JP4384152B2 - 動力出力装置およびハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

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。
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）。この動力出力装置は前輪駆動車両を対象としたものであり、この動力出力装置では、内燃機関が横置きに配置されると共に、内燃機関および遊星歯車機構、２体の電動機および平行軸式変速機の回転軸が互いに平行に延在することになる。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。
特開２００５−１５５８９１号公報 特開２００３−１０６３８９号公報 特開２００５−１２５８７６号公報
ここで、主に後輪を駆動して走行する車両、すなわち、一般的な後輪駆動車両や後輪駆動ベースの４輪駆動車両等に対して上記特許文献１に記載の動力出力装置を採用することは、搭載スペース等の関係から困難である。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るが、径の大きいロータを要求するものであって電気駆動部の搭載性に問題を有しており実現性が低いものといわざるを得ない。一方、この種の動力出力装置を主に後輪を駆動して走行する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。
そこで、本発明は、コンパクトで搭載性に優れており、主に後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。また、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。
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。
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、
前記第１電動機に同軸に並設された動力を入出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と同軸に配置されており、該第１電動機の回転軸に接続される第１要素と該第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差動回転機構と、
前記動力分配統合機構から前記第１要素を介して出力される動力と該動力分配統合機構から前記第２要素を介して出力される動力とをそれぞれ所定の変速比で選択的に前記駆動軸に伝達可能な変速伝達手段と、
を備えるものである。
この動力出力装置では、差動回転機構が互いに同軸に配置された第１および第２電動機の間に両電動機と同軸に配置される。従って、第１および第２電動機として径方向のサイズがより小さいものを採用すると共に動力出力装置を車両の前後方向に搭載することが可能となるので、コンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行する車両に好適な動力出力装置を実現することができる。更に、この動力出力装置は、差動回転機構の第１要素を介して出力される動力と、当該第１要素に対して差動回転する第２要素を介して出力される動力とを選択的に駆動軸に伝達可能であると共に、第１要素と駆動軸との間および第２要素と駆動軸との間の少なくとも一方における変速比を変更可能な変速伝達手段を備えている。従って、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向上させることができる。
この場合、前記内燃機関は、前記第１電動機および前記第２電動機の何れか一方に同軸に並設されると共に、前記差動回転機構を挟んで前記変速伝達手段と対向するものであってもよい。かかる構成のもとでは、内燃機関、第１および第２電動機、差動回転機構および変速伝達手段という構成要素が、基本的に、内燃機関、第１または第２電動機、差動回転機構、第２または第１電動機、変速伝達手段という順番で配置されることになる。従って、第１および第２電動機を内燃機関と変速伝達手段との間に配置して動力出力装置全体、特にその軸方向長さをより小さくすると共に、動力出力装置の組立性やメインテナンス性、更には信頼性を向上させることが可能となる。
そして、前記第１要素は中空の第１軸を介して前記第１電動機と接続されると共に前記第２要素は中空の第２軸を介して前記第２電動機と接続され、前記第３要素は前記第１軸および前記第２軸の何れか一方を通って延びる軸を介して前記内燃機関と接続され、前記第１要素および前記第２要素の何れか一方は前記第１軸または前記第２軸を介して前記変速伝達手段と接続されると共に前記第１要素および前記第２要素の他方は前記第１軸または前記第２軸を通って延びる連結軸を介して前記変速伝達手段と接続され、前記変速伝達手段は、前記第１軸または前記第２軸を介して前記第１要素および前記第２要素の一方と接続される第１変速機構と、前記連結軸を介して前記第１要素および前記第２要素の他方と接続される第２変速機構とを含んでいてもよい。これにより、第１および第２電動機の間にそれらと同軸に差動回転機構を配置すると共に、内燃機関、差動回転機構、第１および第２電動機をすべて同軸に配置することが可能となる。
また、前記第１要素および前記第２要素の少なくとも何れか一方は、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電動機と接続されてもよい。これにより、減速手段に接続された第１および第２電動機の少なくとも何れか一方のトルク負担をより軽減して、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。
更に、前記第１要素および前記第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電動機と接続されてもよい。すなわち、差動回転機構の第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、より効果的に当該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、本発明による動力出力装置において、前記差動回転機構は、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ってもよく、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。このようなダブルピニオン式遊星歯車機構を採用すれば、特に差動回転機構の軸方向長さをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
更に、前記差動回転機構は、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差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成されてもよく、前記キャリアが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。このような諸元の差動回転機構においては、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。
これらの場合、前記減速手段の減速比はρ／（１−ρ）近傍の値とされてもよい。これにより、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、前記減速手段は、前記キャリアと接続される前記第１電動機または前記第２電動機と前記差動回転機構との間に配置されてもよい。これにより、差動回転機構と減速手段とを一体化して動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
また、前記差動回転機構は、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差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されてもよく、前記サンギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。このような諸元の差動回転機構においては、サン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、サンギヤと第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。
これらの場合、前記減速手段の減速比は（１−ρ）／ρ近傍の値とされてもよい。これにより、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、前記減速手段は、前記サンギヤと接続される前記第１電動機または前記第２電動機と前記変速伝達手段との間に配置されてもよい。このように、一般に電動機に比べて径方向のサイズをより小さくすることが可能な減速手段を変速伝達手段側に配置することにより、径方向のサイズがより大きい電動機を内燃機関側に寄せて動力出力装置の搭載性をより向上させることができる。
また、本発明による動力出力装置において、前記差動回転機構は、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、前記第１サンギヤと噛合する第１ピニオンギヤと前記第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く、前記第１要素は前記第２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要素は前記第２サンギヤおよび前記キャリアの他方であり、前記第３要素は前記第１サンギヤであってもよい。このような歯車機構を採用すれば、特に差動回転機構の径方向サイズをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
この場合、前記差動回転機構は、前記第２サンギヤの歯数と前記第１ピニオンギヤの歯数との積を前記第１サンギヤの歯数と前記第２ピニオンギヤの歯数との積で除した値である該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成されてもよく、前記キャリアが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。このような諸元の差動回転機構においては、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。
これらの場合、前記減速手段の減速比はρ／（１−ρ）近傍の値とされてもよい。これにより、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、前記減速手段は、前記キャリアと接続される前記第１電動機または前記第２電動機と前記差動回転機構との間に配置されてもよい。これにより、差動回転機構と減速手段とを一体化して動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
