ハイブリッド駆動装置

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【発明の名称】	ハイブリッド駆動装置
【発明者】	【氏名】長島伸幸【氏名】多賀豊【氏名】森沢邦夫【氏名】梅山光広【氏名】伊藤寛
【要約】	【課題】充電量が少ない場合であっても充分なトルクで後進走行の可能なハイブリッド駆動装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の出力部材２と電力によって動作してトルクを出力する電動機６の出力部材９とに連結されかつ電動機６によるトルクを制御することにより内燃機関１が出力するトルクを増幅して出力するトルク増幅機構１２と、そのトルク増幅機構１２と出力軸３４との間に配置され、トルク増幅機構１２側から入力されるトルクを増減速して出力する無段変速機２１とを備えたハイブリッド駆動装置であって、前記トルク増幅機構１２と出力軸３４との間に設けられ、入力されたトルクを反転せずに出力する前進状態と入力されたトルクを反転して出力する後進状態とに設定可能な前後進切換機構２９を備えている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関の出力部材と電力によって動作してトルクを出力する電動機の出力部材とに連結されかつ電動機によるトルクを制御することにより内燃機関が出力するトルクを増幅して出力するトルク増幅機構と、そのトルク増幅機構と出力軸との間に配置され、トルク増幅機構側から入力されるトルクを増減速して出力する無段変速機とを備えたハイブリッド駆動装置において、前記トルク増幅機構と出力軸との間に設けられ、入力されたトルクを反転せずに出力する前進状態と入力されたトルクを反転して出力する後進状態とに設定可能な前後進切換機構を備えていることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
【請求項２】前記無段変速機が、回転中心軸線が相互に平行になるように配置された駆動側部材と従動側部材とを備え、前記電動機と内燃機関とトルク増幅機構とが前記駆動側部材と同一軸線上に配置され、かつ前記前後進切換機構が前記従動側部材と同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項３】前記前後進切換機構が、入力トルクと出力トルクとの方向が同一の前進状態と入力トルクと出力トルクとの方向が反対の後進状態とを設定可能な歯車機構と、その歯車機構を前進状態に設定する第１の係合装置と、前記歯車機構を後進状態に設定する第２の係合装置とを備え、これらの係合装置が前記従動側部材と同一軸線上でかつ従動側部材を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド駆動装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とモータやモータ・ジェネレータなどの電力によって動作してトルクを出力する電動機とを動力源として備えたハイブリッド駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように内燃機関は、不可避的に排ガスを生じる。その排ガスの成分や量は、内燃機関の運転状態に依存し、一般的な傾向としてスロットル開度を増大した高負荷運転時には排ガスの清浄度が低下しやすく、また燃費も低下しやすい。これに対して最近では、内燃機関を搭載した車両の排ガスに対する清浄度の要求が高くなってきており、このような要望に応えるべくハイブリッド駆動装置が開発されている。
【０００３】ハイブリッド駆動装置は、内燃機関と電動機とを動力源として備えた駆動装置であって、基本的には、内燃機関は最も効率の良い状態で運転し、それ以外の走行状態では、電動機を使用するように構成されている。したがってハイブリッド駆動装置は、電流によってトルクを制御できる電動機を備えているので、内燃機関のみを動力源とした従来の車両におけるような変速装置は用いられていなかったが、いわゆるパラレルハイブリッド形式のように、内燃機関を発電用の動力源のみとしてではなく走行用の動力源としても使用するハイブリッド駆動装置では、変速装置を搭載するようになってきている。またさらに、内燃機関のトルクと電動機のトルクとを遊星歯車機構などの単一の変速機構に入力し、内燃機関の出力トルクを増幅して出力するように構成した装置も開発されている。
