JP2007261348A - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Atsushi Masuda
淳 枡田
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Abstract

【課題】 走行用の駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド車両において、電動モータ、変速機あるいはエンジンの引きずりによる駆動力の損失を防止する。
【解決手段】 エンジンEの駆動力をメインシャフト17からベルト式無段変速機24およびカウンタシャフト23を介して車輪Wに伝達して走行する際に、前記駆動力がカウンタシャフト23から動力伝達手段45を介してモータ・ジェネレータMGに逆伝達されるのをワンウェイクラッチ33により阻止し、モータ・ジェネレータMGの引きずりによる駆動力の損失を防止することができる。モータ・ジェネレータMGの駆動力を動力伝達手段45を介して車輪Wに伝達して走行する際には、ワンウェイクラッチ38が係合することで走行に支障を来すことはない。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両を走行させる駆動力を発生するエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド車両に関する。
エンジンの駆動力をベルト式無段変速機を介して駆動輪に伝達する第1駆動力伝達経路と、エンジンのクランクシャフトと同軸に配置したモータ・ジェネレータの駆動力を固定減衰比の減速機を介して駆動輪に伝達する第2駆動力伝達経路とを備え、車両の中・高速走行時にはエンジンの駆動力で前記第1駆動力伝達経路を介して駆動輪を駆動し、車両の発進時や低速走行時にはモータ・ジェネレータの駆動力で前記第2駆動力伝達経路を介して駆動輪を駆動するハイブリッド車両が、下記特許文献1により公知である。
特開2005−59788号公報
ところで上記従来のものは、モータ・ジェネレータと車輪とが第2駆動力伝達経路を介して常に接続しているので、エンジンによる走行中に駆動力が前記第2駆動力伝達経路を介してモータ・ジェネレータに逆伝達されてしまい、エンジンの駆動力でモータ・ジェネレータが引きずられて駆動力の損失を招く問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、走行用の駆動源としてエンジンおよび電動モータを備えたハイブリッド車両において、電動モータ、変速機あるいはエンジンの引きずりによる駆動力の損失を防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、クランクシャフトを有するエンジンと、前記クランクシャフトに同軸に結合されたメインシャフトおよび該メインシャフトに対して平行に配置されたカウンタシャフトを有する変速機と、前記エンジンおよび前記変速機に挟まれた位置で前記メインシャフトの外周を囲むように配置された電動モータと、前記エンジンの駆動力を前記変速機から減速ギヤを介して車輪に伝達する第1の駆動力伝達経路と、前記電動モータの駆動力を駆動力伝達手段から前記減速ギヤを介して車輪に伝達する第2の駆動力伝達経路とを備え、前記第1の駆動力伝達経路および前記第2の駆動力伝達経路の何れか一方あるいは両方で走行可能なハイブリッド車両において、前記第1の駆動力伝達経路の前記変速機から前記減速ギヤまでの間に前記エンジンの駆動力を前記車輪に伝達可能な第1ワンウェイクラッチを備え、前記第2の駆動力伝達経路の前記駆動力伝達手段は前記電動モータの駆動力を前記車輪に伝達可能な第2ワンウェイクラッチを備えたことを特徴とするハイブリッド車両。が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記駆動力伝達手段は前記第2ワンウェイクラッチと並列に配置された断接クラッチを備えたことを特徴とするハイブリッド車両が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、車両の発進時に前記断接クラッチを係合解除した状態で前記電動モータを駆動することを特徴とするハイブリッド車両が提案される。
