JP2010058695A - 動力装置 - Google Patents

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重光 圷
Noriyuki Abe
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Abstract

【課題】補機駆動用のアクチュエータを備えることなく、原動機と回転アクチュエータとのいずれかの動力を使用して補機の駆動を行う。
【解決手段】第1回転要素21rが原動機2の出力軸に連結され、第2回転要素21sが回転アクチュエータ3の回転体に連結され、第3回転要素21cが第1動力伝達経路22を介して被駆動部4に連結された差動装置21と、第1動力伝達経路22での動力伝達を可能とする動作状態と動力伝達を遮断する動作状態とに選択的に動作可能な第1動力伝達・遮断機構34,36,37と、原動機2の出力軸と被駆動部4との間を連結する第2動力伝達経路23と、第2動力伝達経路での動力伝達を可能とする動作状態と動力伝達を遮断する動作状態とに選択的に動作可能な第2動力伝達・遮断機構32とを備え、差動装置21の第2回転要素21s及び第3回転要素21cのいずれか一方に補機5を連結する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の車輪等の被駆動部を駆動するための動力装置に関する。
例えば、エンジンの動力を被駆動部としての駆動輪に伝達して走行する車両では、例えば特許文献1に見られるように、交差点などでの停車時に、エンジンの運転を自動的に停止するもの(いわゆる、アイドルストップ車)が従来より知られている。
一方、車両は、通常、ウォータポンプ、エアコン用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ等の種々様々な補機を備えている。この場合、エンジンの運転中は、該エンジンの動力を使用して、これらの補機を駆動することができるものの、エンジンの運転停止中は、該エンジンにより補機を駆動することができない。
このため、前記特許文献1に見られる如きアイドルストップ車では、同文献1に記載されている如く、補機駆動用の電動機を備え、エンジンの運転停止中に、この電動機により補機を駆動するようにしたものが知られている。
特開2003−269212号公報
ところで、特許文献1に見られるように、エンジンのアイドルストップを行いながら、補機駆動用の電動機により補機を駆動する技術は、車両の駆動輪を駆動するための動力発生源としてエンジンと走行用の電動機とを有するハイブリッド車両にも適用することができる。
しかしながら、このように特許文献1に見られる技術をハイブリッド車両に適用した場合には、エンジンと走行用の電動機とに加えて、補機駆動用の電動機をも車両に搭載することとなる。このため、車両の重量軽減や、小型化、製造コストの低減の妨げとなるという不都合がある。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、車両の駆動輪等の被駆動部を駆動するための動力発生源として原動機と回転アクチュエータとを備えた動力装置において、補機駆動用のアクチュエータを備えることなく、原動機と回転アクチュエータとのいずれかの動力を使用して補機の駆動を行うことができる動力装置を提供することを目的とする。
本発明の動力装置は、かかる目的を達成するために、被駆動部と補機とを駆動するための動力装置であって、動力を出力するための出力軸を有する原動機と、動力を出力するための回転体を有する回転アクチュエータと、互いの間で動力を伝達可能な第1回転要素、第2回転要素及び第3回転要素を有し、前記第1回転要素が、前記原動機の出力軸に連結され、且つ、前記第2回転要素が、前記回転アクチュエータの回転体に連結され、且つ、前記第3回転要素が、第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に連結された差動装置と、前記第1動力伝達経路に含まれ、該第1動力伝達経路での動力伝達を可能とする第1動作状態と該第1動力伝達経路での動力伝達を遮断する第2動作状態とに選択的に動作可能な第1動力伝達・遮断機構と、前記原動機の出力軸と前記被駆動部との間を前記差動装置及び第1動力伝達・遮断機構を迂回して連結する第2動力伝達経路と、前記第2動力伝達経路に含まれ、該第2動力伝達経路での動力伝達を可能とする第3動作状態と該第2動力伝達経路での動力伝達を遮断する第4動作状態とに選択的に動作可能な第2動力伝達・遮断機構とを備え、前記差動装置の第2回転要素及び第3回転要素のいずれか一方に前記補機を連結したことを特徴とする(第1発明)。
かかる第1発明の動力装置によれば、前記第1動力伝達・遮断機構を前記第2動作状態に動作させると共に、前記第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた状態では、前記原動機又は回転アクチュエータと前記被駆動部との間の前記第1動力伝達経路を介した動力伝達が遮断されると共に、前記原動機と前記被駆動部との間の前記第2動伝達経路を介した動力伝達が遮断される。そして、第1発明では、前記差動装置の第2回転要素及び第3回転要素のいずれか一方、すなわち、該差動装置の第1〜第3回転要素のうちの、前記原動機の出力軸が連結されている第1回転要素以外の回転要素に前記補機が連結されている。このため、前記第1動力伝達・遮断機構を前記第2動作状態に動作させると共に、前記第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた状態では、例えば、前記原動機の運転を停止したまま、被駆動部の駆動を行うことなく、回転アクチュエータの動力を補機に伝達して、該補機を駆動することができる。
また、前記第1動力伝達・遮断機構を前記第2動作状態に動作させると共に、前記第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた状態では、例えば、被駆動部の駆動を行うことなく、原動機のアイドル運転を行うことも可能である。そして、該原動機のアイドル運転を行いながら、該原動機又は回転アクチュエータの動力を補機に伝達して、該補機を駆動することもできる。
さらに、例えば、原動機の運転を行いつつ第1動力伝達・遮断機構を第1動作状態に動作させると共に、第2動力伝達・遮断手段を第4動作状態に動作させた状態では、原動機の動力を差動装置の第1回転要素に作用させながら回転アクチュエータの動力を差動装置の第2回転要素に作用させることによって、原動機の動力を差動装置と第1動力伝達経路とを介して被駆動部に伝達して該被駆動部を駆動することができる。そして、このとき、原動機又は回転アクチュエータの動力を補機に伝達して該補機を駆動することもできる。加えて、この場合、回転アクチュエータにより第2回転要素の回転速度を調整することによって、差動装置の第1回転要素と第3回転要素との間の減速比、ひいては、原動機の出力軸と被駆動部との間の減速比(変速比)を変化させることができる。
また、例えば、原動機の運転を行いつつ第1動力伝達・遮断機構を第1動作状態に動作させると共に第2動力伝達・遮断機構を第3動作状態に動作させた場合には、原動機の動力を第2動力伝達経路を介して被駆動部に伝達して該被駆動部を駆動することができる。さらにこの場合、原動機の動力の一部を差動装置を介して補機に伝達して該補機を駆動したり、あるいは、回転アクチュエータの動力を補機に伝達して該補機を駆動することもできる。さらにこの場合、原動機の動力を第2動力伝達経路を介して被駆動部に伝達しながら、これと並行して、回転アクチェータの動力を差動装置の第3回転要素及び第1動力伝達経路を介して被駆動部に伝達することもできる。
以上のように、第1発明の動力装置によれば、原動機の運転と被駆動部の駆動とを停止した状況や、被駆動部を駆動している状況などの種々様々の状況で、補機用のアクチュエータを備えることなく、原動機と回転アクチュエータとのいずれかの動力を使用して補機の駆動を行うことができる。
かかる第1発明では、前記差動装置は、より具体的には、例えば、前記第1回転要素及び第2回転要素の一方を構成する第1サンギヤと、前記第1回転要素及び第2回転要素の他方を構成する第1リングギヤと、前記第3回転要素を構成し、前記第1サンギヤ及び第1リングギヤに噛合するプラネタリギヤを回転自在に支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車装置である(第2発明)。
この第2発明によれば、例えば、原動機の運転を行いつつ第1動力伝達・遮断機構を第1動作状態に動作させると共に第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた場合に、第1リングギヤ及び第1サンギヤの一方に原動機から作用するトルクと他方に回転アクチュエータから作用するトルクとを第1キャリアにおいて正のトルクとして合成し、該第1キャリアから被駆動部に伝達することができる。これにより、より大きなトルクを被駆動部に伝達することができる。
この第2発明では、前記補機は、前記第3回転要素を構成する前記第1キャリアに連結されていることが好ましい(第3発明)。
この第3発明によれば、第1動力伝達経路の減速比や、第1遊星歯車装置の第1リングギヤ及び第1サンギヤの歯数比などを適切に設定しておくことによって、被駆動部の種々様々の駆動状況において、第1キャリアの回転方向を正逆2方向のうちの一方の回転方向に保つようにすることが可能となる。このため、被駆動部の種々様々の駆動状況において、該第1キャリアから補機に伝達される動力の向きを該補機の駆動に適した向きに保つことが可能となり、該補機を駆動させ得る状況を極力多くすることができる。
また、上記第1〜第3発明では、前記差動装置の第1回転要素の回転を阻止又は制動する第5動作状態と該回転の阻止又は制動を解除する第6動作状態とに選択的に動作可能なブレーキ機構を備えることが好ましい(第4発明)。
この第4発明によれば、例えば、前記第1動力伝達・遮断機構を前記第1動作状態に動作させると共に、第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた状態で、原動機の運転を停止したまま前記ブレーキ機構を前記第5動作状態に動作させた場合に、回転アクチュエータの十分な動力を、差動装置の第2回転要素及び第3回転要素と、第1動力伝達経路とを介して被駆動部に伝達することができる。従って、回転アクチュエータの動力のみによって、被駆動部を駆動することができる。さらに、回転アクチュエータの動力の一部を補機にも伝達して該補機を駆動することができる。
また、原動機が例えば熱機関である場合には、該熱機関の出力軸が通常運転時の回転方向と逆方向に回転するのを、前記ブレーキ機構の第5動作状態で防止することができる。さらに、原動機が熱機関である場合に、上記のように回転アクチュエータの動力によって、被駆動部を駆動した状態で、例えば前記第2動力伝達・遮断機構を第3動作状態に動作させれば、回転アクチュエータの動力の一部を第2動力伝達経路を介して原動機(熱機関)の出力軸に伝達し、該熱機関を始動することもできる。
また、上記第1〜第4発明では、前記差動装置の第3回転要素から前記第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に伝達される動力によって回転する該被駆動部の回転方向が正逆2つの回転方向のうちの一方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第7動作状態と、該被動部の回転方向が前記2つの回転方向のうちの他方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第8動作状態とに選択的に動作可能な正逆転切換機構を備えることが好ましい(第5発明)。
この第5発明によれば、前記第1動力伝達・遮断機構を前記第1動作状態に動作させると共に、第2動力伝達・遮断機構を第4動作状態に動作させた状態では、差動装置の第3回転要素の回転方向を一方向に制限しても、正逆転切換機構の動作状態を第7動作状態と第8動作状態との間で切換えることによって、原動機の出力軸から差動装置及び第1動力伝達経路を介して被駆動部に伝達される動力の向きを切換えることができる。従って、被駆動部を正逆2つの方向のいずれの回転方向にも駆動することができる。また、例えば第5発明を前記第4発明と組み合わせた場合には、回転アクチュエータの動力のみにより被駆動部を正逆2つの方向のいずれの回転方向に駆動する場合であっても、差動装置の第3回転要素及び第2回転要素の回転方向を同じ方向にすることが可能となる。従って、被駆動部を正逆2つの方向のいずれの回転方向に駆動する場合であっても、回転アクチュエータの動力の一部を補機に伝達して該補機を駆動することができる。また、差動装置の第3回転要素の回転方向を一方向に制限できることから、本発明の動力装置の動作形態が複雑化するのを防止できる。
この第5発明では、前記正逆転切換機構は、例えば第2サンギヤと第2リングギヤと該第2サンギヤ及び第2リングギヤに噛合された第2ピニオンギヤを回転自在に支持する第2キャリアとを有し、前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの一方が前記差動装置の第3回転要素に連結され、且つ、前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの他方が前記被駆動部に連結された第2遊星歯車装置と、前記第2キャリアを回転不能にロックする第9動作状態と該ロックを解除する第10動作状態とに選択的に動作可能な第1ロック機構と、前記第2キャリアを前記第2サンギヤ及び第2リングギヤのいずれか一方に一体に回転可能に連結する第11動作状態と該連結を解除する第12動作状態とに選択的に動作可能な第1クラッチ機構とを備え、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の一方の動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の他方の動作状態として有する。
この第6発明によれば、正逆転切換機構は、上記の如く構成されているので、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態では、第2遊星歯車装置の第2キャリアはその回転が許容されると共に、第2サンギヤ及び第2リングギヤと一体に回転可能となる。従って、差動装置の第3回転要素と被駆動部との間での第1動力伝達経路を介した動力伝達が可能となる。そして、この場合、差動装置の第3回転要素が所定の一方向に回転駆動された時の第2サンギヤ及び第2リングギヤの回転方向(以下、本欄では、この回転方向を第1回転方向という)は互いに同じになる。
また、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態では、第2遊星歯車装置の第2キャリアが回転不能にロックされた状態で第2サンギヤと第2リングギヤとが互いに逆方向に回転可能となる。従って、差動装置の第3回転要素と被駆動部との間での第1動力伝達経路を介した動力伝達が可能となる。そして、この場合、差動装置の第3回転要素が上記所定の一方向に回転駆動された時の前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの一方の回転方向は、上記第1回転方向と同じになる一方、前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの他方の回転方向は、上記第1回転方向と逆方向になる。
よって、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態は、正逆転切換機構の前記第7動作状態及び第8動作状態の一方の動作状態として機能することとなる。また、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態は前記第7動作状態及び第8動作状態の他方の動作状態として機能することとなる。
上記第6発明では、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構の動作状態の組み合わせによって、前記正逆転切換機構に、前記第1動力伝達・遮断機構としての機能をも持たせることができる。すなわち、上記第6発明では、前記正逆転切換機構は、前記第1動力伝達・遮断機構としての機能を兼ねており、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態、又は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第1動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第2動作状態として有することができる(第7発明)。
この第7発明によれば、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態、又は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態は、第6発明に関して説明した如く、差動装置の第3回転要素と被駆動部との間での第1動力伝達経路を介した動力伝達が可能である。従って、これらの状態は、第1動力伝達・遮断機構の第1動作状態として機能することとなる。
