JP5867179B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源として機能する機関および電動機と、動力分配機構として機能する差動機構とを備えたハイブリッド車両用駆動装置に係り、特に、無段変速走行、シリーズ走行、および差動機構ロック走行の各走行に切換可能なハイブリッド車両用駆動装置に関するものである。

駆動源として機能する機関および電動機と、動力分配機構として機能する差動機構とを備えたハイブリッド車両用駆動装置がよく知られている。例えば特許文献１のハイブリッド駆動装置もその一例である。特許文献１では、遊星歯車装置からなる差動機構を備え、遊星歯車装置のサンギヤＳ１が第一回転電動機ＭＧ１に連結され、キャリヤＣＡ１が第一クラッチＣ１を介してエンジンＥに連結され、リングギヤＲ１が駆動歯車１４および第二回転電動機ＭＧ２に連結されている。さらに、サンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１とを選択的に連結する第二クラッチＣ２、キャリヤＣＡ１を選択的に回転停止させる第一ブレーキＢ１、およびサンギヤＳ１および第一回転電動機ＭＧ１を選択的に回転停止させる第二ブレーキＢ２が設けられている。そして、油圧式摩擦係合装置で構成される第一クラッチＣ１、第二クラッチＣ２、第一ブレーキＢ１、および第二ブレーキＢ２の係合状態を切り換えることで、第一回転電動機ＭＧ１を制御することによりエンジンＥの回転を無段階に変速して駆動歯車１４側に伝達する無段変速走行（スプリットモード）と、第一回転電動機ＭＧ１または第二回転電動機ＭＧ２の駆動力で走行する電動走行（ＥＶモード）と、エンジンＥの駆動力を出力歯車１４に伝達する差動機構ロック走行（パラレルモード）とに切換可能に構成されている。

特開２０１０−３６８８０号公報

ところで、特許文献１のハイブリッド駆動装置では、４個の油圧式摩擦係合装置を備えて構成されており、各走行モードに応じてこれら摩擦係合装置の係合状態を切り換える必要があることから、油圧回路が複雑となっている。また、各走行モードにおいて、基本的には２個の油圧式摩擦係合装置が係合されるが、解放される油圧式摩擦係合装置では引き摺りによる損失が発生し、燃費が悪くなる可能性があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、駆動源として機能する機関および電動機と、動力分配機構として機能する差動機構とを備え、無段変速走行、シリーズ走行、および差動機構ロック走行に切換可能なハイブリッド車両用駆動装置において、シンプルに構成され、且つ、燃費悪化を招くことなく各走行状態に切り換えることができる構造を提供することにある。

上記目的を達成するための、第１発明の要旨とするところは、(a)機関と、第１電動機と、第２電動機と、３つの回転要素を有する差動機構とを備え、前記機関が前記差動機構の第１回転要素に連結され、前記第２電動機が出力回転部材である前記差動機構の第３回転要素に連結され、前記第１電動機が前記差動機構の前記第１回転要素および前記第２回転要素に連結可能に構成され、その第１電動機の連結状態を切り換えることにより、前記第１電動機を制御して前記差動機構を無段変速機として機能させる無段変速走行と、走行状態に応じて前記機関を停止させる、もしくは駆動させて前記第１電動機による発電を行い、前記第２電動機によって走行するシリーズ走行と、前記差動機構の差動作用を禁止する差動機構ロック走行とに、切換可能なハイブリッド車両用駆動装置であって、(b)前記各走行は、３つの噛み合い歯とそれに対向する１つの噛合歯を有する部材によって切り換えられ、(c)前記部材は、前記シリーズ走行および前記差動機構ロック走行に切り換える際には、いずれも前記無段変速走行から切り換えられるように構成され、(d)前記部材において、(e)前記１つの噛合歯は、筒状のスリーブの内周歯に形成された内周歯であり、(f)前記３つの噛合歯は、前記第１電動機に連結された第１外周歯と、前記第２回転要素に連結された第２外周歯と、前記第１回転要素に連結された第３外周歯とから成り、(g)前記第１外周歯、前記第２外周歯、および前記第３外周歯は、前記スリーブの前記内周歯が、径方向に重なる位置に移動するとその内周歯と噛み合わされ、(h)前記第１外周歯、前記第２外周歯、および前記第３外周歯は、それぞれ軸方向において略同じ長さに形成され、且つ、前記第１外周歯、前記第２外周歯、前記第３外周歯の順番で軸方向に並んで配置されており、(i)前記スリーブの内周歯は、軸方向において前記第１外周歯側に形成されて少なくとも２つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第１内周歯、および、軸方向において前記第３外周歯側に形成されて少なくとも１つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第２内周歯からなり、前記第１内周歯と前記第２内周歯との間には、１つの外周歯との噛合を阻止する欠歯が形成されており、(j)前記第１外周歯と前記第２外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記無段変速走行が可能となり、(k)前記第１外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記シリーズ走行が可能となり、(l)前記第２外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記差動機構ロック走行が可能となることを特徴とする。

