(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時において回転電機が必要とするトルクを動力分配機構の分配比に拘わらずに自由に設定することができるハイブリッド車の駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置２は内燃機関３を始動するための始動用差動機構８と内燃機関３の動力を分配する動力分配機構７とを有し、これらの機構に対してクラッチＣ１、Ｃ２を介して第１モータ・ジェネレータ４が連結されている。始動用差動機構８は、キャリアＣｒ２がワンウェイクラッチ２２を介在させた状態で内燃機関３に連結され、かつサンギアＳ２が第２クラッチＣ２を介在させた状態で第１モータ・ジェネレータ４に連結されるとともに、内燃機関３を始動する際に第１モータ・ジェネレータ４の回転速度が減速されて内燃機関３に伝達されるように回転要素間のギア比が設定されている。【選択図】図１
2009190693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、第１回転電機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、前記内燃機関の動力を前記第１回転電機及び前記出力部材へ分配できる動力分配機構と、前記出力部材側に動力を出力できる第２回転電機と、前記第１回転電機と前記動力分配機構との間の動力伝達を断続できる第１クラッチと、相互に差動回転可能な複数の回転要素を有し、前記第１回転電機の動力を前記内燃機関に伝達して前記内燃機関をクランキングするための始動用差動機構と、前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を断続できる第２クラッチと、前記動力分配機構と前記第１回転電機との間の動力伝達を許容し、かつ前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を禁止するように前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを操作する通常モードと、前記動力分配機構と前記第１回転電機との間の動力伝達を禁止し、かつ前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を許容するように前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを操作する始動モードとの間でモードを切り換えるモード切替手段と、を備え、
前記始動用差動機構は、前記複数の回転要素のいずれかの回転要素が前記内燃機関側からの動力伝達を阻止するワンウェイクラッチを介在させた状態で前記内燃機関に連結され、かつ前記複数の回転要素のいずれかの他の回転要素が前記第２クラッチを介在させた状態で前記第１回転電機に連結されるとともに、前記始動モードに切り換えられた際に前記第１回転電機の回転速度が減速されて前記内燃機関に伝達されるように前記複数の回転要素間の速度比が設定されていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
【請求項２】
前記始動用差動機構は、前記複数の回転要素として３つの回転要素を有するとともに、前記３つの回転要素のうちいずれか二つの回転要素が前記内燃機関又は前記第１回転電機に連結され、残りの一つの回転要素が所定の固定要素に対して一方向のみの回転を許容する他のワンウェイクラッチを介在させた状態で前記固定要素に連結されている請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
【請求項３】
前記内燃機関と前記動力分配機構との間に介在してこれらの間に発生し得る振動を減衰するタンパーを更に備え、
前記始動用差動機構は、前記ダンパーを迂回して前記内燃機関に連結されている請求項１又は２に記載のハイブリッド車の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を始動させるための始動モードと通常走行時に実施される通常モードとの間でモードを切り換えることができるハイブリッド車の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ハイブリッド車は内燃機関を走行用の駆動力源として備えるとともに、電動機やモータ・ジェネレータ等の回転電機を他の走行用の駆動力源として備えた車両である。そして、ハイブリッド車は、内燃機関をできるだけ効率の良い状態で運転する一方で、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を他の駆動力源にて補い、かつ車両減速時等にエネルギの回生を行うことにより、内燃機関のエミッション悪化の防止と燃費性能の向上とを実現できるように構成されている。
【０００３】
