JPH11178112A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電量が少ない場合であっても充分なトルク
で後進走行の可能なハイブリッド駆動装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関１の出力部材２と電力によって
動作してトルクを出力する電動機６の出力部材９とに連
結されかつ電動機６によるトルクを制御することにより
内燃機関１が出力するトルクを増幅して出力するトルク
増幅機構１２と、そのトルク増幅機構１２と出力軸３４
との間に配置され、トルク増幅機構１２側から入力され
るトルクを増減速して出力する無段変速機２１とを備え
たハイブリッド駆動装置であって、前記トルク増幅機構
１２と出力軸３４との間に設けられ、入力されたトルク
を反転せずに出力する前進状態と入力されたトルクを反
転して出力する後進状態とに設定可能な前後進切換機構
２９を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリンエンジ
ンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とモータやモー
タ・ジェネレータなどの電力によって動作してトルクを
出力する電動機とを動力源として備えたハイブリッド駆
動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように内燃機関は、不可避的に排
ガスを生じる。その排ガスの成分や量は、内燃機関の運
転状態に依存し、一般的な傾向としてスロットル開度を
増大した高負荷運転時には排ガスの清浄度が低下しやす
く、また燃費も低下しやすい。これに対して最近では、
内燃機関を搭載した車両の排ガスに対する清浄度の要求
が高くなってきており、このような要望に応えるべくハ
イブリッド駆動装置が開発されている。

【０００３】ハイブリッド駆動装置は、内燃機関と電動
機とを動力源として備えた駆動装置であって、基本的に
は、内燃機関は最も効率の良い状態で運転し、それ以外
の走行状態では、電動機を使用するように構成されてい
る。したがってハイブリッド駆動装置は、電流によって
トルクを制御できる電動機を備えているので、内燃機関
のみを動力源とした従来の車両におけるような変速装置
は用いられていなかったが、いわゆるパラレルハイブリ
ッド形式のように、内燃機関を発電用の動力源のみとし
てではなく走行用の動力源としても使用するハイブリッ
ド駆動装置では、変速装置を搭載するようになってきて
いる。またさらに、内燃機関のトルクと電動機のトルク
とを遊星歯車機構などの単一の変速機構に入力し、内燃
機関の出力トルクを増幅して出力するように構成した装
置も開発されている。

【０００４】その一例が、特開平９−３７４１１号公報
に記載されている。この公報に記載された装置は、遊星
歯車機構のリングギヤにクラッチを介して内燃機関を連
結するとともに、サンギヤにモータ・ジェネレータを連
結し、またキャリヤに出力部材を連結し、さらにリング
ギヤを選択的に固定するブレーキと、サンギヤとリング
ギヤとを選択的に連結するクラッチとを備えている。ま
たこの公報に記載されたハイブリッド駆動装置は、遊星
歯車機構の出力側に配置した無段変速機を備えている。

【０００５】したがって上記の公報に記載されたハイブ
リッド駆動装置においては、遊星歯車機構のリングギヤ
に内燃機関の動力を入力する一方、サンギヤにモータ・
ジェネレータのトルクを入力し、かつキャリヤから出力
するから、サンギヤのトルクを増減することにより、出
力トルクが変化する。また駆動力は、無段変速機での変
速比を連続的に変化させることにより、無段階に変化さ
せることができる。このような遊星歯車機構におけるト
ルク増幅機能と無段変速機の連続的な変速比の変更機能
とを利用して、燃費が最も良好になるように内燃機関を
運転することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように電動機
を駆動力源として備えていれば、電流によって電動機の
出力トルクを制御できるので、基本的には変速装置が不
要であり、上述した従来のハイブリッド駆動装置におい
ても、前記遊星歯車機構や無段変速機は内燃機関を燃費
が最良になるように運転するための制御手段として使用
している。そのために、上記の遊星歯車機構の構成で
は、内燃機関の出力で走行している場合、出力要素であ
るキャリヤを入力要素であるリングギヤに対して反対方
向に回転させることができない。そのため、後進走行す
る場合には、内燃機関をアイドリング状態とするととも
に、リングギヤをブレーキ手段で固定し、その状態でモ
ータ・ジェネレータをモータとして機能させることによ
り、出力要素であるキャリヤを内燃機関とは反対方向に
回転させている。

【０００７】すなわち上記従来のハイブリッド駆動装置
では、後進走行を電動機によっておこなうように構成さ
れている。そのために、蓄電器（バッテリ）の充電量
（ＳＯＣ）が少ない場合には、後進走行に要求される充
分なトルクを出力できない可能性があった。このような
不都合を解消するためには、内燃機関を起動して充電を
おこない、バッテリの充電量を増大させればよいが、そ
のためには、充電が完了するまで後進走行を待たなけれ
ばならなくなる。特に電動機が発電機を兼ねた形式のパ
ラレルハイブリッド装置では、電動機による走行と発電
とを同時におこなうことができないから、蓄電器での充
電量が低下した場合には、直ちに後進走行が困難になる
不都合があった。

