JP2008105531A - 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】シンプルかつコンパクトで搭載性に優れ、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、互いに同軸に配置されたエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０と、サンギヤ６２とリングギヤ６３と駆動軸６６に接続されるキャリア６５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シングルピニオン式遊星歯車機構である変速用差動回転機構６１と、動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との何れか一方または双方を変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に選択的に連結可能なクラッチＣ１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）。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。なお、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、構造が複雑でコンパクト化し難いものであり、車両への搭載性の面で多少の問題を有している。また、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、シンプルかつコンパクトで搭載性に優れた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の一つとする。また、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の一つとする。
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要素とを含むと共にこれら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、
入力要素と固定要素と前記駆動軸に接続される出力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変速用差動回転機構と、前記動力分配統合機構の前記第１要素と前記第２要素との何れか一方または双方を前記変速用差動回転機構の前記入力要素に選択的に連結可能な連結手段とを含む変速伝達手段と、
を備えるものである。
この動力出力装置は、入力要素と固定要素と駆動軸に接続される出力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変速用差動回転機構と、動力分配統合機構の第１要素と第２要素との何れか一方または双方を変速用差動回転機構の入力要素に選択的に連結可能な連結手段とを含む変速伝達手段を備える。かかる変速伝達手段は、比較的少ない部品で構成可能であると共にシンプルかつコンパクトな構成を有し、搭載性に優れるものである。また、この動力出力装置では、変速伝達手段の連結手段により動力分配統合機構の第１および第２要素の何れか一方を変速用差動回転機構の入力要素に連結すれば、動力分配統合機構の第１または第２要素からの動力を変速用差動回転機構により変速した上で駆動軸に出力することができる。更に、この動力出力装置では、変速伝達手段の連結手段により動力分配統合機構の第１および第２要素の双方を変速用差動回転機構の入力要素に連結すれば、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することができる。そして、この動力出力装置では、変速伝達手段の連結手段により動力分配統合機構の第１要素が変速用差動回転機構の入力要素に連結されるときには、出力要素となる第１要素に接続される第１電動機を電動機として機能させ、かつ反力要素となる第２要素に接続される第２電動機を発電機として機能させることが可能となる。また、変速伝達手段の連結手段により動力分配統合機構の第２要素が変速用差動回転機構の入力要素に連結されるときには、出力要素となる第２要素に接続される第２電動機を電動機として機能させ、かつ反力要素となる第１要素に接続される第１電動機を発電機として機能させることが可能となる。これにより、この動力出力装置では、連結手段による連結状態の切り替えを適宜実行することにより、特に電動機として機能する第１または第２電動機の回転数が高まったときに発電機として機能する第２または第１電動機の回転数が負の値にならないようにして、いわゆる動力循環の発生を抑制することができる。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。
また、前記変速伝達手段の前記変速用差動回転機構は、３要素式遊星歯車機構であってもよい。これにより、変速伝達手段をよりコンパクトに構成することが可能となる。
更に、前記第１および第２電動機は前記内燃機関と概ね同軸に配置され、前記動力分配統合機構は前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と概ね同軸に配置されてもよい。これにより、動力出力装置の全体をよりコンパクトに構成することが可能となる。
このように、内燃機関と第１および第２電動機と動力分配統合機構とが概ね同軸に配置される場合、本発明による動力出力装置は、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方に接続されると共に前記変速伝達手段に向けて延びる中空軸と、前記第１および第２要素の他方に接続されると共に前記中空軸を通って前記変速伝達手段に向けて延びる連結軸とを更に備えてもよく、前記変速伝達手段の前記連結手段は、前記中空軸と前記連結軸との何れか一方または双方を前記変速用差動回転機構の前記入力要素に選択的に連結可能であってもよい。これにより、動力分配統合機構の第１要素からの動力と第２要素からの動力とを概ね同軸かつ同方向に出力することができるので、変速伝達手段を内燃機関や第１および第２電動機、動力分配統合機構と概ね同軸に配置することが可能となる。従って、かかる構成は、主に後輪を駆動して走行する車両に極めて好適なものとなる。
また、内燃機関と第１および第２電動機と動力分配統合機構とが概ね同軸に配置される場合、前記変速伝達手段の前記連結手段は、前記第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在すると共に前記変速用差動回転機構の前記入力要素に接続される伝達軸と、前記第１要素に連結される第１平行軸式ギヤ列と、前記第２要素に連結される第２平行軸式ギヤ列と、前記第１平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第１要素連結状態と、前記第２平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第２要素連結状態と、前記第１平行軸式ギヤ列および前記第２平行軸式ギヤ列の双方が前記伝達軸に連結される両要素連結状態とを選択的に切り替え可能な切替手段とを含むものとされてもよい。このように変速伝達手段の連結手段を上記伝達軸と２組の平行軸式ギヤ列と切替手段とを含むものとすれば、切替手段や変速用差動回転機構を伝達軸の周りにそれと同軸に配置することにより動力出力装置を２軸式のものとして構成可能となり、内燃機関と第１および第２電動機と動力分配統合機構とを概ね同軸に配置しても、動力出力装置の軸方向（幅方向寸法）の増加を抑制することができる。従って、この動力出力装置は、コンパクトで搭載性に優れて主に前輪を駆動して走行する車両に極めて好適なものとなる。また、平行軸式ギヤ列を介して動力分配統合機構の第１または第２要素を伝達軸に連結すれば、第１要素または第２要素と伝達軸との間の変速比を自在に設定することも可能となる。
更に、本発明による動力出力装置は、前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸との何れか一方を回転不能に固定可能な固定手段を更に備えてもよい。これにより、固定手段に対応していない第１または第２電動機に接続される動力分配統合機構の第１または第２要素が変速伝達手段の連結手段によって変速用差動回転機構を介して駆動軸に連結されているときに、固定手段に対応した第２または第１電動機の回転軸を当該固定手段により回転不能に固定すれば、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することができる。従って、この動力出力装置によれば、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、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によって変速し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等を低下させることが可能となり、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できる。
