JP6451524B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンとモータとを駆動力源として備えた駆動装置に関する。特に、エンジンに加えて二つのモータもしくはモータ・ジェネレータを備えたハイブリッド駆動装置に関するものである。
この種の駆動装置の一例が特許文献1に記載されている。第1のモータは、主として、エンジン回転数を制御するモータであって、エンジンと第1のモータとが、動力分割機構を構成している遊星歯車機構における所定の回転要素にそれぞれ連結されている。その動力分割機構における出力要素から出力されるトルクを変化させるための変速部が設けられている。その変速部は、動力分割機構の出力要素が連結された入力要素と、反力要素と、出力要素とを有する遊星歯車機構によって構成され、反力要素を選択的に固定する第1の係合機構と、反力要素と入力要素とを連結して変速部の全体を選択的に一体化する第2の係合機構とを備えている。
動力分割機構を備えているハイブリッド車では、エンジンと第1のモータとがトルク伝達可能に連結されているので、第1のモータによってエンジンをクランキングすることも可能である。特許文献2には、第1のモータによるクランキングトルクを増大させるための機構として、第2のモータ以外の機構を設けた例が記載されている。
特許文献3には、上記の特許文献1に記載されている装置と同様に、動力分割機構の出力側に変速部を設けたハイブリッド車の駆動装置が記載されている。特許文献3に記載された装置における変速部は遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤが固定され、キャリヤが入力要素となっており、リングギヤが出力要素となっている。リングギヤを出力ギヤに連結する第1のクラッチと、キャリヤを出力ギヤに連結する第2のクラッチと、キャリヤを固定するブレーキとの三つの係合機構を更に備えている。この特許文献3に記載された装置は、第2のモータの駆動力で走行するEVモードと、第1のモータをエンジンで駆動して発電した電力により第2のモータを駆動して走行するシリーズモードと、エンジンが出力した動力を第1のモータ側と出力ギヤ側とに分割し、出力ギヤから出力されるトルクに、第2のモータが出力するトルクを付加し、これらのトルクによって走行するハイブリッドモードとを設定できる、とされている。
特開2014−51146号公報 特許第3852321号公報 特許第5391959号公報
特許文献1に記載された装置は、動力分割機構の出力要素を、ハイおよびローの二段に変速することのできる変速部に連結した構成であるから、駆動トルクあるいは出力回転数を高低二段に切り替えることができる。しかしながら、エンジンが動力を出力する場合には、第1のモータによって反力トルクを発生させる必要があるから、第1のモータを走行のためのトルクを出力するモータとして機能させることができない。すなわち、特許文献1に記載された装置では、エンジンと第1および第2のモータの三者が走行のためのトルクを出力する走行モードを設定することができず、走行モードの多様性を高める点では改善の余地がある。このような事情は、特許文献2や特許文献3に記載されている装置においても同様である。
本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、エンジンと二つのモータとの全てが走行のための駆動力を出力する走行モードを可能にするハイブリッド車両用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、本発明は、エンジンと、前記エンジンが出力した動力が分割されて伝達される発電機能のある第1モータと、前記エンジンによるトルクと前記第1モータによるトルクとを出力する出力部材と、走行のためのトルクを出力する第2モータとを有するハイブリッド車両用駆動装置において、前記エンジンが出力した動力が入力される第1入力要素と、前記第1モータに連結されている第1反力要素と、第1出力要素とによって差動作用を行う第1遊星歯車機構と、前記第1出力要素に連結された第2入力要素と、前記出力部材に連結されている第2出力要素と、第2反力要素とによって差動作用を行う第2遊星歯車機構と、前記第1入力要素と前記第1反力要素とのいずれか一方と前記第2反力要素とを選択的に連結する第1クラッチ機構と、前記第2遊星歯車機構における前記第2入力要素と前記第2出力要素と前記第2反力要素とのうちの少なくともいずれか二つの要素を選択的に連結して前記第2遊星歯車機構を一体化させる第2クラッチ機構とを備え、前記第2モータは、前記出力部材に連結されて前記出力部材から出力されるトルクにトルクを付加するように構成されていることを特徴とするものである。
本発明においては、前記第1遊星歯車機構は、第1サンギヤと、前記第1サンギヤに対して同心円上に配置された第1リングギヤと、前記第1サンギヤおよび前記第1リングギヤに噛み合っているピニオンギヤを保持して回転する第1キャリヤとを備えたシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、前記第1反力要素は、前記第1サンギヤと前記第1リングギヤとのいずれか一方であり、かつ前記第1出力要素は、前記第1サンギヤと前記第1リングギヤとのいずれか他方であってよい。
本発明では、第1遊星歯車機構が上記のようにシングルピニオン型遊星歯車機構で構成されている場合、前記第2遊星歯車機構は、第2サンギヤと、前記第2サンギヤに対して同心円上に配置された第2リングギヤと、前記第2サンギヤおよび前記第2リングギヤに噛み合っているピニオンギヤを保持して回転する第2キャリヤとを備えたシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、前記第1リングギヤと前記第2キャリヤとが連結され、前記第1クラッチ機構は、前記第1キャリヤと前記第2サンギヤとを連結するように構成されていてよい。
また、本発明では、前記第1遊星歯車機構および第2遊星歯車機構は同一軸線上に前記軸線の方向に並んで配置され、前記第1クラッチ機構および第2クラッチ機構は、前記第1遊星歯車機構および第2遊星歯車機構と同一軸線上で、前記第2遊星歯車機構を挟んで前記第1遊星歯車機構とは反対側に配置されていてよい。