【０００８】この発明は、上記の事情を背景にしてなさ
れたものであり、蓄電器の充電量が少ない場合であって
も後進走行のためのトルクを必要十分に確保することの
できるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するために、請求項１に記載した発明は、内燃
機関の出力部材と電力によって動作してトルクを出力す
る電動機の出力部材とに連結されかつ電動機によるトル
クを制御することにより内燃機関が出力するトルクを増
幅して出力するトルク増幅機構と、そのトルク増幅機構
と出力軸との間に配置され、トルク増幅機構側から入力
されるトルクを増減速して出力する無段変速機とを備え
たハイブリッド駆動装置であって、前記トルク増幅機構
と出力軸との間に設けられ、入力されたトルクを反転せ
ずに出力する前進状態と入力されたトルクを反転して出
力する後進状態とに設定可能な前後進切換機構を備えて
いることを特徴とするものである。

【００１０】したがって請求項１のハイブリッド駆動装
置においては、内燃機関と電動機とを駆動した状態で、
電動機の出力トルクを制御することにより、内燃機関の
出力したトルクが増幅されてトルク増幅機構から出力さ
れる。そのトルク増幅機構から出力されたトルクが、無
段変速機によって増速もしくは減速され、さらに前後進
切換機構に入力される。あるいはトルク増幅機構から出
力されたトルクが、前後進切換機構に入力され、その前
後進切換機構から出力されたトルクが、無段変速機に入
力される。その前後進切換機構を後進状態した場合、入
力されたトルクが反転されて出力されるので、内燃機関
を前進走行時と同様に駆動していても、後進走行するこ
とができる。すなわち内燃機関の動力によって後進走行
が可能になり、電動機のための充電量が少なくても、充
分大きい駆動力で後進走行することができる。

【００１１】また請求項２の発明は、請求項１に記載し
た構成に加えて、前記無段変速機が、回転中心軸線が相
互に平行になるように配置された駆動側部材と従動側部
材とを備え、前記電動機と内燃機関とトルク増幅機構と
が前記駆動側部材と同一軸線上に配置され、かつ前記前
後進切換機構が前記従動側部材と同一軸線上に配置され
ていることを特徴とするものである。

【００１２】したがって請求項２のハイブリッド駆動装
置においては、無段変速機として駆動側部材と従動側部
材とが平行に配列された形式のものを使用しているの
で、装置全体としての軸長を短くすることができる。ま
た、従動側部材に隣接して生じる空間部、すなわち前記
電動機あるいはトルク増幅機構の半径方向での外側に生
じる空間部に前後進切換機構が配置されるので、スペー
スの有効利用を図って装置を全体として小型化すること
ができる。

【００１３】さらに請求項３の発明は、請求項２の構成
に加えて、前記前後進切換機構が、入力トルクと出力ト
ルクとの方向が同一の前進状態と入力トルクと出力トル
クとの方向が反対の後進状態とを設定可能な歯車機構
と、その歯車機構を前進状態に設定する第１の係合装置
と、前記歯車機構を後進状態に設定する第２の係合装置
とを備え、これらの係合装置が前記従動側部材と同一軸
線上でかつ従動側部材を挟んだ両側に配置されているこ
とを特徴とするものである。

【００１４】したがって請求項３のハイブリッド駆動装
置においては、前記従動側部材の軸線方向での両側に生
じる空間部を利用して、前後進切換機構のための二つの
係合装置を配置するので、スペースの有効利用を図って
装置を全体として小型化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明をより具体的に
説明する。図１はこの発明に係るハイブリッド駆動装置
の一例を示す模式図であって、ガソリンエンジンあるい
はディーゼルエンジンなどの内燃機関１の出力部材すな
わちクランクシャフト２が、ダンパー機構３を内蔵した
フライホイール４に連結されている。これらクランクシ
ャフト２およびフライホイール４と同一軸線上に入力軸
５が配置されており、その入力軸５が、ダンパー機構３
を介してフライホイール４に連結されている。

【００１６】その入力軸５の外周側で前記フライホイー
ル４に隣接した箇所に、電動機兼発電機（モータ・ジェ
ネレータ）６が、入力軸５と同一軸線上に配置されてい
る。このモータ・ジェネレータ６は、従来のハイブリッ
ド駆動装置に用いられているものと同様に、コイル７を
備えたステータ８の内周側にロータ９が回転自在に配置
された構成であり、コイル７に通電することにより、ロ
ータ９が回転してトルクが出力される。すなわちロータ
９が出力部材となる。また反対にロータ９を外力によっ
て回転させることにより、コイル７に起電力が生じるよ
うになっている。そのコイル７が蓄電器（バッテリ）１
０に制御回路１１を介して電気的に接続されている。

【００１７】このモータ・ジェネレータ６を挟んでフラ
イホイール４とは反対側に、トルク増幅機構１２が、入
力軸５と同一軸線上に配置されている。図１に示す例で
は、トルク増幅機構１２はシングルピニオンタイプの１
組の遊星歯車機構１３を主体にして構成されている。す
なわちサンギヤ１４と内歯歯車であるリングギヤ１５と
が同心円上に配置されるとともに、これらサンギヤ１４
とリングギヤ１５とに噛合したピニオンギヤがキャリヤ
１６によって自転自在かつ公転自在に保持されている。