また、前記差動回転機構は、前記第２サンギヤの歯数と前記第１ピニオンギヤの歯数との積を前記第１サンギヤの歯数と前記第２ピニオンギヤの歯数との積で除した値である該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されてもよく、前記第２サンギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。このような諸元の差動回転機構においては、第２サン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、サンギヤと第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。
これらの場合、前記減速手段の減速比は（１−ρ）／ρ近傍の値とされてもよい。これにより、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、前記減速手段は、前記第２サンギヤと接続される前記第１電動機または前記第２電動機と前記変速伝達手段との間に配置されてもよい。このように、一般に電動機に比べて径方向のサイズをより小さくすることが可能な減速手段を変速伝達手段側に配置することにより、径方向のサイズがより大きい電動機を内燃機関側に寄せて動力出力装置の搭載性をより向上させることができる。
また、本発明による動力出力装置において、前記差動回転機構は、サンギヤと、リングギヤと、該サンギヤおよび該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ってもよく、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ってもよい。このようなシングルピニオン式遊星歯車機構を採用しても、特に差動回転機構の軸方向長さをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
この場合、前記リングギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されてもよい。すなわち、シングルピニオン式遊星歯車機構を用いた場合、一般に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。
更に、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差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段の減速比はρ近傍の値とされてもよい。これにより、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。
また、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、差動回転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を介し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や最高回転数を低下させることができるので、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可能となる。なお、接続断接手段は、第１電動機と第１要素との間または第２電動機と第２要素との間に配置されて対応する第１または第２電動機と第１または第２要素との接続および該接続の解除を実行可能であると共に、変速伝達手段は、接続断接手段による上記接続が解除されているときに該接続断接手段に対応した第１または第２電動機からの動力を駆動軸に伝達可能であってもよい。
そして、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、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、コンパクトで主に後輪を駆動するのに好適であると共に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。
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。
図１は、本発明の第１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。同図に示すハイブリッド自動車２０は、後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に接続された差動回転機構（動力分配統合機構）４０と、差動回転機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、このモータＭＧ１と同軸に配置されると共に減速ギヤ機構５０を介して差動回転機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ２と、差動回転機構４０からの動力を変速比の変更を伴って駆動軸６７に伝達可能な変速機６０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。
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。
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。
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。
差動回転機構４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２、減速ギヤ機構５０、変速機６０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。本実施例の差動回転機構４０は、外歯歯車のサンギヤ４１と、このサンギヤ４１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ４２と、互いに噛合すると共に一方がサンギヤ４１と他方がリングギヤ４２と噛合する２つのピニオンギヤ４３，４４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４５とを含むダブルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ４１（第１要素）とリングギヤ４２（第３要素）とキャリア４５（第２要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。本実施例において、差動回転機構４０の第１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（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸４１ａおよび中空の第１モータ軸４６（第１軸）を介してモータＭＧ１（中空のロータ）が接続されている。また、第２要素たるキャリア４５には、差動回転機構４０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（第２軸）５５を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。更に、第３要素たるリングギヤ４２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４２ａ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。
また、図１に示すように、上記第１軸を構成するサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６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クラッチＣ０（接続断接手段）が設けられている。本実施例において、クラッチＣ０は、例えば、サンギヤ軸４１ａの先端に固定されたドグと第１モータ軸４６の先端に固定されたドグとをより少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、電気式、電磁式あるいは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によりサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続を解除した際には、モータＭＧ１と差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１との接続が解除されることになり、差動回転機構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６０から切り離すことが可能となる。
そして、このように差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出され、変速機６０に接続される。また、差動回転機構４０の第２要素たるキャリア４５からは、中空のサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６を通ってエンジン２２とは反対側（車両後方）にキャリア軸（連結軸）４５ａが延出されており、このキャリア軸４５ａも変速機６０に接続される。これにより、本実施例において、差動回転機構４０は、互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置され、エンジン２２は、モータＭＧ２に同軸に並設されると共に差動回転機構４０を挟んで変速機６０と対向することになる。すなわち、本実施例では、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構４０および変速機６０という構成要素が、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、差動回転機構４０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。
また、本実施例では、上述のように、差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１がサンギヤ軸４１ａ、クラッチＣ０および第１モータ軸４６を介して変速機６０に接続されると共に、差動回転機構４０の第２要素たるキャリア４５がキャリア軸４５ａを介して変速機６０に接続される。これにより、ハイブリッド自動車２０では、差動回転機構４０のサンギヤ４１およびキャリア４５の何れか一方をエンジン２２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共に、他方を出力要素として変速機６０に動力を出力することができる。そして、サンギヤ４１を反力要素とすれば、モータＭＧ１が発電機として機能することになり、この際、差動回転機構４０は、リングギヤ４２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側とキャリア４５側とにそのギヤ比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キャリア４５側に出力する。また、キャリア４５を反力要素とすれば、モータＭＧ２が発電機として機能することになり、この際、差動回転機構４０は、リングギヤ４２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側とキャリア４５側とにそのギヤ比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。
