(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、互いに同軸に配置されたエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０と、第１および第１モータ軸４５，５５と平行に延在する伝達軸９３、伝達軸９３に動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１とを選択的に連結可能な第１および第２連結ギヤ列並びにクラッチＣ１、伝達軸９３に接続されて伝達軸９３からの動力を減速してキャリア９８から出力可能な減速機構９４、およびキャリア９８とリングギヤ４２とを駆動軸に選択的に連結可能なクラッチＣ２を含む変速機９０とを備える。【選択図】図１
2008105495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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要素とを含むと共にこれら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、
伝達軸と、この伝達軸に前記動力分配統合機構の前記第１要素と前記第２要素とを選択的に連結可能な第１連結手段と、前記伝達軸に接続される入力要素と出力要素とを有すると共に前記伝達軸からの動力を所定の変速比で変速して前記出力要素から出力可能な変速機構と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の少なくとも何れか一方とを前記駆動軸に選択的に連結可能な第２連結手段とを含む変速伝達手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項２】
前記変速伝達手段の前記伝達軸は前記第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在し、前記第１および第２電動機は前記内燃機関と概ね同軸に配置され、前記動力分配統合機構は前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と概ね同軸に配置される請求項１に記載の動力出力装置。
【請求項３】
前記変速伝達手段の前記第１連結手段は、前記第１要素に連結される第１平行軸式ギヤ列と、前記第２要素に連結される第２平行軸式ギヤ列と、前記第１平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第１要素連結状態と前記第２平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第２要素連結状態とを選択的に切り替え可能な切替手段とを含む請求項１または２に記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記第１連結手段の前記切替手段は、前記第１要素連結状態と前記第２要素連結状態と前記第１平行軸式ギヤ列および前記第２平行軸式ギヤ列の双方が前記伝達軸に連結される両要素連結状態とを選択的に切り替え可能である請求項３に記載の動力出力装置。
【請求項５】
前記変速伝達手段の前記第２連結手段は、前記変速機構の前記出力要素と前記駆動軸とが連結される変速機構−駆動軸連結状態と、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方と前記駆動軸とが連結される直結状態と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方とが前記駆動軸に連結される同時連結状態とを選択的に切り替え可能である請求項１から４の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項６】
前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸との何れか一方を回転不能に固定可能な固定手段を更に備える請求項１から５の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項７】
前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備える請求項１から６の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項８】
前記変速伝達手段の前記変速機構は、前記伝達軸から前記入力要素に入力された動力を所定の減速比で減速して前記出力要素から出力可能な減速機構である請求項１から７の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項９】
前記変速伝達手段の前記変速機構は、３要素式遊星歯車機構である請求項１から８の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項１０】
前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素のうちの前記機関軸に接続される前記第３要素からより大きなトルクが入力される一方は、前記第１電動機または前記第２電動機の回転軸の回転を減速する減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機に接続される請求項１から９の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項１１】
請求項１０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、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含むシング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リングギヤ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リングギヤの他方であり、前記第３要素は前記キャリアであり、
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前記動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段は、減速比がρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１または第２電動機と前記リングギヤとの間に配置される動力出力装置。
【請求項１２】
請求項１０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、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少なくとも１組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動力出力装置。
【請求項１３】
請求項１２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、前記減速手段は、減速比がρ／（１−ρ）近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記キャリアとの間に配置される動力出力装置。
【請求項１４】
請求項１２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、前記減速手段は、減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記サンギヤとの間に配置される動力出力装置。
【請求項１５】
請求項１から１４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、遊星歯車機構の２つの出力要素を選択的に出力軸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２つの出力要素を含む遊星歯車装置と、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カウンタシャフトを含む平行軸式変速機とを備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この動力出力装置では、遊星歯車装置の２つの出力要素が電気駆動部の対応したロータの内周にそれぞれ固定されている。なお、従来から、内燃機関に接続された入力要素と、第１モータ・ジェネレータに接続された反力要素と、第２モータ・ジェネレータに接続された出力要素とを含む動力分配機構と、出力部材としてのアクスル軸を動力分配機構の出力要素と反力要素とに選択的に接続させるための２つのクラッチとを備えたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。この動力出力装置では、第１モータ・ジェネレータが負回転で力行するようになると、動力分配機構の反力要素が出力部材に接続されると共に出力要素と出力部材との接続が解除されるように２つのクラッチが制御され、それにより、出力部材の動力の一部を用いて第２モータ・ジェネレータが発電した電力により第１モータ・ジェネレータを駆動する動力循環の発生が抑制される。
【特許文献１】特開２００５−１５５８９１号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６３８９号公報
【特許文献３】特開２００５−１２５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、上述のような動力出力装置を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。また、上記特許文献１に記載の動力出力装置は、前輪駆動車両を対象とするものであるが、この動力出力装置のように平行軸式変速機を用いた場合、２体の電動機を平行軸式変速機を構成する複数の駆動側歯車の両側に配置すると動力出力装置の幅方向（平行軸式変速機の軸方向）の寸法が増加してしまう。このため、特許文献１に記載の動力出力装置では、２体の電動機、横置きに配置された内燃機関および遊星歯車機構、ならびに平行軸式変速機が互いに平行に延在することになることから、この動力出力装置は、比較的大きな搭載スペースを要求し、車両への搭載性の面で多少の問題を有している。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、この動力出力装置をそのまま前輪駆動車両に適用することは容易ではない。
【０００４】
そこで、本発明は、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目的の一つとする。また、本発明は、コンパクトで搭載性に優れ、主に前輪を駆動して走行する車両に好適な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目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、上述の目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００６】
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要素とを含むと共にこれら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、
伝達軸と、この伝達軸に前記動力分配統合機構の前記第１要素と前記第２要素とを選択的に連結可能な第１連結手段と、前記伝達軸に接続される入力要素と出力要素とを有すると共に前記伝達軸からの動力を所定の変速比で変速して前記出力要素から出力可能な変速機構と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の少なくとも何れか一方とを前記駆動軸に選択的に連結可能な第２連結手段とを含む変速伝達手段と、
を備えるものである。
【０００７】
