(57)【要約】【課題】コンパクトで車載性に優れ、しかも多様な駆動モードを設定して動力性能を向上させることのできる動力出力装置を提供する。【解決手段】第１電動機ＭＧ１と第２電動機ＭＧ２と内燃機関２とが連結される三つの要素が互いに差動回転できる動力分配機構４と、動力分配機構の第１要素に接続される第１入力要素と、駆動軸に接続される第１出力要素と、第１固定要素とが互いに差動回転できる第１変速用遊星歯車機構３２と、動力分配機構の第２要素に接続される第２入力要素と、駆動軸に接続される第２出力要素と、第２固定要素とが互いに差動回転できる第２変速用遊星歯車機構３３と、第１変速用差動回転機構の第１固定要素を固定する第１固定手段と、第２変速用差動回転機構の第２固定要素を固定する第２固定手段と、第２変速用遊星歯車機構３３の全体を一体化させる機構Ｋ３とを備えている。【選択図】図１
2009051264.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電動機から動力が伝達される第２要素と前記内燃機関から動力が伝達される第３要素とを有するとともにこれら三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機構と、
前記動力分配機構における前記第２要素に接続される第１入力要素と、前記駆動軸に接続される第１出力要素と、選択的に固定される第１固定要素とを有するとともにこれら三つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用差動回転機構と、
前記動力分配機構における前記第１要素に接続される第２入力要素と、前記駆動軸に接続される第２出力要素と、選択的に固定される第２固定要素とを有するとともにこれら三つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用差動回転機構と、
前記第１変速用差動回転機構における前記第１固定要素を選択的に固定する第１固定手段と、
前記第２変速用差動回転機構における前記第２固定要素を選択的に固定する第２固定手段と、
前記第２変速用差動回転機構の全体を一体化させる一体化機構と
を備えていることを特徴とする動力出力装置。
【請求項２】
前記動力分配機構の外周側に軸線方向において少なくとも一部がオーバーラップして配置され、前記動力分配機構における前記第２要素を選択的に固定する第３固定手段を更に備えている請求項１に記載の動力出力装置。
【請求項３】
前記動力分配機構における第１要素に一体化されている回転部材と前記第１電動機の回転軸に一体化されている他の回転部材とを選択的に連結するクラッチ手段を更に備ている請求項１に記載の動力出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関と電動機とを動力源とする動力出力装置に関し、特に内燃機関が出力した動力を発電機能のある電動機に分配するとともに駆動軸に出力することの可能なハイブリッド車に使用することのできる動力出力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に加えて、発電機能のある電動機を動力源とした動力出力装置は、ハイブリッド車に使用されており、このような構成であれば、内燃機関の回転数を電動機によって制御して、内燃機関を最適燃費点もしくはそれに近い運転点で運転でき、また電動機によってエネルギ回生できるなど、車両に使用した場合にはエネルギ効率や燃費を向上させることができ、また排ガスを少なくして地球環境に対する負荷を低減することができる。その一方で、内燃機関が出力した動力の一部を電力に変化し、その電力を更に電動機によって機械的な動力に変換することがあり、その場合には、電力への変換および電力から機械的動力への変換の際の損失を避けられないので、その点での改善の余地がある。
【０００３】
このような動力損失を低減できる装置の一例が特許文献１に記載されている。その構成を簡単に説明すると、動力分配機構が遊星歯車機構によって構成されており、そのキャリヤに内燃機関が連結され、かつそのサンギヤとリングギヤとにモータ・ジェネレータがそれぞれ連結されている。それらのサンギヤとリングギヤとが出力軸などの出力部材に、クラッチ機構を介して選択的に連結されるように構成されている。
【０００４】
この特許文献１に記載された装置では、一方のモータ・ジェネレータをエンジンからの入力トルクに対する反力トルクのための機構として動作させ、かつ他方のモータ・ジェネレータを前記一方のモータ・ジェネレータで発電した電力によって動作するモータとして機能させることができる。すなわち、各モータ・ジェネレータを反力手段といわゆるトルクアシスト手段とに選択的に切り替えて機能させることができる。そのため、アクセル開度などによって表される駆動力要求量や車速などに応じて、反力手段となるモータ・ジェネレータおよびトルクアシスト手段となるモータ・ジェネレータを選択することにより、電力への変換を伴う動力の伝達割合を相対的に少なくしてエネルギ効率を改善することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、各モータ・ジェネレータが連結されている回転要素を、共に、出力ための駆動ギヤに連結すれば、動力分配機構の全体が一体となって回転するので、電力への変換を伴うことなく、出力軸に動力を出力できる。しかしながら、このような電力変換のない動力伝達を行うモードが一種類に限られるので、動力の伝達効率が良くても、内燃機関の燃費が必ずしも良好ではなく、また必要十分な駆動力を得られない場合が多くなる。
【０００６】
また、特許文献１に記載された装置は、内燃機関や各モータ・ジェネレータが配置されている軸線に対して平行に配置された出力軸に動力を出力するように構成されているので、いわゆるエンジン前置き後輪駆動車（ＦＲ車）に搭載することは困難であり、またエンジン前置き後輪駆動車に適するように配列を変更した場合には、全体としての構造が大型化する可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】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】
【０００８】
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、全体としての構成を大型化することなく動力伝達効率を向上させることのできる動力出力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】
【０００９】
この発明は、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電動機から動力が伝達される第２要素と前記内燃機関から動力が伝達される第３要素とを有するとともにこれら三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機構と、前記動力分配機構における前記第２要素に接続される第１入力要素と、前記駆動軸に接続される第１出力要素と、選択的に固定される第１固定要素とを有するとともにこれら三つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用差動回転機構と、前記動力分配機構における前記第１要素に接続される第２入力要素と、前記駆動軸に接続される第２出力要素と、選択的に固定される第２固定要素とを有するとともにこれら三つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用差動回転機構と、前記第１変速用差動回転機構における前記第１固定要素を選択的に固定する第１固定手段と、前記第２変速用差動回転機構における前記第２固定要素を選択的に固定する第２固定手段と、前記第２変速用差動回転機構の全体を一体化させる一体化機構とを備えている動力出力装置である。
【００１０】
この発明は、好ましくは、前記動力分配機構の外周側に軸線方向において少なくとも一部がオーバーラップして配置され、前記動力分配機構における前記第２要素を選択的に固定する第３固定手段を更に備えている。
【００１１】