そして、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第12動作状態に動作させた状態では、第2遊星歯車装置の第2キャリアが自由に回転し得る状態(第2キャリアに動力がほとんど作用し得ない状態)となるので、第2遊星歯車装置の第2サンギヤと第2リングギヤとの間の動力伝達が実質的に遮断される。ひいては、第1動力伝達経路での動力伝達が第2遊星歯車装置で遮断される。従って、この状態は、第1動力伝達・遮断機構の第2動作状態として機能することとなる。
このように正逆転切換機構に、第1動力伝達・遮断機構の機能を持たせることによって、第1動力伝達経路の構成要素の部品点数を少なくし、該第1動力伝達経路の構成を簡略化することができる。
また、前記第1〜第7発明では、前記差動装置の第3回転要素を回転不能にロックする第13動作状態と該ロックを解除する第14動作状態とに選択的に動作可能な第2ロック機構を備えることが好ましい(第8発明)。
この第8発明によれば、例えば、被駆動部の回転停止状態において、第2ロック機構を第13動作状態に動作させることによって、原動機と回転アクチュエータとの間で差動装置を介して動力を伝達することが可能となる。このため、例えば原動機が熱機関である場合には、被駆動部の回転停止状態で、回転アクチュエータの動力を原動機(熱機関)の出力軸に伝達して該熱機関を始動することが可能となる。また、回転アクチュエータが例えば電動機である場合には、被駆動部の回転停止状態で、原動機から電動機の回転体(ロータ)に動力を伝達して、該電動機の回生運転を行うことが可能となる。
前記第2遊星歯車装置、第1ロック機構及び第1クラッチ機構を有する正逆転切換機構を含む第6発明又は第7発明では、該正逆転切換機構に、前記第8発明における第2ロック機構の機能を持たせることもできる。すなわち、この場合には、前記正逆転切換機構は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第11動作状態に動作させた状態を、前記差動装置の第3回転要素を回転不能にロックする動作状態として有する(第9発明)。
この第9発明によれば、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第11動作状態に動作させた状態では、第2遊星歯車装置の第2サンギヤ、第2リングギヤ及び第2キャリアの全てが回転不能にロックされる。従って、第2サンギヤ又は第2リングギヤに連結されている前記差動装置の第3回転要素も回転不能にロックできることとなる。また、前記第1ロック機構を第10動作状態に動作させ、もしくは、第1クラッチ機構を第12動作状態に動作させた場合には、上記ロックが解除されることとなる。従って、正逆転切換機構に、前記第2ロック機構としての機能を持たせることができる。
このように正逆転切換機構に、前記第2ロック機構としての機能を持たせることによって、第1動力伝達経路の構成要素の部品点数を少なくし、該第1動力伝達経路の構成を簡略化することができる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1〜図11を参照して説明する。
まず、図1及び図2を参照して本実施形態の動力装置1の構成を説明する。図1は本実施形態の動力装置1を備えた車両の全体構成を概略的に示す図、図2は該動力装置1に備えた動力伝達機構27の構成を概略的に示す図である。
図1を参照して、本実施形態の動力装置1は、ハイブリッド車両に搭載された動力装置であり、動力発生源として、エンジン2と電動機3とを備えている。そして、動力装置1は、エンジン2又は電動機3の動力を一対の駆動輪4,4に伝達して、該駆動輪4,4を駆動し得るように構成されている。加えて、動力装置1は、エンジン2又は電動機3の動力を、駆動輪4,4だけでなく、車両に搭載された補機5に伝達して、該補機5を駆動し得るように構成されている。補機5は、例えばエアコンのコンプレッサ、ウォータポンプ、オイルポンプなどである。
なお、本実施形態では、エンジン2及び電動機3は、それぞれ本発明における原動機、回転アクチュエータに相当するものである。また、駆動輪4,4は、本発明における被駆動部に相当するものである。
エンジン2は、ガソリン、軽油、アルコールなどの燃料を燃焼させることにより動力(トルク)を発生する内燃機関であり、発生した動力を外部に出力するための出力軸(クランク軸)2aを有する。このエンジン2は、通常の自動車のエンジンと同様に、図示しない吸気路に備えたスロットル弁の開度を制御する(エンジン2の吸入空気量を制御する)ことによって、該エンジン2が出力軸2aを介して出力する動力が調整される。
電動機3は、本実施形態では3相のDCブラシレスモータであり、そのハウジング6内に回転自在に支承されたロータ(回転体)7と、該ロータ7の周囲でハウジング6に固定されたステータ8と、ロータ7に発生する動力(トルク)を外部に伝達するための出力軸3aとを有する。ロータ7には、複数の永久磁石7aが装着され、ステータ8には、3相分のコイル(電機子巻線)8aが装着されている。また、出力軸3aは、ロータ7と一体に回転するように該ロータ7に同軸心に固定され、ハウジング6の内部から外部に延設されている。なお、電動機3のハウジング6は(ひいてはステータ8は)、動力装置1の外装ケース等、車体に対して静止した不動部12に固設されている。
この電動機3のコイル8aは、インバータ回路を含む駆動回路であるパワー・ドライブ・ユニット10(以下、PDU10という)を介して直流電源としてのバッテリ(二次電池)11に電気的に接続されている。また、PDU10は、電動機3を含めて動力装置1の動作制御を行う電子制御ユニット41(以下、ECU41という)に電気的に接続されている。そして、このECU41により、PDU10を介してコイル8aに流れる電流を制御することによって、電動機3がロータ7から出力軸3aを介して出力する動力(トルク)が調整されるようになっている。この場合、PDU10を制御することによって、電動機3は、バッテリ11から供給される電気エネルギーによってロータ7に力行トルクを発生する力行運転と、外部から出力軸3aを介してロータ7に与えられる機械エネルギー(回転エネルギー)によって発電し、その発電エネルギーをバッテリ11に充電しつつ、ロータ7に回生トルク(発電制動トルク)を発生する回生運転とを行うことが可能である。
なお、ECU41は、CPU、RAM、ROM、インターフェイス回路等を含む電子回路ユニットであり、あらかじめ実装されたプログラムにより規定される制御処理を実行することで、動力装置1の動作制御を行う。この場合、ECU41の制御処理により実現される機能として、電動機3の運転をPDU10を介して制御する機能の他、エンジン2の運転を図示しないスロットル弁用のアクチェエータ等のエンジン制御用のアクチュエータを介して制御する機能と、後述する第1〜第3クラッチ32,36,37及び補機用クラッチ24gの動作を図示しないアクチュエータもしくは駆動回路を介して制御する機能と、後述するCVT27c(無段変速機)の変速動作を図示しないアクチュエータを介して制御する機能とが含まれる。
動力装置1は、駆動輪4,4と補機5とをエンジン2又は電動機3により駆動するための機構的要素として、差動装置である第1遊星歯車装置21と、エンジン2又は電動機3と駆動輪4,4との間の動力伝達を行うための第1動力伝達経路22及び第2動力伝達経路23と、エンジン2又は電動機3と補機5との間の動力伝達を行うための補機用動力伝達経路24とを備える。
前記第1遊星歯車装置21は、本実施形態では、シングルピニオン型の遊星歯車装置であり、3つの回転要素として、サンギヤ21sと、リングギヤ21rと、これらのサンギヤ21s及びリングギヤ21rの間で当該両ギヤ21r,21sに噛合された複数のプラネタリギヤ21pを回転自在に支持するキャリア21cとを同軸心に備えている。これらの3つの回転要素21s,21r,21cは、周知のように、互いの間で動力を伝達可能であると共に、それぞれの回転数(回転速度)の間の関係を一定の共線関係に保ちつつ回転する。
この第1遊星歯車装置21は、本実施形態では、エンジン2の出力軸2a及び電動機3の出力軸3aと同軸心になるようにして、該エンジン2と電動機3との間に配置されている。そして、第1遊星歯車装置21の3つの回転要素21s,21r,21cのうちの1つ、例えばリングギヤ21rが、エンジン2の出力軸2aと連動して回転するように該出力軸2aに連結されている。また、第1遊星歯車装置21の他の1つの回転要素、例えばサンギヤ21sが、電動機3の出力軸3aと連動して回転するように該出力軸3aに連結されている。本実施形態では、リングギヤ21rは、エンジン2の出力軸2aと一体に回転するように該出力軸2aに連結されている。また、サンギヤ21sは、電動機3のロータ7及び出力軸3aと一体に回転するように該電動機3の出力軸3aに連結されている。
また、第1遊星歯車装置21の残りの1つの回転要素であるキャリア21cは、第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に連結されている。この第1動力伝達経路22については詳細を後述する。
なお、リングギヤ21rとエンジン2の出力軸2aとを減速機を介して連結し、該リングギヤ21rと出力軸2aとが互いに異なる回転速度で連動して回転するようにしてもよい。同様に、サンギヤ21sと電動機3の出力軸3aとを減速機を介して連結し、該サンギヤ21sと出力軸3aとが互いに異なる回転速度で連動して回転するようにしてもよい。
補足すると、本実施形態では、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r、サンギヤ21s、キャリア21cが、それぞれ、本発明における差動装置(第1遊星歯車装置)の第1回転要素(第1リングギヤ)、第2回転要素(第1サンギヤ)、第3回転要素(第1キャリア)に相当する。
前記第2動力伝達経路23は、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間で、前記第1遊星歯車装置21と詳細を後述する第1動力伝達経路22の第2遊星歯車装置34とを迂回して(経由せずに)動力を伝達し得るように、該エンジン2の出力軸2aを駆動輪4,4に連結する動力伝達経路である。この第2動力伝達経路23は、エンジン2の出力軸2aと連動して回転するように設けられた第1回転軸25と、駆動輪4,4と連動して回転するように設けられた第2回転軸26と、第1回転軸25と第2回転軸26との間の動力伝達を行う動力伝達機構27とを備える。
第1回転軸25は、エンジン2の出力軸2aと一体に回転するように、該出力軸2aに同軸心に連結されている。この場合、第1回転軸25は、前記第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s並びに電動機3のロータ7及び出力軸3aの軸心部に形成されている中空部を貫通して延在し、これらのサンギヤ21s、ロータ7および出力軸3aに対して相対回転可能に設けられている。
また、本実施形態では、第1回転軸25は、前記不動部12にワンウェイクラッチ28を介して連結されている。該ワンウェイクラッチ28は、第1回転軸25がエンジン2の運転時の出力軸2aの回転方向と同じ回転方向(以下、正転方向という)に回転しようとする場合に、該第1回転軸25を不動部12から開放して該第1回転軸25の正転方向への回転を許容する動作状態に自動的に動作し、且つ、第1回転軸25が上記正転方向と逆向きの方向(以下、逆転方向という)に回転しようとする場合に、該第1回転軸25を不動部12に拘束(係止)することで該第1回転軸25の逆転方向への回転を阻止する動作状態に自動的に動作するものである。
ここで、本実施形態では、第1回転軸25は、第2遊星歯車装置21のリングギヤ21r及びエンジン2の出力軸2aと一体に回転可能に設けられているので、ワンウェイクラッチ28が第1回転軸25の回転を阻止する動作状態に動作すると、第2遊星歯車装置21のリングギヤ21rの回転も阻止される。また、ワンウェイクラッチ28が第1回転軸25の回転を許容する動作状態に動作すると、第2遊星歯車装置21のリングギヤ21rの回転の阻止が解除される。従って、本実施形態では、このワンウェイクラッチ28が、本発明におけるブレーキ機構に相当するものである。この場合、第1回転軸25の回転を阻止するワンウェイクラッチ28の動作状態が本発明における第5動作状態に相当し、該第1回転軸25の回転を許容するワンウェイクラッチ28の動作状態が本発明における第6動作状態に相当する。
第2回転軸26は、第1回転軸25と平行に並設されており、駆動輪4,4の間の差動歯車ユニット29を介して該駆動輪4,4に連結されている。より詳しくは、差動歯車ユニット29は、駆動輪4,4にそれぞれ車軸31,31を介して連結された図示しないサイドギヤを内蔵するギヤケース29aと、このギヤケース29aの外周に固定されたギヤ29bとを備える。そして、該差動歯車ユニット29のギヤ29bに、第2回転軸26の一端部に固定されたギヤ30が噛合されている。これにより、第2回転軸26は、駆動輪4,4と連動して回転するように、差動歯車ユニット29を介して駆動輪4,4に連結されている。
動力伝達機構27は、第2回転軸26に第1クラッチ32を介して同軸心に連結された第3回転軸27aを有し、この第3回転軸27aと第1回転軸25とを互いに連動して回転するように連結している。図2は、この動力伝達機構27の構成を示している。
図2に示す如く、本実施形態では、動力伝達機構27は、前記第1回転軸25と平行に並設された回転自在な被動軸27bと、この被動軸27bを第1回転軸25に連結する変速機としてのCVT(無段変速機)27cと、被動軸27及び前記第3回転軸27aに各々固定されて互いに噛合された一対のギヤ27d,27eとを備える。
CVT27cは、公知の構造のものであり、第1回転軸25と一体に回転するように該第1回転軸25に装着された駆動プーリ27c1と、被動軸27bと一体に回転するように該被動軸27bに装着された被動プーリ27c2と、これらの駆動プーリ27c1及び被動プーリ27c2に巻き渡された無端状ベルト27c3とを備える。駆動プーリ27c1は、第1回転軸25に固定された駆動側固定プーリ半体Dvp1と、図示しないアクチュエータにより第1回転軸25の軸心方向に摺動するように該第1回転軸25に支承された駆動側可動プーリ半体Dvp2とから成る。同様に、被動プーリ27c2は、被動軸27bに固定された被動側固定プーリ半体Dnp1と、図示しないアクチュエータにより被動軸27bの軸心方向に摺動するように該被動軸27bに支承された被動側可動プーリ半体Dnp2とから成る。そして、駆動側可動プーリ半体Dcvp2と、被動側可動プーリ半体Dnp2とをそれぞれ図示しないアクチュエータにより軸心方向に動かすことによって、駆動プーリ27c1及び被動プーリ27c2のそれぞれにおける無端状ベルト27c3の有効径が連続的に変化するようになっている。これにより、駆動プーリ27c1と被動プーリ27c2との間の減速比が連続的に(無段階に)変更可能とされている。ひいては、第1回転軸25と第3回転軸27aとの間の減速比(変速比)を連続的に変更することが可能となっている。
なお、本実施形態における動力伝達機構27は、上記の如く構成されているので、第1回転軸25と第3回転軸27aとの回転方向が互いに逆向きになるように、該第1回転軸25と第3回転軸27aとの間の動力伝達を行う。
図1の説明に戻って、前記第1クラッチ32は、前記ECU41の制御の下で、第2回転軸26と第3回転軸27aとの間を接続又は遮断するように動作するクラッチ機構(接続状態と遮断状態とに選択的に動作可能なクラッチ機構)である。この場合、第1クラッチ32を接続状態に動作させると、第2回転軸26と第3回転軸27aとが互いに一体に回転するように第1クラッチ32を介して結合される。この状態では、第2回転軸26と第3回転軸27aとの間の動力伝達が可能となる。また、第1クラッチ32を遮断状態に動作させると、該第1クラッチ32による第2回転軸26と第3回転軸27aとの間の結合が解除される。この状態では、第2回転軸26と第3回転軸27aとの間の動力伝達が遮断される。
以上の如く構成された第2動力伝達経路23は、エンジン2の出力軸2aを、第1回転軸25、動力伝達機構27(第3回転軸27aを含む)、第1クラッチ32、第2回転軸26、ギヤ30、差動歯車ユニット29(ギヤ29bを含む)および車軸31,31を介して駆動輪4,4に連結している。この第2動力伝達経路23では、第1クラッチ32を接続状態に動作させた場合に、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間での動力伝達(第1遊星歯車装置21と後述する第2遊星歯車装置34とを迂回する動力伝達)が可能となり、該エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4とが互いに連動して回転するように連結される。なお、第1クラッチ32の接続状態においては、エンジン2の出力軸2aが正転方向に回転している場合における駆動輪4,4の回転方向は、車両の前進方向の向きとなる。
また、第1クラッチ32を遮断状態に動作させた場合には、第2動力伝達経路23によるエンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の動力伝達が第1クラッチ32の箇所で遮断されることとなる。
補足すると、第2動力伝達経路23に備えた第1クラッチ32は、本発明における第2動力伝達・遮断機構に相当する。この場合、第1クラッチ32の接続状態が、本発明における第3動作状態に相当し、第1クラッチ32の遮断状態が、本発明における第4動作状態に相当する。