【００１８】上記のリングギヤ１５を入力軸５に選択的
に連結する入力クラッチ１７が設けられている。したが
ってリングギヤ１５が第１の入力要素となっている。こ
の入力クラッチ１７はいわゆる摩擦係合装置であって、
例えば油圧によって係合・解放させられる多板クラッチ
によって構成されており、前記遊星歯車機構１３に隣接
して入力軸５と同一軸線上に配置されている。これに対
してサンギヤ１４が前記ロータ９に連結されており、し
たがってサンギヤ１４が第２の入力要素となっている。

【００１９】入力クラッチ１７の外周側には、遊星歯車
機構１３の全体を一体化するためのダイレクトクラッチ
１８が、入力軸５と同一軸線上に配置されている。この
ダイレクトクラッチ１８はいわゆる摩擦係合装置であっ
て、例えば油圧によって係合・解放させられる多板クラ
ッチによって構成されている。そしてそのクラッチハブ
がリングギヤ１５に連結され、またクラッチドラムがキ
ャリヤ１６に連結されている。したがってダイレクトク
ラッチ１８が係合することによって遊星歯車機構１３の
二つの要素であるリングギヤ１５とキャリヤ１６とが一
体回転するように連結され、その結果、遊星歯車機構１
３の全体が一体化される。

【００２０】さらに出力要素であるキャリヤ１６とハウ
ジング１９などの所定の固定部との間に一方向クラッチ
２０が配置されている。この一方向クラッチ２０は、キ
ャリヤ１６が内燃機関１における前記クランクシャフト
２とは反対方向に回転しようとする際に係合するように
構成されている。したがってこの一方向クラッチ２０
は、発進時に車両が後退することを防止するいわゆるヒ
ルホールドのための手段として機能させることができ
る。

【００２１】上記のトルク増幅機構１２に続けて無段変
速機２１が設けられている。図１に示す例は、ＦＦ（フ
ロントエンジン・フロントドライブ）車あるいはＲＲ
（リヤエンジン・リヤドライブ）車に適するよう構成し
た例であり、したがって無段変速機２１としてはベルト
式のものが採用されている。すなわち溝幅を変更するこ
とのできる駆動プーリ２２が入力軸５と同一軸線上に配
置されるとともに、この駆動プーリ２２が前記キャリヤ
１６に一体的に連結されている。また溝幅を変更するこ
とのできる従動プーリ２３がその回転中心軸線を入力軸
５と平行にした状態に配置されている。

【００２２】この駆動プーリ２２は、同一軸線上に配置
した固定シーブ２４とその固定シーブ２４に対して軸線
方向に移動して接近・離隔する可動シーブ２５とからな
り、図１における左側の可動シーブ２５を図示しない油
圧シリンダなどのアクチュエータによって軸線方向に移
動させることにより、固定シーブ２４と可動シーブ２５
との間の溝幅が変化する。

【００２３】これに対して従動プーリ２３も同様に、固
定シーブ２６と可動シーブ２７とによって構成されてい
る。駆動プーリ２２における溝の中心と従動プーリ２３
における溝の中心とが常時一致するようにするため、駆
動プーリ２２における可動シーブ２５の半径方向での外
側に従動プーリ２３における固定シーブ２６が配置さ
れ、また駆動プーリ２２における固定シーブ２４の半径
方向での外側に従動プーリ２３における可動シーブ２７
が配置されている。そしてこの従動プーリ２３において
も可動シーブ２７を図示しない油圧シリンダなどのアク
チュエータによって軸線方向に前後動させることにより
溝幅が変化する。

【００２４】そしてこれらのプーリ２２，２３にベルト
２８が巻き掛けられている。このベルト２８は、多数の
金属片を連結したものであり、各シーブ２４，２５，２
６，２７の間に挟み込まれることによりトルクを伝達
し、また溝幅の大小に応じて巻き掛け半径が増減するよ
うになっている。したがって各可動シーブ２５，２７を
前後に移動させて溝幅を駆動側と従動側とで互いに反対
方向に変化させ、これによりベルト２８の巻き掛け半径
を連続的に変化させることにより、駆動側と従動側とで
の巻き掛け半径の比すなわち変速比を無段階に変化させ
るようになっている。この駆動プーリ２２がこの発明に
おける駆動側部材に相当し、また従動プーリ２３がこの
発明の従動側部材に相当する。

【００２５】図１に示す例では、駆動プーリ２２の図１
での右側にトルク増幅機構１２およびモータ・ジェネレ
ータ６ならびに内燃機関１が同一軸線上に順に並んで配
置されており、これに対して従動プーリ２３の図１での
右側には、前後進切換機構２９が従動プーリ２３と同一
軸線上に配置されている。この前後進切換機構２９は、
図１に示す例においては、ダブルピニオン型の遊星歯車
機構３０を主体として構成されている。この遊星歯車機
構３０は、サンギヤ３１と内歯歯車であるリングギヤ３
２とを同心円上に配置し、そのサンギヤ３１とリングギ
ヤ３２との間に、サンギヤ３１に噛合した第１のピニオ
ンギヤとこの第１のピニオンギヤおよびリングギヤ３２
に噛合した第２のピニオンギヤとを配置し、これらのピ
ニオンギヤをキャリヤ３３によって保持した構成であ
る。