また、この発明は、好ましくは、前記動力分配機構における第１要素に一体化されている回転部材と前記第１電動機の回転軸に一体化されている他の回転部材とを選択的に連結するクラッチ手段を更に備ている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、動力分配機構の第２要素から第１変速用差動回転機構の第１入力要素に動力を伝達でき、また第１要素から第２変速用差動回転機構の第２入力要素に動力を伝達することができる。そして、これら第１変速用差動回転機構の第１固定要素を第１固定手段で固定することかでき、また第２変速用差動回転機構の第２固定要素を第２固定手段で固定することができ、これに加えて第２変速用差動回転機構の全体を一体化機構によって一体化させることができるので、これら第１および第２の変速用差動回転機構によって、変速比が互いに異なる四つの変速状態を設定することができる。これら四つの変速状態では、前記各電動機による動力変換を伴う動力の伝達割合を少なくでき、また電力変換を伴わずに内燃機関から駆動軸に動力を伝達できるので、それらの変速状態を選択的に設定することにより、動力損失を低減もしくは抑制することができる。したがって、この発明の動力出力装置を車両に使用することにより、その車両の燃費を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】
【００１３】
この発明に係る動力出力装置は、駆動軸に対して動力を出力するように構成されている。その駆動軸は、車両においては、プロペラシャフトや終減速機などを介して駆動輪に動力を出力する軸である。また、この発明に係る動力出力装置は、内燃機関と第１および第２の電動機とを備えている。その内燃機関は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、ガソリンとアルコールとの混合物やアルコールを燃料とするエンジン、ガスを燃料するガスエンジンなどがその例であり、要は、燃料の燃焼による熱エネルギを機械的な動力に変換して出力する熱機関である。また、各電動機は、トルクを出力するモータとしての機能と、外力によって強制的に回転させられて起電力を生じる発電機としての機能とを備えたモータ・ジェネレータによって構成することが好ましく、具体的には、ロータに永久磁石を備えた同期電動機を用いることができる。
【００１４】
これらの内燃機関と、第１および第２の各電動機は、動力分配機構に連結されている。その動力分配機構は、互いに差動回転する第１ないし第３の回転要素を備えており、一例としてダブルピニオン型やシングルピニオン型の遊星歯車機構もしくは遊星ローラ機構によって構成することができる。これらの例は、いわゆる三要素の差動機構であるが、この発明では、三つ以上の回転要素を備えた差動機構によって動力分配機構を構成することもでき、したがって動力分配機構は、複数のシンプル差動機構を組み合わせた複合差動機構によって構成してもよい。
【００１５】
動力分配機構における第１要素には、第１電動機の回転軸が接続される。好ましくは、第１要素と第１電動機の回転軸とが選択的に連結されるように構成される。このように構成することにより、設定可能な駆動モードが多くなる。また、第２要素には、第２電動機が出力した動力が伝達される。すなわち、第２要素と第２電動機の回転軸とは直接連結されていてもよく、あるいは両者の間に減速機構や増速機構あるいは適宜の伝動機構が介在していてもよい。さらに、動力分配機構の第３要素には、内燃機関が出力した動力が伝達される。すなわち、第３要素と内燃機関の出力軸とが直接連結されていてもよいが、両者の間に、ダンパー機構やトルクコンバータなどが介在していてもよい。
【００１６】
したがって、動力分配機構は、その第１要素と第２要素とが、出力のための要素および内燃機関から入力されるトルクに対して反力を作用させるため要素になるように構成されている。したがって、その第１要素が第２変速用差動回転機構に連結され、また第２要素が第１変速用差動回転機構に連結されている。
【００１７】
第１変速用差動回転機構は、第１入力要素と、第１出力要素と、第１固定要素との三つの回転要素を備えた差動機構であり、一例としてダブルピニオン型やシングルピニオン型の遊星歯車機構もしくは遊星ローラ機構によって構成することができる。その第１入力要素は前述した動力分配機構における第２要素に接続されるようになっている。その動力分配機構における第２要素は、前述したように第２電動機から動力が伝達されるように構成されているから、第１入力要素は第２電動機にも接続されている。なお、第１入力要素と動力分配機構における第２要素とは、常時連結されている以外に、適宜のクラッチ機構によって選択的に連結されるように構成されていてもよい。
【００１８】
また、第１変速用差動回転機構における第１出力要素は、前記駆動軸に接続されている。これら第１出力要素と駆動軸とは直接連結されている以外に、トルク伝達可能な機構を介在させて連結されていてもよい。さらに、第１変速用差動回転機構における第１固定要素は、ケーシングなどの固定部に対して選択的に連結されて固定されるようになっている。その固定のために第１固定手段が設けられており、これは、噛み合い式のクラッチ機構であってよく、そのような機構であれば、固定のために特に動力を消費することがない。なお、多板ブレーキやバンドブレーキなどのブレーキ機構を使用することもできる。
【００１９】
他方、第２変速用差動回転機構は、上記の第１変速用差動回転機構とほぼ同様の構成であってよく、第２入力要素と、第２出力要素と、第２固定要素との三つの回転要素を備えた差動機構であり、一例としてダブルピニオン型やシングルピニオン型の遊星歯車機構もしくは遊星ローラ機構によって構成することができる。その第２入力要素は前述した動力分配機構における第１要素に接続されるようになっている。その動力分配機構における第１要素は、前述したように第１電動機の回転軸に接続されているから、第２入力要素は第１電動機から動力が伝達される。なお、第２入力要素と動力分配機構における第１要素とは、常時連結されている以外に、適宜のクラッチ機構によって選択的に連結されるように構成されていてもよい。そのクラッチ機構は、動力分配機構の第１要素と第１電動機の回転軸との間に介在させた機構であってよい。
【００２０】
また、第２変速用差動回転機構における第２出力要素は、前記駆動軸に接続されている。したがってこの第２出力要素は、前述した第１変速用差動回転機構における第１出力要素にも連結されている。これら第２出力要素と駆動軸とは直接連結されている以外に、トルク伝達可能な機構を介在させて連結されていてもよい。さらに、第２変速用差動回転機構における第２固定要素は、ケーシングなどの固定部に連結されて固定されるようになっている。すなわち、第２固定要素と固定部との間に第２固定手段が設けられ、その第２固定手段によって第２固定要素を選択的に固定するようになっている。その第２固定手段は、噛み合い式のクラッチ機構であってよく、あるいは多板ブレーキやバンドブレーキなどのブレーキ機構であってもよい。
【００２１】
さらに、この発明に係る動力出力装置は、第２変速用差動回転機構の全体を一体となって回転させるための一体化機構を備えている。その一体化機構は、第２変速用差動回転機構における少なくとも二つの要素を連結する機構であり、それら少なくとも二つの要素の差動回転を阻止することにより、動力分配機構の全体を一体化させる機構である。具体的には、噛み合い式のクラッチ機構や摩擦式のクラッチ機構によって構成されている。この一体化機構によって第２変速用差動回転機構がいわゆるロックされてその全体が一体的に回転すると、第１および第２の差動回転機構によって構成されるいわゆる変速部に対する入力回転数と出力回転数とが同じになり、この変速部での変速が生じない駆動状態（すなわち運転モード）を設定することができる。その結果、動力出力装置の全体としての運転モードが多くなり、しかも差動回転機構の数を増やす必要がないので、全体としての構成を大型化することなく、動力伝達効率を向上させることができる。
【００２２】
また、この発明に係る動力出力装置は、好ましくは、動力分配機構における第２要素を選択的に固定する第３固定手段を備えている。そのため、動力分配機構は、内燃機関の出力した動力を変速して第１変速用差動回転機構もしくは第２変速用差動回転機構に伝達する変速機として機能させることができる。その場合、内燃機関が出力した動力を電力に変換し、またその電力を機械的な動力に再変換することがないので、動力損失を低減もしくは抑制することができる。しかも、その第３固定手段は動力分配機構の外周側に軸線方向でオーバーラップした状態に配置されているので、軸線方向に並べて配置する部品の数が少なくなって全体としての軸長を短縮することができる。
【００２３】
さらに、この発明に係る動力出力装置は、動力分配機構の第１要素と第１電動機とを選択的に連結するクラッチ手段を備えているので、第１電動機の動力を第２変速用差動回転機構に伝達して駆動軸に出力する場合に内燃機関の連れ回りを回避できるなど、多様な駆動モードを設定することが可能になる。
【００２４】
