JP5239224B2

JP5239224B2 - ハイブリッド車の駆動装置

Info

Publication number: JP5239224B2
Application number: JP2007166445A
Authority: JP
Inventors: 英明駒田; 幸彦出塩
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP2009001234A

Description

この発明は、車両の走行のための動力源として内燃機関と発電機能のある電動機とを備えているハイブリッド車に関し、特にこれらの内燃機関と電動機との動力を自動変速機によって変速して出力するように構成されたハイブリッド車の駆動装置に関するものである。

この種の駆動装置の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されているハイブリッド車両の駆動装置は、燃焼エンジンと、電気モータと、それら燃焼エンジンおよび電気モータのトルクを、前進複数段および後進１速の各変速段に切り換えられる自動変速装置を介して車輪に伝達する装置であって、電気モータのロータと自動変速装置の入力部材とが連結されるとともに、燃焼エンジンの出力軸と電気モータのロータとの間に入力切り換えクラッチが設けられていて、その入力切り換えクラッチが駆動装置の使用状態に応じて適時に接続もしくは切断するように構成されている。そして、この特許文献１に記載されているハイブリッド車両の駆動装置では、燃焼エンジンおよび電気モータの出力を、前進複数段および後進１速の自動変速装置を介して車輪に伝達することができ、前進時には、燃焼エンジンおよび電気モータの回転数およびトルクを所定範囲内に保持できるとともに、後進時には、電気モータを逆回転することなく燃焼エンジンのトルクで後進できる、とされている。

特開平８−３１８７４６号公報

上記の特許文献１に記載されているハイブリッド車両の駆動装置のように、既存の構成の自動変速機と電動機とを１つのユニットとして組み合わせること、具体的には、自動変速機の入力部材に、内燃機関の出力軸と共に電動機のロータを連結してユニット化することにより、ハイブリッド車両の駆動装置を構成することができる。そして、それら内燃機関の出力軸と電動機のロータとの間に、それらの間の動力伝達経路を選択的に接続・遮断するクラッチ（入力切り換えクラッチ）が設けられていることによって、電動機の出力トルクを適切に変速して出力できるとともに、電動機の出力により車両を走行させるモータ走行（ＥＶ走行）時や駆動輪側からの入力により電動機を駆動させて発電させる回生走行時に、内燃機関の出力軸と電動機のロータとの間のクラッチを解放してその間の動力伝達を遮断することができ、モータ走行時および回生走行時における内燃機関のいわゆる連れ回り（引き摺り）を防止して、引き摺り損失を低減することができる。

しかしながら、そのためには、従来の基本的な構成の自動変速機に対して、上記のように専用のクラッチを別途設けなければならず、その結果、自動変速機および電動機のユニットの体格や重量が増大して車両搭載性が低下してしまう。また、装置の構造が複雑になり、コストも増大してしまう。このように、従来構成の自動変速機に電動機を連結してハイブリッド車の駆動装置を構成するためには、未だ改良の余地があった。

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、従来の自動変速機の基本的な構成を変更することなく、電動機によるモータ走行時や回生走行時における内燃機関の引き摺り損失を低減して、電動機によるモータ走行および回生走行を効率良く行うことのでき、かつ電動機の入出力トルクを適切に変速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ものである。

上記の目標を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備え、前記自動変速機は、入力要素もしくは反力要素になる複数の回転要素と出力要素になる一つの回転要素との四つの回転要素を形成するように構成されている遊星歯車機構と、前記入力要素になる回転要素を内燃機関に連結する複数の変速段形成用のクラッチと、前記反力要素になる回転要素を固定するブレーキ手段とによって複数の変速段を設定するように構成されているハイブリッド車の駆動装置において、前記複数の変速段形成用のクラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記入力要素になる回転要素と連結されている前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されているとともに、前記複数の変速段のうち最低速段を含む複数の前進段を設定する際に係合する第１クラッチを含み、前記第１クラッチの出力側係合部材に連結された前記自動変速機の入力部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結され、前記自動変速機で変速比が最小となる最高速段、もしくは前記動力の回転方向を反転して出力する後進段を設定して走行する際に、前記内燃機関の回転数を制限して、前記電動機の回転数の上昇を抑制するように構成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である。

また、請求項２の発明は、内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、複数の変速段形成用入力クラッチをそれぞれ係合もしくは解放することにより変速比が異なる複数の変速段を設定するとともに、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、前記複数の変速段形成用入力クラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されていて、それら複数の変速段形成用入力クラッチのうち、前記自動変速機で変速比が最大となる最低速段を設定する際に係合する最低速段形成用入力クラッチの出力側係合部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結されて、前記自動変速機の出力部材は、前記自動変速機の出力軸に対して平行に配置されたカウンタ軸と、前記自動変速機の出力軸と一体回転するカウンタドライブギヤと、そのカウンタドライブギヤに噛合するとともに前記カウンタ軸と一体回転するカウンタドリブンギヤとから構成されているとともに、前記ロータは、前記出力側係合部材と一体回転する電動機ドリブンギヤを介して前記出力側係合部材に動力伝達可能に連結されていて、前記カウンタドライブギヤを支持するカウンタドライブギヤ支持軸受と、前記電動機ドリブンギヤを支持する電動機ドリブンギヤ支持軸受とが、それらの少なくとも一部が軸方向において互いに重なるように配置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である。