このようにすれば、前記部材で無段変速走行、シリーズ走行、および差動機構ロック走行の３つの走行態様に切り換えることができるため、シンプルな構造で各走行態様への切換が可能となり、部品点数の増加も抑制される。また、前記部材が噛合歯で構成されているため、油圧式摩擦係合装置（油圧クラッチ）を使用した場合に生じる引き摺りも生じないので、燃費の悪化も防止される。また、シリーズ走行および差動機構ロック走行に切り換える際には、無段変速走行の状態から切り換えられるので、前記第１電動機を制御することにより、差動機構の各回転要素の回転速度を、予め切り換えられる走行態様に応じた回転速度に適宜制御することができる。従って、切り換えられる走行態様へ速やかに切り換えることができる。また、例えば第１内周歯が２つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている場合、スリーブを軸方向において第３外周歯側に移動させて、第２外周歯および第３外周歯を噛み合わせ、その状態からスリーブを１外周歯分だけ第１外周歯側に移動させて第１外周歯と第２外周歯とを噛み合わせ、さらにスリーブを１外周歯分だけ第１外周歯側に移動させて第１外周歯と第３外周歯を噛み合わせることができる。従って、例えばスリーブを第３外周歯側から第１外周歯側に向かって軸方向に移動させると、第２外周歯と第３外周歯とを噛み合わせることで達成される差動機構ロック走行、第１外周歯と第２外周歯とを噛み合わせることで達成される無段変速走行、第１外周歯と第３外周歯とを噛み合わせることで達成されるシリーズ走行に順次切り換えることができる。これより、前記部材によって、差動機構ロック走行およびシリーズ走行に切り換える場合には、必ず無段変速走行から切り換える構成とすることができる。

また、好適には、第１発明において、前記第１外周歯と前記第２外周歯とが前記内周歯と噛み合うと、前記第１電動機と前記第２回転要素とが連結される。従って、第１電動機によって第２回転要素の回転速度を制御して差動機構の差動状態を制御することにより、前記機関に連結された前記第１回転要素の回転速度を無段階的に変速する無段変速走行が可能となる。

また、好適には、第１発明において、前記第１外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うと、前記第１電動機と前記機関とが前記第１回転要素を介して連結され、機関および第１電動機と前記第３回転要素との連結が遮断される。従って、走行状態に応じて前記機関を駆動させて第１電動機による発電を行い、前記第３回転要素に連結された前記第２電動機によって走行するシリーズ走行が可能となる。

また、好適には、第１発明において、前記第２外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うと、前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結される。従って、前記差動機構の各回転要素が一体回転させられるので、差動機構の差動作用が禁止され、機関の動力が動力分配されることなく駆動輪に伝達される差動機構ロック走行が可能となる。

また、好適には、前記部材は、同期噛合機構を備えて構成されている。このようにすれば、噛合歯の滑らかな噛み合いが可能となる。

本発明が好適に適用されるハイブリッド車両用駆動装置を概略的に示す骨子図である。 図１のハイブリッド車両用駆動装置において、遊星歯車装置の各回転要素の相対回転速度を示す共線図である。 図１のハイブリッド車両用駆動装置において、スリーブが右側に移動した状態を示す骨子図である。 図３の状態における、遊星歯車装置の各回転要素の相対回転速度を示す共線図である。 図１のハイブリッド車両用駆動装置において、スリーブが左側に移動した状態を示す骨子図である。 図５の状態における、遊星歯車装置の各回転要素の相対回転速度を示す共線図である。 各走行モードに対応するドグクラッチの噛み合わせを示す対応図である。 本発明の他の実施例であるハイブリッド車両用駆動装置を概略的に示す骨子図である。 図８のハイブリッド車両用駆動装置において、スリーブが軸方向において右側に移動した状態を示す骨子図である。 図８のハイブリッド車両用駆動装置において、スリーブが軸方向において左側に移動した状態を示す骨子図である。

ここで、好適には、前記無段変速走行は、前記第１電動機と前記第２回転要素とが連結されるので、第２回転要素の回転速度を第１電動機によって制御することで、差動機構の差動作用により機関に連結された第１回転要素の回転速度を無段階的に変速することができる。従って、無段変速走行において、差動機構を無段変速機として機能させることができる。

また、好適には、前記差動機構ロック走行は、前記第１回転要素と前記第２回転要素とが連結されるので、差動機構の各回転要素が一体的に回転させられることとなる。従って、差動機構ロック走行では、差動機構による動力分配が行われず、機関から出力される動力によって走行される。また、機関だけでなく、第１電動機および第２電動機によって走行することも可能となる。

また、好適には、前記シリーズ走行は、前記機関と前記第１電動機とが連結されるので、機関および第１電動機と前記第３回転要素との連結が遮断される。従って、シリーズ走行では、機関の動力を第１電動機によって電力に変換し、その電力を第２電動機に供給し第２電動機によって走行することができる。また、シリーズ走行の他の態様として、第１電動機による発電が不要な場合には、機関および第１電動機の運転を停止して、第２電動機によって走行することもできる。

また、好適には、機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関が使用される。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両用駆動装置１０（以下、駆動装置１０という）の概略構成を示す骨子図である。なお、駆動装置１０は、軸心Ｃに対して略対称に構成されているため、下側半分が省略されている。図１において、駆動装置１０は、駆動源として機能するエンジン１２（本発明の機関に対応）と、駆動輪１３との間に、差動機構として機能する遊星歯車装置１４、第１電動機ＭＧ１、および第２電動機ＭＧ２とを備えて構成されている。

エンジン１２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関であって、マイクロコンピュータを主体とするエンジン制御用の電子制御装置（Ｅ−ＥＣＵ）によって、スロットル弁開度や吸入空気量、燃料供給量、点火時期などの運転状態が電気的に制御されるように構成されている。