より具体化した構成の一例を図１に示してある。図１はこの発明に係る動力出力装置１を車両に搭載した例を模式的に示しており、ここに示す動力出力装置１は、車両前部に配置されるエンジン２と、エンジン２の出力軸であるクランクシャフト３に接続された動力分配機構（差動回転機構）４と、動力分配機構４に接続された発電可能なモータ（モータ・ジェネレータ）ＭＧ１と、このモータＭＧ１と同一軸線上に配置されるとともに減速機構５を介して動力分配機構４に接続された発電可能なモータ（モータ・ジェネレータ）ＭＧ２と、動力分配機構４からの動力を駆動軸６に伝達する変速機構７と、動力出力装置１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）８などとを備えている。
【００２５】
上記のエンジン２を制御するための電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」と記す）９が設けられている。このエンジンＥＣＵ９は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて演算を行い、エンジン２の燃料噴射量や点火時期、吸入空気量などを制御する指令信号を出力するように構成されている。そして、エンジンＥＣＵ９は、ハイブリッドＥＣＵ８と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ８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２を運転制御するとともに必要に応じてエンジン２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ８に出力するようになっている。
【００２６】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として動作するとともに電動機として動作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１０，１１を介して二次電池であるバッテリ１２に接続されている。インバータ１０，１１とバッテリ１２とを接続する電力ライン１３は、各インバータ１０，１１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のいずれか一方により発電された電力を他方のモータに供給してこれを電動機として動作させるようになっている。したがって、バッテリ１２は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力で充電され、またいずれかで電力が不足する場合には放電する。さらに、各モータＭＧ１，ＭＧ２での電力収支のバランスが取れている場合には、バッテリ１２は充放電されないことになる。
【００２７】
各モータＭＧ１，ＭＧ２を制御するためのモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）１４が設けられている。モータＥＣＵ１４には、モータＭＧ１，ＭＧ２を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（レゾルバー）１５，１６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ＥＣＵ１４からは、インバータ１０，１１へのスイッチング制御信号等が出力される。モータＥＣＵ１４は、回転位置検出センサ１５，１６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ＥＣＵ１４は、ハイブリッドＥＣＵ８と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ８からの制御信号等に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するとともに、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ＥＣＵ８に出力するようになっている。
【００２８】
バッテリ１２は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）１７によって管理されている。バッテリＥＣＵ１７には、バッテリ１２を管理するために必要な信号、例えば、バッテリ１２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１２の出力端子に接続された電力ライン１３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１２に取り付けられた温度センサ１８からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。バッテリＥＣＵ１７は、必要に応じてバッテリ１２の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ８やエンジンＥＣＵ９に出力するように構成されている。さらに、バッテリＥＣＵ１７は、バッテリ１２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を算出するようになっている。
【００２９】
動力分配機構４は、モータＭＧ１，ＭＧ２、減速機構５、変速機構７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２から所定距離を隔ててクランクシャフト３と同一軸線上に配置されている。図１に示す例では、動力分配機構４はダブルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、外歯歯車であるサンギヤＳ１と、このサンギヤＳ１と同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤＲ１と、互いに噛合するとともに一方がサンギヤＳ１と噛合しかつ他方がリングギヤＲ１と噛合する二つのピニオンギヤＰ１１，Ｐ１２を自転かつ公転自在に少なくとも１組保持するキャリヤＣ１とを有している。そして、そのサンギヤＳ１と、リングギヤＲ１と、キャリヤＣ１との三つの要素が互いに差動回転できるように構成されている。
【００３０】
動力分配機構４におけるサンギヤＳ１は、エンジン２とは反対側（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸１９に一体化されており、このサンギヤ軸１９を、モータＭＧ１のロータに一体化されている第１モータ軸２０に選択的に連結することにより、モータＭＧ１に連結されるようになっている。また、リングギヤＲ１には、エンジン２が出力した動力が伝達されるようになっている。すなわち、リングギヤＲ１と一体のリングギヤ軸２１がエンジン２のクランクシャフト３と同一の軸線上に配置され、これらリングギヤ軸２１とクランクシャフト３とがダンパ２２を介して連結されている。
【００３１】
さらに、キャリヤＣ１はモータＭＧ２との間で動力を伝達できるようになっている。すなわち、動力分配機構４に隣接して減速機構５が同一軸線上に配置され、その減速機構５とエンジン２との間にモータＭＧ２が同一軸線上に配置されている。その減速機構５は、要は、モータＭＧ２が出力した動力を減速してキャリヤＣ１に伝達する機構であり、一例として遊星歯車機構や遊星ローラ機構などによって構成することができる。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減速機構５が構成されており、そのキャリヤＣ０がケーシングなどの固定部２３に固定されており、またサンギヤＳ０がモータＭＧ２のロータに連結されている。そして、リングギヤＲ０がコネクティングドラム２４によって、動力分配機構４のキャリヤＣ１に連結されている。
【００３２】
したがって、モータＭＧ１がこの発明の第１電動機に相当し、またモータＭＧ２がこの発明の第２電動機に相当している。一方、動力分配機構４におけるサンギヤＳ１がこの発明における第１要素に相当し、キャリヤＣ１がこの発明の第２要素に相当し、さらにリングギヤＲ１がこの発明の第３要素に相当している。
【００３３】
また、図１に示すように、サンギヤ軸１９と第１モータ軸２０との間には、両者を接続し、またその接続を解除する切替機構（クラッチ手段）Ｋ１が設けられている。この切替機構Ｋ１は、要は、サンギヤ軸１９（サンギヤＳ１）と第１モータ軸２０（モータＭＧ１）とをトルク伝達可能な状態に連結し、またその連結を解除するように動作する機構であり、ドグクラッチや多板クラッチなどによって構成することができる。
【００３４】
