JP4134998B2 - ハイブリッド車の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の走行のための動力源として原動機と発電機能のある電動機とを備えているハイブリッド車に関し、特にこれらの原動機と電動機との動力を差動機構によって合成もしくは分配して出力するように構成されたハイブリッド車の駆動装置に関するものである。

周知のように、内燃機関の最も効率の良い運転状態と車両に要求される走行を満足するための内燃機関の運転状態とは必ずしも一致しないので、内燃機関を動力源とする車両の燃費を向上させ、また排ガスを削減するために、変速機などの他の駆動機構を併用する必要がある。その一例が発電機および電動機を内燃機関と併用したハイブリッド車であり、内燃機関を効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加でき、しかも減速時にエネルギー回生をおこなってその電力を走行のために使用できるので、走行に対する要求を満たしつつ燃費を向上させることができる。

ハイブリッド車において内燃機関と電動機や発電機とを組み合わせる形式は多様であり、エネルギー回生およびトルクアシストにモータ・ジェネレータを使用するだけでなく、内燃機関の回転数制御およびトルクアシストのための電力の発電にモータ・ジェネレータもしくは発電機を使用する形式のハイブリッド車が提案されている。その一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された装置は、三組の遊星歯車機構を相互に連結して入力要素および反力要素ならびに出力要素とされる要素を五つ備えた歯車機構を構成し、所定の入力要素に内燃機関を連結するとともに、所定の反力要素に第１のモータ・ジェネレータを連結し、さらに残る三つの要素を選択的に出力部材に連結することによりこれらの三つの要素を選択的に出力要素とするように構成されている。そして、いずれかの出力要素に第２のモータ・ジェネレータが連結されている。

したがって特許文献１に記載された装置では、出力要素の回転数が、内燃機関の連結された入力要素の回転数と第１のモータ・ジェネレータが連結された反力要素の回転数との中間の回転数となる場合と、出力要素の回転数が、前記入力要素の回転数と前記反力要素の回転数とのうちの高回転数よりも更に高回転数となる場合との少なくとも二つの駆動状態を設定することができる。前者の場合には、出力要素の回転数が入力回転数より低回転数となるので、出力要素もしくはこれが連結される出力部材には、内燃機関の出力トルクがいわゆる増幅された状態で現れる。また反対に後者の場合には、出力部材に現れるトルクが内燃機関の出力トルクより小さくなる。
特開２０００−１０８６９３号公報

上記の特許文献１に記載された装置では、内燃機関の出力トルクを第１のモータ・ジェネレータと出力要素とに分配する前記歯車機構が、出力要素の選択の仕方によって、実質的な変速比が変化する変速機として機能する。そのため、内燃機関から出力部材に伝達されるトルクの割合を変化させることができるので、内燃機関の運転状態を特に大きく変化させたり、第２のモータ・ジェネレータによるアシストトルクを特に大きくしたりすることなく、走行に対する要求をある程度満たすことができる。

しかしながら、上記の特許文献１に記載された装置では、差動作用をなす三要素の遊星歯車機構を三組組み合わせて五要素の歯車機構を構成し、そのうちの三つの要素を選択的に出力要素とするようになっているため、歯車機構の構成が大型化および複雑化する問題があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車載性に優れ、しかも動力損失を抑制することのできるハイブリッド車の駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、原動機と、発電機能のある二つの電動機と、前記原動機および電動機の動力を合成もしくは分配して出力する差動機構とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、前記差動機構が、外部の他の部材に連結可能な四要素を有するように二組の遊星歯車機構を組み合わせたのと同等の複合遊星歯車機構であって共線図上では原動機の動力が入力される入力要素を挟んだ両側にそれぞれ出力要素が位置する複合遊星歯車機構によって構成され、それらの出力要素から動力が伝達される出力軸が設けられるとともに、それらの出力部材と出力軸との間に変速比を変更する変速機構が設けられ、前記四要素のうち前記入力要素および出力要素以外の他の要素に第１の前記電動機が連結され、また第２の前記電動機が前記原動機の出力部と一体に回転するように設けられ、さらに前記原動機および第２の電動機を選択的に制動する制動機構が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複合遊星歯車機構は、前記入力要素であるリングギヤと、前記第１の電動機に連結された前記他の要素でありかつ前記リングギヤと共にダブルピニオン型遊星歯車機構を形成する第１のサンギヤと、前記一方の出力要素でありかつ前記リングギヤと共にシングルピニオン型遊星歯車機構を形成する第２のサンギヤと、前記他方の出力要素であるキャリヤとを有するラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、前記第２のサンギヤと一体の第１中間軸と前記キャリヤと一体の第２中間軸とが設けられるとともに、これらの各中間軸と該中間軸に対して平行に配置された前記出力軸との間に、ギヤ比が互いに異なる複数のギヤ対と、これらのギヤ対を動力伝達可能状態に選択的に切り替える切替機構とが設けられていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記制動機構は、前記原動機を逆回転させる方向のトルクが作用した場合に係合状態となって前記原動機および第２の電動機の回転を止める一方向クラッチからなることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

