JP4293268B2 - 動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車 - Google Patents

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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、それぞれ電動機に接続される遊星歯車機構の2つの出力要素を選択的に出力部材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それぞれ電動機に接続される2つの出力要素を含む遊星歯車機構と、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と共に出力シャフトに連結される2本のカウンタシャフトを含む平行軸式変速機とを備えた動力出力装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。これらの動力出力装置では、平行軸式変速機により出力部材や出力シャフトに連結する遊星歯車機構の出力要素を切り替えることが可能である。
特開2005−155891号公報 特開2003−106389号公報

ここで、主に後輪を駆動して走行する車両、すなわち一般的な後輪駆動車両や後輪駆動ベースの4輪駆動車両等に対して上記特許文献1に記載の動力出力装置を採用することは、搭載スペース等の関係から困難である。また、上記特許文献2に記載の動力出力装置は、後輪駆動車両を対象としたものと考えられるが、平行軸式変速機を用いる関係上、軸方向および径方向の寸法が大きく、車両への搭載性に劣るといわざるを得ない。また、特許文献2に記載の動力出力装置は、径の大きいロータを要求するものであって電気駆動部の搭載性に問題を有しており、そもそも実現性が低いものである。一方、この種の動力出力装置を主に後輪を駆動して走行する車両に適用するに際しても、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必要があり、この点で、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、コンパクトで搭載性に優れ、主に後輪を駆動して走行する車両に好適であると共に、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主目的とする。

本発明による動力出力装置およびハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
動力を入出力可能な第1電動機と、
動力を入出力可能な第2電動機と、
前記第1電動機の回転軸に接続される第1要素と前記第2電動機の回転軸に接続される第2要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第3要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
前記動力分配統合機構の前記第1要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された第1変速用差動回転機構と、該第1変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定すると共に該固定可能要素を解放して回転可能にすることができる第1固定手段と、前記第1変速用差動回転機構の前記出力要素と前記固定可能要素との締結および該締結の解除を実行可能な第1締結手段と、前記動力分配統合機構の前記第2要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された第2変速用差動回転機構と、該第2変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定すると共に該固定可能要素を解放して回転可能にすることができる第2固定手段と、前記第2変速用差動回転機構の前記出力要素と前記固定可能要素との締結および該締結の解除を実行可能な第2締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、何れも3要素式の第1変速用差動回転機構および第2変速用差動回転機構を含む変速伝達手段を備えている。この変速伝達手段は、内燃機関、第1および第2電動機、動力分配統合機構の下流側にこれらと同軸に配置可能であると共に、例えば平行軸式の変速伝達手段に比べて軸方向および径方向の寸法を小さくすることができるものである。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。そして、この変速伝達手段によれば、第1固定手段によって第1変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定すると共に第2固定手段によって第2変速用差動回転機構の固定可能要素を解放して回転可能にすることにより、動力分配統合機構の第1要素を出力要素とすると共に当該第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。同様に、第1締結手段により第1変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを締結すると共に第2固定手段により第2変速用差動回転機構の固定可能要素を解放して回転可能にすることにより、動力分配統合機構の第1要素を出力要素とすると共に当該第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、この変速伝達手段によれば、第1固定手段によって第1変速用差動回転機構の固定可能要素を解放して回転可能にすると共に第2固定手段によって第2変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構の第2要素を出力要素とすると共に当該第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。従って、この動力出力装置では、第1および第2固定手段と第1締結手段とを適宜制御することにより、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。更に、この変速伝達手段によれば、第1および第2固定手段により第1および第2変速用差動回転機構の固定可能要素の双方を回転不能に固定することにより、内燃機関からの動力を固定変速比で機械的(直接)に駆動軸へと伝達することが可能となる。また、例えば第1締結手段により第1変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを締結すると共に第2固定手段により第2変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定すれば、第1および第2変速用差動回転機構の固定可能要素の双方を回転不能に固定したときとは異なる固定変速比で内燃機関からの動力を変速比1で機械的(直接)に駆動軸へと伝達することが可能となる。そして、この状態で第2固定手段により第2変速用差動回転機構の固定可能要素を解放して回転可能にすれば、第1締結手段により第1変速用差動回転機構の各要素が実質的にロックされて一体に回転することから、動力分配統合機構の第1要素からの動力を駆動軸に直接伝達することができる。加えて、第1締結手段により第1変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを締結すると共に第2締結手段により第2変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを締結すれば、動力分配統合機構の各要素と第1および第2変速用遊星歯車機構の各要素とのすべてが一体となって回転することになる。これにより、第1および第2変速用差動回転機構の固定可能要素の双方を回転不能に固定したときや、第1締結手段により第1変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを締結すると共に第2固定手段により第2変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定したときとは異なる固定変速比で、すなわち変速比1で内燃機関からの動力を機械的(直接)に駆動軸へと伝達することが可能となる。この結果、この動力出力装置によれば、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。

また、上記動力出力装置は、前記動力分配統合機構の前記第1および第2要素の何れか一方を回転不能に固定可能な第3固定手段を更に備えてもよい。これにより、第1変速用差動回転機構および第2変速用差動回転機構の何れか一方の出力要素と固定可能要素とを締結したときに発電機として機能する第1または第2電動機と接続されている動力分配統合機構の第1または第2要素(反力要素)を回転不能に固定すれば、この状態に固有の固定変速比で内燃機関からの動力を機械的(直接)に駆動軸へと伝達することが可能となる。従って、かかる構成によれば、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。

更に、前記変速伝達手段は、前記第1固定手段および前記第1締結手段として機能する単一の第1クラッチと、前記第2固定手段および前記第2締結手段として機能する単一の第2クラッチとを含むものであってもよい。これにより、変速伝達手段ひいては動力出力装置のコンパクト化および構成の単純化を図ることができる。

また、前記第1変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第1要素に接続されるサンギヤと、前記第1固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを保持すると共に前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、前記第2変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第2要素に接続されるサンギヤと、前記第2固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを保持すると共に前記第1変速用差動回転機構のキャリアおよび前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であってもよい。このように、第1および第2変速用差動回転機構としてシングルピニオン式遊星歯車機構を採用すれば、変速伝達手段ひいては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。