図１にはドグクラッチによって構成した例を示してあり、サンギヤ軸１９に一体化されたハブ２５と第１モータ軸２０に一体化されたハブ２６とが、軸線方向で互いに隣接した状態に配置されている。これらのハブ２５，２６の外周面には、スプライン歯が形成されており、そのスプライン歯に噛み合うスプライン歯が内周面に形成されたスリーブ２７が軸線方向に前後動できるようにハブ２５，２６に嵌合している。そのスリーブ２７のストローク範囲は、両方のハブ２５，２６にスプライン嵌合する位置と、第１モータ軸２０側のハブ２６のみにスプライン嵌合する位置との間であり、その往復動は、電気式もしくは電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ２８によって行うように構成されている。
【００３５】
したがって、切替機構Ｋ１は、スリーブ２７が両方のハブ２５，２６にスプライン嵌合することによりサンギヤ軸１９（サンギヤＳ１）と第１モータ軸２０（モータＭＧ１）とをトルク伝達可能な状態に連結し、スリーブ２７が第１モータ軸２０側のハブ２６のみにスプライン嵌合することにより、その連結を解除するように構成されている。なお、切替機構Ｋ１がサンギヤ軸１９と第１モータ軸２０との連結を解除した状態では、サンギヤＳ１が他の部材に連結されずに自由に回転できる状態になるので、動力分配機構４の全体がいわゆるフリー状態となり、その結果、動力分配機構４を介してトルクの伝達が生じないので、エンジン２が変速機構７から実質的に切り離された状態となる。
【００３６】
上記の動力分配機構４におけるキャリヤＣ１を回転しないように固定するブレーキ機構Ｂ０が設けられている。このブレーキ機構Ｂ０はこの発明における第３固定手段に相当し、噛み合い式の係合機構や摩擦式もしくはバンドを使用した摩擦式ブレーキ機構などによって、キャリヤＣ１を選択的に固定するように構成されている。図１に示す例では、噛み合い式の係合機構が使用されており、キャリヤＣ１と一体の前記コネクティングドラム２４の外周面に、スプライン歯２９Ａが形成され、その外周側には固定部２３に一体化されている固定スプライン２９Ｂが設けられている。そして、これらのスプライン歯２９Ａと固定スプライン２９Ｂとの間に、軸線方向に移動することにより、これらスプライン歯２９Ａと固定スプライン２９Ｂと噛み合い、またその噛み合いが外れるスリーブ３０が配置されている。なお、そのスリーブ３０は前記アクチュエータ２８によって移動させられるように構成されている。したがって、このブレーキ機構Ｂ０は、動力分配機構４の外周側に、軸線方向で一部がオーバーラップするように配置されている。
【００３７】
上記の第１モータ軸２０は、モータＭＧ１からエンジン２とは反対側（車両後方）に延びており、変速機構７に接続されるように構成されている。また、その第１モータ軸２０の内部には、その中心軸線に沿ってキャリヤ軸３１が配置されており、そのエンジン２側の端部は、中空軸であるサンギヤ軸１９の内部を貫通して前記キャリヤＣ１に連結されている。
【００３８】
したがって、図１に示す構成では、動力分配機構４は、同一軸線上に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間にこれらのモータＭＧ１，ＭＧ２と同一軸線上に配置され、またエンジン２はモータＭＧ２に同一軸線上に配置されるとともに動力分配機構４を挟んで変速機構７と対向することになる。すなわち、図１に示す構成では、エンジン２、各モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配機構４および変速機構７などの構成部材もしくは機器が、車両前方から、エンジン２、モータＭＧ２、（減速機構５）、動力分配機構４、モータＭＧ１、変速機構７の順に配置されることになる。その結果、動力出力装置をコンパクトで車載性に優れ、特にいわゆるエンジン前置き後輪駆動車への車載性に優れた動力出力装置１とすることができる。
【００３９】
上述した動力出力装置１では、動力分配機構４のサンギヤＳ１がサンギヤ軸１９および切替機構Ｋ１ならびに第１モータ軸２０を介して変速機構７に接続され、また動力分配機構４のキャリヤＣ１がキャリア軸３１を介して変速機構７に接続される。そのため、上述した動力出力装置１では、動力分配機構４のサンギヤＳ１およびキャリヤＣ１のいずれか一方をエンジン２から出力されるトルクの反力を受け持つ反力要素とするとともに、他方を変速機構７に動力を出力する出力要素とすることができる。
【００４０】
例えば、モータＭＧ１を発電機として機能させることによりサンギヤＳ１を反力要素とした場合、動力分配機構４は、リングギヤＲ１を介して入力されるエンジン２からの動力をサンギヤＳ１側とキャリヤＣ１側とにそのギヤ比（サンギヤＳ１の歯数とリングギヤＲ１の歯数との比）に応じて分配する。また、モータＭＧ１の起電力を他のモータＭＧ２に供給してこれを電動機として機能させることにより、エンジン２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キャリヤＣ１から出力する。すなわち、電力変換を伴う動力の伝達が生じる。これに対して、モータＭＧ２を発電機として機能させることによりキャリヤＣ１を反力要素とした場合には、動力分配機構４は、リングギヤＲ１を介して入力されるエンジン２からの動力をサンギヤＳ１側とキャリヤＣ１側とにそのギヤ比に応じて分配する。また、モータＭＧ２の起電力を一方のモータＭＧ１に供給してこれを電動機として機能させることにより、エンジン２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Ｓ１から出力する。すなわち、電力変換を伴う動力の伝達が生じる。
【００４１】
つぎに、変速機構７について説明すると、図１に示す変速機構７は、変速比を複数段階に設定できるように構成されており、特に単一の軸線上に構成部材を配列した構成とされている。この種の変速機構７は、少なくとも三つの回転要素が相互に差動回転する遊星歯車機構もしくは遊星ローラ機構によって構成することができ、図１に示す例では、二組の遊星歯車機構を組み合わせた複合遊星歯車機構として構成されている。
【００４２】
具体的に説明すると、二組のシングルピニオン型遊星歯車機構３２，３３が互いに隣接して同一軸線上に配置されており、モータＭＧ１寄りに配置されている第２の変速用遊星歯車機構３３はこの発明の第２変速用差動回転機構に相当し、前述した第１モータ軸２０に接続されたサンギヤＳ３と、このサンギヤＳ３と同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤＲ３と、サンギヤＳ３およびリングギヤＲ３に噛合するピニオンギヤＰ３を自転自在かつ公転自在に保持しているキャリアＣ３とを有している。また、第１の変速用遊星歯車機構３２はこの発明の第１変速用差動回転機構に相当し、前述したキャリヤ軸３１に連結されているサンギヤＳ２と、このサンギヤＳ２に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤＲ２と、これらサンギヤＳ２およびリングギヤＲ２の間に配置されてそれぞれに噛み合っているピニオンギヤＰ２を自転自在かつ公転自在に保持しているキャリヤＣ２とを有している。そして、各遊星歯車機構３２，３３におけるキャリヤＣ３，Ｃ２と互いに連結され、あるいは共用されており、さらにこれらのキャリヤＣ３，Ｃ２は両者一体となって駆動軸６に連結されている。
【００４３】
そして、第二の遊星歯車機構３３および第１の遊星歯車機構３２のそれぞれに対応して切替機構Ｋ２，Ｋ３が設けられている。これらの切替機構Ｋ２，Ｋ３は、各遊星歯車機構３２，３３におけるリングギヤＲ３，Ｒ２の連結箇所もしくは連結する相手部材を切り替えるための機構であり、この発明における第１固定手段および第２固定手段に相当している。また、これらの切替機構Ｋ２，Ｋ３は、噛み合い式あるいは摩擦式などの適宜の形式の係合機構によって構成することができ、図１に示す例では、ドグクラッチによって構成されている。
【００４４】
先ず、第２固定手段に相当する一方の切替機構Ｋ３について説明すると、第２の遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３の外周部にスプライン歯３４が設けられており、その外周側にはケーシングなどの固定部２３に一体化された固定スプライン３５が設けられている。そして、これらのスプライン歯３４と固定スプライン３５との間にスリーブ３６が、前記アクチュエータ２８によって軸線方向に往復動させられるように配置されている。そのスリーブ３６の内周面と外周面とのそれぞれには、リングギヤＲ３に一体のスプライン歯３４と固定スプライン３５とに噛み合うスプライン歯が形成されている。したがって、スリーブ３６が、スプライン歯３４と固定スプライン３５とのいずれか一方にのみ噛み合う位置に移動させられている状態では、リングギヤＲ３が回転可能であり、またスリーブ３６がスプライン歯３４と固定スプライン３５との両方に係合している状態では、リングギヤＲ３が固定部２３に連結されて回転が阻止されるように、すなわち固定されるように構成されている。