更に、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素のうちの前記機関軸に接続される前記第３要素からより大きなトルクが入力される一方は、前記第１電動機または前記第２電動機の回転軸の回転を減速する減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。このように、動力分配統合機構の第１および第２要素のうち、内燃機関からのトルクの分配比率が大きい方を減速手段を介して第１または第２電動機と接続すれば、減速手段に接続された第１または第２電動機のトルク負担をより効果的に軽減して、当該電動機を小型化すると共にその動力損失の低減化を図ることが可能となる。
この場合、前記動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が前記サンギヤと他方が前記リングギヤと噛合する２つのピニオンギヤの組を少なくとも１組保持するキャリアとを含むダブルピニオン式遊星歯車機構であり、前記第１要素は前記サンギヤおよび前記キャリアの何れか一方であると共に前記第２要素は前記サンギヤおよび前記キャリアの他方であり、前記第３要素は前記リングギヤであってもよい。そして、前記動力分配統合機構は、前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である該動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成され、前記減速手段は、その減速比がρ／（１−ρ）近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記キャリアとの間に配置されてもよい。このような諸元の動力分配統合機構においては、サンギヤに比べてキャリアに対する内燃機関からのトルクの分配比率が大きくなる。従って、キャリアと第１または第２電動機との間に減速手段を配置することにより、当該第１または第２電動機の小型化とその動力損失の低減化を図ることが可能となる。また、減速手段の減速比をρ／（１−ρ）近傍の値とすれば、第１および第２電動機の諸元を概ね同一のものとすることが可能となるので、動力出力装置の生産性を向上させると共にコストの低減化を図ることができる。更に、ダブルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構は、前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である該動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されてもよく、この場合、前記減速手段は、その減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記サンギヤとの間に配置されてもよい。
また、前記動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤおよび前記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り、前記第１要素は前記サンギヤおよび前記リングギヤの何れか一方であると共に前記第２要素は前記サンギヤおよび前記リングギヤの他方であり、前記第３要素は前記キャリアであり、前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である前記動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段は、減速比がρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１または第２電動機と前記リングギヤとの間に配置されてもよい。このような諸元の動力分配統合機構においては、サンギヤに比べてリングギヤに対する内燃機関からのトルクの分配比率が大きくなる。従って、リングギヤと第１または第２電動機との間に減速手段を配置することにより、当該第１または第２電動機の小型化とその動力損失の低減化を図ることが可能となる。更に、減速手段の減速比をρ近傍の値とすれば、第１および第２電動機の諸元を概ね同一のものとすることが可能となるので、動力出力装置の生産性を向上させると共にコストの低減化を図ることができる。
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、前記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、シンプルかつコンパクトで搭載性に優れると共に、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からの動力を変速して駆動軸６６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。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とを含み、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たダブルピニオン式遊星歯車機構である。実施例において、動力分配統合機構４０は、そのギヤ比ρ（サンギヤ４１の歯数をリングギヤ４２の歯数で除した値）がρ＜０．５となるように構成されている。かかる動力分配統合機構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）に延びて一連の中空軸を構成す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（第２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を通っ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。
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。実施例において、減速ギヤ機構５０は、その減速比（サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５２の歯数）が動力分配統合機構４０のギヤ比をρとしたときに、ρ／（１−ρ）近傍の値となるように構成されている。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、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。
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。実施例において、クラッチＣ０は、例えば、電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１００により駆動される係合部材を介してサンギヤ軸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連結すると共に両者の連結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いる。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９０から切り離すことが可能となる。更に、動力分配統合機構４０の近傍には、モータＭＧ２の回転軸たる第２モータ軸５５を回転不能に固定可能な固定手段として機能するブレーキＢ０が設けられている。実施例において、ブレーキＢ０は、例えば電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１０２により駆動される係合部材を介してキャリア４５に固定されたドグとトランスミッションケースに固定された固定用ドグとをより少ない損失で連結すると共に両者の連結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いる。ブレーキＢ０によりキャリア４５のドグとトランスミッションケース側の固定用ドグとが連結されると、キャリア４５が回転不能となるので、動力分配統合機構４０の機能により減速ギヤ機構５０のサンギヤ５１および第２モータ軸５５（モータＭＧ２）を回転不能に固定することが可能となる。
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に接続され得る。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に接続され得る。これにより、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、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という順番で概ね同軸に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。