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。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、差動回転機構４０のキャリア４５に固定され、これにより減速ギヤ機構５０は差動回転機構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差動回転機構４０のキャリア４５に入力されると共に、キャリア４５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。
上述の差動回転機構４０の要素であるサンギヤ４１、リングギヤ４２およびキャリア４５と減速ギヤ機構５０の要素であるサンギヤ５１、リングギヤ５２およびキャリア５４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２に示す。同図において、Ｓ軸は差動回転機構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４６の回転数Ｎｍ１）を、Ｒ軸は差動回転機構４０のリングギヤ４２の回転数（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を、Ｃ軸は差動回転機構４０のキャリア４５（キャリア軸４５ａおよび減速ギヤ機構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、同図中、ρは差動回転機構４０のギヤ比（サンギヤ４１の歯数／リングギヤ４２の歯数）を、ρｒは減速ギヤ機構５０の減速比（サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５２の歯数）をそれぞれ示す。ここで、本実施例のハイブリッド自動車２０では、差動回転機構４０のギヤ比ρが値０．５未満に設定されている。この場合、図２からわかるように、サンギヤ４１に比べて、キャリア４５に対してエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されるリングギヤ４２からより大きなトルクが入力されることになる。従って、このままでは、第１要素であるサンギヤ４１が反力要素となるときに発電機として機能するモータＭＧ１のトルク負担に比べて、第２要素であるキャリア４５が反力要素となるときに発電機として機能するモータＭＧ２のトルク負担が大きくなる。これを踏まえて、本実施例では、上述のように、差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１と第２要素たるキャリア４５とのうち、エンジン２２からのトルクの分配比率がより大きいキャリア４５を減速ギヤ機構５０を介してモータＭＧ２と接続し、減速ギヤ機構５０を介してモータＭＧ２からのトルクを増幅してキャリア４５に出力できるようにしている。これにより、キャリア４５に接続されるモータＭＧ２のトルク負担を軽減することが可能となる。そして、本実施例では、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒが値ρ／（１−ρ）とされている。このように減速ギヤ機構５０の減速比ρｒを定めれば、エンジン２２のトルクがある値となるときに、サンギヤ４１を反力要素としたときのモータＭＧ１のトルクと、キャリア４５を反力要素としたときのモータＭＧ２のトルクとを同一にすることができるので、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。
変速機６０は、複数段階に変速比を設定可能な平行軸式自動変速機として構成されており、１速ギヤ列を構成する第１カウンタドライブギヤ６１ａおよび第１カウンタドリブンギヤ６１ｂ、２速ギヤ列を構成する第２カウンタドライブギヤ６２ａおよび第２カウンタドリブンギヤ６２ｂ、３速ギヤ列を構成する第３カウンタドライブギヤ６３ａおよび第３カウンタドリブンギヤ６３ｂ、４速ギヤ列を構成する第４カウンタドライブギヤ６４ａおよび第４カウンタドリブンギヤ６４ｂ、各カウンタドリブンギヤ６１ｂ〜６４ｂおよびギヤ６６ｂが固定されたカウンタシャフト６５、クラッチＣ１，Ｃ２、駆動軸６７に取り付けられたギヤ６６ａ、更に図示しないリバースギヤ列等を含む（以下、適宜「カウンタドライブギヤ」および「カウンタドリブンギヤ」を単に「ギヤ」という）。なお、変速機６０において、１速ギヤ列の変速比が最も大きく、２速ギヤ列、３速ギヤ列、４速ギヤ列へと移行するにつれて変速比が小さくなる。
図１に示すように、１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａは、差動回転機構４０の第２要素たるキャリア４５から延出されたキャリア軸４５ａに回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第１ギヤ６１ｂと常時噛合している。同様に、３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａもキャリア軸４５ａに回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第３ギヤ６３ｂと常時噛合している。そして、本実施例ではキャリア軸４５ａ側（カウンタドライブギヤ側）に、第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）と第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）との何れか一方をキャリア軸４５ａに対して選択的に固定すると共に、第１ギヤ６１ａおよび第３ギヤ６３ａの双方をキャリア軸４５ａに対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ１が配置されている。本実施例において、クラッチＣ１は、例えば、キャリア軸４５ａに回転不能かつ軸方向に移動自在に保持されたドグを第１ギヤ６１ａに固定されたドグと第３ギヤ６３ａに固定されたドグとの何れか一方により少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、上述のアクチュエータ８８により駆動される。これら１速ギヤ列のギヤ６１ａ，６１ｂ、３速ギヤ列のギヤ６３ａ，６３ｂおよびクラッチＣ１は、変速機６０の第１変速機構を構成する。また、２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａは、差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第２ギヤ６２ｂと常時噛合している。同様に、４速ギヤ列の第４ギヤ６４ａも第１モータ軸４６に回転自在かつ軸方向に移動不能に保持されており、カウンタシャフト６５に固定された第４ギヤ６４ｂと常時噛合している。そして、本実施例では第１モータ軸４６側（カウンタドライブギヤ側）に、第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）と第４ギヤ６４ａ（４速ギヤ列）との何れか一方を第１モータ軸４６に対して選択的に固定すると共に、第２ギヤ６２ａおよび第４ギヤ６４ａの双方を第１モータ軸４６に対して回転自在に（解放）することができるクラッチＣ２が配置されている。本実施例において、クラッチＣ２も、例えば、第１モータ軸４６に回転不能かつ軸方向に移動自在に保持されたドグを第２ギヤ６２ａに固定されたドグと第４ギヤ６４ａに固定されたドグとの何れか一方により少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、上述のアクチュエータ８８により駆動される。これら２速ギヤ列のギヤ６２ａ，６２ｂ、４速ギヤ列のギヤ６４ａ，６４ｂおよびクラッチＣ２は、変速機６０の第２変速機構を構成する。
このように構成された変速機６０によれば、クラッチＣ２を解放状態とすると共に、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）と第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）との何れか一方をキャリア軸４５ａに固定すれば、キャリア軸４５ａからの動力を第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）または第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）を介してカウンタシャフト６５に伝達することができる。また、クラッチＣ０を繋ぐと共にクラッチＣ１を解放状態とし、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）と第４ギヤ６４ａ（４速ギヤ列）との何れか一方を第１モータ軸４６に固定すれば、第１モータ軸４６からの動力を第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）または第４ギヤ６４ａ（４速ギヤ列）を介してカウンタシャフト６５に伝達することができる。そして、キャリア軸４５ａまたは第１モータ軸４６からカウンタシャフト６５に伝達された動力は、ギヤ６６ａ，６６ｂを介して駆動軸６７に伝達され、デファレンシャルギヤ６８を介して最終的に駆動輪としての後輪６９ａ，６９ｂに出力されることになる。以下、適宜、１速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第１変速状態（１速）」と、２速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第２変速状態（２速）」と、３速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第３変速状態（３速）」と、４速ギヤ列を用いて動力を伝達する状態を「第４変速状態（４速）」という。また、本実施例の変速機６０では、クラッチＣ１，Ｃ２がキャリア軸４５ａ、第１モータ軸４６側に設けられているので、クラッチＣ１，Ｃ２によりギヤ６１ａ〜６４ａをキャリア軸４５ａまたは第１モータ軸４６に固定する際の損失を低減することが可能となる。すなわち、各ギヤ列における歯数の比にもよるが、特に減速比が小さい４速ギヤ列を含む第２変速機構に関しては、クラッチＣ２により第１モータ軸４６に固定される前に空転しているギヤ６４ａの回転数は、それぞれに対応するカウンタシャフト６５側のギヤ６４ｂの回転数よりも低くなるので、少なくともクラッチＣ２を第１モータ軸４６側に設ければ、ギヤ６４ａのドグと第１モータ軸４６のドグとをより少ない損失で係合させることが可能となる。なお、減速比が大きい１速ギヤ列を含む第１変速機構については、クラッチＣ１をカウンタシャフト６５側に設けてもよい。
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６０のクラッチＣ１およびＣ２を駆動するアクチュエータ８８もハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。
次に、上述のように構成された本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。