そして、請求項３の発明は、内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、複数の変速段形成用入力クラッチをそれぞれ係合もしくは解放することにより変速比が異なる複数の変速段を設定するとともに、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、前記複数の変速段形成用入力クラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されていて、それら複数の変速段形成用入力クラッチのうち、前記自動変速機で変速比が最大となる最低速段を設定する際に係合する最低速段形成用入力クラッチの出力側係合部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結されて、前記自動変速機で変速比が最小となる最高速段、もしくは前記動力の回転方向を反転して出力する後進段を設定して走行する際に、前記内燃機関の回転数を制限し、前記自動変速機の出力部材は、前記自動変速機の出力軸に対して平行に配置されたカウンタ軸と、前記自動変速機の出力軸と一体回転するカウンタドライブギヤと、そのカウンタドライブギヤに噛合するとともに前記カウンタ軸と一体回転するカウンタドリブンギヤとから構成されているとともに、前記ロータは、前記出力側係合部材と一体回転する電動機ドリブンギヤを介して前記出力側係合部材に動力伝達可能に連結されていて、前記カウンタドライブギヤを支持するカウンタドライブギヤ支持軸受と、前記電動機ドリブンギヤを支持する電動機ドリブンギヤ支持軸受とが、それらの少なくとも一部が軸方向において互いに重なるように配置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である。

請求項１の発明によれば、電動機の入出力軸すなわちロータが、自動変速機の各変速段形成用のクラッチのうち、第１クラッチの出力側係合部材に連結された自動変速機の入力部材に動力伝達可能に連結されてハイブリッド車の駆動装置が構成される。これら各変速段形成用のクラッチは、一般的な自動変速機において従来より用いられているものであり、したがって、従来構成の自動変速機に対して特別なクラッチやブレーキなどを新たに設けることなく、すなわち、従来の自動変速機の基本的な構成をほとんど変更することなく、自動変速機に電動機を組み付けたハイブリッド車の駆動装置を容易に構成することができる。

また、電動機をモータとして機能させて発生させた動力で車両を走行させるモータ走行時、あるいは駆動輪側からの入力により電動機を駆動させて電動機を発電機として機能させる回生走行時には、各変速段形成用のクラッチを全て解放することにより、自動変速機の入力部材すなわち電動機のロータと、内燃機関の出力軸との間の動力の伝達を遮断することができる。そのため、電動機で発生させたトルクあるいは電動機を駆動するトルクによって内燃機関が駆動してしまういわゆる連れ回り（もしくは引き摺り）の発生を回避して、内燃機関の連れ回りによる引き摺り損失を低減することができる。

さらに、電動機のロータすなわち電動機の入出力軸が、自動変速機の第１クラッチの出力側係合部材すなわち自動変速機の入力部材に動力伝達可能に連結されていることにより、電動機と出力部材との間の変速比を自動変速機で適宜に設定することができる。そのため、電動機によるモータ走行時もしくは回生走行時に、電動機で発生させたトルクを適切に変速して駆動輪側へ伝達すること、あるいは駆動輪側からのトルクを適切に変速して電動機へ伝達することができ、電動機によるモータ走行および回生走行を効率良く行うことができる。

また、自動変速機の出力軸の回転数よりも電動機の回転数が高くなる最高速段もしくは後進段が設定されて走行する場合、例えば内燃機関のトルクダウン制御が行われることなどによって内燃機関の回転数が制限される。そのため、自動変速機で最高速段もしくは後進段が設定されて電動機の回転数が高くなる場合に、内燃機関の回転数を制限することによって、電動機の回転数の上昇を抑制することができる。

また、請求項２の発明によれば、従来の自動変速機の基本的な構成に追加されて設置される電動機ドリブンギヤ支持軸受が、既存のカウンタドライブギヤ支持軸受に対して、軸方向でオーバーラップする位置に配置される。そのため、電動機を組み付けた自動変速機の軸方向の体格を小型化すること、もしくは従来構成の自動変速機に電動機を組み付けることによる軸方向の体格の増大を抑制することができる。

また、請求項３の発明によれば、従来の自動変速機の基本的な構成に追加されて設置される電動機ドリブンギヤ支持軸受が、既存のカウンタドライブギヤ支持軸受に対して、軸方向でオーバーラップする位置に配置される。そのため、電動機を組み付けた自動変速機の軸方向の体格を小型化すること、もしくは従来構成の自動変速機に電動機を組み付けることによる軸方向の体格の増大を抑制することができる。

つぎに、この発明を図を参照して具体的に説明する。図１は、この発明に係るハイブリッド車の駆動装置の第１の構成例を示すスケルトン図であり、ここに示す例は、動力源としての内燃機関１および電動機２と、それら内燃機関１の出力した動力および電動機２の出力した動力を変速してデファレンシャル４を介して駆動輪（図示せず）に伝達する自動変速機３とを備えている。

内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、ここに示す例では、スロットル開度などの負荷を電気的に制御することが可能な電子スロットルバルブ５を備えていて、所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。以下、内燃機関１をエンジン１と記す。