このようなハイブリッド車に適用される駆動装置では、内燃機関を始動させるために走行用駆動源として搭載した回転電機を利用し、その回転電機の動力を動力分配機構を介して内燃機関に伝達してクランキングすることが一般的である。なお、内燃機関と駆動用の駆動モータとを直結したハイブリッド車の駆動装置に対して、駆動モータとは異なる始動用の電動機の回転を遊星歯車機構にて減速して内燃機関に伝達することにより内燃機関を始動（クランキング）させる電動機ユニットを設けたものがある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９９４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、動力分配機構によって出力部材と回転電機とに内燃機関の動力を分配するハイブリッド車の駆動装置にあっては、通常走行時の効率性等を鑑みて動力分配機構の分配比が設定されている。そのため、内燃機関の始動のために回転電機を利用する場合には、動力分配機構の分配比によってそのクランキング時に必要なトルクが決まってしまい、クランキング時に必要なトルクを自由に設定することができない。このような事情から、内燃機関の始動時に回転電機に過分なトルクを発生させざるを得ない場合もある。
【０００６】
そこで、本発明は、内燃機関の始動時において回転電機が必要とするトルクを動力分配機構の分配比に拘わらずに自由に設定することができるハイブリッド車の駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のハイブリッド車の駆動装置は、内燃機関と、第１回転電機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、前記内燃機関の動力を前記第１回転電機及び前記出力部材へ分配できる動力分配機構と、前記出力部材側に動力を出力できる第２回転電機と、前記第１回転電機と前記動力分配機構との間の動力伝達を断続できる第１クラッチと、相互に差動回転可能な複数の回転要素を有し、前記第１回転電機の動力を前記内燃機関に伝達して前記内燃機関をクランキングするための始動用差動機構と、前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を断続できる第２クラッチと、前記動力分配機構と前記第１回転電機との間の動力伝達を許容し、かつ前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を禁止するように前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを操作する通常モードと、前記動力分配機構と前記第１回転電機との間の動力伝達を禁止し、かつ前記第１回転電機と前記始動用差動機構との間の動力伝達を許容するように前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを操作する始動モードとの間でモードを切り換えるモード切替手段と、を備え、前記始動用差動機構は、前記複数の回転要素のいずれかの回転要素が前記内燃機関側からの動力伝達を阻止するワンウェイクラッチを介在させた状態で前記内燃機関に連結され、かつ前記複数の回転要素のいずれかの他の回転要素が前記第２クラッチを介在させた状態で前記第１回転電機に連結されるとともに、前記始動モードに切り換えられた際に前記第１回転電機の回転速度が減速されて前記内燃機関に伝達されるように前記複数の回転要素間の速度比が設定されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
この駆動装置によれば、モード切替手段にて始動モードに切り換えられた際には動力分配機構と第１回転電機との間の動力伝達が禁止され、かつ第１回転電機と始動用差動機構との間の動力伝達が許容される。このため、第１回転電機にて内燃機関をクランキングする際に必要となるトルクは動力分配機構の分配比に依存しない。従って、始動用差動機構の回転要素間の速度比を適宜設定することにより、内燃機関の始動時において必要なトルクを動力分配機構の分配比に拘わらずに自由に設定できるようになる。これにより、始動時において第１回転電機が必要とするトルクを可能な限り低減することができる。また、内燃機関の始動後にあっては始動モードから通常モードに切り換えることにより最適な運転状態を実現できる。しかも、始動用差動機構のいずれかの回転要素が内燃機関側からの動力伝達を阻止するワンウェイクラッチを介在させた状態で内燃機関に連結されるので、始動用差動機構が通常モードの実施の妨げとなることはない。
【０００９】
始動用差動機構の構成に特段の制限はないが、例えば、前記始動用差動機構は、前記複数の回転要素として３つの回転要素を有するとともに、前記３つの回転要素のうちいずれか二つの回転要素が前記内燃機関又は前記第１回転電機に連結され、残りの一つの回転要素が所定の固定要素に対して一方向のみの回転を許容する他のワンウェイクラッチを介在させた状態で前記固定要素に連結されていてもよい（請求項２）。他のワンウェイクラッチの存在により、第１回転電機による内燃機関のクランキングによって始動用差動機構に生じる反力を第２回転電機を操作してキャンセルすることが不要になる。