遊星歯車装置１４は、軸心Ｃ上に配置されており、サンギヤＳ１と、そのサンギヤＳ１に対して同心円上に配置されたリングギヤＲ１と、これらサンギヤＳ１およびリングギヤＲ１に噛み合うピニオンギヤＰ１を自転かつ公転自在に支持するキャリヤＣＡ１とを三つの回転要素として備えて公知の差動作用を生じるシングルピニオン型の遊星歯車機構である。

遊星歯車装置１４において、キャリヤＣＡ１がクランク軸１６を介してエンジン１２に連結されている。また、リングギヤＲ１が、出力回転部材として機能し、出力軸１８を介して第２電動機ＭＧ２に連結されている。なお、図１において省略されているが、出力軸１８は駆動輪１３に作動的に連結されている。また、サンギヤＳ１およびキャリヤＣＡ１が、後述するドグクラッチ２０を介して第１電動機ＭＧ１に選択的に連結される。なお、遊星歯車装置１４のキャリヤＣＡ１が本発明の第１回転要素に対応し、サンギヤＳ１が本発明の第２回転要素に対応し、リングギヤＲ１が本発明の第３回転要素に対応している。

本実施例のドグクラッチ２０は、図示しない同期噛合機構を有し、第１電動機ＭＧ１と、遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１と、遊星歯車装置１４のキャリヤＣＡ１との連結状態を選択的に切り換えるように構成されている。ドグクラッチ２０は、内周歯２２が形成されて軸心Ｃまわりに回転可能な円筒状のスリーブ２４を備えており、このスリーブ２２を軸方向に移動させて内周歯２２と噛み合う後述する外周歯の組合せを切り換えることで、各回転要素の連結状態を切り換える。なお、スリーブ２４の外周部には、円還状の環状溝２６が形成された嵌合部材２８が設けられており、この嵌合溝２６に電動アクチュエータ３０によって軸方向に移動可能なフォーク３２が嵌合されている。これより、電動アクチュエータ３０を制御することで、フォーク３２および嵌合部材２８を介してスリーブ２４を軸方向（図１において左右方向）に移動することができる。

また、ドグクラッチ２０は、内周歯２２が形成されているスリーブ２４と、そのスリーブ２４の内周歯２２に対向する位置に配置され、軸心Ｃまわりに回転可能な円還状の第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０を備えている。第１外周歯３６、第２外周歯３８、第３外周歯４０は、軸方向にも径方向にも寸法が等しくされており、内周歯２２と噛合可能な位置で軸方向に並んで配置されている。そして、スリーブ２４が軸方向に移動して、スリーブ２４の内周歯２２が外周歯（第１外周歯３６乃至第３外周歯４０）と径方向に重なる位置にくると、その外周歯が内周歯２２と噛み合うこととなる。図１に示すように、第１外周歯３６は第１電動機ＭＧ１に連結され、第２外周歯３８は遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１（第２回転要素）に連結され、第３外周歯４０は遊星歯車装置１４のキャリヤＣＡ１（第１回転要素）に連結されている。また、本実施例では、軸方向においてエンジン１２側（図１において左側）から、第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０の順番で軸方向に並んで配置されている。なお、以下において、軸方向のエンジン１２側が図の左側、第２電動機ＭＧ２側が図の右側に対応するものとする。なお、ドグクラッチ２０が本発明の部材に対応し、内周歯２２が本発明の前記１つの噛合歯に対応し、第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０が、本発明の３つの噛合歯に対応している。

また、スリーブ２４の内周歯２２において、軸方向の一部に、外周歯（３６、３８、４０）との噛合を解除するための欠歯４２が形成されている。また、この欠歯４２が形成されることで、内周歯２２は、軸方向においてエンジン１２側に形成される第１内周歯２２ａ、および軸方向において第２電動機ＭＧ２側に形成される第２内周歯２２ｂに分割される。これより、前記欠歯４２と軸方向において同じ位置となる外周歯すなわち径方向において欠歯４２と重複する外周歯は、ドグクラッチ２０の内周歯２２との噛合から解除される。例えば図１は、欠歯４２と第３外周歯４０とが軸方向において同じ位置となることで、第３外周歯４０と内周歯２２との噛合が解除され、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが、内周歯２２（第１内周歯２２ａ）と噛み合わされている状態を示している。このとき、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが内周歯２２と噛み合うため一体回転させられ、第１外周歯３６に連結された電動機ＭＧ１と第２外周歯３８に連結されたサンギヤＳ１とが、ドグクラッチ２０を介して連結される。すなわち、ドグクラッチ２０は、内周歯２２と噛み合う外周歯に連結された部材同士を連結する機能を有している。

上記第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とが連結されたときの、遊星歯車装置１４の各回転要素の相対回転速度を示す共線図を図２に示す。図２において、縦線ＭＧ１が第１電動機ＭＧ１の回転速度Ｎmg1を示しており、縦線Ｓ１が遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１の回転速度Ｎs1を示しており、縦線ＣＡ１が遊星歯車装置１４のキャリヤＣＡ１の回転速度すなわちエンジン１２の回転速度Ｎeを示しており、縦線Ｒ１が遊星歯車装置１４のリングギヤＲ１の回転速度すなわち出力軸１８の回転速度Ｎoutを示している。第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とが連結された状態では、サンギヤＳ１の回転速度Ｎs1を第１電動機ＭＧ１によって制御することができるので、第１電動機ＭＧ１の回転速度Ｎmg1を上下に変化させることにより、遊星歯車装置１４の差動作用によってキャリヤＣＡ１の回転速度すなわちエンジン１２の回転速度Ｎeを連続的（無段階）に変化（変速）することができる。これより、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが噛み合うことで第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とが連結され、遊星歯車装置１４の差動状態を第１電動機ＭＧ１によって制御することで、遊星歯車装置１４を電気的な無段変速機として作動させる無段変速走行が可能となる。