更に、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。このようなダブルピニオン式遊星歯車機構を動力分配統合機構として採用すれば、特に動力分配統合機構の軸方向長さをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。

また、ダブルピニオン式遊星歯車機構である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てもよく、前記キャリアが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。このような諸元の動力分配統合機構においては、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。

この場合、前記減速手段の減速比はρ/(1−ρ)近傍の値とされてもよい。これにより、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てもよく、前記サンギヤが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。このような諸元の動力分配統合機構においては、サン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、サンギヤと第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。

この場合、前記減速手段の減速比は(1−ρ)/ρ近傍の値とされてもよい。これにより、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、コンパクトで主に後輪を駆動するのに好適であ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、本発明の一実施例に係る動力伝達装置としての変速機60を備えた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、例えば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のクランクシャフト(機関軸)26に接続された動力分配統合機構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69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による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、例えばクランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサといったエンジン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同一諸元の同期発電電動機であり、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。また、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。更に、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。また、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。そして、実施例のバッテリ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を算出したり、当該残容量SOCに基づいてバッテリ35の充放電要求パワーPb*を算出したり、残容量SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ35の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Winとバッテリ35の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Woutとを算出したりする。なお、バッテリ35の入出力制限Win,Woutは、バッテリ温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定すると共に、バッテリ35の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定可能である。

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(ケーシング)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および44の組を自転かつ公転自在に少なくとも1組保持するキャリア45とを有するダブルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ41(第2要素)とリングギヤ42(第3要素)とキャリア45(第1要素)とは互いに差動回転可能である。また、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要素であるサンギヤ41には、当該サンギヤ41からエンジン22とは反対側(車両後方)に延びる中空のサンギヤ軸41aおよび中空の第1モータ軸46を介して第2電動機としてのモータMG1(中空のロータ)が接続されている。また、第1要素であるキャリア45には、動力分配統合機構40とエンジン22との間に配置される減速ギヤ機構50および当該減速ギヤ機構50(サンギヤ51)からエンジン22に向けて延びる中空の第2モータ軸55を介して第1電動機としてのモータMG2(中空のロータ)が接続されている。更に、第3要素であるリングギヤ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。

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(駆動源要素接続)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、例えばサンギヤ軸41aに固定された係合部と第1モータ軸46に固定された係合部との双方と係合可能であると共に電磁式、電気式あるいは油圧式のアクチュエータ90によりサンギヤ軸41aや第1モータ軸46等の軸方向に進退移動させられる可動係合部材を含むドグクラッチとして構成されている。クラッチC0によりサンギヤ軸41aと第1モータ軸46との接続を解除した際には、第2電動機としてのモータMG1と動力分配統合機構40の第2要素であるサンギヤ41との接続が解除されることになり、動力分配統合機構40の機能によりエンジン22を実質的にモータMG1,MG2や変速機60から切り離すことが可能となる。そして、このように動力分配統合機構40のサンギヤ41にクラッチC0を介して連結され得る第1モータ軸46は、モータMG1からエンジン22とは反対側(車両後方)に更に延出され、変速機60に接続される。また、動力分配統合機構40のキャリア45からは、中空のサンギヤ軸41aや第1モータ軸46を通してエンジン22とは反対側(車両後方)にキャリア軸(連結軸)45aが延出されており、このキャリア軸45aも変速機60に接続される。これにより、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。

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。この減速ギヤ機構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。そして、上述のように、ギヤ比ρが値0.5未満の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、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、動力分配統合機構40のキャリア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、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。更に、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。これにより、モータMG1およびMG2の諸元を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。

変速機60は、複数段階に変速状態(変速比)を設定可能な遊星歯車式自動変速機として構成されており、動力分配統合機構40の第1要素であるキャリア45にキャリア軸45aを介して接続される第1変速用遊星歯車機構(第1変速用差動回転機構)PG1、動力分配統合機構40の第2要素であるサンギヤ41にクラッチC0を介して接続され得る第1モータ軸46に接続される第2変速用遊星歯車機構(第2変速用差動回転機構)PG2、第1変速用遊星歯車機構PG1に対して設けられたブレーキクラッチBC1(第1固定手段および第1締結手段)、第2変速用遊星歯車機構PG2に対して設けられたブレーキクラッチBC2(第2固定手段および第2締結手段)、およびブレーキB3(第3固定手段)等を含む。これら第1変速用遊星歯車機構PG1、第2変速用遊星歯車機構PG2、ブレーキクラッチBC1,BC2およびブレーキB3を構成する各要素は、何れも変速機60のトランスミッションケースの内部に収容される。

図1および図2に示すように、第1変速用遊星歯車機構PG1は、キャリア軸45aに接続されたサンギヤ61と、このサンギヤ61と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ62と、サンギヤ61およびリングギヤ62の双方と噛合するピニオンギヤ63を複数保持すると共に駆動軸69に接続されたキャリア64とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ61(入力要素)とリングギヤ62(固定可能要素)とキャリア64(出力要素)とが互いに差動回転できるように構成されている。また、第2変速用遊星歯車機構PG2は、第1モータ軸46に接続されたサンギヤ65(入力要素)と、このサンギヤ65と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ66(固定可能要素)と、サンギヤ61およびリングギヤ62の双方と噛合するピニオンギヤ67を複数保持する第1変速用遊星歯車機構PG1と共通のキャリア64(出力要素)とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ65とリングギヤ66とキャリア64とが互いに差動回転できるように構成されている。実施例では、第2変速用遊星歯車機構PG2が第1変速用遊星歯車機構PG1に対して同軸かつそれよりも車両前方に位置するように並設され、キャリア軸45aは第1モータ軸46を貫通するように配置される。そして、第1モータ軸46から突出したキャリア軸45aの先端に第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61が固定される。