【０００４】その一例が、特開平９－３７４１１号公報に記載されている。この公報に記載された装置は、遊星歯車機構のリングギヤにクラッチを介して内燃機関を連結するとともに、サンギヤにモータ・ジェネレータを連結し、またキャリヤに出力部材を連結し、さらにリングギヤを選択的に固定するブレーキと、サンギヤとリングギヤとを選択的に連結するクラッチとを備えている。またこの公報に記載されたハイブリッド駆動装置は、遊星歯車機構の出力側に配置した無段変速機を備えている。
【０００５】したがって上記の公報に記載されたハイブリッド駆動装置においては、遊星歯車機構のリングギヤに内燃機関の動力を入力する一方、サンギヤにモータ・ジェネレータのトルクを入力し、かつキャリヤから出力するから、サンギヤのトルクを増減することにより、出力トルクが変化する。また駆動力は、無段変速機での変速比を連続的に変化させることにより、無段階に変化させることができる。このような遊星歯車機構におけるトルク増幅機能と無段変速機の連続的な変速比の変更機能とを利用して、燃費が最も良好になるように内燃機関を運転することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述したように電動機を駆動力源として備えていれば、電流によって電動機の出力トルクを制御できるので、基本的には変速装置が不要であり、上述した従来のハイブリッド駆動装置においても、前記遊星歯車機構や無段変速機は内燃機関を燃費が最良になるように運転するための制御手段として使用している。そのために、上記の遊星歯車機構の構成では、内燃機関の出力で走行している場合、出力要素であるキャリヤを入力要素であるリングギヤに対して反対方向に回転させることができない。そのため、後進走行する場合には、内燃機関をアイドリング状態とするとともに、リングギヤをブレーキ手段で固定し、その状態でモータ・ジェネレータをモータとして機能させることにより、出力要素であるキャリヤを内燃機関とは反対方向に回転させている。
【０００７】すなわち上記従来のハイブリッド駆動装置では、後進走行を電動機によっておこなうように構成されている。そのために、蓄電器（バッテリ）の充電量（ＳＯＣ）が少ない場合には、後進走行に要求される充分なトルクを出力できない可能性があった。このような不都合を解消するためには、内燃機関を起動して充電をおこない、バッテリの充電量を増大させればよいが、そのためには、充電が完了するまで後進走行を待たなければならなくなる。特に電動機が発電機を兼ねた形式のパラレルハイブリッド装置では、電動機による走行と発電とを同時におこなうことができないから、蓄電器での充電量が低下した場合には、直ちに後進走行が困難になる不都合があった。
【０００８】この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、蓄電器の充電量が少ない場合であっても後進走行のためのトルクを必要十分に確保することのできるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、内燃機関の出力部材と電力によって動作してトルクを出力する電動機の出力部材とに連結されかつ電動機によるトルクを制御することにより内燃機関が出力するトルクを増幅して出力するトルク増幅機構と、そのトルク増幅機構と出力軸との間に配置され、トルク増幅機構側から入力されるトルクを増減速して出力する無段変速機とを備えたハイブリッド駆動装置であって、前記トルク増幅機構と出力軸との間に設けられ、入力されたトルクを反転せずに出力する前進状態と入力されたトルクを反転して出力する後進状態とに設定可能な前後進切換機構を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】したがって請求項１のハイブリッド駆動装置においては、内燃機関と電動機とを駆動した状態で、電動機の出力トルクを制御することにより、内燃機関の出力したトルクが増幅されてトルク増幅機構から出力される。そのトルク増幅機構から出力されたトルクが、無段変速機によって増速もしくは減速され、さらに前後進切換機構に入力される。あるいはトルク増幅機構から出力されたトルクが、前後進切換機構に入力され、その前後進切換機構から出力されたトルクが、無段変速機に入力される。その前後進切換機構を後進状態した場合、入力されたトルクが反転されて出力されるので、内燃機関を前進走行時と同様に駆動していても、後進走行することができる。すなわち内燃機関の動力によって後進走行が可能になり、電動機のための充電量が少なくても、充分大きい駆動力で後進走行することができる。