この動力出力装置は、伝達軸と、この伝達軸に動力分配統合機構の第１要素と第２要素とを選択的に連結可能な第１連結手段と、伝達軸に接続される入力要素と出力要素とを有すると共に伝達軸からの動力を所定の変速比で変速して出力要素から出力可能な変速機構と、変速機構の出力要素と動力分配統合機構の第１および第２要素の少なくとも何れか一方とを駆動軸に選択的に連結可能な第２連結手段とを含む変速伝達手段を備えるものである。これにより、この動力出力装置では、変速伝達手段の第１連結手段により動力分配統合機構の第１および第２要素の何れか一方を伝達軸に連結した状態で、第２連結手段により変速機構の出力要素と駆動軸とを連結すれば、動力分配統合機構の第１または第２要素からの動力を変速機構により変速した上で駆動軸に出力することができる。また、変速伝達手段の第２連結手段により動力分配統合機構の第１または第２要素の少なくとも何れか一方を駆動軸に連結すれば、第１または第２要素からの動力を駆動軸に直接出力することができる。従って、この変速伝達手段によれば、動力分配統合機構からの動力を複数段階に変速して駆動軸に出力することが可能となる。そして、この動力出力装置では、変速伝達手段の第１連結手段または第２連結手段により動力分配統合機構の第１要素が伝達軸または駆動軸に連結されるときには、出力要素となる第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、変速伝達手段の第１連結手段または第２連結手段により動力分配統合機構の第２要素が伝達軸または駆動軸に連結されるときには、出力要素となる第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。これにより、この動力出力装置では、第１連結手段や第２連結手段による連結状態の切り替えを適宜実行することにより、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。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。
【０００８】
この場合、前記変速伝達手段の前記伝達軸は前記第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在し、前記第１および第２電動機は前記内燃機関と概ね同軸に配置され、前記動力分配統合機構は前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と概ね同軸に配置されてもよい。このように第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在する伝達軸を含む変速伝達手段を用いれば、第１および第２連結手段や変速機構を伝達軸の周りにそれと同軸に配置することにより動力出力装置を２軸式のものとして構成可能となり、内燃機関と第１および第２電動機と動力分配統合機構とを概ね同軸に配置しても、動力出力装置の軸方向（幅方向寸法）の増加を抑制することができる。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前輪を駆動して走行する車両に極めて好適なものとなる。
【０００９】
また、前記変速伝達手段の前記第１連結手段は、前記第１要素に連結される第１平行軸式ギヤ列と、前記第２要素に連結される第２平行軸式ギヤ列と、前記第１平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第１要素連結状態と前記第２平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第２要素連結状態とを選択的に切り替え可能な切替手段とを含むものであってもよい。このように２組の平行軸式ギヤ列と切替手段とにより変速伝達手段の第１連結手段を構成すれば、伝達軸の軸方向における第１連結手段の寸法増加を抑制しながら動力分配統合機構の第１要素と第２要素とを伝達軸に選択的に連結可能とすることができる。また、このように平行軸式ギヤ列を介して動力分配統合機構の第１または第２要素を伝達軸に連結すれば、第１要素または第２要素と伝達軸との間の変速比を自在に設定することが可能となる。
【００１０】
この場合、前記第１連結手段の前記切替手段は、前記第１要素連結状態と前記第２要素連結状態と前記第１平行軸式ギヤ列および前記第２平行軸式ギヤ列の双方が前記伝達軸に連結される両要素連結状態とを選択的に切り替え可能であってもよい。このような切替手段により両要素連結状態が設定されたときには、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することができる。この結果、この動力出力装置によれば、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。
【００１１】
更に、前記変速伝達手段の前記第２連結手段は、前記変速機構の前記出力要素と前記駆動軸とが連結される変速機構−駆動軸連結状態と、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方と前記駆動軸とが連結される直結状態と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方とが前記駆動軸に連結される同時連結状態とを選択的に切り替え可能であってもよい。このような第２連結手段により同時連結状態が設定されたときにも、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することができる。この結果、この動力出力装置によれば、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。
【００１２】
また、本発明による動力出力装置は、前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸との何れか一方を回転不能に固定可能な固定手段を更に備えてもよい。これにより、固定手段に対応していない第１または第２電動機に接続される動力分配統合機構の第１または第２要素が変速伝達手段の第１連結手段または第２連結手段によって伝達軸または駆動軸に連結されているときに、固定手段に対応した第２または第１電動機の回転軸を当該固定手段により回転不能に固定すれば、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することができる。従って、この動力出力装置によれば、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。
【００１３】
更に、本発明による動力出力装置は、前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備えてもよい。このような接続断接手段を備えた動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させれば、動力分配統合機構の機能により内燃機関を実質的に第1および第２電動機や変速伝達手段から切り離すことが可能となる。これにより、この動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させると共に内燃機関を停止させれば、第１および第２電動機の少なくとも何れかからの動力を変速伝達手段の変速状態（変速比）の変更を伴って駆動軸に効率よく伝達することが可能となる。従って、この動力出力装置によれば、第１および第２電動機に要求される最大トルク等を低下させることが可能となり、第１および第２電動機のより一層の小型化を図ることができる。
【００１４】
また、前記変速伝達手段の前記変速機構は、前記伝達軸から前記入力要素に入力された動力を所定の減速比で減速して前記出力要素から出力可能な減速機構であってもよい。この場合、前記変速伝達手段の前記変速機構は、３要素式遊星歯車機構であってもよい。これにより、変速伝達手段をよりコンパクトに構成することが可能となる。
【００１５】
更に、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素のうちの前記機関軸に接続される前記第３要素からより大きなトルクが入力される一方は、前記第１電動機または前記第２電動機の回転軸の回転を減速する減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機に接続されてもよい。このように、動力分配統合機構の第１および第２要素のうち、内燃機関からのトルクの分配比率が大きい方を減速手段を介して第１または第２電動機と接続すれば、減速手段に接続された第１または第２電動機のトルク負担をより効果的に軽減して、当該電動機を小型化すると共にその動力損失の低減化を図ることが可能となる。
【００１６】
この場合、前記動力分配統合機構は、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含むシング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リングギヤ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リングギヤの他方であり、前記第３要素は前記キャリアであり、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前記動力分配統合機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段は、減速比がρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１または第２電動機と前記リングギヤとの間に配置されてもよい。このような諸元の動力分配統合機構においては、サンギヤに比べてリング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、リングギヤと第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、当該第１または第２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。また、減速手段の減速比をρ近傍の値とすれば、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。
【００１７】
また、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少なくとも１組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。この場合、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、前記減速手段は、減速比がρ／（１−ρ）近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記キャリアとの間に配置されてもよい。このような諸元の動力分配統合機構においては、サンギヤに比べて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、当該第１または第２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。また、減速手段の減速比をρ／（１−ρ）近傍の値とすれば、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、この場合、前記減速手段は、減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共に前記第１電動機または前記第２電動機と前記サンギヤとの間に配置されてもよい。
【００１８】
