(57)【要約】【課題】多様な走行モードを設定できて燃費やドライバビリティを向上させることができ、しかも小型化の可能な車両用ハイブリッド駆動装置を提供する。【解決手段】動力分割機構４は四つの回転要素を有するとともに、共線図において第１反力要素５と第２反力要素８との間に入力要素１０と出力要素７とが位置する遊星歯車式の差動機構によって構成され、入力要素の回転を止める第１ブレーキＢ１を更に備え、第１ブレーキＢ１によって入力要素の回転を止めた状態で第１モータ２および第２モータ３を動作させて走行する第１走行モードと、第１ブレーキＢ１を解放しかつ第１モータ２および第２モータ３を動作させて走行する第２走行モードと、エンジン１を駆動させ、かつ第１モータ２および第２モータ３を動作させて走行する第３走行モードとを選択的に設定するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンが出力した動力を走行のための機械的な動力と発電のための動力とに動力分割機構によって分割するように構成された車両用ハイブリッド駆動装置において、
前記動力分割機構は、エンジンから動力が入力される入力要素と、出力部材に対して動力を出力する出力要素と、第１モータとの間でトルクを授受する第１反力要素と、第２モータとの間でトルクを授受する第２反力要素との四つの回転要素を有するとともに、これらの回転要素をそれらの回転要素同士のギヤ比に応じた間隔を空けた線で示しかつそれぞれの回転要素の回転数をその線の長さ方向の寸法で示す共線図において前記第１反力要素と前記第２反力要素との間に前記入力要素と出力要素とが位置する遊星歯車式の差動機構によって構成され、
前記入力要素の回転を止める第１固定手段を更に備え、
前記第１固定手段によって前記入力要素の回転を止めた状態で前記第１モータおよび第２モータを動作させて走行する第１走行モードと、前記第１固定手段を解放しかつ前記第１モータおよび第２モータを動作させて走行する第２走行モードと、前記エンジンを駆動させ、かつ前記第１モータおよび第２モータを動作させて走行する第３走行モードとを選択的に設定するように構成されている
ことを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項２】
前記第１走行モードは、前記第１モータを逆回転させて、かつ前記第２モータを正回転させて設定される走行モードを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項３】
前記第２走行モードは、前記第１モータおよび第２モータとの両方を正回転させて設定される走行モードを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項４】
前記第１走行モードは、予め定めた車速より低車速の状態で設定され、かつ前記第２走行モードは、前記予め定めた車速以上の車速の状態で設定されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項５】
前記第１固定手段が解放状態のときに前記エンジンを前記入力要素に連結するクラッチを更に備え、
前記クラッチによって前記入力要素と前記エンジンとを連結し、かつ前記第１モータを逆回転させるとともに前記第２モータを正回転させる第３走行モードを更に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項６】
前記第２走行モードでは前記クラッチを解放して前記入力要素と前記エンジンとの連結を解くように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項７】
前記第２反力要素の回転を止める第２固定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【請求項８】
前記第１反力要素の回転を止める第３固定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用ハイブリッド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の駆動力源として内燃機関およびモータなどの種類の異なる動力装置を備えているハイブリッド駆動装置に関し、特に差動機構からなる動力分割機構によって、内燃機関が出力した動力をモータ側と出力側とに分割するように構成されたハイブリッド駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の動力分割機構を備えているハイブリッド駆動装置では、モータによって内燃機関（以下、エンジンと記す）の回転数を連続的に変化させることができるので、モータによってエネルギーを回生でき、また回生した電力を使用してモータによって走行することができるだけでなく、走行中のエンジン回転数を燃費の良い回転数に設定して、車両の燃費を向上させることができる。したがって、動力分割機構は遊星歯車機構などの差動機構によって構成されており、特にシングルピニオン型の遊星歯車機構やダブルピニオン型の遊星歯車機構によって動力分割機構を構成しているのが一般的であるが、動力の伝達経路あるいはモータの機能を更に多様化するために、複数組の遊星歯車機構を組み合わせて構成した動力分割機構やラビニョウ型の遊星歯車機構など、外部の部材とのトルクの授受が可能な回転要素を四要素としたハイブリッド駆動装置も開発されている。
【０００３】