ブレーキクラッチBC1は、第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62の外周に設けられた係合部62aと常時係合すると共にトランスミッションケースに固定された係止部68aおよびキャリア64の外周に形成された係合部64aのそれぞれと係合可能な可動係合部材EM1と、この可動係合部材EM1をキャリア軸45a等の軸方向に進退移動させる電磁式、電気式あるいは油圧式のアクチュエータ91とを含むドグクラッチとして構成されている。このブレーキクラッチBC1は、図2に示すように、可動係合部材EM1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。ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションがRポジションに設定されると、可動係合部材EM1はリングギヤ62の係合部62aとトランスミッションケースに固定された係止部68aとの双方と係合し、これにより、第1変速用遊星歯車機構PG1の固定可能要素であるリングギヤ62をトランスミッションケースに対して回転不能に固定することが可能となる。また、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションがMポジションに設定されると、可動係合部材EM1はリングギヤ62の係合部62aのみと係合することになり、これにより、第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62を解放して回転可能にすることができる。更に、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションがLポジションに設定されると、可動係合部材EM1はリングギヤ62の係合部62aとキャリア64の係合部64aとの双方と係合し、これにより、第1変速用遊星歯車機構PG1の固定可能要素であるリングギヤ62と出力要素であるキャリア64とを締結することが可能となる。

ブレーキクラッチBC2は、第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66の外周に形成された係合部66bと常時係合すると共にトランスミッションケースに固定された係止部68bおよびキャリア64の外周に形成された係合部64aのそれぞれと係合可能な可動係合部材EM2と、この可動係合部材EM2を第1モータ軸46等の軸方向に進退移動させる電磁式、電気式あるいは油圧式のアクチュエータ92とを含むドグクラッチとして構成されている。このブレーキクラッチBC2も、図2に示すように、可動係合部材EM2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。ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションがLポジションに設定されると、可動係合部材EM2はリングギヤ66の係合部66bとトランスミッションケースに固定された係止部68bとの双方と係合し、これにより、第2変速用遊星歯車機構PG2の固定可能要素であるリングギヤ66をトランスミッションケースに対して回転不能に固定することが可能となる。また、ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションがMポジションに設定されると、可動係合部材EM2はリングギヤ66の係合部66bのみと係合することになり、これにより、第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を解放して回転可能にすることができる。更に、ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションがRポジションに設定されると、可動係合部材EM2は、リングギヤ66の係合部66bとキャリア64の係合部64aとの双方と係合し、これにより、第2変速用遊星歯車機構PG2の固定可能要素であるリングギヤ66と出力要素であるキャリア64とを締結することが可能となる。

ブレーキB3は、第1モータ軸46の端部(図中右端)に設けられた係合部46cと常時係合すると共にトランスミッションケースに固定された係止部68cと係合可能な可動係合部材EM3と、この可動係合部材EM3を第1モータ軸46等の軸方向に進退移動させる電磁式、電気式あるいは油圧式のアクチュエータ93とを含むドグクラッチとして構成されている。このブレーキB3をオンすれば、可動係合部材EM2が第1モータ軸46の係合部46cとトランスミッションケースに固定された係止部68cとの双方と係合し、これにより、第1モータ軸46すなわちクラッチC0が繋がれていれば動力分配統合機構40のサンギヤ41をトランスミッションケースに対して回転不能に固定することが可能となる。

そして、変速機60のキャリア64から駆動軸69に伝達された動力は、デファレンシャルギヤDFを介して最終的に駆動輪としての後輪RWa,RWbに出力されることになる。上述のように構成される変速機60は、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることが可能なものである。また、第1変速用遊星歯車機構PG1および第2変速用遊星歯車機構PG2は、エンジン22、モータMG1,MG2、減速ギヤ機構50および動力分配統合機構40の下流側にこれらと同軸に配置可能であるから、変速機60を用いれば、軸受を簡素化すると共に軸受の数を減らすことができる。なお、実施例において、第2変速用遊星歯車機構PG2のギヤ比(サンギヤ65の歯数/リングギヤ66の歯数)は第1変速用遊星歯車機構PG1のギヤ比(サンギヤ61の歯数/リングギヤ62の歯数)ρ1よりも多少大きく設定されているが(図3参照)、第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のギヤ比ρ1,ρ2は任意の値に定めることができる。

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等とを備える。ハイブリッドECU70には、イグニッションスイッチ(スタートスイッチ)80からのイグニッション信号、シフトレバー81の操作位置であるシフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ87からの車速Vが入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU30、バッテリECU36と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU30、バッテリECU36と各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。また、クラッチC0や変速機60のブレーキクラッチBC1,BC2およびブレーキB3のアクチュエータ90〜93もハイブリッドECU70により制御される。

次に、図3から図13を参照しながら、上記ハイブリッド自動車20の動作の概要について説明する。なお、ハイブリッド自動車20が図3から図9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90〜93(クラッチC0、変速機60のブレーキクラッチBC1,BC2およびブレーキB3)はハイブリッドECU70により直接制御される。また、図3から図9において、S軸は動力分配統合機構40のサンギヤ41の回転数(モータMG1すなわち第1モータ軸46の回転数Nm1)を、R軸は動力分配統合機構40のリングギヤ42の回転数(エンジン22の回転数Ne)を、C軸は動力分配統合機構40のキャリア45(キャリア軸45aおよび減速ギヤ機構50のリングギヤ52)の回転数を、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。更に、61,65軸は変速機60の第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61および第2変速用遊星歯車機構PG2のサンギヤ65の回転数を、64軸は変速機60のキャリア64(駆動軸69)の回転数を、62軸は第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62の回転数を、66軸は第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66の回転数をそれぞれ示す。