【００１１】また請求項２の発明は、請求項１に記載した構成に加えて、前記無段変速機が、回転中心軸線が相互に平行になるように配置された駆動側部材と従動側部材とを備え、前記電動機と内燃機関とトルク増幅機構とが前記駆動側部材と同一軸線上に配置され、かつ前記前後進切換機構が前記従動側部材と同一軸線上に配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】したがって請求項２のハイブリッド駆動装置においては、無段変速機として駆動側部材と従動側部材とが平行に配列された形式のものを使用しているので、装置全体としての軸長を短くすることができる。また、従動側部材に隣接して生じる空間部、すなわち前記電動機あるいはトルク増幅機構の半径方向での外側に生じる空間部に前後進切換機構が配置されるので、スペースの有効利用を図って装置を全体として小型化することができる。
【００１３】さらに請求項３の発明は、請求項２の構成に加えて、前記前後進切換機構が、入力トルクと出力トルクとの方向が同一の前進状態と入力トルクと出力トルクとの方向が反対の後進状態とを設定可能な歯車機構と、その歯車機構を前進状態に設定する第１の係合装置と、前記歯車機構を後進状態に設定する第２の係合装置とを備え、これらの係合装置が前記従動側部材と同一軸線上でかつ従動側部材を挟んだ両側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】したがって請求項３のハイブリッド駆動装置においては、前記従動側部材の軸線方向での両側に生じる空間部を利用して、前後進切換機構のための二つの係合装置を配置するので、スペースの有効利用を図って装置を全体として小型化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明をより具体的に説明する。図１はこの発明に係るハイブリッド駆動装置の一例を示す模式図であって、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンなどの内燃機関１の出力部材すなわちクランクシャフト２が、ダンパー機構３を内蔵したフライホイール４に連結されている。これらクランクシャフト２およびフライホイール４と同一軸線上に入力軸５が配置されており、その入力軸５が、ダンパー機構３を介してフライホイール４に連結されている。
【００１６】その入力軸５の外周側で前記フライホイール４に隣接した箇所に、電動機兼発電機（モータ・ジェネレータ）６が、入力軸５と同一軸線上に配置されている。このモータ・ジェネレータ６は、従来のハイブリッド駆動装置に用いられているものと同様に、コイル７を備えたステータ８の内周側にロータ９が回転自在に配置された構成であり、コイル７に通電することにより、ロータ９が回転してトルクが出力される。すなわちロータ９が出力部材となる。また反対にロータ９を外力によって回転させることにより、コイル７に起電力が生じるようになっている。そのコイル７が蓄電器（バッテリ）１０に制御回路１１を介して電気的に接続されている。
【００１７】このモータ・ジェネレータ６を挟んでフライホイール４とは反対側に、トルク増幅機構１２が、入力軸５と同一軸線上に配置されている。図１に示す例では、トルク増幅機構１２はシングルピニオンタイプの１組の遊星歯車機構１３を主体にして構成されている。すなわちサンギヤ１４と内歯歯車であるリングギヤ１５とが同心円上に配置されるとともに、これらサンギヤ１４とリングギヤ１５とに噛合したピニオンギヤがキャリヤ１６によって自転自在かつ公転自在に保持されている。
【００１８】上記のリングギヤ１５を入力軸５に選択的に連結する入力クラッチ１７が設けられている。したがってリングギヤ１５が第１の入力要素となっている。この入力クラッチ１７はいわゆる摩擦係合装置であって、例えば油圧によって係合・解放させられる多板クラッチによって構成されており、前記遊星歯車機構１３に隣接して入力軸５と同一軸線上に配置されている。これに対してサンギヤ１４が前記ロータ９に連結されており、したがってサンギヤ１４が第２の入力要素となっている。