またさらに、請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ハイブリッド車が有する走行慣性エネルギーを前記第１の電動機で回生する場合に、前記原動機を燃料を供給することなく回転させる回転制御手段を更に備えていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

そして、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記回転制御手段は、前記原動機の回転を止めるように前記第２の電動機で生じさせるトルクを制御する手段を含むことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

請求項１の発明によれば、二つの出力要素のうちの一方を変速機構を介して出力軸に連結した状態と、他方の出力要素を変速機構を介して出力軸に連結した状態とでは、変速比が異なる。すなわち、原動機やこれと一体に回転する第２の電動機の出力したトルクに基づく出力軸のトルクを、出力要素を切り換えることにより変更することができる。そのため、駆動形態（運転モード）が複数になって走行要求に適した駆動形態を選択でき、あるいは第２の電動機を高回転低トルク型のものとすることができ、しかも二組の遊星歯車機構で分配機構を構成できるので、装置の全体としての構成を簡素化および小型化することができる。さらに、第１の電動機が出力する動力で走行する場合あるいはハイブリッド車が惰性走行する際に第１の電動機でエネルギー回生する場合、制動機構によって入力要素の制動を行い、第２の電動機に対するトルクを制限もしくは抑制できるので、この点でも、第２の電動機を小容量で小型化できる。

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、原動機および第２の電動機の動力を合成もしくは分配する差動機構としてラビニョ型遊星歯車機構が使用されるので、遊星歯車機構の数を少なくして、装置の全体としての構成を小型化することができる。また変速機構にいわゆる平行ギヤを採用できるので、変速比の設定の自由度を向上させることができる。

さらに、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られることに加え、第１の電動機の動力で走行するなどの場合、原動機および第２の電動機に対してこれをいわゆる逆回転させる方向にトルクが掛かり、それに伴って一方向クラッチが係合して原動機および第２の電動機の回転が止められる。すなわち、第２の電動機に替わって一方向クラッチがトルクを受け持つので、第２電動機を小容量の小型のものとすることができると同時に、特別な係合・解放制御を不要にすることができる。

またさらに、請求項４あるいは５の発明によれば、請求項３の発明において、いわゆる回生走行時には一方向クラッチが係合しないので、原動機および第２の電動機によって、複合遊星歯車機構における入力要素を制動することになるが、原動機が回転することに伴って負のトルクを生じるので、その分、第２の電動機で生じさせるべき負のトルクが小さくなり、その結果、第２の電動機の容量を小さくしてその小型化を図ることができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１にこの発明に係る駆動装置の一例をスケルトン図で示してあり、ここに示す例は、原動機としての内燃機関１と、発電機能のある電動機としての第１および第２のモータ・ジェネレータ２，３とを動力装置として備え、内燃機関１の出力した動力と各モータ・ジェネレータ２，３もしくはいずれのモータ・ジェネレータ２，３の出力した動力とを合成し、あるいはいずれかのモータ・ジェネレータ２，３に分配して出力する差動機構である分配機構４を更に備えている。

その内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、好ましくはスロットル開度などの負荷を電気的に制御でき、また所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。以下、内燃機関１をエンジン１と記す。

