギヤ比を例えば極端に小さくするなど任意に設定することが可能であり、それにより固定変速比を任意に設定することができる。
更に、前記変速伝達手段の前記動力伝達機構は、前記第１および第２要素の一方と前記駆動軸とを常時連結するものであってもよい。このように、動力伝達機構により動力分配統合機構の第１および第２要素の一方と駆動軸とを常時連結し、基本的に動力分配統合機構の第１および第２要素の一方を出力要素とする場合であっても、変速伝達手段に固定変速比設定機構を備えれば、内燃機関からの動力を固定変速比で機械的に駆動軸へと伝達することが可能となり、その結果、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることができる。
この場合、前記固定変速比設定機構は、前記固定変速比を複数段階に設定可能に構成されてもよく、互いに異なるギヤ比を有すると共に前記第１および第２要素の他方と前記駆動軸との連結に選択的に使用され得る複数の平行軸式ギヤ列を含むものであってもよい。これにより、固定変速比を複数段階に設定して内燃機関からの動力を異なる固定変速比で機械的に駆動軸へと伝達することが可能となるので、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。
また、前記変速伝達手段は、前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用遊星歯車機構と、該第１変速用遊星歯車機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第１固定機構とからなる第１変速機構と、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用遊星歯車機構と、該第２変速用遊星歯車機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第２固定機構とからなる第２変速機構とを含む遊星歯車式変速機であってもよく、前記動力伝達機構は前記第１および第２変速機構の一方であると共に前記固定変速比設定機構は前記第１および第２変速機構の他方に含まれる第１または第２固定機構であってもよい。このような遊星歯車式変速機である変速伝達手段によれば、第２固定機構を解放状態とすると共に第１固定機構によって第１変速用遊星歯車機構の固定可能要素を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構の第１要素からの動力を第１変速用遊星歯車機構のギヤ比に基づく変速比で変速して駆動軸に伝達することができる。また、第１固定機構を解放状態とすると共に第２固定機構によって第２変速用遊星歯車機構の固定可能要素を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構の第２要素からの動力を第２変速用遊星歯車機構のギヤ比に基づく変速比で変速して駆動軸に伝達することができる。そして、第１および第２固定機構の何れか一方により対応する固定可能要素が固定されて第１および第２変速機構（第１および第２変速用遊星歯車機構）の一方により動力分配統合機構と駆動軸とが連結されているときに、第１および第２変速機構の他方の第１または第２固定機構により対応する固定可能要素を固定すれば、第１固定機構と第２固定機構とによって第１および第２変速用遊星歯車機構の固定可能要素の双方が回転不能に固定されるので、内燃機関からの動力を固定変速比で機械的に駆動軸へと伝達することが可能となる。
この場合、前記変速伝達手段は、前記第１変速用遊星歯車機構および前記第２変速用遊星歯車機構の何れか一方の前記出力要素と前記固定可能要素との接続および該接続の解除を実行可能な変速用接続断接機構を更に含むものであってもよい。このような変速伝達手段では、変速用接続断接機構に対応していない第１または第２変速用遊星歯車機構の固定可能要素を回転不能に固定すれば当該遊星歯車機構が上記動力伝達機構として機能し得る。そして、変速用接続断接機構に対応していない第１または第２変速用遊星歯車機構の固定可能要素を回転不能に固定した状態で変速用接続断接機構に対応した第２または第１変速用遊星歯車機構の出力要素と固定可能要素とを固定変速比設定機構としての当該変速用接続断接機構により接続すれば、第１および第２変速用遊星歯車機構の固定可能要素の双方を回転不能に固定したときとは異なる固定変速比で内燃機関からの動力を機械的に駆動軸へと伝達することが可能となる。
そして、本発明による動力出力装置は、前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備えてもよい。このような接続断接手段を備えた動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させれば、動力分配統合機構の機能により内燃機関を実質的に第1および第２電動機や変速伝達手段から切り離すことが可能となる。これにより、この動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させると共に内燃機関を停止させれば、第１および第２電動機の少なくとも何れかからの動力を変速伝達手段の変速比の変更を伴って駆動軸に効率よく伝達することが可能となる。従って、この動力出力装置によれば、第１および第２電動機に要求される最大トルクを低下させることができるので、第１および第２電動機のより一層の小型化を図ることが可能となる。なお、接続断接手段は、第１電動機と第１要素との間または第２電動機と第２要素との間に配置されて対応する第１または第２電動機と第１または第２要素との接続および該接続の解除を実行可能であると共に、変速伝達手段は、接続断接手段による上記接続が解除されているときに該接続断接手段に対応した第１または第２電動機からの動力を駆動軸に伝達可能であってもよい。
本発明によるハイブリッド自動車は、上記何れかの動力出力装置を備え、駆動軸からの動力により駆動される駆動輪を含むものである。このハイブリッド自動車に搭載される動力出力装置は、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上可能なものであるから、このハイブリッド自動車では、燃費と走行性能とを良好に向上させることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、後輪駆動車両として構成されており、車両前部に配置されるエンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６に接続された動力分配統合機構（差動回転機構）４０と、動力分配統合機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、このモータＭＧ１と同軸に配置されると共に減速ギヤ機構５０を介して動力分配統合機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ２と、動力分配統合機構４０からの動力を変速比の変更を伴って駆動軸６７に伝達可能な変速機６０と、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等とを備えるものである。
エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４から燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ３１，３２を介して二次電池であるバッテリ３５と電力のやり取りを行なう。インバータ３１，３２とバッテリ３５とを接続する電力ライン３９は、各インバータ３１，３２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れか一方により発電される電力を他方のモータで消費できるようになっている。従って、バッテリ３５は、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになり、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば充放電されないことになる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、何れもモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３０により駆動制御される。モータＥＣＵ３０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３３，３４からの信号や、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ３０からは、インバータ３１，３２へのスイッチング制御信号等が出力される。モータＥＣＵ３０は、回転位置検出センサ３３，３４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。また、モータＥＣＵ３０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号等に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。
バッテリ３５は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）３６によって管理されている。バッテリＥＣＵ３６には、バッテリ３５を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ３５の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ３５の出力端子に接続された電力ライン３９に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ３５に取り付けられた温度センサ３７からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。バッテリＥＣＵ３６は、必要に応じてバッテリ３５の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。更に、バッテリＥＣＵ３６は、バッテリ３５を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣも算出している。