また請求項4に記載された発明によれば、請求項2または請求項3の構成に加えて、車両の減速時に前記断接クラッチを係合した状態で前記電動モータを回生制動することを特徴とするハイブリッド車両が提案される。
また請求項5に記載された発明によれば、請求項2〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、車両の後進時に前記断接クラッチを係合した状態で前記電動モータを駆動することを特徴とするハイブリッド車両が提案される
尚、実施の形態のベルト式無段変速機24は本発明の変速機に対応し、実施の形態の第2油圧多板クラッチ38は本発明の断接クラッチに対応し、実施の形態の第1減速ギヤ39は本発明の減速ギヤに対応し、実施の形態のモータ・ジェネレータMGは本発明の電動モータに対応する。
請求項1の構成によれば、エンジンの駆動力をメインシャフトから変速機カウンタシャフトおよび減速ギヤを通る第1の駆動力伝達経路を介して車輪に伝達して走行する際に、前記駆動力が第2の駆動力伝達経路、つまり減速ギヤからカウンタシャフトおよび駆動力伝達手段を介して電動モータに逆伝達されるのを第2ワンウェイクラッチのスリップにより阻止し、電動モータの引きずりによる駆動力の損失を防止することができる。電動モータの駆動力を第2の駆動力伝達経路を介して車輪に伝達して走行する際には、前記第2ワンウェイクラッチが係合することで走行に支障を来すことはない。
また電動モータの駆動力を前記第2の駆動力伝達経路を介して車輪に伝達して発進あるいは走行する際に、前記駆動力が前記第1の駆動力伝達経を介して変速機やエンジンに逆伝達されるのを第1ワンウェイクラッチのスリップにより阻止し、変速機およびエンジンの引きずりによる駆動力の損失を防止することができる。エンジンの駆動力を第1の駆動力伝達経を介して車輪に伝達して走行する際には、第1ワンウェイクラッチが係合することで走行に支障を来すことはない。よって、エンジンによる走行時および電動モータによる走行時の何れの場合にも、電動モータ、変速機およびエンジンの引きずりを確実に防止することができる。
しかも第1、第2ワンウェイクラッチは油圧で作動する断接クラッチに比べて小型であり、かつ油圧源を必要とないのでコストダウンが可能である。
また請求項2の構成によれば、電動モータの駆動力を車輪に伝達する駆動力伝達手段に、第2ワンウェイクラッチと並列に断接クラッチを配置したので、第2ワンウェイクラッチがスリップする場合に断接クラッチを係合することで駆動力伝達を可能にすることができる。
また請求項3の構成によれば、断接クラッチを係合解除した状態で電動モータを駆動して車両を発進させるので、低回転で高トルクを発生する電動モータの特性を活かして車両をスムーズに発進させることができる。
また請求項4の構成によれば、車両の減速時に断接クラッチを係合するので、第2ワンウェイクラッチがスリップしても、係合した断接クラッチを介して車輪の駆動力を電動モータに逆伝達して回生制動を支障なく行うことができる。
また請求項5の構成によれば、車両の後進時に断接クラッチを係合するので、第2ワンウェイクラッチがスリップしても、係合した断接クラッチを介して電動モータの駆動力を車輪に伝達して車両を発進させることができ、しかもリバース機構を必要とせずに電動モータを逆回転するだけで後進が可能になる
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図6は本発明の第1の実施の形態を示すもので、図1はハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図、図2は図1の2−2線矢視図、図3はモータ・ジェネレータによる発進時の作用を説明する図、図4はエンジンによる走行時の作用を説明する図、図5はモータ・ジェネレータによる後進時の作用を説明する図、図6はモータ・ジェネレータによる回生制動時の作用を説明する図である。
図1に示すように、ハイブリッド車両は左右の車輪W,Wを駆動するエンジンEおよびモータ・ジェネレータMGを備え、更にエアコン用のモータと兼用されるスタータモータSMを備える。スタータモータSMはエンジンEのクランクシャフト11にドライブギヤ12およびドリブンギヤ13を介して接続されるもので、クランクシャフト11をクランキングしてエンジンEを始動することができる。エンジンEのクランクシャフト11はフライホイール付きダンパー14を介してメインシャフト17に接続される。エンジンEから離れたメインシャフト17の端部外周に中空の駆動プーリシャフト15が相対回転自在に嵌合しており、メインシャフト17と駆動プーリシャフト15との間に第1油圧多板クラッチ16が配置される。