その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを使用し、それらの遊星歯車機構のキャリヤを一体化させたラビニョウ型の遊星歯車機構によって動力分割機構が構成されている。したがって、動力分割機構はいわゆる五つの回転要素を備えた差動機構であり、ダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分のリングギヤが入力要素であって、クラッチを介してエンジンに連結され、またキャリヤが出力要素であって出力ギヤに連結され、さらにサンギヤが反力要素となっていて第１のモータ・ジェネレータが連結されている。さらに、シングルピニオン型の遊星歯車機構に相当する部分のリングギヤがブレーキによって選択的に固定されるように構成され、またサンギヤに第２のモータ・ジェネレータが連結されている。そして、この特許文献１に記載された装置では、モータ・ジェネレータの動力のみで走行するＥＶ走行モードを含む複数の走行モードを設定することができる、とされている。また、特許文献１に記載された装置は、四要素の動力分割機構として構成することができるとされており、具体的には、上記のブレーキおよびこれによって固定されるリングギヤを設けていない構成とすることができる、とされている。
【０００４】
また、特許文献２には、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって動力分割機構を構成し、エンジンが出力した動力をキャリヤに入力するとともに、サンギヤに第１のモータ・ジェネレータを連結し、リングギヤからトルクを出力するとともにそのトルクに第２のモータ・ジェネレータによるトルクを加減するように構成された装置が記載されている。そして、この特許文献２に記載された装置は、エンジンをキャリヤと共にブレーキによって選択的に固定するように構成されており、エンジンを停止させてモータ・ジェネレータの動力で走行する場合、キャリヤをブレーキによって固定することにより、動力分割機構を減速機として機能させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４７３１１号公報
【特許文献２】特開平０８−２９５１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
遊星歯車機構などの差動機構は、三つ以上の回転要素を備えているので、いわゆる反力要素のトルクや回転数を制御することにより入力回転数や出力要素から出力するトルクを多様に変化させることができる。そのため、上記の特許文献１に記載されているように複数組の遊星歯車機構を組み合わせた複合型の遊星歯車機構やラビニョウ型遊星歯車機構を用いて五つの回転要素を備えた構成とすれば、より多様な動作状態（すなわちモード）を設定することができる。しかしながら、回転要素には、クラッチやブレーキあるいはモータ・ジェネレータなどを連結することになるから、回転要素の数が多いことに加えてそれらの回転要素の他の部材に連結するための部材の数が多くなるので、装置の全体としての構成が複雑になり、また大型化し、ひいては車載性が悪化する可能性がある。
【０００７】
また、特許文献１に記載されている装置は、動力分割機構を四要素の差動機構として構成することができるが、モータ・ジェネレータの動力で走行する場合に、エンジンのいわゆる連れ回りを避けるために、クラッチを解放してエンジンを動力分割機構から遮断することになる。これは、エンジンに対する燃料の供給を停止して燃費を向上させるためであるが、このようないわゆるモータ走行モードから、エンジンを駆動するエンジン走行モードもしくはハイブリッド走行モードに移行する際に、先ずクラッチをつないでエンジンをモータリングし、その状態で燃料の供給を再開してエンジンを再始動する必要があるため、走行モードの変更に時間が掛かり、制御応答性あるいは加速応答性が損なわれる可能性がある。
【０００８】
また、上記の特許文献２に記載された装置は、キャリヤをエンジンと共にブレーキによって停止することにより、いわゆるモータ走行の際に動力分割機構を減速機構として機能させることができる。しかしながら、特許文献２に記載された構成では、設定できる走行モードが、ブレーキを解放している通常のハイブリッド走行モードと、ブレーキによってキャリヤおよびエンジンを固定したモータ走行モードとの二つに限られ、燃費の改善やエネルギーの有効利用の点で未だ改良の余地がある。
【０００９】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、少なくとも五つの走行モードを設定でき、しかも構成を簡素化、小型化できる車両用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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンが出力した動力を走行のための機械的な動力と発電のための動力とに動力分割機構によって分割するように構成された車両用ハイブリッド駆動装置において、前記動力分割機構は、エンジンから動力が入力される入力要素と、出力部材に対して動力を出力する出力要素と、第１モータとの間でトルクを授受する第１反力要素と、第２モータとの間でトルクを授受する第２反力要素との四つの回転要素を有するとともに、これらの回転要素をそれらの回転要素同士のギヤ比に応じた間隔を空けた線で示しかつそれぞれの回転要素の回転数をその線の長さ方向の寸法で示す共線図において前記第１反力要素と前記第２反力要素との間に前記入力要素と出力要素とが位置する遊星歯車式の差動機構によって構成され、前記入力要素の回転を止める第１固定手段を更に備え、前記第１固定手段によって前記入力要素の回転を止めた状態で前記第１モータおよび第２モータを動作させて走行する第１走行モードと、前記第１固定手段を解放しかつ前記第１モータおよび第２モータを正回転させて走行する第２走行モードとを選択的に設定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。