変速機６０は、入力された動力を所定の減速比で減速して出力可能なシングルピニオン式遊星歯車機構（減速機構）である変速用差動回転機構６１と、連結手段としてのクラッチＣ１とを含む。変速用差動回転機構６１は、入力要素たるサンギヤ６２と、このサンギヤ６２と同心円上に配置される固定要素たるリングギヤ６３と、サンギヤ６２およびリングギヤ６３の双方と噛合するピニオンギヤ６４を複数保持する出力要素たるキャリア６５とを含み、サンギヤ６２とリングギヤ６３とキャリア６５とが互いに差動回転できるように構成されている。変速用差動回転機構６１のリングギヤ６３は、図１に示すように、トランスミッションケースに対して回転不能に固定される。また、変速用差動回転機構６１のキャリア６５には車両後方に向けて延びる駆動軸６６が接続されており、駆動軸６６は、デファレンシャルギヤ６８を介して駆動輪としての後輪６９ａ，６９ｂに連結される。
クラッチＣ１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と、第２要素たるサンギヤ４１との何れか一方または双方を変速用差動回転機構６１の入力要素たるサンギヤ６２に選択的に連結可能とするものである。実施例において、クラッチＣ１は、例えば、キャリア軸４５ａの一端（図中右端）に固定されたドグと、第１モータ軸４６の一端（図中右端）に固定されたドグと、サンギヤ６２から車両前方に延出されたサンギヤ軸６２ａに固定されたドグと、これらのドグと噛合可能であると共に電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１０１により駆動される係合部材とを含むドグクラッチとして構成され、図１に示すように、係合部材の位置であるクラッチポジションを「Ｒポジション」、「Ｍポジション」および「Ｌポジション」に選択的に切り替え可能である。すなわち、実施例のクラッチＣ１のクラッチポジションがＲポジションに設定されると、係合部材を介してキャリア軸４５ａのドグとサンギヤ軸６２ａのドグとがより少ない損失で連結され、それによりキャリア軸４５ａや変速用差動回転機構６１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と駆動軸６６とが連結される（以下、適宜、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「第１要素連結状態」という）。また、クラッチＣ１のクラッチポジションがＭポジションに設定されると、係合部材を介してキャリア軸４５ａのドグとサンギヤ軸６２ａのドグと第１モータ軸４６のドグとがより少ない損失で連結され、それによりキャリア軸４５ａと第１モータ軸４６との双方すなわち動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との双方が変速用差動回転機構６１を介して駆動軸６６に連結される（以下、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「第３連結状態」という）。更に、クラッチＣ１のクラッチポジションがＬポジションに設定されると、係合部材を介して第１モータ軸４６のドグとサンギヤ軸６２ａのドグとがより少ない損失で連結され、それにより、クラッチＣ０が繋がれていればサンギヤ軸４１ａ、第１モータ軸４６および変速用差動回転機構６１を介して動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１と駆動軸６６とが連結される（以下、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「第２要素連結状態」という）。
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、ブレーキＢ０やクラッチＣ０、変速機６０のクラッチＣ１を駆動するアクチュエータ１００，１０１，１０２もハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。
次に、図２から図９を参照しながら、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５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。また、図６は、ハイブリッド自動車２０の走行時におけるクラッチＣ０やブレーキＢ０、変速機６０のクラッチＣ１のクラッチポジションの設定状態を示す図表である。ハイブリッド自動車２０が図２から図５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１００，１０１，１０２（クラッチＣ０、変速機６０のクラッチＣ１、ブレーキＢ０）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５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の回転数（キャリア軸４５ａや減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２の回転数）を、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）をそれぞれ示す。また、６２軸は変速機６０の変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２の回転数を、６５，６６軸は変速用差動回転機構６１のキャリア６５および駆動軸６６の回転数を、６３軸は変速用差動回転機構６１のリングギヤ６３の回転数をそれぞれ示す。
エンジン２２の運転を伴ってハイブリッド自動車２０を走行させる際には、基本的にブレーキＢ０が非作動（オフ）とされると共にクラッチＣ０が繋がれ、モータＭＧ１すなわち第１モータ軸４６がサンギヤ軸４１ａを介して動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続される。そして、ハイブリッド自動車２０の車速Ｖが比較的低い際には、変速機６０のクラッチＣ１がＲポジションに設定される（図６参照）。以下、この状態を変速機６０の「第１変速状態（１速）」という（図２）。このような第１変速状態のもとでは、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、クラッチＣ１および変速用差動回転機構６１を介して駆動軸６６に連結される。これにより、第１変速状態のもとでは、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に減速ギヤ機構５０を介して接続されたモータ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。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ρ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。以下、このようにモータ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７に示す。なお、図７おいてＳ軸、Ｒ軸、Ｃ軸、５４軸および５１軸は、図２から図５と同様のものを示し、ρは動力分配統合機構４０のギヤ比を、ρｒは減速ギヤ機構５０の減速比をそれぞれ示す。また、図７において、太線矢印は、各要素に作用するトルクを示し、矢印が図中上向きである場合にはトルクの値が正であり、矢印が図中下向きである場合にはトルクの値が負であることを示す（図２から図５、図８、図９も同様）。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に出力された動力は、キャリア軸４５ａおよびクラッチＣ１を介して変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２へと伝達されると共に、変速用差動回転機構６１のギヤ比ρｘ（図２参照）に基づく変速比（ρｘ／（１＋ρｘ））で変速（減速）された上で駆動軸６６へと出力されることになる。
図２に示す状態すなわち変速機６０が第１変速状態にあると共にトルク変換モードが第１トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがて動力分配統合機構４０のキャリア４５の回転数とサンギヤ４１の回転数とが概ね一致するようになる。これにより、クラッチＣ１をＭポジションに設定してキャリア軸４５ａのドグとサンギヤ軸６２ａのドグと第１モータ軸４６のドグとを連結し、動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との双方を変速用差動回転機構６１に連結することが可能となる。そして、変速機６０のクラッチＣ１をＭポジションに設定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、図３に示すように、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（変速用差動回転機構６１のギヤ比ρｘに基づく変速比）で機械的（直接）に駆動軸６６へと伝達されることになる。以下、このように、クラッチＣ１により動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との双方を変速用差動回転機構６１に連結するようなモードを「同時係合モード」といい、特に、図３に示す状態を「１−２速同時係合状態」という。