さらに、本発明は、前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータと前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とを制御するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記第1クラッチ機構と第2クラッチ機構とを係合させ、かつ前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとから、前記ハイブリッド車両を走行させるための駆動力を出力させるように構成されていてよい。
本発明は、前記第1入力要素の回転を選択的に阻止するブレーキ機構を更に備えることができる。
本発明においては、第1クラッチ機構を係合させることにより第1遊星歯車機構と第2遊星歯車機構とにおける二つの回転要素同士が連結されるので、これらの遊星歯車機構が複合遊星歯車機構を構成し、これに加えて第2クラッチ機構を係合させることにより、前記複合遊星歯車機構の全体が一体化される。その結果、エンジンと第1モータとが出力部材にいわゆる直結された状態になるので、エンジンおよび第2モータに加えて第1モータが走行のための駆動力を出力でき、結局、エンジンおよび二つのモータの全てが走行のための駆動力を出力する走行モードが可能になる。
また、本発明では、各遊星歯車機構をシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成し、各クラッチ機構を、第2遊星歯車機構を挟んで第1遊星歯車機構とは反対側に配置することにより、前述した回転要素同士の連結やそれらの回転要素と各クラッチ機構あるいは第1モータもしくはエンジンとの連結が容易になり、駆動装置の全体としての構成を簡素化でき、また小型化できる。
さらに、本発明によれば、第1入力要素の回転を選択的に阻止するブレーキ機構を設けることにより、第1モータのトルクを走行のためのトルクとして出力部材に伝達することが可能になる。そのため、第1モータと第2モータとを駆動力源としたいわゆるモータ走行が可能になる。
本発明の一実施例を説明するためのスケルトン図である。 各走行モードでのクラッチ機構の係合および解放の状態をまとめて示す図表である。 EV走行モードでのトルクの伝達の状態を書き加えた図1と同様のスケルトン図である。 ハイブリッド走行モードのハイモードでのトルクの伝達の状態を書き加えた図1と同様のスケルトン図である。 そのハイモードでの動作状態を説明するための共線図である。 ハイブリッド走行モードのローモードでのトルクの伝達の状態を書き加えた図1と同様のスケルトン図である。 そのローモードでの動作状態を説明するための共線図である。 直結モードでのトルクの伝達の状態を書き加えた図1と同様のスケルトン図である。 その直結モードでの動作状態を説明するための共線図である。 本発明の他の実施例を説明するためのスケルトン図である。 図10に示す実施例における各走行モードでのクラッチ機構の係合および解放の状態をまとめて示す図表である。 図10に示す実施例におけるハイモードでの動作状態を説明するための共線図である。 図10に示す実施例におけるローモードでの動作状態を説明するための共線図である。 第2遊星歯車機構をダブルピニオン型遊星歯車機構で構成した実施例を説明するためのスケルトン図である。 図14に示す実施例におけるハイモードおよびローモードでの動作状態を説明するための共線図である。 図14に示す構成をFR車に適するように変更した実施例を説明するためのスケルトン図である。 動力分割機構をダブルピニオン型遊星歯車機構で構成した実施例を説明するためのスケルトン図である。 図17に示す実施例におけるハイモードおよびローモードでの動作状態を説明するための共線図である。 図17に示す構成をFR車に適するように変更した実施例を説明するためのスケルトン図である。 図1に示す構成にブレーキ機構を加えた実施例を説明するためのスケルトン図である。 図20に示す実施例におけるハイモードおよびローモードでの動作状態を説明するための共線図である。
つぎに本発明の実施形態を図を参照して説明する。なお、以下の実施形態は本発明を具体化した場合の例を示すに過ぎず、本発明を限定するものではない。
図1は本発明の一具体例を示すスケルトン図であり、フロントエンジン・フロントドライブ車(FF車)あるいはリヤエンジン・リヤドライブ車(RR車)に適するように構成した例である。ここに示す例は、エンジン1と二つのモータ2,3とを備えたいわゆる2モータタイプの駆動装置であって、第1モータ2は発電機能のあるモータ(すなわちモータ・ジェネレータ:MG1)によって構成され、エンジン1の回転数を第1モータ2によって制御するとともに、第1モータ2で発電された電力により第2モータ3を駆動し、その第2モータ3が出力する駆動力を走行のための駆動力に加えるように構成されている。なお、第2モータ3は発電機能のあるモータ(すなわちモータ・ジェネレータ:MG2)によって構成することができる。
エンジン1が出力した動力を第1モータ2側と出力側とに分割する動力分割機構4が設けられている。動力分割機構4は、三つの回転要素によって差動作用を行う機構であればよく、遊星歯車機構を採用することができる。図1に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成され、この動力分割機構4が本発明の実施例における第1遊星歯車機構に相当している。図1に示す動力分割機構4は、本発明の実施例における第1サンギヤに相当する外歯歯車であるサンギヤ5と、サンギヤ5に対して同心円上に配置された、本発明の実施例における第1リングギヤに相当する内歯歯車であるリングギヤ6と、これらサンギヤ5とリングギヤ6との間に配置されてサンギヤ5とリングギヤ6に噛み合っているピニオンギヤ7を保持している、本発明の実施例における第1キャリヤに相当するキャリヤ8とを回転要素として備えている。そのサンギヤ5が本発明の実施例における第1反力要素に相当し、リングギヤ6が本発明の実施例における第1出力要素に相当し、キャリヤ8が本発明の実施例における第1入力要素に相当している。
エンジン1が出力した動力が前記キャリヤ8に入力されるように構成されている。具体的には、エンジン1の出力軸に連結された入力軸(それぞれ図示せず)がキャリヤ8に連結されている。なお、キャリヤ8と入力軸とを直接連結する構成に替えて、歯車機構などの伝動機構を介してキャリヤ8と入力軸とを連結してもよい。また、その出力軸と入力軸との間にダンパ機構やトルクコンバータ(それぞれ図示せず)などの機構を配置してもよい。