【００１９】入力クラッチ１７の外周側には、遊星歯車機構１３の全体を一体化するためのダイレクトクラッチ１８が、入力軸５と同一軸線上に配置されている。このダイレクトクラッチ１８はいわゆる摩擦係合装置であって、例えば油圧によって係合・解放させられる多板クラッチによって構成されている。そしてそのクラッチハブがリングギヤ１５に連結され、またクラッチドラムがキャリヤ１６に連結されている。したがってダイレクトクラッチ１８が係合することによって遊星歯車機構１３の二つの要素であるリングギヤ１５とキャリヤ１６とが一体回転するように連結され、その結果、遊星歯車機構１３の全体が一体化される。
【００２０】さらに出力要素であるキャリヤ１６とハウジング１９などの所定の固定部との間に一方向クラッチ２０が配置されている。この一方向クラッチ２０は、キャリヤ１６が内燃機関１における前記クランクシャフト２とは反対方向に回転しようとする際に係合するように構成されている。したがってこの一方向クラッチ２０は、発進時に車両が後退することを防止するいわゆるヒルホールドのための手段として機能させることができる。
【００２１】上記のトルク増幅機構１２に続けて無段変速機２１が設けられている。図１に示す例は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車あるいはＲＲ（リヤエンジン・リヤドライブ）車に適するよう構成した例であり、したがって無段変速機２１としてはベルト式のものが採用されている。すなわち溝幅を変更することのできる駆動プーリ２２が入力軸５と同一軸線上に配置されるとともに、この駆動プーリ２２が前記キャリヤ１６に一体的に連結されている。また溝幅を変更することのできる従動プーリ２３がその回転中心軸線を入力軸５と平行にした状態に配置されている。
【００２２】この駆動プーリ２２は、同一軸線上に配置した固定シーブ２４とその固定シーブ２４に対して軸線方向に移動して接近・離隔する可動シーブ２５とからなり、図１における左側の可動シーブ２５を図示しない油圧シリンダなどのアクチュエータによって軸線方向に移動させることにより、固定シーブ２４と可動シーブ２５との間の溝幅が変化する。
【００２３】これに対して従動プーリ２３も同様に、固定シーブ２６と可動シーブ２７とによって構成されている。駆動プーリ２２における溝の中心と従動プーリ２３における溝の中心とが常時一致するようにするため、駆動プーリ２２における可動シーブ２５の半径方向での外側に従動プーリ２３における固定シーブ２６が配置され、また駆動プーリ２２における固定シーブ２４の半径方向での外側に従動プーリ２３における可動シーブ２７が配置されている。そしてこの従動プーリ２３においても可動シーブ２７を図示しない油圧シリンダなどのアクチュエータによって軸線方向に前後動させることにより溝幅が変化する。
【００２４】そしてこれらのプーリ２２，２３にベルト２８が巻き掛けられている。このベルト２８は、多数の金属片を連結したものであり、各シーブ２４，２５，２６，２７の間に挟み込まれることによりトルクを伝達し、また溝幅の大小に応じて巻き掛け半径が増減するようになっている。したがって各可動シーブ２５，２７を前後に移動させて溝幅を駆動側と従動側とで互いに反対方向に変化させ、これによりベルト２８の巻き掛け半径を連続的に変化させることにより、駆動側と従動側とでの巻き掛け半径の比すなわち変速比を無段階に変化させるようになっている。この駆動プーリ２２がこの発明における駆動側部材に相当し、また従動プーリ２３がこの発明の従動側部材に相当する。
【００２５】図１に示す例では、駆動プーリ２２の図１での右側にトルク増幅機構１２およびモータ・ジェネレータ６ならびに内燃機関１が同一軸線上に順に並んで配置されており、これに対して従動プーリ２３の図１での右側には、前後進切換機構２９が従動プーリ２３と同一軸線上に配置されている。この前後進切換機構２９は、図１に示す例においては、ダブルピニオン型の遊星歯車機構３０を主体として構成されている。この遊星歯車機構３０は、サンギヤ３１と内歯歯車であるリングギヤ３２とを同心円上に配置し、そのサンギヤ３１とリングギヤ３２との間に、サンギヤ３１に噛合した第１のピニオンギヤとこの第１のピニオンギヤおよびリングギヤ３２に噛合した第２のピニオンギヤとを配置し、これらのピニオンギヤをキャリヤ３３によって保持した構成である。