【００４５】
つぎにこの発明の第１固定手段に相当する他方の切替機構Ｋ２について説明すると、第１の遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２の外周部にスプライン歯３７が設けられており、その外周側にはケーシングなどの固定部２３に一体化された固定スプライン３８が設けられている。これらのスプライン歯３７と固定スプライン３８との間にスリーブ３９が、前記アクチュエータ２８によって軸線方向に往復動させられるように配置されている。そのスリーブ３９の内周面と外周面とのそれぞれには、リングギヤＲ２に一体のスプライン歯３７と固定スプライン３８とに噛み合うスプライン歯が形成されている。したがって、スリーブ３９が、スプライン歯３７と固定スプライン３８との何れか一方にのみ噛み合う位置に移動させられている状態では、リングギヤＲ２が回転可能であり、またスリーブ３９がスプライン歯３７と固定スプライン３８との両方に係合している状態では、リングギヤＲ２が固定部２３に連結されて回転が阻止されるように、すなわち固定されるように構成されている。
【００４６】
また、この発明の第１固定手段に相当する切替機構Ｋ２は、リンクギヤＲ２をキャリヤＣ２に連結して第１の変速用遊星歯車機構３２の全体を一体化させるクラッチ機構を兼ねている。すなわち、キャリヤＣ２もしくは駆動軸６には、リングギヤＲ２に一体のスプライン歯３７と同一外径のスプライン歯４０が設けられており、これらのスプライン歯３７，４０は互いに隣接して配置されている。そして、スリーブ３９がこれら両方のスプライン歯３７，４０に係合する位置に移動した状態では、スリーブ３９が固定スプライン３８から外れてリングギヤＲ２およびキャリヤＣ２が回転できるように構成されている。
【００４７】
さらに、第２の変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３を選択的に固定する切替機構Ｋ３は、第２の変速用遊星歯車機構３３の全体を一体化させる一体化機構を兼ねている。すなわち、第２の変速用遊星歯車機構３３におけるキャリヤＣ３には、リングギヤＲ３に一体のスプライン歯３４と同一外径のスプライン歯４１が設けられており、これらのスプライン歯３４，４１は互いに隣接して配置されている。そして、スリーブ３６がキャリヤＣ３と一体のスプライン歯４１側に移動した場合にスリーブ３６がそのスプライン歯４１とリングギヤＲ３に一体のスプライン歯３４とに係合して、これらキャリヤＣ３とリングギヤＲ３とに係合してこれらを連結するように構成されている。すなわち、第２の遊星歯車機構３３における二つの回転要素を互いに連結して第２の遊星歯車機構３３の全体を一体化するようになっている。したがって、切替機構Ｋ３は、リングギヤＲ３とサンギヤＳ３とを連結するように構成されていてもよい。
【００４８】
上記のように構成された変速機構７から動力が伝達される駆動軸６は終減速機であるデファレンシャルＤＦに連結されており、このデファレンシャルＤＦから左右の後輪ＲＷａ，ＲＷｂに動力が出力されるようになっている。
【００４９】
このように構成される変速機構７は、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることが可能である。また、第１の変速用遊星歯車機構３２および第２の変速用遊星歯車機構３３は、エンジン２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配機構４の下流側にこれらと同一軸線上に配置可能であるから、上記の変速機構７を用いれば、軸受を簡素化できるとともに軸受の数を減らすことができる。
【００５０】
そして、ハイブリッドＥＣＵ８は、ＣＰＵ４２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、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４３と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４４と、図示しない入出カボートおよび通信ポートとを備えている。ハイブリッドＥＣＵ８には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）４５からのイグニッション信号、シフトレバー４６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４７からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル４８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４９からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル５０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５１からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ５２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ＥＣＵ８は、上述したように、エンジンＥＣＵ９やモータＥＣＵ１４、バッテリＥＣＵ１７と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ９やモータＥＣＵ１４、バッテリＥＣＵ１７と各種制御信号やデータを相互に通信している。また、切替機構Ｋ１や変速機構７の切替機構Ｋ３，Ｋ２を駆動するアクチュエータ２８もハイブリッドＥＣＵ８により制御されている。
【００５１】
つぎに、上述のように構成された動力出力装置１の動作について説明する。図２は、上記の動力出力装置１による運転モードを設定するための切替機構Ｋ１，〜Ｋ３およびブレーキ機構Ｂ０の動作状態をまとめて示す図表である。図２の左欄に記載されている「１ｓｔ」ないし「４ｔｈ」は前述した変速機構７で設定される変速段（変速比）を示し、また「１ｓｔ−２ｎｄ」、「２ｎｄ−３ｒｄ」、「３ｒｄ−４ｔｈ」のそれぞれは、それらの変速段の間の同期状態を示す。さらに、「４ｔｈ−ＭＧ２ｌｏｃｋ」は変速機構７が第４速状態で第２のモータ・ジェネレータＭＧ２が回転しないように固定されていることを示す。
【００５２】
さらにまた、「リング固定」の欄の「○」印は、リングギヤＲ２，Ｒ３が固定されるように切替機構Ｋ２，Ｋ３が動作していることを示し、「フリー」の欄の「○」印は、リングギヤＲ２，Ｒ３がいずれの部材とも連結されずに自由に回転できるように切替機構Ｋ２，Ｋ３が動作していることを示し、「リング×キャリヤ」の欄の「○」印は、リングギヤＲ２，Ｒ３がキャリヤＣ２，Ｃ３と連結されるように切替機構Ｋ２，Ｋ３が動作していることを示す。そして、ブレーキ機構Ｂ０および切替機構Ｋ１の欄における「○」印は、ブレーキ機構Ｂ０がキャリヤＣ１を固定している係合状態および切替機構Ｋ１がサンギヤＳ１と第１のモータ・ジェネレータＭＧ１とを連結する係合状態であることを示す。
【００５３】
図２に示す各運転モードは、エンジン２が動力を出力する状態での運転モードであり、前記動力出力装置１が搭載された車両の発進時や低車速時に設定される第１速モード（１ｓｔ）では、第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２が切替機構Ｋ２によって固定され、また第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３がフリー状態とされ、さらに動力分配機構４のサンギヤＳ１と第１のモータＭＧ１とが切替機構Ｋ１によって連結される。また、この第１速モードでは、第１のモータＭＧ１が発電機として機能するように制御され、また第２のモータＭＧ２が電動機として機能するように制御される。
【００５４】
したがって、動力分配機構４では、リングギヤＲ１にエンジン２が出力したトルクが作用してリングギヤＲ１が入力要素となり、またサンギヤＳ１に第１のモータＭＧ１を発電機として駆動することに伴う反力トルクが作用してサンギヤＳ１が反力要素となり、そしてキャリヤＣ１が出力要素となってここからキャリヤ軸３１を介して第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２にトルクが入力される。この状態を図３に共線図で示してある。