動力分配統合機構４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２、減速ギヤ機構５０、変速機６０と共に図示しないトランスミッションケースに収容され、エンジン２２から所定距離を隔ててクランクシャフト２６と同軸に配置される。本実施例の動力分配統合機構４０は、外歯歯車のサンギヤ４１と、このサンギヤ４１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ４２と、互いに噛合すると共に一方がサンギヤ４１と他方がリングギヤ４２と噛合する２つのピニオンギヤ４３，４４の組を自転かつ公転自在に少なくとも１組保持するキャリア４５とを有するダブルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ４１（第２要素）とリングギヤ４２（第３要素）とキャリア４５（第１要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。本実施例において、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１には、当該サンギヤ４１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸４１ａおよび中空の第１モータ軸４６を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（中空のロータ）が接続されている。また、第１要素たるキャリア４５には、動力分配統合機構４０とエンジン２２との間に配置される減速ギヤ機構５０および当該減速ギヤ機構５０（サンギヤ５１）からエンジン２２に向けて延びる中空の第２モータ軸５５を介して第１電動機としてのモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。更に、第３要素たるリングギヤ４２には、第２モータ軸５５およびモータＭＧ２を通して延びるリングギヤ軸４２ａおよびダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。
また、図１に示すように、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との間には、両者の接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ０（接続断接手段）が設けられている。本実施例において、クラッチＣ０は、例えば、サンギヤ軸４１ａの先端に固定されたドグと第１モータ軸４６の先端に固定されたドグとをより少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ８８により駆動される。クラッチＣ０によりサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続を解除した際には、第２電動機としてのモータＭＧ１と動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１との接続が解除されることになり、動力分配統合機構４０の機能によりエンジン２２を実質的にモータＭＧ１，ＭＧ２や変速機６０から切り離すことが可能となる。
そして、このように動力分配統合機構４０のサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出され、変速機６０に接続される。また、動力分配統合機構４０のキャリア４５からは、中空のサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６を通してエンジン２２とは反対側（車両後方）にキャリア軸（連結軸）４５ａが延出されており、このキャリア軸４５ａも変速機６０に接続される。これにより、本実施例において、動力分配統合機構４０は互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置され、エンジン２２はモータＭＧ２に同軸に並設されると共に動力分配統合機構４０を挟んで変速機６０と対向することになる。すなわち、本実施例では、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０および変速機６０という動力出力装置の構成要素が、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、動力分配統合機構４０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。これにより、動力出力装置をコンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０に好適なものとすることができる。
また、本実施例では、上述のように、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１がサンギヤ軸４１ａ、クラッチＣ０および第１モータ軸４６を介して変速機６０に接続されると共に、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５がキャリア軸４５ａを介して変速機６０に接続される。これにより、ハイブリッド自動車２０では、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１およびキャリア４５の何れか一方をエンジン２２から出力されるトルクの反力を受け持つ反力要素とすると共に、他方を出力要素として変速機６０に動力を出力することができる。そして、サンギヤ４１を反力要素とすれば、モータＭＧ１が発電機として機能することになり、この際、動力分配統合機構４０は、リングギヤ４２を介して入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ４１側とキャリア４５側とにそのギヤ比に応じて分配すると共に、エンジン２２からの動力と電動機として機能するモータＭＧ２からの動力とを統合してキャリア４５側に出力する。また、キャリア４５を反力要素とすれば、モータＭＧ２が発電機として機能することになり、この際、動力分配統合機構４０は、リングギヤ４２を介して入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ４１側とキャリア４５側とにそのギヤ比に応じて分配すると共に、エンジン２２からの動力と電動機として機能するモータＭＧ１からの動力とを統合してサンギヤ４１側に出力する。
減速ギヤ機構５０は、外歯歯車のサンギヤ５１と、このサンギヤ５１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ５２と、サンギヤ５１およびリングギヤ５２の双方と噛合する複数のピニオンギヤ５３と、複数のピニオンギヤ５３を自転かつ公転自在に保持するキャリア５４とを備えるシングルピニオン式遊星歯車機構である。減速ギヤ機構５０のサンギヤ５１は、上述の第２モータ軸５５を介してモータＭＧ２のロータに接続されている。また、減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２は、動力分配統合機構４０のキャリア４５に固定され、これにより減速ギヤ機構５０は動力分配統合機構４０と実質的に一体化される。そして、減速ギヤ機構５０のキャリア５４は、トランスミッションケースに対して固定されている。従って、減速ギヤ機構５０の作用により、モータＭＧ２からの動力が減速されて動力分配統合機構４０のキャリア４５に入力されると共に、キャリア４５からの動力が増速されてモータＭＧ２に入力されることになる。なお、本実施例のように、減速ギヤ機構５０をモータＭＧ２と動力分配統合機構４０との間に配置して動力分配統合機構４０と一体化させれば、動力出力装置をより一層コンパクト化することができる。
変速機６０は、複数段階に変速比を設定可能な平行軸式自動変速機として構成されており、１速ギヤ列を構成する第１カウンタドライブギヤ６１ａおよび第１カウンタドリブンギヤ６１ｂ、２速ギヤ列を構成する第２カウンタドライブギヤ６２ａおよび第２カウンタドリブンギヤ６２ｂ、３速ギヤ列を構成する第３カウンタドライブギヤ６３ａおよび第３カウンタドリブンギヤ６３ｂ、単独では変速比の設定に用いられない固定変速比設定用ギヤ列（固定変速設定機構）を構成する連結ギヤ６４ａおよび連結ギヤ６４ｂ、各カウンタドリブンギヤ６１ｂ〜６３ｂ、連結ギヤ６４ｂおよびギヤ６６ｂが固定されたカウンタシャフト６５、クラッチＣ１，Ｃ２、駆動軸６７に取り付けられたギヤ６６ａ、更に図示しないリバースギヤ列等を含む（以下、適宜「カウンタドライブギヤ」および「カウンタドリブンギヤ」を単に「ギヤ」という）。なお、変速機６０において、１速ギヤ列の変速比が最も大きく、２速ギヤ列、最小変速比を設定する３速ギヤ列へと移行するにつれて変速比が小さくなる。また、固定変速比設定用ギヤ列を構成する連結ギヤ６４ａおよび連結ギヤ６４ｂのギヤ比は、最小変速比を設定する３速ギヤ列における変速比よりも極端に小さく設定されている。
図１に示すように、１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａは、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５から延出されたキャリア軸４５ａに回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第１ギヤ６１ｂと常時噛合している。同様に、３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａもキャリア軸４５ａに回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第３ギヤ６３ｂと常時噛合している。そして、本実施例ではキャリア軸４５ａ側（カウンタドライブギヤ側）に、第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）と第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）の何れか一方をキャリア軸４５ａに対して選択的に固定すると共に、第１ギヤ６１ａおよび第３ギヤ６３ａの双方をキャリア軸４５ａに対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ１が配置されている。本実施例において、クラッチＣ１は、例えば、キャリア軸４５ａに回転不能かつ軸方向に移動自在に保持されたドグを第１ギヤ６１ａに固定されたドグと第３ギヤ６３ａに固定されたドグとの何れか一方により少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、上述のアクチュエータ８８により駆動される。これら１速ギヤ列のギヤ６１ａ，６１ｂ、３速ギヤ列のギヤ６３ａ，６３ｂおよびクラッチＣ１は、変速機６０の第１変速機構を構成する。また、２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａは、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第２ギヤ６２ｂと常時噛合している。同様に、固定変速比設定用ギヤ列の連結ギヤ６４ａも第１モータ軸４６に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された連結ギヤ６４ｂと常時噛合している。そして、本実施例では第１モータ軸４６側（カウンタドライブギヤ側）に、第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）と連結ギヤ６４ａ（固定変速比設定用ギヤ列）との何れか一方を第１モータ軸４６に対して選択的に固定すると共に、第２ギヤ６２ａおよび連結ギヤ６４ａの双方を第１モータ軸４６に対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ２が配置されている。本実施例において、クラッチＣ２も、例えば、第１モータ軸４６に回転不能かつ軸方向に移動自在に保持されたドグを第２ギヤ６２ａに固定されたドグと連結ギヤ６４ａに固定されたドグとの何れか一方により少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、上述のアクチュエータ８８により駆動される。これら２速ギヤ列のギヤ６２ａ，６２ｂ、固定変速比設定用ギヤ列のギヤ６４ａ，６４ｂおよびクラッチＣ２は、変速機６０の第２変速機構を構成する。