サンギヤ5に第1モータ2(より詳しくは第1モータ2におけるロータ)が連結されている。図1に示す例では、動力分割機構4および第1モータ2は、エンジン1の回転中心軸線と同一の軸線上に配置され、第1モータ2は動力分割機構4を挟んでエンジン1とは反対側に配置されている。この動力分割機構4とエンジン1との間でこれら動力分割機構4およびエンジン1と同一の軸線上にその軸線の方向に並んで第2遊星歯車機構9が配置されている。第2遊星歯車機構9はいわゆる変速部となっていて、図1に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構によって構成されており、本発明の実施例における第2反力要素に相当する外歯車である、本発明の実施例における第2サンギヤに相当するサンギヤ10と、サンギヤ10に対して同心円上に配置された本発明の実施例における第2出力要素あるいは第2リングギヤに相当する内歯歯車であるリングギヤ11と、これらサンギヤ10とリングギヤ11との間に配置されてこれらサンギヤ10およびリングギヤ11に噛み合っているピニオンギヤ12を保持している本発明の実施例における第2入力要素あるいは第2キャリヤに相当するキャリヤ13とを有し、これら三つの回転要素によって差動作用を行う差動機構である。この第2遊星歯車機構9におけるキャリヤ13に動力分割機構4におけるリングギヤ6が連結されている。また、第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ11に、本発明の実施例における出力部材に相当する出力ギヤ14が連結されている。
上記の動力分割機構4と第2遊星歯車機構9とが複合遊星歯車機構を構成するように第1クラッチ機構CL1が設けられている。第1クラッチ機構CL1は、第2遊星歯車機構9における反力要素であるサンギヤ10を、動力分割機構4における入力要素もしくは反力要素に選択的に連結するためのものであって、図1に示す例では、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10を動力分割機構4におけるキャリヤ8に連結するように構成されている。この第1クラッチ機構CL1は、湿式多板クラッチなどの摩擦式のクラッチ機構であってもよく、あるいはドグクラッチなどの噛み合い式のクラッチ機構であってもよい。この第1クラッチ機構CL1を係合させることにより動力分割機構4におけるキャリヤ8と第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とが連結されてこれらが入力要素となり、また動力分割機構4におけるサンギヤ5が反力要素となり、さらに第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ11が出力要素となった複合遊星歯車機構が形成される。
さらに、第2遊星歯車機構9の全体を一体化させるための第2クラッチ機構CL2が設けられている。この第2クラッチ機構CL2は、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とキャリヤ8もしくはリングギヤ11、あるいはキャリヤ8とリングギヤ11とを連結するなどの少なくともいずれか二つの回転要素を連結するためのものであって、摩擦式あるいは噛み合い式のクラッチ機構によって構成することができる。図1に示す例では、第2クラッチ機構CL2は、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とリングギヤ11とを連結するように構成されている。そして、第1クラッチ機構CL1および第2クラッチ機構CL2は、エンジン1および動力分割機構4ならびに第2遊星歯車機構9と同一の軸線上に配置され、かつ第2遊星歯車機構9を挟んで動力分割機構4とは反対側に配置されている。なお、各クラッチ機構CL1,CL2同士は、図1に示すように、半径方向で内周側と外周側とに並んだ状態に配置されていてもよく、あるいは軸線方向に並んで配置されていてもよい。図1に示すように半径方向に並べて配置した場合には、駆動装置の全体としての軸長を短くすることができる。また、軸線方向に並べて配置した場合には、各クラッチ機構CL1,CL2の外径の制約が少なくなるので、摩擦式のクラッチ機構を採用した場合には、摩擦板の枚数を少なくすることができる。
上記のエンジン1や動力分割機構4あるいは第2遊星歯車機構9の回転中心軸線と平行にカウンタシャフト15が配置されている。前記出力ギヤ14に噛み合っているドリブンギヤ16がこのカウンタシャフト15に取り付けられている。また、カウンタシャフト15にはドライブギヤ17が取り付けられており、このドライブギヤ17が終減速機であるデファレンシャルギヤ18におけるリングギヤ19に噛み合っている。さらに、前記ドリブンギヤ16には、第2モータ3におけるロータシャフト20に取り付けられたドライブギヤ21が噛み合っている。したがって、前記出力ギヤ14から出力された動力もしくはトルクに、第2モータ3が出力した動力もしくはトルクを、上記のドリブンギヤ16の部分で加えるように構成されている。このようにして合成された動力もしくはトルクをデファレンシャルギヤ18から左右のドライブシャフト22に出力するように構成されている。
前記第1モータ2と第2モータ3とは、バッテリやインバータあるいはコンバータ(それぞれ図示せず)を備えた電源部23に接続されている。この電源部23は、マイクロコンピュータを主体にして構成された電子制御装置(ECU)24によって制御されるように構成されている。例えば、第1モータ2が発電機として機能させられ、第1モータ2で発電した電力を第2モータ3に供給して第2モータ3がモータとして動作させられる。また、電源部23から各モータ2,3に電力を供給してこれらのモータ2,3から走行のための駆動力を出力させる。あるいは減速時に第2モータ3を発電機として機能させて、発電した電力を電源部23に充電する。EUC24は、更に、前記エンジン1や各クラッチ機構CL1,CL2を制御するように構成されている。したがって、ECU24が本発明の実施例におけるコントローラに相当している。