前記第1動力伝達経路22は、前記第1遊星歯車装置21の3つの回転要素21s、21r、21cのうち、エンジン2の出力軸2a及び電動機3の出力軸3aにそれぞれ連結された2つの回転要素(リングギヤ21r、サンギヤ21s)以外の残りの1つの回転要素(第3回転要素)としてのキャリア21cを、駆動輪4,4との間で動力を伝達し得るように該駆動輪4,4に連結する動力伝達経路である。換言すれば、第1動力伝達経路22は、エンジン2又は電動機3と、駆動輪4,4との間で第1遊星歯車装置21を介して動力を伝達し得るように該第1遊星歯車装置21のキャリア21cを駆動輪4,4に連結する動力伝達経路である。この場合、本実施形態では、第1動力伝達経路22は、前記第2動力伝達経路23のうちの第1クラッチ32よりも駆動輪4,4側の部分、すなわち、第2回転軸26、ギヤ30、差動歯車ユニット29および車軸31,31から構成される部分を、該第2動力伝達経路23と共通の動力伝達経路(以降、共用動力伝達経路ということがある)として備えている。そして、第1動力伝達経路22のうちの共用動力伝達経路を除く部分が、第2動力伝達経路23と異なる動力伝達経路となっている。
この第1動力伝達経路22の上記共用動力伝達経路を除く部分は、第1遊星歯車装置21のキャリア21cに連動して回転自在に設けられた第4回転軸33と、該第4回転軸33に1つの回転要素が連結された第2遊星歯車装置34と、該第2遊星歯車装置34の他の1つの回転要素を前記第2回転軸26に連結する動力伝達機構35とを備える。
第4回転軸33は、筒状の回転軸であり、前記第1回転軸25に同軸心に外挿され、該第1回転軸25に対して相対回転可能に設けられている。さらに、該第4回転軸33は、前記第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s並びに電動機3のロータ7および出力軸3aの軸心部に形成された中空部を貫通して延在し、これらのサンギヤ21s、ロータ7および出力軸3aに対して相対回転可能に設けられている。そして、第4回転軸33の第1遊星歯車装置21側の一端部に該第1遊星歯車装置21のキャリア21cが固定されている。これにより第4回転軸33は、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと一体に回転するように該キャリア21cに連結されている。
第2遊星歯車装置34は、第1遊星歯車装置21と同様のシングルピニオン型の遊星歯車装置であり、3つの回転要素として、サンギヤ34sと、リングギヤ34rと、これらのサンギヤ34s及びリングギヤ34rの間で当該ギヤ34s,34rに噛合された複数のピニオンギヤ34pを回転自在に支持するキャリア34cとを同軸心に備えている。これらの3つの回転要素34s,34r,34cは、第1遊星歯車装置21と同様に、互いの間で動力を伝達可能であると共に、それぞれの回転数(回転速度)の間の関係を一定の共線関係に保ちつつ回転する。
この第2遊星歯車装置34は、電動機3の軸心方向の両側のうちの第1遊星歯車装置21と反対側で(電動機3と動力伝達機構27との間で)、第4回転軸33と同軸心に配置されている。そして、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びリングギヤ34rのうちの一方、例えば、サンギヤ34sが、第4回転軸33の他端部(第1遊星歯車装置21と反対側の端部)に固定されている。これにより、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34sは、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと一体に回転するように第4回転軸33を介して該第1遊星歯車装置21のキャリア21cに連結されている。
なお、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと第2遊星歯車装置34のサンギヤ34sとを減速機を介して連結し、該キャリア21cとサンギヤ34sとが互いに異なる回転速度で連動して回転するようにしてもよい。
また、第2遊星歯車装置34のキャリア34cが、サンギヤ34s及びリングギヤ34rのうちの一方、例えばサンギヤ34sに第2クラッチ36を介して連結されると共に、第3クラッチ37を介して前記不動部12に連結されている。
第2クラッチ36は、前記ECU41の制御の下で、キャリア34cとサンギヤ34sとの間を接続又は遮断するように動作するクラッチ機構(接続状態と遮断状態とに選択的に動作可能なクラッチ機構)である。この場合、第2クラッチ36を接続状態に動作させると、キャリア34cとサンギヤ34sとが一体に(同じ回転速度で)回転するように第2クラッチ36を介して結合される。また、第2クラッチ36を遮断状態に動作させると、キャリア34cとサンギヤ34sとの間の結合が解除される。この状態では、キャリア34cとサンギヤ34sとは、互いに異なる回転速度で回転することが可能となる。
また、第3クラッチ37は、前記ECU41の制御の下で、キャリア34cと不動部12との間を接続又は遮断するように動作するクラッチ機構(接続状態と遮断状態とに選択的に動作可能なクラッチ機構)である。この場合、第3クラッチ37を接続状態に動作させると、キャリア34cは、第3クラッチ37を介して不動部12に拘束され、回転不能にロックされる。また、第3クラッチ37を遮断状態に動作させると、キャリア34cが、不動部12から開放され、回転自在となる。従って、第3クラッチ37は、その接続状態において、キャリア34cを回転不能にロックするロック機構として機能するものである。
本実施形態では、これらの第2クラッチ36および第3クラッチ37の動作状態の組み合わせによって、第2遊星歯車装置34の動作モードが規定されるようになっている。
すなわち、第2クラッチ36を接続状態に動作させると共に第3クラッチ37を遮断状態に動作させた場合には、第2遊星歯車装置34の3つの回転要素34s,34r,34cが互いに一体に(互いに同じ回転速度で)回転可能となる。以降、このような第2遊星歯車装置34の動作モードを、一体回転モードという。
また、第2クラッチ36を遮断状態に動作させると共に第3クラッチ37を接続状態に動作させた場合には、キャリア34cが回転不能となると共に、サンギヤ34sとリングギヤ34rとが互いに連動して、且つ互いに逆向きに回転可能となる。以降、このような第2遊星歯車装置34の動作モードを、逆転モードという。
また、第2クラッチ36および第3クラッチ37の両者を遮断状態に動作させた場合には、キャリア34cが自由に回転し得る無負荷状態(キャリア34cに作用し得るトルクが“0”もしくはほぼ“0”に保たれる状態)となるので、第2遊星歯車装置34での動力伝達が実質的に遮断される。以降、このような第2遊星歯車装置34の動作モードを、動力伝達不能モードという。
また、第2クラッチ36および第3クラッチ37の両者を接続状態に動作させた場合には、第2遊星歯車装置34の3つの回転要素34s,34r,34cのいずれもが回転不能となる(回転停止状態となる)。以降、このような第2遊星歯車装置34の動作モードを、回転不能モードという。
前記動力伝達機構35は、第2遊星歯車装置34のリングギヤ34rと前記第2回転軸26とを互いに連動して回転するように連結している。この動力伝達機構35は、本実施形態では、一定の減速比の動力伝達機構であり、互いに噛合された一対のギヤ35a,35bにより構成されている。この場合、ギヤ35aは、第1回転軸25に対して相対回転し得るように該第1回転軸25に同軸心に外挿されると共に、第2遊星歯車装置34のリングギヤ34rと一体に回転するように該リングギヤ34rに連結されている。また、ギヤ35bは、第2回転軸26と一体に回転するように該第2回転軸26に同軸心に固定されている。
以上の如く構成された第1動力伝達経路22は、第1遊星歯車装置21のキャリア21cを、第4回転軸33、第2遊星歯車装置34、動力伝達機構35、及び前記共用伝達経路を介して駆動輪4,4に連結している。
この第1動力伝達経路22では、第2クラッチ36を接続状態に動作させると共に第3クラッチ37を遮断状態に動作させた場合(第2遊星歯車装置34の動作モードを前記一体回転モードに設定した場合)、あるいは、第2クラッチ36を遮断状態に動作させると共に第3クラッチ37を接続状態に動作させた場合(第2遊星歯車装置34の動作モードを前記逆転モードに設定した場合)に、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと、駆動輪4,4とが互いに連動して回転するように連結される。これらの場合には、該キャリア21cと駆動輪4,4との間での動力伝達を行うことが可能となる。ひいては、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間で、第1遊星歯車装置21と第2動力伝達経路23とを経由した動力伝達を行うことや、電動機3の出力軸3aと駆動輪4,4との間で、第1遊星歯車装置21と第2動力伝達経路23とを経由した動力伝達を行うことが可能となる。
なお、第2遊星歯車装置34の動作モードが前記一体回転モードである場合には、第2遊星歯車装置34の3つの回転要素34s,34r,34cの回転方向は、いずれも常に第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転方向と同じになる。このため、この場合には、第1遊星歯車装置21のキャリア21cを前記正転方向(エンジン2の運転時の出力軸2aの回転方向と同じ方向)に回転駆動した場合には、駆動輪4,4の回転方向が、車両を前進させる回転方向と後退させる回転方向との2つの回転方向(正逆2つの回転方向)のうちの、車両を前進させる回転方向となるように、該キャリア21cから第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に動力が伝達されることとなる。一方、第2遊星歯車装置34の動作モードが前記逆転モードである場合には、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34sの回転方向(=第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転方向)とリングギヤ34rの回転方向とが常に互いに逆向きになる。このため、この逆転モードで、第1遊星歯車装置21のキャリア21cを正転方向に回転駆動した場合には、駆動輪4,4の回転方向が車両を後退させる回転方向となるように、該キャリア21cから第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に動力が伝達されることとなる。従って、第2遊星歯車装置34の動作モードが前記一体回転モードである場合と前記逆転モードである場合とのいずれの場合でも、車両の走行時のキャリア21cの回転方向は常に正転方向である。そして、本実施形態では、第2動力伝達経路23に備える第2遊星歯車装置34は、その動作モードを一体回転モードに設定することで、車両の前進用の動力伝達要素としての機能を持ち、該動作モードを逆転モードに設定することで、車両の後退用の動力伝達要素としての機能を持つ。
また、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の両者を遮断状態に動作させた場合(第2遊星歯車装置34の動作モードを前記動力伝達不能モードに設定した場合)には、第2遊星歯車装置34を介した動力伝達が実質的に不能となるので、第2動力伝達経路23による第1遊星歯車装置21のキャリア21cと駆動輪4,4との間の動力伝達が第2遊星歯車装置34で遮断されることとなる。
また、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の両者を接続状態に動作させた場合(第2遊星歯車装置34の動作モードを前記回転不能モードに設定した場合)には、第2遊星歯車装置34の3つの回転要素34s,34r,34cのいずれもが定常的に回転不能となるので、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、前記第4回転軸33、第2回転軸26、及び駆動輪4,4も定常的に回転不能となる(回転停止状態に保たれる)。従って、第2遊星歯車装置34の動作モードを回転不能モードに設定することは、車両の停車状態においてのみ可能である。
補足すると、本実施形態では、第2遊星歯車装置34と第2クラッチ36と第3クラッチ37との組によって、本発明における正逆転切換機構が実現されている。この場合、第2クラッチ36が本発明における第1クラッチ機構に相当し、第3クラッチ37が本発明における第1ロック機構に相当する。そして、第2クラッチ36の接続状態、遮断状態がそれぞれ、本発明における第1クラッチ機構の第11動作状態、第12動作状態に相当する。また、第3クラッチ36の接続状態、遮断状態がそれぞれ、本発明における第1ロック機構の第9動作状態、第10動作状態に相当する。さらに、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ接続状態、遮断状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記一体回転モードでの動作状態)と、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ遮断状態、接続状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記逆転モードでの動作状態)とのうちの一方が、本発明における正逆転切換機構の第7動作状態に相当し、他方が本発明における正逆転切換機構の第8動作状態に相当することとなる。
さらに、本実施形態における正逆転切換機構(第2遊星歯車装置34、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の組)では、前記したように第2遊星歯車装置34の動作モードを前記動力伝達不能モードに設定することで、第2動力伝達経路23による動力伝達が遮断される。このため、本実施形態における正逆転切換機構は、本発明における第1動力伝達・遮断機構としての機能を兼ねることとなる。この場合、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ接続状態、遮断状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記一体回転モードでの動作状態)又は第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ遮断状態、接続状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記逆転モードでの動作状態)が本発明における第1動力伝達・遮断機構の第1動作状態に相当する。また、第2クラッチ36及び第3クラッチ37を両者とも遮断状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記動力伝達不能モードでの動作状態)が本発明における第1動力伝達・遮断機構の第2動作状態に相当する。
さらに、本実施形態における正逆転切換機構では、前記したように第2遊星歯車装置34の動作モードを前記回転不能モードに設定することで、本発明における差動装置の第3回転要素に相当する第1遊星歯車装置21のキャリア21cも回転不能にロックされる。このため、本実施形態における正逆転切換機構は、本発明おける第2ロック機構としての機能をも兼ねることとなる。この場合、第2クラッチ36及び第3クラッチ37を両者とも接続状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記回転不能モードでの動作状態)が、本発明における第2ロック機構の第13動作状態に相当する。また、第2クラッチ36及び第3クラッチ37のいずれか一方又は両方を遮断状態に動作させた場合の第2遊星歯車装置34の動作状態(前記一体回転モード又は逆転モード又は動力伝達不能モードでの動作状態)が、本発明における第2ロック機構の第14動作状態に相当する。
前記補機用動力伝達経路24は、本実施形態では、第1遊星歯車装置21の3つの回転要素21s,21r,21cのうち、エンジン2の出力軸2aに連結された回転要素(リングギヤ21r)以外の1つの回転要素、例えば、サンギヤ21sと、前記補機5とを、これらの間で動力を伝達可能に連結する動力伝達経路である。この補機用動力伝達経路24は、本実施形態では、電動機3と第1遊星歯車装置21との間で電動機3の出力軸3aに同軸心に固定された第1ギヤ24aと、この第1ギヤ24aに噛合されたアイドルギヤ24bと、このアイドルギヤ24bに噛合された第2ギヤ24cと、この第2ギヤ24cに同軸心に連結されて該第2ギヤ24cと一体に回転自在に設けられた第3ギヤ24dと、この第3ギヤ24dと連動して回転するように該第3ギヤ24dにベルト24eを介して連結された第4ギヤ27fとを備え、該第4ギヤ24fと補機5の入力軸5aとが補機用クラッチ24gを介して同軸心に連結されている。