図３に示す１−２速同時係合状態のもとでは、キャリア軸４５ａと第１モータ軸４６との回転数が一致していることから、変速機６０のクラッチＣ１のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに容易に切り替えて、キャリア軸４５ａと変速用差動回転機構６１との連結を解除することができる。以下、このようにクラッチＣ０が繋がれると共にブレーキＢ０がオフされ、クラッチＣ１がＬポジションに設定される状態を変速機６０の第２変速状態（２速）という（図４）。このような第２変速状態のもとでは、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、第１モータ軸４６、クラッチＣ１および変速用差動回転機構６１を介して駆動軸６６に連結される。これにより、第２変速状態のもとでは、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。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ρ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。以下、このようにモータ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８に示す。なお、図８における符号は図７のものと同様である。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に出力された動力は、サンギヤ軸４１ａ、第１モータ軸４６、クラッチＣ１を介して変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２へと伝達されると共に、変速用差動回転機構６１のギヤ比ρｘに基づく変速比（ρｘ／（１＋ρｘ））で変速（減速）された上で駆動軸６６へと出力されることになる。
図４に示す状態すなわち変速機６０が第２変速状態にあると共にトルク変換モードが第２トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがてモータＭＧ２、第２モータ軸５５および動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５の回転数が値０に近づくことになる。これにより、ブレーキＢ０を作動（オン）させて第２モータ軸５５（モータＭＧ２）およびキャリア４５を回転不能に固定することが可能となる。そして、クラッチＣ１により第１モータ軸４６を変速用差動回転機構６１に連結したままブレーキＢ０により第２モータ軸５５やキャリア４５を回転不能に固定した状態でモータ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、固定された（一定の）変速比（動力分配統合機構４０のギヤ比ρと変速用差動回転機構６１のギヤ比ρｘとに基づく変速比）で変速された上で駆動軸６６へと直接伝達されることになる。以下、このようにクラッチＣ０を繋いだ状態で変速機６０のクラッチＣ１により第１モータ軸４６を変速用差動回転機構６１に連結したままブレーキＢ０により第２モータ軸５５やキャリア４５を回転不能に固定するモードも「同時係合モード」といい、特に、図５に示す状態を「２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、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の第１および第２変速状態の切り換えに伴って第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４５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サンギヤ４１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、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６６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６６に動力を機械的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特に有利なものとなる。更に、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速状態を変更する際に、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、変速状態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、変速状態の変更すなわち第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６および図９等を参照しながら、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の概要について説明する。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、クラッチＣ０を繋いでモータＭＧ１を動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続したままモータＭＧ１およびＭＧ２の何れか一方に動力を出力させるクラッチ係合１モータ走行モードと、クラッチＣ０によるモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続を解除した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２の何れか一方に動力を出力させるクラッチ解放１モータ走行モードと、クラッチＣ０によるモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続を解除した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２の双方からの動力を利用できるようにする２モータ走行モードとに大別される。なお、モータ走行モードが選択された場合、ブレーキＢ０は非作動状態とされる（図６参照）。
クラッチ係合１モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ０を繋いだ状態で図６に示すようにクラッチＣ１をＲポジションに設定することにより変速機６０を第１変速状態に設定してモータＭＧ２のみに動力を出力させるか、クラッチＣ０を繋いだ状態で図６に示すようにクラッチＣ１をＬポジションに設定することにより変速機６０を第２変速状態に設定してモータＭＧ１のみに動力を出力させる。かかるクラッチ係合１モータ走行モードのもとでは、クラッチＣ０により動力分配統合機構４０のサンギヤ４１と第１モータ軸４６とが接続されていることから、動力を出力していないモータＭＧ１またはＭＧ２は、動力を出力しているモータＭＧ２またはＭＧ１に連れ回されて空転することになる（図９における破線参照）。また、クラッチ解放１モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ０によるモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続を解除した状態で図６に示すようにクラッチＣ１をＲポジションに設定することにより変速機６０を第１変速状態に設定してモータＭＧ２のみに動力を出力させるか、図６に示すようにクラッチＣ１をＬポジションに設定することにより変速機６０を第２変速状態に設定してモータＭＧ１のみ動力を出力させる。かかるクラッチ解放１モータ走行モードのもとでは、図９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Ｃ０によるサンギヤ４１とモータＭＧ１との接続が解除されることから、動力分配統合機構４０の機能により停止しているエンジン２２のクランクシャフト２６の連れ回しや、停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２の連れ回しが回避され、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、２モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ０によるモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続を解除した状態で図６に示すようにクラッチＣ１をＭポジションに設定することにより変速機６０を上述の１−２速同時係合状態に設定した上でモータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れか一方を駆動制御する。これにより、エンジン２２の連れ回しを回避しながらモータ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６６に伝達することができるので、いわゆる坂道発進を良好に実行したり、モータ走行時におけるトーイング性能等を良好に確保したりすることが可能となる。
そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチ解放１モータ走行モードが選択されると、動力を効率よく駆動軸６６に伝達すべく変速機６０の変速状態を容易に変更することができる。例えば、クラッチ解放１モータ走行モードのもとで、変速機６０を第１変速状態に設定すると共にモータＭＧ２にのみ動力を出力させているときに、第１モータ軸４６がキャリア軸４５ａと回転同期するようにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を調整し、変速機６０のクラッチＣ１のクラッチポジションをＲポジションからＭポジションに切り替えれば、上述の１−２速同時係合状態すなわち２モータ走行モードへと移行することができる。そして、この状態でクラッチＣ１のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに切り替えると共にモータＭＧ１のみに動力を出力させれば、上述の第２変速状態のもとでモータＭＧ１により出力される動力を駆動軸６６に伝達することが可能となる。なお、クラッチ解放１モータ走行モードのもとで変速機６０の変速状態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。この結果、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４５やサンギヤ４１の回転数を変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の変速状態の変更に際しても、一旦変速機６０の同時係合状態すなわち２モータ走行モードが実行されることから、変速状態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、変速状態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、これらの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、変速機６０の変速状態（クラッチＣ１のクラッチポジション）に応じて動力を出力しないことになるモータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のクランキングを実行し、それによりエンジン２２を始動させる。
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０は、入力要素たるサンギヤ６２と固定要素たるリングギヤ６３と駆動軸６６に接続される出力要素たるキャリア６５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変速用差動回転機構６１と、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５と第２要素たるサンギヤ４１との何れか一方または双方を変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に選択的に連結可能なクラッチＣ１とを含む変速機６０を備える。かかる変速機６０は、比較的少ない部品で構成可能であると共にシンプルかつコンパクトな構成を有し、搭載性に優れるものである。また、ハイブリッド自動車２０では、変速機６０のクラッチＣ１により動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との何れか一方を変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に連結すれば、動力分配統合機構４０のキャリア４５またはサンギヤ４１からの動力を変速用差動回転機構６１により変速した上で駆動軸６６に出力することができる。更に、ハイブリッド自動車２０では、変速機６０のクラッチＣ１により動力分配統合機構４０のキャリア４５およびサンギヤ４１の双方を変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に連結すれば、エンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸６６へと伝達することができる。そして、変速機６０のクラッチＣ１により動力分配統合機構４０のキャリア４５が変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に連結されるときには、出力要素となるキャリア４５に接続される第１電動機としてのモータＭＧ２を電動機として機能させ、かつ反力要素となるサンギヤ４１に接続される第２電動機としてのモータＭＧ１を発電機として機能させることが可能となる。また、変速機６０のクラッチＣ１により動力分配統合機構４０のサンギヤ４１が変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に連結されるときには、出力要素となるサンギヤ４１に接続されるモータＭＧ１を電動機として機能させ、かつ反力要素となるキャリア４５に接続されるモータＭＧ２を発電機として機能させることが可能となる。これにより、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ１による連結状態の切り替えを適宜実行することにより、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して、いわゆる動力循環の発生を抑制することができる。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り、燃費と走行性能とを良好に向上させることができる。
また、実施例のように、変速機６０の変速用差動回転機構６１をシングルピニオン式遊星歯車機構とすれば、変速機６０をよりコンパクトに構成することが可能となる。ただし、変速機６０の変速用差動回転機構６１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。このような段付ギヤを含む遊星歯車機構を変速用差動回転機構６１として用いれば、より大きな減速比を設定する際にピニオンギヤの回転数が高まりがちなシングルピニオン式遊星歯車機構を有する変速機に比べて、より大きな減速比を容易に設定することが可能となる。更に、実施例のように、モータＭＧ１およびＭＧ２をエンジン２２と概ね同軸に配置し、動力分配統合機構４０をモータＭＧ１およびＭＧ２の間に両者と概ね同軸に配置すれば、これらにより構成される動力出力装置の全体をよりコンパクトに構成することが可能となる。そして、このようにエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２と動力分配統合機構４０とが概ね同軸に配置されるハイブリッド自動車２０は、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続されると共に変速機６０に向けて延びる中空軸としてのサンギヤ軸４１ａおよび第１モータ軸４６と、キャリア４５に接続されると共に中空軸としてのサンギヤ軸４１ａおよび第１モータ軸４６を通って変速機６０に向けて延びる連結軸としてのキャリア軸４５ａとを有しており、変速機６０のクラッチＣ１は、第１モータ軸４６とキャリア軸４５ａとの何れか一方または双方を変速用差動回転機構６１のサンギヤ６２に選択的に連結可能に構成されている。これにより、動力分配統合機構４０のキャリア４５からの動力とサンギヤ４１からの動力とを概ね同軸かつ同方向に出力することができるので、変速機６０をエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０と概ね同軸に配置することが可能となる。従って、かかる構成は、主に後輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０に極めて好適なものとなる。
更に、ハイブリッド自動車２０に設けられているブレーキＢ０は、モータＭＧ２の回転軸たる第２モータ軸５５を回転不能に固定可能なものである。従って、上述のようにモータＭＧ１に接続される動力分配統合機構４０のサンギヤ４１が変速機６０のクラッチＣ１および変速用差動回転機構６１を介して駆動軸６６に連結されているときに第２モータ軸５５をブレーキＢ０により回転不能に固定しても、エンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸６６へと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、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。なお、上述のような固定手段は、変速機による最小変速比が設定されるときに動力分配統合機構の反力要素となる要素（実施例ではサンギヤ４１）の回転を固定するものであればよく、変速機の構成によっては、モータＭＧ１の第１モータ軸４６あるいはサンギヤ４１を固定するものとされてもよい。また、固定手段として専用のブレーキＢ０を採用する代わりに、当該固定手段の機能をクラッチＣ０にもたせてもよい。