メインシャフト17の外周にモータ・ジェネレータMGが同軸に配置される。モータ・ジェネレータMGはケーシング18に固定した環状のステータ19と、このステータ19の内周に回転自在に配置されたロータ20とを備えており、ロータ20はメインシャフト17の外周に相対回転自在に嵌合する中空のモータ出力軸21に固定される。メインシャフト17の外周を囲むようにモータ・ジェネレータMGを配置したので、メインシャフト17の外側にモータ・ジェネレータMGを配置する場合に比べて、パワーユニット全体の寸法を小型化することができる。
メインシャフト17と、それに対して平行に配置されたカウンタシャフト23との間にベルト式無段変速機24が配置される。ベルト式無段変速機24は、メインシャフト17の外周に嵌合する駆動プーリシャフト15に支持された固定側プーリ半体25および可動側プーリ半体26よりなる駆動プーリ27と、カウンタシャフト23に支持された固定側プーリ半体28および可動側プーリ半体29よりなる従動プーリ30と、駆動プーリ27および従動プーリ30に巻き掛けた金属ベルト31とを備える。従動プーリ30はカウンタシャフト23に第1ワンウェイクラッチ32を介して支持される。第1ワンウェイクラッチ32は、車両が前進走行する際にメインシャフト17側からカウンタシャフト23側に駆動力が伝達するときに係合し、その逆方向に駆動力が伝達するときにスリップする。
駆動プーリ27の可動側プーリ半体26を固定側プーリ半体25から離間させ、従動プーリ30の可動側プーリ半体29を固定側プーリ半体28に接近させるとベルト式無段変速機24の変速比がLOW側に無段階に変化し、逆に駆動プーリ27の可動側プーリ半体26を固定側プーリ半体25に接近させ、従動プーリ30の可動側プーリ半体29を固定側プーリ半体28から離間させるとベルト式無段変速機24の変速比がTOP側に無段階に変化する。
駆動プーリ27は、可動側プーリ半体26がエンジンE側に配置されて固定側プーリ半体25が反エンジンE側に配置されているのに対し、従動プーリ30は、可動側プーリ半体29が反エンジンE側に配置されて固定側プーリ半体28がエンジンE側に配置される。即ち、両可動側プーリ半体26,29と両固定側プーリ半体25,28とは対角位置に配置される。
モータ・ジェネレータMGのモータ出力軸21に設けた第1モータギヤ34がアイドラシャフト35に設けた第2モータギヤ36に噛合し、この第2モータギヤ36がカウンタシャフト23に設けた第3モータギヤ37に噛合する。第3モータギヤ37はカウンタシャフトに第2ワンウェイクラッチ33および第2油圧多板クラッチ38を介して支持される。第2ワンウェイクラッチ33はモータ出力軸21側からカウンタシャフト23側に駆動力が伝達するときに係合し、その逆方向に駆動力が伝達するときにスリップする。
カウンタシャフト23に設けた第1減速ギヤ39がセカンダリシャフト40に設けた第2減速ギヤ41に噛合し、セカンダリシャフト40に設けたファイナルドライブギヤ42がディファレンシャルギヤ43に設けたファイナルドリブンギヤ44に噛合する。ディファレンシャルギヤ43は車軸46,46を介して車輪W,Wに接続される。
モータ出力軸21からカウンタシャフト23に至る駆動力伝達経路、即ち第1モータギヤ34、第2モータギヤ36、第3モータギヤ37および第2ワンウェイクラッチ33(あるいは第2油圧多板クラッチ38)が駆動力伝達手段45を構成する。
図2に示すように、メインシャフト17に対してカウンタシャフト23が後上方に配置され、カウンタシャフト23に対してセカンダリシャフト40が後下方に配置され、セカンダリシャフト40に対して車軸46,46が下方に配置される。アイドラシャフト35はメインシャフト17の上方であってカウンタシャフト23の前下方に配置される。
次に、上記構成を備えた本発明の第1の実施の形態の作用を説明する。