このように構成された変速機６０によれば、クラッチＣ２を解放状態とすると共に、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）と第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）の何れか一方をキャリア軸４５ａに固定すれば、キャリア軸４５ａからの動力を第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）または第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）を介してカウンタシャフト６５に伝達することができる。また、クラッチＣ０を繋ぐと共にクラッチＣ１を解放状態とし、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を第１モータ軸４６に固定すれば、第１モータ軸４６からの動力を第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を介してカウンタシャフト６５に伝達することができる。そして、キャリア軸４５ａまたは第１モータ軸４６からカウンタシャフト６５に伝達された動力は、ギヤ６６ａ，６６ｂを介して駆動軸６７に伝達され、デファレンシャルギヤ６８を介して最終的に駆動輪としての後輪６９ａ，６９ｂに出力されることになる。以下、適宜、１速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第１変速状態（１速）」と、２速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第２変速状態（２速）」と、３速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第３変速状態（３速）」という。また、本実施例の変速機６０では、クラッチＣ１，Ｃ２がキャリア軸４５ａ、第１モータ軸４６側に設けられているので、クラッチＣ１，Ｃ２によりギヤ６１ａ〜６４ａをキャリア軸４５ａまたは第１モータ軸４６に固定する際の損失を低減することが可能となる。すなわち、各ギヤ列における歯数の比にもよるが、特に減速比が極端に小さい固定変速比設定用ギヤ列を含む第２変速機構に関しては、クラッチＣ２により第１モータ軸４６に固定される前に空転している連結ギヤ６４ａの回転数は、それぞれに対応するカウンタシャフト６５側の連結ギヤ６４ｂの回転数よりも低くなるので、少なくともクラッチＣ２を第１モータ軸４６側に設ければ、連結ギヤ６４ａのドグと第１モータ軸４６のドグとをより少ない損失で係合させることが可能となる。なお、減速比が大きい１速ギヤ列を含む第１変速機構については、クラッチＣ１をカウンタシャフト６５側に設けてもよい。
そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのイグニッション信号、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖが入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６と各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。また、クラッチＣ０や変速機６０のクラッチＣ１およびＣ２を駆動するアクチュエータ８８もハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。
次に、上述のように構成された本実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。
図２から図８は、エンジン２２の運転を伴ってハイブリッド自動車２０を走行させる場合に車速変化に応じて変速機６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの動力分配統合機構４０および変速機６０の主たる要素の回転数やトルクの関係を例示する説明図である。ハイブリッド自動車２０が図２から図８に示す状態で走行する際には、アクセルペダル８３の踏み込み量や車速Ｖに基づくハイブリッドＥＣＵ７０の統括的な制御のもと、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２が、モータＥＣＵ３０によりモータＭＧ１，ＭＧ２が制御され、アクチュエータ８８（クラッチＣ０、変速機６０のクラッチＣ１およびＣ２）はハイブリッドＥＣＵ７０により直接制御される。なお、図２から図８において、Ｓ軸は動力分配統合機構４０のサンギヤ４１の回転数（モータＭＧ１すなわち第１モータ軸４６の回転数Ｎｍ１）を、Ｒ軸は動力分配統合機構４０のリングギヤ４２の回転数（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を、Ｃ軸は動力分配統合機構４０のキャリア４５（キャリア軸４５ａおよび減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２）の回転数をそれぞれ示す。また、６１ａ軸〜６４ａ軸，６５軸および６７軸は、変速機６０の第１ギヤ６４ａ〜第４ギヤ６４ａ、カウンタシャフト６５および駆動軸６７の回転数をそれぞれ示す。
図２に示すように、ハイブリッド自動車２０の発進時には、クラッチＣ０が繋がれ、変速機６０のクラッチＣ２が解放状態とされると共に、同図において一点鎖線で示すように、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）がキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定される。これにより、動力分配統合機構４０のキャリア４５が出力要素となって当該キャリア４５に接続されたモータＭＧ２が電動機として機能し、かつ反力要素となるサンギヤ４１に接続されたモータＭＧ１が発電機として機能するようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することが可能となる。以下、モータＭＧ１が発電機として機能すると共にモータＭＧ２が電動機として機能するモードを「第１トルク変換モード」という。このような第１トルク変換モードにおける動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を図９に示す。なお、図９においてＳ軸、Ｒ軸、Ｃ軸は、図２から図８と同様のものを示すと共に、５４軸は減速ギヤ機構５０のキャリア５４の回転数を、５１軸は減速ギヤ機構５０のサンギヤ５１の回転数（モータＭＧ２すなわち第２モータ軸５５の回転数Ｎｍ２）をそれぞれ示し、ρは動力分配統合機構４０のギヤ比（サンギヤ４１の歯数／リングギヤ４２の歯数）を、ρｒは減速ギヤ機構５０の減速比（サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５２の歯数）をそれぞれ示す。かかる第１トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が動力分配統合機構４０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてキャリア４５に出力され、モータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン２２の回転数と出力要素たるキャリア４５の回転数との比を無段階かつ連続的に変化させることができる。そして、キャリア４５（キャリア軸４５ａ）に出力された動力は、１速ギヤ列（第１ギヤ６１ａ，６１ｂ）の変速比に基づいて変速（減速）されて駆動軸６７へと出力されることになる。
図２に示す状態、すなわち１速ギヤ列が選択された第１変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ１の回転数が低下していき、やがて、第１モータ軸４６の回転数がカウンタシャフト６５の第２ギヤ６２ｂと噛み合っている第２ギヤ６２ａの回転数と概ね一致するようになる。これにより、第１変速状態（１速ギヤ列）から第２変速状態（２速ギヤ列）への移行が可能となる。第１変速状態から第２変速状態へと移行させる際には、図３において一点鎖線および二点鎖線で示すように、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定したまま、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定する。この状態では、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、固定された（一定の）変速比（１速ギヤ列の変速比と２速ギヤ列の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、このように、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１と第１要素たるキャリア４５との双方を変速機６０により駆動軸６７に連結するモードを「同時係合モード」という。また、特に、図３に示す状態を「１−２速同時係合状態」という。
また、本実施例では、図２に示す第１変速状態から発電機であるモータＭＧ１の回転数を更に低下させれば、第１モータ軸４６の回転数をカウンタシャフト６５の連結ギヤ６４ｂと噛み合っている連結ギヤ６４ａの回転数と同期させた上で、図４において一点鎖線および点線で示すように、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定したまま、クラッチＣ２により連結ギヤ６４ａ（固定変速比設定用ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定することができる。この状態で、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、上述の１−２速同時係合状態における変速比とは異なる固定された（一定の）変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、このように、１速ギヤ列を介して動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５を駆動軸６７を連結すると共に固定変速比設定用ギヤ列を介して第２要素たるサンギヤ４１を駆動軸６７を連結するモードも「同時係合モード」という。また、特に、図４に示す状態を「１速固定状態」という。