【００１０】
本発明の駆動装置の一態様において、前記内燃機関と前記動力分配機構との間に介在してこれらの間に発生し得る振動を減衰するタンパーを更に備え、前記始動用差動機構は、前記ダンパーを迂回して前記内燃機関に連結されていてもよい（請求項３）。この態様によれば、内燃機関と動力分配機構との間に設けられたダンパーによって内燃機関のトルク変動に伴う振動の発生を抑制することができる。そして、始動用差動機構はそのダンパーを迂回して内燃機関に接続されるため、これらの間にダンパーを介在させる態様に比べて第１回転電機によるクランキングの際に発生する振動を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、モード切替手段にて始動モードに切り換えられた際には動力分配機構と第１回転電機との間の動力伝達が禁止され、かつ第１回転電機と始動用差動機構との間の動力伝達が許容されるため、第１回転電機にて内燃機関をクランキングする際に必要なトルクは動力分配機構の分配比に依存することはない。従って、始動用差動機構の回転要素間の速度比を適宜設定することにより、内燃機関の始動時において必要なトルクを動力分配機構の分配比に拘わらずに自由に設定できるようになる。これにより、始動時において第１回転電機が必要とするトルクを可能な限り低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の概略を示している。この図に示すように、車両１はいわゆるハイブリッド車両として構成されている。車両１にはその走行のために駆動装置２が設けられている。駆動装置２は、内燃機関３と、第１回転電機としての第１モータ・ジェネレータ４と、第２回転電機としての第２モータ・ジェネレータ５と、車両１の駆動輪１０に動力を出力するための出力部材としての出力軸６と、これらの要素が連結される動力分配機構７と、第１モータ・ジェネレータ４の動力を内燃機関３に伝達して内燃機関３をクランキングするための始動用差動機構８と、動力分配機構７及び始動用差動機構８に対する第１モータ・ジェネレータ５の動力伝達を変更するためのモード切替手段としてのモード切替機構９と、を備えている。
【００１３】
内燃機関３は火花点火型の多気筒内燃機関として構成されている。第１モータ・ジェネレータ４は電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成されている。第１モータ・ジェネレータ４には不図示のインバータを介して不図示のバッテリーが電気的に接続されていて、そのインバータを制御することにより第１モータ・ジェネレータ４の出力トルク又は回生トルクを適宜設定するようになっている。第１モータ・ジェネレータ４は互いに同軸のステータ４ａ及びロータ４ｂを有し、そのステータ４ａは固定要素であるケーシング１２に固定されており回転しないようになっている。第２モータ・ジェネレータ５も第１モータ・ジェネレータ４と同様に、互いに同軸のステータ５ａ及びロータ５ｂを有しており、そのステータ５ａはケーシング１２に固定されており回転しないようになっている。出力軸６は左右の駆動輪１０の差動回転を許容する差動装置１３に連結されている。出力軸６には第２モータ・ジェネレータ５のロータ５ｂが一体回転可能に装着されている。
【００１４】
動力分配機構７はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分配機構７は外歯歯車であるサンギアＳ１と、そのサンギアＳ１に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲ１と、これらのギアＳ１、Ｒ１に噛み合うピニオン１５を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣｒ１とを有している。サンギアＳ１はモード切換機構９を介して第１モータ・ジェネレータ４に連結される。リングギアＲ１は出力軸６に一体回転可能に連結されている。キャリアＣｒ１は内燃機関３と動力分配機構７との間に生じる振動を減衰するダンパー１６を介して内燃機関３に連結されている。
【００１５】
始動用差動機構８はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。始動用差動機構８は相互に差動回転可能な複数の回転要素として外歯歯車であるサンギアＳ２と、そのサンギアＳ２に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲ２と、これらのギアＳ２、Ｒ２に噛み合うピニオン１７を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣｒ２とを有している。サンギアＳ２はモード切替機構９を介して第１モータ・ジェネレータ４に連結される。リングギアＲ２はワンウェイクラッチ２１を介してケーシング１２に連結されている。ワンウェイクラッチ２１はリングギアＲ２の一方向の回転のみ許容しかつ逆方向の回転を禁止するように取り付けられている。キャリアＣｒ２はワンウェイクラッチ２２を介して内燃機関３に連結される。このワンウェイクラッチ２２は内燃機関３側からの動力伝達を阻止するようにして取り付けられている。なお、キャリアＣｒ２はダンパー１６を迂回するようにして内燃機関３に連結されている。