分配機構４は、実質的に二組の遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構によって構成されており、図１に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせたラビニョ型遊星歯車機構が使用されている。具体的には、外歯歯車である第１サンギヤ（Ｓ１）５と、この第１サンギヤ５に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ（Ｒ）６との間に、これら第１サンギヤ５とリングギヤ６とに噛み合っているショートピニオン７が配置されており、これら第１サンギヤ５とリングギヤ６とショートピニオン７との三者でシングルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。また、第１サンギヤ５に隣接して第２サンギヤ（Ｓ２）８が同一軸線上に配置され、この第２サンギヤ８に噛み合っているロングピニオン９が、前記ショートピニオン７に噛み合っており、したがって第２サンギヤ８と各ピニオン７，９とリングギヤ６との四者でダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。そして、互いに噛み合っているショートピニオン７とロングピニオン９とは複数対設けられており、これらのピニオン７，９がキャリヤ（Ｃ）１０によって自転かつ公転するように保持されている。したがって、第１サンギヤ５と、リングギヤ６と、第２サンギヤ８と、キャリヤ１０との四つ部材が、外部の部材と連結されてトルクの授受をおこなう回転要素となっている。

この分配機構４におけるリングギヤ６にエンジン１のクランクシャフトなどの出力部１Ａが連結されている。したがってリングギヤ６がこの発明の入力要素となっている。さらに、その出力部１Ａに第２モータ・ジェネレータ３のロータが連結されている。なお、この第２モータ・ジェネレータ３のステータは、ハウジング１３などの固定部に固定されている。この構成は、エンジン１と第２モータ・ジェネレータ３とが一体となって回転するための構成であり、したがってロータをエンジン１に対して直接連結する構成に替えて、歯車やチェーンなどの伝動機構（図示せず）を介在させてもよい。なおまた、図１では、エンジン１および第２モータ・ジェネレータ３がリングギヤ６に直接連結された構成が示されているが、エンジン１あるいは第２モータ・ジェネレータ３とリングギヤ６との間にトルクコンバータや発進用のクラッチ（それぞれ図示せず）を設けてもよい。

上記のリングギヤ６は、エンジン１あるいは第２モータ・ジェネレータ３がトルクを出力している場合に入力要素となり、したがってトルクの入力方向が反転した場合、すなわちハイブリッド車がその慣性力で走行する惰性走行時や第１モータ・ジェネレータ２を電動機として機能させてその動力で走行するいわゆるＥＶ走行（電気自動車走行）時には、反力要素となる。リングギヤ６がこのようにして反力要素として機能する際のトルクを、ケーシング１３などの固定部で受け持つために、リングギヤ６とケーシング１３などの固定部との間に制動機構であるブレーキＢ１が設けられている。このブレーキＢ１は、直接的にはリングギヤ６を制動するように構成することができるが、図１に示すように構成された装置においては、第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１を制動するように機能し、これら第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１に替わってトルクを受けることになる。

なお、このブレーキＢ１として、ドグクラッチなどの噛み合い式のもの、摩擦板やベルトを使用した摩擦式のものなどの各種の形式のものを適宜使用することができる。また、ブレーキＢ１による反力トルクは、惰性走行時とＥＶ走行時とでは、方向が反対になるので、正回転方向および逆回転方向のいずれにも制動力を生じるブレーキを用いれば、惰性走行時およびＥＶ走行時のいずれでもブレーキＢ１で反力トルクを受け持つことができる。一方、惰性走行は、一時的な走行状態であるのに対して、ＥＶ走行は、連続的で、また長時間に亘る走行状態となる場合が多い。そこで、ＥＶ走行時にのみブレーキＢ１で反力トルクを受け持つように構成することもできる。具体的には、ＥＶ走行に伴って、エンジン１および第２モータ・ジェネレータ３ならびにリングギヤ６が逆回転する方向にトルクが作用した場合に係合する一方向クラッチによって、ブレーキＢ１を構成することができる。

上述した分配機構４における第１サンギヤ５に、第１モータ・ジェネレータ２からトルクを伝達するように構成されており、したがってこの第１サンギヤ５がこの発明の反力要素となっている。具体的には、エンジン１と同一軸線上に反力軸１１が配置されており、この反力軸１１のエンジン１側とは反対側の端部が、ギヤ対１２を介して第１モータ・ジェネレータ２のロータに連結されている。なお、第１モータ・ジェネレータ２のステータは、ケーシング１３などの固定部に連結されて固定されている。

上述した分配機構４は、入力要素となっているリングギヤ６と、反力要素となっている第１サンギヤ５と、第２サンギヤ８と、キャリヤ１０との四つの要素を回転要素とするものであり、したがって第２サンギヤ８とキャリヤ１０とが選択的に出力要素とされる。そして、リングギヤ６と、第１サンギヤ５あるいは第２サンギヤ８と、キャリヤ１０との三者で差動作用を生じるように構成されている。