補機用クラッチ24gは、前記ECU41の制御の下で、第4ギヤ24fと補機5の入力軸5aとの間を接続又は遮断するように動作するクラッチである。この場合、補機用クラッチ24gを接続状態に動作させると、第4ギヤ24fと補機5の入力軸5aとが互いに一体に回転するように補機用クラッチ24gを介して結合される。また、補機用クラッチ24gを遮断状態に動作させると、該補機用クラッチ24gによる第4ギヤ24fと補機5の入力軸5aとの間の結合が解除される。この状態では、第4ギヤ24fと補機5の入力軸5aへの動力伝達が遮断される。
以上の如く構成された補機用動力伝達経路24によって、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sが、電動機3の出力軸3a、第1ギヤ24a、アイドルギヤ24b、第2ギヤ24c、第3ギヤ24d、ベルト24e、第4ギヤ24f、及び補機用クラッチ27gを介して補機5に連結されている。この補機用動力伝達経路24では、補機用クラッチ24gを接続状態に動作させた場合に、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sと、補機5の入力軸5aとの間での動力伝達が可能となり、該サンギヤ21sと入力軸5aとが互いに連動して回転する。ひいては、電動機3のロータ7と補機5との間で補機用動力伝達経路24を介して動力伝達を行ったり、あるいは、エンジン2の出力軸2aと補機5との間で第1遊星歯車装置21と、補機用動力伝達経路24とを介して動力伝達を行うことが可能となる。
また、補機用クラッチ24gを遮断状態に動作させた場合には、補機用動力伝達経路24による第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sと補機5との間の動力伝達、ひいては、エンジン2又は電動機3と補機5との間の動力伝達が該補機用クラッチ24gの箇所で遮断される。
次に、本実施形態の動力装置1の作動を説明する。本実施形態の動力装置1の動作モードは、種々様々の動作モードを有する。図3〜図11は、これらの各種類の動作モードにおける動力装置1の動作状態を視覚的に示している。この場合、図3〜図11では、第1クラッチ32、第2クラッチ36、第3クラッチ37、および補機用クラッチ24gの動作状態については、該動作状態が接続状態(以降、ON状態という)となる場合に、各クラッチ32,36,37,24gを黒塗りで示し、該動作状態が遮断状態(以降、OFF状態という)となる場合に、各クラッチ32,36,37,24gを白抜きで示している。また、ワンウェイクラッチ28の動作状態については、該動作状態が第1回転軸25の回転を阻止する状態(以降、ON状態という)となる場合に、該ワンウェイクラッチ28を黒塗りで示し、該動作状態が第1回転軸25の回転を許容する状態(以降、OFF状態という)となる場合に、該ワンウェイクラッチ28を白抜きで示している。また、各種類の動作モードにおいて、互いに連動して回転する動力装置1の構成要素を太線で示している。
[停止時アイドルストップモード]
図3は停止時アイドルストップモードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時アイドルストップモードは、車両の停車状態で、エンジン2の運転を停止する動作モード、すなわち、エンジン2の所謂アイドルストップを行う動作モードである。
図示のように停止時アイドルストップモードでは、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37を、いずれもOFF状態に動作させる。従って、この停止時アイドルストップモードでは、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記動力伝達不能モードに設定される。このため、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと駆動輪4,4との間の第1動力伝達経路22を介した動力伝達も遮断される状態となる。
停止時アイドルストップモードでは、第1〜第3クラッチ32,36,37を上記のようにOFF状態に動作させた状態で、エンジン2の運転を停止したまま、電動機3の動力による補機5の駆動が次のように行われる。すなわち、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。さらに、ECU41は、電動機3のロータ7が正転方向に回転する力行運転を該電動機3に行わせるように、PDU10を制御する。この時、電動機3が発生する動力(力行トルク)は、ロータ7及び出力軸3aから補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達される。これにより、電動機3の動力によって、補機5が駆動される。
また、この場合、電動機3のロータ7及び出力軸3aと一体に第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sが正転方向に回転駆動されることに伴い、該第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rは、エンジン2の出力軸2a及び第1回転軸25と一体に逆転方向に回転しようとする。しかるに、その逆転方向の回転は、前記ワンウェイクラッチ28により阻止される。すなわち、前記ワンウェイクラッチ28が図示の如くON状態に動作する。これにより、エンジン2の出力軸2aが第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r及び第1回転軸25と共に逆転方向に回転するのが阻止され、回転停止状態に保たれる。
従って、エンジン2の運転を停止しながら、電動機3の動力による補機5の駆動を支障なく行うことができる。
なお、停止時アイドルストップモードでの補機5の駆動時には、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cが、電動機3のロータ7に連動してアイドル回転する。
[EV発進・走行モード]
図4はEV発進・走行モードでの動力装置1の動作状態を示している。このEV発進・走行モードは、前記停止時アイドルストップモードから移行する動作モードである。そして、このEV発進・走行モードは、エンジン2の運転を停止したまま、電動機3の動力のみによって、車両の前進方向への発進・走行を行う動作モードである。
図示のように、EV発進・走行モードでは、ECU41は、第1クラッチ32をOFF状態に動作させる(OFF状態に維持する)。従って、エンジン2の出力軸2a(又は第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r)と駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。
さらに、ECU41は、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれON状態、OFF状態に動作させる。すなわち、第2クラッチ36の動作状態を停止時アイドルストップモードでの動作状態であるOFF状態からON状態に切り替えると共に、第3クラッチ36の動作状態を停止時アイドルストップモードでの動作状態(OFF状態)に維持する。これにより、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記一体回転モードに設定される。このため、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと駆動輪4,4との間での第1動力伝達経路22を介した動力伝達を行い得る状態となる。
この場合、EV発進・走行モードの直前の動作モードである前記停止時アイドルストップモードでは、電動機3の動力による補機5の駆動時に、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cがアイドル回転している。このような状態で第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させると(第2遊星歯車装置34の動作モードを前記動力伝達不能モードから一体回転モードに切り替えると)、電動機3の出力軸3aや第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の回転部材に急激な制動力が作用する。そして、これに起因した車両の瞬時的な揺れ等の衝撃が発生する。
そこで、第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させるに際しては、ECU41は、まず、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態に維持したまま、電動機3のロータ7の回転を停止させるようにPDU10を制御する。これにより、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cの回転が一旦、停止させられる。そして、ECU41は、その回転停止状態で、第3クラッチ37をOFF状態に維持しつつ第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させ、第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから一体回転モードに切り替える。これにより、上記の衝撃が発生するのが防止される。
EV発進・走行モードでは、第1〜第3クラッチ32,36,37を上記の如く動作させた状態で、エンジン2の運転を停止したまま、電動機3の動力による駆動輪4,4の駆動(車両の前進方向への発進・走行)と、補機5の駆動とが次のように行われる。すなわち、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。さらに、ECU41は、電動機3のロータ7を正転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。この場合、前記停止時アイドルストップモードの場合と同様に、前記ワンウェイクラッチ28がON状態に動作し、エンジン2の出力軸2a、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r及び第1回転軸25が逆転方向に回転するのが阻止される(回転停止状態に保たれる)。
この結果、電動機3が発生する動力(力行トルク)は、ロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s及びキャリア21c、並びに、第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達される。また、該動力は、補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aにも伝達される。これにより、電動機3の動力によって、駆動輪4,4が車両の前進方向に駆動されて、車両の発進・走行が行われると共に、補機5が駆動される。なお、この場合に電動機3が発生する力行トルクは、車両のアクセルペダル(図示しない)の踏み込み量などに応じて(車両の要求駆動力に応じて)制御される。
[EV後エンジン始動モード]
図5はEV後エンジン始動モードでの動力装置1の動作状態を示している。このEV後エンジン始動モードは、前記EV発進・走行モードから移行する動作モードである。そして、このEV後エンジン始動モードは、電動機3の動力による駆動輪4,4の駆動(車両の前進走行)を行いながら、エンジン2を始動する動作モードである。
図示のように、EV後エンジン始動モードでは、ECU41は、第2クラッチ36および第3クラッチ37を、それぞれ、EV発進・走行モードと同じ動作状態であるON状態、OFF状態に動作させる。従って、前記第2遊星歯車装置34の動作モードは、前記一体回転モードに維持される。
そして、ECU41は、電動機3に車両を走行させる動力(力行トルク)を発生させながら(電動機3の力行運転を行いつつ)、第1クラッチ32の動作状態をOFF状態からON状態に徐々に切り替えるように該第1クラッチ32を動作させる。換言すれば、ECU41は、第1クラッチ32を、OFF状態から、所謂半クラッチ状態を介してON状態に切り替えるように、該第1クラッチ32を動作させる。
この時、第1クラッチ32がOFF状態からON状態に移行するに伴い、電動機3のロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s及びキャリア21c、並びに、第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達される電動機3の動力(力行トルク)の一部が、図5の白抜きの矢印Y1,Y2で示す如く、第1クラッチ32から動力伝達機構27、第1回転軸25を介して(第2動力伝達経路23のうちの、前記共用動力伝達経路を除く部分を介して)、エンジン2の出力軸2aに伝達される。この場合、エンジン2の出力軸2aに伝達されるトルクは、該出力軸2aを正転方向に回転駆動するトルクであるので、前記ワンウェイクラッチ28は図示の如くOFF状態に動作する。これにより、エンジン2の出力軸2aが、正転方向に回転駆動され、該出力軸2aの所謂クランキングが行われる。なお、この場合、ECU41は、動力伝達機構27に備えたCVT27cの変速比と電動機3のロータ7の回転速度との両方又は一方を、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)に応じて制御することによって、エンジン2の出力軸2aの回転速度を始動用の所定の回転速度に保つ。
そして、ECU41は、このように、エンジン2の出力軸2aのクランキングを行わせながら、エンジン2の燃料供給及び点火の制御処理を含む始動処理を実行し、該エンジン2を始動する。
また、このEV後エンジン始動モードでは、前記EV発進・走行モードの場合と同様に、電動機3の動力による補機5の駆動が行われる。すなわち、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。この時、電動機3の動力(力行トルク)の一部が補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。
[停止時エンジン始動モード]
図6は停止時エンジン始動モードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時エンジン始動モードは、前記停止時アイドルストップモードから移行する動作モードである。そして、この停止時エンジン始動モードは、車両の停車状態で、エンジン2を始動する動作モードである。
図示のように、停止時エンジン始動モードでは、ECU41は、第1クラッチ32をOFF状態に動作させる(OFF状態に維持する)。従って、エンジン2の出力軸2a(又は第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r)と駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態が維持される。
また、該停止時エンジン始動モードでは、後述するように電動機3のロータ7及び出力軸3aを逆転方向に回転させるので、補機5を駆動することができない。このため、ECU41は、補機クラッチ24gをOFF状態に動作させる。
さらに、ECU41は、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の両者をON状態に動作させる。従って、第2遊星歯車装置34の動作モードが前記回転不能モードに設定される。
この場合、EV発進・走行モードで第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させる場合と同様の理由によって、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させることは、電動機3のロータ7の回転を停止させた後(ひいては第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cの回転を停止させた後)に行われる。すなわち、ECU41は、まず、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態に維持したまま、電動機3のロータ7の回転を停止させるようにPDU10を制御する。これにより、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cの回転が一旦、停止させられる。そして、ECU41は、その回転停止状態で第2クラッチ36及び第3クラッチ37の両者をOFF状態からON状態に動作させ、第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから回転不能モードに切り替える。これにより、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させたときに、電動機3の出力軸4aや第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
停止時エンジン始動モードでは、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37と補機用クラッチ24gとを上記のように動作させた状態で、電動機3のロータ7を逆転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。これにより、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sが逆転方向に回転駆動される。