上記の駆動装置は、二つのクラッチ機構CL1,CL2を備えていることにより四つの走行モードを設定することが可能である。各走行モードは、前記ECU24によって各クラッチ機構CL1,CL2およびエンジン1ならびに各モータ2,3を制御することにより設定される。図2に、これらの走行モードと、各走行モードでのクラッチ機構CL1,CL2の係合および解放の状態を図表として示してある。EV走行モードは、いわゆる電気自動車として走行するモードであって、各クラッチ機構CL1,CL2が解放させられる。また、第2モータ3が電源部23の電力によってモータとして動作する。エンジン1および第1モータ2は停止している。このEV走行モードにおいて、デファレンシャルギヤ18に向けたトルクの伝達状態を図3に矢印で示してある。すなわち、第2モータ3が出力したトルクは、ドライブギヤ21からドリブンギヤ16を経てカウンタシャフト15に伝達され、さらにドライブギヤ17からリングギヤ19を介してデファレンシャルギヤ18に伝達される。その場合、ドリブンギヤ16が回転することにより出力ギヤ14およびこれと一体のリングギヤ11が回転するが、各クラッチ機構CL1,CL2が解放させられていてサンギヤ10が空転するから、キャリヤ13やこれに連結されている動力分割機構4におけるリングギヤ6は回転しない。すなわち、第1モータ2やエンジン1を連れ回すことがないので、動力損失を回避もしくは抑制することができる。言い換えれば、エネルギー効率の良い走行を行うことができる。
ハイブリッド走行モードとして、ハイ(Hi)モードとロー(Lo)モードとを設定することができる。ハイモードは、第1クラッチ機構CL1のみを係合させて設定される。前述したように第1クラッチ機構CL1によって、動力分割機構4のキャリヤ8と第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とが連結されることにより、動力分割機構4と第2遊星歯車機構9とによって複合遊星歯車機構が形成される。ハイブリッド走行モードは、エンジン1が出力した動力で走行するモードであり、エンジン1が出力した動力の伝達の状態を図4に示してある。エンジン1の動力は動力分割機構4のキャリヤ8と第2遊星歯車機構9のサンギヤ10とに伝達される。動力分割機構4においては、キャリヤ8に伝達された動力がサンギヤ5とリングギヤ6とに分割して伝達される。サンギヤ5に伝達された動力によって第1モータ2が駆動され、第1モータ2が発電機として機能し、発電する。その発電に伴う負トルク(エンジン1の回転方向とは反対の方向に作用するトルク)がサンギヤ5に作用する。また、リングギヤ6から第2遊星歯車機構9のキャリヤ13に動力が伝達され、その動力とサンギヤ10に伝達される動力とに応じた動力がリングギヤ11に伝達される。リングギヤ11から前述したドリブンギヤ16およびカウンタシャフト15ならびにドライブギヤ17を経由してデファレンシャルギヤ18に動力が伝達される。
一方、第1モータ2で発電された電力によって第2モータ3がモータとして機能し、その動力がドライブギヤ21を介して前記ドリブンギヤ16に伝達される。すなわち、一旦電力に変換された動力が、第2モータ3によって機械的な動力に再変換され、出力ギヤ14から出力される動力に加えられる。
そのハイモードでの共線図を図5に示してある。共線図は、複合遊星歯車機構における各回転要素を示す直線をギヤ比の間隔をあけて互いに平行に引き、これらの直線に直交する基線からの距離をそれぞれの回転要素の回転数とした示す図である。この複合遊星歯車機構においては、第1クラッチ機構CL1によって連結されているキャリヤ8とサンギヤ10とが入力要素を形成し、エンジン1が出力した動力がこれらキャリヤ8とサンギヤ10とに伝達される。また、動力分割機構4におけるサンギヤ5には第1モータ2が発電機として機能することによる負トルクが加えられ、サンギヤ5が反力要素となる。図5には、サンギヤ5の回転数をキャリヤ8やサンギヤ10の回転数(あるいはエンジン回転数)より低回転とした状態を示してあり、この状態では、出力要素である第2遊星歯車機構9のリングギヤ11がキャリヤ8やサンギヤ10の回転数(あるいはエンジン回転数)より高回転数になる。したがって、入力回転数と出力回転数との比である変速比として見た場合、「1」より小さい変速比となって、いわゆるオーバードライブ状態となる。また、エンジン1が出力した動力のうち第1モータ2側に伝達される動力とリングギヤ11側に伝達される動力との比率、すなわち第1モータ2側に伝達される駆動力を「1」とした場合、リングギヤ11側の伝達される駆動力の割合である駆動力分割率は、「1/(ρ1 +ρ1 ×ρ2 )」となる。ここで、「ρ1 」は動力分割機構4を構成している遊星歯車機構におけるギヤ比(リングギヤ6の歯数とサンギヤ5の歯数との比率)であり、「ρ2 」は第2遊星歯車機構9のギヤ比(リングギヤ11の歯数とサンギヤ10の歯数との比率)である。
つぎにローモードについて説明すると、ローモードは、第1クラッチ機構CL1を解放し、かつ第2クラッチ機構CL2を係合させて設定され、エンジン1が出力した動力の伝達の状態を図6に示してある。第1クラッチ機構CL1を解放すれば、動力分割機構4と第2遊星歯車機構9との間では、リングギヤ6とキャリヤ13とが連結されているのみであるから、エンジン1が出力した動力のうち、リングギヤ6に分割された動力が第2遊星歯車機構9のキャリヤ13に伝達される。第2遊星歯車機構9では、第2クラッチ機構CL2が係合してサンギヤ10とリングギヤ11との二つの回転要素が連結されているので、第2遊星歯車機構9の全体が一体となって回転する。したがって、第2遊星歯車機構9が変速作用を行うことがないので、動力分割機構4のリングギヤ6の動力は、第2遊星歯車機構9によって増減されることなく出力ギヤ14に伝達される。そして、出力ギヤ14から前述したドリブンギヤ16およびカウンタシャフト15ならびにドライブギヤ17を経由してデファレンシャルギヤ18に動力が伝達される。
一方、第1モータ2で発電された電力によって第2モータ3がモータとして機能し、その動力がドライブギヤ21を介して前記ドリブンギヤ16に伝達される。すなわち、一旦電力に変換された動力が、第2モータ3によって機械的な動力に再変換され、出力ギヤ14から出力される動力に加えられる。
ローモードでの共線図を図7に示してある。動力分割機構4は単独で機能し、その出力要素であるリングギヤ6から第2遊星歯車機構9に動力が伝達される。その第2遊星歯車機構9は全体が一体となって回転するので、出力要素であるリングギヤ11は入力要素であるキャリヤ13と同速度で回転し、結局、動力分割機構4のリングギヤ6の動力が増減されることなく出力ギヤ14から出力される。したがって、出力ギヤ14の回転数は、エンジン1の回転数および第1モータ2の回転数が上記のハイモードの場合と同じであっても、ハイモードにおける回転数より低回転数となり、その回転数の低下分、変速比が大きくなる。また、エンジン1が出力した動力の分割は、動力分割機構4のみによって行われるので、第1モータ2側に伝達される駆動力の割合を「1」とした場合、出力ギヤ14側に伝達される動力の割合、すなわちローモードでの駆動力分割率は、「1/ρ1 」となる。