これらの出力要素と出力部材との間に、両者の間で選択的にトルクを伝達させる切替機構が設けられている。図１に示す具体例では、変速機構における同期連結機構が、この発明の切替機構に相当している。具体的に説明すると、上記の反力軸１１の外周側に、それぞれ中空軸である第１および第２の中間軸１４，１５が、回転自在に嵌合されている。外周側の第２中間軸１５が、前記キャリヤ１０に連結されており、内周側の第１中間軸１４が、前記第２サンギヤ８に連結されるとともに、第２中間軸１５の先端側（エンジン１とは反対側）に突出している。

これらの中間軸１４，１５から所定寸法離れ、かつこれらの中間軸１４，１５に対して平行に、出力軸１６が回転自在に配置されている。そして、前記第１中間軸１４と出力軸１６との間に、第１速用ギヤ対１７と、第３速用ギヤ対１８とが配置されている。これらのギヤ対１７，１８は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。また、前記第２中間軸１５と出力軸１６との間に、第２速用ギヤ対１９と、第４速用ギヤ対２０とが配置されている。これらのギヤ対１９，２０は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。これらのギヤ対１７，１８，１９，２０のそれぞれは、各中間軸１４，１５側の駆動ギヤと、これに常時噛み合っている出力軸１６側の従動ギヤとから構成されており、駆動ギヤの歯数に対する従動ギヤの歯数の比率が、第１速用ギヤ対１７から第４速用ギヤ対２０の順に次第に小さくなるように設定されている。したがってこれらのギヤ対１７，〜２０がいわゆる平行ギヤ式の変速機構を構成している。

上記の各ギヤ対１７，〜２０における従動ギヤは、出力軸１６に対して回転自在に保持されている。そして、これらの従動ギヤを出力軸１６に対して選択的に連結する同期連結機構（シンクロナイザー）２１，２２が設けられており、そのうちの第１の同期連結機構２１が、第１速用ギヤ対１７と第３速用ギヤ対１８との間に配置され、また第２の同期連結機構２２が、第２速用ギヤ対１９と第４速用ギヤ対２０との間に配置されている。これらの同期連結機構２１，２２は従来知られているものと同様の構成であって、出力軸１６に一体化させたハブ２１ｈ，２２ｈの外周側にスリーブ２１ｓ，２２ｓをスプライン嵌合させ、そのスリーブ２１ｓ，２２ｓを軸線方向に移動させることにより、隣接する従動ギヤに形成されているスプラインに嵌合させて、ハブ２１ｈ，２２ｈすなわち出力軸１６と従動ギヤとをトルク伝達可能に連結するように構成されている。上記の出力軸１６に取り付けた出力ギヤ２３が、デファレンシャル（終減速機）２４のリングギヤ２５に噛み合っている。

なお、特には図示しないが、各モータ・ジェネレータ２，３はバッテリーなどの蓄電装置およびインバータに接続されていて、その力行および回生を電気的に制御され、それに伴ってエンジン１の回転数の制御も可能であり、さらに各モータ・ジェネレータ２，３の間で電力を授受できるようになっている。また、同期連結機構２１，２２の切換制御や、ブレーキＢ１の係合・解放制御を手動によっておこなうように構成することもできるが、適宜のアクチュエータを使用して電気的に制御することもできる。これらの制御は、例えばマイクロコンピュータを主体とした電子制御装置によっておこなうことができ、その電子制御装置もしくはエンジン１に燃料を供給しない状態でエンジン回転数を制御する機能的手段が、この発明の回転数制御手段に相当する。

つぎに上記の駆動装置の作用について説明する。上述したように分配機構４は、出力要素として第２サンギヤ８とキャリヤ１０とを選択的に使用することができる。その出力要素の選択は、図１に示す例では、同期連結機構２１，２２によっておこなう。そして、この選択の仕方によって、すなわち第２サンギヤ８を出力要素とした場合とキャリヤ１０を出力要素とした場合とでは、エンジン１の出力トルクに対する駆動トルクあるいは出力軸１６に現れる出力軸トルクとの関係が変化する。言い換えれば、駆動装置の全体としての運転モードが変化する。