電動機２は、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機であり、ここに示す例は、モータとしての機能と発電機としての機能を兼ね備えたモータ・ジェネレータ２である。

自動変速機３は、変速比の異なる４つの前進段と、１つの後進段とを設定できる有段式の自動変速機であり、その基本的な構成は公知の自動変速機と同様の構成である。具体的には、エンジン１の出力軸６が、ロックアップクラッチ７を備えたトルクコンバータ８と、トルクコンバータ８のタービンランナ９と一体回転する中間軸１０と、後述する第１クラッチＣ１および第２クラッチＣ２ならびに第３クラッチＣ３とを介して自動変速機３に連結されている。

上記の中間軸１０と同一軸線上に、第１遊星歯車機構１１と第２遊星歯車機構１２とが配列されている。これらの遊星歯車機構１１，１２は、それぞれサンギヤ１３，１４と、サンギヤ１３，１４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１５，１６と、それらのサンギヤ１３，１４およびリングギヤ１５，１６に噛合したピニオンギヤを保持しているキャリア１７，１８とを３要素とするシングルピニオン型の遊星歯車機構である。

これらの遊星歯車機構１１，１２のうち図１の右側の第１遊星歯車機構１１のキャリア１７と左側の第２遊星歯車機構１２のリングギヤ１６とが一体回転するように連結されており、また第１遊星歯車機構１１のリングギヤ１５と第２遊星歯車機構１２のキャリア１８とが一体回転するように連結されている。したがってこれら第１遊星歯車機構１１および第２遊星歯車機構１２のキャリア１７，１８とリングギヤ１５，１６とが上記のように連結されていること、すなわち、シングルピニオン型の遊星歯車機構１１，１２が、いわゆるＣＲ−ＣＲ結合されていることにより、これら一体化されたキャリア１７およびリングギヤ１６と、キャリア１８およびリングギヤ１５と、サンギヤ１３と、サンギヤ１４との合計４つの回転要素を有するように構成されている。

これらの回転要素のうち第１遊星歯車機構１１のサンギヤ１３に中間軸１０を選択的に連結する多板式のクラッチである第１クラッチＣ１が設けられている。また、第２遊星歯車機構１２のサンギヤ１４に中間軸１０を選択的に連結する多板式のクラッチである第２クラッチＣ２が設けられている。そして、その第２クラッチＣ２を挟んで第２遊星歯車機構１２とは反対側に、第２遊星歯車機構１２のキャリア１８に中間軸１０を選択的に連結する多板式のクラッチである第３クラッチＣ３が設けられている。

具体的には、上記の各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ、互いに係合し合う入力側係合部材Ｃ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ３ａと出力側係合部材Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ，Ｃ３ｂとから構成されていて、各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３の入力側係合部材Ｃ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ３ａが、いずれも、トルクコンバータ８および中間軸１０を介してエンジン１の出力軸６に連結されている。一方、第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂが、この発明における自動変速機３の入力部材である第１入力軸１９、およびその第１入力軸１９を介して第１遊星歯車機構１１のサンギヤ１３に連結されている。また、第２クラッチＣ２の出力側係合部材Ｃ２ｂが、この発明における自動変速機３の入力部材である第２入力軸２０、およびその第２入力軸２０を介して第２遊星歯車機構１２のサンギヤ１４に連結されている。そして、第３クラッチＣ３の出力側係合部材Ｃ３ｂが、この発明における自動変速機３の入力部材である第３入力軸２１、およびその第３入力軸２１を介して第２遊星歯車機構１２のキャリア１８に連結されている。

上記の各入力軸１９，２０，２１は、いずれも中空軸構造となっていて、第１入力軸１９および第２入力軸２０が、上記の中間軸１０の外周側に、それぞれ回転自在に嵌合されている。さらに、その第２入力軸２０の外周側に、第３入力軸２１が回転自在に嵌合されている。

また、ブレーキ手段として、第２遊星歯車機構１２のサンギヤ１４の回転を選択的に規制する多板式のブレーキである第１ブレーキＢ１が、そのサンギヤ１４とケーシング２２との間に設けられている。また、互いに一体化された第１遊星歯車機構１１のリングギヤ１５および第２遊星歯車機構１２のキャリア１８の回転を選択的に規制する多板式のブレーキである第２ブレーキＢ２が、これらリングギヤ１５およびキャリア１８とケーシング２２との間に設けられている。そして、この第２ブレーキＢ２と並列に一方向クラッチＦ１が設けられている。

さらに、上記のようにＣＲ−ＣＲ結合された各遊星歯車機構１１，１２の出力要素であって、互いに一体化された第１遊星歯車機構１１のキャリア１７および第２遊星歯車機構１２のリングギヤ１６には、自動変速機３の出力軸２３を介してカウンタドライブギヤ２４が取り付けられている。すなわち、自動変速機の出力軸２３に、カウンタドライブギヤ２４が、その出力軸２３と一体回転するように取り付けられている。