図３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６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの差動回転機構４０および変速機６０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。なお、図３から図７において、６１ａ軸〜６４ａ軸，６５軸および６７軸は変速機６０の第１ギヤ６４ａ〜第４ギヤ６４ａ、カウンタシャフト６５および駆動軸６７の回転数をそれぞれ示す。ハイブリッド自動車２０が図３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８８（クラッチＣ０、変速機６０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。図３に示すように、ハイブリッド自動車２０の発進時には、クラッチＣ０が繋がれ、変速機６０のクラッチＣ２が解放状態とされると共に、同図において一点鎖線で示すように、クラッチＣ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）がキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定される。これにより、差動回転機構４０のキャリア４５が出力要素となって当該キャリア４５に接続されたモータ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。以下、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差動回転機構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８に示す。かかる第１トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が差動回転機構４０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてキャリア４５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キャリア４５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、キャリア４５（キャリア軸４５ａ）に出力された動力は、１速ギヤ列（第１ギヤ６１ａ，６１ｂ）の変速比に基づいて変速（減速）されて駆動軸６７へと出力されることになる。なお、図８における符号は図２のものと同様である。
図３に示す状態、すなわち１速ギヤ列が選択された第１変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ１の回転数が低下していき、やがて、第１モータ軸４６の回転数がカウンタシャフト６５の第２ギヤ６２ｂと噛み合っている第２ギヤ６２ａの回転数と概ね一致するようになる。これにより、第１変速状態（１速ギヤ列）から第２変速状態（２速ギヤ列）への移行が可能となる。第１変速状態から第２変速状態へと移行させる際には、図４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Ｃ１により第１ギヤ６１ａ（１速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定したまま、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定する。この状態では、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（１速ギヤ列の変速比と２速ギヤ列の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、このように、差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１と第２要素たるキャリア４５との双方を変速機６０により駆動軸６７に連結するモードを「同時係合モード」という。また、特に、図４に示す状態を「１−２速同時係合状態」という。
図４に示す１−２速同時係合状態のもとでクラッチＣ１を解放状態とすれば、図５において二点鎖線で示すように、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）のみが第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定されるようになる。これにより、差動回転機構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キャリア４５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。以下、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差動回転機構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。かかる第２トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が差動回転機構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４６）に出力された動力は、２速ギヤ列（第２ギヤ６２ａ，６２ｂ）の変速比に基づいて変速（減速）されて駆動軸６７へと出力されることになる。なお、図９における符号は図２のものと同様である。
図５に示す状態、すなわち２速ギヤ列が選択された第２変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ２の回転数が低下していき、やがて、キャリア軸４５ａの回転数がカウンタシャフト６５の第３ギヤ６３ｂと噛み合っている第３ギヤ６３ａの回転数と概ね一致するようになる。これにより、第２変速状態（２速ギヤ列）から第３変速状態（３速ギヤ列）への移行が可能となる。第２変速状態から第３変速状態へと移行させる際には、図６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Ｃ２により第２ギヤ６２ａ（２速ギヤ列）を第１モータ軸４６（サンギヤ４１）に固定したまま、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）をキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定すると共に、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定する。この場合も、上述の同時係合モードのもと、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、電気エネルギに変換されることなく、固定された（一定の）変速比（２速ギヤ列の変速比と３速ギヤ列の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６７へと伝達されることになる。以下、図６に示す状態を「２−３速同時係合状態」という。
図６に示す２−３速同時係合状態のもとでクラッチＣ２を解放状態とすれば、図７において一点鎖線で示すように、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａ（３速ギヤ列）のみがキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定されるようになり、再度、上述の第１トルク変換モードに移行することになる。この場合、キャリア４５（キャリア軸４５ａ）に出力された動力は、３速ギヤ列（第３ギヤ６３ａ，６３ｂ）の変速比に基づいて変速されて駆動軸６７へと出力されることになる。そして、図示を省略するが、３速ギヤ列が選択された第３変速状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、発電機であるモータＭＧ１の回転数が低下していき、やがて、第１モータ軸４６の回転数がカウンタシャフト６５の第４ギヤ６４ｂと噛み合っている第４ギヤ６４ａの回転数と概ね一致するようになる。これにより、第３変速状態（３速ギヤ列）から第４変速状態（４速ギヤ列）への移行が可能となる。この場合には、３速ギヤ列と４速ギヤ列とを用いた同時係合モード、すなわち変速比が３速ギヤ列の変速比と４速ギヤ列の変速比との間の値となる図示しない「３−４速同時係合状態」を経た後、クラッチＣ１を解放状態とすれば、クラッチＣ２により第４ギヤ６４ａ（４速ギヤ列）のみがキャリア軸４５ａ（キャリア４５）に固定され、キャリア軸４５ａおよび４速ギヤ列を介して動力を駆動軸６７に伝達可能となる。なお、変速機６０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。
このように、本実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の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キャリア軸４５ａ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第１モータ軸４６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３−４速同時係合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６７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６７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差動回転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。また、本実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速比を変更する際に、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、変速比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、変速比の変更すなわち第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。
続いて、図１０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について説明する。本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、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードと、モータＭＧ１のみに動力を出力させる第２モータ走行モードと、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータモードとに大別される。これら第１〜第３モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ０が解放状態とされ、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続が解除される。