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１走行モードは、前記第１モータを逆回転させ、かつ前記第２モータを正回転させて設定される走行モードを含むことを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第２走行モードは、前記第１モータおよび第２モータとの両方を正回転させて設定される走行モードを含むことを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記第１走行モードは、予め定めた車速より低車速の状態で設定され、かつ前記第２走行モードは、前記予め定めた車速以上の車速の状態で設定されるように構成されていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記第１固定手段が解放状態のときに前記エンジンを前記入力要素に連結するクラッチを更に備え、前記クラッチによって前記入力要素と前記エンジンとを連結し、かつ前記第１モータを逆回転させるとともに前記第２モータを正回転させる第３走行モードを更に設定するように構成されていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記第２走行モードでは前記クラッチを解放して前記入力要素と前記エンジンとの連結を解くように構成されていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明において、前記第２反力要素の回転を止める第２固定手段を更に備えていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記第１反力要素の回転を止める第３固定手段を更に備えていることを特徴とする車両用ハイブリッド駆動装置である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、動力分割機構が四つの回転要素を備えている差動機構によって構成され、しかもモータの動力のみで走行することのできる二つの走行モードと、モータおよびエンジンの動力によって走行することのできる走行モードとを設定できるから、燃費を優先した走行や加速性を優先した走行など、要求に応じた多様な走行を選択することができ、しかも回転要素の数を少なくして全体としての構成を簡素化、小型化することができる。
【００１９】
これに加えて請求項２の発明によれば、第１モータおよび第２モータのトルクを増幅して（減速して）出力部材から出力することになるので、大きい駆動力を得ることができ、言い換えれば要求されている駆動力に対して各モータの出力を低減することができる。
【００２０】
また、請求項３の発明では、各モータを共に正回転させるから、各モータが出力したトルクを増幅できないものの、それぞれの回転数（特に最高回転数）を低減することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、このように大きいトルクを出力できる走行モードと回転数を低減できる走行モードとを、予め定めた車速に基づいて選択して設定するから、加速性を損なうことなくモータを小型で低容量のものとすることができ、あるいは所定車速以上の車速で走行する際の電力消費を抑えてエネルギー効率を向上させることができる。また、第１走行モードと第２走行モードとは、第１モータの回転方向を正逆に変化させることにより切り替えることができ、したがってその変化は連続的な変化になるから，ショックなどの違和感を生じさせることがなく、そのためドライバビリティを向上させることができる。
【００２２】
さらに、請求項５の発明によれば、第３走行モードにおいて、エンジンが出力した動力の一部で第１モータを駆動して発電させ、その電力で第２モータを駆動するから、エンジンを燃費のよい運転点で運転し、燃費を向上させることができる。また、第１走行モードでは入力要素と併せてエンジンの回転を第１固定手段によって止めるので、エンジンの連れ回りが生じないことはもちろんであり、したがってクラッチを係合させておくことができるから、エンジンを始動して第３走行モードに移行する際の制御が容易であり、応答性のよい制御が可能になる。
【００２３】
これに加えて請求項６の発明によれば、第２走行モードで走行する際にエンジンを動力分割機構から切り離すことができるので、エンジンの連れ回しやそれに伴う動力損失を防止もしくは抑制することができる。
【００２４】
また一方、請求項７の発明では、第２反力要素を第２固定手段で固定し、その状態でエンジンの動力を入力要素に伝達して走行することができ、その状態では、エンジンが出力したトルクが増幅されて出力要素に伝達されるから、エンジンの動力を電力に変換することなく出力部材に伝達し、動力の伝達効率あるいは燃費を向上させることができる。
【００２５】
これに対して請求項８の発明では、第３固定手段によって第１反力要素の回転を止めた状態でエンジンを駆動して走行することができ、その場合には、増速作用が生じるため、車速に対してエンジン回転数を低く抑制して高速燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に係る車両用ハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示すスケルトン図である。
【図２】この発明に係る車両用ハイブリッド駆動装置の他の例を模式的に示すスケルトン図である。
【図３】その動力分割機構を構成しているラビニョウ型遊星歯車機構についての共線図であり、（ａ）はＥＶ−Ｌｏモードの場合、（ｂ）はＥＶ−Ｈｉモードの場合、（ｃ）はＨＶ−複合スプリットモードの場合、（ｄ）はＨＶ−ＵＤスプリットモードの場合、（ｅ）はＨＶ−ＯＤスプリットモードの場合をそれぞれ示す。
【図４】各走行モードでのエンジンおよびクラッチならびに各モータ・ジェネレータの動作状態、およびクラッチと各ブレーキとの係合および解放の状態をまとめて示す図表である。