一方、図３に示す１−２速同時係合状態のもとでクラッチＣ１を解放状態とすれば、図５において二点鎖線で示すように、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）のみが第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定されるようになる。これにより、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１が出力要素となって当該サンギヤ４１に接続されたモータＭＧ１が電動機として機能し、かつ反力要素となるキャリア４５に接続されたモータＭＧ２が発電機として機能するようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することが可能となる。以下、モータＭＧ２が発電機として機能すると共にモータＭＧ１が電動機として機能するモードを「第２トルク変換モード」という。このような第２トルク変換モードにおける動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を図１０に示す。かかる第２トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が動力分配統合機構４０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてサンギヤ４１に出力され、モータＭＧ２の回転数を制御することにより、エンジン２２の回転数と出力要素たるサンギヤ４１の回転数との比を無段階かつ連続的に変化させることができる。そして、サンギヤ４１（第１モータ軸４６）に出力された動力は、２速ギヤ列（第２ギヤ６２ａ，６２ｂ）の変速比に基づいて変速（減速）されて駆動軸６７へと出力されることになる。なお、図１０における符号は図２のものと同様である。
図５に示す状態、すなわち２速ギヤ列が選択された第２変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ２の回転数が低下していき、やがて、キャリア軸４５ａの回転数がカウンタシャフト６５の第３ギヤ６３ｂと噛み合っている第３ギヤ６３ａの回転数と概ね一致するようになる。これにより、第２変速状態（２速ギヤ列）から第３変速状態（３速ギヤ列）への移行が可能となる。第２変速状態から第３変速状態へと移行させる際には、図６において一点鎖線および二点鎖線で示すように、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定したまま、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定する。この場合も、上述の同時係合モードのもと、モータＭＧ１およびＭＧ２は力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギに変換されることなく、１−２速同時係合状態や１速固定状態における変速比とは異なる固定された（一定の）変速比（２速ギヤ列の変速比と３速ギヤ列の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、図６に示す状態を「２−３速同時係合状態」という。
図６に示す２−３速同時係合状態のもとでクラッチＣ２を解放状態とすれば、図７において一点鎖線で示すように、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）のみがキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定されるようになり、再度、上述の第１トルク変換モードに移行することになる。この場合、キャリア４５（キャリア軸４５ａ）に出力された動力は、３速ギヤ列（第３ギヤ６３ａ，６３ｂ）の変速比（最小変速比）に基づいて変速されて駆動軸６７へと出力されることになる。そして、３速ギヤ列が選択された第３変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ１の回転数が低下していき、やがて、第１モータ軸４６の回転数がカウンタシャフト６５の連結ギヤ６４ｂと噛み合っている連結ギヤ６４ａの回転数と概ね一致するようになる。このように、第３変速状態で第１モータ軸４６の回転数とカウンタシャフト６５の連結ギヤ６４ｂと噛み合っている連結ギヤ６４ａの回転数とが同期すれば、図８において一点鎖線および点線で示すように、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定したまま、クラッチＣ２により連結ギヤ６４ａ（固定変速比設定用ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定することができる。この状態で、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、上述の１−２速同時係合状態、１速固定状態および２−３速同時係合状態とは異なる固定された（一定の）変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、このように、最小変速比を設定する３速ギヤ列を介して動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５を駆動軸６７に連結すると共に固定変速比設定用ギヤ列を介して第２要素たるサンギヤ４１を駆動軸６７に連結するモードも「同時係合モード」という。また、特に、図８に示す状態を「３速固定状態」という。なお、変速機６０の変速比をシフトダウン方向に変化させる場合には、基本的に上記説明と逆の手順を実行すればよい。
このように、本実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速比の変更に伴って第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとが交互に切り換えられるので、特に電動機として機能するモータＭＧ２またはＭＧ１の回転数Ｎｍ２またはＮｍ１が高まったときに、発電機として機能するモータＭＧ１またはＭＧ２の回転数Ｎｍ１またはＮｍ２が負の値にならないようにすることができる。従って、ハイブリッド自動車２０では、第１トルク変換モードのもとで、モータＭＧ１の回転数が負になることに伴いキャリア軸４５ａに出力される動力の一部を用いてモータＭＧ２が発電すると共にモータＭＧ２により発電された電力をモータＭＧ１が消費して動力を出力するという動力循環や、第２トルク変換モードのもとで、モータＭＧ２の回転数が負になることに伴い第１モータ軸４６に出力される動力の一部を用いてモータＭＧ１が発電すると共にモータＭＧ１により発電された電力をモータＭＧ２が消費して動力を出力するという動力循環の発生を抑制することが可能となり、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる。また、このような動力循環の抑制に伴いモータＭＧ１，ＭＧ２の最高回転数を抑えることができるので、それによりモータＭＧ１，ＭＧ２を小型化することも可能となる。更に、上述の同時係合モードのもとでハイブリッド自動車２０を走行させれば、１−２速同時係合状態、１速固定状態、２−３速同時係合状態および３速固定状態のそれぞれに固有の変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することができる。これにより、図１１に示すように、電気エネルギへの変換を伴うことなくエンジン２２から駆動軸６７に動力を機械的（直接）に出力する機会を増やして、より広範な運転領域において動力の伝達効率をより一層向上させることができる。一般に、エンジンと２体の電動機と遊星歯車機構のような動力分配統合機構とを用いた動力出力装置では、エンジンと駆動軸との間の減速比が比較的大きいときにエンジンの動力が電気エネルギにより多く変換されるので動力の伝達効率が悪化すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱を招く傾向にあることから、上述の同時係合モードは、特にエンジン２２と駆動軸との間の減速比が比較的大きい場合に有利なものとなる。また、本実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速比を変更する際に、第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの間で一旦同時係合モードが実行されることから、変速比の変更時におけるいわゆるトルク抜けを生じることはなく、変速比の変更すなわち第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの切り換えを極めてスムースかつショック無く実行することが可能となる。
続いて、図１２を参照しながら、エンジン２２を停止させた状態でバッテリ３５からの電力を用いてモータＭＧ１やモータＭＧ２に動力を出力させ、それによりハイブリッド自動車２０を走行させるモータ走行モードについて説明する。本実施例のハイブリッド自動車２０において、モータ走行モードは、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードと、モータＭＧ１のみに動力を出力させる第２モータ走行モードと、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータ走行モードとに大別される。第１モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０および変速機６０のクラッチＣ２を解放状態とすると共にクラッチＣ１により１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａまたは３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定し、モータＭＧ２のみを駆動制御する。これにより、図１２において一点鎖線で示すように、モータＭＧ２からキャリア４５に対して動力が出力され、この動力はキャリア軸４５ａ、１速ギヤ列または３速ギヤ列等を介して駆動軸６７に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから動力分配統合機構４０の機能により停止されたエンジン２２のクランクシャフト２６の連れ回しが回避されると共に、クラッチＣ２が解放状態とされることによりモータＭＧ１の連れ回しが回避され（図１２参照）、それにより動力の伝達効率の低下を抑制することができる。