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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一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。同図に示すハイブリッド自動車２０は、前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の出力軸であるクランクシャフト２６に接続された動力分配統合機構（差動回転機構）４０と、エンジン２２のクランクシャフト２６と同軸に配置されると共に動力分配統合機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、エンジン２２およびモータ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からの動力を変速状態の変更を伴ってギヤ機構６１に含まれる駆動軸６０に伝達可能な変速機９０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。
【００２１】
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から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、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。
【００２２】
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周知の同期発電電動機として構成されており、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。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。また、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。
【００２３】
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。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。更に、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も算出している。
【００２４】
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９０と共に図示しないトランスミッションケースに収容され、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、その内周に形成された内歯と外周に形成された外歯とを有すると共にサンギヤ４１と同心円上に配置されるリングギヤ４２と、サンギヤ４１およびリングギヤ４２の内歯の双方と噛合するピニオンギヤ４３を複数保持するキャリア４４とを含み、サンギヤ４１（第２要素）とリングギヤ４２（第１要素）とキャリア４４（第３要素）とが互いに差動回転できるように構成されたシングルピニオン式遊星歯車機構である。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。動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１には、当該サンギヤ４１からエンジン２２とは反対側に延びるサンギヤ軸４１ａおよび第１モータ軸４５を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（ロータ）が接続されている。また、第１要素たるリングギヤ４２には、動力分配統合機構４０のエンジン２２側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要素たるキャリア４４には、第２モータ軸５５およびモータＭＧ２を通って延びるキャリア軸４４ａ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。これにより、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０、減速ギヤ機構５０という構成要素が、図中右からエンジン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という順番で互いに同軸に配置されることになる。
【００２５】
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。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ρ近傍の値となるように構成されている。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のリングギヤ４２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のリングギヤ４２に入力されると共に、リングギヤ４２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。なお、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。
【００２６】
また、図１に示すように、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４５との間には、両者の接続および当該接続の解除を実行する接続断接手段として機能すると共に、モータＭＧ１の回転軸たる第１モータ軸４５（リングギヤ４２）を回転不能に固定可能な固定手段として機能するクラッチＣ０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の先端（図中左端）に固定されたドグと、第１モータ軸４５の先端（図中右端）に固定されたドグと、トランスミッションケースに固定された固定用ドグ４６と、これらのドグと噛合可能であると共に電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１００により駆動される係合部材とを含むドグクラッチとして構成され、図１に示すように、係合部材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。すなわち、実施例のクラッチＣ０のクラッチポジションがＲポジションに設定されると、係合部材を介したサンギヤ軸４１ａのドグと第１モータ軸４５のドグとの連結すなわちモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続が解除される。このように、クラッチＣ０によるサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４５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要素たるサンギヤ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９０から切り離すことが可能となる。また、クラッチＣ０のクラッチポジションがＭポジションに設定されると、係合部材を介してサンギヤ軸４１ａのドグと第１モータ軸４５のドグとがより少ない損失で連結され、それによりモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１とが接続されることになる。そして、クラッチＣ０のクラッチポジションがＬポジションに設定されると、係合部材を介してサンギヤ軸４１ａのドグと第１モータ軸４５のドグと固定用ドグ４６とがより少ない損失で連結され、それにより、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１や第１モータ軸４５（モータＭＧ２）を回転不能に固定することが可能となる。
【００２７】
変速機９０は、複数段階に変速状態（変速比）を設定可能なものであり、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２および当該リングギヤ４２の外歯と常時噛合する第１従動ギヤ９１により構成される第１連結ギヤ列と、第１モータ軸４５に取り付けられた駆動ギヤ４７および当該駆動ギヤ４７と常時噛合する第２従動ギヤ９２により構成される第２連結ギヤ列と、エンジン２２のクランクシャフト２６や第１モータ軸４５、第２モータ軸５５と平行に延在する伝達軸９３と、入力された動力を所定の減速比で減速して出力可能なシングルピニオン式遊星歯車機構である減速機構９４と、駆動軸６０に取り付けられたギヤと噛合する出力ギヤ９９を有する出力ギヤ軸９９ａと、クラッチＣ１およびＣ２とを含む。第１連結ギヤ列の第１従動ギヤ９１は、図示しない軸受により回転自在に支持されて第１モータ軸４５および第２モータ軸５５と平行に延在する中空の第１ギヤ軸９１ａに取り付けられている。また、第２連結ギヤ列の第２従動ギヤ９２は、第１ギヤ軸９１ａと所定の間隔を隔てた状態で図示しない軸受により回転自在に支持されて第１モータ軸４５および第２モータ軸５５と平行に延在する中空の第２ギヤ軸９２ａに取り付けられている。なお、実施例では、第１連結ギヤ列を構成するリングギヤ４２の外歯と第２連結ギヤ列を構成する駆動ギヤ４７との歯数が同一とされ、第１連結ギヤ列を構成する第１従動ギヤ９１と第２連結ギヤ列を構成する第２従動ギヤ９２との歯数が同一とされるが、これらのギヤの歯数は任意に定めることができる。
【００２８】
伝達軸９３は、上述の第１および第２ギヤ軸９１ａ，９２ａの内部を通って第１モータ軸４５および第２モータ軸５５と平行に延在し、その先端（図中右端）には、減速機構９４が接続される。減速機構９４は、伝達軸９３に接続されるサンギヤ９５と、このサンギヤ９５と同心円上に配置されるリングギヤ９６と、サンギヤ９５およびリングギヤ９６の双方と噛合するピニオンギヤ９７を複数保持するキャリア９８とを含み、サンギヤ９５（入力要素）とリングギヤ（固定要素）９６とキャリア９８（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。減速機構９４のリングギヤ９６は、図１に示すように、トランスミッションケースに対して回転不能に固定される。また、減速機構９４のキャリア９８には、第１ギヤ軸９１ａに向けて延びる中空のキャリア軸９８ａが接続されており、伝達軸９３は、このキャリア軸９８ａを通してサンギヤ９５に固定される。キャリア軸９８は、第１ギヤ軸９１ａと所定の間隔を隔てた状態で図示しない軸受により回転自在に支持される。これにより、変速機９０では、伝達軸９３の周りに、図中左側から順番に、第２従動ギヤ９２が取り付けられた中空の第２ギヤ軸９２ａ、第１従動ギヤ９１が取り付けられた中空の第１ギヤ軸９１ａ、および中空のキャリア軸９８ａが配置されることになる。また、出力ギヤ９９を有する出力ギヤ軸９９ａは、第１ギヤ軸９１ａ（および伝達軸９３）の周りで回転自在となるように図示しない軸受により支持される。そして、出力ギヤ９９からの動力は、ギヤ機構６１に含まれる駆動軸６０に伝達され、最終的にはデファレンシャルギヤ６２を介して駆動輪としての前輪６３ａ，６３ｂに出力されることになる。
【００２９】