図３は、スリーブ２４が図１の状態よりも１外周歯分だけ第２電動機ＭＧ２側（図において右側）に移動した状態を示している。図３に示すように、軸方向において欠歯４２と同じ位置には外周歯が存在しないものの、スリーブ２４の軸方向においてエンジン１２側の端部が第１外周歯３６よりも第２電動機ＭＧ２側に位置されることで、第１外周歯３６と内周歯２２との噛合が解除されている。一方、第２外周歯３８と第３外周歯４０とが、内周歯２２（第１内周歯２２ａ）と噛み合わされた状態となっている。このとき、第２外周歯３８と第３外周歯４０とが一体回転させられ、第２外周歯３８に連結されたサンギヤＳ１と第３外周歯４０に連結されたキャリヤＣＡ１とがドグクラッチ２０を介して連結される。

上記遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１とが連結されたときの、遊星歯車装置１４の各回転要素の相対回転速度を示す共線図を図４に示す。なお、図４の各縦線は、前述した図２の共線図と同じ回転要素の回転速度を示しているので、その説明を省略する。遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１とが連結された状態では、遊星歯車装置１４の差動作用が禁止され、サンギヤＳ１、キャリヤＣＡ１、およびリングギヤＲ１が一体回転させられて回転速度が等しくなる。従って、エンジン１２の動力が遊星歯車装置１４によって動力分配されることなく出力軸１８を介して駆動輪１３に伝達される差動機構ロック走行が可能となる。また、差動機構ロック走行では、エンジン１２だけではなく、第２電動機ＭＧ２の動力によって走行することもでき、例えばエンジン１２および第２電動機ＭＧ２の両方の動力によって走行することもできる。また、第１電動機ＭＧ１は、動力伝達経路が遮断されているので、負荷運転はなされずに回転停止状態となる。これより、第２外周歯３８と第３外周歯４０とが噛み合うことで、サンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１が連結され、前記差動機構ロック走行に切り換えられる。

図５は、スリーブ２４が図１の状態よりも１外周歯分だけエンジン１２側（図において左側）に移動した状態を示している。図５に示すように、欠歯４２と第２外周歯３８とが軸方向において同じ位置（径方向において重複する位置）となることで、第２外周歯３８と内周歯２２との噛み合わせが解除され、第１外周歯３６が第１外周歯２２ａと噛み合い、第３外周歯４０が第２内周歯２２ｂと噛み合っている。このとき、第１外周歯３６と第３外周歯４０とが一体回転させられ、第１外周歯３６に連結された第１電動機ＭＧ１と第３外周歯４０に連結されたエンジン１２とが、ドグクラッチ２０を介して連結される。

上記第１電動機ＭＧ１とエンジン１２とが連結されたときの、遊星歯車装置１４の各回転要素の相対回転速度を示す共線図を図６に示す。なお、図６の各縦線は、前述した図２の共線図と同じ回転要素の回転速度を示しているので、その説明を省略する。第１電動機ＭＧ１とエンジン１２とが連結された状態では、サンギヤＳ１が反力要素を持たないため、遊星歯車装置１４はニュートラル状態（浮遊状態）となる。すなわち、エンジン１２および第１電動機ＭＧ１と、出力軸１８との連結が遮断される。これより、エンジン１２を駆動させて第１電動機ＭＧ１の回生による発電が可能となる。さらにその発電された電力を第２電動機ＭＧ２に供給して走行するシリーズ走行が可能となる。また、シリーズ走行時において、第１電動機ＭＧ１による発電が不要である場合には、エンジン１２および第１電動機ＭＧ１が停止され、図示しない蓄電装置からの電力によって第２電動機ＭＧ２による走行が実施される。これより、第１外周歯３６と第３外周歯４０とが噛み合うことで第１電動機ＭＧ１とエンジン１２とが連結され、前記シリーズ走行に切り換えられる。

上記のように１つのドグクラッチ２０によって第１電動機ＭＧ１の連結状態を切り換えることで、無段変速走行、差動機構ロック走行、およびシリーズ走行の何れかに切り換えることができる。図７は、各走行態様に対応するドグクラッチ２０の噛み合わせを示している。図７において、ＭＧ１は第１電動機ＭＧ１に連結された第１外周歯３６、Ｓ１はサンギヤＳ１に連結された第２外周歯３８、ＣＡ１はキャリヤＣＡ１に連結された第３外周歯４０の噛合状態をそれぞれ示し、具体的には、「○」がドグクラッチ２０との噛合、「×」がドグクラッチ２０との噛合解除を示している。

例えば、モード１は、サンギヤＳ１に連結された第２外周歯３８とキャリヤＣＡ１に連結された第３外周歯４０とが、ドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合っていることを示している。すなわち、遊星歯車装置１４のサンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１とがドグクラッチ２０を介して連結されていることを示している。このとき、遊星歯車装置１４の差動作用が禁止されて各回転要素が一体的に回転することから、モード１が前記差動機構ロック走行に対応している。