【００１６】
モード切替機構９は２つのクラッチＣ１、Ｃ２を有している。各クラッチＣ１、Ｃ２は摩擦式クラッチとして構成されている。これらのクラッチＣ１、Ｃ２にはそれぞれ独立して操作できるように不図示の油圧アクチュエータが一つずつ設けられている。また、モード切替機構９には、各アクチュエータへの油圧の供給を制御する制御装置が設けられているが図示を省略した。なお、各クラッチＣ１、Ｃ２の形式は任意であり、例えばこれらを噛み合い式のクラッチとして構成することも可能である。
【００１７】
第１クラッチＣ１は、第１モータ・ジェネレータ４と動力分配機構７のサンギアＳ１との間の動力伝達を断続する。即ち、第１クラッチＣ１は第１モータ・ジェネレータ４とサンギアＳ１とを接続する係合状態とその接続を解放する解放状態との間で動作する。第２クラッチＣ２は、第１モータ・ジェネレータ４と始動用差動機構８のサンギアＳ２との間の動力伝達を断続する。即ち、第２クラッチＣ２は第１モータ・ジェネレータ４とサンギアＳ２とを接続する係合状態とその接続を解放する解放状態との間で動作する。
【００１８】
次に、図２〜図４を参照しながらモード切替機構９が実施する運転モードの切り替えについて説明する。駆動装置２はモード切替機構９の各クラッチＣ１、Ｃ２の作動状態のパターンを変更することにより、通常走行時に使用される通常モードと、内燃機関３を始動する際に使用される始動モードとを選択的に実行する。図２は、各運転モードと各クラッチＣ１、Ｃ２の作動状態とが対応付けられた係合表を示している。この図において、○印は係合状態を、−印は解放状態をそれぞれ示している。図示するように、通常モードにおいては第１クラッチＣ１が係合状態に、第２クラッチＣ２が解放状態にそれぞれ保持される。一方、始動モードにおいては第１クラッチＣ１が解放状態に、第２クラッチＣ２が係合状態にそれぞれ保持される。なお、これらのモード間の切り替え時にはモード切替後にクラッチにて接続される要素間の回転同期制御が行われるがその詳細は省略する。
【００１９】
図３は始動モードにおける共線図を、図４は通常モードにおける共線図をそれぞれ示している。周知のように共線図は遊星歯車機構等の差動機構の各回転要素をギア比（速比）に基づく間隔で配列したときに各回転要素の回転速度を直線で表すことができるものである。なお、これらの図は動力分配機構７及び始動用差動機構８の各共線図を重ね合わせて状態を示している。また、これらの図において、図中の「ＥＮＧ」は内燃機関３を、「ＭＧ１」は第１モータ・ジェネレータ４を、「ＭＧ２」は第２モータ・ジェネレータ５を、「ＯＵＴ」は出力軸６をそれぞれ意味する。
【００２０】
図３に示すように、始動モードでは、第１クラッチＣ１が解放状態に、第２クラッチＣ２が係合状態にそれぞれ保持されるため、第１モータ・ジェネレータ４の動力が始動用差動機構８を介して内燃機関３に伝達されてクランキングされる。その場合、リングギアＲ２はワンウェイクラッチ２１の作用によりケーシング１２に対して静止する。始動用差動機構８は第１モータ・ジェネレータ４の回転速度よりも内燃機関３のクランキング時の回転速度が遅くなるように回転要素間のギア比が設定されている。これにより、第１モータ・ジェネレータ４のトルクが始動用差動機構８にて増幅されるため、内燃機関３の始動時に必要なトルクを低減することができる。図３から明らかなように、この図は車両１が第２モータ・ジェネレータ５の動力によって走行中に内燃機関３を始動する状況を示している。第１クラッチＣ１が解放状態にあるため、動力分配機構２のサンギアＳ１は内燃機関３及び出力軸６の回転速度に応じた速度で回転する。
【００２１】
一方、図４に示すように、通常モードでは、第１クラッチＣ１が係合状態に、第２クラッチＣ２が解放状態にそれぞれ保持されるため、内燃機関３の動力が動力分配機構７の所定の分配比に従って分配されて車両１が走行する。図４の通常モードでは、内燃機関３から始動用差動機構８への動力伝達がワンウェイクラッチ２２によって遮断されるので、始動用差動機構８を連れ回す等の通常モードの妨げになることがない。
【００２２】
以上の駆動装置２によれば、始動モードにおいて第１モータ・ジェネレータ４にて内燃機関３をクランキングする際に必要となるトルクは動力分配機構７の分配比に依存しない。従って、始動用差動機構８の回転要素間のギア比を適宜設定することにより、内燃機関３の始動時において必要なトルクを動力分配機構７の分配比に拘わらずに自由に設定できるようになる。これにより、始動モードにおいて第１モータ・ジェネレータ４が必要とするトルクを可能な限り低減することができる。
【００２３】