なお、上述した各構成部材の配列について説明すると、第１遊星歯車機構１１と第２遊星歯車機構１２とは互いに隣接して配置され、その第１遊星歯車機構１１とトルクコンバータ８との間に第１クラッチＣ１が配置され、その第１クラッチＣ１と第１遊星歯車機構１１との間にカウンタドライブギヤ２４が配置されている。これに対して、第２クラッチＣ２および第３クラッチＣ３は、各遊星歯車機構１１，１２を挟んで第１クラッチＣ１とは反対側に配置されており、その第２クラッチＣ２および第３クラッチＣ３と、第２遊星歯車機構１２との間に一方向クラッチＦ１が配置されている。

上述した中間軸１０および自動変速機３の出力軸２３と平行に、すなわち各遊星歯車機構１１，１２の中心軸線と平行に、カウンタ軸２５が配置されている。そのカウンタ軸２５の図１における左側の端部、すなわち各遊星歯車機構１１，１２側の端部に、カウンタドリブンギヤ２６がカウンタ軸２５と一体回転するように取り付けられており、このカウンタドリブンギヤ２６は、前記のカウンタドライブギヤ２４に噛合している。また、カウンタ軸２５の図１における右側の端部、すなわちトルクコンバータ８側の端部に、出力ギヤ２７が取り付けられており、この出力ギヤ２７は、ディファレンシャル４におけるリングギヤ２８に噛合している。

したがって、上記のように、自動変速機３の出力軸２３からデファレンシャル４へ至る動力伝達経路の一部を形成しているカウンタドライブギヤ２４およびカウンタ軸２５ならびにカウンタドリブンギヤ２６が、この発明における自動変速機３の出力部材を構成している。

そして、この発明に係るハイブリッド車の駆動装置では、上記のように構成された自動変速機３に対してモータ・ジェネレータ２が連結されている。具体的には、モータ・ジェネレータ２は、図１における左右方向、すなわちエンジン１および自動変速機３の軸方向において、エンジン１と重ならない位置に配置されている。そして、モータ・ジェネレータ２のロータ２９と一体回転するロータ軸３０の先端、すなわち図１における左側の端部に、電動機ドライブギヤ３１がロータ軸３０と一体回転するように取り付けられており、この電動機ドライブギヤ３１が、電動機アイドラギヤ３２を介して、電動機ドリブンギヤ３３に噛合している。そしてこの電動機ドリブンギヤ３３が、自動変速機３の第１入力軸１９に、その第１入力軸１９と一体回転するように取り付けられている。

すなわち、モータ・ジェネレータ２は、ロータ軸３０と電動機ドライブギヤ３１と電動機アイドラギヤ３２と電動機ドリブンギヤ３３とを介して、自動変速機３の入力部材である第１入力軸１９に連結されている。言い換えると、モータ・ジェネレータ２のロータ２８は、電動機ドリブンギヤ３３を介して、第１入力軸１９すなわち第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂに動力伝達可能に連結されている。

このように、この発明に係るハイブリッド車の駆動装置は、モータ・ジェネレータ２のロータ２９を、電動機ドリブンギヤ３３を介して、自動変速機３の第１入力軸１９および第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂに動力伝達可能に連結することにより構成される。第１クラッチＣ１は、従来の一般的な自動変速機の構成において用いられているものであり、したがって、従来の自動変速機の基本的な構成をほとんど変更することなく、自動変速機３にモータ・ジェネレータ２を組み付けたハイブリッド車の駆動装置を容易に構成することができる。

また、上記のように自動変速機３に連結されたモータ・ジェネレータ２の、エンジン１および自動変速機３の軸方向と垂直な平面方向における配置を図２に示してある。図２は、エンジン１およびモータ・ジェネレータ２ならびに自動変速機３が車両に搭載された状態での、それらエンジン１およびモータ・ジェネレータ２ならびに自動変速機３の配置を、それらの軸方向と垂直な平面上に示した図である。すなわち、モータ・ジェネレータ２は、カウンタドライブギヤ２４およびカウンタ軸２５ならびにカウンタドリブンギヤ２６より構成される自動変速機３の出力部材よりも上方、すなわち図１における上側で、かつ、自動変速機３のケーシング２２とエンジン１との連結部分３４の外周側に配置されている。

このように、モータ・ジェネレータ２が、エンジン１および自動変速機３の軸方向と垂直な平面方向において、自動変速機３の出力部材の上方で、かつ自動変速機３とエンジン１との連結部分３４の外周側に配置され、また上述したように、エンジン１および自動変速機３の軸方向において、モータ・ジェネレータ２とエンジン１とが互いに重ならない位置に配置されることによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ２との干渉、およびエンジン１および自動変速機３の連結部分３４とモータ・ジェネレータ２との干渉を回避し、自動変速機３とモータ・ジェネレータ２との組み付け、および自動変速機３とエンジン１との組み付けを容易に行うことができる。

上述したモータ・ジェネレータ２および自動変速機３の構成の一部を更に具体的に示した例を、図３に断面図として示してある。図３において、自動変速機３の出力軸２３と一体回転するように固定されたカウンタドライブギヤ２４が、この発明におけるカウンタドライブギヤ支持軸受である軸受３５により、ケーシング２２に対して支持されている。また、自動変速機３の第１入力軸１９および第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂと一体回転するように固定された電動機ドリブンギヤ３３が、この発明における電動機ドリブンギヤ支持軸受である軸受３６により、電動機ドリブンギヤ３３および第１入力軸１９および出力側係合部材Ｃ１ｂが出力軸２３と相対回転可能なように支持されている。