【００２６】そしてサンギヤ３１が前記従動プーリ２３
に連結され、またキャリヤ３３が出力軸３４に連結され
ている。さらにこの遊星歯車機構３０の全体を一体化し
て前進状態とするための係合装置である前進クラッチ３
５が、サンギヤ３１とリングギヤ３２との間に配置され
ている。またサンギヤ３１に対してキャリヤ３３を反対
方向に回転させる後進状態とするための係合装置である
後進ブレーキ３６が、リングギヤ３２とハウジング１９
などの所定の固定部との間に設けられている。より具体
的には、遊星歯車機構３０を挟んで前記従動プーリ２３
とは反対側に前進クラッチ３５が配置され、またリング
ギヤ３２の外周側に後進ブレーキ３６が配置されてい
る。

【００２７】上記の前後進切換機構２９は前述したトル
ク増幅機構１２の半径方向で外側に配置されており、こ
の部分は、無段変速機２１における従動プーリ２３を設
けることに伴って生じた空間部分であり、したがってス
ペースを有効に利用して前後進切換機構２９が配置され
ている。

【００２８】前記キャリヤ３３に連結された出力軸３４
は、従動プーリ２３および前後進切換機構２９と同一軸
線上に配置されている。そしてその出力軸３４には、出
力ギヤ３７が一体化されている。これに対して出力軸３
４と平行にカウンタ軸３８が配置され、このカウンタ軸
３８には、出力ギヤ３７に噛合したドリブンギヤ３９と
このドリブンギヤ３９よりも小径のドライブギヤ４０と
が一体に設けられている。そしてそのドライブギヤ４０
がディファレンシャルギヤユニット４１におけるリング
ギヤ４２に噛合している。このドライブギヤ４０は、前
述したトルク増幅機構１２および前進クラッチ３５の外
周側に配置することが好ましい。

【００２９】なお、図１において符号４３は油圧ポンプ
を示し、この油圧ポンプ４３は前記入力軸５とベルト４
４によってトルク伝達可能に連結されている。またこの
油圧ポンプ４３にはモータ４５が連結され、油圧ポンプ
４３を単独で駆動できるように構成されている。また図
１において符号４６は車体の構成部材であるサイドメン
バを示しており、前後進切換機構２９を上述のように配
置したことにより前後進切換機構２９とサイドメンバ４
６との干渉が避けられている。

【００３０】上述したハイブリッド駆動装置において
は、内燃機関１の出力とモータ・ジェネレータ６の出力
とをトルク増幅機構１２で合成して出力するから、表１
に示すように複数のモードで運転することができる。ま
たそれぞれのモードで前進走行と後進走行とのいずれを
もおこなうことができる。なお、表１において○印は係
合状態あるいは駆動状態を示し、また×印は解放状態あ
るいは非駆動状態を示す。以下、各運転モードについて
説明する。

【００３１】

【表１】 トルク増幅モードは、内燃機関１の出力トルクをモータ
・ジェネレータ６のトルクを制御することにより、増幅
して出力させる運転モードである。したがってこのトル
ク増幅モードでは、内燃機関１を駆動させ、またその内
燃機関１の出力トルクをトルク増幅機構１２に伝達する
ために入力クラッチ１７を係合させる。また、トルク増
幅機構１２を構成している遊星歯車機構１３の各回転要
素を一体化させるためのダイレクトクラッチ１８を解放
しておく。なお、入力クラッチ１７を係合させるための
油圧は、内燃機関１の起動以前は油圧ポンプ４３をモー
タ４５によって駆動することにより発生させ、走行中は
入力軸５からベルト４４を介して油圧ポンプ４３にトル
クを伝達して油圧ポンプ４３を駆動することにより発生
させる。

【００３２】図２に前記遊星歯車機構１３についての共
線図を示してある。この図２から知られるように、第１
の入力要素であるリングギヤ１５の回転数（内燃機関１
の出力回転数）に対して第２の入力要素であるサンギヤ
１４の回転数（モータ・ジェネレータ６の回転数）が小
さい状態では、出力要素であるキャリヤ１６の回転数が
内燃機関１の出力回転数より小さくなる。したがってリ
ングギヤ１５から入力される内燃機関１の出力トルクに
サンギヤ１４から入力されるモータ・ジェネレータ６の
トルクが付加され、これらの合成されたトルクがキャリ
ヤ１６から出力される。すなわちキャリヤ１６から出力
されるトルクが内燃機関１から入力されたトルクより大
きくなり、遊星歯車機構１３がトルクの増幅作用をおこ
なうことになる。

【００３３】なおその場合、サンギヤ１４と共にロータ
９を逆回転させている状態では、モータ・ジェネレータ
６が発電機として機能する。すなわち内燃機関１の出力
の一部を利用して発電をおこなう。この発電領域は、図
２の“ａ”の線と“ｂ”の線とで囲われた領域である。
これに対してキャリヤ１６の回転数（出力回転数）が増
大してサンギヤ１３が正回転し始めると、モータ・ジェ
ネレータ６に電流を供給してこれをモータとして機能さ
せることになり、したがって蓄電器１０から放電するこ
とになる。この放電領域は、図２の“ｂ”の線と“ｃ”
の線とで囲われた領域である。