また、モード２は、第１電動機ＭＧ１に連結された第１外周歯３６とサンギヤＳ１に連結された第２外周歯３８とが、ドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合っていることを示している。すなわち、第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とがドグクラッチ２０を介して連結されていることを示している。このとき、第１電動機ＭＧ１によってサンギヤＳ１の回転速度を制御することで遊星歯車装置１４の差動状態を制御することができる。従って、モード２が、遊星歯車装置１４を電気的な無段変速機として作動させる前記無段変速走行に対応している。

また、モード３は、第１電動機ＭＧ１に連結された第１外周歯３６とキャリヤＣＡ１に連結された第３外周歯４０とが、ドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合っていることを示している。すなわち、第１電動機ＭＧ１とキャリヤＣＡ１とが、ドグクラッチ２０を介して連結されていることを示している。このとき、エンジン１２を駆動させて第１電動機ＭＧ１による発電が可能となり、さらに例えば発電された電力を第２電動機ＭＧ２に供給して走行することができる。従って、モード３が前記シリーズ走行に対応している。

ここで、例えば差動機構ロック走行（モード１）からシリーズ走行（モード３）、或いは、シリーズ走行（モード３）から差動機構ロック走行（モード１）に切り換える際には、必ず無段変速走行（モード２）を介して切り換えられるようにドククラッチ２０が構成されている。例えば、ドグクラッチ２０のスリーブ２４が軸方向において第２電動機ＭＧ２（右側）側に移動した状態では、第２外周歯３８と第３外周歯４０とがドグクラッチ２０と噛み合う（図３参照）ことで差動機構ロック走行（モード１）となる。この状態からスリーブ２４が１外周歯分だけエンジン１２側（左側）へ軸方向に移動すると、第１外周歯３６と第２外周歯３８とがドグクラッチ２０と噛み合う（図１参照）ことで、無段変速走行（モード２）に切り換えられる。さらに、スリーブ２４が１外周歯分だけエンジン１２側へ軸方向に移動すると、第１外周歯３６と第３外周歯４０とが噛み合う（図５参照）ことで、シリーズ走行（モード３）に切り換えられる。このように、差動機構ロック走行（モード１）からシリーズ走行（モード３）に切り換える場合、無段変速走行（モード２）を中継することとなる。また、シリーズ走行（モード３）から差動機構ロック走行（モード１）に切り換える場合においても同様に、無段変速走行（モード２）を中継することとなる。従って、ドグクラッチ２０は、差動機構ロック走行（モード１）またはシリーズ走行（モード３）に切り換える場合、必ず無段変速走行（モード２）の状態から切り換えられるように構成されている。

上記のように、走行モードが切り換えられるドグクラッチ２０の具体的な構造について説明する。ドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合う外周歯は、図１等に示すように、第１外周歯３６、第２外周歯３８、第３外周歯４０の順番で軸方向に配置されている。また、スリーブ２４に形成されている内周歯２２は、その間に欠歯４２が形成されていることから、欠歯４２を挟んでエンジン１２側に形成される第１内周歯２２ａおよび第２電動機ＭＧ２側に形成される第２内周歯２２ｂで形成されている。軸方向において第１外周歯３６側に形成される第１内周歯２２ａは２個の外周歯を噛合可能な程度に軸方向の長さが設定され、軸方向において第３外周歯４０側に形成される第２内周歯２２ｂは１個の外周歯を噛合可能な程度に軸方向の長さが設定されている。また、第１内周歯２２ａと第２内周歯２２ｂの間に形成されている欠歯４２は、軸方向において１個の外周歯の噛合を阻止する程度の長さに設定されている。なお、本実施例では、各外周歯（３６、３８、４０）は、それぞれ軸方向の長さが等しく、隣り合う外周歯との間隔も短く設定されている。

このようにドグクラッチ２０が構成されると、図３に示すスリーブ２４が最も第２電動機ＭＧ２側（右側）に移動した状態では、第２外周歯３８と第３外周歯４０とがドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合い、第１外周歯３６がドグクラッチ２０の内周歯２２との噛合が解除される（差動機構ロック走行）。また、図５に示すスリーブ２４が最もエンジン１２側（左側）に移動した状態では、第１外周歯３６と第３外周歯４０とがドグクラッチ２０の内周歯２２と噛み合い、第２外周歯３８が欠歯４２と径方向に重なることで噛合が解除される（シリーズ走行）。また、図１に示すスリーブ２４が軸方向において図３および図５の中間位置に移動した状態では、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが噛み合い、第３外周歯４０が欠歯４２と径方向に重なることで噛合が解除される（無段変速走行）。これより、図１に示すスリーブ２４が中間位置に移動した状態では、無段変速走行とされるので、差動機構ロック走行またはシリーズ走行に切り換える際には、必ず無段変速走行から切り換えることとなる。また、差動機構ロック走行からシリーズ走行、或いはシリーズ走行から差動機構ロック走行に切り換える際にも、無段変速走行を介して切り換えられ、直接差動機構ロック走行からシリーズ走行、或いはシリーズ走行から差動機構ロック走行には切り換えられない。