また、駆動装置２は図１に示したように内燃機関３と動力分配機構７との間に介在するタンパー１６を備えているが、始動用差動機構８のキャリアＣｒ２はそのダンパー１６を迂回して内燃機関３に連結されている。このため、駆動装置２はキャリアＣｒ２と内燃機関３との間にダンパー１６を介在させる形態に比べて内燃機関３のクランキングの際に発生する振動を低減することができる。
【００２４】
本発明は以上の形態に制限されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施することができる。上述した動力分配機構７及び始動用差動機構８の各構成は一例にすぎず、これらを機構学上等価な別形態に変更することも可能である。図５及び図６は駆動装置２の変形例をそれぞれ示している。これらの変形例において、上述した形態と共通の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図５は始動用差動機構をダブルピニオン型の遊星歯車機構に変更した例を示している。この始動用差動機構８０は、相互に差動回転可能な複数の回転要素として外歯歯車であるサンギアＳ２１と、そのサンギアＳ２１に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲ２１と、ギアＳ２１に噛み合う第１ピニオン３１及びギアＲ２１に噛み合う第２ピニオン３２を相互に噛み合わせた状態で、各ピニオン３１、３２を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣｒ２１とを有している。サンギアＳ２１はモード切替機構９を介して第１モータ・ジェネレータ４に連結される。リングギアＲ２１はワンウェイクラッチ２２を介して内燃機関３に連結される。なお、リングギアＲ２１はダンパー１６を迂回するようにして内燃機関３に連結されている。キャリアＣｒ２１はワンウェイクラッチ２１を介してケーシング１２に連結されている。図５のように機構に変更した場合でも図１の形態と同等の効果を発揮することができる。
【００２６】
図６は動力分配機構をダブルピニオン側の遊星歯車機構に変更した例を示している。この動力分配機構７０は外歯歯車であるサンギアＳ１１と、そのサンギアＳ１１に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲ１１と、ギアＳ１１に噛み合う第１ピニオン４１及びギアＲ１１に噛み合う第２ピニオン４２を相互に噛み合わせた状態で、各ピニオン４１、４２を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣｒ１１とを有している。サンギアＳ１１はモード切替機構９を介して第１モータ・ジェネレータ４に連結される。リングギアＲ１１はダンパー１６を介して内燃機関３に連結される。キャリアＣｒ１１は出力部材としての出力ギア６０に一体回転可能に連結される。出力ギア６０と差動装置１３との間には不図示のギア列等を含む動力伝達経路が設けられていてもよい。その場合には、出力ギア６０から差動装置１３までの間に第２モータ・ジェネレータ５を設けることも可能である。図６のように機構に変更した場合でも図１の形態と同等の効果を発揮することができる。また、図６の形態は軸線方向に対する寸法を短縮することに有利な配置であるので、ＦＦ車に対する搭載成立性が高いという利点がある。なお、図６においては、始動用差動機構８を図５の始動用差動機構８０に置き換えることも可能である。
【００２７】
また、図１、図５及び図６に示した機構は遊星歯車機構として構成されているが、本発明に係る始動用差動機構や動力分配機構を遊星歯車機構として実現することは一例にすぎない。例えば、上述した各形態の遊星歯車機構の全部又は一部を、歯車ではない摩擦車（ローラ）を回転要素として持つ遊星ローラ機構に置き換えて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の概略を示した図。
【図２】各運転モードと各クラッチの作動状態とが対応付けられた係合表を示した図。
【図３】始動モードにおける共線図を示した図。
【図４】通常モードにおける共線図を示した図。
【図５】始動用差動機構をダブルピニオン型の遊星歯車機構に変更した例を示した図。
【図６】動力分配機構をダブルピニオン側の遊星歯車機構に変更した例を示した図。
【符号の説明】
【００２９】
２  駆動装置
３  内燃機関
４  第１モータ・ジェネレータ（第１回転電機）
５  第２モータ・ジェネレータ（第２回転電機）
６  出力軸（出力部材）
７  動力分配機構
８  始動用差動機構
９  モード切替機構（モード切替手段）
１２  ケーシング（固定要素）
１６  ダンパー
２１  ワンウェイクラッチ（他のワンウェイクラッチ）
２２  ワンウェイクラッチ
Ｃ１  第１クラッチ
Ｃ２  第２クラッチ
【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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