【００３４】また、トルク増幅モードでは、出力要素で
あるキャリヤ１６が正回転するので、キャリヤ１６とハ
ウジング１９などの所定の固定部との間に配置した一方
向クラッチ２０は解放状態（フリー）になる。

【００３５】上記のキャリヤ１６がコネクティングドラ
ムなどの連結手段で無段変速機２１における駆動プーリ
２２に連結されているので、トルク増幅機構１２におけ
る出力トルクがこの駆動プーリ２２に伝達される。この
無段変速機２１においては、駆動プーリ２２の溝幅を増
大させるとともに、これに応じて従動プーリ２３の溝幅
を減少させれば、駆動プーリ２２に対するベルト２８の
巻き掛け半径が小さくなり、かつ従動プーリ２３に対す
るベルト２８の巻き掛け半径が増大するので、これらの
巻き掛け半径によって決まる変速比が小さくなる。これ
とは反対に、駆動プーリ２２の溝幅を小さくするととも
に、従動プーリ２３の溝幅を増大させれば、変速比が大
きくなる。なお、このような変速比の変更・設定は、各
可動シーブ２５，２７を油圧によって軸線方向に移動さ
せることによりおこなわれる。

【００３６】このようにして増速もしくは減速されたト
ルクが従動プーリ２３から前後進切換機構２９に伝達さ
れる。この前後進切換機構２９を構成している遊星歯車
機構３０の共線図を図３に示してある。前述したように
この遊星歯車機構３０においては、サンギヤ３１が入力
要素となり、かつキャリヤ３３が出力要素となっている
から、リングギヤ３２を固定することにより、キャリヤ
３３がサンギヤ３１に対して反対方向に回転する。すな
わち後進状態となる。具体的には、後進ブレーキ３６を
係合させてリングギヤ３２を固定するとともに、前進ク
ラッチ３５を解放する。この場合、入力要素であるサン
ギヤ３１の回転数に対して出力要素であるキャリヤ３３
の回転数が低下するので、入力トルクに対して出力トル
クが増大させられる。

【００３７】またいずれか二つの回転要素を連結するこ
とにより全体を一体回転させれば、入力トルクがそのま
まキャリヤ３３から出力される。すなわち前進状態とな
る。具体的には、前進クラッチ３５を係合させてサンギ
ヤ３１とキャリヤ３３とを連結し、かつ後進ブレーキ３
６を解放する。

【００３８】このようにして前後進切換機構２９によっ
て正転状態もしくは反転状態とされて出力されたトルク
は、出力軸３４ならびに出力ギヤ３７からドリブンギヤ
３９、カウンタ軸３８、ドライブギヤ４０、リングギヤ
４２を経てディファレンシャルギヤユニット４１に伝達
される。

【００３９】つぎにダイレクトモータモードについて説
明する。この運転モードは、モータ・ジェネレータ６を
モータとして機能させ、モータ・ジェネレータ６による
動力のみによって走行するモードである。これは、例え
ば市街地あるいは住居地域での比較的低速での走行の際
に選択される。

【００４０】したがってこのダイレクトモータモードで
は内燃機関１を停止させておき、また入力クラッチ１７
を解放して内燃機関１とトルク増幅機構１２とを遮断す
る。さらにトルク増幅機構１２においてトルクの合成を
おこなわないので、ダイレクトクラッチ１８を係合さ
せ、遊星歯車機構１３の全体を一体化させる。そのため
モータ・ジェネレータ６の出力トルクがそのまま無段変
速機２１の駆動プーリ２２に伝達される。なお、この場
合においても、キャリヤ１６が正回転するので、一方向
クラッチ２０は解放状態になる。

【００４１】そしてこの無段変速機２１によって増速も
しくは減速がおこなわれ、その出力トルクが前後進切換
機構２９に伝達される。この無段変速機２１の作用およ
び前後進切換機構２９の作用は前述したとおりである。
すなわちこのダイレクトモータモードにおいても、変速
比を任意に設定でき、かつ前進および後進を任意に選択
することができる。

【００４２】これに対してダイレクトエンジンモード
は、内燃機関１の動力のみによって走行する運転モード
である。これは、例えば高速での定速走行をおこなう場
合に選択される。したがってこのモードでは、内燃機関
１と無段変速機２１とを直結状態とするために、入力ク
ラッチ１７とダイレクトクラッチ１８とを共に係合させ
る。また一方向クラッチ２０は、解放状態になる。

【００４３】したがって内燃機関１の出力トルクが無段
変速機２１に伝達され、ここで増減速が前述したように
しておこなわれ、その出力トルクが前後進切換機構２９
に伝達され、ここで前進状態もしくは後進状態とされて
出力軸３４に出力される。なお、トルク増幅機構１２に
おける遊星歯車機構１３の全体を一体化させることによ
り、モータ・ジェネレータ６のロータ９がサンギヤ１４
と共に回転するので、モータ・ジェネレータ６で起電力
が生じ、モータ・ジェネレータ６が発電機として機能す
る。