そして、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の変速状態の変更を伴って駆動軸６６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）と第２モータ軸５５（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。
更に、実施例のハイブリッド自動車２０のように、ギヤ比ρが値０．５未満とされるダブルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構４０を採用した場合、サンギヤ４１に比べてキャリア４５に対するエンジン２２からのトルクの分配比率が大きくなる。従って、図１の例のように、キャリア４５とモータＭＧ２との間に減速ギヤ機構５０を配置することにより、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化を図ることが可能となる。また、この場合には、動力分配統合機構４０のギヤ比をρとしたときに、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒをρ／（１−ρ）近傍の値とすれば、モータＭＧ１およびＭＧ２の諸元を概ね同一のものとすることが可能となるので、ハイブリッド自動車２０や動力出力装置の生産性を向上させると共にコストの低減化を図ることができる。ただし、ダブルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構４０は、そのギヤ比がρ＞０．５となるように構成されてもよく、この場合、減速ギヤ機構５０は、その減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共にサンギヤ１１とモータＭＧ１またはＭＧ２との間に配置されるとよい。
図１０は、変形例に係るハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ａでは、上述のハイブリッド自動車２０のクラッチＣ０およびブレーキＢ０の機能をそれぞれ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′とブレーキＢ０′とに分担させている。また、ハイブリッド自動車２０Ａは、上述のクラッチＣ１の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８により駆動されるクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂとに分担させた変速機６０Ａを備えている。すなわち、変形例のハイブリッド自動車２０Ａでは、クラッチＣ０′を駆動することにより動力分配統合機構４０のサンギヤ４１と第１モータ軸４６（モータＭＧ１）との接続および当該接続の解除を実行することが可能となり、ブレーキＢ０を駆動することによりモータＭＧ２の回転軸たる第２モータ軸５５を回転不能に固定することが可能となる。また、変速機６０ＡのクラッチＣ１ａを繋ぐことによりキャリア軸４５ａや変速用差動回転機構６１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と駆動軸６６とが連結される第１要素連結状態を実現可能となる。更に、クラッチＣ１ｂを繋ぐことによりサンギヤ軸４１ａ、第１モータ軸４６および変速用差動回転機構６１を介して動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１と駆動軸６６とが連結される第２要素連結状態を実現可能となる。また、クラッチＣ１ａおよびＣ１ｂの双方を繋ぐことにより動力分配統合機構４０のキャリア４５とサンギヤ４１との双方が変速用差動回転機構６１を介して駆動軸６６に連結される両要素連結状態を実現可能となる。図１１にハイブリッド自動車２０Ａの走行時におけるクラッチＣ０′、ブレーキＢ０′、変速機６０ＡのクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂのクラッチポジション等の設定状態を示す。このように、油圧式のクラッチＣ０′およびブレーキＢ０′と、油圧式のクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂを含む変速機６０Ａとを備えたハイブリッド自動車２０Ａにおいても、上述のハイブリッド自動車２０と同様の作用効果を得ることができる。
図１２は、他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ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２０Ｂ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２０Ｂは、図１２に示すように、外歯歯車のサンギヤ１１と、その内周に形成された内歯と外周に形成された外歯とを有すると共にサンギヤ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の内歯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とを含み、サンギヤ１１（第２要素）とリングギヤ１２（第１要素）とキャリア１４（第３要素）とが互いに差動回転できるように構成された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。実施例において、動力分配統合機構１０は、そのギヤ比ρ（サンギヤ１１の歯数をリングギヤ１２の歯数で除した値）がρ＜０．５となるように構成されている。動力分配統合機構１０の第２要素たるサンギヤ１１には、当該サンギヤ１１からエンジン２２とは反対側に延びるサンギヤ軸１１ａ、クラッチＣ０および第１モータ軸４６を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（ロータ）が接続されている。また、第１要素たるリングギヤ１２には、動力分配統合機構１０のエンジン２２側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要素たるキャリア１４には、第２モータ軸５５およびモータＭＧ２を通って延びるキャリア軸１４ａ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。
そして、ハイブリッド自動車２０Ｂは、上記変速機６０，６０Ａとは異なる変速機９０を備えている。この変速機９０は、動力分配統合機構１０のリングギヤ１２および当該リングギヤ１２の外歯と常時噛合する第１従動ギヤ９１により構成される第１連結ギヤ列と、第１モータ軸４６に取り付けられた駆動ギヤ４７および当該駆動ギヤ４７と常時噛合する第２従動ギヤ９２により構成される第２連結ギヤ列と、エンジン２２のクランクシャフト２６や第１モータ軸４６、第２モータ軸５５と平行に延在する伝達軸９３と、シングルピニオン式遊星歯車機構である変速用差動回転機構９４と、クラッチＣ１とを含む。第１連結ギヤ列の第１従動ギヤ９１は、図示しない軸受により回転自在に支持されて第１モータ軸４６および第２モータ軸５５と平行に延在する中空の第１ギヤ軸９１ａに取り付けられている。また、第２従動ギヤ９２は、第１ギヤ軸９１ａと所定の間隔を隔てた状態で図示しない軸受により回転自在に支持されて第１モータ軸４６および第２モータ軸５５と平行に延在する中空の第２ギヤ軸９２ａに取り付けられている。なお、実施例では、第１連結ギヤ列を構成するリングギヤ１２の外歯と第２連結ギヤ列を構成する駆動ギヤ４７との歯数が同一とされ、第１連結ギヤ列を構成する第１従動ギヤ９１とや第２連結ギヤ列を構成する第２従動ギヤ９２との歯数が同一とされるが、これらのギヤの歯数は任意に定めることができる。
伝達軸９３は、上述の第１および第２ギヤ軸９１ａ，９２ａの内部を通って第１モータ軸４６および第２モータ軸５５と平行に延在し、その先端（図中右端）には、変速用差動回転機構９４が接続される。変速用差動回転機構９４は、伝達軸９３に接続されるサンギヤ９５と、このサンギヤ９５と同心円上に配置されるリングギヤ９６と、サンギヤ９５およびリングギヤ９６の双方と噛合するピニオンギヤ９７を複数保持するキャリア９８とを含み、サンギヤ９５（入力要素）とリングギヤ９６（固定要素）とキャリア９８（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。変速用差動回転機構９４のリングギヤ９６は、図１２に示すように、トランスミッションケースに対して回転不能に固定される。また、変速用差動回転機構９４のキャリア９８には、ここでは中空のキャリア軸９８ａが接続されており、伝達軸９３は、このキャリア軸９８ａを通してサンギヤ９５に固定される。これにより、変速機９０では、伝達軸９３の周りに、図中左側から順番に、第２従動ギヤ９２が取り付けられた中空の第２ギヤ軸９２ａ、第１従動ギヤ９１が取り付けられた中空の第１ギヤ軸９１ａ、および中空のキャリア軸９８ａが配置されることになる。そして、キャリア９８は、キャリア軸９８ａの端部に取り付けられた出力ギヤ９９、駆動軸６６を含むギヤ機構６７およびデファレンシャルギヤ６８を介して駆動輪としての前輪６９ｃ，６９ｄに連結される。