このように、差動機構ロック走行およびシリーズ走行に切り換える際には、無段変速走行の状態から切り換えられることで、速やかな切換が可能となる。ドグクラッチ２０には、同期機構が設けられており、回転速度を同期させてドグクラッチ２０が噛み合わされるが、噛み合わせる回転要素間の差回転が大きい場合には、回転同期が困難となる場合がある。これに対して、無段変速走行では、第１電動機ＭＧ１を制御することで、予め噛み合わせる回転要素間の回転速度を同期することができるので、速やかな切換が可能となる。

例えば、差動機構ロック走行に切り換える際には、無段変速走行の状態から切り換えられるので、第１電動機ＭＧ１を制御してキャリヤＣＡ１およびサンギヤＳ１の回転速度をリングギヤＲ１に連結された出力軸１８の回転速度となるように同期制御することで、差動機構ロック走行への切換の際にドグクラッチ２０によって連結されるサンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１との差回転をなくし、速やかにドグクラッチ２０を切り換えることができる。また、差動機構ロック走行を無段変速走行に切り換える際には、第１電動機ＭＧ１の回転速度Ｎmg1をサンギヤＳ１の回転速度Ｎs1に同期することで、切換の際に連結される第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１との差回転をなくすことにより、ドグクラッチ２０を速やかに切り換えて無段変速走行に切り換えることができる。

また、シリーズ走行に切り換える際にも同様に、無段変速走行の状態から切り換えられるので、第１電動機を制御してサンギヤＳ１およびキャリヤＣＡ１（エンジン１２）の回転速度が等しくなるように同期制御することで、サンギヤＳ１とエンジン１２の差回転をなくすことによりドグクラッチ２０を速やかに切り換えて、シリーズ走行へ切り換えることができる。また、シリーズ走行から無段変速走行に切り換える際には、第１電動機ＭＧ１を制御して第１電動機ＭＧ１の回転速度Ｎmg1とサンギヤＳ１の回転速度とが等しくなるように制御することで、サンギヤＳ１と第１電動機ＭＧ１との差回転をなくすことによりドグクラッチ２０を速やかに切り換えて無段変速走行に切り換えることができる。

上述のように、本実施例によれば、１つのドグクラッチ２０で無段変速走行、シリーズ走行、および差動機構ロック走行の３つの走行態様に切り換えることができるため、シンプルな構造で各走行態様への切換が可能となり、部品点数の増加も抑制される。また、クラッチがドククラッチ２０であるため、油圧式摩擦係合装置（油圧クラッチ）を使用した場合に生じる引き摺りも生じないので、燃費の悪化も防止される。

また、本実施例によれば、ドグクラッチ２０は、シリーズ走行および差動機構ロック走行に切り換える際には、いずれも無段変速走行から切り換えられるように構成されている。このようにすれば、シリーズ走行および差動機構ロック走行に切り換える際には、無段変速走行の状態から切り換えられるので、第１電動機ＭＧ１を制御することにより、遊星歯車装置１４の各回転要素の回転速度を、予め切り換えられる走行態様に応じた回転速度に適宜制御することができる。従って、切り換えられる走行態様へ速やかに切り換えることができる。

また、本実施例によれば、ドグクラッチ２０は、内周側に内周歯２２が形成された筒状のスリーブ２４と、第１電動機ＭＧ１に連結された第１外周歯３６と、サンギヤＳ１に連結された第２外周歯３８と、キャリヤＣＡ１に連結された第３外周歯４０とを、備え、第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０は、スリーブ２４の内周歯２２が、径方向に重なる位置に移動すると内周歯２２と噛み合わされ、第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０は、それぞれ同じ大きさに形成され、且つ、第１外周歯３６、第２外周歯３８、第３外周歯４０の順番で軸方向に並んで配置されており、スリーブ２４の内周歯２２は、軸方向において第１周歯３６側に形成されて２つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第１内周歯２２ａ、第３外周歯４０側に形成されて１つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第２内周歯２２ｂからなり、第１内周歯２２ａと第２内周歯２２ｂとの間には、１つの外周歯との噛合を阻止する欠歯４２が形成されており、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが内周歯２２と噛み合うことで無段変速走行が可能となり、第１外周歯３６と第３外周歯４０とが内周歯２２と噛み合うことでシリーズ走行が可能となり、第２外周歯３８と第３外周歯４０とが内周歯２２と噛み合うことで差動機構ロック走行が可能となる。

このようにすれば、例えばスリーブを軸方向において第３外周歯４０側（第２電動機ＭＧ２側）に移動させて、第２外周歯３８および第３外周歯４０を噛み合わせて差動機構ロック走行可能とし、その状態からスリーブ２４を１外周歯分だけ第１外周歯３６側（エンジン１２側）に移動させて第１外周歯３６と第２外周歯３８とを噛み合わせて無段変速走行可能とし、さらにスリーブ２４を１外周歯分だけ第１外周歯３６側に移動させて第１外周歯３６と第３外周歯４０を噛み合わせてシリーズ走行可能とすることができる。すなわち、例えばスリーブ２４を第３外周歯４０側から第１外周歯３６側に向かって軸方向に移動させると、第２外周歯３８と第３外周歯４０とを噛み合わせることで達成される差動機構ロック走行、第１外周歯３６と第２外周歯３８とを噛み合わせることで達成される無段変速走行、第１外周歯３６と第３外周歯４０とを噛み合わせることで達成されるシリーズ走行に順次切り換えることができる。これより、ドグクラッチ２０を、差動機構ロック走行およびシリーズ走行に切り換える場合には、必ず無段変速走行から切り換える構成とすることができる。