【図５】ＨＶモードでの理論伝達効率を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この発明を図に示す具体例に基づいて説明する。この発明のハイブリッド駆動装置は車両に搭載される装置であり、特に四つの回転要素を備えた差動機構からなる動力分配機構にエンジンと出力部材と二つのモータとを連結した構成のハイブリッド駆動装置である。したがって、その動力分割機構を構成する差動機構は、いわゆる複合型の差動機構であり、典型的な例はいわゆる複合型の遊星歯車機構である。ここで複合型とは、実質的に複数組の遊星歯車機構を組み合わせた構成の機構であり、例えばサンギヤとキャリヤとリングギヤとをそれぞれ回転要素とするシングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とにおける二つの回転要素同士、あるいは二組のシングルピニオン型遊星歯車機構あるいはダブルピニオン型遊星歯車機構における回転要素同士を連結して全体として四つの回転要素を備える構成とした機構、さらにはラビニョウ型遊星歯車機構などである。なおここで、四つの回転要素とは、エンジンやモータあるいはクラッチもしくはブレーキなどの、遊星歯車機構自体の構成部材以外のいわゆる外部の部材に連結されている回転要素である。また、この発明でモータとは、電力が供給されてトルクを出力する機能だけでなく、外力によって強制的に回転させられて発電する機能を備えたタイプのモータが好ましく、モータ・ジェネレータと称される装置であってよい。
【００２８】
図１にこの発明に係るハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示してある。なお、図１おける各ブレーキはその回転中心線から上半分を係合状態、下半分を解放状態で示し、さらにクラッチはその回転中心線から上半分を解放状態、下半分を係合状態で示す。ここに示すハイブリッド駆動装置は、エンジン（Ｅｎｇ）１と二つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）２，３とを動力源として備え、エンジン１が出力した動力を、動力分割機構４によって、出力側といずれかのモータ・ジェネレータ２，３側とに分割するように構成されている。その動力分割機構４はラビニョウ型遊星歯車機構であり、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせた構成となっている。すなわち、動力分割機構４は、シングルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分のサンギヤ（以下、第１サンギヤと記すことがある。）５と、そのサンギヤ５に噛み合っているロングピニオンギヤ６と、そのロングピニオンギヤ６に噛み合っている内歯歯車であるリングギヤ７と、ダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分のサンギヤ（以下、第２サンギヤと記すことがある。）８と、そのサンギヤ８および前記ロングピニオンギヤ６に噛み合っているショートピニオンギヤ９と、これらロングピニオンギヤ６およびショートピニオンギヤ９を自転および公転可能に保持しているキャリヤ１０とを備えている。
【００２９】
図１に示す例では、キャリヤ１０が入力要素であってエンジン１が出力した動力を入力するように構成され、また選択的に回転が止められるように構成されている。すなわち上記の動力分割機構４はエンジン１の出力軸（クランク軸）と同一の軸線上に配置されており、その出力軸とキャリヤ１０（より正確にはキャリヤ軸）とを連結するクラッチＣ１が設けられており、またキャリヤ１０を固定するブレーキ（以下、第１ブレーキと記すことがある。）Ｂ１が設けられている。そのクラッチＣ１は、要は、エンジン１の出力軸とキャリヤ１０とをトルク伝達可能に連結する係合機構であり、そのような機能を奏するものであれば適宜な機構を採用でき、図１に示す例では、噛み合い式のクラッチ（ドグクラッチ）によって構成されている。すなわち、エンジン１の出力軸に一体化されたハブとキャリヤ１０に一体化されたハブとが同一軸線上で互いに隣接して配置され、それぞれのハブの外周部にはスプラインが形成され、そのスプラインに嵌合するスリーブが、各ハブの外周側を図示しないアクチュエータによって軸線方向に前後動するように配置されている。また、図１に示す例では、そのスリーブを利用してキャリヤ１０の回転を選択的に止めるように構成されている。すなわち、スリーブの外周部にもスプラインが形成されており、そのスリーブがエンジン１側のハブから外れる位置に移動した際にスリーブの外周側のスプラインに嵌合する円筒状部分がケーシングなどの固定部に一体化されて設けられている。したがって、図１に示すクラッチＣ１およびブレーキＢ１は、一方が係合状態になっている場合、他方が解放状態になるように構成されている。
【００３０】
また、リングギヤ７が出力要素であって、この発明における出力部材に相当する出力ギヤ１１がリングギヤ７に一体となって回転するように連結されている。この出力ギヤ１１はカウンタギヤ対を介して終減速機であるデファレンシャル１２に連結されている。すなわち、カウンタシャフト１３に取り付けられたカウンタドリブンギヤ１４が出力ギヤ１１に噛み合っており、またカウンタシャフト１４と一体のカウンタドライブギヤ１５がデファレンシャル１３のリングギヤ１６に噛み合っている。そして、このデファレンシャル１３から左右の駆動輪に動力を伝達するように構成されている。
【００３１】