【００５５】
図３に示すように、リングギヤＲ１にエンジン２から伝達されるトルクが作用するのに対して、サンギヤＳ１には第１のモータＭＧ１からのトルクが反対方向に作用する。したがって、第１のモータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン２の回転数を制御することができる。また、第１のモータＭＧ１が発電した電力は、第２のモータＭＧ２に供給されて第２のモータＭＧ２がトルクを出力し、そのトルクが減速機構５を介して増幅されてキャリヤＣ１に伝達される。すなわち、エンジン２が出力した動力の一部は、第１のモータＭＧ１に分配され、各モータＭＧ１，ＭＧ２による電力変換を伴ってキャリヤＣ１に伝達される。その結果、動力分配機構４のキャリヤＣ１にはこれらのトルクを合成したトルクが現れ、これがキャリヤ軸３１を介して第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２に伝達される。
【００５６】
変速機構７では、第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２が切替機構Ｋ２によって固定され、これに対して第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３はフリー状態となっているので、第１変速用遊星歯車機構３２が減速作用を行う。すなわち、出力要素であるキャリヤＣ２が入力要素であるサンギヤＳ２より低速で回転する。その変速比は、第１変速用遊星歯車機構３２を構成している遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤＳ２の歯数とリングギヤＲ２の歯数との比）ρ２に応じた値（（１＋ρ２）／ρ２）となる。そして、この変速比に応じて増幅されたトルクがキャリヤＣ２から駆動軸６に出力される。
【００５７】
第１のモータＭＧ１によってエンジン回転数を燃費の良い回転数に制御している状態で車速が次第に増大すると、第２のモータＭＧ２の回転数が増大するとともに、第１のモータＭＧ１の回転数が次第に低下する。第１のモータＭＧ１は第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３に連結されているので、第１のモータＭＧ１の回転数が低下すると、駆動軸６と共に回転しているキャリヤＣ３とは反対方向に回転していたリングギヤＲ３の回転数（絶対回転数）が次第に低下（キャリヤＣ３の回転方向である正回転方向に増大）する。そして、ついには、リングギヤＣ３の回転が止まる。この状態が第１速モードと第２速モード（２ｎｄ）との同期状態であり、これを図４に共線図で示してある。
【００５８】
この状態で第１のモータＭＧ１による反力トルクおよび第２のモータＭＧ２による駆動トルクの出力を停止する。こうすることにより、各切替機構Ｋ２，Ｋ３での回転数差がなくなり、またトルク作用しないので、切替機構Ｋ３におけるスリーブ３６を移動させて第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３をフリー状態から固定状態に切り替える。その後、切替機構Ｋ２におけるスリーブ３９を移動させて、第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２を固定状態からフリー状態に切り替えて第２速モードを設定する。したがって、第１速モードから第２速モードへの切り替えは、各切替機構Ｋ２，Ｋ３に回転数差が生じておらず、またトルクが作用していない状態でこれらの切替機構Ｋ２，Ｋ３を切り替え動作させることにより行われるので、ショックを生じることなくスムースにモードの切り替えが行われる。
【００５９】
第２速モードでは、第２のモータＭＧ２が発電機として機能するように制御され、また第１のモータＭＧ１が電動機として機能するように制御される。したがって、動力分配機構４では、リングギヤＲ１にエンジン２が出力したトルクが作用してリングギヤＲ１が入力要素となり、またキャリヤＣ１に第２のモータＭＧ２を発電機として駆動することに伴う反力トルクが作用してキャリヤＣ１が反力要素となり、そしてサンギヤＳ１が出力要素となって、ここからサンギヤ軸１９および切替機構Ｋ１ならびに第１モータ軸２０を介して第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３にトルクが入力される。この状態を図５に共線図で示してある。
【００６０】
図５に示すように、リングギヤＲ１にエンジン２から伝達されるトルクが作用するのに対して、キャリヤＣ１には第２のモータＭＧ２からのトルクが反対方向に作用する。したがって、第２のモータＭＧ２の回転数を制御することにより、エンジン２の回転数を制御することができる。また、第２のモータＭＧ２が発電した電力は、第１のモータＭＧ１に供給されて第１のモータＭＧ１がトルクを出力し、そのトルクが第１モータ軸２０を介して第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３に付加される。すなわち、エンジン２が出力した動力の一部は、第２のモータＭＧ２に分配され、その反力トルクとエンジン２からのトルクとを合成したトルクがサンギヤＳ１に現れ、さらにそのトルクに第１のモータＭＧ１が出力するトルクが付加されるので、エンジン２が出力した動力の一部は、各モータＭＧ２，ＭＧ１による電力変換を伴って変速機構７に伝達される。
【００６１】
変速機構７では、第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３が切替機構Ｋ３によって固定され、これに対して第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２はフリー状態となっているので、第２変速用遊星歯車機構３３が減速作用を行う。すなわち、出力要素であるキャリヤＣ３が入力要素であるサンギヤＳ３より低速で回転する。その変速比は、第２変速用遊星歯車機構３３を構成している遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤＳ３の歯数とリングギヤＲ３の歯数との比）ρ３に応じた値（（１＋ρ３）／ρ３）となる。そして、この変速比に応じて増幅されたトルクがキャリヤＣ３から駆動軸６に出力される。なお、第２変速用遊星歯車機構３３のギヤ比ρ３は、第１変速用遊星歯車機構３２のギヤ比ρ２より大きく設定されており、したがって第２速モードでの変速機構７の変速比は、第１速モードでの変速比より小さくなる。
【００６２】
第２のモータＭＧ２によってエンジン回転数を燃費の良い回転数に制御している状態で車速が次第に増大すると、第１のモータＭＧ１の回転数が増大するとともに、第２のモータＭＧ２の回転数が次第に低下する。第１のモータＭＧ１は第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３に連結され、また第２のモータＭＧ２は第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２に連結されているので、各モータＭＧ１，ＭＧ２の上記ような変化によって、第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３の回転数が増大し、かつ第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２の回転数が低下する。このような回転数の変化の過程で、第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２の回転数が、駆動軸６に連結されているキャリヤＣ２の回転数と一致し、同時にそのリングギヤＲ２の回転数がサンギヤＳ２およびキャリヤＣ２の回転数と一致する。すなわち第１変速用遊星歯車機構３２の全体が一体となって回転する。この状態が第２速モードと第３速モード（３ｒｄ）との同期状態であり、これを図６に共線図で示してある。
【００６３】