【００２６】そしてサンギヤ３１が前記従動プーリ２３に連結され、またキャリヤ３３が出力軸３４に連結されている。さらにこの遊星歯車機構３０の全体を一体化して前進状態とするための係合装置である前進クラッチ３５が、サンギヤ３１とリングギヤ３２との間に配置されている。またサンギヤ３１に対してキャリヤ３３を反対方向に回転させる後進状態とするための係合装置である後進ブレーキ３６が、リングギヤ３２とハウジング１９などの所定の固定部との間に設けられている。より具体的には、遊星歯車機構３０を挟んで前記従動プーリ２３とは反対側に前進クラッチ３５が配置され、またリングギヤ３２の外周側に後進ブレーキ３６が配置されている。
【００２７】上記の前後進切換機構２９は前述したトルク増幅機構１２の半径方向で外側に配置されており、この部分は、無段変速機２１における従動プーリ２３を設けることに伴って生じた空間部分であり、したがってスペースを有効に利用して前後進切換機構２９が配置されている。
【００２８】前記キャリヤ３３に連結された出力軸３４は、従動プーリ２３および前後進切換機構２９と同一軸線上に配置されている。そしてその出力軸３４には、出力ギヤ３７が一体化されている。これに対して出力軸３４と平行にカウンタ軸３８が配置され、このカウンタ軸３８には、出力ギヤ３７に噛合したドリブンギヤ３９とこのドリブンギヤ３９よりも小径のドライブギヤ４０とが一体に設けられている。そしてそのドライブギヤ４０がディファレンシャルギヤユニット４１におけるリングギヤ４２に噛合している。このドライブギヤ４０は、前述したトルク増幅機構１２および前進クラッチ３５の外周側に配置することが好ましい。
【００２９】なお、図１において符号４３は油圧ポンプを示し、この油圧ポンプ４３は前記入力軸５とベルト４４によってトルク伝達可能に連結されている。またこの油圧ポンプ４３にはモータ４５が連結され、油圧ポンプ４３を単独で駆動できるように構成されている。また図１において符号４６は車体の構成部材であるサイドメンバを示しており、前後進切換機構２９を上述のように配置したことにより前後進切換機構２９とサイドメンバ４６との干渉が避けられている。
【００３０】上述したハイブリッド駆動装置においては、内燃機関１の出力とモータ・ジェネレータ６の出力とをトルク増幅機構１２で合成して出力するから、表１に示すように複数のモードで運転することができる。またそれぞれのモードで前進走行と後進走行とのいずれをもおこなうことができる。なお、表１において○印は係合状態あるいは駆動状態を示し、また×印は解放状態あるいは非駆動状態を示す。以下、各運転モードについて説明する。
【００３１】
【表１】

トルク増幅モードは、内燃機関１の出力トルクをモータ・ジェネレータ６のトルクを制御することにより、増幅して出力させる運転モードである。したがってこのトルク増幅モードでは、内燃機関１を駆動させ、またその内燃機関１の出力トルクをトルク増幅機構１２に伝達するために入力クラッチ１７を係合させる。また、トルク増幅機構１２を構成している遊星歯車機構１３の各回転要素を一体化させるためのダイレクトクラッチ１８を解放しておく。なお、入力クラッチ１７を係合させるための油圧は、内燃機関１の起動以前は油圧ポンプ４３をモータ４５によって駆動することにより発生させ、走行中は入力軸５からベルト４４を介して油圧ポンプ４３にトルクを伝達して油圧ポンプ４３を駆動することにより発生させる。
【００３２】図２に前記遊星歯車機構１３についての共線図を示してある。この図２から知られるように、第１の入力要素であるリングギヤ１５の回転数（内燃機関１の出力回転数）に対して第２の入力要素であるサンギヤ１４の回転数（モータ・ジェネレータ６の回転数）が小さい状態では、出力要素であるキャリヤ１６の回転数が内燃機関１の出力回転数より小さくなる。したがってリングギヤ１５から入力される内燃機関１の出力トルクにサンギヤ１４から入力されるモータ・ジェネレータ６のトルクが付加され、これらの合成されたトルクがキャリヤ１６から出力される。すなわちキャリヤ１６から出力されるトルクが内燃機関１から入力されたトルクより大きくなり、遊星歯車機構１３がトルクの増幅作用をおこなうことになる。
【００３３】なおその場合、サンギヤ１４と共にロータ９を逆回転させている状態では、モータ・ジェネレータ６が発電機として機能する。すなわち内燃機関１の出力の一部を利用して発電をおこなう。この発電領域は、図２の“ａ”の線と“ｂ”の線とで囲われた領域である。これに対してキャリヤ１６の回転数（出力回転数）が増大してサンギヤ１３が正回転し始めると、モータ・ジェネレータ６に電流を供給してこれをモータとして機能させることになり、したがって蓄電器１０から放電することになる。この放電領域は、図２の“ｂ”の線と“ｃ”の線とで囲われた領域である。