上述のハイブリッド自動車20では、クラッチC0の係合とエンジン22の運転とを伴う走行時に、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションをRポジションに設定して第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共にブレーキクラッチBC2のクラッチポジションをMポジションに設定して第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を解放して回転可能にすれば、変速機60が図3に示す第1変速状態(1速)に設定される。かかる第1変速状態のもとでは、キャリア軸45a(キャリア45)からの動力を第1変速用遊星歯車機構PG1のギヤ比ρ1に基づく変速比(=ρ1/(1+ρ1))で変速して駆動軸69に伝達することができる。また、図3の第1変速状態のもと、それまで負の値を示していた第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66の回転数が値0に概ね一致すれば、図4に示すように、ブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62を回転不能に固定したまま、ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションをLポジションに設定して第2変速用遊星歯車機構PG2の固定可能要素であるリングギヤ66を回転不能に固定することが可能となる。以下、このようにブレーキクラッチBC1およびBC2を用いて第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のリングギヤ62および66の双方を回転不能に固定するようなモードを「同時係合モード」といい、特に、図4に示す状態を「1−2速同時係合状態」という。かかる1−2速同時係合状態のもとで、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)を電気エネルギへの変換を伴うことなく第1固定変速比γ1(=(1−ρ)・ρ1/(1+ρ1)+ρ・ρ2/(1+ρ2))で機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することができる。そして、図4の1−2速同時係合状態のもとでブレーキクラッチBC2により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転不能に固定したまま、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションをMポジションに設定して第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62を回転可能にすれば、変速機60は、図5に示すように、第2変速用遊星歯車機構PG2による動力の伝達のみが可能とされる第2変速状態(2速)に設定される。かかる第2変速状態のもとでは、第1モータ軸46(サンギヤ41)からの動力を第2変速用遊星歯車機構PG2のギヤ比ρ2に基づく変速比(=ρ2/(1+ρ2))で変速して駆動軸69に伝達することができる。

更に、図5の第2変速状態のもとで、第1変速用遊星歯車機構PG1を構成するサンギヤ61、リングギヤ62およびキャリア64の回転数が互いに概ね一致し、これらの要素が実質的に一体となって回転するようになれば、図6に示すように、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションをLポジションに設定して第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結することが可能となる。以下、このようにブレーキクラッチBC2により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転不能に固定したままブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結するようなモードも「同時係合モード」といい、特に、図6に示す状態を「2−3速同時係合状態」という。かかる2−3速同時係合状態のもとで、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)を電気エネルギへの変換を伴うことなく第2固定変速比γ2(=1−ρ+ρ・ρ2/(1+ρ2))で機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することができる。そして、図6の2−3速同時係合状態のもとで、ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションをMポジションに設定して第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転可能にすれば、変速機60が図7に示す第3変速状態(3速)に設定される。かかる第3変速状態のもとでは、ブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61、リングギヤ62およびキャリア64が実質的にロックされて一体に回転することから、図7に示すように、動力分配統合機構40のキャリア45からの動力がキャリア軸45aや各要素が一体に回転する第1変速用遊星歯車機構PG1等を介して駆動軸69に変速比1で直接伝達されることになる。そして、第3変速状態のもとでは、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であるキャリア45に直結された駆動軸69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。

また、図7の第3変速状態のもとで、動力分配統合機構40のサンギヤ41(モータMG1)とリングギヤ42(エンジン22)とキャリア45のすべての回転数が概ね一致すれば、図8に示すように、ブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1の固定可能要素であるリングギヤ62と出力要素であるキャリア64を締結したままブレーキクラッチBC2により第2変速用遊星歯車機構PG2の固定可能要素であるリングギヤ66と出力要素であるキャリア64とを締結することが可能となる。以下、このように、ブレーキクラッチBC1およびBC2を用いて第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結すると共に第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66とキャリア64とを締結するようなモードも「同時係合モード」といい、特に、図8に示す状態を「等回転伝達状態」という。かかる等回転伝達状態のもとでは、図8に示すように、動力分配統合機構40のサンギヤ41、リングギヤ42(エンジン22)およびキャリア45と、第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61,リングギヤ62と、第2変速用遊星歯車機構PGのサンギヤ65,リングギヤ66と、両者に共通のキャリア64とのすべてが一体となって回転することになる。従って、等回転伝達状態のもとでは、エンジン22からの動力を第3固定変速比γ3(=1)で機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することが可能となる。更に、図7の第3変速状態のもとで、モータMG1、第1モータ軸46、サンギヤ41および第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61の回転数が値0に近づくと、図9に示すように、ブレーキB3をオンして係止部68c、係合部46cおよび第1モータ軸46を介して動力分配統合機構40の第2要素であるサンギヤ41を回転不能に固定することが可能となる。以下、このようにブレーキクラッチBC1によりリングギヤ62とキャリア64とを締結して変速機60の第1変速用遊星歯車機構PG1を実質的にロックしたままブレーキB3により第1モータ軸46(モータMG1)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9に示す状態を「3速OD(オーバードライブ)状態」という。かかる3速OD状態のもとで、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)を電気エネルギへの変換を伴うことなく値1未満の第4固定変速比γ4(=1/(1−ρ))で変速(増速)した上で駆動軸69へと直接伝達することができる。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。

上述のようにエンジン22の運転を伴いながらハイブリッド自動車20を走行させる際に変速機60が第1または第3変速状態に設定されると、動力分配統合機構40のキャリア45が出力要素となって当該キャリア45に接続されたモータMG2が電動機として機能し、かつ反力要素となるサンギヤ41に接続されたモータMG1が発電機として機能するようにモータMG1,MG2を駆動制御することが可能となる。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、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。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Neと出力要素であるキャリア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。図10に第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。図10においてS軸、R軸、C軸は、図3から図9と同様のものを示すと共に、54軸は減速ギヤ機構50のキャリア54の回転数を、51軸は減速ギヤ機構50のサンギヤ51の回転数(モータMG2すなわち第2モータ軸55の回転数Nm2)をそれぞれ示し、ρは動力分配統合機構40のギヤ比(サンギヤ41の歯数/リングギヤ42の歯数)を、ρrは減速ギヤ機構50の減速比(サンギヤ51の歯数/リングギヤ52の歯数)を、各軸上の太線矢印は対応する要素に作用するトルクをそれぞれ示す。更に、図10において、S軸、R軸、C軸および51軸における回転数は0軸(水平軸)よりも上側で正の値となると共に下側で負の値となるものとする。更に、図10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ものとする(図3から図9、図11および図12も同様)。