第１モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０および変速機６０のクラッチＣ２を解放状態とすると共にクラッチＣ１により１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａまたは３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定し、モータＭＧ２のみを駆動制御する。これにより、図１０において一点鎖線で示すように、モータＭＧ２からキャリア４５に対して動力が出力され、この動力はキャリア軸４５ａ、１速ギヤ列または３速ギヤ列等を介して駆動軸６７に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから差動回転機構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が解放状態とされることよりモータＭＧ１の連れ回しが回避され（図１０参照）、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。また、第２モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０および変速機６０のクラッチＣ１を解放状態とすると共にクラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａまたは４速ギヤ列の第４ギヤ６４ａを第１モータ軸４６に固定すると共に、モータＭＧ１のみを駆動制御する。これにより、図１０において二点鎖線で示すように、モータＭＧ１からサンギヤ４１に対して動力が出力され、この動力はサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６、２速ギヤ列または４速ギヤ列等を介して駆動軸６７に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから差動回転機構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Ｃ１が解放状態とされることによりモータＭＧ２の連れ回しが回避され（図１０参照）、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、第３モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ１およびＣ２を用いて変速機６０を上述の１−２速同時係合状態、２−３速同時係合状態、または３−４速同時係合状態に設定した上でモータＭＧ１およびＭＧ２の双方を駆動制御する。これにより、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６７に伝達することができるので、モータ走行時におけるトーイング性能等を良好に確保することが可能となる。なお、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させてもよいことはいうまでもない。
そして、本実施例のハイブリッド自動車２０では、第１〜第３モータ走行モード間でのモード変更を行うことにより、モータ走行に際して変速機６０の変速比を変更しながら動力を効率よく駆動軸６７に伝達することができる。すなわち、クラッチＣ１により１速ギヤ列の第１ギヤ６１ａまたは３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定すると共にモータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードのもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ１の回転数を２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａまたは４速ギヤ列の第４ギヤ６４ａの回転数に同期させる。次いで、クラッチＣ２により第２ギヤ６２ａまたは第４ギヤ６４ａを第１モータ軸４６に固定すれば、第３モータ走行モードすなわち上述の１−２速同時係合状態または３−４速同時係合状態へと移行することができる。その後、クラッチＣ１を解放状態とすれば、モータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行モードへと移行すると共にクラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａまたは４速ギヤ列の第４ギヤ６４ａを第１モータ軸４６に固定して変速機６０の変速比をシフトアップ側（２速または４速）に変更することができる。また、クラッチＣ２により２速ギヤ列の第２ギヤ６２ａを第１モータ軸４６に固定すると共にモータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行のもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ２の回転数を３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａの回転数に同期させる。次いで、クラッチＣ１により第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定すれば、第３モータ走行モードすなわち上述の２−３速同時係合状態へと移行することができる。その後、クラッチＣ２を解放状態とすれば、モータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードへと移行すると共にクラッチＣ１により３速ギヤ列の第３ギヤ６３ａをキャリア軸４５ａに固定して変速機６０の変速比をシフトアップ側（３速）に変更することができる。この結果、本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６０を用いてキャリア軸４５ａや第１モータ軸４６の回転数を減速してトルクを増幅したり、キャリア軸４５ａや第１モータ軸４６の回転数を増速させたり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や最高回転数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６０の変速比の変更に際しても、一旦第３モータ走行モードすなわち同時係合モードが実行されることから、変速比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、変速比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、モータ走行モードのもとで変速機６０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。また、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードまたはモータＭＧ１のみに動力を出力させる第２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、それまで動力を出力していなかったモータＭＧ１またはＭＧ２を駆動制御してその回転数Ｎｍ１またはＮｍ２を動力分配統合機構４０のサンギヤ４１またはキャリア４５の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６７に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。更に、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータモードのもとでエンジン２２を始動させる場合には、まず変速機６０の目標変速比等に応じて継続して動力を出力させる一方のモータＭＧ１またはＭＧ２を選択した上で、継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１による動力を上記一方のモータＭＧ１またはＭＧ２に出力させる動力移換処理を実行する。そして、動力移換処理の完了後にクラッチＣ２またはＣ１を解放状態とすることにより継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を変速機６０から切り離した上で、当該他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を駆動制御してその回転数Ｎｍ２またはＮｍ１を動力分配統合機構４０のキャリア４５またはサンギヤ４１の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ２またはＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６７に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。また、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させているときには、停止していた一方のモータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行すれば、エンジン２２を始動させることができる。
以上説明したように、本実施例のハイブリッド自動車２０では、差動回転機構４０が互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置される。これにより、モータＭＧ１およびＭＧ２として径方向のサイズがより小さいものを採用可能となるので、エンジン２２，モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構４０および変速機６０等からなる動力出力装置をコンパクトで搭載性に優れたものとすることができる。従って、かかる動力出力装置は、後輪６９ａ，６９ｂを駆動して走行するハイブリッド自動車２０に対して前後方向に高いスペース効率をもって車室やラゲッジスペースを狭めることなく搭載され得る。また、本実施例では、エンジン２２がモータＭＧ２に同軸に並設されると共に、差動回転機構４０を挟んで変速機６０と対向しており、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構４０および変速機６０という構成要素は、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、差動回転機構４０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。これにより、モータＭＧ１，ＭＧ２をエンジン２２と変速機６０との間に配置して動力出力装置全体、特にその軸方向長さをより小さくすると共に、動力出力装置の組立性やメインテナンス性、更には信頼性を向上させることが可能となる。そして、本実施例では、モータＭＧ１，ＭＧ２と差動回転機構４０との接続にそれぞれ中空のサンギヤ軸４１ａ、第１モータ軸４６および第２モータ軸５５が用いられているので、モータＭＧ１およびＭＧ２の間にそれらと同軸に差動回転機構４０を配置すると共に、エンジン２２、差動回転機構４０、モータＭＧ１，ＭＧ２をすべて同軸に配置することが可能となる。更に、本実施例のように、モータＭＧ１，ＭＧ２の下流側（車両後方）へと第１モータ軸４６とその内部を通るキャリア軸４５ａを延出させることにより、変速機６０の第１および第２変速機構をモータＭＧ１を跨ぐように配置する必要がなくなる。