また、変速機９０に含まれるクラッチＣ１は、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの間付近に配置され、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの何れか一方または双方を伝達軸９３に連結可能なものである。実施例において、クラッチＣ１は、例えば、第１ギヤ軸９１ａの一端（図中左端）に固定されたドグと、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの間に位置するように伝達軸９３に固定されたドグと、第２ギヤ軸９２ａの一端（図中右端）に固定されたドグと、これらのドグと噛合可能であると共に電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１０１により駆動される係合部材とを含むドグクラッチとして構成され、図１２に示すように、係合部材の位置であるクラッチポジションを「Ｒポジション」、「Ｍポジション」および「Ｌポジション」に選択的に切り替え可能である。すなわち、変速機９０のクラッチＣ１のクラッチポジションがＲポジションに設定されると、係合部材を介して第１ギヤ軸９１ａの第１ドグと伝達軸９３のドグとがより少ない損失で連結され、それにより第１連結ギヤ列や第１ギヤ軸９１ａ、伝達軸９３、変速用差動回転機構９４等を介して動力分配統合機構１０の第１要素たるリングギヤ１２が駆動軸６６に連結される（第１要素連結状態）。また、クラッチＣ１のクラッチポジションがＭポジションに設定されると、係合部材を介して第１ギヤ軸９１ａの第１ドグと伝達軸９３のドグと第２ギヤ軸９２ａのドグとがより少ない損失で連結され、それにより第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの双方すなわち動力分配統合機構１０のリングギヤ１２とサンギヤ１１との双方が第１および第２連結ギヤ列や、伝達軸９３、変速用差動回転機構９４等を介して駆動軸６６に連結される（両要素連結状態）。更に、クラッチＣ１のクラッチポジションがＬポジションに設定されると、係合部材を介して第２ギヤ軸９２ａのドグと伝達軸９３のドグとがより少ない損失で連結され、それにより、クラッチＣ０がＭポジションに設定されていれば第２連結ギヤ列や第２ギヤ軸９２ａ、伝達軸９３、変速用差動回転機構９４等を介して動力分配統合機構１０の第２要素たるサンギヤ１１が駆動軸６６に連結される（第２要素連結状態）。
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く、図１２のハイブリッド自動車２０Ｂにおいても、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａと同様の作用効果を得ることができる。また、図１２のハイブリッド自動車２０Ｂは、第１および第２モータ軸４６，５５と平行に延在する伝達軸９３と平行軸式の第１および第２連結ギヤ列と切替手段としてのクラッチＣ１を含む変速機９０を備えており、このような変速機９０によれば、クラッチＣ１や変速用差動回転機構９４を伝達軸９３の周りにそれと同軸に配置することにより動力出力装置を２軸式のものとして構成可能となり、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２と動力分配統合機構１０とを概ね同軸に配置しても、動力出力装置の軸方向（車幅方向）寸法の増加を抑制することができる。従って、図１２の動力出力装置は、コンパクトで搭載性に優れて主に前輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０Ｂに極めて好適なものとなる。また、変速機９０のように、平行軸式の第１連結ギヤ列や第２連結ギヤ列を介して動力分配統合機構１０のサンギヤ１１やリングギヤ１２を伝達軸９３に連結するようにすれば、サンギヤ１１やリングギヤ１２と伝達軸９３との間の変速比を自在に設定することも可能となる。これにより、変速機９０の変速比設定の自由度を大きくして動力の伝達効率のより一層の向上を図ることができる。なお、図１２の例では、動力分配統合機構１０のリングギヤ１２に外歯を形成してリングギヤ１２自体が第２連結ギヤ列を構成しているが、これに限られるものではない。すなわち、リングギヤ１２に外歯を形成する代わりに、駆動ギヤ４７と同様のギヤをリングギヤ１２に接続して当該ギヤを第１従動ギヤ９１と噛合させて第１連結ギヤ列を構成してもよい。更に、上述のように、ハイブリッド自動車２０Ｂは、ギヤ比ρが値０．５未満とされる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を備えているが、このような諸元の動力分配統合機構１０においては、サンギヤ４１に比べてリングギヤ１２に対するエンジン２２からのトルクの分配比率が大きくなる。従って、図１２に示すように、リングギヤ１２とモータＭＧ２との間に減速ギヤ機構５０を配置することにより、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化を図ることが可能となる。また、この場合には、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒを動力分配統合機構４０のギヤ比ρ近傍の値とすれば、モータＭＧ１およびＭＧ２の諸元を概ね同一のものとすることが可能となるので、エンジン２２、動力出力装置の生産性を向上させると共にコストの低減化を図ることができる。
図１３は、更に他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｃの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ｃでは、上述のハイブリッド自動車２０ＢのクラッチＣ０およびブレーキＢ０の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８Ｃにより駆動されるクラッチＣ０′とブレーキＢ０′とに分担させている。また、ハイブリッド自動車２０Ｃは、上述のハイブリッド自動車２０ＢのクラッチＣ１の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８Ｃにより駆動されるクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂとに分担させた変速機９０Ｃを備えている。このような図１３に示すハイブリッド自動車２０Ｃにおいても、図１１に示すようにクラッチＣ０′、ブレーキＢ０′、変速機９０ＣのクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂを制御すれば、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂと同様の作用効果を得ることができる。
なお、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、サンギヤ４１（１１）とモータＭＧ１との接続および当該接続の解除を実行する機構や、第２モータ軸５５（キャリア４５またはリングギヤ１２）を固定する機構、減速ギヤ機構５０の何れかまたはすべてを省略してもよい。また、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａは、何れも後輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよく、上述のハイブリッド自動車２０Ｂ，２０Ｃは、何れも前輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよい。更に、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａにおいて、動力分配統合機構４０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、上述のハイブリッド自動車２０Ｂ，２０Ｃにおいて、動力分配統合機構４０は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構として構成されてもよい。更に、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２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ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。