そして、これら軸受３５と軸受３６とは、自動変速機３の軸方向において、互いに重なり合う（オーバーラップする）位置に配置されている。そのため、自動変速機３にモータ・ジェネレータ２を組み付けることによる自動変速機３の軸方向の長大化を回避することができる。

上述した自動変速機２では、前進４段・後進１段の変速段を設定することができ、そのための各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３、および各ブレーキＢ１，Ｂ２の係合・解放状態を、図４の作動係合表に示してある。図４において、○印は係合状態を示し、×印は解放状態を示し、△印は変速時には係合状態であることを示す。またＰはパーキングレンジ、Ｎはニュートラルレンジ、Ｒはリバースリンジをそれぞれ示している。

この自動変速機３での変速比が最大となる最低速段である前進第１速は、第１クラッチＣ１を係合させることに伴って一方向クラッチＦ１が係合することによって設定される。すなわち、この第１速では、第１クラッチＣ１が係合させられて第１遊星歯車機構１１のサンギヤ１３が中間軸１０と共に回転すると、キャリア１７に負荷がかかっていることによりリングギヤ１５が逆回転しようとするため、一方向クラッチＦ１が係合する。したがって、リングギヤ１５を固定した状態でサンギヤ１３が中間軸１０と共に回転するため、キャリア１７およびこれと一体のカウンタドライブギヤ２４が、中間軸１０に対して減速させられて正回転する。そして、カウンタドライブギヤ２４からカウンタドリブンギヤ２６に伝達された駆動力が、カウンタ軸２５および出力ギヤ２７を経てディファレンシャル４に伝達される。

上記のように、第１クラッチＣ１は、自動変速機３で変速比が最大となる第１速を設定する際に係合させられる変速段形成用の入力クラッチであり、したがって、この第１クラッチＣ１が、この発明における最低速段形成用入力クラッチを構成している。

なお、駆動状態の第１速は、一方向クラッチＦ１が係合して設定されるので、エンジンブレーキを効かせる場合には、その一方向クラッチＦ１と並列に設けてある第２ブレーキＢ２を係合させる。

第２速は、第１速の状態から第１ブレーキＢ１を係合させることにより設定される。すなわち、第１速の状態で逆回転していた第２遊星歯車機構１２のサンギヤ１４の回転を第１ブレーキＢ１によって規制することにより設定する。したがって第１遊星歯車機構１１のリングギヤ１５およびこれと一体の第２遊星歯車機構１２のキャリヤ１８がゆっくり正回転するので、出力要素である第１遊星歯車機構１１のキャリア１７および第２遊星歯車機構１２のリングギヤ１６が、第１速の場合より高回転数で正回転する。

したがって、第１速から第２速のアップシフトは、第１ブレーキＢ１の係合に伴って一方向クラッチＦ１が解放することにより達成される。そのため、トルク変動の大きい変速であっても円滑な変速を行うことができ、また変速制御も容易である。

第３速は、第１遊星歯車機構１１と第２遊星歯車機構１２とをいわゆる直結状態とすることにより設定されるもので、第１および第３のクラッチＣ１，Ｃ３を係合させて設定される。すなわち、上記の第１速および第２速の状態から、第２クラッチＣ２に替えて第３クラッチＣ３を係合させる。これは、第１遊星歯車機構１１の２つの要素すなわちサンギヤ１３とリングギヤ１５とを中間軸１０に直接連結することにより、トルクの伝達効率を向上させるためである。なお、その場合、第２クラッチＣ２を併せて係合させてもよい。

第４速は、第３クラッチＣ３と第１ブレーキＢ１とを係合させて第１遊星歯車機構１１および第２遊星歯車機構１２をオーバードライブ状態として設定される。すなわち、第２遊星歯車機構１２では、サンギヤ１４を第１ブレーキＢ１で固定した状態でキャリヤ１８を中間軸１０に連結することになるため、リングギヤ１６およびこれに連結してあるカウンタドライブギヤ２４が中間軸１０に対して増速されて正回転する。そして、このカウンタドライブギヤ２４からカウンタドリブンギヤ２６に伝達された駆動力が出力ギヤ２７からディファレンシャル４に出力される。

一方、後進段は、第２クラッチＣ２と第２ブレーキＢ２とを係合させて設定する。したがって、第２遊星歯車機構１２においては、キャリヤ１８を固定した状態でサンギヤ１４が中間軸１０と共に回転するので、リングギヤ１６およびこれと一体のカウンタドライブギヤ２４が中間軸１０に対して減速されて逆回転する。そして、カウンタドリブンギヤ２６に伝達された駆動力は更に減速されて出力ギヤ２７からディファレンシャル４に出力される。

上記のように、各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、自動変速機３で変速比が異なる各変速段を設定する際に係合もしくは解放させられるクラッチであり、したがって、これら各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３が、この発明における複数の変速段形成用入力クラッチを構成している。