この時、第2遊星歯車装置34の動作モードが回転不能モードであるために、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが回転不能状態(回転停止状態)に保たれている。このため、該第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rが、エンジン2の出力軸2aと一体に、サンギヤ21sの回転方向と逆方向、すなわち、正転方向に回転駆動される。換言すれば、図中の白抜きの矢印Y3で示すように電動機3のロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21を介してエンジン2の出力軸2aに正転方向のトルクが伝達される。これにより、該エンジン2の出力軸2aのクランキングが行われる。なお、この場合、電動機3のロータ7の回転速度は、エンジン2の出力軸2aの回転速度が始動用の所定の回転速度に保たれるように制御される。また、エンジン2の出力軸2aが正転方向に回転駆動されるので、前記ワンウェイクラッチ28はOFF状態に動作することとなる。
そして、ECU41は、このように、エンジン2の出力軸2aのクランキングを行わせながら、エンジン2の燃料供給及び点火の制御処理を含む始動処理を実行し、該エンジン2を始動する。
なお、停止時エンジン始動モードでは、補機5を駆動することはできないものの、エンジン2の始動は、数秒程度の短時間で完了する。
[停止時エンジンアイドルモード]
図7は停止時エンジンアイドルモードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時エンジンアイドルモードは、前記停止時エンジン始動モード又は後述する停止時エンジンアイドル充電モードから移行する動作モードである。そして、この停止時エンジンアイドルモードは、車両の停車状態で、エンジン2のアイドル運転を行いながら、補機5を駆動する動作モードである。
図示の如く、この停止時エンジンアイドルモードでは、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37を、いずれもOFF状態に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2a(又は第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r)と駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態が維持される。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記動力伝達不能モードに設定される。このため、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと駆動輪4,4との間の第1動力伝達経路22を介した動力伝達も遮断される状態となる。
なお、エンジン2の出力軸2aは、既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
そして、ECU41は、電動機3の動力により補機5を駆動するために、次のように電動機3の運転を制御しつつ、補機用クラッチ24gをOFF状態からON状態に動作させる。すなわち、停止時エンジンアイドルモードの直前の前記停止時エンジン始動モード又は後述する停止時エンジンアイドル充電モードで電動機3のロータ7及び出力軸3aが逆転方向に回転しているので、ECU41は、まず、補機用クラッチ24gの動作状態をOFF状態に維持したまま、電動機3のロータ7を正転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。
そして、電動機3のロータ7の回転方向が逆転方向から正転方向に転じると、ECU41は、補機用クラッチ24gをOFF状態からON状態に動作させる。これにより、電動機3の動力が補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達されるようになり、該補機5が駆動される。
なお、この停止時エンジンアイドルモードでは、第1遊星歯車装置21のキャリア21c、第4回転軸33、並びに、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cは、電動機3のロータ7及び出力軸3aの回転に連動してアイドル回転する。
[停止時エンジンアイドル充電モード]
図8は停止時エンジンアイドル充電モードでの動力装置1の動作状態を示している。この停止時エンジンアイドル充電モードは、バッテリ11の残容量が比較的少ない場合(残容量が所定の閾値以下である場合)に、前記停止時エンジン始動モード又は前記停止時エンジンアイドルモードから移行する動作モードである。そして、この停止時エンジンアイドル充電モードは、車両の停車状態で、エンジン2の動力によって電動機3の回生運転を行い、バッテリ11の充電を行う動作モードである。
図示の如く、この停止時エンジンアイドル充電モードでは、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37と、補機用クラッチ34gとを前記停止時エンジン始動モードと同じ動作状態に動作させる。すなわち、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ、OFF状態、ON状態、ON状態に動作させると共に、補機用クラッチ34gをOFF状態に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2a(又は第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r)と駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態が維持される。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが前記回転不能モードに設定される。なお、エンジン2の出力軸2aは既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
この場合、停止時エンジンアイドル充電モードの直前の動作モードが前記停止時エンジンアイドルモードである場合には、前記EV発進・走行モードで第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させる場合と同様の理由によって、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させることは、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させた後に行われる。すなわち、ECU41は、まず、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させた後、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態に動作させたまま、電動機3のロータ7を逆転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。この時、ECU41は、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転速度が“0”になるように電動機3のロータ7の回転速度を制御する。なお、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転速度が“0”となる時の電動機3のロータ7の回転速度(=サンギヤ21sの回転速度)は、第1遊星歯車装置21の共線関係によって、エンジン2の出力軸2aの回転速度(=リングギヤ21rの回転速度)に応じて一義的に定まる。そして、ECU41は、キャリア21の回転速度が“0”となった状態(第4回転軸33並びに第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及びキャリア34cの回転が停止した状態)で、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させ、第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから回転不能モードに切り替える。これにより、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させたときに、第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。なお、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をON状態に動作させた後は、電動機3の力行運転は中止される。
停止時エンジンアイドル充電モードでは、上記のように第2遊星歯車装置34の動作モードを回転不能モードに設定するので、第1遊星歯車装置21のキャリア21が回転不能状態(回転停止状態)となる。その結果、アイドル運転中のエンジン2の動力が、図中の白抜きの矢印Y4で示すように、該エンジン2の出力軸2aから第1遊星歯車装置21を介して電動機3の出力軸3a及びロータ7に伝達される。この時、電動機3のロータ7に伝達される動力(トルク)は、逆転方向のトルクとなるので、電動機3のロータ7が、アイドル運転中のエンジン2の動力によって、逆転方向に回転駆動される。
そして、ECU41は、このように電動機3のロータ7をエンジン2の動力によって、逆転方向に回転駆動した状態で、該電動機3の回生運転を行うようにPDU10を制御する。これにより、電動機3の発電エネルギーがPDU10を介してバッテリ10に充電される。
なお、停止時エンジンアイドル充電モードでは、補機5を駆動することはできないものの、補機5を駆動し得る前記停止時エンジンアイドルモードでの動力装置1の動作と、停止時エンジンアイドル充電モードでの動力装置1の動作とを交互に周期的に行うことで、補機5を駆動し得る機会を十分に確保することができる。
[エンジン駆動発進モード]
図9はエンジン駆動発進モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン駆動発進モードは、前記停止時エンジンアイドルモード又は停止時エンジンアイドル充電モードから移行する動作モードである。そして、このエンジン駆動発進モードは、エンジン2の動力を使用して車両を前進方向に発進させる動作モードである。
図示の如く、このエンジン駆動発進モードでは、ECU41は、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれOFF状態、ON状態、OFF状態に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態が維持される。また、第2遊星歯車装置34の動作モードは、前記一体回転モードに設定される。このため、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと駆動輪4,4との間での動力伝達が可能な状態となる。
この場合、エンジン駆動発進モードの直前の動作モードが前記停止時エンジンアイドルモードである場合には、第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させること(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから一体回転回転モードに切り替えること)は、前記第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させた後に行われる。この場合、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させる制御(キャリア21cの回転速度を“0”にする制御)は、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させた後に、前記停止時エンジンアイドル充電モードの場合と同じ手法によって行われる。これにより、第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させたときに(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから一体回転モードに切り替えたときに)、第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
なお、エンジン駆動発進モードの直前の動作モードが前記停止時エンジンアイドル充電モードである場合には、第2遊星歯車装置34の3つの回転要素34s,34r,34cがいずれも回転停止状態となっているので、ECU41は、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ直ちにON状態、OFF状態に動作させ、第2遊星歯車装置34の動作モードを一体回転モードに設定する。また、補機用クラッチ24gはOFF状態に保たれる。また、エンジン2の出力軸2aは既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
エンジン駆動発進モードでは、車両の停車状態で、上記のように、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態に動作させた直後の状態では、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転停止状態であるので、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sは電動機3のロータ7と共に逆転方向に回転している。そして、この状態で、ECU41は、エンジン2の動力を車両のアクセルペダルの踏み込み量などに応じて制御しながら、該エンジン2の動力によって電動機3の回生運転を行うようにPDU10を制御する。この場合、ECU41は、電動機3の回転運転による発電量を徐々に増加させながら、該電動機3のロータ7の回転速度が“0”になるように、該電動機3の回生運転を行わせる。
この時、電動機3のロータ7は逆転方向に回転しているので、該ロータ7から出力軸3aを介して第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sに付与される回生トルクは正転方向のトルクとなる。そして、このように電動機3のロータ7からサンギヤ21sに付与される正転方向の回生トルクと、エンジン2の出力軸2aからリングギヤ21rに付与される正転方向のトルクとの合力によって、キャリア21cに正転方向のトルクが作用する。さらにこのトルクは、該キャリア21cから第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達される。これにより、キャリア21cが正転方向に回転しつつ車両が前進方向に発進する。
このようにして車両の前進走行が開始した後、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sの回転速度(=電動機3のロータ7の回転速度)の大きさが小さくなって“0”に達すると、ECU41は、電動機3の回生運転を中止し、該電動機3のロータ7を正転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。これにより、電動機3の出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sに正転方向の力行トルクが付与される。そして、このように電動機3の出力軸3aからサンギヤ21sに付与される正転方向の力行トルクと、エンジン2の出力軸2aからリングギヤ21rに付与される正転方向のトルクとの合力によって、キャリア21cに引き続き正転方向のトルクが作用する。さらにこのトルクは、該キャリア21cから第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達される。これにより、車両の前進走行が継続する。この場合、電動機3の出力軸3aに発生する力行トルクは、エンジン2の出力軸2aからリングギヤ21r及びプラネタリギヤ21pを介してサンギヤ21sに付与されるトルクに釣り合うように制御される。また、電動機3のロータ7の回転速度は、エンジン2の出力軸2aの回転速度と、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)とに応じて制御される。
以上のようにして、エンジン駆動発進モードでは、エンジン2の動力を使用して、車両の発進・走行が行われる。
なお、エンジン駆動発進モードでは、電動機3のロータ7の回転速度を調整することで、エンジン2の出力軸2aと、第1遊星歯車装置21のキャリア21cとの間の減速比が変更される。ひいては、エンジンの出力軸2aと駆動輪4,4との間の減速比(変速比)が変更される。
また、このエンジン駆動発進モードでは、ECU41は、電動機3の出力軸3aの回転方向が逆転方向となっている状態では、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させる。一方、該出力軸3aの回転方向が正転方向に転じた場合には、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。これにより、エンジン2の動力の一部が補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達されるようになり、該補機5が駆動される。