また、エンジン22の運転を伴いながらハイブリッド自動車20を走行させる際に変速機60が第2変速状態に設定されると、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、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。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Neと出力要素であるサンギヤ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。図11に第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。

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の変速状態(変速比)の変更に伴って第1トルク変換モードと第2トルク変換モードとが交互に切り替えられるので、特に電動機として機能するモータMG2またはMG1の回転数Nm2またはNm1が高まったときに、発電機として機能するモータMG1またはMG2の回転数Nm1またはNm2が負の値にならないようにすることができる。従って、ハイブリッド自動車20では、第1トルク変換モードのもとでモータMG1の回転数が負になることに伴いキャリア軸45aに出力される動力の一部を用いてモータMG2が発電すると共にモータMG2により発電された電力をモータMG1が消費して動力を出力するという動力循環や、第2トルク変換モードのもとでモータMG2の回転数が負になることに伴い第1モータ軸46に出力される動力の一部を用いてモータMG1が発電すると共にモータMG1により発電された電力をモータMG2が消費して動力を出力するという動力循環の発生を抑制することが可能となり、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる。また、このような動力循環の抑制に伴いモータMG1,MG2の最高回転数を抑えることができるので、それによりモータMG1,MG2を小型化することも可能となる。更に、ハイブリッド自動車20では、上述の1−2速同時係合状態、2−3速同時係合状態、等回転伝達状態、および3速OD状態のそれぞれに固有の第1〜第4固定変速比γ1〜γ4でエンジン22からの動力を機械的(直接)に駆動軸69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69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差動回転機構とを用いた動力出力装置では、エンジンと駆動軸との間の減速比が比較的大きいときにエンジンの動力が電気エネルギにより多く変換されるので動力の伝達効率が悪化すると共にモータMG1,MG2の発熱を招く傾向にあることから、上述の同時係合モードは、特にエンジン22と駆動軸との間の減速比が比較的大きい場合に有利なものとなる。

続いて、図12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、クラッチ係合1モータ走行モードと、クラッチ解放1モータ走行モードと、2モータ走行モードとに大別される。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を繋いだ上で、変速機60を第1変速状態または第3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、変速機60の第2変速状態に設定してモータMG1のみ動力を出力させる。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(図12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を解放状態とした上で、変速機60を第1変速状態、第3変速状態および3速OD状態の何れかに設定してモータMG2のみに動力を出力させるか、変速機60の第2変速状態に設定してモータMG1のみ動力を出力させる。クラッチ解放1モータ走行モードのもとでは、図12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が解放状態とされてサンギヤ41と第1モータ軸46との接続が解除されることから動力分配統合機構40の機能により停止されたエンジン22のクランクシャフト26の連れ回しが回避されると共にモータ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を解放状態とすると共にブレーキクラッチBC1およびBC2を用いて変速機60を上述の1−2速同時係合状態、2−3速同時係合状態および等回転伝達状態の何れか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69に伝達することが可能となるので、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できる。

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ているときには、動力が効率よく駆動軸69に伝達されるように変速機60の変速状態(変速比)を容易に変更することができる。例えば、クラッチC0を解放状態とした上でブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62をトランスミッションケースに固定して変速機60を第1変速状態に設定すると共にモータMG2のみに動力を出力させているときに変速機60の変速比をシフトアップ側に変更する場合には、モータMG1を駆動制御して第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66の回転数を値0に近づける。次いで、ブレーキクラッチBC2により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を動力分配統合機構40の第2要素であるサンギヤ41に接続すれば、上述の1−2速同時係合状態へと移行することができる。その後、ブレーキクラッチBC1のクラッチポジションをMポジションに設定して第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62を回転可能にすると共にモータMG1のみに動力を出力させれば、変速機60を第2変速状態に設定してその変速比をシフトアップ側(2速)に変更することができる。また、クラッチC0を解放状態とした上で変速機60を第2変速状態に設定すると共にモータMG1のみに動力を出力させているときに変速機60の変速比をシフトアップ側に変更する場合には、モータMG2を駆動制御して第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62の回転数をキャリア64(駆動軸69)の回転数と同期させる。次いで、ブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結すれば、上述の2−3速同時係合状態へと移行することができる。その後、ブレーキクラッチBC2のクラッチポジションをMポジションに設定して第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転可能にすると共にモータMG2のみに動力を出力させれば、変速機60を第3変速状態に設定してその変速比をシフトアップ側(3速)に変更することができる。なお、クラッチ解放1モータ走行モードのもとで第3変速状態から3速OD状態へのシフトアップも同様にして実行することができる。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を用いてキャリア軸45aや第1モータ軸46の回転数を変速してトルクを増幅等することができるので、モータMG1,MG2に要求される最大トルクを低下させることが可能となり、モータMG1,MG2の小型化を図ることができる。また、このようなモータ走行中における変速機60の変速比の変更に際しても、一旦変速機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、変速比の変更時におけるいわゆるトルク抜けを生じることはなく、変速比の変更を極めてスムースかつショック無く実行することが可能となる。