さらに、第１サンギヤ５が第１の反力要素となっており、その第１サンギヤ５に第１のモータ・ジェネレータ２が連結されている。これに対して第２サンギヤ８が第２の反力要素となっており、その第２サンギヤ８に第２のモータ・ジェネレータ３が連結されている。すなわち、第１のモータ・ジェネレータ２におけるロータと一体のモータ軸もしくは第１サンギヤ５と一体のサンギヤ軸は中空軸であり、その中空軸の内部を第２サンギヤ８と一体のサンギヤ軸が相対回転できるように貫通しており、その中空軸から突出した端部には第２モータ・ジェネレータ３のトルクを伝達するための伝動機構が設けられている。この伝動機構は、歯車伝動機構や、ベルトあるいはチェーンなどの巻き掛け伝動機構、ローラを介してトルクを伝達する機構などのいずれであってもよく、図１に示す例では、歯車伝動機構によって構成されている。すなわち、第２サンギヤ８と一体とのサンギヤ軸にドリブンギヤ１７が取り付けられ、そのドリブンギヤ１７にアイドルギヤ１８が噛み合っており、さらに第２モータ・ジェネレータ３のモータ軸に取り付けられたドライブギヤ１９がアイドルギヤ１８に噛み合っている。なお、この伝動機構による変速比（ギヤ比）は必要に応じて適宜に設定してよく、増速機構あるいは減速機構のいずれであってもよい。
【００３２】
上記の各反力要素のトルクは、各モータ・ジェネレータ２，３によって与えてもよく、あるいはケーシングなどの固定部の応力によって与えてもよく、これらの反力を選択できるように図１に示す例では、ブレーキＢ２，Ｂ３が設けられている。具体的には、第２サンギヤ８の回転を止める第２ブレーキＢ２と、第１サンギヤ５の回転を止める第３ブレーキＢ３とが設けられている。
【００３３】
第２サンギヤ８は上述したように第２モータ・ジェネレータ３に連結されているから、第２ブレーキＢ２は第２モータ・ジェネレータ３の回転を止めることにより第２サンギヤ８の回転を止めるように構成されており、図１に示す例では、第２モータ・ジェネレータ３のモータ軸に、外周面にスプラインが形成されたハブが、一体回転するように取り付けられ、そのハブと同様の円筒部がそのハブに隣接しかつ所定の固定部に一体化させて配置され、これらのハブの両方にスプライン嵌合し、またいずれか一方のハブから外れるように軸線方向に前後動するスリーブが設けられている。すなわち、第２ブレーキＢ２はいわゆる噛み合い式の係合機構（ドグタイプのブレーキ）として構成されている。
【００３４】
第３ブレーキＢ３は、第２ブレーキＢ２と同様に、いわゆる噛み合い式の係合機構（ドグタイプのブレーキ）として構成されている。すなわち、第１モータ・ジェネレータ２のモータ軸に、外周面にスプラインが形成されたハブが、一体回転するように取り付けられ、そのハブと同様の円筒部がそのハブに隣接しかつ所定の固定部に一体化させて配置され、これらのハブの両方にスプライン嵌合し、またいずれか一方のハブから外れるように軸線方向に前後動するスリーブが設けられている。
【００３５】
なお、この発明に係るハイブリッド駆動装置においては、クラッチやブレーキなどの係合機構を噛み合い式の係合機構によって構成すれば、装置の全体としての構成の簡素化や小型化に有利になるが、この発明ではこれに限らず、他の形式の係合機構によってクラッチやブレーキを構成してもよい。例えば上述したクラッチＣ１および各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３を摩擦式の係合機構によって構成することができ、その例を図２にスケルトン図で示してある。なお、図２はクラッチＣ１および各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３を示すシンボルを図１とは異ならせた図であり、したがって図１と同一の部材には図２に同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
上述したこの発明に係るハイブリッド駆動装置における動力分割機構は複合型の遊星歯車機構であって、四つの回転要素を備えた機構によって構成されており、したがってその動力分割機構あるいは複合型の遊星歯車機構は共線図によって表すことができる。共線図は、各回転要素を縦線で示し、かつそれらの縦線同士の間隔をその縦線で示される回転要素同士のギヤ比（歯数比）に対応した間隔とし、さらにそれらの回転要素の回転数を縦線の長さ方向での寸法によって表した周知の図であり、図１あるいは図２に示すハイブリッド駆動装置における動力分割機構についての共線図を図３に示してある。前述したようにその動力分割機構はラビニョウ型の遊星歯車機構によって構成されているから、共線図においては左右両側に第１モータ・ジェネレータ２が連結された反力要素である第１サンギヤ５と第２モータ・ジェネレータ３が連結された反力要素である第２サンギヤ８とが位置し、これらの間に第１ブレーキＢ１によって回転が止められあるいはエンジン１に連結される入力要素であるキャリヤ１０と、出力ギヤ１１が連結されている出力要素としてのリングギヤ７とが位置する。これらの配列の順序は、図３の左から第１サンギヤ５（第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ））、キャリヤ１０（第２ブレーキＢ１およびエンジン（Ｅｎｇ）１）、リングギヤ７（出力ギヤ（Ｏｕｔ）１１）、第２サンギヤ８（第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３）の順である。なお、図３の（ａ）ないし（ｅ）の詳細については後述する。
【００３７】