そして、この発明に係るハイブリッド車の駆動装置では、モータ・ジェネレータ２をモータとして機能させて発生させた動力により車両を走行させるモータ走行時、あるいは、惰力走行や降坂路での走行などの際に駆動輪側からの入力によりモータ・ジェネレータ２を駆動させてモータ・ジェネレータ２を発電機として機能させる回生走行時に、自動変速機３の変速段形成用入力クラッチである各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３を全て解放状態にすることにより、自動変速機３とエンジン１との間の動力の伝達を遮断することができる。そのため、モータ走行時や回生走行時におけるエンジン１の引き摺りによる損失の発生を回避して、モータ・ジェネレータ２によるモータ走行および回生走行を効率良く行うことができる。

また、モータ・ジェネレータ２のロータ２９が、上記のように第１速ないし第３速をそれぞれ設定する際に係合される第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂに動力伝達可能に連結されていることにより、モータ・ジェネレータ２で発生させた動力を第１速ないし第３速の複数の変速段に適宜に変速することができる。あるいは、駆動輪側から自動変速機３を介してモータ・ジェネレータ２へ入力されるトルクを第１速ないし第３速の複数の変速段に適宜に変速することができる。そのため、モータ走行時や回生走行時に、モータ・ジェネレータ２と駆動輪との間で伝達される動力を、適切に変速して伝達することができる。

さらに、前述したように、この発明におけるエンジン１は、スロットル開度を電気的に制御することが可能な電子スロットルバルブ５を備えていて、例えば、図５の共線図に示すように、自動変速機３の出力軸２３の回転数よりもモータ・ジェネレータ２の回転数が高くなる第４速（すなわちこの自動変速機３での最高速段）、もしくは後進段が設定されて走行する場合に、エンジン１のトルクダウン制御が行われ、エンジン１の出力回転数が制限される。そのため、自動変速機３で最高速段や後進段が設定されてモータ・ジェネレータ２の回転数が高くなる場合に、エンジン１の回転数を制限して、モータ・ジェネレータ２の回転数の上昇を抑制することができる。

図６は、この発明に係るハイブリッド車の駆動装置の第２の構成例を示すスケルトン図である。この図６に示す第２の構成例における自動変速機３は、上述した第１の構成例における自動変速機３の構成に対して、第３クラッチＣ３が省かれるとともに、出力ギヤ２７の中心軸線と同一軸線上に新たな遊星歯車機構が設けられた構成となっている。したがって図６において、その他の構成は図１に示す構成と同様であるから、図６に図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６において、上述した中間軸１０と平行に、すなわち各遊星歯車機構１１，１２の中心軸線と平行に、第１カウンタ軸３７が配置されている。そして、この第１カウンタ軸３７と同一軸線上に第３遊星歯車機構３８が配置されている。この第３遊星歯車機構３８は、サンギヤ３９と、サンギヤ３９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４０と、これらサンギヤ３９とリングギヤ４０とに噛合したピニオンギヤを保持しているキャリア４１とを３要素とするシングルピニオン型の遊星歯車機構である。

この第３遊星歯車機構３８に隣接して、中空軸である第２カウンタ軸４２と、その第２カウンタ軸カ４２に一体回転するように取り付けられたカウンタドリブンギヤ４３とが、カウンタ軸３７に対して回転自在にかつ同一軸線上に配置されており、このカウンタドリブンギヤ４３は、前記のカウンタドライブギヤ２４に噛合している。そしてこのカウンタドリブンギヤ４３および第２カウンタ軸４２に、第３遊星歯車機構３８のリングギヤ４０が一体回転するように連結され、またキャリア４１が第１カウンタ軸３７に一体回転するよう連結されている。

第３遊星歯車機構３８の３要素のうちサンギヤ３９とキャリア４１とを選択的に連結する多板式のクラッチであるクラッチＣ０が、これら両者の間に設けられている。またそのサンギヤ３９の回転を選択的に規制する多板式のブレーキであるブレーキＢ０が、このサンギヤ３９とケーシング２２との間に配置されている。さらにこのブレーキＢ０と並列に一方向クラッチＦ０が、サンギヤ３９とケーシング２２との間に配置されている。そして、第１カウンタ軸３７の図６における右側の端部、すなわちトルクコンバータ８側の端部に前記の出力ギヤ２７が取り付けられている。

この第２の構成例における自動変速機３においても、前述の第１の構成例における自動変速機３の構成と同様に、自動変速機３に対して、モータ・ジェネレータ２のロータ２８が、電動機ドリブンギヤ３３を介して、第１入力軸１９すなわち第１クラッチＣ１の出力側係合部材Ｃ１ｂに動力伝達可能に連結されている。したがって、この第２の構成例においても、従来の自動変速機の基本的な構成をほとんど変更することなく、自動変速機３にモータ・ジェネレータ２を組み付けたハイブリッド車の駆動装置を容易に構成することができる。

また、この第２の構成例における自動変速機３においても、前述の第１の構成例における自動変速機３の構成と同様に、前進４段・後進１段の変速段を設定することができる。そのための各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ０、および各ブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ０の係合・解放状態を、図７の作動係合表に、また、各回転部材の回転状態を、図８の共線図に示してある。