なお、モータ走行モードのもとで変速機60の変速比をシフトダウン方向に変化させる場合には、基本的に上記説明と逆の手順を実行すればよい。また、クラッチ係合1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の変速比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。更に、クラッチ解放1モータ走行モードのもとで要求駆動力が高まったり、バッテリ35の残容量SOCが低下したりしたような場合には、それまで動力を出力していなかったモータMG1またはMG2を駆動制御してその回転数Nm1またはNm2を動力分配統合機構40のサンギヤ41またはキャリア45の回転数と同期させた上でクラッチC0を繋ぎ、当該モータMG1またはMG2によるエンジン22のモータリングを実行してエンジン22を始動させればよい。これにより、駆動軸69に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン22を始動させることが可能となる。そして、2モータ走行モードのもとでエンジン22を始動させる場合には、まず変速機60の目標変速比等に応じて継続して動力を出力させる一方のモータMG1またはMG2を選択した上で、継続して動力を出力させない他方のモータMG2またはMG1による動力を上記一方のモータMG1またはMG2に出力させる動力移換処理を実行する。そして、動力移換処理の完了後にブレーキクラッチBC2またはBC1のクラッチポジションをMポジションに設定することにより継続して動力を出力させない他方のモータMG2またはMG1を変速機60から切り離した上で、当該他方のモータMG2またはMG1を駆動制御してその回転数Nm2またはNm1を動力分配統合機構40のキャリア45またはサンギヤ41の回転数と同期させた上でクラッチC0を繋ぎ、当該モータMG2またはMG1によるエンジン22のモータリングを実行してエンジン22を始動させればよい。これにより、駆動軸69に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン22を始動させることが可能となる。なお、ハイブリッド自動車20の走行時におけるブレーキクラッチBC1,BC2、ブレーキB3およびクラッチC0のクラッチポジション等の設定状態を図13に示す。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車20は、何れも3要素式の第1変速用遊星歯車機構PG1および第2変速用遊星歯車機構PG2を含む変速機60を備えている。かかる変速機60は、エンジン22、モータMG1,MG2および動力分配統合機構40の下流側(車両後方側)にこれらと同軸に配置可能であると共に、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることができるものである。従って、上述のエンジン22、モータMG1,MG2、動力分配統合機構40および変速機60を備えた動力出力装置は、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車両に極めて好適なものとなる。

そして、実施例の変速機60によれば、ブレーキクラッチBC1(第1固定手段)によって第1変速用遊星歯車機構PG1の固定可能要素であるリングギヤ62を回転不能に固定すると共にブレーキクラッチBC2(第2固定手段)によって第2変速用遊星歯車機構PG2の固定可能要素であるリングギヤを解放して回転可能にすることにより、第1変速状態のもとで、動力分配統合機構40のキャリア45を出力要素とすると共に当該キャリア45に接続されるモータ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に接続されるモータMG1を発電機として機能させることが可能となる。同様に、ブレーキクラッチBC1(第1締結手段)により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結すると共にブレーキクラッチBC2(第2固定手段)により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を解放して回転可能しても、第3変速状態のもとで、動力分配統合機構40のキャリア45を出力要素とすると共に当該キャリア45に接続されるモータ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、この変速機60によれば、ブレーキクラッチBC1によって第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62(固定可能要素)を解放して回転可能にすると共にブレーキクラッチBC2によって第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構40のサンギヤ41を出力要素とすると共に当該サンギヤ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。従って、ハイブリッド自動車20では、ブレーキクラッチBC1およびブレーキクラッチBC2を適宜制御して変速機60の変速状態を変更することにより、特に電動機として機能するモータMG2またはモータMG1の回転数が高まったときに、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。

更に、変速機60によれば、ブレーキクラッチBC1およびBC2を用いて第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のリングギヤ62および66の双方を回転不能に固定することにより、1−2速同時係合状態のもと、エンジン22からの動力を第1固定変速比γ1で機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することが可能となる。また、ブレーキクラッチBC1(第1締結手段)により第1変速用遊星歯車機構PG1のキャリア64とリングギヤ62とを締結すると共にブレーキクラッチBC2(第2固定手段)により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を回転不能に固定すれば、2−3速同時係合状態のもと、第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のリングギヤ62および66の双方を回転不能に固定する1−2速同時係合状態のものとは異なる第2固定変速比γ2でエンジン22からの動力を機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することが可能となる。そして、2−3速同時係合状態でブレーキクラッチBC2(第2固定手段)により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66を解放して回転可能にすれば、ブレーキクラッチBC1(第1締結手段)により第1変速用遊星歯車機構PG1のサンギヤ61、リングギヤ62およびキャリア64が実質的にロックされて一体に回転することから、第3変速状態のもと、動力分配統合機構40のキャリア45からの動力を駆動軸69に変速比1で直接伝達することができる。

加えて、第3変速状態のもとで、ブレーキクラッチBC1(第1締結手段)により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結したまま、ブレーキクラッチBC1(第2締結手段)により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66とキャリア64とを締結すれば、変速機60は、動力分配統合機構40のサンギヤ41、リングギヤ42およびキャリア45と、第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のサンギヤ61,65とリングギヤ62,66と両者に共通のキャリア64とのすべてが一体となって回転する等回転伝達状態に設定されることになる。これにより、等回転伝達状態のもとでは、第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2のリングギヤ62および66の双方を回転不能に固定する1−2速同時係合状態や、ブレーキクラッチBC1により第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62とキャリア64とを締結すると共にブレーキクラッチBC2により第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ62を回転不能に固定する2−3同時係合状態のものとは異なる第3固定変速比γ3すなわち変速比1でエンジン22からの動力を機械的(直接)に駆動軸69へと伝達することが可能となる。また、第3変速状態のもとでブレーキB3をオンすることにより、第3変速状態のもとで発電機として機能するモータMG1と接続されている動力分配統合機構40のサンギヤ41を回転不能に固定すれば、エンジン22からの動力を値1未満の第4固定変速比γ4で変速(増速)して駆動軸69へと直接伝達することができる。