この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置では、少なくとも五つの走行モードを設定することができる。ここで、走行モードとは、上記のクラッチＣ１および各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３の係合および解放の状態あるいはそれに基づく動力の伝達経路、ならびにエンジン１および各モータ・ジェネレータ２，３の動作状態の組み合わせであり、図１あるいは図２に示すハイブリッド駆動装置で設定できる走行モードを図４にまとめて示してある。なお、図４で「○」印はエンジン１およびモータ・ジェネレータ２，３については動作していることを示し、クラッチＣ１およびブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３については係合していることを示し、また「×」印はエンジン１およびモータ・ジェネレータ２，３については動作していないことを示し、クラッチＣ１およびブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３については解放していることを示す。以下、各走行モードについて説明する。
【００３８】
この発明に係るハイブリッド駆動装置では、エンジン１を使用せずに二つのモータ・ジェネレータ２，３の動力によって走行する二つの走行モードを設定することが可能であり、そのうちの比較的低車速で設定されるＥＶ−Ｌｏモードは、クラッチＣ１を係合もしくは解放させ、第１ブレーキＢ１を係合させた状態で、第１モータ・ジェネレータ２を逆回転させ、かつ第２モータ・ジェネレータ３を正回転させることにより設定される。これを共線図に示せば図３の（ａ）の通りである。この場合、第１モータ・ジェネレータ２が出力したトルクは、動力分割機構４におけるシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分を介して出力要素であるリングギヤ７に伝達される。これを共線図で説明すれば、第１ブレーキＢ１によって固定されているキャリヤ１０を支点とし、第１サンギヤ５を力点、リングギヤ７を作用点とした第１種の梃子作用で説明でき、その第１サンギヤ５とリングギヤ７との歯数の比（すなわちギヤ比）を「０．５」より小さくしておくことにより、力を増大させる梃子作用となる。また、第２モータ・ジェネレータ３が出力したトルクは、前述したドライブギヤ１９およびアイドルギヤ１８ならびにドリブンギヤ１７を介して第２サンギヤ８のサンギヤ軸に伝達され、さらに動力分割機構４におけるダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分を介して出力要素であるリングギヤ７に伝達される。これを共線図で説明すれば、第１ブレーキＢ１によって固定されているキャリヤ１０を支点とし、第２サンギヤ８を力点、リングギヤ７を作用点とした第２種の梃子作用で説明でき、その第２サンギヤ８とリングギヤ７との歯数の比（すなわちギヤ比）を「０．５」より小さくしておくことにより、力を増大させる梃子作用となる。結局、各モータ・ジェネレータ２，３が出力したトルクが動力分割機構４によって増幅されて出力ギヤ１１に伝達される。したがって、発進時などの低車速の状態での駆動トルクもしくは最大トルクを大きくでき、各要求に即した走行が可能になる。言い換えれば、各モータ・ジェネレータ２，３は出力トルクが特に大きいものである必要がないので、各モータ・ジェネレータ２，３を小型、小容量のものとすることができる。
【００３９】
上記のＥＶ−Ｌｏモードで発進しかつ走行している場合、車速の増大に従って各モータ・ジェネレータ２，３の回転数が増大する。モータ・ジェネレータ２，３のエネルギー効率は、所定の回転数の範囲を超え、あるいは下回ると低下するので、車速が所定の車速に達するとＥＶ−Ｈｉモードが設定される。すなわち、第１ブレーキＢ１を解放することにより各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３およびクラッチＣ１のすべてを解放し、またエンジン１を停止させた状態で各モータ・ジェネレータ２，３を正回転させることにより、ＥＶ−Ｈｉモードが設定される。これを共線図で示せば図３の（ｂ）の通りである。図３の（ｂ）は各モータ・ジェネレータ２，３の回転数が等しい状態を示しているが、これらの回転数が異なっていたとしても、共に正回転しているから、出力要素であるリングギヤ７およびこれに連結されている出力ギヤ１１の回転数を正回転方向に増大させるように各モータ・ジェネレータ２，３のトルクが作用する。したがって、この場合にはトルクの増幅作用が生じないが、二つのモータ・ジェネレータ２，３が出力するトルクがリングギヤ７および出力ギヤ１１に作用するから、大きい駆動トルクを得ることができる。また、トルクの増幅作用が生じない反面、リングギヤ７あるいは出力ギヤ１１の回転数と各モータ・ジェネレータ２，３の回転数とが大きくは異ならないので、車速が増大したとしてもモータ・ジェネレータ２，３の回転数が特に大きくなることはない。したがって、各モータ・ジェネレータ２，３をエネルギー効率の良好な状態で動作させることができ、そのため車両の全体としての燃費を向上させることができる。また、このＥＶ−ＨｉモードではクラッチＣ１が解放されてエンジン１が動力分割機構４から切り離されるので、モータ・ジェネレータ２，３が出力したトルクでエンジン１を連れ回すことがなく、したがって動力損失を低減し、電力消費量を削減してエネルギー効率を向上させることができる。
【００４０】
上述したＥＶ−ＬｏモードとＥＶ−Ｈｉモードとでは、得られる駆動トルクやモータ・ジェネレータ２，３の回転数あるいはエネルギー効率が異なる。すなわち、前者のＥＶ−Ｌｏモードでは、車速の増大に伴ってモータ・ジェネレータ２，３の回転数が増大してエネルギー効率が低下する領域が存在する。これに対して後者のＥＶ−Ｈｉモードでは、トルクの増幅作用を生じさせることができないので、駆動トルクを特には大きくすることができない。そこで、これらの走行モードは、車速領域を決めて設定することが好ましく、予め定めた車速以下の低車速時にはＥＶ−Ｌｏモードを設定し、その車速を超える領域では後者のＥＶ−Ｈｉモードを設定する。このような設定領域を分けている車速は、モータ・ジェネレータ２，３の容量やトルク特性などに応じて予め設計上、決めておくことができる。また、これらの走行モードの間での変更は、クラッチＣ１を解放している状態で第１ブレーキＢ１を解放し、あるいは係合させ、これと併せて第１モータ・ジェネレータ２の回転方向を正逆に反転させることにより達成できる。したがって、出力要素であるリングギヤ７あるいはこれに連結されている出力ギヤ１１でのトルクは連続的に変化し、ステップ的な変化を生じさせることがないので、ショックや違和感を回避もしくは抑制することができる。