また、本実施例によれば、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが内周歯２２と噛み合うと、第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とが連結される。従って、第１電動機ＭＧ１によってサンギヤＳ１の回転速度を制御して遊星歯車装置１４の差動状態を制御することにより、エンジン１２に連結されたキャリヤＣＡ１の回転速度を無段階的に変速する無段変速走行が可能となる。

また、本実施例によれば、第１外周歯３６と第３外周歯４０とが内周歯２２と噛み合うと、第１電動機ＭＧ１とエンジン１２とがキャリヤＣＡ１およびクランク軸１６を介して連結され、エンジン１２および第１電動機ＭＧ１と出力軸１８（リングギヤＲ１）との連結が遮断される。従って、走行状態に応じてエンジン１２を駆動させて第１電動機ＭＧ１による発電を行い、出力軸１８に連結された第２電動機ＭＧ２によって走行するシリーズ走行が可能となる。

また、本実施例によれば、第２外周歯３８と第３外周歯４０とが内周歯２２と噛み合うと、キャリヤＣＡ１とサンギヤＳ１とが連結される。従って、遊星歯車装置１４の各回転要素が一体回転させられるので、遊星歯車装置１４の差動作用が禁止され、エンジン１２の動力が動力分配されることなく駆動輪１３に伝達される差動機構ロック走行が可能となる。

また、本実施例によれば、ドグクラッチ２０は、同期噛合機構を備えて構成されている。このようにすれば、ドククラッチ２０の滑らかな切換が可能となる。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図８は、本発明の他の実施例であるハイブリッド車両用駆動装置６０（以下、駆動装置６０）の骨子図である。駆動装置６０を前述した駆動装置１０と比較すると、ドグクラッチ６２（本発明の部材に対応）の構造が異なるのみであり、他の構成については共通している。以下、駆動装置１０と共通する構成については省略し、駆動装置１０と異なるドグクラッチ６２の構造について説明する。

本実施例のドグクラッチ６２は、図示しない同期噛合機構、および内周部に第１内周歯６６ａおよび第２内周歯６６ｂが形成されたスリーブ６４を備えて構成されている。なお、スリーブ６４を軸方向に移動させる構成については前述の実施例と同様であるのでその説明を省略する。

スリーブ６４に形成されている内周歯６６（本発明の１つの噛合歯に対応）は、上記第１内周歯６６ａおよび第２内周歯６６ｂから成り、これら第１内周歯６６ａおよび第２内周歯６６ｂの間には欠歯６８が形成されている。ここで、本実施例の第１内周歯６６ａは、軸方向に並ぶ第１外周歯３６乃至第３外周歯４０の全て外周歯が第１内周歯６６ａと噛み合うことができる長さに設定されている。すなわち３個の外周歯と噛み合い可能となるように軸方向の長さが設定されている。また、第２内周歯６６ｂは、１個の外周歯と噛合可能となる軸方向の長さに設定されており、欠歯６８は、１つの外周歯との噛合が解除される軸方向の長さに設定されている。このようにドグクラッチ６２が構成されることで、第１電動機ＭＧ１に連結された第１外周歯３６は、常時ドグクラッチ２０に噛み合わされることとなる。

図８は、スリーブ６４が軸方向において中間位置に移動した状態を示している。この状態は、前述の実施例において図１に対応している。このとき、第１外周歯３６と第２外周歯３８とが噛み合うことで、第１電動機ＭＧ１とサンギヤＳ１とが連結され、前記無段変速走行に切り換えられる。

図９は、スリーブ６４が軸方向において最も第２電動機ＭＧ２側（右側）に移動した状態に対応している。この状態は、前述の実施例において図３に対応している。このとき、第１外周歯３６、第２外周歯３８、および第３外周歯４０の全ての外周歯がドグクラッチ６２の第１内周歯６６ａと噛み合うことで、サンギヤＳ１とキャリヤＣＡ１とが連結され、遊星歯車装置１４の差動作用が禁止される。従って、前記差動機構ロック走行に切り換えられる。なお、前述の実施例の駆動装置１０では、第１外周歯３６の噛合が解除されていたが、本実施例では、第１外周歯３６が第１内周歯６６ａと噛み合うため、第１電動機ＭＧ１が遊星歯車装置１４と共に一体回転させられる。

図１０は、スリーブ６４が軸方向において最もエンジン１２側（左側）に移動した状態を示している。この状態は、前述の実施例において図５に対応している。このとき、第１外周歯３６および第３外周歯４０がドグクラッチ６２の内周歯６６と噛み合う一方、第２外周歯３８は欠歯６８と重なることで噛合が解除される。従って第１電動機ＭＧ１とエンジン１２とが接続されることで、前記シリーズ走行に切り換えられる。

このように、本実施例においても、前述の実施例と同様の効果が得られ、例えば、１つのドグクラッチ６２によって、差動機構ロック走行、無段変速走行、およびシリーズ走行に切り換えることが可能となる。また、本実施例では、差動機構ロック走行において、第１外周歯３６が第１内周歯６６ａと噛み合うことで、第１電動機ＭＧ１が連れ回される分だけ損失が生じるが、第１電動機ＭＧ１による発電や駆動が可能となる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、エンジン１２とキャリヤＣＡ１とは、クランク軸１６を介して直結されていたが、エンジン１２とキャリヤＣＡ１との間にクラッチを設けても構わない。このようにすれば、例えば遊星歯車装置１４の差動作用を禁止した差動機構ロック走行で第２電動機ＭＧ２で走行する場合には、クラッチを解放することでエンジンの連れ回りをなくして燃費を向上することができる。