[エンジン走行モード]
図10はエンジン走行モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン走行モードは、前記EV後エンジン始動モード、又は、エンジン駆動発進モードから移行する動作モードである。そして、このエンジン走行モードは、エンジン2の動力を主に第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達して車両の前進走行を行う動作モードである。
図示のように、エンジン走行モードでは、ECU41は、第1クラッチ32をON状態に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が可能な状態となる。
この場合、エンジン走行モードの直前の動作モードがエンジン駆動発進モードである場合には、第1クラッチ32がOFF状態からON状態に切り替えられる。また、エンジン走行モードの直前の動作モードがEV後エンジン始動モードである場合には、第1クラッチ32は、EV後エンジン始動モードと同じ動作状態であるON状態に維持される。
また、ECU41は、第2クラッチ36および第3クラッチ37を、それぞれ、EV後エンジン始動モード又はエンジン駆動発進モードと同じ動作状態であるON状態、OFF状態に維持する。従って、前記第2遊星歯車装置34の動作モードが前記一体回転モードに維持される。
エンジン走行モードでは、ECU41は、上記のように第1〜第3クラッチ32,36,37を動作させた状態で、エンジン2の動力と、第2動力伝達経路23の動力伝達機構27のCVT27cの変速比とを車両のアクセルペダルの踏み込み量や駆動輪4,4の回転速度(又は車速)などに応じて制御する。
この時、エンジン2の動力が、該エンジン2の出力軸2aから第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達され、該駆動輪4,4が車両の前進方向に駆動される。
また、エンジン走行モードでは、ECU41は補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。これにより、エンジン2の動力の一部が、第1遊星歯車装置21と電動機3の出力軸3aと補機用動力伝達経路24とを介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5がエンジン2の動力によって駆動される。
なお、本実施形態では、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転速度は、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)に応じて一義的に定まり、リングギヤ21rの回転速度は、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)と動力伝達機構27の変速機の変速比とに応じて定まる。このため、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)と動力伝達機構27の変速機の変速比とに依存して、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sの回転方向(=電動機3のロータ7の回転方向)が逆転方向となる場合がある。この場合には、補機5を駆動することができないので、ECU41は、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させる。ただし、本実施形態では、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sとリングギヤ21rとの歯数比や、第1動力伝達経路22の減速比、動力伝達機構27のCVT27cの変速域などを適切に設定しておくことによって、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sの回転方向が逆転方向となる状況が、エンジン走行モードで車両の通常的な走行時には発生しないようになっている。
補足すると、エンジン走行モードでは、電動機3の運転を停止してもよいが、必要に応じて、電動機3の力行運転又は回生運転を行うようにしてもよい。この場合、例えばアクセルペダルの踏み込み量に応じた車両の要求駆動力が所定値よりも大きい場合に、電動機3の力行運転を行うことで、エンジン2の動力を第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達することに加えて、電動機3の動力を該電動機3のロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s及びキャリア21cと、第1動力伝達経路22とを介して駆動輪4,4に伝達することができる。また、例えばバッテリ11の残容量が少ない場合(該残容量が所定の閾値以下である場合)に、電動機3の回生運転を行うことで、エンジン2の動力の一部を第1遊星歯車装置21を介して電動機3のロータ7に伝達し、該電動機3の発電(バッテリ11の充電)を行うことができる。このように、エンジン走行モードで電動機3の力行運転又は回生運転を行った場合には、エンジン2の動力の一部が第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達され、エンジン2の動力の残部が、第1遊星歯車装置21及び第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達されるか、又は、第1遊星歯車装置21を介して電動機3のロータ7に伝達される。
また、エンジン走行モードでは、第2クラッチ36及び第3クラッチ37を両者ともOFF状態に動作させる(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードに設定する)ようにしてもよい。この場合には、電動機3の力行運転又は回生運転を行うことで、補機5に伝達される動力を調整できる。
[エンジン駆動後退モード]
図11は、エンジン駆動後退モードでの動力装置1の動作状態を示している。このエンジン駆動後退モードは、前記停止時エンジンアイドルモード又は停止時エンジンアイドル充電モードから移行する動作モードである。そして、このエンジン駆動後退モードは、エンジン2の動力を使用して車両を後退させる動作モードである。
エンジン駆動後退モードは、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の動作状態(第2遊星歯車装置34の動作モード)だけが、前記エンジン駆動発進モードと相違する動作モードである。
すなわち、図示のように、このエンジン駆動後退モードでは、ECU41は、第1クラッチ32を前記エンジン駆動発進モードと同じ動作状態(OFF状態)に動作させる一方、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれOFF状態、ON状態に動作させる。従って、第2遊星歯車装置34の動作モードは、前記逆転モードに設定される。
この場合、エンジン駆動後退モードの直前の動作モードが前記停止時エンジンアイドルモードである場合には、第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させること(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから逆転モードに切り替えること)は、前記エンジン駆動発進モードで第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させる場合と同様に、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させた状態で第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させた後に行われる。
なお、エンジン2の出力軸2aは既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
そして、エンジン駆動後退モードでは、ECU41は、上記の如く第1〜第3クラッチ32,36,37を動作させた状態で、前記エンジン駆動発進モードと全く同様に、電動機3及びエンジン2の運転を制御する。このとき、第2遊星歯車装置34のリングギヤ34rの回転方向が、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34s及び第1遊星歯車装置21のキャリア21cと逆方向、すなわち、逆転方向となるので、エンジン2の出力軸2aから駆動輪4,4に伝達される動力は、車両の後退方向の動力(駆動輪4,4の逆転方向の動力)となる。これにより、車両の後退走行が行われる。
また、このエンジン駆動後退モードでは、前記エンジン駆動発進モードと同様に、ECU41は、電動機3の出力軸3aの回転方向が逆転方向となっている状態では、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させる。一方、該出力軸3aの回転方向が正転方向に転じた場合には、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。これにより、エンジン2の動力の一部が補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。
補足すると、前記エンジン駆動後退モードは、エンジンの動力を使用して車両を後退させる動作モードであるが、電動機3の動力のみを使用して車両を後退させることも可能である。この場合には、前記EV発進・走行モードで、前記第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれON状態、OFF状態に動作させる代わりに、該第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれOFF状態、ON状態に動作させる(第2遊星歯車装置34の動作モードを一体回転モードの代わりに、逆転モードに設定する)ようにすればよい。これ以外の動作制御は、前記EV発進・走行モードと同じでよい。
以上のように、本実施形態の動力装置1によれば、停止時エンジン始動モード等、電動機3のロータ7及び第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sが逆転方向に回転する状況を除いて、電動機3とは別の補機駆動用の電動機を使用したりすることなく、駆動輪4,4の駆動用の動力発生源たるエンジン2及び電動機3のいずれかの動力を使用して、補機5を駆動することができる。そして、停止時エンジン始動モード等、電動機3のロータ7及び第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sが逆転方向に回転して、補機5を駆動することができない状況は、十分に短時間で済む一時的な状況である。このため、動力装置1の動作時(車両の運転時)のほとんどの状況において、電動機3又はエンジン2の動力によって、補機5を駆動することができる。
また、第1動力伝達経路22に備えた第2遊星歯車装置34は、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の動作状態の組み合わせによって、第1動力伝達経路21の動力伝達を可能としたり、該動力伝達を遮断する機能と、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが正転方向に回転駆動された状態で、第1動力伝達経路21を介して伝達される動力による駆動輪4,4の回転方向を切り換える機能と、第1遊星歯車装置21のキャリア21cを回転不能にロックする機能とが実現される。このため、動力装置1の部品点数を少なくして、該動力装置1の構成を簡略なものとしつつ、種々様々な動作モードで、該動力装置1を動作させることができる。

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図12〜図20を参照して説明する。まず、図12を参照して本実施形態の動力装置51の構成を説明する。図12は本実施形態の動力装置51を備えた車両の全体構成を概略的に示す図である。なお、本実施形態の動力装置51は、一部の構成のみが第1実施形態の動力装置1と相違するものである。そこで、本実施形態の動力装置51の構成の説明では、第1実施形態と同じ構成要素については、第1実施形態と同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図12を参照して、本実施形態の動力装置51において、第1実施形態の動力装置1と相違する構成は、第1遊星歯車装置21の回転要素と補機5との連結に関する構成のみである。すなわち、本実施形態の動力装置51では、第1遊星歯車装置21の3つの回転要素21s,21r,21cのうち、エンジン2の出力軸2aに連結されたリングギヤ21rと、電動機3の出力軸3aに連結されたサンギヤ21sとを除く残りの1つの回転要素(第3回転要素)であるキャリア21cに、前記第1実施形態のものと同一の構成要素から成る補機用動力伝達経路24を介して補機5が連結されている。
この場合、補機用動力伝達経路24の始端側の構成要素であるギヤ24aは、電動機3と第2遊星歯車装置34との間で、前記第4回転軸33に同軸心に固定されている。これにより、本実施形態では、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが、第4回転軸33及び補機用動力伝達経路24を介して補機5に連結されている。この場合、補機用動力伝達経路24の補機用クラッチ24gをON状態(接続状態)に動作させた場合に、第1遊星歯車装置21のキャリア21cと補機5の入力軸5aとの間での動力伝達が可能となり、該キャリア21cと入力軸5aとが互いに連動して回転する。ひいては、電動機3のロータ7と補機5との間で第1遊星歯車装置21と第4回転軸33と補機用動力伝達経路24を介して動力伝達を行ったり、あるいは、エンジン2の出力軸2aと補機5との間で第1遊星歯車装置21と第4回転軸33と補機用動力伝達経路24とを介して動力伝達を行うことが可能となる。
以上説明した以外の動力装置51の構成は、第1実施形態の動力装置1と同じである。
次に、本実施形態の動力装置51の作動を説明する。本実施形態の動力装置51の動作モードは、前記エンジンアイドル充電モードを除いて、第1実施形態と同じ複数種類の動作モードを有する。図13〜図20は、これらの各種類の動作モードにおける動力装置1の動作状態を視覚的に示している。この場合、図13〜図20では、第1実施形態と同様に、第1クラッチ32、第2クラッチ36、第3クラッチ37、および補機用クラッチ24gの動作状態については、該動作状態がON状態(接続状態)となる場合に、各クラッチ32,36,37,24gを黒塗りで示し、該動作状態がOFF状態(遮断状態)となる場合に、各クラッチ32,36,37,24gを白抜きで示している。また、ワンウェイクラッチ28についても第1実施形態と同様である。また、各種類の動作モードにおいて、互いに連動して回転する動力装置51の構成要素を太線で示している。
なお、図13〜図20にそれぞれ対応する各動作モードの意味(機能)は第1実施形態と同じである。そして、本実施形態における各動作モードにおける第1〜第3クラッチ32,36,37の動作制御の仕方も、第1実施形態と同じである。そこで、以下の説明では、第1実施形態と相違する部分を中心に説明し、第1実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。
[停止時アイドルストップモード]
図13は停止時アイドルストップモードでの動力装置51の動作状態を示している。この停止時アイドルストップモードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(いずもOFF状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記動力伝達不能モードに設定される。
そして、この停止時アイドルストップモードでは、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させた状態で、第1実施形態と同様に電動機3を運転させる。すなわち、ECU41は、電動機3のロータ7が正転方向に回転する力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。この時、電動機3が発生する動力(力行トルク)は、ロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s、キャリア21c、第4回転軸33並びに補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達される。これにより、電動機3の動力によって、補機5が駆動される。なお、この場合、第1実施形態と同様にワンウェイクラッチ28がON状態に動作し、エンジン2の出力軸2a及び第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rが逆転方向に回転するのが阻止される(回転停止状態に保たれる)。
[EV発進・走行モード]