各クラッチ機構CL1,CL2が共に係合することにより、直結モードが設定される。直結モードにおける動力の伝達状態を図8に示し、また共線図を図9に示してある。前述したように、第2クラッチ機構CL2が係合することにより第2遊星歯車機構9の全体が一体となって回転する。また、第1クラッチCL1が係合することにより、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10にエンジン1が連結される。したがって、エンジン1が出力した動力は、第2遊星歯車機構9を介して出力ギヤ14に直接伝達される。また、動力分割機構4においては、キャリヤ8がエンジン1に連結され、またリングギヤ6が第2遊星歯車機構9および第1クラッチ機構CL1を介してエンジン1に連結されるから、動力分割機構4の全体が一体となって回転し、差動作用を行わない。したがって、第1モータ2が電源部23の電力によってモータとして機能することによる出力トルクが動力分割機構4および第2遊星歯車機構9を介して、増減されることなく出力ギヤ14に伝達される。このようにして、エンジン1と第1モータ2との動力が合算されて出力ギヤ14から出力される。また、この場合であっても第2モータ3は電源部23の電力によってモータとして機能し、その出力した動力が前述したドリブンギヤ16の部分で、エンジン1および第1モータ2の動力に加えられる。すなわち、エンジン1および第1ならびに第2のモータ2,3の全てが走行のための駆動力を出力し、その駆動力がデファレンシャルギヤ18から左右のドライブシャフト22に伝達される。したがって、この直結モードでは、燃料として備えている化学エネルギーおよび電源部23の電気エネルギーの両方を利用して駆動力を発生するから、ハイブリッド車両としては最も大きい駆動力を発生させることができる。言い換えれば、電源部23の電力をハイブリッド車の走行のために有効に使用することができる。特に、図9に示すように、動力分割機構4や第2遊星歯車機構9においてそれぞれの回転要素同士の相対回転が生じないので、エネルギー損失を抑制してエネルギー効率を向上させることができる。
本発明の実施例における駆動装置は、上記の図1を参照して説明したように、動力分割機構4を構成している遊星歯車機構のリングギヤ6と第2遊星歯車機構9のキャリヤ13とを連結するとともに動力分割機構4を構成している遊星歯車機構のキャリヤ8と第2遊星歯車機構9のサンギヤ10とを選択的に連結して複合遊星歯車機構を形成することにより、駆動力分割率を変更するように構成されている。そのようないわゆる複合化は、図1に示す構成以外の構成であっても行うことができる。図10は本発明の他の実施例を示すスケルトン図であって、ここに示す駆動装置は、図1に示す構成における動力分割機構4と第2遊星歯車機構9との連結状態およびクラッチ機構CL1,CL2の配置を変更した例である。
図10に示す例では、動力分割機構4におけるリングギヤ6と第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とが連結されている。第1クラッチ機構CL1は、動力分割機構4と第1モータ2との間に配置され、動力分割機構4のキャリヤ8と第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ11とを選択的に連結するように構成されている。したがって、第2遊星歯車機構9ではサンギヤ10が本発明の実施例における第2入力要素に相当している。出力ギヤ14は、第2遊星歯車機構9におけるキャリヤ13に連結されており、したがってこのキャリヤ13が本発明の実施例における第2出力要素に相当している。さらに、第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ11が本発明の実施例における第2反力要素に相当している。また、図10に示す例では、第1クラッチ機構CL1は、動力分割機構4におけるキャリヤ8と第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ9とを選択的に連結するように構成され、動力分割機構4と第1モータ2との間に配置されている。また、第2クラッチ機構CL2は、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とキャリヤ13とを選択的に連結するように構成され、第2遊星歯車機構9と同一軸線上でエンジン1側に配置されている。他の構成は、図1に示す構成と同様であり、したがって図10に図1と同様の符号を付してその説明を省略する。
図10に示すように構成した場合であっても、EV走行モード、ハイブリッド走行モードでのハイモードおよびローモード、ならびに直結モードを設定することができ、それぞれのモードを設定するための各クラッチ機構CL1,CL2の係合および解放の状態は図11に示すとおりである。図11に示すように、図10に示す構成の駆動装置では、第1クラッチ機構CL1が係合することにより、ハイブリッド走行モードでのローモードが設定され、第2クラッチ機構CL2が係合することにより、ハイブリッド走行モードでのハイモードが設定される。すなわち、これらのモードを設定するための各クラッチ機構CL1,CL2の係合および解放の状態が、図1に示すように構成した例とは反対になる。なお、EV走行モードおよび直結モードについては図1に示す例と同じである。
図10に示す例について、ローモードでの共線図を図12に示してある。前述したように、第2遊星歯車機構9におけるキャリヤ13が、動力分割機構4と第2遊星歯車機構9とによる複合遊星歯車機構における出力要素となっているから、その回転数は、動力分割機構4におけるリングギヤ6および第2遊星歯車機構9のサンギヤ10の回転数より低回転数となる。したがって、この場合の出力ギヤ14側への動力分割率は、第1モータ2側に分割される駆動力の割合を「1」とした場合、「(1+ρ2 )/(ρ1 ×ρ2 )」となる。