図２は、前述した同期連結機構２１，２２の動作状態（すなわちスリーブ２１ｓ，２２ｓの位置）と設定される変速段との関係をまとめて示す図表である。図２において、「１７側」、「１８側」などの表示は、各スリーブ２１ｓ，２２ｓが移動して係合している方向を示し、×印はスリーブ２１ｓ，２２ｓがいずれにも係合していない中立状態を示す。

先ず、第１速は、第１同期連結機構２１のスリーブ２１ｓを第１速用ギヤ対１７側に移動してその従動ギヤを出力軸１６に連結することにより設定される。この状態では、第２サンギヤ８が出力要素となり、第１速用ギヤ対１７を介して出力軸１６に連結される。これを共線図で示すと、図３の（Ａ）の状態となり、分配機構４における出力要素である第２サンギヤ８の回転数は、反力要素である第１サンギヤ５の回転数より入力要素であるリングギヤ６の回転数を高回転数とした場合には、その入力要素であるリングギヤ６の回転数より更に高回転数になる。そして、出力軸１６の回転数は、第１速用ギヤ対１７によるギヤ比に従って、第２サンギヤ８の回転数を減速した回転数となる。

この第１速は通常、車両の発進時に設定され、停止状態からの発進を全て上記の駆動装置によって制御するとすれば、エンジン１を燃費の良好な回転数に制御しておき、その状態で第１モータ・ジェネレータ２の回転数をエンジン回転数より大幅に高くして、出力要素である第２サンギヤ８の回転を止めておく。その状態から第１モータ・ジェネレータ２の回転数を次第に低下させると、エンジン１の回転数を一定に維持すれば、第２サンギヤ８の回転数が次第に増大し、車両が発進する。その場合、第１モータ・ジェネレータ２は回転数を低下させるように制御されて発電をおこない、その電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されて、第２モータ・ジェネレータ３が電動機として機能することにより入力トルクのアシスト（補助）をおこなう。

こうして出力要素である第２サンギヤ８の回転数を増大させるために第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させると、車速の増大に伴って、ついには第１モータ・ジェネレータ２の回転数が、従前とは反対の負回転となる。図３の（Ａ）にはその状態を実線で示してあり、この状態では、第１モータ・ジェネレータ２は要求される反力トルクを発生するために負回転方向に増速するように制御することになる。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２が電動機として作用することになる。これは、第１モータ・ジェネレータ２が電力を消費する状態であって、エネルギー効率の悪い状態であるから、これを避けるために、運転モードが変更される。具体的には、第１速から第２速に変速される。

第２速では、キャリヤ１０が出力要素となる。上記の図１に示す構成では、一例として、図３に示すように第１モータ・ジェネレータ２の回転数を負回転方向に制御して設定すると、第２速用ギヤ対１９における従動ギヤの回転数と出力軸１６との回転数が一致する（すなわち同期する）。この同期状態で、第１同期連結機構２１が中立状態になり、かつ第２同期連結機構２２におけるスリーブ２２ｓが、第２速用ギヤ対１９側に移動してその従動ギヤと出力軸１６とを係合させる。第２速の状態での共線図を図３の（Ｂ）に示してある。したがってキャリヤ１０が出力要素となるとともに、第２速用ギヤ対１９を介してキャリヤ１０が出力軸１６に連結される。このような切り換えは、互いに連結され、また連結が解かれる部材の相対回転数が一致している同期状態で実行されるので、ショックが生じず、少なくともショックが抑制される。

キャリヤ１０を出力要素とした運転モード、すなわち第２速の状態では、入力要素であるリングギヤ６と反力要素である第１サンギヤ５との中間の回転数であるキャリヤ１０が出力要素となるので、そのキャリヤ１０に現れるトルクは、エンジン１の出力トルクより大きくなる。言い換えれば、分配機構４がトルクコンバータとして機能する。

第２速で設定される運転モードでは、エンジン回転数を一定に維持した場合、反力要素である第１サンギヤ５の回転数を増大させることにより、出力要素であるキャリヤ１０の回転数が増大する。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２を負回転・力行状態からその回転数を次第に低下させて正回転状態とし、さらに発電機として機能させつつその回転数を増大させることにより、キャリヤ１０の回転数、すなわち車速が増大する。この場合、第１モータ・ジェネレータ２で生じた電力が第２モータ・ジェネレータ３に供給されてこれが電動機として機能するので、その出力トルクによって、リングギヤ６に対する入力トルクがアシストされる。