変速機９０に含まれるクラッチＣ１は、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの間付近に配置され、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの何れか一方または双方を伝達軸９３に連結可能なものである。実施例において、クラッチＣ１は、例えば、第１ギヤ軸９１ａの一端（図中左端）に固定された第１ドグと、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの間に位置するように伝達軸９３に固定されたドグと、第２ギヤ軸９２ａの一端（図中右端）に固定されたドグと、これらのドグと噛合可能であると共に電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１０１により駆動されるドグクラッチとして構成され、図１に示すように、係合部材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。すなわち、変速機９０のクラッチＣ１のクラッチポジションがＲポジションに設定されると、係合部材を介して第１ギヤ軸９１ａの第１ドグと伝達軸９３のドグとがより少ない損失で連結され、それにより第１連結ギヤ列や第１ギヤ軸９１ａを介して動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２と伝達軸９３とが連結される（以下、適宜、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「第１要素連結状態」という）。また、クラッチＣ１のクラッチポジションがＭポジションに設定されると、係合部材を介して第１ギヤ軸９１ａの第１ドグと伝達軸９３のドグと第２ギヤ軸９２ａのドグとがより少ない損失で連結され、それにより第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの双方すなわち動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１との双方が伝達軸９３に連結される（以下、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「両要素連結状態」という）。更に、クラッチＣ１のクラッチポジションがＬポジションに設定されると、係合部材を介して第２ギヤ軸９２ａのドグと伝達軸９３のドグとがより少ない損失で連結され、それにより、クラッチＣ０がＭポジションに設定されていれば第２連結ギヤ列や第２ギヤ軸９２ａを介して動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１と伝達軸９３とが連結される（以下、このようなクラッチＣ１による連結状態を適宜「第２要素連結状態」という）。
【００３０】
また、変速機９０に含まれるクラッチＣ２は、第１ギヤ軸９１ａとキャリア軸９８ａとの間付近に配置され、第１ギヤ軸９１ａとキャリア軸９８ａとの何れか一方または双方を出力ギヤ軸９９ａに連結可能なものである。実施例において、クラッチＣ２は、例えば、第１ギヤ軸９１ａの他端（図中右端）に固定された第２ドグと、キャリア軸９８ａの先端（図中左端）に固定されたドグと、第１ギヤ軸９１ａの第２ドグおよびキャリア軸９８ａのドグの周囲に位置するように出力ギヤ軸９９ａに取り付けられたドグと、これらのドグと噛合可能であると共に電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ１０２により駆動されるドグクラッチとして構成され、図１に示すように、係合部材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。すなわち、変速機９０のクラッチＣ２のクラッチポジションがＲポジションに設定されると、係合部材を介してキャリア軸９８ａのドグと出力ギヤ軸９９ａのドグとがより少ない損失で連結され、それによりキャリア軸９８ａすなわち減速機構９４が出力ギヤ軸９９ａや出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される（以下、このようなクラッチＣ２による連結状態を適宜「減速機構−駆動軸連結状態」という）。また、クラッチＣ２のクラッチポジションがＭポジションに設定されると、係合部材を介してキャリア軸９８ａのドグと第１ギヤ軸９１ａの第２ドグと出力ギヤ軸９９ａのドグとがより少ない損失で連結され、それによりキャリア軸９８ａ（減速機構９４）と第１ギヤ軸９１ａとの双方が出力ギヤ軸９９ａや出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される（以下、このようなクラッチＣ２による連結状態を適宜「同時連結状態」という）。更に、クラッチＣ２のクラッチポジションがＬポジションに設定されると、係合部材を介して第１ギヤ軸９１ａの第２ドグと出力ギヤ軸９９ａのドグとがより少ない損失で連結され、それにより第１ギヤ軸９１ａが出力ギヤ軸９９ａや出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される。この場合、第１ギヤ軸９１ａには第１連結ギヤ列すなわち第１従動ギヤ９１およびリングギヤ４２が連結されていることから、動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２が第１連結ギヤ列、第１ギヤ軸９１ａ、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結されることになる（以下、このようなクラッチＣ２による連結状態を適宜「直結状態」という）。
【００３１】
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９０のクラッチＣ１およびＣ２を駆動するアクチュエータ１００，１０１，１０２もハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。
【００３２】
次に、図２から図１１を参照しながら、実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。
【００３３】
図２から図７は、エンジン２２の運転を伴ってハイブリッド自動車２０を走行させる場合に車速変化に応じて変速機９０の変速比をシフトアップ方向に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９０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。また、図８は、ハイブリッド自動車２０の走行時におけるクラッチＣ０や変速機９０のクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションの設定状態を示す図表である。ハイブリッド自動車２０が図２から図７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１００，１０１，１０２（クラッチＣ０、変速機９０のクラッチＣ１およびＣ２）はハイブリッドＥＣＵ７０により直接制御される。なお、図２から図７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４５の回転数Ｎｍ１）を、Ｃ軸は動力分配統合機構４０のキャリア４４の回転数（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を、Ｒ軸は動力分配統合機構４０のリングギヤ４２の回転数（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。また、９１，９２，９５軸は変速機９０の第１従動ギヤ９１（第１ギヤ軸９１ａ）、第２従動ギヤ９２（第２ギヤ軸９２ａ）および減速機構９４のサンギヤ９５の回転数を、９９軸は出力ギヤ９９（出力ギヤ軸９９ａ）の回転数を、９６軸は減速機構９４のリングギヤ９６の回転数を、６０軸は駆動軸６０の回転数をそれぞれ示す。
【００３４】
エンジン２２の運転を伴ってハイブリッド自動車２０を走行させる際には、基本的にクラッチＣ０がＭポジションに設定され、モータＭＧ１すなわち第１モータ軸４５がサンギヤ軸４１ａを介して動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続される。そして、ハイブリッド自動車２０の車速Ｖが比較的低い際には、変速機９０のクラッチＣ１およびＣ２の双方がＲポジションに設定される（図８参照）。以下、この状態を変速機９０の「第１変速状態（１速）」という（図２）。このような第１変速状態のもとでは、動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２が第１連結ギヤ列（第１従動ギヤ９１）や第１ギヤ軸９１ａ、クラッチＣ１を介して伝達軸９３に連結されると共に、伝達軸９３に接続されている減速機構９４の出力要素たるキャリア９８（キャリア軸９８ａ）がクラッチＣ２、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される。これにより、第１変速状態のもとでは、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が出力要素となって当該リングギヤ４２に減速ギヤ機構５０を介して接続されたモータ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、キャリア４４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側とリングギヤ４２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リングギヤ４２側に出力する。以下、このようにモータ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。このような第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図９に示す。なお、図９においてＳ軸、Ｃ軸、Ｒ軸、５４軸および５１軸は、図２から図７と同様のものを示し、ρは動力分配統合機構４０のギヤ比を、ρｒは減速ギヤ機構５０の減速比をそれぞれ示す。また、図９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ことを示す（図２から図７、図１０、図１１も同様）。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リングギヤ４２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の回転数と出力要素たるリングギヤ４２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。そして、リングギヤ４２に出力された動力は、図２に示すように、リングギヤ４２の外歯と第１従動ギヤ９１とからなる第１連結ギヤ列の変速比で変速されて伝達軸９３へと伝達されると共に、減速機構９４のギヤ比ρｘ（図２参照）に基づく変速比（ρｘ／（１＋ρｘ））で変速（減速）された上で駆動軸６０へと出力されることになる。
【００３５】
図２に示す状態すなわち変速機９０が第１変速状態にあると共にトルク変換モードが第１トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがて動力分配統合機構４０のリングギヤ４２の回転数とサンギヤ４１および駆動ギヤ４７の回転数とが概ね一致するようになり、これに伴って変速機９０の第２従動ギヤ９２の回転数が第１従動ギヤ９１の回転数と概ね一致するようになる（図３参照）。これにより、クラッチＣ１をＭポジションに設定して第１ギヤ軸９１ａの第１ドグと第２ギヤ軸９２ａのドグと伝達軸９３のドグとを連結し、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１との双方を伝達軸９３や減速機構９４等を介して駆動軸６０に連結することが可能となる。そして、変速機９０のクラッチＣ１をＭポジションに設定すると共にクラッチＣ２をＲポジションに設定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、図３に示すように、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）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく固定された（一定の）変速比（第１変速状態の変速比と後述の第２変速状態の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６０へと伝達されることになる。以下、このように、クラッチＣ１により動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１との双方を伝達軸９３や減速機構９４等を介して駆動軸６０に連結するようなモードを「同時係合モード」といい、特に、図３に示す状態を「１−２速同時係合状態」という。