図14は停止時アイドルストップモードから移行するEV発進・走行モードでの動力装置51の動作状態を示している。このEV発進・走行モードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、OFF状態、ON状態、OFF状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記一体回転モードに設定される。
なお、第1実施形態におけるEV発進・走行モードと同様に、第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させるに際しては、ECU41は、電動機3のロータ7の回転を停止させるように電動機3を制御した後、その回転停止状態で、第2クラッチ36をOFF状態からON状態に動作させる。これにより、電動機3の出力軸3aや第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
そして、このEV発進・走行モードでは、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させた状態で、第1実施形態と同様に、電動機3のロータ7を正転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。この時、ワンウェイクラッチ28は、第1実施形態と同様にON状態に動作し、エンジン2の出力軸2a及び第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rが逆転方向に回転するのが阻止される(回転停止状態に保たれる)。
そして、電動機3が発生する動力(力行トルク)は、ロータ7及び出力軸3aから第1遊星歯車装置21のサンギヤ21s、キャリア21c、並びに第1動力伝達経路22を介して駆動輪4,4に伝達される。また、該動力は、第1動力伝達経路22の途中の第4回転軸33から分岐し、補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aにも伝達される。これにより、電動機3の動力によって、駆動輪4,4が車両の前進方向に駆動されて、車両の発進・走行が行われると共に、補機5が駆動される。
[EV後エンジン始動モード]
図15はEV発進・走行モードから移行するEV後エンジン始動モードでの動力装置51の動作状態を示している。このEV後エンジン始動モードでは、ECU41は、図示の如く、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、ON状態、OFF状態)に動作させる。従って、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記一体回転モードに設定される。また、ECU41は、第1実施形態と同様に、電動機3に車両を走行させる動力(力行トルク)を発生させながら(電動機3の力行運転を行いつつ)、第1クラッチ32をOFF状態からON状態に徐々に切り替えるように該第1クラッチ32を動作させる。
これにより、第1実施形態と同様に、電動機3の動力(力行トルク)の一部が、図15の白抜きの矢印Y5,Y6で示す如く、第1クラッチ32から動力伝達機構27及び第1回転軸25を介してエンジン2の出力軸2aに伝達される。ひいては、該エンジン2のクランキングが行われる。なお、この場合、ECU41は、第1実施形態と同様に、動力伝達機構27に備えた変速機の変速比と電動機3の出力軸3aの回転速度との両方又は一方を、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)に応じて制御することによって、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転速度を駆動輪4,4の回転速度に整合させつつ、エンジン2の出力軸2aの回転速度を始動用の所定の回転速度に保つ。また、ワンウェイクラッチ28は、第1実施形態と同様にOFF状態に動作する。
そして、ECU41は、上記のようにエンジン1のクランキングを行わせながら、エンジン2の燃料供給及び点火の制御処理を含む始動処理を実行し、該エンジン2を始動する。
また、EV後エンジン始動モードでは、ECU41は、補機用クラッチ24gをON状態に動作させる。これにより、電動機3の動力の一部が第1動力伝達経路22の途中の第4回転軸33から補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。
[停止時エンジン始動モード]
図16は停止時アイドルストップモードから移行する停止時エンジン始動モードでの動力装置51の動作状態を示している。この停止時エンジン始動モードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、OFF状態、ON状態、ON状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記回転不能モードに設定される。
なお、第1実施形態における停止時エンジン始動モードと同様に、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させるに際しては、ECU41は、電動機3のロータ7の回転を停止させるように該電動機3を制御した後、その回転停止状態で、第2クラッチ36及び第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させる。これにより、電動機3の出力軸3aや第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
そして、この停止時エンジン始動モードでは、ECU41は、第1実施形態と同様に、電動機3を運転させる。すなわち、ECU41は、電動機3の出力軸3aを逆転方向に回転させる力行運転を該電動機3に行わせるようにPDU10を制御する。
この時、第1実施形態と同様に、図16の白抜きの矢印Y7で示すように電動機3の出力軸3aから第1遊星歯車装置21を介してエンジン2の出力軸2aに正転方向のトルクが伝達される。これにより、該エンジン2の出力軸2aのクランキングが行われる。なお、この場合、電動機3の出力軸3aの回転速度は、エンジン2の出力軸2aの回転速度が始動用の所定の回転速度に保たれるように制御される。また、前記ワンワエイクラッチ28はOFF状態に動作することとなる。
そして、ECU41は、このように、エンジン2の出力軸2aのクランキングを行わせながら、エンジン2の燃料供給及び点火の制御処理を含む始動処理を実行し、該エンジン2を始動する。
なお、本実施形態における停止時エンジン始動モードでは、第1遊星歯車装置21のキャリア21c及び第4回転軸33が回転不能となる(回転停止状態に保たれる)ので、第1実施形態と同様に補機5を駆動することはできない。ただし、本実施形態では、停止時エンジン始動モードで補機用動力伝達経路24の各構成要素が第4回転軸33と共に、回転停止状態に保たれる。このため、停止時エンジン始動モードにおいて、補機用クラッチ24gを第1実施形態のようにOFF状態に動作させることは必要ではなく、ON状態及びOFF状態のいずれに動作させてもよい。図16に示す例では、補機用クラッチ24gをON状態に動作させている。
[停止時エンジンアイドルモード]
図17は前記停止時エンジン始動モードから移行する動作モードである停止時エンジンアイドルモードでの動力装置51の動作状態を示している。なお、本実施形態における停止時エンジンアイドルモードでは、第1実施形態と異なり、補機5の駆動は、エンジン2の動力によって行われる。また、本実施形態における停止時エンジンアイドルモードは、第1実施形態における停止時エンジンアイドル充電モードの機能(車両の停車状態で、エンジン2の動力によって電動機3の回生運転を行い、バッテリ11の充電を行う機能)を併せ持つ。
この停止時エンジンアイドルモードでは、ECU41は図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(いずれもOFF状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記動力伝達不能モードに設定される。
また、ECU41は、補機用クラッチ24gの動作状態をON状態に保つ。なお、第1実施形態と同様に、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
さらに、ECU41は、電動機3を運転停止状態(前記コイル7aの通電を遮断した状態)に制御し、あるいは、該電動機3の回生運転を行うようにPDU10を制御する。この場合、例えばバッテリ11の残容量が比較的少ない場合(残容量が所定の閾値以下である場合)に、電動機3の回生運転が行われる。
この時、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが回転し得る状態となることから、エンジン2の出力軸2aと共に第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rが正転方向に回転することに連動して、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが正転方向に回転駆動される。このため、エンジン2の動力が、出力軸2aから第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r、キャリア21c、第4回転軸33、及び補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。また、電動機3の回生運転を行っている場合には、エンジン2の動力の一部は第1遊星歯車装置21を介して電動機3のロータ7に伝達され、該電動機3が発電する。そして、その発電エネルギーが、バッテリ11に充電される。
なお、電動機3の動力(回生トルク)は、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転速度が、補機5を駆動し得る正転方向の回転速度に保たれるように制御される。
本実施形態の動力伝達装置51では、停止時エンジンアイドルモードにおいて、上記のようにエンジン3の動力によって、電動機3の回生運転を行いながら(バッテリ11を充電しながら)、補機5を駆動することができる。このために、本実施形態では、第1実施形態における停止時エンジンアイドル充電モードが不要となっている。
[エンジン駆動発進モード]
図18は前記停止時エンジンアイドルモードから移行する動作モードであるエンジン駆動発進モードでの動力装置51の動作状態を示している。このエンジン駆動発進モードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、OFF状態、ON状態、OFF状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記一体回転モードに設定される。
この場合、第1実施形態と同様に、第2クラッチ3をOFF状態からON状態に動作させること(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから一体回転回転モードに切り替えること)は、前記第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させた後に行われる。これにより、第1遊星歯車装置21のキャリア21c等の急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
なお、本実施形態では、上記のように第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させるときに、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させる必要はなく、該補機用クラッチ24gを図示の如くON状態に動作させたままでよい。
また、エンジン駆動発進モードでは、エンジン2の出力軸2aは既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
そして、ECU41は、上記のように第1〜第3クラッチ32,36,37を動作させた状態で、第1実施形態と全く同様に、エンジン2及び電動機3の運転を制御する。これにより、エンジン2の動力による車両の発進・走行が行われる。
また、本実施形態におけるエンジン駆動発進モードでは、車両が発進すると、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが、第4回転軸33と共に正転方向に回転する。このため、エンジン2の動力の一部が第4回転軸33から補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。
[エンジン走行モード]
図19は、前記EV後エンジン始動モード、又は、エンジン駆動発進モードから移行する動作モードであるエンジン走行モードでの動力装置51の動作状態を示している。このエンジン走行モードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32,36,37をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、ON状態、ON状態、OFF状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が可能な状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記一体回転モードに設定される。
また、ECU41は、補機用クラッチ24gの動作状態をON状態に保つ。なお、エンジン2の出力軸2aが既に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に保たれる。
そして、ECU41は、上記のように第1〜第3クラッチ32,36,37及び補機用クラッチ24gを動作させた状態で、第1実施形態と同様に、エンジン2の動力と、第2動力伝達経路23の動力伝達機構27の変速機の変速比とを車両のアクセルペダルの踏み込み量や駆動輪4,4の回転速度(又は車速)などに応じて制御する。
この時、エンジン2の動力が、該エンジン2の出力軸2aから第2動力伝達経路23を介して駆動輪4,4に伝達され、該駆動輪4,4が車両の前進方向に駆動される。また、エンジン2の動力の一部が、第1遊星歯車装置21と補機用動力伝達経路24とを介して補機5の入力軸5aに伝達される。これにより、補機5がエンジン2の動力によって駆動される。
なお、本実施形態では、第1実施形態と同様に、駆動輪4,4の回転速度(又は車速)と動力伝達機構27の変速機の変速比とに依存して、第1遊星歯車装置21のサンギヤ21sの回転方向(=電動機3の出力軸3aの回転方向)が逆転方向となる場合があるものの、補機5に動力を伝える第1遊星歯車装置21のキャリア21c及び第4回転軸33は常に正転方向に回転する。このため、本実施形態におけるエンジン走行モードでは、第1実施形態と異なり、補機用クラッチ24gをON状態に保持するようにしている。
補足すると、エンジン走行モードでは、第1実施形態と同様に、必要に応じて、電動機3の力行運転を行って、エンジン2の動力に加えて電動機3の動力(力行トルク)を駆動輪4,4伝達するようにしてもよい。あるいは、電動機3の回生運転を行って、バッテリ11の充電を行うようにしてもよい。
また、第2クラッチ36及び第3クラッチ37を両者ともOFF状態に動作させる(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードに設定する)ようにしてもよい。この場合には、電動機3の力行運転又は回生運転を行うことで、補機5に伝達される動力を調整できる。
[エンジン駆動後退モード]
図20は、前記停止時エンジンアイドルモードから移行する動作モードであるエンジン駆動後退モードでの動力装置51の動作状態を示している。このエンジン駆動後退モードでは、ECU41は、図示の如く、第1〜第3クラッチ32をそれぞれ第1実施形態と同じ動作状態(それぞれ、OFF状態、OFF状態、ON状態)に動作させる。従って、エンジン2の出力軸2aと駆動輪4,4との間の第2動力伝達経路23を介した動力伝達が遮断される状態となる。また、第2遊星歯車装置34の動作モードが、前記逆転モードに設定される。
この場合、エンジン駆動後退モードの直前の動作モードが前記停止時エンジンアイドルモードである場合には、第3クラッチ37をOFF状態からON状態に動作させること(第2遊星歯車装置34の動作モードを動力伝達不能モードから逆転モードに切り替えること)は、前記エンジン駆動発進モードで第2クラッチ36をOFF状態からON状態への切り替える場合と同様に、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの回転を停止させた後に行われる。これにより、第1遊星歯車装置21のキャリア21cの急制動に起因する衝撃が発生するのが防止される。
なお、エンジン2の出力軸2aは既に正転方向に回転しているので、ワンウェイクラッチ28はOFF状態に維持される。また、ECU41は、補機用クラッチ24gの動作状態をON状態に保つ。
そして、ECU41は、上記の如く第1〜第3クラッチ32,36,37及び補機用クラッチ24gを動作させた状態で、前記エンジン駆動発進モードと全く同様に、電動機3及びエンジン2の運転を制御する。このとき、第2遊星歯車装置34の動作モードが逆転モードであるために、エンジン2の出力軸2aから駆動輪4,4に伝達される動力は、第1実施形態と同様に車両の後退方向の動力となり、車両の後退走行が行われる。