【００４４】加速時などに選択されるモータアシストモ
ードについてつぎに説明する。この運転モードは、内燃
機関１の出力にモータ・ジェネレータ６の出力を加えて
大きい駆動力を得るための運転モードであり、内燃機関
１を駆動し、またモータ・ジェネレータ６に電流を供給
してこれをモータとして機能させる。また内燃機関１お
よびモータ・ジェネレータ６の出力を走行のための動力
として使用するために、トルク増幅機構１２における各
クラッチ１７，１８を共に係合させ、その遊星歯車機構
１３の全体を一体化させる。なお、一方向クラッチ２０
は解放状態になる。

【００４５】したがって内燃機関１の出力とモータ・ジ
ェネレータ６の出力とがそのまま無段変速機２１に伝達
される。無段変速機２１に入力されたトルクは、ここで
増速もしくは減速されて前後進切換機構２９に伝達さ
れ、ここで前進状態もしくは後進状態とされて出力軸３
４に出力される。これら無段変速機２１および前後進切
換機構２９の作用は前述したとおりである。

【００４６】つぎに回生ブレーキモードについて説明す
る。この回生ブレーキモードは、車両の有している運動
エネルギを減速時に電気エネルギとして回収する運転モ
ードである。したがって内燃機関１およびモータ・ジェ
ネレータ６の両方を非駆動状態とする。また、車両の有
する運動エネルギが摩擦熱などとして消費されてしまう
ことを防止するために入力クラッチ１７を解放して内燃
機関１をトルク増幅機構１２から切り離す。これに対し
て、減速の際の慣性エネルギがモータ・ジェネレータ６
に入力されるようにするために、ダイレクトクラッチ１
８を係合させて遊星歯車機構１３の全体を一体回転させ
る。

【００４７】また一方、車両が前進走行している場合に
は、前述したように前進クラッチ３５が係合させられ、
かつ後進ブレーキ３６が解放されている。また後進走行
している場合には、前進クラッチ３５が解放させられ、
かつ後進ブレーキ３６が係合させられている。その結
果、いわゆるパワーオフ状態となってトルク増幅機構１
２に対して出力軸３４側から動力が入力されると、無段
変速機２１が前進走行時と同様に回転して出力軸３４側
から入力されたトルクを増速もしくは減速してトルク増
幅機構１２の遊星歯車機構１３に伝達する。遊星歯車機
構１３においては、ダイレクトクラッチ１８が係合して
いてその全体が一体に回転するので、この遊星歯車機構
１３と共にロータ９が回転し、その結果、モータ・ジェ
ネレータ６において発電がおこなわれる。そして車両の
有する運動エネルギが電気エネルギに変換されて回収さ
れることにより、車両の制動がおこなわれる。なお、こ
の場合においても、遊星歯車機構１３におけるキャリヤ
１６が正回転するので、一方向クラッチ２０は解放状態
になる。

【００４８】なおここで、エンジン始動モードについて
説明する。上記のハイブリッド駆動装置では、内燃機関
１とモータ・ジェネレータ６とがトルク増幅機構１２を
介してトルク伝達可能に連結されているから、モータ・
ジェネレータ６によって内燃機関１を始動させることが
できる。すなわち車両が停止している状態では、無段変
速機２１や前後進切換機構２９などの全ての回転要素が
停止しているので、トルク増幅機構１２を構成している
遊星歯車機構１３の各要素が停止している。この状態か
ら内燃機関１を正回転させるには、サンギヤ１４に連結
してあるモータ・ジェネレータ６を逆回転させることに
なる。

【００４９】これを図２の共線図に基づいて説明する
と、入力クラッチ１７を係合させて内燃機関１を遊星歯
車機構１３に連結し、かつダイレクトクラッチ１８を解
放して遊星歯車機構１３の各部材が相対回転可能な状態
にし、この状態でサンギヤ１４およびキャリヤ１６なら
びにリングギヤ１５を結ぶ直線を、キャリヤ１６を中心
に反時計方向に回転させる。すなわちサンギヤ１４の回
転を引き下げると、キャリヤ１４の逆回転が一方向クラ
ッチ２０によって阻止されていることにより、リングギ
ヤ１５の回転が引き上げられる。換言すれば、モータ・
ジェネレータ６に通電してこれをモータとして機能さ
せ、その回転方向は逆回転とする。その結果、リングギ
ヤ１５と共に内燃機関１のクランクシャフト２が正回転
させられて内燃機関１が始動させられる。

【００５０】これに対して走行中に内燃機関１を始動す
る場合は、モータ・ジェネレータ６に通電してこれをモ
ータとして機能させ、かつその回転方向は正回転方向と
する。すなわち内燃機関１を停止して走行している状態
は、モータ・ジェネレータ６の出力を駆動力としている
状態であり、その場合は、前述したダイレクトモータモ
ードで説明したように、入力クラッチ１７とダイレクト
クラッチ１８とが係合させられている。すなわち遊星歯
車機構１３の全体が一体回転するので、モータ・ジェネ
レータ６によって内燃機関１を強制的に回転させつつ走
行していることになる。したがってこの状態で内燃機関
１に燃料を供給することにより内燃機関１が始動する。