また、第２モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０および変速機６０のクラッチＣ１を解放状態とすると共にクラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａを第１モータ軸４６に固定すると共に、モータＭＧ１のみを駆動制御する。これにより、図１２において二点鎖線で示すように、モータＭＧ１からサンギヤ４１に対して動力が出力され、この動力はサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６、２速ギヤ列等を介して駆動軸６７に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから動力分配統合機構４０の機能により停止されたエンジン２２のクランクシャフト２６の連れ回しが回避されると共に、クラッチＣ１が解放状態とされることによりモータＭＧ２の連れ回しが回避され（図１２参照）、それにより動力の伝達効率の低下を抑制することができる。更に、第３モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ１およびＣ２を用いて変速機６０を上述の１−２速同時係合状態、１速固定状態、２−３速同時係合状態または３速固定状態に設定した上でモータＭＧ１およびＭＧ２の双方を駆動制御する。これにより、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方から動力を出力させ、モータ走行モードのもとで大きな動力を駆動軸６７に伝達することができるので、モータ走行時におけるトーイング性能等を良好に確保することが可能となる。なお、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させてもよいことはいうまでもない。
そして、本実施例のハイブリッド自動車２０では、第１〜第３モータ走行モード間でのモード変更を行うことにより、モータ走行に際して変速機６０の変速比を変更しながら動力を効率よく駆動軸６７に伝達することができる。すなわち、クラッチＣ１により１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａをキャリア軸４５ａに固定すると共にモータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードのもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ１の回転数を２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａの回転数に同期させる。次いで、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａを第１モータ軸４６に固定すれば、第３モータ走行モードすなわち上述の１−２速同時係合状態へと移行することができる。その後、クラッチＣ１を解放状態とすれば、モータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行モードへと移行すると共にクラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａを第１モータ軸４６に固定して変速機６０の変速比をシフトアップ側（２速）に変更することができる。また、クラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａを第１モータ軸４６に固定すると共にモータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行のもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ２の回転数を３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａの回転数に同期させる。次いで、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定すれば、第３モータ走行モードすなわち上述の２−３速同時係合状態へと移行することができる。その後、クラッチＣ２を解放状態とすれば、モータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードへと移行すると共にクラッチＣ１により３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定して変速機６０の変速比をシフトアップ側（３速）に変更することができる。この結果、本実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ走行モードのもとでも、変速機６０を用いてキャリア軸４５ａや第１モータ軸４６の回転数を減速してトルクを増幅することができるので、モータＭＧ１，ＭＧ２に要求される最大トルクを低下させることが可能となり、モータＭＧ１，ＭＧ２の小型化を図ることができる。また、このようなモータ走行中における変速機６０の変速比の変更に際しても、一旦第３モータ走行モードすなわち同時係合モードが実行されることから、変速比の変更時におけるいわゆるトルク抜けを生じることはなく、変速比の変更を極めてスムースかつショック無く実行することが可能となる。
なお、モータ走行モードのもとで変速機６０の変速比をシフトダウン方向に変化させる場合には、基本的に上記説明と逆の手順を実行すればよい。また、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードまたはモータＭＧ１のみに動力を出力させる第２モータ走行モードのもとで要求駆動力が高まったり、バッテリ３５の残容量ＳＯＣが低下したりしたような場合には、それまで動力を出力していなかったモータＭＧ１またはＭＧ２を駆動制御してその回転数Ｎｍ１またはＮｍ２を動力分配統合機構４０のサンギヤ４１またはキャリア４５の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６７に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。更に、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータ走行モードのもとでエンジン２２を始動させる場合には、まず変速機６０の目標変速比等に応じて継続して動力を出力させる一方のモータＭＧ１またはＭＧ２を選択した上で、継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１による動力を上記一方のモータＭＧ１またはＭＧ２に出力させる動力移換処理を実行する。そして、動力移換処理の完了後にクラッチＣ２またはＣ１を解放状態とすることにより継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を変速機６０から切り離した上で、当該他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を駆動制御してその回転数Ｎｍ２またはＮｍ１を動力分配統合機構４０のキャリア４５またはサンギヤ４１の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ２またはＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６７に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。また、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させているときには、停止していた一方のモータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行すれば、エンジン２２を始動させることができる。
以上説明したように、本実施例のハイブリッド自動車２０は、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５を駆動軸６７に連結すると共に当該キャリア４５からの動力を１速ギヤ列や３速ギヤ列の変速比で駆動軸６７に伝達することができる動力伝達機構としての第１変速機構と、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１を駆動軸６７に連結すると共に当該サンギヤ４１からの動力を２速ギヤ列の変速比で駆動軸６７に伝達することができる第２変速機構とを含む変速機６０を備えている。そして、この変速機６０の第２変速機構には、第１変速機構によりキャリア４５が駆動軸６７に連結されているときに動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１を駆動軸６７に連結してエンジン２２からの動力を一定の変速比である固定変速比で駆動軸６７に伝達可能とする固定変速比設定用ギヤ列（連結ギヤ６４ａ，６４ｂ）が設けられている。これにより、ハイブリッド自動車２０では、変速機６０の第１および第２変速機構の何れか一方により動力分配統合機構４０と駆動軸６７とを連結すれば、動力分配統合機構４０のキャリア４５またはサンギヤ４１からの動力を第１変速機構（１速ギヤ列または３速ギヤ列）あるいは第２変速機構（２速ギヤ列）による変速比で駆動軸６７に伝達することができる。そして、動力伝達機構としての第１変速機構により動力分配統合機構４０のキャリア４５が駆動軸６７に連結されているときに固定変速比設定用ギヤ列により動力分配統合機構４０のサンギヤ４１を駆動軸６７に連結すれば、上述の１速固定状態や３速固定状態のもとで、電気エネルギへの変換を伴うことなくエンジン２２からの動力を固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。
また、上述のように、本実施例における変速機６０は、平行軸式ギヤ列である１速ギヤ列および３速ギヤ列を有する第１変速機構と、同様に平行軸式ギヤ列である２速ギヤ列を有する第２変速機構とを含む平行軸式変速機であり、その第２変速機構には、単独では変速比の設定に用いられない平行軸式ギヤ列である固定変速比設定用ギヤ列（連結ギヤ６４ａ，６４ｂ）が含まれている。このように、固定変速比設定用ギヤ列は、単独では変速比の設定に用いられないものであることから、本実施例のように連結ギヤ６４ａ，６４ｂのギヤ比を例えば極端に小さくするなど、そのギヤ比を任意に設定することが可能であり、それにより、図１１からわかるように、１速固定状態や３速固定状態における固定変速比を任意に設定することができる。