また、ハイモードでの共線図を図13に示してある。ハイモードでは、第2クラッチ機構CL2を係合させることにより、全体が一体化されている第2遊星歯車機構9に対して、動力分割機構4のリングギヤ6から動力を伝達することになる。したがって、第2遊星歯車機構9におけるキャリヤ13およびこれと一体の出力ギヤ14の回転数は、動力分割機構4におけるリングギヤ6やこれに連結されている第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10の回転数と同じになる。そのため、出力ギヤ14の回転数は、エンジン1の回転数および第1モータ2の回転数をローモードでの回転数と同じにした場合、ローモードでの回転数より高回転数になる。したがって、エンジン1の回転数と出力ギヤ14の回転数との比である変速比は、ローモードにおける変速比よりもハイモードで小さくなる。また、出力ギヤ14側への駆動力分割率は、第1モータ2側に分割された駆動力の割合を「1」とした場合に「1/ρ1 」となる。
本発明においては、シングルピニオン型の遊星歯車機構に替えてダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用して駆動装置を構成してもよい。その例を以下に説明する。図14は前述した図1に示す構成のうち、第2遊星歯車機構9aをダブルピニオン型の遊星歯車機構に変更した例である。ダブルピニオン型遊星歯車機構は、サンギヤ10aに噛み合っている第1のピニオンギヤ12aと、その第1のピニオンギヤ12aおよびリングギヤ11aに噛み合っている第2のピニオンギヤ12bとをキャリヤ13aによって保持した遊星歯車機構である。したがって、図14に示す駆動装置では、第2遊星歯車機構9aのリングギヤ11aが動力分割機構4におけるリングギヤ6に連結されて、リングギヤ11aが第2遊星歯車機構9aにおける入力要素になっていて本発明の実施例における第2入力要素に相当している。また、キャリヤ13aに出力ギヤ14が連結されて、キャリヤ13aが第2遊星歯車機構9aにおける出力要素になっていて本発明の実施例における第2出力要素に相当している。さらに、図14に示す構成では、第2クラッチ機構CL2は第2遊星歯車機構9aにおけるキャリヤ13aとサンギヤ10aとを選択的に連結するように構成されている。なお、サンギヤ10aがこの発明の実施例における第2反力要素に相当している。他の構成は、前述した図1に示す構成と同様であり、したがってそれらの構成については、図14に図1と同様の符号を付してその説明を省略する。
図14に示す構成の駆動装置においても、EV走行モード、ハイブリッド走行モードでのハイモードおよびローモード、ならびに直結モードを設定することができる。それぞれのモードを設定するための各クラッチ機構CL1,CL2の係合および解放の状態は前述した図2に示す状態と同じである。すなわち、各クラッチ機構CL1,CL2を共に解放することによりEV走行モードが設定され、これらのクラッチ機構CL1,CL2を共に係合させることにより、直結モードが設定される。また、第1クラッチ機構CL1が係合することによりハイブリッド走行モードでのハイモードが設定され、第2クラッチ機構CL2が係合することにより、ハイブリッド走行モードでのローモードが設定される。なお、EV走行モードと直結モードとの動作状態は、前述した図1に示す例と同様である。
図14に示す駆動装置について、ハイブリッド走行モードのハイモードおよびローモードでの共線図を図15に示してある。図15において、実線がハイモードを示し、破線がローモードを示す。ハイモードでは、第1クラッチ機構CL1が係合して動力分割機構4におけるキャリヤ8と第2遊星歯車機構9aにおけるサンギヤ10aとが連結されることにより、動力分割機構4と第2遊星歯車機構9aとがいわゆる複合遊星歯車機構を構成する。そして、互いに連結されている動力分割機構4のキャリヤ8と第2遊星歯車機構9aのサンギヤ10aとが入力要素となり、動力分割機構4のサンギヤ5が反力要素となり、第2遊星歯車機構9aのキャリヤ13aが出力要素となる。したがって、この場合の駆動力分割率は、第1モータ2側への駆動力分割率を「1」とすれば、出力ギヤ14側への駆動力分割率は「(1−ρ2 )/ρ1 」となる。
また、ローモードでは、第2クラッチ機構CL2が係合して第2遊星歯車機構9aの全体が一体化される。その第2遊星歯車機構9aに対して、動力分割機構4におけるリングギヤ6から動力が伝達される。したがって、出力要素である第2遊星歯車機構9aにおけるキャリヤ13aの回転数は、動力分割機構4におけるリングギヤ6の回転数と同じになる。その回転数は、上記のハイモードでの回転数と比較して低回転数となるから、変速比はハイモードの場合より大きくなる。また、この場合の駆動力分割率は、第1モータ2側への駆動力分割率を「1」とすれば、出力ギヤ14側への駆動力分割率は「1/ρ1 」となる。
図16に示す例は、上述した図14に示す構成のうち、ダブルピニオン型の第2遊星歯車機構9aにおけるサンギヤ10aを出力要素とするとともに、キャリヤ13aを第1クラッチ機構CL1を介して動力分割機構4におけるキャリヤ8に連結するように構成した例である。したがって、図16に示す例における出力部材はサンギヤ10aに一体化されている出力軸14aであり、この出力軸14aは、エンジン1の回転中心軸線と同一の軸線上で、エンジン1とは反対側に配置されている。また、図16では省略してある第2モータ3は、出力軸14aに対してトルクを加えるように構成されている。この図16に示す構成は、前置きエンジン・後輪駆動車(FR車)に適する構成であって、エンジン1の出力側に、第1モータ2、動力分割機構4、第2遊星歯車機構9a、各クラッチ機構CL1,CL2が、ここに挙げた順に配置されている。
図16に示す構成の駆動装置であっても、上記の図14に示す構成の駆動装置と同様に動作させてEV走行モード、ハイブリッド走行モードでのハイモードおよびローモード、直結モードを設定することができる。また、ハイモードおよびローモードでの動作状態を示す共線図は、上記の図15に示す共線図において、第2遊星歯車機構9aにおけるサンギヤ10aとキャリヤ13aとをそれぞれ示す線を互いに入れ替えた共線図となる。なお、ローモードでは、出力ギヤ14側への駆動力分配率は「1/ρ1 」となり、ハイモードでは、出力ギヤ14側への駆動力分配率は「ρ2 /ρ1 」となる。