【００５１】以上説明したように、この発明に係る上記
のハイブリッド駆動装置では、無段変速機２１から出力
されたトルクを、前後進切換機構２９によって、そのま
ま出力軸３４に伝達し、あるいは反転して出力軸３４に
出力するから、動力源の回転方向は前進走行時であって
も後進走行時であっても同じでよい。したがって反転駆
動することのできない内燃機関１のみで走行せざるを得
ない場合、具体的には、蓄電器１０の充電量が少ないた
めにモータ・ジェネレータ６の出力トルクが不足する場
合であっても、内燃機関１を駆動して走行することによ
り、後進走行時の駆動トルクを必要十分に確保すること
ができる。

【００５２】また上記のハイブリッド駆動装置では、無
段変速機２１としてベルト式のものを採用しているの
で、伝達するべきトルクを大きくするためには、各プー
リ２２，２３の径を大きくすることになるが、従動プー
リ２３と同一軸線上に前後進切換機構２９を配置したの
で、従動プーリ２３を設けることに伴って生じる空間部
分の有効利用が図られ、その結果、装置全体をコンパク
ト化することができる。

【００５３】ところで前述した前後進切換機構２９にお
ける前進クラッチ３５は、要は、入力部材と出力部材と
を一体に連結するクラッチである。したがってこの前進
クラッチ３５は、従動プーリ２３と出力軸３４とを選択
的に連結する構成のものであってもよい。その例を図４
に示してある。

【００５４】すなわち図４に示す例では、出力軸３４が
従動プーリ２３をその中心軸線に沿って貫通する長さに
設定されており、また従動プーリ２３を挟んだ両側に、
ダブルピニオン型遊星歯車機構３０と前進クラッチ３５
とが配置されている。より具体的には、従動プーリ２３
を挟んで図４の左側に遊星歯車機構３０が配置され、ま
たこれとは反対に図４の右側に前進クラッチ３５が配置
されている。

【００５５】そして出力軸３４の一方の端部（図４での
左側の端部）が、遊星歯車機構３０のサンギヤ３１に連
結され、またリングギヤ３２の外周側に後進ブレーキ３
６が配置されている。また従動プーリ２３と出力軸３４
とを選択的に連結する前進クラッチ３５が出力軸３４と
同一軸線上でかつ前記トルク増幅機構１２の外周側に配
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４に図１と同一の符号を付して説明を
省略する。

【００５６】前述した無段変速機２１は駆動プーリ２２
と従動プーリ２３とにベルト２８を巻き掛けた構成であ
り、それらのプーリ２２，２３は溝幅を変更するため
に、固定シーブ２４，２６と可動シーブ２５，２７とに
よって構成されている。そのため可動シーブ２５，２７
を移動させるアクチュエータおよびそのストロークのた
めのスペースが必要となる。

【００５７】図１および図４に示す例では、駆動プーリ
２２における可動シーブ２５が入力軸５の軸端側（図１
および図４での右端部側）に配置されているので、その
外周側に空間部があくことになる。図１に示す例では、
この可動シーブ２５の外周側の空間部を可及的に狭くす
るように図示しないケーシングを窪ませて、サイドメン
バ４６との干渉を避けるように構成したが、図４に示す
例では、その可動シーブ２５の外周側の空間部を有効に
利用してここに前後進切換機構２９のための遊星歯車機
構３０を配置してある。したがって図４に示す構成であ
ってもスペースの有効利用を図って装置を全体としてコ
ンパクトなものとすることができる。

【００５８】なお、上述した図１および図４に示す例で
は、無段変速機２１としてベルト式の変速機を採用した
が、この発明においては、無段変速機として他の構成の
ものを採用することができ、例えば図５に示すようトロ
イダル型の無段変速機を採用することができる。この図
５に示す構成について説明すると、互いに対向する面に
トロイダル面を形成した入力ディスク５１と出力ディス
ク５２とが、トルク増幅機構１２と同一軸線上に配置さ
れている。その入力ディスク５１がトルク増幅機構１２
側に位置し、トルク増幅機構１２における出力部材であ
るキャリヤ１６がこの入力ディスク５１に連結されてい
る。

【００５９】この入力ディスク５１に対向する出力ディ
スク５２を挟んで入力ディスク５１とは反対側に、前後
進切換機構２９を構成する遊星歯車機構３０が配置され
ている。そしてそのサンギヤ３１と出力ディスク５２と
が一体回転するように連結されている。また入力ディス
ク５１と出力ディスク５２との互いに対向するトロイダ
ル面の間にパワーローラ５３が配置されている。このパ
ワーローラ５３は、その中心軸線を中心に自転可能に保
持され、またその中心軸線が各ディスク５１，５２の中
心軸線を含む平面内で傾動するように構成されている。
したがってパワーローラ５３が各ディスク５１，５２に
接触する位置の半径が、パワーローラ５３の傾動によっ
て変化し、その結果、入力ディスク５１に対する出力デ
ィスク５２の回転数すなわち変速比が連続的に変化する
ように構成されている。

【００６０】図５に示すように構成した場合には、内燃
機関１から出力軸３４までの各構成部材が同一軸線上に
配列されるので、ＦＲ（フロントエンジン・フロントド
ライブ）車に適したものとすることができる。また、内
燃機関１の出力で後進走行をおこなうことができるこ
と、および前記の表１に示す各運転モードが可能なこと
などは、図１あるいは図４に示すハイブリッド駆動装置
と同様である。