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の変速状態を第1変速状態、1−2速同時係合状態、第2変速状態、2−3速同時係合状態、第3変速状態、等回転伝達状態、および3速OD状態の7段階に設定することができる。従って、例えば要求される車速Vが比較的低い場合や走行路が登坂路である場合には、変速機60を第1または第2変速状態に設定することにより、キャリア45やサンギヤ41からの動力をより適正に減速しながらハイブリッド自動車20を走行させることができる。また、このような場合に、変速機60を1−2速同時係合状態に設定することにより、モータMG1およびMG2の発熱を抑制すると共にエンジン22からの動力をより適正に減速しながらハイブリッド自動車20を走行させることができる。更に、中高速領域においては、2−3速同時係合状態や第3変速状態のもとで、エンジン22からの動力あるいはキャリア45からの動力を効率よく駆動軸69に伝達しながらハイブリッド自動車20を走行させることが可能となる。そして、上記変速機60によれば、第3変速状態に加えて、変速機60を等回転伝達状態や3速OD状態に設定することができるので、高速走行時においてエンジン22からの動力を効率よく駆動軸69に伝達しながらハイブリッド自動車20を走行させることが可能となる。特に、第3変速状態と3速OD状態との間において等回転伝達状態を設定可能とすれば、電気的損失を無くすと共に機械的損失をより低減しながらエンジン22からの動力を変速比1で駆動軸69に伝達することが可能となるので、動力の伝達効率や燃費を改善する上で、極めて有効である。この結果、実施例の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て、それによ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、変速機60は、入力要素としてのサンギヤ61と固定可能要素としてのリングギヤ62とサンギヤ61およびリングギヤ62の双方と噛合するピニオンギヤ63を保持する出力要素としてのキャリア64とを有するシングルピニオン式の第1変速用遊星歯車機構PG1と、入力要素としてのリングギヤ66と固定可能要素としてのサンギヤ65と、リングギヤ66およびサンギヤ65の双方と噛合するピニオンギヤ67を保持する第1変速用遊星歯車機構PG1と共通のキャリア64とを有するシングルピニオン式の第2変速用遊星歯車機構PG2とを含むものである。このように、第1および第2変速用遊星歯車機構PG1およびPG2としてシングルピニオン式遊星歯車機構を採用すれば、変速機60ひいては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。更に、第1変速用遊星歯車機構PG1のリングギヤ62の固定および解放を実行する固定手段として機能すると共にリングギヤ62とキャリア64との締結および当該締結の解除を実行する締結手段として機能する単一のクラッチであるブレーキクラッチBC1を用いれば、変速機60ひいては動力出力装置のコンパクト化および構成の単純化を図ることができる。同様に、第2変速用遊星歯車機構PG2のリングギヤ66の固定および解放を実行する固定手段として機能すると共にリングギヤ66とキャリア64との締結および当該締結の解除を実行する第2の締結手段として機能する単一のクラッチであるブレーキクラッチBC2を用いることにより、変速機60ひいては動力出力装置のコンパクト化および構成の単純化を図ることができる。ただし、ブレーキクラッチBC1およびBC2のかわりに、これらのクラッチとしての機能とブレーキとしての機能とを別個のクラッチとブレーキとに分離してもよいことはいうまでもない。

そして、上記実施例のように、リングギヤ42(第3要素)と、サンギヤ41(第2要素)と、互いに噛合すると共に一方がリングギヤ42と他方がサンギヤ41と噛合する2つのピニオンギヤ43および44の組を複数保持するキャリア45(第1要素)とを含むダブルピニオン式遊星歯車機構を動力分配統合機構40として採用すれば、特に軸方向長さをより小さくして動力出力装置をよりコンパクトに構成することが可能となる。また、上記実施例のように、動力分配統合機構40のギヤ比ρをρ<0.5とした場合には、サンギヤ41に比べてエンジン22からのトルクの分配比率が大きいキャリア45とモータMG2との間に減速ギヤ機構50を設けることにより、モータMG2のトルク負担をより軽減して、モータMG2の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。更に、減速ギヤ機構50の減速比を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、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、ギヤ比ρがρ>0.5となるように構成されてもよい。そして、この場合には、キャリア45に比べてサンギヤ41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ので、サンギヤ41とモータMG1との間に減速ギヤ機構50を配置すれば、モータMG1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、この場合、減速ギヤ機構50の減速比は(1−ρ)/ρ近傍の値とすることにより、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、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14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、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に代えて、動力分配統合機構10が採用されている。この動力分配統合機構10は、図14に示すように、互いに異なる歯数をもった第1サンギヤ11および第2サンギヤ12と、第1サンギヤ11と噛合する第1ピニオンギヤ13と第2サンギヤ12と噛合する第2ピニオンギヤ14とを連結してなる段付ギヤ15を複数保持するキャリア16とを有する3要素式遊星歯車機構である。この場合、第1サンギヤ11(第3要素)には、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、第2サンギヤ12(サンギヤ41)には、当該第2サンギヤ12からエンジン22とは反対側(車両後方)に延びる中空のサンギヤ軸12a、クラッチC0および中空の第1モータ軸46を介して第2電動機としてのモータMG1(中空のロータ)が接続されている。また、キャリア16(キャリア45)には、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。そして、キャリア16からは、サンギヤ軸12aおよび第1モータ軸46を通って延びるキャリア軸16aがエンジン22とは反対側(車両後方)に延出されており、このキャリア軸16aは、変速機60の第1変速用遊星歯車機構PG1の入力要素であるサンギヤ61に接続されている。また、第2サンギヤ12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の第2変速用遊星歯車機構PG2のサンギヤ65に接続される。これにより、ハイブリッド自動車20Aにおいて、動力分配統合機構10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、モータMG1,MG2、動力分配統合機構10および変速機60という構成要素は、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10、モータMG1、変速機60という順番で配置されることになる。このような動力分配統合機構10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。また、2つのサンギヤ11,12、段付ギヤ15およびキャリア16を有する遊星歯車機構を採用すれば、特に動力分配統合機構10の径方向サイズをより小さくすることができるので、動力出力装置をよりコンパクト化することが可能となる。

また、図14のハイブリッド自動車20Aにおいて、動力分配統合機構10は、第2サンギヤ12の歯数と第1ピニオンギヤ13の歯数との積を第1サンギヤ11の歯数と第2ピニオンギヤ14の歯数との積で除した値であるギヤ比ρがρ<0.5となるように構成されている。この場合、図1のハイブリッド自動車20の動力分配統合機構40と同様に、サンギヤ41に比べてエンジン22からのトルクの分配比率が大きくなるキャリア45とモータMG2との間に減速ギヤ機構50を設けることにより、モータMG2のトルク負担をより軽減して、モータMG2の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。また、減速ギヤ機構50の減速比を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、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、動力分配統合機構10は、ギヤ比ρがρ>0.5となるように構成されてもよい。そして、この場合には、キャリア45に比べてサンギヤ41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ので、サンギヤ41とモータMG1との間に減速ギヤ機構50を配置すれば、モータMG1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、この場合、減速ギヤ機構50の減速比は(1−ρ)/ρ近傍の値とすることにより、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、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。