図17に示す例は、動力分割機構4aをダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成した例であり、ここに示す動力分割機構4aは、サンギヤ5aに噛み合っている第1のピニオンギヤ7aと、この第1のピニオンギヤ7aとリングギヤ6aとに噛み合っている第2のピニオンギヤ7bとを備え、これらのピニオンギヤ7a,7bがキャリヤ8aによって保持されている。この動力分割機構4aは、前述した図1に示す例とは異なり、第2遊星歯車機構9よりもエンジン1側に配置され、そのリングギヤ6aにエンジン1が出力した動力を入力するように構成されている。したがって、リングギヤ6aが入力要素に相当している。また、キャリヤ8aがシングルピニオン型遊星歯車機構である第2遊星歯車機構9のキャリヤ13に連結されている。他の構成は、図1に示す構成と同様である。すなわち、動力分割機構4aのサンギヤ5aに第1モータ2が連結されるとともに、そのサンギヤ5aと第2遊星歯車機構9のサンギヤ10との間に第1クラッチ機構CL1が設けられ、第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とリングギヤ11との間に第2クラッチ機構CL2が設けられている。これらのクラッチ機構CL1,CL2は、第2遊星歯車機構9と第1モータ2との間に配置されている。
図17に示す構成の駆動装置であっても、前述した図1に示す例と同様に、EV走行モード、ハイブリッド走行モードでのハイモードおよびローモード、ならびに直結モードを設定することができる。それぞれのモードを設定するための各クラッチ機構CL1,CL2の係合および解放の状態は前述した図2に示す状態と同じである。すなわち、各クラッチ機構CL1,CL2を共に解放することによりEV走行モードが設定され、これらのクラッチ機構CL1,CL2を共に係合させることにより、直結モードが設定される。また、第1クラッチ機構CL1が係合することによりハイブリッド走行モードでのハイモードが設定され、第2クラッチ機構CL2が係合することにより、ハイブリッド走行モードでのローモードが設定される。なお、EV走行モードと直結モードとの動作状態は、前述した図1に示す例と同様である。
図17に示す駆動装置について、ハイブリッド走行モードのハイモードおよびローモードでの共線図を図18に示してある。図18において、実線がハイモードを示し、破線がローモードを示す。ハイモードでは、第1クラッチ機構CL1が係合して動力分割機構4aにおけるサンギヤ5aと第2遊星歯車機構9におけるサンギヤ10とが連結されることにより、動力分割機構4aと第2遊星歯車機構9とがいわゆる複合遊星歯車機構を構成する。その複合遊星歯車機構においては、互いに連結されている動力分割機構4aのキャリヤ8aと第2遊星歯車機構9のサンギヤ10とが反力要素となり、動力分割機構4aのリングギヤ6aが入力要素となり、第2遊星歯車機構9のリングギヤ11が出力要素となる。したがって、この場合の駆動力分割率は、第1モータ2側への駆動力分割率を「1」とすれば、出力ギヤ14側への駆動力分割率は「(1−ρ1 )/(ρ1 +ρ2 )」となる。
また、ローモードでは、第2クラッチ機構CL2が係合して第2遊星歯車機構9の全体が一体化される。その第2遊星歯車機構9に対して、動力分割機構4aにおけるキャリヤ8aから動力が伝達される。したがって、出力要素である第2遊星歯車機構9におけるリングギヤ11の回転数は、動力分割機構4aにおけるキャリヤ8aの回転数と同じになる。その回転数は、上記のハイモードでの回転数と比較して低回転数となるから、変速比はハイモードの場合より大きくなる。また、この場合の駆動力分割率は、第1モータ2側への駆動力分割率を「1」とすれば、出力ギヤ14側への駆動力分割率は「(1−ρ1 )/ρ1 」となる。
図19に示す例は、上述した図17に示す駆動装置をFR車に適するように変更した例である。すなわち、エンジン1は第1モータ2を挟んで、各クラッチ機構CL1,CL2や第2遊星歯車機構9などとは反対側に配置されている。これに対して、動力分割機構4aを挟んで第2遊星歯車機構9などとは反対側で、エンジン1などの回転中心軸線と同一の軸線上に出力軸14aが配置されている。図19では省略してある第2モータ3は、出力軸14aに対してトルクを加えるように構成されている。
図19に示す構成の駆動装置は、各構成部材の配置が図17に示す例とは異なるだけであるから、図17に示す構成の駆動装置と同様に動作して、EV走行モード、ハイブリッド走行モードでのハイモードおよびローモード、直結モードを設定することができる。また、ハイブリッド走行モードでの変速比や駆動力分割率は上記の図17に示す構成の駆動装置と同様である。
本発明の更に他の実施例を図20に示してある。ここに示す例は、前述した図1に示す構成において、エンジン1の動力が入力される入力要素である動力分割機構4のキャリヤ8の回転を選択的に阻止するブレーキ機構Bを設けた例である。このブレーキ機構Bは、エンジン1を停止して第1モータ2をモータとして動作させ、その出力トルクを走行のためのトルクとして出力する際に係合して、キャリヤ8に反力を与えるためのものである。したがって、ブレーキ機構Bは、キャリヤ8の負方向(エンジン1の回転方向とは反対方向)の回転を阻止するように構成されていればよく、摩擦式あるいは噛み合い式のブレーキ機構や一方向クラッチによって構成することができる。
上記のブレーキ機構Bを設けた構成であれば、第1モータ2を電源部23の電力で負方向に回転させた場合の反力をブレーキ機構Bを介してケーシングなどの所定の固定部で受けるから、エンジン1を停止した状態で、第1モータ2の駆動力で走行することができる。また、第1モータ2に加えて第2モータ3で駆動力を発生させることができる。これは、前述したEV走行モードの駆動形態であり、第1および第2のモータ2,3を併用したモードを両駆動モードと称することができる。図21には両駆動モードでの動作状態を共線図で示してある。第1モータ2を負方向にモータとして回転させると、キャリヤ8に負方向のトルクが作用するが、ブレーキ機構Bが係合することによりキャリヤ8に反力トルクが作用してその回転が止められる。それに伴って第1モータ2のトルクは、リングギヤ6を正方向(エンジン1の回転方向)に回転させるように作用する。したがって、クラッチ機構CL1,CL2の少なくともいずれか一方を係合させておくことにより、リングギヤ6のトルクが第2遊星歯車機構9を介して出力ギヤ14から出力される。その出力ギヤ14から出力されるトルクに、第2モータ3のトルクを加えることにより両駆動モードになる。