【００４１】
つぎにエンジン１を駆動する走行モードについて説明する。この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置は第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３との二つのモータ・ジェネレータを備えているから、従来知られているいわゆるツーモータタイプのハイブリッド駆動装置と同様に、エンジン１が出力した動力の一部を電力に一旦変換して駆動輪に伝達する走行モードを設定することができる。これを図４には「ＨＶ−複合スプリットモード」と記してあり、クラッチＣ１を係合させてエンジン１を動力分割機構４に連結するとともに、各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３を解放し、その状態でエンジン１が出力した動力を第１モータ・ジェネレータ２側と出力ギヤ１１側とに分割して第１モータ・ジェネレータ２を発電機として機能させ、その電力を第２モータ・ジェネレータ３に供給してこれをモータとして機能させる。
【００４２】
これを共線図に示せば図３の（ｃ）の通りであり、キャリヤ１０に作用するトルクとは反対方向のトルクを第１モータ・ジェネレータ２によって第１サンギヤ５に作用させると、エンジン１から入力されたトルクを増幅したトルクがリングギヤ７から出力される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２は発電機として機能させられて上記の反力トルクを第１サンギヤ５に作用させ、その結果発生した電力は第２モータ・ジェネレータ３に供給されて第２モータ・ジェネレータ３がモータとして機能して正回転する。その第２モータ・ジェネレータ３のトルクは動力分割機構４を構成しているラビニョウ型の遊星歯車機構におけるダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分で増幅されてリングギヤ７に伝達される。結局、エンジン１が出力したトルクの一部は、いわゆる直達トルクとしてキャリヤ１０からリングギヤ７に伝達され、他のトルクは一旦電力に変換された後、第２モータ・ジェネレータ３から機械的なトルクとして、上記のダブルピニオン型遊星歯車機構の部分を介してリングギヤ７に伝達される。したがって、このＨＶ−複合スプリットモードでは、第１モータ・ジェネレータ２によってエンジン回転数を連続的に変化させて適宜な回転数に制御することができる。この機能を利用してエンジン回転数を燃費の良い回転数に設定できるので、車両の全体としての燃費を向上させることができる。
【００４３】
上記のモータ・ジェネレータ２，３のみの動力で走行するモードでは、エンジン１を止めておき、これに対してＨＶ−複合スプリットモードではエンジン１を駆動するので、いわゆるモータ走行モードからＨＶモードに移行する場合、その切替の過程でエンジン１を始動することになる。上述したこの発明に係るハイブリッド駆動装置では、ＥＶ−ＬｏモードでクラッチＣ１を係合させ、かつその回転を第１ブレーキＢ１で停止させておくことができるので、そのＥＶ−ＬｏモードからＨＶ−複合スプリットモードに移行させる場合、第１モータ・ジェネレータ２の逆回転方向の回転数を低下させ、あるいは第１および第２のモータ・ジェネレータ２，３の正回転方向の回転数を増大させれば、エンジン１をクランキング（モータリング）して始動させることができる。したがって、第１ブレーキＢ１の解放以外に係合機構の動作状態を変更する制御を行う必要がないので、走行モードの切替の制御が容易であり、また遅れを特に生じさせることなく迅速に行い、ドライバビリティを向上させることができる。
【００４４】
低車速高負荷に適した走行モードであるＨＶ−ＵＤパラレルモードを設定することができる。これは、第２サンギヤ８およびこれに連結されている第２モータ・ジェネレータ３の回転を第２ブレーキＢ２によって止めた状態でエンジン１を駆動し、また必要に応じて第１モータ・ジェネレータ２を正回転方向に駆動するモードである。したがって、クラッチＣ１および第２ブレーキＢ２が係合させられ、第１および第３のブレーキＢ１，Ｂ３が解放させられる。これを共線図に示せば図３の（ｄ）の通りである。この状態では、動力分割機構４におけるダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分のキャリヤ１０にエンジン１の動力が入力され、かつ第２サンギヤ８が第２ブレーキＢ２によって固定されるから、共線図上では、第２サンギヤ８を支点として、かつキャリヤ１０を力点とした第２種の梃子作用が生じている状態になる。そのため、エンジン１からキャリヤ１０に入力されたトルクがその梃子作用によって増幅されてリングギヤ７に伝達される。そのため、大きい出力トルクあるいは駆動トルクを得ることができる。このトルクの伝達状態は、エンジン１が出力したトルクを動力分割機構４を構成しているダブルピニオン型遊星歯車機構の部分を介して出力ギヤ１１に伝達する状態であってエンジン直達状態と称し得る状態である。これは、機械的動力を電力に変化することがない伝達状態であるから、動力の伝達効率が良好になり、燃費を向上させることができる。