前述の第１の構成例と同様に、前進第１速は、第１クラッチＣ１を係合させることに伴って一方向クラッチＦ１が係合し、また、第１カウンタ軸３７では、ブレーキＢ０もしくは一方向クラッチＦ０を係合させることによって設定される。すなわち第１クラッチＣ１が係合させられて第１遊星歯車機構１１のサンギヤ１３が中間軸１０と共に回転すると、キャリヤ１７に負荷がかかっていることによりリングギヤ１５が逆回転しようとするので、一方向クラッチＦ１が係合する。したがって、リングギヤ１５を固定した状態でサンギヤ１３が中間軸１０と共に回転するので、キャリヤ１７およびこれと一体のカウンタドライブギヤ２４が、中間軸１０に対して減速させられて正回転する。

一方、第３遊星歯車機構３８は、ブレーキＢ０が係合してサンギヤ３９が固定されており、これに対してリングギヤ４０がカウンタドリブンギヤ４３に連結されて入力要素となっているから、第３遊星歯車機構３８はアンダードライブ状態となっている。したがって、カウンタドライブギヤ２４からカウンタドリブンギヤ４３に伝達された駆動力は、第３遊星歯車機構３８で減速されて第１カウンタ軸３７および出力ギヤ２７を経てディファレンシャル４に伝達される。

したがって、駆動状態の第１速は一方向クラッチＦ１が係合して設定されるので、エンジンブレーキを効かせる場合には、その一方向クラッチＦ１と並列に設けてある第２ブレーキＢ２を係合させる。

第２速は、第１速の状態から第１ブレーキＢ１を係合させることにより設定される。すなわち第１速の状態で逆回転していた第２遊星歯車機構１２のサンギヤ１４の回転を第１ブレーキＢ１によって規制することにより設定する。したがって、第１遊星歯車機構１１のリングギヤ１５およびこれと一体の第２遊星歯車機構１２のキャリヤ１８がゆっくり正回転するので、出力要素である第１遊星歯車機構１１のキャリヤ１７および第２遊星歯車機構１２のリングギヤ１６が、第１速の場合より高回転数で正回転する。なお、第３遊星歯車機構３８は上述したアンダードライブ状態に維持される。

第３速は、第２速の状態で第１ブレーキＢ１を解放するとともに、第２クラッチＣ２を係合させることによって設定される。したがって、この第３速では、第１および第２の遊星歯車機構１１，１２のサンギヤ１３，１４が共に中間軸１０に連結されるので、これらの遊星歯車機構１１，１２の全体およびカウンタドライブギヤ２４が、中間軸１０と一体となって回転する。すなわち第１遊星歯車機構１１および第２遊星歯車機構１２はいわゆる直結状態となる。また第３遊星歯車機構３８は、上記の第１速および第２速の場合と同様にアンダードライブ状態に維持される。

第４速は、上記の第３速の状態で第３遊星歯車機構３８側のブレーキＢ０を解放するとともにクラッチＣ０を係合させて設定する。すなわちクラッチＣ０を係合させて第３遊星歯車機構３８のキャリヤ４１とサンギヤ３９を連結することにより、第３遊星歯車機構３８をアンダードライブ状態から直結状態に切り換える。換言すれば、第３遊星歯車機構３８でアップシフトを行う。その場合、第３遊星歯車機構３８のアンダードライブ状態は、駆動状態（パワーオン状態）であれば、一方向クラッチＦ０が係合してサンギヤ３９の逆回転を阻止することにより設定されるから、ブレーキＢ０をアップシフトに先立って解放させておくことにより、クラッチＣ０の係合に伴って一方向クラッチＦ０が解放されてアップシフトが達成される。

一方、後進段は、第２クラッチＣ２と第２ブレーキＢ２と第３遊星歯車機構３８側のブレーキＢ０との三者を係合させて設定する。したがって、第２遊星歯車機構１２においては、キャリヤ１８を固定した状態でサンギヤ１４が中間軸１０と共に回転するので、リングギヤ１６およびこれと一体のカウンタドライブギヤ２４が中間軸１０に対して減速されて逆回転する。また第３遊星歯車機構３８はサンギヤ３９がブレーキＢ０によって固定されていることによりアンダードライブ状態になっており、カウンタドリブンギヤ４３に伝達された駆動力は更に減速されて出力ギヤ２７からディファレンシャル４に出力される。

そして、この第２の構成例においても、前述の第１の構成例と同様に、モータ走行時や回生走行時におけるエンジン１の引き摺りによる損失の発生を回避して、モータ・ジェネレータ２によるモータ走行および回生走行を効率良く行うことができる。また、モータ走行時や回生走行時に、モータ・ジェネレータ２と駆動輪との間で伝達される動力を、適切に変速して伝達することができる。さらに、自動変速機３で最高速段や後進段が設定されてモータ・ジェネレータ２の回転数が高くなる場合に、エンジン１の回転数を制限して、モータ・ジェネレータ２の回転数の上昇を抑制することができる。