この状態で第１のモータＭＧ１による反力トルクおよび第２のモータＭＧ２による駆動トルクの出力を停止する。こうすることにより、各切替機構Ｋ２，Ｋ３での回転数差がなくなり、またトルク作用しないので、切替機構Ｋ２におけるスリーブ３９を移動させて、第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２とキャリヤＣ２とを連結する。その後、切替機構Ｋ３におけるスリーブ３６を移動させて第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３を固定状態からフリー状態に切り替えて第３速モード（３ｒｄ）を設定する。したがって、第２速モードから第３速モードへの切り替えは、各切替機構Ｋ２に回転数差が生じておらず、またトルクが作用していない状態でその切替機構Ｋ２を切り替え動作させ、また切替機構Ｋ３にトルクが作用していない状態でこれを解放状態に切り替えてリングギヤＲ３の固定を解除することにより行われるので、ショックを生じることなくスムースにモードの切り替えが行われる。
【００６４】
第３速モードでは、第１のモータＭＧ１が発電機として機能するように制御され、また第２のモータＭＧ２が電動機として機能するように制御される。したがって、動力分配機構４では、エンジン２が出力したトルクがリングギヤＲ１に作用してリングギヤＲ１が入力要素となり、またサンギヤＳ１に第１のモータＭＧ１を発電機として駆動することに伴う反力トルクが作用してサンギヤＳ１が反力要素となり、そしてキャリヤＣ１が出力要素となって、ここからキャリヤ軸３１を介して第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２にトルクが入力される。この状態を図７に共線図で示してある。
【００６５】
図７に示すように、動力分配機構４ではリングギヤＲ１にエンジン２から伝達されるトルクが作用するのに対して、サンギヤＳ１には第１のモータＭＧ１からのトルクが反対方向に作用する。したがって、第１のモータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン２の回転数を制御することができる。また、第１のモータＭＧ１が発電した電力は、第２のモータＭＧ２に供給されて第２のモータＭＧ２がトルクを出力し、そのトルクが減速機構５で増幅されてキャリヤＣ１に伝達される。すなわち、エンジン２が出力した動力の一部は、第１のモータＭＧ１に分配され、各モータＭＧ１，ＭＧ２による電力変換を伴ってキャリヤＣ１に伝達される。その結果、動力分配機構４のキャリヤＣ１にはこれらのトルクを合成したトルクが現れ、これがキャリヤ軸３１を介して第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２に伝達される。
【００６６】
変速機構７では、第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２とキャリヤＣ２とが切替機構Ｋ３によって連結されて第１変速用遊星歯車機構３２の全体が一体となって回転し、これに対して第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ２はフリー状態となっているので、第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２に伝達されたトルクがそのまま駆動軸６に出力される。したがってその変速比は、「１」となる。
【００６７】
第１のモータＭＧ１によってエンジン回転数を燃費の良い回転数に制御している状態で車速が次第に増大すると、第２のモータＭＧ２の回転数が増大するとともに、第１のモータＭＧ１の回転数が次第に低下する。その過程で、各モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が一致する。第１のモータＭＧ１は第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３に連結され、また第２のモータＭＧ２は第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２に連結されているので、各モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数が一致すると、各サンギヤＳ２，Ｓ３の回転数が一致する。第３速モードでは、第１変速用遊星歯車機構３２におけるサンギヤＳ２とキャリヤＣ２との回転数が一致しているから、各サンギヤＳ２，Ｓ３の回転数が一致すれば、第２変速用遊星歯車機構３３における各回転要素の回転数が同じになってその全体が一体となって回転する。すなわち、変速機構７を構成している各変速用遊星歯車機構３２，３３の全体が一体となって回転する。この状態が第３速モードと第４速モード（４ｔｈ）との同期状態であり、これを図８に共線図で示してある。
【００６８】
この状態で第１のモータＭＧ１による反力トルクおよび第２のモータＭＧ２による駆動トルクの出力を停止する。こうすることにより、各切替機構Ｋ２，Ｋ３での回転数差がなくなり、またトルク作用しないので、切替機構Ｋ３におけるスリーブ３６を移動させて、第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３とキャリヤＣ３とを連結する。その後、切替機構Ｋ２におけるスリーブ３９を移動させて第１変速用遊星歯車機構３２におけるリングギヤＲ２とキャリヤＣ２との連結を解いてリングギヤＲ３をフリー状態に切り替えて第４速モードを設定する。したがって、第３速モードから第４速モードへの切り替えは、各切替機構Ｋ３に回転数差が生じておらず、またトルクが作用していない状態でその切替機構Ｋ３を切り替え動作させ、また切替機構Ｋ２にトルクが作用していない状態でこれを解放状態に切り替えてリングギヤＲ２とキャリヤＣ２との連結を解除することにより行われるので、ショックを生じることなくスムースにモードの切り替えが行われる。
【００６９】
第４速モードでは、第２のモータＭＧ２が発電機として機能するように制御され、また第１のモータＭＧ１が電動機として機能するように制御される。したがって、動力分配機構４では、リングギヤＲ１にエンジン２が出力したトルクが作用してリングギヤＲ１が入力要素となり、またキャリヤＣ１に第２のモータＭＧ２を発電機として駆動することに伴う反力トルクが作用してキャリヤＣ１が反力要素となり、そしてサンギヤＳ１が出力要素となって、ここからサンギヤ軸１９および切替機構Ｋ１ならびに第１モータ軸２０を介して第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３にトルクが入力される。この状態を図９に共線図で示してある。
【００７０】
図９に示すように、動力分配機構４ではリングギヤＲ１にエンジン２から伝達されるトルクが作用するのに対して、キャリヤＣ１には第２のモータＭＧ２からのトルクが反対方向に作用する。したがって、第２のモータＭＧ２の回転数を制御することにより、エンジン２の回転数を制御することができる。また、第２のモータＭＧ２が発電した電力は、第１のモータＭＧ１に供給されて第１のモータＭＧ１がトルクを出力し、そのトルクが第１モータ軸２０を介して第２変速用遊星歯車機構３３におけるサンギヤＳ３に付加される。すなわち、エンジン２が出力した動力の一部は、第２のモータＭＧ２に分配され、その反力トルクとエンジン２からのトルクとを合成したトルクがサンギヤＳ１に現れ、さらにそのトルクに第１のモータＭＧ１が出力するトルクが付加されるので、エンジン２が出力した動力の一部は、各モータＭＧ２，ＭＧ１による電力変換を伴って変速機構７に伝達される。
【００７１】
変速機構７は、上述したようにその全体が一体となって回転するので、その変速比は、「１」のままである。この状態で、第２のモータＭＧ２によってエンジン回転数を燃費の良い回転数に制御して走行し、車速が次第に増大すると、第１のモータＭＧ１の回転数が増大するとともに、第２のモータＭＧ２の回転数が次第に低下する。そして、ついには、第２のモータＭＧ２の回転数がゼロになる。この状態で、前述したブレーキ機構Ｂ０を係合状態に切り替えることにより、第２のモータＭＧ２およびこれが連結されている動力分配機構４のキャリヤＣ１が回転しないように固定される。その状態を図１０に共線図で示してあり、これは、第４速モードで第２のモータＭＧ２をロックした運転モードである。
【００７２】
この運転モードでは、第２のモータＭＧ２が固定されていることにより電力変換を伴う動力の伝達は生じず、動力分配機構４は増速機構として機能する。すなわち、出力要素となるサンギヤＳ１がエンジン２に連結されている入力要素であるリングギヤＲ１より高速で回転し、そのサンギヤＳ１からサンギヤ軸１９および切替機構Ｋ１ならびに第１モータ軸２０を介して変速機構７に動力が伝達される。そして、変速機構７はその全体が一体となって回転するので、サンギヤＳ３に入力された動力はそのまま駆動軸６に出力される。
【００７３】