【００３６】
図３に示す１−２速同時係合状態のもとでは、第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの回転数が一致していることから、変速機９０のクラッチＣ１のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに容易に切り替えて、第１ギヤ軸９１ａ（第１連結ギヤ列）と伝達軸９３との連結を解除することができる。以下、このようにクラッチＣ１がＬポジションに設定されると共にクラッチＣ２がＲポジションに設定される状態を変速機９０の第２変速状態（２速）という（図４）。このような第２変速状態のもとでは、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１が第２連結ギヤ列（駆動ギヤ４７および第２従動ギヤ９２）や第２ギヤ軸９２ａ、クラッチＣ１を介して伝達軸９３に連結されると共に、伝達軸９３に接続されている減速機構９４の出力要素たるキャリア９８（キャリア軸９８ａ）がクラッチＣ２、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される。これにより、第２変速状態のもとでは、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リングギヤ４２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、キャリア４４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側とリングギヤ４２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、このようにモータ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。このような第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図１０に示す。なお、図１０における符号は図９のものと同様である。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の回転数と出力要素たるサンギヤ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。そして、サンギヤ４１（第１モータ軸４５）に出力された動力は、図４に示すように、駆動ギヤ４７と第２従動ギヤ９２とからなる第２連結ギヤ列の変速比で変速されて伝達軸９３へと伝達されると共に、減速機構９４のギヤ比ρｘに基づく変速比（ρｘ／（１＋ρｘ））で変速（減速）された上で駆動軸６０へと出力されることになる。
【００３７】
図４に示す状態すなわち変速機９０が第２変速状態にあると共にトルク変換モードが第２トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがて伝達軸９３に連結されていない第１ギヤ軸９１ａ（第１従動ギヤ９１）の回転数と出力ギヤ軸９９ａ（出力ギヤ９９）の回転数とが概ね一致するようになる（図５参照）。これにより、クラッチＣ２をＭポジションに設定してキャリア軸９８ａのドグと出力ギヤ軸９９ａのドグと第１ギヤ軸９１ａの第２ドグとを連結し、第２連結ギヤ列、クラッチＣ１、伝達軸９３、キャリア９８，出力ギヤ９９等を介して動力分配統合機構４０のサンギヤ４１を駆動軸６０に連結すると共に、第１連結ギヤ列、第１ギヤ軸９１ａ、クラッチＣ２、出力ギヤ９９等を介して動力分配統合機構４０のリングギヤ４２を駆動軸６０に連結することが可能となる。そして、変速機９０のクラッチＣ２をＭポジションに設定すると共にクラッチＣ１をＬポジションに設定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、図５に示すように、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）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく固定された（一定の）変速比（第２変速状態の変速比と後述の第３変速状態の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６０へと伝達されることになる。以下、このように、クラッチＣ２により第１ギヤ軸９１ａ（リングギヤ４２）とキャリア軸９８ａ（サンギヤ４１）との双方を伝達軸９３に連結するようなモードも「同時係合モード」といい、特に、図５に示す状態を「２−３速同時係合状態」という。
【００３８】
図５に示す２−３速同時係合状態のもとでは、第１ギヤ軸９１ａとキャリア軸９８ａと出力ギヤ軸９９ａとの回転数が一致していることから、変速機９０のクラッチＣ２のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに容易に切り替えて、キャリア軸９８ａと出力ギヤ軸９９ａとの連結を解除することができる。以下、このようにクラッチＣ１がＬポジションに設定されると共にクラッチＣ２がＬポジションに設定される状態を変速機９０の第３変速状態（３速）という（図６）。このような第３変速状態のもとでは、動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２が第１連結ギヤ列（第１従動ギヤ９１）や第１ギヤ軸９１ａ、クラッチＣ２、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される。従って、この場合には、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が出力要素となると共にサンギヤ４１が反力要素となってトルク変換モードが上記第１トルク変換モードとなり、図６に示すように、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たるリングギヤ４２に機械的に連結（直結）された駆動軸６０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。
【００３９】
図６に示す状態すなわち変速機９０が第３変速状態にあると共にトルク変換モードが第１トルク変換モードである状態で車速Ｖが高まると、やがてモータＭＧ１、第１モータ軸４５および動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１の回転数が値０に近づくことになる。これにより、クラッチＣ０のクラッチポジションをそれまでのＭポジションからＬポジションへと切り替えて、図７に示すように、第１モータ軸４５（モータＭＧ１）およびサンギヤ４１を回転不能に固定することが可能となる。そして、変速機９０のクラッチＣ２により第１ギヤ軸９１ａを出力ギヤ軸９９ａに接続したままクラッチＣ０により第１モータ軸４５やサンギヤ４１を回転不能に固定した状態でモータ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）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、固定された（一定の）変速比（第３変速状態の変速比よりも増速側の値）で変速された上で駆動軸６０へと直接伝達されることになる。以下、このように、変速機９０のクラッチＣ２により第１ギヤ軸９１ａを出力ギヤ軸９９ａに接続したままクラッチＣ０により第１モータ軸４５やサンギヤ４１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７に示す状態を「３速固定状態」という。なお、変速機９０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。
【００４０】
このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機９０の第１〜第３変速状態の切り換え（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換えられるので、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リングギヤ４２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サンギヤ４１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、上述の同時係合モードのもとでハイブリッド自動車２０を走行させれば、１−２速同時係合状態、２−３速同時係合状態および３速固定状態のそれぞれに固有の変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６０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６０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動力分配統合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６０との間の減速比が比較的大きい場合に特に有利なものとなる。更に、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機９０の変速状態を変更する際に、第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの間で一旦同時係合モードが実行されることから、変速状態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、変速状態の変更すなわち第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの切り換え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。
【００４１】
続いて、図８および図１１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Ｃ０をＭポジションに設定してモータＭＧ１を動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続したままモータＭＧ１およびＭＧ２の何れか一方に動力を出力させるクラッチ係合１モータ走行モードと、クラッチＣ０をＲポジションに設定してモータＭＧ１と動力分配統合機構４０のサンギヤ４１との接続を解除した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２の何れか一方に動力を出力させるクラッチ解放１モータ走行モードと、クラッチＣ０をＲポジションに設定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２の双方からの動力を利用できるようにする２モータ走行モードとに大別される。
【００４２】