そして、本実施例のハイブリッド自動車２０に備えられた変速機６０は、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５（キャリア軸４５ａ）を介して出力される動力と、第２要素たるサンギヤ４１（第１モータ軸４６）を介して出力される動力とを選択的に駆動軸６７に伝達可能であると共に、第１モータ軸４６と駆動軸６７との間およびキャリア軸４５ａと駆動軸６７との間における変速比を変更可能なものである。従って、ハイブリッド自動車２０では、上述の第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの切り換えにより動力循環を抑制することが可能となるので、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる。更に、上述の１−２速同時係合状態や２−３速同時係合状態といった同時係合モードのもとでハイブリッド自動車２０を走行させれば、上述の１速固定状態や３速固定状態とは異なる固定された変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することができるので、電気エネルギへの変換を伴うことなくエンジン２２から駆動軸６７に動力を機械的（直接）に出力する機会を増やして、より広範な運転領域において動力の伝達効率をより一層向上させることができる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、燃費と走行性能とを良好に向上させることが可能となる。
また、本実施例のハイブリッド自動車２０は、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６、すなわち、サンギヤ４１とモータＭＧ１との接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ０を備えている。これにより、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０によるサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続を解除すれば、動力分配統合機構４０の機能によりエンジン２２を実質的にモータＭＧ１，ＭＧ２や変速機６０から切り離すことが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０を解放状態とすると共にエンジン２２を停止させれば、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れかからの動力を変速機６０の変速比の変更を伴って駆動軸６７に効率よく伝達することができる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１およびＭＧ２に要求される最大トルクを低下させることが可能となり、モータＭＧ１およびＭＧ２のより一層の小型化を図ることができる。ただし、クラッチＣ０は、サンギヤ４１とモータＭＧ１との接続および当該接続の解除を実行するものに限られない。すなわち、クラッチＣ０は、キャリア４５（第１要素）とキャリア軸４５ａ（モータＭＧ２）との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよく、エンジン２２のクランクシャフト２６とリングギヤ４２（第３要素）との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよい。
なお、本実施例のハイブリッド自動車２０において、平行軸式の変速機６０の代わりに、図１３に例示するような遊星歯車式の変速機１００が採用されてもよい。図１３に示す変速機１００は、複数段階に変速比を設定可能なものであり、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５にキャリア軸４５ａを介して接続される第１変速用遊星歯車機構１１０、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して接続され得る第１モータ軸４６に接続される第２変速用遊星歯車機構１２０、第１変速用遊星歯車機構１１０に対して設けられたブレーキＢ１（第１固定機構）、第２変速用遊星歯車機構１２０に対して設けられたブレーキＢ２（第２固定機構）、ブレーキＢ３（回転固定機構）およびクラッチＣ１（変速用接続断接機構）等を含む。第１変速用遊星歯車機構１１０とブレーキＢ１とは変速機１００の第１変速機構を構成し、第２変速用遊星歯車機構１２０とブレーキＢ２とは変速機１００の第２変速機構を構成する。図１３に示すように、第１変速用遊星歯車機構１１０は、キャリア軸４５ａに接続されたサンギヤ１１１と、このサンギヤ１１１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ１１２と、サンギヤ１１１およびリングギヤ１１２の双方と噛合するピニオンギヤ１１３を複数保持すると共に駆動軸６７に接続されたキャリア１１４とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ１１１（入力要素）とリングギヤ１１２（固定可能要素）とキャリア１１４（出力要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。また、第２変速用遊星歯車機構１２０は、第１モータ軸４６に接続されたサンギヤ１２１と、このサンギヤ１２１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１およびリングギヤ１２２の双方と噛合するピニオンギヤ１２３を複数保持する第１変速用遊星歯車機構１１０と共通のキャリア１１４とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ１２１（入力要素）とリングギヤ１２２（固定可能要素）とキャリア１１４（出力要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。実施例では、第２変速用遊星歯車機構１２０が、第１変速用遊星歯車機構１１０に対して同軸かつそれよりも車両前方に位置するように並設されており、第２変速用遊星歯車機構１２０のギヤ比（サンギヤ１２１の歯数／リングギヤ１２２の歯数）は、第１変速用遊星歯車機構１１０のギヤ比（サンギヤ１１１の歯数／リングギヤ１１２の歯数）ρ１よりも多少大きく設定されている。ブレーキＢ１は、第１変速用遊星歯車機構１１０のリングギヤ１１２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に当該リングギヤ１１２を解放して回転自在にすることができるものであり、上述の電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ８８により駆動される。また、ブレーキＢ２は、第２変速用遊星歯車機構１２０のリングギヤ１２２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に当該リングギヤ１２２を解放して回転自在にすることができるものであり、ブレーキＢ１と同様にアクチュエータ８８により駆動される。更に、ブレーキＢ３は、第１モータ軸４６に固定された固定子１３０を介して第１モータ軸４６すなわち動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に固定子１３０を解放して第１モータ軸４６を回転自在にすることができるものであり、ブレーキＢ１，Ｂ２と同様にアクチュエータ８８により駆動される。また、クラッチＣ１は、第１変速用遊星歯車機構１１０の出力要素であるキャリア１１４と固定可能要素であるリングギヤ１１２との接続および当該接続の解除を実行可能なものであり、ブレーキＢ１〜Ｂ３と同様にアクチュエータ８８により駆動される。クラッチＣ１は、例えば、キャリア１１４に固定されたドグとリングギヤ１１２に固定されたドグとをより少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成され得る。そして、変速機１００のキャリア１１４から駆動軸６７に伝達された動力は、デファレンシャルギヤ６８を介して最終的に駆動輪としての後輪６９ａ，６９ｂに出力されることになる。
このように構成される変速機１００は、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることが可能なものである。また、第１変速用遊星歯車機構１１０および第２変速用遊星歯車機構１２０は、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０の下流側にこれらと同軸に配置可能であるから、変速機１００を用いれば、軸受を簡素化すると共に軸受の数を減らすことができる。更に、この変速機１００では、次のようにして変速比を複数段階に設定することができる。すなわち、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構１１０のリングギヤ１１２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、キャリア軸４５ａからの動力を第１変速用遊星歯車機構１１０のギヤ比ρ１に基づく変速比（ρ１／（１＋ρ１））で変速して駆動軸６７に伝達することができる（以下、この状態を「第１変速状態（１速）」という）。また、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構１２０のリングギヤ１２２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、第１モータ軸４６からの動力を第２変速用遊星歯車機構１２０のギヤ比ρ２に基づく変速比（ρ２／（１＋ρ２））で変速して駆動軸６７に伝達することができる（以下、この状態を「第２変速状態（２速）」という）。更に、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構１１０のキャリア１１４とリングギヤ１１２とを接続すれば、第１変速用遊星歯車機構１１０を構成するサンギヤ１１１、リングギヤ１１２およびキャリア１１４が実質的に一体化されることになるので、キャリア軸４５ａからの動力を変速比１で駆動軸６７に伝達することができる（以下、この状態を「第３変速状態（３速）」という）。