【００６１】さらにこの発明におけるトルク増幅機構１
２は、上述したシングルピニオン型遊星歯車機構および
入力クラッチ１７ならびにダイレクトクラッチ１８から
構成されたものに限定されないのであり、遊星歯車機構
としてダブルピニオン型のものを使用した構成やディフ
ァレンシャルギヤユニットを主体して構成ものなど、要
は、三つの回転要素を備えていて差動機能のある歯車装
置あるいはローラ装置などによって構成することができ
る。

【００６２】また前後進切換機構は、要は、入力トルク
と出力トルクとの方向が同じである前進状態とこれらの
トルクの方向が互いに反対の後進状態とを選択的に設定
できる構成であればよいのであり、したがって前後進切
換機構としてアイドルギヤおよび同期連結機構（シンク
ロナイザー）を備えた構成のものなどを採用してもよ
い。この前後進切換機構は、内燃機関の出力トルクとモ
ータ・ジェネレータなどの電動機の出力トルクとを合成
したトルクを反転させて後進状態を設定する必要がある
ので、トルク増幅機構よりも出力軸側に配置するが、そ
の位置は、上述した例で示したように無段変速機の出力
側以外に、無段変速機の入力側であってもよい。要は、
トルク増幅機構から出力軸までの間であればよい。な
お、この発明における出力軸は、前述した出力ギヤの取
り付けられた軸に限定されないのであって、装置全体と
しての実質的な出力をおこなう軸であればよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、入力されたトルクを反転せずに出力す
る前進状態と入力されたトルクを反転して出力する後進
状態とを選択することのできる前後進切換機構を、内燃
機関の出力と電動機の出力とを合成するトルク増幅機構
と出力軸との間に配置したので、一方向のみに回転する
内燃機関の出力を反転して出力軸に伝達でき、したがっ
て内燃機関での後進走行が可能になる。したがってこの
発明によれば、電動機に接続した蓄電器の充電量が少な
くなった状態であっても、必要十分な駆動力で後進走行
することができる。

【００６４】また請求項２の発明によれば、無段変速機
を、駆動側部材と従動側部材とを互いに平行に配置した
構成としたことに伴って、その従動側部材と同一軸線上
に前後進切換機構を配置したので、全長の短縮化を図る
ことができるうえに、無段変速機をそのような構成とす
ることにより生じる空間部分の有効利用を図って装置を
全体としてコンパクトなものとすることができる。

【００６５】さらに請求項３の発明によれば、請求項２
の発明による構成に加え、前後進切換機構に備えられた
二つの係合装置を、従動側部材を挟んだ両側に配置した
ので、無段変速機における駆動側部材の外周側の空間部
分の有効利用を図り、装置を全体としてコンパクトなも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例を説明するためのスケルトン図
である。

【図２】図１に示すトルク増幅機構の遊星歯車機構につ
いての共線図である。

【図３】図１に示す前後進切換機構の遊星歯車機構につ
いての共線図である。

【図４】この発明の他の例を説明するためのスケルトン
図である。

【図５】この発明の更に他の例を説明するためのスケル
トン図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ クランクシャフト ６ モータ・ジェネレータ ９ ロータ １２ トルク増幅機構 １３，３０ 遊星歯車機構 １７ 入力クラッチ １８ ダイレクトクラッチ ２１ 無段変速機 ２２ 駆動プーリ ２３ 従動プーリ ２９ 前後進切換機構 ３４ 出力軸 ５１ 入力ディスク ５２ 出力ディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅山 光広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 寛 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の出力部材と電力によって動作
   してトルクを出力する電動機の出力部材とに連結されか
   つ電動機によるトルクを制御することにより内燃機関が
   出力するトルクを増幅して出力するトルク増幅機構と、
   そのトルク増幅機構と出力軸との間に配置され、トルク
   増幅機構側から入力されるトルクを増減速して出力する
   無段変速機とを備えたハイブリッド駆動装置において、 前記トルク増幅機構と出力軸との間に設けられ、入力さ
   れたトルクを反転せずに出力する前進状態と入力された
   トルクを反転して出力する後進状態とに設定可能な前後
   進切換機構を備えていることを特徴とするハイブリッド
   駆動装置。
2. 【請求項２】 前記無段変速機が、回転中心軸線が相互
   に平行になるように配置された駆動側部材と従動側部材
   とを備え、前記電動機と内燃機関とトルク増幅機構とが
   前記駆動側部材と同一軸線上に配置され、かつ前記前後
   進切換機構が前記従動側部材と同一軸線上に配置されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆
   動装置。
3. 【請求項３】 前記前後進切換機構が、入力トルクと出
   力トルクとの方向が同一の前進状態と入力トルクと出力
   トルクとの方向が反対の後進状態とを設定可能な歯車機
   構と、その歯車機構を前進状態に設定する第１の係合装
   置と、前記歯車機構を後進状態に設定する第２の係合装
   置とを備え、これらの係合装置が前記従動側部材と同一
   軸線上でかつ従動側部材を挟んだ両側に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド駆動装
   置。