また、ダブルピニオン式遊星歯車機構である差動回転機構４０を採用すれば、特に差動回転機構４０の軸方向長さをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。そして、本実施例の差動回転機構４０は、そのギヤ比ρがρ＜０．５となるように構成されているので、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続される差動回転機構４０の第３要素たるリングギヤ４２から第２要素たるキャリア４５に対してより大きなトルクが入力されることになる。従って、上述のように、サンギヤ４１に比べてエンジン２２からのトルクの分配比率が大きいキャリア４５とモータＭＧ２との間に減速ギヤ機構５０を設ければ、モータＭＧ２のトルク負担をより軽減して、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。更に、減速ギヤ機構５０の減速比を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、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。加えて、減速ギヤ機構５０をキャリア４５に接続されるモータＭＧ２と差動回転機構４０との間に配置すれば、差動回転機構４０と減速ギヤ機構５０とを一体化して動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
そして、本実施例のハイブリッド自動車２０は、差動回転機構４０の第１要素たるサンギヤ４１（第１モータ軸４６）を介して出力される動力と、第２要素たるキャリア４５（キャリア軸４５ａ）を介して出力される動力とを選択的に駆動軸６７に伝達可能であると共に、第１モータ軸４６と駆動軸６７との間およびキャリア軸４５ａと駆動軸６７との間における変速比を変更可能な変速機６０を備えている。これにより、ハイブリッド自動車２０では、上述の第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により動力循環を抑制することが可能となるので、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。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、固定された変速比でエンジン２２からの動力を機械的に駆動軸６７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６７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。この結果、ハイブリッド自動車２０では、燃費と走行性能とを良好に向上させることが可能となる。
また、本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４６、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４６との接続を解除すれば、差動回転機構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６０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を解放状態と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６０の変速比の変更を伴って駆動軸６７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や最高回転数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、キャリア４５（第２要素）とキャリア軸４５ａ（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とリングギヤ４２（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。
なお、本実施例において、差動回転機構は、サンギヤの歯数をリングギヤの歯数で除した値である当該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されてもよい。このような差動回転機構４０Ａを備えたハイブリッド自動車２０Ａを図１１に示すと共に、差動回転機構４０Ａの要素と減速ギヤ機構５０の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１２に示す。図１１に示すように、ハイブリッド自動車２０Ａでは、差動回転機構４０Ａのサンギヤ４１に中空のサンギヤ軸４１ａ、クラッチＣ０、中空軸（第２軸）５６および減速ギヤ機構５０を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続され、中空軸５６に変速機６０の第１変速機構（１速ギヤ列および３速ギヤ列）が接続されている。また、ハイブリッド自動車２０Ａでは、減速ギヤ機構５０がサンギヤ４１と接続されるモータＭＧ２と変速機６０との間に配置される。更に、差動回転機構４０Ａのキャリア４５には、中空の第１モータ軸４７を介してモータＭＧ１が接続され、キャリア４５のキャリア軸４５ａは、サンギヤ軸４１ａや中空軸５６等を通して変速機６０側へと延出されて変速機６０の第２変速機構（２速ギヤ列および４速ギヤ列）に接続されている。これにより、ハイブリッド自動車２０Ａでは、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構４０および変速機６０という構成要素が、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ１、差動回転機構４０、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、変速機６０という順番で配置されることになる。このように、ギヤ比ρが値０．５よりも大きい差動回転機構４０Ａを採用する場合には、図１２からわかるように、キャリア４５に比べてサンギヤ４１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、サンギヤ４１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のトルク負担をより軽減して、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。また、この場合には、減速ギヤ機構５０の減速比を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、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、図１１の例のように、一般にモータＭＧ１やＭＧ２に比べて径方向のサイズをより小さくすることが可能な減速ギヤ機構５０を変速機６０側すなわち車両後部側に配置することにより、径方向のサイズがより大きいモータＭＧ２をエンジン２２側に寄せて動力出力装置の搭載性をより向上させることができる。ただし、図１１の例において、減速ギヤ機構５０をモータＭＧ２と差動回転機構４０Ａ（クラッチＣ０）との間に配置してもよいことはいうまでもない。なお、ダブルピニオン式遊星歯車であってエンジン２２とモータＭＧ２（ＭＧ１）との間に配置された差動回転機構４０を備えるハイブリッド自動車２０Ａ′を図１３に例示する。
以下、本発明の第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂについて説明する。図１４は、第２の実施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は、第１の実施例に係るハイブリッド自動車２０、２０Ａと一部を除いて基本的に同様のハード構成を有するものである。従って、以下、重複した説明を回避するために、第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂについては、第１の実施例のハイブリッド自動車２０、２０Ａと同一の符号を用いるものとし、詳細な説明を省略する。両者の相違点について説明すると、第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、ダブルピニオン式遊星歯車機構である差動回転機構４０，４０Ａに代えて、差動回転機構９０が採用されている。この差動回転機構９０は、図１４に示すように、互いに異なる歯数をもった第１サンギヤ９１および第２サンギヤ９２と、第１サンギヤ９１と噛合する第１ピニオンギヤ９３と第２サンギヤ９２と噛合する第２ピニオンギヤ９４とを連結してなる段付ギヤ９６を複数保持するキャリア９５とを含む遊星歯車機構である。この場合、第１サンギヤ９１（第３要素）には、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、第２サンギヤ９２（第１要素）には、当該第２サンギヤ９２からエンジン２２とは反対側（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸９２ａ、クラッチＣ０および中空の第１モータ軸４６（第１軸）を介してモータＭＧ１（中空のロータ）が接続されている。また、キャリア９５（第２要素）には、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を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。そして、キャリア９５からは、サンギヤ軸９２ａおよび第１モータ軸４６を通って延びるキャリア軸９５ａがエンジン２２とは反対側（車両後方）に延出されており、このキャリア軸９５ａは、変速機６０の第１変速機構（１速ギヤ列および３速ギヤ列）に接続されている。また、第２サンギヤ９２にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出され、変速機６０の第２変速機構（２速ギヤ列および４速ギヤ列）に接続されている。これにより、本実施例において、差動回転機構９０は、互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置され、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構９０および変速機６０という構成要素は、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、差動回転機構９０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。このような差動回転機構９０を備えたハイブリッド自動車２０Ｂにおいても、第１の実施例に係る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。また、２つのサンギヤ９１，９２、段付ギヤ９６およびキャリア９５を含む遊星歯車機構を採用すれば、特に差動回転機構９０の径方向サイズをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