さらに、車両が発進すると、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが、第4回転軸33と共に正転方向に回転する。このため、エンジン2の動力の一部が第4回転軸33から補機用動力伝達経路24を介して補機5の入力軸5aに伝達され、該補機5が駆動される。
補足すると、本実施形態においても、電動機3の動力のみを使用して車両を後退させることも可能である。この場合には、前記EV発進・走行モードで、前記第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれON状態、OFF状態に動作させる代わりに、該第2クラッチ36及び第3クラッチ37をそれぞれOFF状態、ON状態に動作させる(第2遊星歯車装置34の動作モードを一体回転モードの代わりに、逆転モードに設定する)ようにすればよい。これ以外の動作制御は、前記EV発進・走行モードと同じでよい。
以上説明した本実施形態の動力装置51によれば、回転方向が正転方向に保たれる第1遊星歯車装置21のキャリア21cに、補機5の入力軸5aが補機用動力伝達経路24を介して連結されている。このため、該キャリア21cの回転停止状態以外の状況において、電動機3とは別の補機駆動用の電動機を使用したりすることなく、駆動輪4,4の駆動用の動力発生源たるエンジン2及び電動機3のいずれかの動力を使用して、補機5を駆動することができる。
また、第1実施形態と同様に、第1動力伝達経路22に備えた第2遊星歯車装置34は、第2クラッチ36及び第3クラッチ37の動作状態の組み合わせによって、第1動力伝達経路21の動力伝達を可能としたり、該動力伝達を遮断する機能と、第1遊星歯車装置21のキャリア21cが正転方向に回転駆動された状態で、第1動力伝達経路21を介して伝達される動力による駆動輪4,4の回転方向を切り換える機能と、第1遊星歯車装置21のキャリア21cを回転不能にロックする機能とが実現される。このため、動力装置1の部品点数を少なくして、該動力装置1の構成を簡略なものとしつつ、種々様々な動作モードで、該動力装置1を動作させることができる。

[変形態様について]
次に、前記第1実施形態又は第2実施形態の変形態様を以下にいくつか説明する。
前記第1及び第2実施形態では、ハイブリッド車両に搭載した動力装置1,51について説明したが、本発明の動力装置により駆動する被駆動部は、車両の駆動輪4,4以外のものであってもよい。
前記第1及び第2実施形態では、エンジン2(内燃機関)及び電動機3をそれぞれ原動機、回転アクチュエータとして備える場合を例にとって説明したが、原動機として、内燃機関以外の熱機関を使用してもよい。また、回転アクチュエータは、電動機3以外のアクチュエータ、例えば油圧式の回転アクチュエータであってもよい。
前記第1及び第2実施形態では、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r及びエンジン2の出力軸2aが第1回転軸25と一体に回転可能に設けられている。このため、第1回転軸25をワンウェイクラッチ28を介して不動部12に連結する代わりに、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r又はエンジン2の出力軸2aをワンウェイクラッチ28を介して不動部12に連結するようにしてもよい。
また、第1回転軸25、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r及びエンジン2の出力軸2aのいずれかにアクチュエータを介して制動力を付与する動作状態(ひいては第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rの回転を制動する動作状態)と、該アクチュエータによる制動を解除する動作状態とに動作可能なブレーキ機構を備え、第1回転軸25、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r及びエンジン2の出力軸2aが逆転方向に回転しようとする場合に、該ブレーキ機構のアクチュエータを制御することで、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21r等の回転を制動するようにしてもよい。
前記第1及び第2実施形態では、第2動力伝達経路23のうちの、第3回転軸27aと第2回転軸26との間の箇所に第1クラッチ32を備えたが、第1クラッチを第1回転軸25と動力伝達機構27との間等、第2動力伝達経路23の他の途中箇所に備えるようにしてもよい。
前記第1及び第2実施形態では、第2遊星歯車装置34、第2クラッチ36及び第3クラッチ37から成る正逆転切換機構に、第1動力伝達・遮断機構及び第2ロック機構としての機能を持たせたが、第1動力伝達・遮断機構または第2ロック機構を正逆転切換機構と別に備えるようにしてもよい。例えば、第2遊星歯車装置34のリングギヤ34rと動力伝達機構35との間に第1クラッチ32と同様のクラッチ機構を介装し、このクラッチ機構により第1動力伝達・遮断機構を構成するようにしてもよい。また、例えば、第4回転軸44を第2クラッチ37と同様のクラッチ機構により不動部12に連結し、このクラッチ機構により第2ロック機構を構成してもよい。
ただし、第1及び第2実施形態の如く、正逆転切換機構に、第1動力伝達・遮断機構及び第2ロック機構としての機能を持たせることによって、動力装置1,51の部品点数の削減や、構成の簡略化を効果的に図ることができ、ひいては、動力装置1,51の製造コストも低減できる。
前記第1及び第2実施形態では、差動装置を第1遊星歯車装置21により構成したが、遊星歯車装置以外の差動装置を使用してもよい。
前記第1及び第2実施形態では、第1遊星歯車装置21のリングギヤ21rにエンジン2(原動機)の出力軸2aを連結し、サンギヤ21sに電動機3(回転アクチュータ)のロータ7を連結するようにしたが、例えば、サンギヤ21sにエンジン2の出力軸2aを連結し、リングギヤ21rに電動機3のロータ7を連結するようにしてもよい。そして、この場合には、電動機3のハウジング6内で、ロータ7の内側に第1遊星歯車装置(差動装置)を配置するようにしてもよい。また、電動機3のロータ7とエンジン2の出力軸2aのいずれか一方を第1遊星歯車装置21のキャリア21cに連結し、他方をサンギヤ21s及びリングギヤ21rのいずれか一方に連結するように動力装置を構成することも可能である。
前記第1及び第2実施形態では、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34sを第1遊星歯車装置21のキャリア(第3回転要素)に連結したが、第2遊星歯車装置34のリングギヤ34rを第1遊星歯車装置21のキャリア(第3回転要素)に連結すると共に、第2遊星歯車装置34のサンギヤ34sを動力伝達機構35等を介して駆動輪4,4(被駆動部)に連結するようにしてもよい。
前記第1及び第2実施形態では、第2動力伝達経路23の動力伝達機構27にCVT27cを含めたが、該動力伝達機構27を一定の減速比の機構で構成してもよい。例えば、第1回転軸25と第3回転軸27aとにそれぞれ固定されて互いに噛合された一対のギヤによって、動力伝達機構27を構成してもよい。
前記第1及び第2実施形態では、補機用動力伝達経路24を前記した如く構成したが、例えば、第3ギヤ24d、ベルト24e及び第4ギヤ24fを省略し、第2ギヤ24cに、補機用クラッチ24gを介して補機5の入力軸5aを同軸心に連結するようにしてもよい。補機用動伝達経路24は、動力装置1の各構成要素の配置関係などを考慮して、適宜の構成を採用すればよい。
前記第1及び第2実施形態では、補機5を駆動し得る状況では、常に補機用クラッチ24gをON状態に動作させるようにしたが、エアコンの運転停止時のように、補機5の駆動要求が無い場合には、補機用クラッチ24gをOFF状態に動作させるようにしてもよい。また、第2実施形態では、動力装置51のいずれの動作状態でも補機用クラッチ24gをON状態に動作させることができるので、該補機用クラッチ24gを省略し、補機用動力伝達経路24のギヤ24fを補機5の入力軸5aと一体に回転するように該入力軸5aに連結するようにしてもよい。
本発明の第1実施形態の動力装置1を備えた車両の全体構成を概略的に示す図。 第1実施形態の動力装置1に備えた動力伝達機構27の構成を概略的に示す図。 第1実施形態の動力装置1の停止時アイドルストップモードでの動作状態を視覚的に示す図。 第1実施形態の動力装置1のEV発進・走行モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1のEV後エンジン始動モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1の停止時エンジン始動モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1の停止時エンジンアイドルモードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1の停止時エンジンアイドル充電モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1のエンジン駆動発進モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1のエンジン走行モードでの動作状態を示す図。 第1実施形態の動力装置1のエンジン駆動後退モードでの動作状態を示す図。

本発明の第2実施形態の動力装置51を備えた車両の全体構成を概略的に示す図。 第2実施形態の動力装置51の停止時アイドルストップモードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51のEV発進・走行モードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51のEV後エンジン始動モードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51の停止時エンジン始動モードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51の停止時エンジンアイドルモードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51のエンジン駆動発進モードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51のエンジン走行モードでの動作状態を示す図。 第2実施形態の動力装置51のエンジン駆動後退モードでの動作状態を示す図。
符号の説明
1,51…動力装置、2…エンジン(原動機)、2a…エンジンの出力軸、3…電動機(回転アクチュエータ)、4…駆動輪(被駆動部)、5…補機、7…電動機のロータ(回転体)、21…第1遊星歯車装置(差動装置)、21r…リングギヤ(第1回転要素)、21s…サンギヤ(第2回転要素)、21c…キャリア(第3回転要素)、22…第1動力伝達経路、23…第2動力伝達経路、28…ワンウェイクラッチ(ブレーキ機構)、32…第1クラッチ(第2動力伝達・遮断機構)、34…第2遊星歯車装置(正逆転切換機構、第1動力伝達・遮断機構、第2ロック機構)、34s…サンギヤ(第2サンギヤ)、34r…リングギヤ(第2リングギヤ)、34c…キャリア(第2キャリア)、36…第2クラッチ(第1クラッチ機構、正逆転切換機構、第1動力伝達・遮断機構、第2ロック機構)、37…第3クラッチ(第1ロック機構、正逆転切換機構、第1動力伝達・遮断機構、第2ロック機構)。

Claims (9)

  1. 被駆動部と補機とを駆動するための動力装置であって、
    動力を出力するための出力軸を有する原動機と、
    動力を出力するための回転体を有する回転アクチュエータと、
    互いの間で動力を伝達可能な第1回転要素、第2回転要素及び第3回転要素を有し、前記第1回転要素が、前記原動機の出力軸に連結され、且つ、前記第2回転要素が、前記回転アクチュエータの回転体に連結され、且つ、前記第3回転要素が、第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に連結された差動装置と、
    前記第1動力伝達経路に含まれ、該第1動力伝達経路での動力伝達を可能とする第1動作状態と該第1動力伝達経路での動力伝達を遮断する第2動作状態とに選択的に動作可能な第1動力伝達・遮断機構と、
    前記原動機の出力軸と前記被駆動部との間を前記差動装置及び第1動力伝達・遮断機構を迂回して連結する第2動力伝達経路と、
    前記第2動力伝達経路に含まれ、該第2動力伝達経路での動力伝達を可能とする第3動作状態と該第2動力伝達経路での動力伝達を遮断する第4動作状態とに選択的に動作可能な第2動力伝達・遮断機構とを備え、
    前記差動装置の第2回転要素及び第3回転要素のいずれか一方に前記補機を連結したことを特徴とする動力装置。
  2. 請求項1記載の動力装置において、前記差動装置は、前記第1回転要素及び第2回転要素の一方を構成する第1サンギヤと、前記第1回転要素及び第2回転要素の他方を構成する第1リングギヤと、前記第3回転要素を構成し、前記第1サンギヤ及び第1リングギヤに噛合するプラネタリギヤを回転自在に支持する第1キャリアとを有する第1遊星歯車装置であることを特徴とする動力装置。
  3. 請求項2記載の動力装置において、前記補機は、前記第3回転要素を構成する前記第1キャリアに連結されていることを特徴とする動力装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の動力装置において、前記差動装置の第1回転要素の回転を阻止又は制動する第5動作状態と該回転の阻止又は制動を解除する第6動作状態とに選択的に動作可能なブレーキ機構を備えることを特徴とする動力装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の動力装置において、前記差動装置の第3回転要素から前記第1動力伝達経路を介して前記被駆動部に伝達される動力によって回転する該被駆動部の回転方向が正逆2つの回転方向のうちの一方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第7動作状態と、該被動部の回転方向が前記2つの回転方向のうちの他方の回転方向となるように該動力の伝達を行う第8動作状態とに選択的に動作可能な正逆転切換機構を備えたことを特徴とする動力装置。
  6. 請求項5記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、第2サンギヤと第2リングギヤと該第2サンギヤ及び第2リングギヤに噛合された第2ピニオンギヤを回転自在に支持する第2キャリアとを有し、前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの一方が前記差動装置の第3回転要素に連結され、且つ、前記第2サンギヤ及び第2リングギヤの他方が前記被駆動部に連結された第2遊星歯車装置と、前記第2キャリアを回転不能にロックする第9動作状態と該ロックを解除する第10動作状態とに選択的に動作可能な第1ロック機構と、前記第2キャリアを前記第2サンギヤ及び第2リングギヤのいずれか一方に一体に回転可能に連結する第11動作状態と該連結を解除する第12動作状態とに選択的に動作可能な第1クラッチ機構とを備え、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の一方の動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第7動作状態及び第8動作状態の他方の動作状態として有することを特徴とする動力装置。
  7. 請求項6記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、前記第1動力伝達・遮断機構としての機能を兼ねており、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第11動作状態に動作させた状態、又は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第1動作状態として有すると共に、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第10動作状態、第12動作状態に動作させた状態を前記第2動作状態として有することを特徴とする動力装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の動力装置において、前記差動装置の第3回転要素を回転不能にロックする第13動作状態と該ロックを解除する第14動作状態とに選択的に動作可能な第2ロック機構を備えることを特徴とする動力装置。
  9. 請求項6又は7記載の動力装置において、前記正逆転切換機構は、前記第1ロック機構及び第1クラッチ機構をそれぞれ前記第9動作状態、第11動作状態に動作させた状態を、前記差動装置の第3回転要素を回転不能にロックする動作状態として有することを特徴とする動力装置。
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