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Ｍポジションに設定した状態で図８に示すようにクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションを設定することにより変速機９０を第１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、クラッチＣ０をＭポジションに設定した状態で図８に示すようにクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションを設定することにより変速機９０を第２変速状態に設定してモータＭＧ１のみに動力を出力させる。かかるクラッチ係合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４５とが接続されていることから、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ことになる（図１１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Ｒポジションに設定した状態で図８に示すようにクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションを設定することにより変速機９０を第１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、クラッチＣ０をＲポジションに設定した状態で図８に示すようにクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションを設定することにより変速機９０を第２変速状態に設定してモータＭＧ１のみに動力を出力させる。かかるクラッチ解放１モータ走行モードのもとでは、図１１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Ｒポジションに設定されてサンギヤ４１と第１モータ軸４５（モータＭＧ１）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、クラッチＣ２またはＣ１のクラッチポジションの設定状態により停止しているモータ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Ｒポジションに設定すると共に図８に示すようにクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションを設定することにより変速機９０を上述の１−２速同時係合状態または２−３速同時係合状態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６０に伝達することができるので、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可能となる。
【００４３】
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ると、動力を効率よく駆動軸６０に伝達すべく変速機９０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、クラッチ解放１モータ走行モードのもとで、変速機９０を第１変速状態に設定すると共にモータＭＧ２にのみ動力を出力させているときに、第２従動ギヤ９２が第１従動ギヤ９１と回転同期するようにモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を調整し、変速機９０のクラッチＣ１のクラッチポジションをＲポジションからＭポジションに切り替えれば、上述の１−２速同時係合状態すなわち２モータ走行モードへと移行することができる。そして、この状態でクラッチＣ１のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに切り替えると共にモータＭＧ１のみに動力を出力させれば、上述の第２変速状態のもとでモータＭＧ１により出力される動力を駆動軸６０に伝達することが可能となる。また、クラッチ解放１モータ走行モードのもとで、変速機９０を第２変速状態に設定すると共にモータＭＧ１にのみ動力を出力させているときに、第１ギヤ軸９１ａが出力ギヤ軸９９ａと回転同期するようにモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を調整し、変速機９０のクラッチＣ２のクラッチポジションをＲポジションからＭポジションに切り替えれば、上述の２−３速同時係合状態すなわち２モータ走行モードへと移行することができる。そして、この状態でクラッチＣ２のクラッチポジションをＭポジションからＬポジションに切り替えると共にモータＭＧ２のみに動力を出力させれば、上述の第３変速状態のもとでモータＭＧ２により出力される動力を駆動軸６０に伝達することが可能となる。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９０を用いてリングギヤ４２やサンギヤ４１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９０の変速状態（変速比）の変更に際しても、一旦変速機９０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、変速状態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、変速状態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、これらの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９０の変速状態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。
【００４４】
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０は、クランクシャフト２６や第１モータ軸４５、第２モータ軸５５と概ね平行に延在する伝達軸９３と、この伝達軸９３に動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２と第２要素たるサンギヤ４１とを選択的に連結可能な第１連結手段としての第１連結ギヤ列、第２連結ギヤ列およびクラッチＣ１と、伝達軸９３に接続される入力要素たるサンギヤ９５と出力要素たるキャリア９８とを有すると共に伝達軸９３からの動力を所定の変速比で変速してキャリア９８から出力可能な変速機構としての減速機構９４と、減速機構９４のキャリア９８と動力分配統合機構の第１および第２要素の少なくとも何れか一方とを駆動軸６０に選択的に連結可能な第２連結手段してのクラッチＣ２とを含む変速機９０を備える。
【００４５】
これにより、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機９０のクラッチＣ１等により動力分配統合機構４０のリングギヤ４２およびサンギヤ４１の何れか一方を伝達軸９３に連結した状態で、クラッチＣ２や出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等により減速機構９４のキャリア９８を駆動軸６０に連結すれば、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２またはサンギヤ４１からの動力を減速機構９４により減速した上で駆動軸６０に出力することができる。更に、変速機９０の第１ギヤ軸９１ａやクラッチＣ２、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等により動力分配統合機構４０のリングギヤ４２を駆動軸６０に連結すれば、リングギヤ４２からの動力を駆動軸６０に機械的に直接出力することができる。従って、変速機９０を備えたハイブリッド自動車２０では、動力分配統合機構４０からの動力を複数段階に変速して駆動軸６０に出力することが可能となる。そして、変速機９０のクラッチＣ１等により動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が伝達軸９３に連結されるとき、あるいはクラッチＣ２により動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が駆動軸６０に連結されるときには、出力要素となるリングギヤ４２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、変速機９０のクラッチＣ１により動力分配統合機構４０のサンギヤ４１が伝達軸９３に連結されるときには、出力要素となるサンギヤ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リングギヤ４２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。これにより、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションの切り替えを適宜実行することにより、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して、いわゆる動力循環の発生を抑制することができる。この結果、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ることが可能となり、燃費と走行性能とを良好に向上させることができる。
【００４６】
また、上述の変速機９０を用いれば、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、および動力分配統合機構４０とを概ね同軸に配置しても、これらの要素により構成される動力出力装置の軸方向（車幅方向）寸法の増加を抑制することができる。すなわち、変速機９０を用いることにより、２組の平行軸式ギヤ列すなわち第１連結ギヤ列および第２連結ギヤ列により動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２および第２要素たるサンギヤ４１の少なくとも何れか一方を伝達軸９３に連結することが可能となる。そして、実施例のようにクラッチＣ０を設けたとしても第１連結ギヤ列と第２連結ギヤ列との間隔は比較的狭くとることができる。そして、上述の変速機９０を用いれば、第１連結ギヤ列の第１従動ギヤ９１、第２連結ギヤ列の第２従動ギヤ９２、減速機構９４、クラッチＣ１，クラッチＣ２、出力ギヤ９９および出力ギヤ軸９９ａ等は何れも伝達軸９３の周りにそれと同軸に配置することができることから、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９０等を備える動力出力装置を２軸式のものとして構成可能となる。従って、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０を概ね同軸に配置しても、動力出力装置の車幅方向寸法の増加を抑制することができる。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前輪６３ａ，６３ｂ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。
【００４７】
更に、変速機９０は、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２に常時連結される平行軸式の第１連結ギヤ列（リングギヤ４２の外歯および第１従動ギヤ９１）と、クラッチＣ０がＭポジションにあるときにはサンギヤ４１に常時連結される平行軸式の第２連結ギヤ列（駆動ギヤ４７及び第２従動ギヤ９２）と、第１連結ギヤ列と伝達軸９３とが連結される第１要素連結状態（Ｒポジション）と第２連結ギヤ列と伝達軸９３とが連結される第２要素連結状態（Ｌポジション）とを選択的に切り替え可能なクラッチＣ０とを含むものである。このように２組の平行軸式の第１および第２連結ギヤ列とクラッチＣ０とにより変速機９０の第１連結手段を構成すれば、伝達軸９３の軸方向における第１連結手段の寸法増加すなわち第１連結ギヤ列と第２連結ギヤ列との間隔の増加を抑制しながら動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１とを伝達軸９３に選択的に連結することが可能となる。また、平行軸式の第１または第２連結ギヤ列を介して動力分配統合機構４０のリングギヤ４２またはサンギヤ４１を伝達軸９３に連結すれば、リングギヤ４１またはサンギヤ４１と伝達軸９３との間の変速比を自在に設定することが可能となる。これにより、変速機９０の変速比設定の自由度を大きくして動力の伝達効率のより一層の向上を図ることができる。なお、上記実施例では、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２に外歯を形成してリングギヤ４２自体が第１連結ギヤ列を構成するようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、リングギヤ４２に外歯を形成する代わりに、駆動ギヤ４７と同様のギヤをリングギヤ４２に接続して当該ギヤを第１従動ギヤと噛合させて第１連結ギヤ列を構成してもよい。そして、変速機９０の変速機構を伝達軸９３からサンギヤ９５に入力された動力を所定の減速比で減速してキャリア９８から出力可能な３要素式遊星歯車機構である減速機構９４とすれば、変速機９０をよりコンパクトに構成することが可能となる。ただし、変速機９０の減速機構９４は、互いに異なる歯数をもった第１サンギヤおよび第２サンギヤと、第１サンギヤと噛合する第１ピニオンギヤと第２サンギヤと噛合する第２ピニオンギヤとを連結してなる段付ギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含む遊星歯車機構であってもよい。このような段付ギヤを含む遊星歯車機構を減速機構９４として用いれば、より大きな減速比を設定する際にピニオンギヤの回転数が高まりがちなシングルピニオン式遊星歯車機構を有する変速機に比べて、より大きな減速比を容易に設定することが可能となる。