図１５に上述の差動回転機構９０の要素と減速ギヤ機構５０の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。なお、同図において、Ｃ軸は差動回転機構９０のキャリア９５（減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２）の回転数を、Ｓ１軸は差動回転機構９０の第１サンギヤ９１の回転数（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を、Ｓ２軸は差動回転機構９０の第２サンギヤ９２の回転数（モータＭＧ１および第１モータ軸４６の回転数Ｎｍ１）をそれぞれ示す。同図に示すように、ハイブリッド自動車２０Ｂにおいて、差動回転機構９０は、第２サンギヤ９２の歯数と第１ピニオンギヤ９３の歯数との積を第１サンギヤ９１の歯数と第２ピニオンギヤ９４の歯数との積で除した値である当該差動回転機構９０のギヤ比ρがρ＜０．５となるように構成されている。図１５からわかるように、このような諸元の差動回転機構９０においては、キャリア９５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、キャリア９５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のトルク負担をより軽減して、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。また、この場合には、減速ギヤ機構５０の減速比を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、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、図１４の例のように、減速ギヤ機構５０をキャリア９５に接続されるモータＭＧ２と差動回転機構４０との間に配置すれば、差動回転機構９０と減速ギヤ機構５０とを一体化して動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。
なお、本実施例において、差動回転機構は、第２サンギヤの歯数と第１ピニオンギヤの歯数との積を第１サンギヤの歯数と第２ピニオンギヤの歯数との積で除した値である該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されてもよい。このような差動回転機構９０Ｃを備えたハイブリッド自動車２０Ｃを図１６に示すと共に、差動回転機構９０Ｃの要素と減速ギヤ機構５０の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１７に示す。図１６に示すように、ハイブリッド自動車２０Ｃでは、差動回転機構９０Ｃの第２サンギヤ９２（第２要素）に中空のサンギヤ軸９２ａ、クラッチＣ０、中空軸（第２軸）５６および減速ギヤ機構５０を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続され、中空軸５６に変速機６０の第１変速機構（１速ギヤ列および３速ギヤ列）が接続されている。また、ハイブリッド自動車２０Ｃでは、減速ギヤ機構５０が第２サンギヤ９２と接続されるモータＭＧ２と変速機６０との間に配置される。更に、差動回転機構９０Ｃのキャリア９５には、中空の第１モータ軸４７を介してモータＭＧ１が接続され、キャリア９５のキャリア軸９５ａは、サンギヤ軸９２ａや中空軸５６等を通して変速機６０側へと延出されて変速機６０の第２変速機構（２速ギヤ列および４速ギヤ列）に接続されている。これにより、ハイブリッド自動車２０Ｃでは、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、差動回転機構４０および変速機６０という構成要素が、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ１、差動回転機構９０、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、変速機６０という順番で配置されることになる。このように、ギヤ比ρが値０．５よりも大きい差動回転機構９０を採用する場合には、図１７からわかるように、キャリア９５に比べて第２サンギヤ９２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、第２サンギヤ９２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のトルク負担をより軽減して、モータＭＧ２の小型化とその動力損失の低減化をより効果的に達成することができる。また、この場合には、減速ギヤ機構５０の減速比を（１−ρ）／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、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、図１６の例のように、一般にモータＭＧ１やＭＧ２に比べて径方向のサイズをより小さくすることが可能な減速ギヤ機構５０を変速機６０側すなわち車両後部側に配置することにより、径方向のサイズがより大きいモータＭＧ２をエンジン２２側に寄せて動力出力装置の搭載性をより向上させることができる。ただし、図１６の例においても、減速ギヤ機構５０をモータＭＧ２と差動回転機構９０Ｃ（クラッチＣ０）との間に配置してもよいことはいうまでもない。
以下、本発明の第３の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｄについて説明する。図１８は、第３の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｄの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ｄは、上記実施例に係るハイブリッド自動車２０、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと一部を除いて基本的に同様のハード構成を有するものである。従って、以下、重複した説明を回避するために、第３の実施例のハイブリッド自動車２０Ｄについても、上記実施例のハイブリッド自動車２０等と同一の符号を用いるものとし、詳細な説明を省略する。第３の実施例のハイブリッド自動車２０Ｄでは、差動回転機構１０としてシングルピニオン式遊星歯車機構が採用されている。この差動回転機構１０は、図１８に示すように、サンギヤ１１と、このサンギヤ１１と同心円上に配置されるリングギヤ１２と、サンギヤ１１およびリングギヤ１２の双方と噛合するピニオンギヤ１３を複数保持するキャリア１４とを含むものである。この場合、差動回転機構１０のサンギヤ１１（第１要素）には、当該サンギヤ軸１１ａからエンジン２２とは反対側（車両後方）に延びるサンギヤ軸１１ａおよびクラッチＣ０を介してモータＭＧ１の第１モータ軸４８が接続されている。また、リングギヤ１２（第２要素）には、減速ギヤ機構５０および当該減速ギヤ機構５０からエンジン２２に向けて延びる中空の第２モータ軸５５を介してモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。更に、キャリア１４（第３要素）には、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。そいて、リングギヤ１２からエンジン２２とは反対側（車両後方）に延出されたリングギヤ軸１２ａが変速機６０Ｄの第１変速機構（１速ギヤ列および３速ギヤ列）に接続され、サンギヤ１１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４８は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出されて変速機６０Ｄの第２変速機構（２速ギヤ列および４速ギヤ列）に接続されている。このように、本実施例では、差動回転機構１０のサンギヤ１１とリングギヤ１２との双方を出力要素とすることができるように、変速機６０ＤがモータＭＧ１およびクラッチＣ０を跨ぐように構成されている。
このような差動回転機構１０を備えたハイブリッド自動車２０においても、第１の実施例に係る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。また、シングルピニオン式遊星歯車機構を採用しても、特に差動回転機構１０の軸方向長さをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。また、シングルピニオン式遊星歯車機構である差動回転機構１０においては、モータＭＧ２の最大回転数等を考慮して一般にそのギヤ比ρ（サンギヤ１１の歯数／リングギヤ１２の歯数）がρ＜０．５とされることから、サンギヤ１１に比べてリングギヤ１２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、リングギヤ１２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。更に、サンギヤ１１の歯数をリングギヤ１２の歯数で除した値である差動回転機構１０のギヤ比をρとすれば、減速ギヤ機構５０の減速比ρｒは、ρ近傍の値とされるとよい。これにより、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、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。
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、本発明は上記各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。
すなわち、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、何れも後輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよい。また、差動回転機構は、ギヤ比ρが値０．５となるように構成されていてもよい。更に、変速機６０として上述のような平行軸式変速機を採用する代わりに、複数の遊星歯車機構を含む変速機を用いてもよい。また、上記実施例において、クラッチＣ０や変速機６０のクラッチＣ１およびＣ２は、何れもより損失の少ない機械式噛み合いクラッチであるドグクラッチとされたが、クラッチＣ０〜Ｃ２を湿式多板クラッチとして構成してもよい。更に、変速機６０においては、クラッチＣ１およびＣ２の双方をカウンタシャフト６５側に設けてもよい。そして、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。
本発明の第１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。 第１の実施例のハイブリッド自動車２０に含まれる差動回転機構４０の要素と減速ギヤ機構５０の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。 第１の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６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの差動回転機構４０および変速機６０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と同様の説明図である。 図３と同様の説明図である。 図３と同様の説明図である。 図３と同様の説明図である。 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差動回転機構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。 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差動回転機構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。 第１の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。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａに含まれる差動回転機構４０の要素と減速ギヤ機構５０の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。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａ′の概略構成図である。 本発明の第２の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。 第２の実施例のハイブリッド自動車２０Ｂに含まれる差動回転機構９０の要素と減速ギヤ機構５０の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。 変形例のハイブリッド自動車２０Ｃの概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ｃに含まれる差動回転機構９０Ｃの要素と減速ギヤ機構５０の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。 本発明の第３の実施例に係るハイブリッド自動車２０Ｄの概略構成図である。