この発明に係る駆動装置の第１の構成例を模式的に示すスケルトン図である。この発明に係る駆動装置の軸方向と垂直な平面方向における各部材の配置の一例を模式的に示す図である。この発明に係る駆動装置の具体的な構成を示す断面図である。この発明に係る駆動装置の第１の構成例での各変速段を設定するための各係合装置の係合・解放状態を示す図表である。この発明に係る駆動装置の第１の構成例での各変速段における運転状態を示す共線図である。この発明に係る駆動装置の第２の構成例を模式的に示すスケルトン図である。この発明に係る駆動装置の第２の構成例での各変速段を設定するための各係合装置の係合・解放状態を示す図表である。この発明に係る駆動装置の第２の構成例での各変速段における運転状態を示す共線図である。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、２…モータ・ジェネレータ（電動機）、３…自動変速機、５…電子スロットルバルブ、６…出力軸（内燃機関の出力軸）、１１，１２，３８…遊星歯車機構、１９，２０，２１…入力軸（入力部材）、２２…ケーシング、２３…出力軸（自動変速機の出力軸）、２４…カウンタドライブギヤ、２５，４２…カウンタ軸、２６…カウンタドリブンギヤ、２９…ロータ（電動機のロータ）、３１…電動機ドライブギヤ、３２…電動機アイドラギヤ、３３…電動機ドリブンギヤ、３４…連結部分、３５…軸受（カウンタドライブギヤ支持軸受）、３６…軸受（電動機ドリブンギヤ支持軸受）、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…クラッチ（変速段形成用入力クラッチ）、Ｃ１…第１クラッチ（最低速段形成用入力クラッチ）、Ｃ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ３ａ…入力側係合部材、Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ，Ｃ３ｂ…出力側係合部材。

Claims

内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備え、前記自動変速機は、入力要素もしくは反力要素になる複数の回転要素と出力要素になる一つの回転要素との四つの回転要素を形成するように構成されている遊星歯車機構と、前記入力要素になる回転要素を内燃機関に連結する複数の変速段形成用のクラッチと、前記反力要素になる回転要素を固定するブレーキ手段とによって複数の変速段を設定するように構成されているハイブリッド車の駆動装置において、
前記複数の変速段形成用のクラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記入力要素になる回転要素と連結されている前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されているとともに、前記複数の変速段のうち最低速段を含む複数の前進段を設定する際に係合する第１クラッチを含み、
前記第１クラッチの出力側係合部材に連結された前記自動変速機の入力部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結され、
前記自動変速機で変速比が最小となる最高速段、もしくは前記動力の回転方向を反転して出力する後進段を設定して走行する際に、前記内燃機関の回転数を制限して、前記電動機の回転数の上昇を抑制するように構成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。
内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、複数の変速段形成用入力クラッチをそれぞれ係合もしくは解放することにより変速比が異なる複数の変速段を設定するとともに、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、
前記複数の変速段形成用入力クラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されていて、
それら複数の変速段形成用入力クラッチのうち、前記自動変速機で変速比が最大となる最低速段を設定する際に係合する最低速段形成用入力クラッチの出力側係合部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結されて、
前記自動変速機の出力部材は、前記自動変速機の出力軸に対して平行に配置されたカウンタ軸と、前記自動変速機の出力軸と一体回転するカウンタドライブギヤと、そのカウンタドライブギヤに噛合するとともに前記カウンタ軸と一体回転するカウンタドリブンギヤとから構成されているとともに、
前記ロータは、前記出力側係合部材と一体回転する電動機ドリブンギヤを介して前記出力側係合部材に動力伝達可能に連結されていて、
前記カウンタドライブギヤを支持するカウンタドライブギヤ支持軸受と、前記電動機ドリブンギヤを支持する電動機ドリブンギヤ支持軸受とが、それらの少なくとも一部が軸方向において互いに重なるように配置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。
内燃機関と、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機と、複数の変速段形成用入力クラッチをそれぞれ係合もしくは解放することにより変速比が異なる複数の変速段を設定するとともに、前記内燃機関および電動機の動力を変速して出力部材から出力する自動変速機とを備えたハイブリッド車の駆動装置において、
前記複数の変速段形成用入力クラッチは、それぞれ、互いに係合する前記内燃機関の出力軸に連結された入力側係合部材と前記自動変速機の入力部材に連結された出力側係合部材とから構成されていて、
それら複数の変速段形成用入力クラッチのうち、前記自動変速機で変速比が最大となる最低速段を設定する際に係合する最低速段形成用入力クラッチの出力側係合部材に、前記電動機のロータが動力伝達可能に連結されて、
前記自動変速機で変速比が最小となる最高速段、もしくは前記動力の回転方向を反転して出力する後進段を設定して走行する際に、前記内燃機関の回転数を制限し、
前記自動変速機の出力部材は、前記自動変速機の出力軸に対して平行に配置されたカウンタ軸と、前記自動変速機の出力軸と一体回転するカウンタドライブギヤと、そのカウンタドライブギヤに噛合するとともに前記カウンタ軸と一体回転するカウンタドリブンギヤとから構成されているとともに、
前記ロータは、前記出力側係合部材と一体回転する電動機ドリブンギヤを介して前記出力側係合部材に動力伝達可能に連結されていて、
前記カウンタドライブギヤを支持するカウンタドライブギヤ支持軸受と、前記電動機ドリブンギヤを支持する電動機ドリブンギヤ支持軸受とが、それらの少なくとも一部が軸方向において互いに重なるように配置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。