このように、図20に示す構成であれば、第1モータ2を走行のための駆動トルクを出力する駆動力源として機能させることができる。そのため、走行モードを更に多様化でき、ハイブリッド車の走行状態あるいは駆動要求に適した運転が可能になってエネルギー効率やドライバビリティなどを向上させることができる。
なお、上記のブレーキ機構Bは、図1に示す構成の駆動装置に追加して設ける以外に、前述した図10、図14、図16、図17、図19などに示す構成の駆動装置に追加して設けることができる。
本発明は、上述した各実施例に限定されないのであって、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。例えば、動力分割機構4をシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成した場合、第1モータ2をサンギヤ5に連結する替わりにリングギヤ6に連結してリングギヤ6を第1反力要素とし、併せてリングギヤ6に替えてサンギヤ5を第2遊星歯車機構9における第2入力要素に連結してそのサンギヤ5を第1出力要素とすることができる。
また、本発明の実施例では、第2クラッチ機構は、要は、係合することにより第2遊星歯車機構9を一体化する機構であればよく、したがってサンギヤとキャリヤとリングギヤとのいずれか二つの回転要素もしくはそれら三つの回転要素を連結するように構成されたクラッチ機構であってもよい。さらに、この発明では、第2モータが出力した駆動力を、第1モータの駆動力が伝達される車輪とは異なる車輪に伝達するように構成されていてもよい。
1…エンジン、 2…第1モータ、 3…第2モータ、 4,4a…動力分割機構、 5,5a…サンギヤ、 6,6a…リングギヤ、 7,7a,7b…ピニオンギヤ、 8,8a…キャリヤ、 9,9a…第2遊星歯車機構、 10,10a…サンギヤ、 11,11a…リングギヤ、 12,12a,12b…ピニオンギヤ、 13,13a…キャリヤ、 14…出力ギヤ、 14a…出力軸、 CL1…第1クラッチ機構、 CL2…第2クラッチ機構、 15…カウンタシャフト、 16…ドリブンギヤ、 17…ドライブギヤ、 18…デファレンシャルギヤ、 19…リングギヤ、 20…ロータシャフト、 21…ドライブギヤ、 22…ドライブシャフト、 23…電源部、 24…電子制御装置(ECU)、 B…ブレーキ機構。

Claims (6)

  1. エンジンと、前記エンジンが出力した動力が分割されて伝達される発電機能のある第1モータと、前記エンジンによるトルクと前記第1モータによるトルクとを出力する出力部材と、走行のためのトルクを出力する第2モータとを有するハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記エンジンが出力した動力が入力される第1入力要素と、前記第1モータに連結されている第1反力要素と、第1出力要素とによって差動作用を行う第1遊星歯車機構と、
    前記第1出力要素に連結された第2入力要素と、前記出力部材に連結されている第2出力要素と、第2反力要素とによって差動作用を行う第2遊星歯車機構と、
    前記第1入力要素と前記第1反力要素とのいずれか一方と前記第2反力要素とを選択的に連結する第1クラッチ機構と、
    前記第2遊星歯車機構における前記第2入力要素と前記第2出力要素と前記第2反力要素とのうちの少なくともいずれか二つの要素を選択的に連結して前記第2遊星歯車機構を一体化させる第2クラッチ機構と
    を備え、
    前記第2モータは、前記出力部材に連結されて前記出力部材から出力されるトルクにトルクを付加するように構成されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記第1遊星歯車機構は、第1サンギヤと、前記第1サンギヤに対して同心円上に配置された第1リングギヤと、前記第1サンギヤおよび前記第1リングギヤに噛み合っているピニオンギヤを保持して回転する第1キャリヤとを備えたシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、
    前記第1反力要素は、前記第1サンギヤと前記第1リングギヤとのいずれか一方であり、かつ前記第1出力要素は、前記第1サンギヤと前記第1リングギヤとのいずれか他方である
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  3. 請求項2に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記第2遊星歯車機構は、第2サンギヤと、前記第2サンギヤに対して同心円上に配置された第2リングギヤと、前記第2サンギヤおよび前記第2リングギヤに噛み合っているピニオンギヤを保持して回転する第2キャリヤとを備えたシングルピニオン型遊星歯車機構によって構成され、
    前記第1リングギヤと前記第2キャリヤとが連結され、
    前記第1クラッチ機構は、前記第1キャリヤと前記第2サンギヤとを連結するように構成されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記第1遊星歯車機構および第2遊星歯車機構は同一軸線上に前記軸線の方向に並んで配置され、
    前記第1クラッチ機構および第2クラッチ機構は、前記第1遊星歯車機構および第2遊星歯車機構と同一軸線上で、前記第2遊星歯車機構を挟んで前記第1遊星歯車機構とは反対側に配置されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータと前記第1クラッチ機構と前記第2クラッチ機構とを制御するコントローラを更に備え、
    前記コントローラは、前記第1クラッチ機構と第2クラッチ機構とを係合させ、かつ前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとから、前記ハイブリッド車両を走行させるための駆動力を出力させるように構成されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用駆動装置において、
    前記第1入力要素の回転を選択的に阻止するブレーキ機構を更に備えてい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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