そして、変速機１００では、ブレーキＢ１（第１固定機構）により固定可能要素としてのリングギヤ１１２が固定されて第１変速用遊星歯車機構１１０（第１変速機構）により動力分配統合機構４０のキャリア４５と駆動軸６７とが連結される第１変速状態のもとで、第２変速機構を構成する第２固定機構としてのブレーキＢ２により固定可能要素としてのリングギヤ１２２を固定すれば、ブレーキＢ１およびＢ２によって第１および第２変速用遊星歯車機構１１０，１２０の固定可能要素たるリングギヤ１１２，１２２が回転不能に固定されるので、エンジン２２からの動力を固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となる（この状態を「１−２速同時係合状態」という）。すなわち、この場合には、第１変速用遊星歯車機構１１０（第１変速機構）が動力伝達機構として機能し、第２変速機構のブレーキＢ２が固定変速比設定機構として機能する。また、変速用接続断接機構たるクラッチＣ１に対応していない第２変速用遊星歯車機構１２０のリングギヤ１２２を回転不能に固定すれば当該第２変速用遊星歯車機構１２０が上記動力伝達機構として機能し得る。そして、クラッチＣ１に対応していない第２変速用遊星歯車機構１２０のリングギヤ１２２を回転不能に固定した第２変速状態のもとで、クラッチＣ１に対応した第１変速用遊星歯車機構１１０の出力要素たるキャリア１１４と固定可能要素たるリングギヤ１１２とをクラッチＣ１により接続すれば、当該クラッチＣ１が固定変速比設定機構として機能し、上記１−２速同時係合状態とは異なる固定変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となる（この状態を「２−３速同時係合状態」という）。更に、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構１１０のキャリア１１４とリングギヤ１１２とを接続する第３変速状態のもとで、回転固定手段としてのブレーキＢ３により第１モータ軸４６に固定された固定子１３０を介して第１モータ軸４６すなわち動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、上記１−２速同時係合状態や２−３速同時係合状態とは異なる固定変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となる（この状態を「３速固定状態」という）。加えて、ブレーキＢ１によりリングギヤ１１２が固定されて第１変速用遊星歯車機構１１０により動力分配統合機構４０のキャリア４５と駆動軸６７とが連結される第１変速状態のもとで、回転固定手段としてのブレーキＢ３により第１モータ軸４６に固定された固定子１３０を介して第１モータ軸４６すなわち動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、上記１−２速同時係合状態や２−３速同時係合状態、３速固定状態とは異なる固定変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となる（この状態を「１速固定状態」という）。このように、遊星歯車式の変速機１００を採用しても、平行軸式の変速機６０を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。
図１４は、本実施例における変形例のハイブリッド自動車２０Ａを示す概略構成図である。上述のハイブリッド自動車２０が後輪駆動車両として構成されるのに対して、変形例のハイブリッド自動車２０Ａは、前輪駆動車両として構成されたものである。ハイブリッド自動車２０Ａは、図１４に示すように、サンギヤ１１と、このサンギヤ１１と同心円上に配置されるリングギヤ１２と、サンギヤ１１およびリングギヤ１２の双方と噛合するピニオンギヤ１３を複数保持するキャリア１４とを含むシングルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構１０を備えている。この場合、エンジン２２は横置きに配置され、エンジン２２のクランクシャフト２６が動力分配統合機構１０の第３要素たるキャリア１４に接続される。また、動力分配統合機構１０の第１要素たるリングギヤ１２には中空のリングギヤ軸１２ａが接続され、このリングギヤ軸１２ａには、平行軸式ギヤ列である減速ギヤ機構５０Ａおよび第１モータ軸４６と平行に延びる第２モータ軸５５を介してモータＭＧ２が接続される。そして、リングギヤ軸１２ａには、クラッチＣ１により変速機６０の第１変速機構を構成する１速ギヤ列（ギヤ６１ａ）および３速ギヤ列（ギヤ６３ａ）の何れか一方を選択的に固定することができる。更に、動力分配統合機構１０の第２要素たるサンギヤ１１にはサンギヤ軸１１ａが接続されており、このサンギヤ軸１１ａは、中空のリングギヤ軸１２ａを通してクラッチＣ０に接続されており、当該クラッチＣ０により第１モータ軸４６すなわちモータＭＧ１と接続され得る。そして、第１モータ軸４６には、クラッチＣ２を用いて変速機６０の第２変速機構を構成する２速ギヤ列（ギヤ６２ａ）および固定変速比設定用ギヤ列（連結ギヤ６４ａ）の何れか一方を選択的に固定することができる。このように、本発明によるハイブリッド自動車は、前輪駆動車両として構成されてもよい。
以下、本発明の第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂについて説明する。図１５は、第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ｂは、上記実施例に係るハイブリッド自動車２０と一部を除いて基本的に同様のハード構成を有する後輪駆動車両である。従って、以下、重複した説明を回避するために、第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂについても、上記実施例のハイブリッド自動車２０等と同一の符号を用いるものとし、詳細な説明を省略する。第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、第１の実施例に係るハイブリッド自動車２０等に備えられた変速機６０に代えて、それとは異なる変速機９０が採用されている。変速機９０は、第１固定変速比設定用ギヤ列を構成する第１ドライブギヤ９１ａおよび第１ドリブンギヤ９１ｂ、第２固定変速比設定用ギヤ列を構成する第２ドライブギヤ９２ａおよび第２ドリブンギヤ９２ｂ、第３固定変速比設定用ギヤ列を構成する第３ドライブギヤ９３ａおよび第３ドリブンギヤ９３ｂ、動力伝達機構としての伝達ギヤ列を構成する伝達ギヤ９４ａおよび９４ｂ、各連結ギヤ９１ｂ〜９３ｂ、伝達ギヤ９４ｂおよびギヤ９６ｂが固定されたカウンタシャフト９５、クラッチＣ１，Ｃ２、駆動軸６７に取り付けられたギヤ９６ａ、更に図示しないリバースギヤ列等を含む。なお、本実施例において、第１固定変速比設定用ギヤ列のギヤ比（ドリブンギヤの歯数／ドライブギヤの歯数）が最も大きく、第２固定変速比設定用ギヤ列、第３固定変速比設定用ギヤ列と移行するにつれてギヤ比が小さくなっている。
図１５に示すように、伝達ギヤ列の伝達ギヤ９４ａは、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５から延出されたキャリア軸４５ａの先端に固定されており、カウンタシャフト９５に固定された伝達ギヤ９４ｂと常時噛合している。また、第１固定変速比設定用ギヤ列の第１ドライブギヤ９１ａは、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６の先端に固定されており、カウンタシャフト９５に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持された第１ドリブンギヤ９１ｂと常時噛合している。そして、本実施例ではカウンタシャフト９５側に、第１ドリブンギヤ９１ｂ（第１固定変速比設定用ギヤ列）をカウンタシャフト９５に対して固定すると共にカウンタシャフト９５に対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ１が配置されている。クラッチＣ１は、例えばドグクラッチとして構成され得る。一方、第２固定変速比設定用ギヤ列の第２ドライブギヤ９２ａおよび第３固定変速比設定用ギヤ列の第３ドライブギヤ９３ａは、第１モータ軸４６に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト９５に固定された対応する第１ドリブンギヤ９１ｂまたは第３ドリブンギヤ９３ｂと常時噛合している。そして、本実施例では第１モータ軸４６側に、第１ドライブギヤ９１ａ（第１固定変速比設定用ギヤ列）と第３ドライブギヤ９３ａ（第３固定変速比設定用ギヤ列）との何れか一方を第１モータ軸４６に対して選択的に固定すると共に、第１ドライブギヤ９１ａおよび第３ドライブギヤ９３ａの双方をキャリア軸４５ａに対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ２が配置されている。クラッチＣ２も、クラッチＣ１と同様に例えばドグクラッチとして構成され得る。なお、本実施例のように、クラッチＣ１をカウンタシャフト９５側に設けると共に、クラッチＣ２を第１モータ軸４６側に設けることにより、第１〜第３固定変速比設定用ギヤ列を構成する１対のギヤのうち回転数の低い方と対応する軸とを連結することが可能となり、当該連結時の損失を減らすことができる。
このように構成される変速機９０を備えたハイブリッド自動車２０Ｂは、変速機９０に含まれる動力伝達機構としての伝達ギヤ列（伝達ギヤ９４ａおよび９４ｂ）により動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５が駆動軸６７と常時連結されることから、モータ走行時等を除いて、基本的に出力要素たるキャリア４５に接続されたモータＭＧ２が電動機として機能すると共に反力要素となるサンギヤ４１に接続されたモータＭＧ１が発電機として機能する第１トルク変換モードのもとで動作する。そして、ハイブリッド自動車２０Ｂの走行中に第１モータ軸４６（モータ）に固定された第１ドライブギヤ９１ａと噛み合っている第１ドリブンギヤ９１ｂの回転数とカウンタシャフト９５の回転数が概ね一致したときにクラッチＣ１により第１ドリブンギヤ９１ｂ（第１固定変速比設定用ギヤ列）をカウンタシャフト９５に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、エンジン２２からの動力（トルク）を、電気エネルギへの変換を伴うことなく、一定の固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することができる（この状態を「１速固定状態」という）。また、ハイブリッド自動車２０Ｂの走行中にカウンタシャフト９５に固定された第２ドリブンギヤ９２ｂと噛み合っている第２ドライブギヤ９２ａの回転数と第１モータ軸４６（モータＭＧ１）の回転数が概ね一致したときにクラッチＣ２により第２ドライブギヤ９２ａ（第２固定変速比設定用ギヤ列）を第１モータ軸４６に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、エンジン２２からの動力（トルク）を、電気エネルギへの変換を伴うことなく、１速固定状態よりも小さい一定の固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することができる（この状態を「２速固定状態」という）。更に、ハイブリッド自動車２０Ｂの走行中にカウンタシャフト９５に固定された第３ドリブンギヤ９３ｂと噛み合っている第３ドライブギヤ９３ａの回転数と第１モータ軸４６（モータＭＧ１）の回転数が概ね一致したときにクラッチＣ２により第３ドライブギヤ９３ａ（第３固定変速比設定用ギヤ列）を第１モータ軸４６に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、エンジン２２からの動力（トルク）を、電気エネルギへの変換を伴うことなく、２速固定状態よりも小さい一定の固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することができる（この状態を「３速固定状態」という）。このように、動力伝達機構たる変速機９０の伝達ギヤ列により動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５と駆動軸６７とを常時連結する場合であっても、変速機９０に第１〜第３固定変速比設定用ギヤ列を備えておけば、図１６に示すように、固定変速比を複数段階に設定してエンジン２２からの動力を異なる固定変速比で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達することが可能となるので、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることができる。なお、第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂは、後輪駆動車両として説明されたが、図１７に示す変形例のハイブリッド自動車２０Ｃのように上述の変速機９０を備えた前輪駆動車両を実現し得ることはいうまでもない。