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。
本発明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。 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。 実施例のハイブリッド自動車２０の走行時におけるクラッチＣ０やブレーキＢ０、変速機６０のクラッチＣ１のクラッチポジションの設定状態を示す図表である。 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。 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。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａの走行時におけるクラッチＣ０′、ブレーキＢ０′、変速機６０ＡのクラッチＣ１ａ，Ｃ１ｂのクラッチポジション等の設定状態を示す図表である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。 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、４１，１１，５１，６２，９５ サンギヤ、４１ａ，６２ａ，１１ａ サンギヤ軸、４２，１２，５２，６３，９６ リングギヤ、４２ａ リングギヤ軸、４３，４４，１３，５３，６４，９７ ピニオンギヤ、４５，１４，５４，６５，９８ キャリア、４５ａ，１４ａ，９８ａ キャリア軸、４６ 第１モータ軸、４７ 駆動ギヤ、５０ 減速ギヤ機構、５５ 第２モータ軸、６０，６０Ａ，９０，９０Ｃ 変速機、６１ 変速用差動回転機構、６６ 駆動軸、６７ ギヤ機構、６８ デファレンシャルギヤ、６９ａ，６９ｂ 後輪、６９ｃ，６９ｄ 前輪、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、８８，８８Ｃ，１００，１０１，１０２ アクチュエータ、９１ 第１従動ギヤ、９１ａ 第１ギヤ軸、９２ 第２従動ギヤ、９２ａ 第２ギヤ軸、９３ 伝達軸、９４ 変速用差動回転機構、９９ 出力ギヤ、Ｂ０，Ｂ０′ ブレーキ、Ｃ０，Ｃ０′，Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (13)

  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要素とを含むと共にこれら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、
    入力要素と固定要素と前記駆動軸に接続される出力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変速用差動回転機構と、前記動力分配統合機構の前記第１要素と前記第２要素との何れか一方または双方を前記変速用差動回転機構の前記入力要素に選択的に連結可能な連結手段とを含む変速伝達手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記変速伝達手段の前記変速用差動回転機構は、３要素式遊星歯車機構である請求項１に記載の動力出力装置。
  3. 前記第１および第２電動機は前記内燃機関と概ね同軸に配置され、前記動力分配統合機構は前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と概ね同軸に配置される請求項１または２に記載の動力出力装置。
  4. 請求項３に記載の動力出力装置において、
    前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方に接続されると共に前記変速伝達手段に向けて延びる中空軸と、
    前記第１および第２要素の他方に接続されると共に前記中空軸を通って前記変速伝達手段に向けて延びる連結軸とを更に備え、
    前記変速伝達手段の前記連結手段は、前記中空軸と前記連結軸との何れか一方または双方を前記変速用差動回転機構の前記入力要素に選択的に連結可能である動力出力装置。
  5. 請求項３に記載の動力出力装置において、
    前記変速伝達手段の前記連結手段は、
    前記第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在すると共に前記変速用差動回転機構の前記入力要素に接続される伝達軸と、
    前記第１要素に連結される第１平行軸式ギヤ列と、
    前記第２要素に連結される第２平行軸式ギヤ列と、
    前記第１平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第１要素連結状態と、前記第２平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第２要素連結状態と、前記第１平行軸式ギヤ列および前記第２平行軸式ギヤ列の双方が前記伝達軸に連結される両要素連結状態とを選択的に切り替え可能な切替手段とを含む動力出力装置。
  6. 前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸との何れか一方を回転不能に固定可能な固定手段を更に備える請求項１から５の何れかに記載の動力出力装置。
  7. 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６の何れかに記載の動力出力装置。
  8. 前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素のうちの前記機関軸に接続される前記第３要素からより大きなトルクが入力される一方は、前記第１電動機または前記第２電動機の回転軸の回転を減速する減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続される請求項１から７の何れかに記載の動力出力装置。
  9. 請求項８に記載の動力出力装置において、
    前記動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、互いに噛合すると共に一方が前記サンギヤと他方が前記リングギヤと噛合する２つのピニオンギヤの組を少なくとも１組保持するキャリアとを含むダブルピニオン式遊星歯車機構であり、前記第１要素は前記サンギヤおよび前記キャリアの何れか一方であると共に前記第２要素は前記サンギヤおよび前記キャリアの他方であり、前記第３要素は前記リングギヤである動力出力装置。
  10. 請求項９に記載の動力出力装置において、
    前記動力分配統合機構は、前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である該動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成され、前記減速手段は、減速比がρ／（１−ρ）近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記キャリアとの間に配置される動力出力装置。
  11. 請求項９に記載の動力出力装置において、
    前記動力分配統合機構は、前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である該動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成され、前記減速手段は、減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記サンギヤとの間に配置される動力出力装置。
  12. 請求項８に記載の動力出力装置において、
    前記動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤおよび前記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り、前記第１要素は前記サンギヤおよび前記リングギヤの何れか一方であると共に前記第２要素は前記サンギヤおよび前記リングギヤの他方であり、前記第３要素は前記キャリアであり、
    前記サンギヤの歯数を前記リングギヤの歯数で除した値である前記動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段は、減速比がρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１または第２電動機と前記リングギヤとの間に配置される動力出力装置。
  13. 請求項１から１２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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