車両の発進時には低回転で高トルクが得られるモータ・ジェネレータMGの駆動力が利用される。即ち、図3に示すように、モータ・ジェネレータMGを駆動するとモータ出力軸21の回転が第1〜第3モータギヤ34,36,37、第2ワンウェイクラッチ33、カウンタシャフト23、第1、第2減速ギヤ39,41、ファイナルドライブギヤ42、ファイナルドリブンギヤ44、ディファレンシャルギヤ43および車軸46,46を介して車輪W,Wに伝達され、低回転で高トルクが得られるモータ・ジェネレータMGの駆動力で車両をスムーズに発進させ、あるいは車両を低速走行させることができる。このとき、第1ワンウェイクラッチ32はスリップするため、モータ・ジェネレータMGの駆動力でベルト式無段変速機24やエンジンEが引きずられることはない。
図4に示すように、第1油圧多板クラッチ16を係合してメインシャフト17および駆動プーリシャフト15を結合した状態でエンジンEを駆動すると、エンジンEのクランクシャフト11の回転がフライホイール付きダンパー14、メインシャフト17、第1油圧多板クラッチ16、駆動プーリシャフト15、ベルト式無段変速機24、第1ワンウェイクラッチ32、カウンタシャフト23、第1、第2減速ギヤ39,41、ファイナルドライブギヤ42、ファイナルドリブンギヤ44、ディファレンシャルギヤ43および車軸46,46を介して車輪W,Wに伝達される。
その際に、エンジンEの負荷および回転数に応じてベルト式無段変速機24の変速比を制御することで、エンジンEの燃料消費量を節減することができる。しかも、第2油圧多板クラッチ38が係合解除しており、かつ第2ワンウェイクラッチ33がスリップすることで、エンジンEの駆動力が駆動力伝達手段45を介してモータ・ジェネレータMGに逆伝達されることが防止され、駆動力伝達手段45やモータ・ジェネレータMGの引きずりによる駆動力の損失を防止することができる。
図5に示すように、第2油圧多板クラッチ38を係合して第3モータギヤ37をカウンタシャフト23に結合した状態でモータ・ジェネレータMGを逆転駆動すると、モータ出力軸21の回転が第1〜第3モータギヤ34,36,37、第2油圧多板クラッチ38、カウンタシャフト23、第1、第2減速ギヤ39,41、ファイナルドライブギヤ42、ファイナルドリブンギヤ44、ディファレンシャルギヤ43および車軸46,46を介して車輪W,Wに伝達され、リバースクラッチやリバースギヤを必要とせずに、低回転で高トルクが得られるモータ・ジェネレータMGの駆動力で車両をスムーズに後進走行させることができる。
このとき、第2ワンウェイクラッチ33はスリップするが、第2油圧多板クラッチ38を係合することでモータ・ジェネレータMGの駆動力を支障なく車輪W,Wに伝達することができる。但し、第1ワンウェイクラッチ32が係合してしまうため、モータ・ジェネレータMGの駆動力がベルト式無段変速機24に逆伝達されて若干の引きずりが生じるが、第1油圧多板クラッチ16が係合解除しているため、エンジンEが引きずられることはない。
図6に示すように、車両の減速時に第2油圧多板クラッチ38を係合して第3モータギヤ37をカウンタシャフト23に結合すると、車輪W,Wの駆動力が車軸46,46、ディファレンシャルギヤ43、ファイナルドリブンギヤ44、ファイナルドライブギヤ42、第2、第1減速ギヤ41,39、カウンタシャフト23、第2油圧多板クラッチ38、第3モータギヤ37、第2モータギヤ36、第1モータギヤ34およびモータ出力軸21を介してモータ・ジェネレータMGに逆伝達され、モータ・ジェネレータMGを回生制動することで車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして効率的に回収することができる。
このとき、第2ワンウェイクラッチ33はスリップするが、第2油圧多板クラッチ38を係合することで車輪W,Wの駆動力を支障なくモータ・ジェネレータMGに伝達することができる。また第1ワンウェイクラッチ32がスリップするために、車輪W,Wの駆動力がベルト式無段変速機24およびエンジンEに逆伝達されることはなく、ベルト式無段変速機24およびエンジンEの引きずりによるエネルギーの損失が回避される。
またモータ・ジェネレータMGによる走行中や回生制動中に、サブモータSMを駆動してドライブギヤ12およびドリブンギヤ13を介してエンジンEをクランキングすることで、エンジンEを始動することができる。このとき、第1油圧多板クラッチ16を係合解除しておくことで、エンジンEの始動に伴う不快な振動や騒音の発生を防止することができる。