第２速の状態で第１モータ・ジェネレータ２の回転数を次第に増大させると、キャリヤ１０の回転数が次第に増大するとともに第１サンギヤ５の回転数が次第に低下する。そのため、図４の（Ａ）に示す状態になると、第３速用ギヤ対１８における従動ギヤの回転数と出力軸１６との回転数が一致する（すなわち同期する）。この同期状態で、第２同期連結機構２２が中立状態になり、かつ第１同期連結機構２１におけるスリーブ２１ｓが、第３速用ギヤ対１８側に移動してその従動ギヤと出力軸１６とを連結する。第３速の状態での共線図を図４の（Ｂ）に示してある。したがって第２サンギヤ８が出力要素となるとともに、第３速用ギヤ対１８を介して第２サンギヤ８が出力軸１６に連結される。このような切り換えは、互いに連結され、また連結が解かれる部材の相対回転数が一致している同期状態で実行されるので、ショックが生じず、少なくともショックが抑制される。

第３速では第２サンギヤ８が出力要素となっているので、前述した第１速の場合と同様の運転モードであり、したがって第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させることにより出力要素である第２サンギヤ８の回転数が増大する。すなわち車速の増大に応じて第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させることになる。そして、車速がある程度増大すると、第１モータ・ジェネレータ２が負回転・力行状態になることがある。図１に示す具体例では、第４速に同期した状態で第１モータ・ジェネレータ２が負回転・力行状態となる。その例を図５に示してある。

図５の（Ａ）は第３速の状態を示しており、車速の増大に伴って出力要素である第２サンギヤ８の回転数が増大していることにより、反力要素である第１サンギヤ５に連結されている第１モータ・ジェネレータ２が逆回転し、力行状態となる。この状態では、第４速用ギヤ対２０における従動ギヤと出力軸１６との回転数が一致（同期）する。その状態を図５の（Ｂ）に共線図で示してある。したがって、この同期状態で第１同期連結機構２１が中立状態に切り換えられ、かつ第２同期連結機構２２におけるスリーブ２２ｓが、第４速用ギヤ対２０側に移動させられて、その従動ギヤと出力軸１６とを連結する。こうして、ショックを悪化させることなく、運転モードが切り換えられる。

この第４速を設定している運転モードは、上述した第２速を設定している運転モードと同様であるから、車速の増大に伴って第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増大させることになる。その場合、第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能するので、その電力を第２モータ・ジェネレータ３に供給して第２モータ・ジェネレータ３によって入力トルクのアシストをおこなうことができる。

このように、この発明に係る上記の駆動装置では、車速の増大に伴って反力要素の回転数を低下させる運転モードと、これとは反対に反力要素の回転数を増大させる運転モードとに切り換えることができる。そのため、反力要素である第１サンギヤ５に連結されている第１モータ・ジェネレータ２を過度に負回転・力行状態に制御したり、あるいは過度に正回転・回生状態に制御したりする必要がなくなる。特に、上記の具体例のように変速機が３段以上の多段であれば、変速機でトルクを増大させることができるので、第１モータ・ジェネレータ２の回転数の制御幅を抑制することができる。その結果、エンジン１が出力したトルクのうち多くの部分が電力に変換されることなく出力軸１６に伝達され、いわゆるエンジン直達分が増大するので、エネルギー損失が抑制され、また第１モータ・ジェネレータ２として比較的容量の小さい小型のものを使用でき、ひいてはこの第１モータ・ジェネレータ２から電力を受けて電動機として機能する第２モータ・ジェネレータ３を比較的小さい容量の小型のものとすることができる。すなわちこの発明に係る駆動装置によれば、分配機構４がラビニョ型遊星歯車機構や二組の遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構によって構成できることにより小型化できることと相まって、車載性の良好な駆動装置とすることができる。

一方、ハイブリッド車の利点は、エンジン１を効率の良い運転点が駆動できることに加えて、エネルギー回生をおこなうことができ、また回生した電力でＥＶ走行でき、そのために、全体としてのエネルギー効率を向上させ、また排ガスを削減できる点にもある。そのエネルギー回生の一例が、ハイブリッド車の有する走行慣性エネルギーを電力として回生する例である。その回生走行時（惰性走行時）における分配機構４の動作状態を図６および図７に共線図で示してある。