【００４８】
また、変速機９０のクラッチＣ１は、第１要素連結状態（Ｒポジション）と第２要素連結状態（Ｌポジション）と第１連結ギヤ列および第２連結ギヤ列の双方が伝達軸９３に連結される両要素連結状態（Ｍポジション）とを選択的に切り替え可能である。従って、クラッチＣ１をＭポジションすなわち両要素連結状態に設定すれば、上述のようにエンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸６０へと伝達することが可能となる。更に、変速機９０のクラッチＣ２は、減速機構９４のキャリア９８が出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される減速機構−駆動軸連結状態（Ｒポジション）と、動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が第１連結ギヤ列、第１ギヤ軸９１ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される直結状態（Ｌポジション）と、減速機構９４のキャリア９８と動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とが駆動軸６０に連結される同時連結状態（Ｍポジション）とを選択的に切り替え可能である。従って、クラッチＣ２をＭポジションすなわち同時連結状態に設定しても、エンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することが可能となる。加えて、ハイブリッド自動車２０に設けられているクラッチＣ０は、モータＭＧ１の回転軸たる第１モータ軸４５を回転不能に固定可能なものである。従って、上述のようにモータＭＧ２に接続される動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が変速機９０のクラッチＣ２によって駆動軸６０に連結されているときに第１モータ軸４５をクラッチＣ０により回転不能に固定しても、エンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸６０へと伝達することができる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、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。なお、上述のような固定手段は、変速機による最小変速比が設定されるときに動力分配統合機構の反力要素となる要素（実施例ではサンギヤ４１）の回転を固定するものであればよく、変速機の構成によっては、モータＭＧ２の第２モータ軸５５あるいはリングギヤ４２を固定するものとされてもよい。また、固定手段の機能をクラッチＣ０にもたせる代わりに、クラッチＣ０とは別に第１モータ軸４５（サンギヤ４１）あるいは第２モータ軸５５（リングギヤ４２）を固定するブレーキを採用してもよい。
【００４９】
そして、実施例のハイブリッド自動車２０は、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４５、すなわち、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クラッチＣ０を備えている。これにより、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０によるサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４５との接続を解除すれば、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９０から切り離すことが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０をＲポジションに設定すると共にエンジン２２を停止させれば、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れかからの動力を変速機９０の変速状態（変速比）の変更を伴って駆動軸６０に効率よく伝達することができる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１および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およびＭＧ２のより一層の小型化を図ることができる。ただし、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、リングギヤ４２（第１要素）と第２モータ軸５５（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とキャリア４４（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。
【００５０】
また、上述のように、実施例のハイブリッド自動車２０は、ギヤ比ρが値０．５未満とされるシングルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構４０を備えているが、このような諸元の動力分配統合機構４０においては、サンギヤ４１に比べてリングギヤ４２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、実施例のように、リングギヤ４２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、この場合には、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒを動力分配統合機構４０のギヤ比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、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。
【００５１】
図１２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、シング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、外歯歯車のサンギヤ１１と、このサンギヤ１１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ１２と、互いに噛合すると共に一方がサンギヤ１１と他方がリングギヤ１２と噛合する２つのピニオンギヤ１３，１４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１５とを含む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１０が採用されている。この変形例において、動力分配統合機構１０は、そのギヤ比ρ（サンギヤ１１の歯数をリングギヤ１２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。そして、動力分配統合機構の第２要素たるサンギヤ１１には、当該サンギヤ１１からエンジン２２とは反対側に延びるサンギヤ軸１１ａ、クラッチＣ０および第１モータ軸４５を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（ロータ）が接続され、第１要素たるキャリア１５には、動力分配統合機構１０とエンジン２２との間に配置される減速ギヤ機構５０および中空の第２モータ軸５５を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。また、第３要素たるリングギヤ１２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１２ａ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。更に、この変形例では、第１従動ギヤ９１と共に第１連結ギヤ列を構成する外歯歯車１６がキャリア１５に対して固定されている。
【００５２】
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、ギヤ比ρが値０．５未満とされる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１０を採用した場合、サンギヤ１１に比べてキャリア１５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、図１２の例のように、キャリア１５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、この場合には、動力分配統合機構１０のギヤ比をρとしたときに、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒ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、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。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１０は、そのギヤ比がρ＞０．５となるように構成されてもよく、この場合、減速ギヤ機構５０は、その減速比が（１−ρ）／ρ近傍の値となるように構成されると共に、サンギヤ１１とモータＭＧ１またはＭＧ２との間に配置されるとよい。
【００５３】