以上のように、モータ・ジェネレータMGをカウンタシャフト23に接続する駆動力伝達手段45に第2ワンウェイクラッチ33を設けたので、発進時や低速走行時にモータ・ジェネレータMGの駆動力を車輪WおよびW,Wに支障なく伝達しながら、エンジンEによる走行時に該エンジンEの駆動力で駆動力伝達手段45およびモータ・ジェネレータMGが引きずられてフリクションによる駆動力の損失が発生するのを防止することができる。しかも、第2ワンウェイクラッチ33は油圧多板クラッチに比べて構造が簡単で小型であり、かつ油圧を発生する駆動力が不要となり、燃費が向上する。
そしてモータ・ジェネレータMGによる後進走行時や回生制動時には第2ワンウェイクラッチ33がスリップして駆動力を伝達しなくなるが、そのときには第2ワンウェイクラッチ33に対して並列に配置した第2油圧多板クラッチ38を係合することで、第2ワンウェイクラッチ33に代わって駆動力を支障なく伝達することができる。
またベルト式無段変速機24の従動プーリ30とカウンタシャフト23との間に第1ワンウェイクラッチ32を設けたので、エンジンEによる走行時に該エンジンEの駆動力を車輪W,Wに伝達することを可能にしながら、モータ・ジェネレータMGによる走行時に該モータ・ジェネレータMGの駆動力でベルト式無段変速機24およびエンジンEが引きずられるのを防止することができる。この場合も、第1ワンウェイクラッチ32は油圧多板クラッチに比べて構造が簡単で小型であり、かつ油圧源を必要としないので低コストである。尚、エンジンEによる走行時に第2油圧多板クラッチ38を係合すれば、エンジンEの駆動力でモータ・ジェネレータMGをジェネレータとして機能させることが可能となる。
図7および図8は本発明の第2の実施の形態を示すもので、図7はハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図、図8は図7の8−8線矢視図である。
第1の実施の形態では第2油圧多板クラッチ38を係合する油圧を発生する油圧源は図示せぬ電動オイルポンプで構成されているが、第2の実施の形態ではエンジンEの駆動力あるいは車輪W,Wの駆動力で作動する機械式のオイルポンプ51を備えている。
第2油圧多板クラッチ38は、図5に示す車両の後進時と、図6に示す減速回生制動時とに係合するが、その何れの場合にもオイルポンプ51が駆動されるようになっている。即ち、オイルポンプ51のポンプ軸52に第3ワンウェイクラッチ53を介してオイルポンプ第1ドリブンギヤ54が支持されるとともに、第4ワンウェイクラッチ55を介してオイルポンプ第2ドリブンギヤ56が支持される。メインシャフト17に設けたオイルポンプ第1ドライブギヤ57と前記オイルポンプ第1ドリブンギヤ54とが第1無端チェーン58で接続され、一方の車軸46に設けたオイルポンプ第2ドライブギヤ59と前記オイルポンプ第2ドリブンギヤ56とが第2無端チェーン60で接続される。
図5に示す車両の後進時には第2油圧多板クラッチ38を係合する必要があるが、車両の後進はモータ・ジェネレータMGの駆動力によって行われるためにオイルポンプ51を駆動することができない。そこで本実施の形態では、車両の後進時に第1油圧多板クラッチ16を係合解除してベルト式無段変速機24への駆動力の伝達を遮断した状態で、エンジンEを駆動してオイルポンプ第1ドライブギヤ57、第1無端チェーン58、オイルポンプ第1ドリブンギヤ54および第3ワンウェイクラッチ53を介してオイルポンプ51を駆動し、第2油圧多板クラッチ38にオイルを供給することができる。このとき、第4ワンウェイクラッチ55はスリップする。
図6に示す減速回生制動時にも第2油圧多板クラッチ38を係合する必要があるが、このときエンジンEはアイドリング状態あるいはフュエルカット状態にあってオイルポンプ51を充分に駆動することができない。しかしながら、一方の車軸46に設けたオイルポンプ第2ドライブギヤ59、第2無端チェーン60、オイルポンプ第2ドリブンギヤ56および第4ワンウェイクラッチ55を介してオイルポンプ51を駆動し、第2油圧多板クラッチ38にオイルを供給することができる。このとき、第3ワンウェイクラッチ53はスリップする。