符号の説明
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 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、４０，４０Ａ，９０，９０Ｃ，１０ 差動回転機構、４１，５１，１１ サンギヤ、４１ａ，１１ａ サンギヤ軸、４２，５２，１２ リングギヤ、４２ａ リングギヤ軸、４３，４４，５３，１３ ピニオンギヤ、４５，５４，１４ キャリア、４５ａ キャリア軸、４６，４７，４８ 第１モータ軸、５０ 減速ギヤ機構、５５ 第２モータ軸、５６ 中空軸、６０，６０Ｄ 変速機、６１ａ 第１カウンタドライブギヤ、６１ｂ 第１カウンタドリブンギヤ、６２ａ 第２カウンタドライブギヤ、６２ｂ 第２カウンタドリブンギヤ、６３ａ 第３カウンタドライブギヤ、６３ｂ 第３カウンタドリブンギヤ、６４ａ 第４カウンタドライブギヤ、６４ｂ 第４カウンタドリブンギヤ、６５ カウンタシャフト、６６ａ，６６ｂ ギヤ、６７ 駆動軸、６８ デファレンシャルギヤ、６９ａ，６９ｂ 後輪、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 アクチュエータ、９１ 第１サンギヤ、９２ 第２サンギヤ、９２ａ サンギヤ軸、９３ 第１ピニオンギヤ、９４ 第２ピニオンギヤ、９５ キャリア、９５ａ キャリア軸、９６ 段付ギヤ、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (15)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    動力を入出力可能な第１電動機と、
    前記第１電動機に同軸に並設された動力を入出力可能な第２電動機と、
    前記第１電動機および前記第２電動機の何れか一方に同軸に並設された内燃機関と、
    前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と同軸に配置されており、該第１電動機の回転軸に接続される第１要素と該第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差動回転機構と、
    前記差動回転機構を挟んで前記内燃機関と対向すると共に、前記差動回転機構の前記第１要素と接続されて該第１要素を介して出力される動力を所定の変速比で前記駆動軸に伝達可能な第１変速機構と、前記差動回転機構の前記第２要素と接続されて該第２要素を介して出力される動力を所定の変速比で前記駆動軸に伝達可能な第２変速機構とを含み、前記差動回転機構の前記第１および第２要素の何れか一方または双方を前記駆動軸に選択的に連結可能な変速伝達手段と、
    前記変速伝達手段により前記差動回転機構の前記第１および第２要素の一方からの動力が前記駆動軸に伝達されている最中に、前記第１および第２要素の他方の回転数が該第１および第２要素の他方に対応した前記第１または第２変速機構による変速比と前記駆動軸の回転数とに基づく回転数に一致したときに、前記第１および第２要素の一方が前記駆動軸に連結されたまま前記第１および第２要素の他方が前記駆動軸に連結されるように前記変速伝達手段を制御可能な制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 請求項１に記載の動力出力装置において、
    前記制御手段は、前記変速伝達手段により前記差動回転機構の前記第１および第２要素の一方からの動力が前記駆動軸に伝達される状態から前記変速伝達手段により前記差動回転機構の前記第１および第２要素の他方からの動力が前記駆動軸に伝達される状態への移行に際して、前記差動回転機構の前記第１および第２要素の一方が前記駆動軸に連結されたまま前記第１および第２要素の他方が前記駆動軸に一旦連結されるように前記変速伝達手段を制御した後、前記第１および第２要素の一方と前記駆動軸との連結が解除されるように前記変速伝達手段を制御する動力出力装置。
  3. 請求項１または２に記載の動力出力装置において、
    前記制御手段は、前記変速伝達手段により前記差動回転機構の前記第１および第２要素の双方が前記駆動軸に連結された状態で前記内燃機関からの動力のみが前記駆動軸に伝達されるように前記内燃機関と前記第１および第２電動機と前記変速伝達手段とを制御可能である動力出力装置。
  4. 請求項１から３の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    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動力出力装置。
  5. 請求項４に記載の動力出力装置において、
    前記制御手段は、前記接続断接手段により前記第１電動機と前記第１要素との接続、前記第２電動機と前記第２要素との接続および前記内燃機関と前記第３要素との接続の何れかが解除されると共に前記変速伝達手段により前記差動回転機構の前記第１および第２要素の双方が前記駆動軸に連結された状態で前記第１および第２電動機の少なくとも何れか一方の動力のみが前記駆動軸に伝達されるように前記内燃機関と前記第１および第２電動機と前記変速伝達手段と前記接続断接手段とを制御可能である動力出力装置。
  6. 請求項１から５の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    前記差動回転機構は、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ると共に、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差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成されており、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り、前記キャリアが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続される動力出力装置。
  7. 前記減速手段の減速比はρ／（１−ρ）近傍の値とされる請求項６に記載の動力出力装置。
  8. 請求項１から５の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    前記差動回転機構は、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ると共に、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差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されており、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り、前記サンギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続される動力出力装置。
  9. 前記減速手段の減速比は（１−ρ）／ρ近傍の値とされる請求項８に記載の動力出力装置。
  10. 請求項１から５の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    前記差動回転機構は、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、前記第１サンギヤと噛合する第１ピニオンギヤと前記第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ると共に、前記第２サンギヤの歯数と前記第１ピニオンギヤの歯数との積を前記第１サンギヤの歯数と前記第２ピニオンギヤの歯数との積で除した値である該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＜０．５となるように構成されており、前記第１要素は前記第２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要素は前記第２サンギヤおよび前記キャリアの他方であり、前記第３要素は前記第１サンギヤであり、前記キャリアが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続される動力出力装置。
  11. 前記減速手段の減速比はρ／（１−ρ）近傍の値とされる請求項１０に記載の動力出力装置。
  12. 請求項１から５の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    前記差動回転機構は、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、前記第１サンギヤと噛合する第１ピニオンギヤと前記第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ると共に、前記第２サンギヤの歯数と前記第１ピニオンギヤの歯数との積を前記第１サンギヤの歯数と前記第２ピニオンギヤの歯数との積で除した値である該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、ρ＞０．５となるように構成されており、前記第１要素は前記第２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要素は前記第２サンギヤおよび前記キャリアの他方であり、前記第３要素は前記第１サンギヤであり、前記第２サンギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続される動力出力装置。
  13. 前記減速手段の減速比は（１−ρ）／ρ近傍の値とされる請求項１２に記載の動力出力装置。
  14. 請求項１から５の何れか一項に記載の動力出力装置において、
    前記差動回転機構は、サンギヤと、リングギヤと、該サンギヤおよび該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、前記リングギヤが減速手段を介して前記第１電動機または前記第２電動機と接続されており、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該差動回転機構のギヤ比をρとしたときに、前記減速手段の減速比はρ近傍の値とされている動力出力装置。
  15. 請求項１から１４の何れか一項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。

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