図１３は、他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ｂでは、上述のハイブリッド自動車２０のクラッチＣ０の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８により駆動されるクラッチＣ０′とブレーキＢ０とに分担させている。また、ハイブリッド自動車２０Ｂは、上述のクラッチＣ１の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８により駆動されるクラッチＣ１ａおよびＣ１ｂとに分担させると共にクラッチＣ２の機能をそれぞれ油圧式のアクチュエータ８８により駆動されるクラッチＣ２ａおよびＣ２ｂとに分担させた変速機９０Ｂを備えている。すなわち、変形例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、クラッチＣ０′を駆動すること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４５（モータＭＧ１）との接続および当該接続の解除を実行することが可能となり、ブレーキＢ０を駆動することによりモータＭＧ１の回転軸たる第１モータ軸４５を回転不能に固定することが可能となる。また、変速機９０ＢのクラッチＣ１ａを繋ぐことにより第１連結ギヤ列や第１ギヤ軸９１ａを介して動力分配統合機構４０の第１要素たるリングギヤ４２と伝達軸９３とが連結される第１要素連結状態を実現可能となり、クラッチＣ１ｂを繋ぐことにより第２連結ギヤ列や第２ギヤ軸９２ａを介して動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１と伝達軸９３とが連結される第２要素連結状態を実現可能となり、クラッチＣ１ａおよびＣ１ｂの双方を繋ぐことにより第１ギヤ軸９１ａと第２ギヤ軸９２ａとの双方すなわち動力分配統合機構４０のリングギヤ４２とサンギヤ４１との双方が伝達軸９３（減速機構９４）に連結される両要素連結状態を実現可能となる。更に、変速機９０ＢのクラッチＣ２ａを繋ぐことによりキャリア軸９８ａすなわち減速機構９４が出力ギヤ軸９９ａや出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される減速機構−駆動軸連結状態を実現可能となり、クラッチＣ２ｂを繋ぐことにより動力分配統合機構４０のリングギヤ４２が第１連結ギヤ列、第１ギヤ軸９１ａ、出力ギヤ軸９９ａ、出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される直結状態を実現可能となり、クラッチＣ２ａおよびＣ２ｂの双方を繋ぐことによりキャリア軸９８ａ（減速機構９４）と第１ギヤ軸９１ａとの双方が出力ギヤ軸９９ａや出力ギヤ９９等を介して駆動軸６０に連結される同時連結状態を実現可能となる。図１４にハイブリッド自動車２０Ｂの走行時におけるクラッチＣ０′、ブレーキＢ０、変速機９０ＢのクラッチＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂのクラッチポジション等の設定状態を示す。このように、油圧式のクラッチＣ０′およびブレーキＢ０と、油圧式のクラッチＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂを含む変速機９０Ｂとを備えたハイブリッド自動車２０Ｂにおいても、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
なお、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、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機構や、第１モータ軸４５（サンギヤ４１）または第２モータ軸５５（リングギヤ４２）を固定する機構、減速ギヤ機構５０の何れかまたはすべてを省略してもよい。また、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂは、何れも前輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよい。更に、上記実施例においては、動力出力装置をハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂ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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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。
【図２】実施例のハイブリッド自動車２０をエンジン２２の運転を伴って走行させる場合に車速変化に応じて変速機９０の変速比をシフトアップ方向に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９０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】図２と同様の説明図である。
【図４】図２と同様の説明図である。
【図５】図２と同様の説明図である。
【図６】図２と同様の説明図である。
【図７】図２と同様の説明図である。
【図８】実施例のハイブリッド自動車２０の走行時におけるクラッチＣ０や変速機９０のクラッチＣ１およびＣ２のクラッチポジションの設定状態を示す図表である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】実施例の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。
【図１２】変形例のハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。
【図１３】変形例のハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。
【図１４】変形例のハイブリッド自動車２０Ｂの走行時におけるクラッチＣ０′、ブレーキＢ０、変速機９０ＢのクラッチＣ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂのクラッチポジション等の設定状態を示す図表である。
【符号の説明】
【００５７】
２０，２０Ａ，２０Ｂ  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、４１，１１、５１、９５  サンギヤ、４１ａ，１１ａ  サンギヤ軸、４２，１２，５２，９６  リングギヤ、１２ａ  リングギヤ軸、４３，１３，１４，５３，９７  ピニオンギヤ、４４，１５，５４，９８  キャリア、１６  外歯歯車、４４ａ，９８ａ  キャリア軸、４５  第１モータ軸、４６  固定用ドグ、４７  駆動ギヤ、５０  減速ギヤ機構、５５  第２モータ軸、６０  駆動軸、６１  ギヤ機構、６２  デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ  前輪、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、８８，１００，１０１，１０２  アクチュエータ、９０，９０Ｂ  変速機、９１  第１従動ギヤ、９１ａ  第１ギヤ軸、９２  第２従動ギヤ、９２ａ  第２ギヤ軸、９３  伝達軸、９４  減速機構、９９  出力ギヤ、９９ａ  出力ギヤ軸、Ｂ０  ブレーキ、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ  クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
2008105495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月25日(2007.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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要素とを含むと共にこれら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、
伝達軸と、この伝達軸に前記動力分配統合機構の前記第１要素と前記第２要素とを選択的に連結可能な第１連結手段と、前記伝達軸に接続される入力要素と出力要素とを有すると共に前記伝達軸からの動力を所定の変速比で変速して前記出力要素から出力可能な変速機構と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の少なくとも何れか一方とを前記駆動軸に選択的に連結可能な第２連結手段とを含む変速伝達手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項２】
前記変速伝達手段の前記伝達軸は前記第１および第２電動機の回転軸と概ね平行に延在し、前記第１および第２電動機は前記内燃機関と概ね同軸に配置され、前記動力分配統合機構は前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と概ね同軸に配置される請求項１に記載の動力出力装置。
【請求項３】
前記変速伝達手段の前記第１連結手段は、前記第１要素に連結される第１平行軸式ギヤ列と、前記第２要素に連結される第２平行軸式ギヤ列と、前記第１平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第１要素連結状態と前記第２平行軸式ギヤ列と前記伝達軸とが連結される第２要素連結状態とを選択的に切り替え可能な切替手段とを含む請求項１または２に記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記第１連結手段の前記切替手段は、前記第１要素連結状態と前記第２要素連結状態と前記第１平行軸式ギヤ列および前記第２平行軸式ギヤ列の双方が前記伝達軸に連結される両要素連結状態とを選択的に切り替え可能である請求項３に記載の動力出力装置。
【請求項５】
前記変速伝達手段の前記第２連結手段は、前記変速機構の前記出力要素と前記駆動軸とが連結される変速機構−駆動軸連結状態と、前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方と前記駆動軸とが連結される直結状態と、前記変速機構の前記出力要素と前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素の何れか一方とが前記駆動軸に連結される同時連結状態とを選択的に切り替え可能である請求項１から４の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項６】
前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸との何れか一方を回転不能に固定可能な固定手段を更に備える請求項１から５の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項７】
前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備える請求項１から６の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項８】
前記変速伝達手段の前記変速機構は、前記伝達軸から前記入力要素に入力された動力を所定の減速比で減速して前記出力要素から出力可能な減速機構である請求項１から７の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項９】
前記変速伝達手段の前記変速機構は、３要素式遊星歯車機構である請求項１から８の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項１０】
前記動力分配統合機構の前記第１および第２要素のうちの前記機関軸に接続される前記第３要素からより大きなトルクが入力される一方は、前記第１電動機または前記第２電動機の回転軸の回転を減速する減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機に接続される請求項１から９の何れかに記載の動力出力装置。
【請求項１１】
請求項１０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、サンギヤと、リングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持するキャリアとを含むシング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リングギヤ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リングギヤの他方であり、前記第３要素は前記キャリアである動力出力装置。
【請求項１２】
請求項１０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、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少なくとも１組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動力出力装置。
【請求項１３】
請求項１から１２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。