このように、高価な電動オイルポンプに代えて一般的なオイルポンプ51を使用することが可能になり、コストダウンに寄与することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の変速機は実施の形態のベルト式無段変速機24に限定されず、任意の構造の変速機が含まれる。
第1の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図 図1の2−2線矢視図 モータ・ジェネレータによる発進時の作用を説明する図 エンジンによる走行時の作用を説明する図 モータ・ジェネレータによる後進時の作用を説明する図 モータ・ジェネレータによる回生制動時の作用を説明する図 第2の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動力伝達経路のスケルトン図 図7の8−8線矢視図
符号の説明
11 クランクシャフト
17 メインシャフト
23 カウンタシャフト
24 ベルト式無段変速機(変速機)
32 第1ワンウェイクラッ
33 第2ワンウェイクラッ
38 第2油圧多板クラッチ(断接クラッチ)
39 第1減速ギヤ(減速ギヤ)
45 駆動力伝達手段
E エンジン
MG モータ・ジェネレータ(電動モータ)
W 車輪

Claims (6)

  1. クランクシャフト(11)を有するエンジン(E)と、
    前記クランクシャフト(11)に同軸に結合されたメインシャフト(17)および該メインシャフト(17)に対して平行に配置されたカウンタシャフト(23)を有する変速機(24)と、
    前記エンジン(E)および前記変速機(24)に挟まれた位置で前記メインシャフト(17)の外周を囲むように配置された電動モータ(MG)と、
    前記電動モータ(MG)の駆動力を前記カウンタシャフト(23)から車輪(W)までの駆動力伝達経路の何れかの位置に伝達する駆動力伝達手段(45)とを備え、
    前記エンジン(E)の駆動力および前記電動モータ(MG)の駆動力の何れか一方あるいは両方で走行可能なハイブリッド車両において、
    前記駆動力伝達手段(45)は前記電動モータ(MG)の駆動力を前記車輪(W)に伝達可能なワンウェイクラッチ(33)を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 前記駆動力伝達手段(45)は前記ワンウェイクラッチ(33)と並列に配置された断接クラッチ(38)を備えたことを特徴とする、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 車両の発進時に前記断接クラッチ(38)を係合解除した状態で前記電動モータ(MG)を駆動することを特徴とする、請求項2に記載のハイブリッド車両。
  4. 車両の減速時に前記断接クラッチ(38)を係合した状態で前記電動モータ(MG)を回生制動することを特徴とする、請求項2または請求項3に記載のハイブリッド車両。
  5. 車両の後進時に前記断接クラッチ(38)を係合した状態で前記電動モータ(MG)を駆動することを特徴とする、請求項2〜請求項4の何れか1項に記載のハイブリッド車両。
  6. クランクシャフト(11)を有するエンジン(E)と、
    前記クランクシャフト(11)に同軸に結合されたメインシャフト(17)および該メインシャフト(17)に対して平行に配置されたカウンタシャフト(23)を有する変速機(24)と、
    前記エンジン(E)および前記変速機(24)に挟まれた位置で前記メインシャフト(17)の外周を囲むように配置された電動モータ(MG)と、
    前記電動モータ(MG)の駆動力を前記カウンタシャフト(23)から車輪(W)までの駆動力伝達経路の何れかの位置に伝達する駆動力伝達手段(45)とを備え、
    前記エンジン(E)の駆動力および前記電動モータ(MG)の駆動力の何れか一方あるいは両方で走行可能なハイブリッド車両において、
    前記変速機(24)から前記駆動力伝達手段(45)までの駆動力伝達経路に前記エンジン(E)の駆動力を前記車輪(W)に伝達可能なワンウェイクラッチ(32)を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。

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