【００４５】
また、この場合、第１モータ・ジェネレータ２によって第１サンギヤ５に正回転方向のトルクを与えれば、出力トルクあるいは駆動トルクを更に大きくすることができる。また、このＨＶ−ＵＤパラレルモードでは、第２モータ・ジェネレータ３の回転を止めておくから、エンジン１が出力した動力を電力に変換することがなく、したがって低車速であることによりリングギヤ７あるいは出力ギヤ１１の回転数が低く、かつ大きい駆動トルクが要求されているとしても、電力変換を伴う動力循環が生じることを回避して動力損失の増大や燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。
【００４６】
実質的な変速比が「１」より小さいいわゆるオーバードライブ状態となるＨＶ−ＯＤパラレルモードを設定することができる。これは、第１サンギヤ５およびこれに連結されている第１モータ・ジェネレータ２の回転を第１ブレーキＢ１によって止めた状態でエンジン１を駆動し、また必要に応じて第２モータ・ジェネレータ３を正回転方向に駆動するモードである。したがって、クラッチＣ１および第３ブレーキＢ３が係合させられ、第１および第２のブレーキＢ１，Ｂ２が解放させられる。これを共線図に示せば図３の（ｅ）の通りである。この状態では、動力分割機構４におけるシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する部分のキャリヤ１０にエンジン１の動力が入力され、かつ第１サンギヤ５が第３ブレーキＢ３によって固定されるから、共線図上では、第１サンギヤ５を支点として、かつキャリヤ１０を力点とした第３種の梃子作用が生じている状態になる。そのため、エンジン１からトルクが入力されたキャリヤ１０の回転数に対してリングギヤ７の回転数が高回転数になる。そのため、低負荷での高速走行に適した駆動形態となる。このトルクの伝達状態は、エンジン１が出力したトルクを動力分割機構４を構成しているシングルピニオン型遊星歯車機構の部分を介して出力ギヤ１１に伝達する状態であってエンジン直達状態と称し得る状態である。これは、機械的動力を電力に変換することがない伝達状態であるから、動力の伝達効率が良好になり、燃費を向上させることができ、特に高速走行時の燃費（高速燃費）を向上させることができる。なお、この走行モードでは、第２モータ・ジェネレータ３を正回転方向に回転させてトルクアシストしてもよい。
【００４７】
ここで、エンジン１を駆動する上記の各ＨＶモードでの動力の理論伝達効率を示すと図５の通りである。ＯＤパラレルモードおよびＵＤパラレルモードでは、上述したようにエンジン直達状態であって、電力変換を伴わないから、理論伝達効率は「１．０」になる。複合スプリットモードでは、ＯＤパラレルモードでの変速比とＵＤパラレルモードでの変速比との間の変速比で電力変換を伴う動力の伝達が生じるので、理論伝達効率は「１．０」より小さくなり、またＵＤパラレルモードでの変速比より大きい変速比では動力循環が生じることにより、変速比の増大に応じて理論伝達効率が低下する。したがって、高負荷低車速の状態では、ＨＶ−ＵＤパラレルモードを設定することが好ましい。なお、１組の遊星歯車機構によって動力分割機構を構成したツーモータタイプのハイブリッド駆動装置における理論伝達効率を「参考：入力スプリット」として図５に併記してある。この種のハイブリッド駆動装置では、図５に示すように変速比が増大するのに従って理論伝達効率が低下する。したがって、この発明に係るハイブリッド駆動装置によれば、変速比の大きい低車速状態から変速比の小さい高車速状態に亘る広い範囲で効率よく動力を伝達し、燃費を向上させることができる。
【００４８】
なお、前述した図３の（ａ）から知られるように、第１ブレーキＢ１はキャリヤ１０が逆回転することを阻止するように機能する固定手段である。したがって、この第１ブレーキＢ１を一方向クラッチに置き換えてもよく、そのようにすれば、第１ブレーキＢ１を作用するトルクの方向の変化によって自動的に解放させることができ、制御がより容易になるとともに、ショックなどの不都合を回避もしくは抑制することができる。また、上記の具体例では、第２モータ・ジェネレータ３と第２サンギヤ８のサンギヤ軸とを、アイドルギヤ１８のあるギヤ列で連結したから、ＥＶ−Ｌｏモードでは、第１モータ・ジェネレータ２を逆回転させ、ＥＶ−Ｈｉモードでは各モータ・ジェネレータ２，３を正回転させるが、上記アイドルギヤ１８のないギヤ列で第２モータ・ジェネレータ３と第２サンギヤ８のサンギヤ軸とを連結した場合には、ＥＶ−Ｌｏモードで各モータ・ジェネレータ２，３を同方向に回転させ、またＥＶ−Ｈｉモードでは、それらのモータ・ジェネレータ２，３を互いに反対方向に回転させることになる。さらに、この発明に係る車両用ハイブリッド駆動装置は、機構上、少なくとも五つの走行モードを設定できればよいのであって、実際に車両に搭載して使用する場合には、五つすべての走行モードを使用せずに、いずれか複数の走行モードを選択して設定するように制御してもよく、車両として五つのすべての走行モードを使用するように構成されていることを限定するものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１…エンジン、  ２，３…モータ・ジェネレータ、  ４…動力分割機構、  ５，８…サンギヤ、  ６…ロングピニオンギヤ、  ７…リングギヤ、  ９…ショートピニオンギヤ、  １０…キャリヤ、  Ｃ１…クラッチ、  Ｂ１…第１ブレーキ、  １１…出力ギヤ、  １２…デファレンシャル、  Ｂ２…第２ブレーキ、  Ｂ３…第３ブレーキ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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