前述したように、第１サンギヤ５とリングギヤ６とキャリヤ１０に保持されたショートピニオン７とによってシングルピニオン型遊星歯車機構が構成され、また第２サンギヤ８とリングギヤ６とキャリヤ１０に保持されたロングピニオン９とによってダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されているので、共線図上では、反力要素である第１サンギヤ５、第１の出力要素であるキャリヤ１０、入力要素であるリングギヤ６、第２の出力要素である第２のサンギヤ８との順に並ぶ。すなわち、入力要素を挟んだ両側に出力要素がそれぞれ位置する。

ハイブリッド車が惰性走行している状態でのエネルギー回生は、いずれかの出力要素が強制的に回転させられている状態で、第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させることにより行われる。このような動作状態を達成するために、通常の駆動状態（エンジン１による走行状態）では入力要素となるリングギヤ６に反力トルクを受け持たせることになり、具体的には前記ブレーキＢ１を係合させ、反力トルクをケーシング１３などの固定部に受け持たせる。

図６は、キャリヤ１０を出力軸１６に連結した回生走行状態を示しており、ブレーキＢ１によって第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１ならびにリングギヤ６を固定した状態で、第１モータ・ジェネレータ２を正回転方向に回転させかつ発電機として機能させる。また、図７は、第２サンギヤ８を出力軸１６に連結した回生走行状態を示しており、ブレーキＢ１によって第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１ならびにリングギヤ６を固定した状態で、第１モータ・ジェネレータ２を逆回転方向に回転させかつ発電機として機能させる。

また一方、ＥＶ走行は、第２の出力要素である第２のサンギヤ８を第１モータ・ジェネレータ２で回転させ、その動力で走行するから、いずれかの出力要素からトルクを出力させるために、入力要素であるリングギヤ６に反力を受け持たせる。そのために上述した駆動装置では、ブレーキＢ１を係合させ、リングギヤ６およびこれに連結されている第２のモータ・ジェネレータ３ならびエンジン１を固定する。すなわち、反力トルクをケーシング１３などの固定部に受け持たせる。図８は、キャリヤ１０から出力して力行する状態を示しており、ブレーキＢ１によって第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１ならびにリングギヤ６を固定した状態で、第１モータ・ジェネレータ２を電動機として機能させて正回転方向に回転させ、動力を出力させる。また、図９は、第２サンギヤ８から出力して力行する状態を示しており、ブレーキＢ１によって第２モータ・ジェネレータ３およびエンジン１ならびにリングギヤ６を固定した状態で、第１モータ・ジェネレータ２を電動機として機能させて逆回転方向に回転させ、動力を出力する。

したがって上述した回生走行時およびＥＶ走行時には、車両の走行慣性力に対する反力あるいは第１モータ・ジェネレータ２の駆動力に対する反力を、ブレーキＢ１を介して固定部で受け持ち、第２モータ・ジェネレータ３には、走行に伴うトルクが作用しない。そのため、第２モータ・ジェネレータ３は、回生走行やＥＶ走行で要求される、リングギヤ６を固定するのに要するトルクを発生する大容量のものである必要がなく、その結果、第２モータ・ジェネレータ３の小型化が可能になる。また、エンジン１を連れ回すことがないので、動力損失を防止もしくは抑制して燃費を向上させることができる。

なお、前記ブレーキＢ１は、一方向クラッチによって構成することができ、その場合、エンジン１が逆回転する方向にトルクが作用すると、一方向クラッチが係合してリングギヤ６が制動される。しかしながら、回生走行時には、作用するトルクの方向がＥＶ走行時とは反対であってエンジン１を正回転させる方向になるから、一方向クラッチが解放状態となってしまい、制動力が生じない。したがって、その場合には、第２モータ・ジェネレータ３によって逆回転方向のトルクを生じさせてリングギヤ６を固定する。すなわち、第２モータ・ジェネレータ３で、回生走行時の反力トルクを受け持つ。

回生走行時の反力トルクの全てを第２モータ・ジェネレータ３で受け持つとすると、第２モータ・ジェネレータ３として容量の大きい大型のものが必要となる。そこでこの発明に係る上記の駆動装置は、制動機構として上記の一方向クラッチを使用した場合、回生走行時にリングギヤ６および第２モータ・ジェネレータ３に掛かるトルクを可及的に低減するべくエンジン１を、燃料を供給することなく回転させるように制御する。具体的には、第２モータ・ジェネレータ３で発生する反力トルクを幾分低減してエンジン１と共に回転させる。その状態を図１０に共線図で示してある。その結果、エンジン１では摩擦損失やポンピングロスなどのトルク損失が生じ、これがリングギヤ６を制動するトルクとして作用する。言い換えれば、回生走行時におけるリングギヤ６による反力トルクを第２モータ・ジェネレータ３とエンジン１とで生じさせることになり、第２モータ・ジェネレータ３に要求されるトルクが相対的に小さくなり、そのために第２モータ・ジェネレータ３を小型化することが可能になる。このように回生走行時に、エンジン１を空転させるように第２モータ・ジェネレータ３を制御する手段が、この発明の回転制御手段に相当する。

なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、制動機構は、要は、入力要素に連結されている第２モータ・ジェネレータ３やエンジン１に作用するトルクを小さくもしくはゼロにするように機能するものであればよいから、第２モータ・ジェネレータ３を直接制動する構成のもの、エンジン１の出力部１Ａを直接制動するものなど、上記のブレーキＢ１とは異なる構成のものであってよい。

この発明に係る駆動装置の一例を模式的に示すスケルトン図である。 各変速段あるいは運転モードを設定するための連結機構の作動係合表を示す図表である。 第１速と第２速との同期状態を示す共線図である。 第２速と第３速との同期状態を示す共線図である。 第３速と第４速との同期状態を示す共線図である。 回生走行時における分配機構の動作状態を示す共線図である。 回生走行時における分配機構の他の動作状態を示す共線図である。 ＥＶ走行時における分配機構の動作状態を示す共線図である。 ＥＶ走行時における分配機構の他の動作状態を示す共線図である。 回生走行時にエンジンを僅かに空転させる場合における分配機構の動作状態を示す共線図である。

符号の説明

１…内燃機関（エンジン）、 ２，３…モータ・ジェネレータ、 ４…分配機構、 ５…第１サンギヤ、 ６…リングギヤ、 ８…第２サンギヤ、 １０…キャリヤ、 １６…出力軸、 １７，１８，１９，２０，２７…（変速段用）ギヤ対、 ２１，２２…同期連結機構、 Ｂ１…ブレーキ（制動機構）。

Claims (5)

1. 原動機と、発電機能のある二つの電動機と、前記原動機および電動機の動力を合成もしくは分配して出力する差動機構とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、
   前記差動機構が、外部の他の部材に連結可能な四要素を有するように二組の遊星歯車機構を組み合わせたのと同等の複合遊星歯車機構であって共線図上では原動機の動力が入力される入力要素を挟んだ両側にそれぞれ出力要素が位置する複合遊星歯車機構によって構成され、
   それらの出力要素から動力が伝達される出力軸が設けられるとともに、それらの出力部材と出力軸との間に変速比を変更する変速機構が設けられ、
   前記四要素のうち前記入力要素および出力要素以外の他の要素に第１の前記電動機が連結され、
   また第２の前記電動機が前記原動機の出力部と一体に回転するように設けられ、
   さらに前記原動機および第２の電動機を選択的に制動する制動機構が設けられている
   ことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
2. 前記複合遊星歯車機構は、前記入力要素であるリングギヤと、前記第１の電動機に連結された前記他の要素でありかつ前記リングギヤと共にダブルピニオン型遊星歯車機構を形成する第１のサンギヤと、前記一方の出力要素でありかつ前記リングギヤと共にシングルピニオン型遊星歯車機構を形成する第２のサンギヤと、前記他方の出力要素であるキャリヤとを有するラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、
   前記第２のサンギヤと一体の第１中間軸と前記キャリヤと一体の第２中間軸とが設けられるとともに、
   これらの各中間軸と該中間軸に対して平行に配置された前記出力軸との間に、ギヤ比が互いに異なる複数のギヤ対と、これらのギヤ対を動力伝達可能状態に選択的に切り替える切替機構とが設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
3. 前記制動機構は、前記原動機を逆回転させる方向のトルクが作用した場合に係合状態となって前記原動機および第２の電動機の回転を止める一方向クラッチからなることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の駆動装置。
4. 前記ハイブリッド車が有する走行慣性エネルギーを前記第１の電動機で回生する場合に、前記原動機を燃料を供給することなく回転させる回転制御手段を更に備えていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車の駆動装置。
5. 前記回転制御手段は、前記原動機の回転を止めるように前記第２の電動機で生じさせるトルクを制御する手段を含むことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車の駆動装置。

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