また、前述の実施例では、ドグクラッチ２０、６２は、電動アクチュエータ３０で駆動されるとしたが、電動アクチュエータ３０に限定されず、例えば油圧アクチュエータを用いるなど、スリーブ２４、６４を軸方向に移動可能な構成であれば特に限定されない。

また、前述の実施例において、第１外周歯３６乃至第３外周歯４０の軸方向の長さは、何れも同じ長さに設定されているとしたが、各外周歯の軸方向の長さが異なっていても構わない。なお、このように各外周歯の軸方向の長さが異なる場合、差動機構ロック走行およびシリーズ走行に切り換える際には、無段変速走行から切り換えられるように、内周歯２２、６６の長さや欠歯４２、６８の長さを適宜調整する必要が生じる。

また、前述の実施例では、差動機構は遊星歯車装置１４で構成され、キャリヤＣＡ１がエンジン１２に連結され、リングギヤＲ１が出力軸１８に連結され、サンギヤＳ１がドグクラッチ２０を介して第１電動機ＭＧ１に連結されていたが、上記連結関係は、矛盾のない範囲で適宜変更しても構わない。

また、前述の実施例において、ドグクラッチ２０、６２は、同期噛合機構を備えるとしたが、必ずしも同期噛合機構を備えなくても構わない。同期の際には、第１電動機ＭＧ１によって同期することが可能であるためである。

また、前述の実施例において、ドグクラッチ２０、６２の具体的な構造は一例であって、差動機構ロック走行およびシリーズ走行に切り換える際には、無段変速走行から切り換えられる構成である範囲において適宜変更することができる。

また、前述の実施例において、出力軸１８と駆動輪１３との間に変速機等を介挿しても構わない。

また、前述の実施例において、各走行を切り換える装置（部材）としてドグクラッチが使用されていたが、３つの噛合歯とそれに対向する１つの噛合歯からなる装置であれば、特に限定されない。

また、前述の実施例において、内燃機関であるエンジン１２が使用されているが、外燃機関などの他の駆動源が使用されても構わない。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０、６０：ハイブリッド車両用駆動装置
１２：エンジン（機関）
１４：遊星歯車装置（差動機構）
２０、６２：ドグクラッチ（部材）
２２、６６：内周歯（１つの噛合歯）
２２ａ、６６ａ：第１内周歯
２２ｂ、６６ｂ：第２内周歯
２４、６４：スリーブ
３６：第１外周歯（３つの噛合歯）
３８：第２外周歯（３つの噛合歯）
４０：第３外周歯（３つの噛合歯）
４２、６８：欠歯
ＣＡ１：キャリヤ（第１回転要素）
Ｓ１：サンギヤ（第２回転要素）
Ｒ１：リングギヤ（第３回転要素）
ＭＧ１：第１電動機
ＭＧ２：第２電動機

Claims (1)

1. 機関と、第１電動機と、第２電動機と、３つの回転要素を有する差動機構とを備え、前記機関が前記差動機構の第１回転要素に連結され、前記第２電動機が出力回転部材である前記差動機構の第３回転要素に連結され、前記第１電動機が前記差動機構の前記第１回転要素および前記第２回転要素に連結可能に構成され、該第１電動機の連結状態を切り換えることにより、前記第１電動機を制御して前記差動機構を無段変速機として機能させる無段変速走行と、走行状態に応じて前記機関を停止させる、もしくは駆動させて前記第１電動機による発電を行い、前記第２電動機によって走行するシリーズ走行と、前記差動機構の差動作用を禁止する差動機構ロック走行とに、切換可能なハイブリッド車両用駆動装置であって、
   前記各走行は、３つの噛合歯とそれに対向する１つの噛合歯を有する部材によって切り換えられ、
   前記部材は、前記シリーズ走行および前記差動機構ロック走行に切り換える際には、いずれも前記無段変速走行から切り換えられるように構成され、
   前記部材において、
   前記１つの噛合歯は、筒状のスリーブの内周歯に形成された内周歯であり、
   前記３つの噛合歯は、前記第１電動機に連結された第１外周歯と、前記第２回転要素に連結された第２外周歯と、前記第１回転要素に連結された第３外周歯とから成り、
   前記第１外周歯、前記第２外周歯、および前記第３外周歯は、前記スリーブの前記内周歯が、径方向に重なる位置に移動すると該内周歯と噛み合わされ、
   前記第１外周歯、前記第２外周歯、および前記第３外周歯は、それぞれ軸方向において略同じ長さに形成され、且つ、前記第１外周歯、前記第２外周歯、前記第３外周歯の順番で軸方向に並んで配置されており、
   前記スリーブの内周歯は、軸方向において前記第１外周歯側に形成されて少なくとも２つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第１内周歯、および、軸方向において前記第３外周歯側に形成されて少なくとも１つの外周歯と噛合可能な長さに形成されている第２内周歯からなり、前記第１内周歯と前記第２内周歯との間には、１つの外周歯との噛合を阻止する欠歯が形成されており、
   前記第１外周歯と前記第２外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記無段変速走行が可能となり、
   前記第１外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記シリーズ走行が可能となり、
   前記第２外周歯と前記第３外周歯とが前記内周歯と噛み合うことで前記差動機構ロック走行が可能となる
   ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。

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