なお、動力分配機構４におけるサンギヤＳ１と第１のモータＭＧ１との間に配置されてこれらを選択的に連結する切替機構Ｋ１は、上記のようにエンジン２を駆動して走行するいわゆるエンジン走行の場合には、常時係合させることになる。したがって、この切替機構Ｋ１を設けずに、サンギヤＳ１に第１のモータＭＧ１を常時連結した構成、あるいはいわゆる直結した構成とすることができる。これに対して、切替機構Ｋ１を設けてサンギヤＳ１と第１のモータＭＧ１との連結を解除できるように構成してあれば、第１のモータＭＧ１の動力で走行する場合にエンジン２や第２のモータＭＧ２を連れ回すことを回避でき、また第２のモータＭＧ２の動力で走行する場合に第１のモータＭＧ１を連れ回すことを回避できる。このようにモータＭＧ１，ＭＧ２の動力で走行するいわゆるＥＶ走行の際の動力損失を防止もしくは抑制することができる。
【００７４】
以上説明したように、この発明に係る上記の動力出力装置１によれば、二組の変速用遊星歯車機構３２，３３を主体として構成されている変速機構７によって、変速比がそれぞれ異なる第１速モードないし第４速モードを設定することができ、またそれらの運転モードにおいて各モータＭＧ１，ＭＧ２が反力手段とトルクアシスト手段とに交互に切り替わる。しかも、第４速モードでは、電力変換を伴わずにエンジン２から駆動軸６に動力を伝達できる。そのため、車速に応じて運転モードを切り替えることにより、エンジン回転数を燃費の良い回転数に維持した状態での電力変換を伴う動力の伝達割合が少なくなる。言い換えれば、エンジン２からいわゆる機械的手段のみによって駆動軸６に伝達される直達トルクの割合が多くなるので、電力変化に伴う動力の損失を少なくして、全体としての動力伝達効率を向上させることができる。特に、第４速モードで第２のモータＭＧ２を固定した運転モードでは、エンジン２が出力した動力を電力に変換しないので、高車速での動力伝達効率が良好になり、上記の動力出力装置１を搭載した車両の高速燃費を向上させることができる。
【００７５】
しかも、この発明に係る上記の動力出力装置１は、変速機構７を構成する差動回転機構が二組でよいので、動力出力装置１の全体としての構成の大型化を回避もしくは抑制し、車載性を向上させることができる。さらに、ブレーキ機構Ｂ０は、動力分配機構４の外周側に軸線方向で少なくとも一部がオーバーラップするように配置されているので、第２のモータＭＧ２をロックする運転モードを設定できるうえに、全体としての軸長の増大を回避もしくは抑制して車載性を向上させることができる。
【００７６】
さらに、上記の動力出力装置１によれば、デファレンシャルＤＦの大型化を防止もしくは抑制することができる。具体的に説明すると、第２のモータＭＧ２およびこれに連結されているキャリヤＣ１を固定して、動力分配機構４を増速機構として機能させることができるので、動力分配機構４を、ギヤ比が０．４５〜０．６程度の遊星歯車機構によって構成することにより、第２のモータＭＧ２をロックした運転モードでの動力分配機構４の変速比はギヤ比が０．４５〜０．６になる。一方、通常のエンジン２の特性を考慮すると、いわゆるオーバードライブ段でのデファレンシャルＤＦの減速比（デフ比）をも含む車両の全体としてトータル変速比は１．８程度が好ましい。これらの条件の下でデフ比を求めると、デフ比は、（トータル変速比／最高速変速比）であるから、（１．８／０．６＝３．０）となる。デフ比がこの程度の値のデファレンシャルは、通常のＦＲ車（前置きエンジン後輪駆動車）で通常使用されているデファレンシャルであるから、デファレンシャルＤＦのデフ比がハイギヤ比化やそれに伴うデファレンシャルＤＦの高強度化や大型化を回避もしくは抑制することができる。
【００７７】
なお、この発明は、上述した具体例に限定されない。例えば前述した各ギヤのいずれかをローラによって構成することができ、またダブルピニオン型の機構をシングルピニオン型の機構に置き換え、またシングルピニオン型の機構をダブルピニオン型の機構に置き換えて構成することもできる。その一例を図１１に示してあり、ここに示す例は、第２変速用遊星歯車機構３３を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によって構成した例である。
【００７８】
ダブルピニオン型の遊星歯車機構は、共線図上でのキャリヤとリングギヤとの位置を、シングルピニオン型の遊星歯車機構とでは入れ替えた構成のものとして説明することができ、したがって図１１に示す例では、第２変速用遊星歯車機構３３におけるリングギヤＲ３が第１変速用遊星歯車機構３２におけるキャリヤＣ２に連結されている。また、切替機構Ｋ３は、第２変速用遊星歯車機構３３におけるキャリヤＣ３を選択的に固定し、またリングギヤＲ３に選択的に連結するように構成されている。他の構成は、図１に示す構成と同様であり、したがって図１１に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。なお、図１１には第２のモータＭＧ２から駆動軸６までの機構をスケルトンで示し、他の構成は省略してある。
【００７９】
したがって、図１１に示すように構成した動力出力機構１であっても第１速モードないし第４速モードと、第４速モードで第２のモータＭＧ２を回転しないように固定した運転モードを、図１に示す動力出力装置１と同様に設定することができる。それらの運転モードを設定するための切替機構Ｋ１，〜Ｋ３およびブレーキ機構Ｂ０の動作状態は、前述した図２に示す図表における「第２変速用遊星歯車機構３３」の欄の「リング固定」を「キャリヤ固定」に置き換え、それ以外は図２と同様に表示したものとなる。したがって、各運転モードの説明は、上述した図１に示す動力出力装置１についての説明のうち、第２変速用遊星歯車機構３３におけるキャリヤＣ３とリングギヤＲ３とを入れ替えたものとほぼ同じになり、前述した説明から容易に理解できるので、重複を避けるため、それら各運転モードの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明に係る動力出力装置の一例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】各運転モードを設定するための切替機構あるいは変速用差動回転機構の動作状態をまとめて示す図表である。
【図３】第１速モードでの動作状態を説明するための共線図である。
【図４】第１速モードと第２速モードとの同期状態での動作状態を説明するための共線図である。
【図５】第２速モードでの動作状態を説明するための共線図である。
【図６】第２速モードと第３速モードとの同期状態での動作状態を説明するための共線図である。
【図７】第３速モードでの動作状態を説明するための共線図である。
【図８】第３速モードと第４速モードとの同期状態での動作状態を説明するための共線図である。
【図９】第４速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】第４速モードで第２のモータを固定した運転モードでの動作状態を説明するための共線図である。
【図１１】この発明に係る動力出力装置の他の例を模式的に示すスケルトン図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…動力出力装置、  ２…エンジン、  ３…クランクシャフト、  ４…動力分配機構（差動回転機構）、  ５…減速機構、  ６…駆動軸、  ７…変速機構、  １４…モータ用電子制御ユニット、  １９…サンギヤ軸、  ２０…第１モータ軸、  ２１…リングギヤ軸、  ２３…固定部、  ２５，２６…ハブ、  ２７，３０…スリーブ、  ２８…アクチュエータ、  ２９Ａ…スプライン歯、  ２０Ｂ…固定スプライン、  ３１…キャリヤ軸、  ３２，３３…変速用遊星歯車機構、  ３４…スプライン歯、  ３５…固定スプライン、  ３６…スリーブ、  ３７…スプライン歯、  ３８…固定スプライン、  ３９…スリーブ、  ４０…スプライン歯、  ４１…スプライン歯、  ＭＧ１，ＭＧ２…モータ（モータ・ジェネレータ）、  Ｓ０，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ２…サンギヤ、  Ｒ０，Ｒ１，Ｒ３，Ｒ２…リングギヤ、  Ｃ０，Ｃ１，Ｃ３，Ｃ２…キャリヤ、  Ｋ１，Ｋ３，Ｋ２…切替機構、  Ｂ０…ブレーキ機構。
【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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【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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