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
すなわち、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ｂに備えられる動力分配統合機構は、互いに異なる歯数をもった第１サンギヤおよび第２サンギヤと、第１サンギヤと噛合する第１ピニオンギヤと第２サンギヤと噛合する第２ピニオンギヤとを連結してなる段付ギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含む遊星歯車機構であってもよい。また、ハイブリッド自動車２０，２０Ｂに備えられる動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含むシングルピニオン式遊星歯車機構であってもよい。更に、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃは、何れも後輪駆動ベースあるいは前輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよい。また、上記実施例において、クラッチＣ０や変速機６０，９０のクラッチＣ１およびＣ２は、何れもより損失の少ない機械式噛み合いクラッチであるドグクラッチとされたが、クラッチＣ０〜Ｃ２を湿式多板クラッチとして構成してもよい。そして、上記実施例においては、動力出力装置をハイブリッド自動車２０に搭載されるものとして説明したが、本発明による動力出力装置は、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載されるものであってもよく、建設設備などの固定設備に組み込まれるものであってもよい。
本発明の第１の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 第１の実施例のハイブリッド自動車２０をエンジン２２の運転を伴って走行させる場合に車速変化に応じて変速機６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの動力分配統合機構４０および変速機６０の主たる要素の回転数やトルクの関係を例示する説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 モータＭＧ１が発電機として機能すると共にモータＭＧ２が電動機として機能するときの動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 モータＭＧ２が発電機として機能すると共にモータＭＧ１が電動機として機能するときの動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 第１の実施例のハイブリッド自動車２０における変速機６０による変速比と動力の伝達効率との関係を示す説明図である。 第１の実施例のハイブリッド自動車２０におけるモータ走行モードを説明するための説明図である。 本発明の第１の実施例に係るハイブリッド自動車２０に適用可能な他の変速機１００を示す概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。 第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。 第２の実施例のハイブリッド自動車２０における変速機９０による変速比と動力の伝達効率との関係を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ｃの概略構成図である。
符号の説明
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、３１，３２ インバータ、３３，３４ 回転位置検出センサ、３５ バッテリ、３６ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、３７ 温度センサ、３９ 電力ライン、４０，１０ 動力分配統合機構、４１，５１，１１ サンギヤ、４１ａ，１１ａ サンギヤ軸、４２，５２，１２ リングギヤ、４２ａ，１２ａ リングギヤ軸、４３，４４，５３，１３ ピニオンギヤ、４５，５４，１４ キャリア、４５ａ キャリア軸、４６ 第１モータ軸、５０，５０Ａ 減速ギヤ機構、５５ 第２モータ軸、６０，９０，１００ 変速機、６１ａ，６２ａ，６３ａ カウンタドライブギヤ、６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ カウンタドリブンギヤ、６４ａ，６４ｂ 連結ギヤ、６５，９５ カウンタシャフト、６６ａ，６６ｂ，９６ａ，９６ｂ ギヤ、６７ 駆動軸、６８ デファレンシャルギヤ、６９ａ，６９ｂ 後輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８７ 車速センサ、８８ アクチュエータ、９１ａ，９２ａ，９３ａ ドライブギヤ、９１ｂ，９２ｂ，９３ｂ ドリブンギヤ、９４ａ，９４ｂ 伝達ギヤ、１１０ 第１変速用遊星歯車機構、１１１，１２１ サンギヤ、１１２，１２２ リングギヤ、１１３，１２３ ピニオンギヤ、１１４ キャリア、１２０ 第２変速用遊星歯車機構、１３０ 固定子、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ブレーキ、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (9)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    内燃機関と、
    動力を入出力可能な第１電動機と、
    動力を入出力可能な第２電動機と、
    前記第１電動機の回転軸に接続される第１要素と前記第２電動機の回転軸に接続される第２要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第３要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
    前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の一方を前記駆動軸に連結すると共に該第１および第２要素の一方からの動力を所定の変速比で前記駆動軸に伝達することができる動力伝達機構と、この動力伝達機構により前記第１および第２要素の一方が前記駆動軸に連結されているときに前記第１および第２要素の他方を前記駆動軸に連結して前記内燃機関からの動力を一定の変速比である固定変速比で前記駆動軸に伝達可能とする固定変速比設定機構とを含む変速伝達手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記変速伝達手段は、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の一方を前記駆動軸に連結可能な少なくとも１組の平行軸式ギヤ列を有する第１変速機構と、前記第１および第２要素の他方を前記駆動軸に連結可能な少なくとも１組の平行軸式ギヤ列を有する第２変速機構とを含む平行軸式変速機であり、前記動力伝達機構は前記第１および第２変速機構の一方であると共に、前記固定変速比設定機構は前記第１および第２変速機構の他方に含まれて単独では変速比の設定に用いられない平行軸式ギヤ列である請求項１に記載の動力出力装置。
  3. 前記変速伝達手段の前記動力伝達機構は、前記第１および第２要素の一方と前記駆動軸とを常時連結している請求項１に記載の動力出力装置。
  4. 前記固定変速比設定機構は、前記固定変速比を複数段階に設定可能に構成されている請求項３に記載の動力出力装置。
  5. 前記固定変速比設定機構は、互いに異なるギヤ比を有すると共に前記第１および第２要素の他方と前記駆動軸との連結に選択的に使用され得る複数の平行軸式ギヤ列を含む請求項４に記載の動力出力装置。
  6. 前記変速伝達手段は、前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用遊星歯車機構と、該第１変速用遊星歯車機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第１固定機構とからなる第１変速機構と、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用遊星歯車機構と、該第２変速用遊星歯車機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第２固定機構とからなる第２変速機構とを含む遊星歯車式変速機であり、前記動力伝達機構は前記第１および第２変速機構の一方であると共に前記固定変速比設定機構は前記第１および第２変速機構の他方に含まれる第１または第２固定機構である請求項１に記載の動力出力装置。
  7. 前記変速伝達手段は、前記第１変速用遊星歯車機構および前記第２変速用遊星歯車機構の何れか一方の前記出力要素と前記固定可能要素との接続および該接続の解除を実行可能な変速用接続断接機構を更に含む請求項６に記載の動力出力装置。
  8. 前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備える請求項１から７の何れかに記載の動力出力装置。
  9. 請求項１から８の何れかに記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸からの動力により駆動される駆動輪を含むハイブリッド自動車。
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