なお、上記ハイブリッド自動車20,20Aにおいて、第3固定手段としてのブレーキB3は、動力分配統合機構40の第1要素であるキャリア45を回転不能に固定可能に構成されてもよい。また、ブレーキB3は、変速機60から分離して設けられてもよい。更に、クラッチC0は、サンギヤ41とモータMG1との接続および当該接続の解除を実行するものに限られない。すなわち、クラッチC0は、キャリア45(第1要素)とキャリア軸45a(モータMG2)との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよく、エンジン22のクランクシャフト26とリングギヤ42(第3要素)との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよい。また、上記ハイブリッド自動車20は、後輪駆動ベースの4輪駆動車両として構成されてもよい。そして、上記実施例や変形例においては、動力出力装置をハイブリッド自動車20に搭載されるものとして説明したが、本発明による動力出力装置は、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載されるものであってもよく、建設設備などの固定設備に組み込まれるものであってもよい。

ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例および変形例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、動力を入出力可能なモータMG2が「第1電動機」に相当し、動力を入出力可能なモータMG1が「第2電動機」に相当し、モータMG1,MG2と電力をやり取り可能なバッテリ35が「蓄電手段」に相当し、動力分配統合機構40,10が「動力分配統合機構」に相当し、変速機60が「変速伝達手段」に相当する。ただし、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン22に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「第1電動機」および「第2電動機」は、モータMG1,MG2のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「蓄電手段」は、バッテリ35のような二次電池に限られず、電力動力入出力手段や電動機と電力をやり取り可能なものであればキャパシタといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「動力分配統合機構」は、第1電動機の回転軸に接続される第1要素と第2電動機の回転軸に接続される第2要素と内燃機関の機関軸に接続される第3要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成されたものであれば、他の如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

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。 ハイブリッド自動車20に含まれる変速機60の概略構成図である。 ハイブリッド自動車20をクラッチC0の係合とエンジン22の運転とを伴って走行させる場合に変速機60の変速状態を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3と同様の説明図である。 図3と同様の説明図である。 図3と同様の説明図である。 図3と同様の説明図である。 図3と同様の説明図である。 図3と同様の説明図である。 モータMG1が発電機として機能すると共にモータMG2が電動機として機能するときの動力分配統合機構40の各要素と減速ギヤ機構50の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 モータMG2が発電機として機能すると共にモータMG1が電動機として機能するときの動力分配統合機構40の各要素と減速ギヤ機構50の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 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。 ハイブリッド自動車20の走行時におけるブレーキクラッチBC1,BC2およびクラッチC0のクラッチポジション等の設定状態を示す説明図である。 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。

符号の説明

20,20A ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、31,32 インバータ、33,34 回転位置検出センサ、35 バッテリ、36 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、37 温度センサ、39 電力ライン、40,10 動力分配統合機構、41,51,61,65 サンギヤ、41a,12a サンギヤ軸、42,52,62,66 リングギヤ、42a リングギヤ軸、43,44,53,63,67 ピニオンギヤ、45,54,64,16 キャリア、45a,16a キャリア軸、46 第1モータ軸、46c,64a 係合部、50 減速ギヤ機構、55 第2モータ軸、60 変速機、68a,68b,68c 係止部、69 駆動軸、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、90,91,92,93 アクチュエータ、11 第1サンギヤ、12 第2サンギヤ、13 第1ピニオンギヤ、14 第2ピニオンギヤ、15 段付ギヤ、B3 ブレーキ、BC1,BC2 ブレーキクラッチ、DF デファレンシャルギヤ、EM1,EM2,EM3 可動係合部材、MG1,MG2 モータ、PG1 第1変速用遊星歯車機構、PG2 第2変速用遊星歯車機構 RWa,Rab 後輪。

Claims (10)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    内燃機関と、
    動力を入出力可能な第1電動機と、
    動力を入出力可能な第2電動機と、
    前記第1電動機の回転軸に接続される第1要素と前記第2電動機の回転軸に接続される第2要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第3要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
    前記動力分配統合機構の前記第1要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された第1変速用差動回転機構と、該第1変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定すると共に該固定可能要素を解放して回転可能にすることができる第1固定手段と、前記第1変速用差動回転機構の前記出力要素と前記固定可能要素との締結および該締結の解除を実行可能な第1締結手段と、前記動力分配統合機構の前記第2要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された第2変速用差動回転機構と、該第2変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定すると共に該固定可能要素を解放して回転可能にすることができる第2固定手段と、前記第2変速用差動回転機構の前記出力要素と前記固定可能要素との締結および該締結の解除を実行可能な第2締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要素の何れか一方を回転不能に固定可能な第3固定手段を更に備える請求項1に記載の動力出力装置。
  3. 前記変速伝達手段は、前記第1固定手段および前記第1締結手段として機能する単一の第1クラッチと、前記第2固定手段および前記第2締結手段として機能する単一の第2クラッチとを含む請求項1または2に記載の動力出力装置。
  4. 前記第1変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第1要素に接続されるサンギヤと、前記第1固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを保持すると共に前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、前記第2変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第2要素に接続されるサンギヤと、前記第2固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを保持すると共に前記第1変速用差動回転機構のキャリアおよび前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構である請求項1から3の何れかに記載の動力出力装置。
  5. 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請求項1から4の何れかに記載の動力出力装置。
  6. 請求項5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ており、前記キャリアが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動力出力装置。
  7. 前記減速手段の減速比はρ/(1−ρ)近傍の値とされる請求項6に記載の動力出力装置。
  8. 請求項5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ており、前記サンギヤが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動力出力装置。
  9. 前記減速手段の減速比は(1−ρ)/ρ近傍の値とされる請求項8に記載の動力出力装置。
  10. 請求項1から9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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