【００３４】また、トルク増幅モードでは、出力要素であるキャリヤ１６が正回転するので、キャリヤ１６とハウジング１９などの所定の固定部との間に配置した一方向クラッチ２０は解放状態（フリー）になる。
【００３５】上記のキャリヤ１６がコネクティングドラムなどの連結手段で無段変速機２１における駆動プーリ２２に連結されているので、トルク増幅機構１２における出力トルクがこの駆動プーリ２２に伝達される。この無段変速機２１においては、駆動プーリ２２の溝幅を増大させるとともに、これに応じて従動プーリ２３の溝幅を減少させれば、駆動プーリ２２に対するベルト２８の巻き掛け半径が小さくなり、かつ従動プーリ２３に対するベルト２８の巻き掛け半径が増大するので、これらの巻き掛け半径によって決まる変速比が小さくなる。これとは反対に、駆動プーリ２２の溝幅を小さくするとともに、従動プーリ２３の溝幅を増大させれば、変速比が大きくなる。なお、このような変速比の変更・設定は、各可動シーブ２５，２７を油圧によって軸線方向に移動させることによりおこなわれる。
【００３６】このようにして増速もしくは減速されたトルクが従動プーリ２３から前後進切換機構２９に伝達される。この前後進切換機構２９を構成している遊星歯車機構３０の共線図を図３に示してある。前述したようにこの遊星歯車機構３０においては、サンギヤ３１が入力要素となり、かつキャリヤ３３が出力要素となっているから、リングギヤ３２を固定することにより、キャリヤ３３がサンギヤ３１に対して反対方向に回転する。すなわち後進状態となる。具体的には、後進ブレーキ３６を係合させてリングギヤ３２を固定するとともに、前進クラッチ３５を解放する。この場合、入力要素であるサンギヤ３１の回転数に対して出力要素であるキャリヤ３３の回転数が低下するので、入力トルクに対して出力トルクが増大させられる。
【００３７】またいずれか二つの回転要素を連結することにより全体を一体回転させれば、入力トルクがそのままキャリヤ３３から出力される。すなわち前進状態となる。具体的には、前進クラッチ３５を係合させてサンギヤ３１とキャリヤ３３とを連結し、かつ後進ブレーキ３６を解放する。
【００３８】このようにして前後進切換機構２９によって正転状態もしくは反転状態とされて出力されたトルクは、出力軸３４ならびに出力ギヤ３７からドリブンギヤ３９、カウンタ軸３８、ドライブギヤ４０、リングギヤ４２を経てディファレンシャルギヤユニット４１に伝達される。
【００３９】つぎにダイレクトモータモードについて説明する。この運転モードは、モータ・ジェネレータ６をモータとして機能させ、モータ・ジェネレータ６による動力のみによって走行するモードである。これは、例えば市街地あるいは住居地域での比較的低速での走行の際に選択される。
【００４０】したがってこのダイレクトモータモードでは内燃機関１を停止させておき、また入力クラッチ１７を解放して内燃機関１とトルク増幅機構１２とを遮断する。さらにトルク増幅機構１２においてトルクの合成をおこなわないので、ダイレクトクラッチ１８を係合させ、遊星歯車機構１３の全体を一体化させる。そのためモータ・ジェネレータ６の出力トルクがそのまま無段変速機２１の駆動プーリ２２に伝達される。なお、この場合においても、キャリヤ１６が正回転するので、一方向クラッチ２０は解放状態になる。
【００４１】そしてこの無段変速機２１によって増速もしくは減速がおこなわれ、その出力トルクが前後進切換機構２９に伝達される。この無段変速機２１の作用および前後進切換機構２９の作用は前述したとおりである。すなわちこのダイレクトモータモードにおいても、変速比を任意に設定でき、かつ前進および後進を任意に選択することができる。
【００４２】これに対してダイレクトエンジンモードは、内燃機関１の動力のみによって走行する運転モードである。これは、例えば高速での定速走行をおこなう場合に選択される。したがってこのモードでは、内燃機関１と無段変速機２１とを直結状態とするために、入力クラッチ１７とダイレクトクラッチ１８とを共に係合させる。また一方向クラッチ２０は、解放状態になる。
【００４３】したがって内燃機関１の出力トルクが無段変速機２１に伝達され、ここで増減速が前述したようにしておこなわれ、その出力トルクが前後進切換機構２９に伝達され、ここで前進状態もしくは後進状態とされて出力軸３４に出力される。なお、トルク増幅機構１２における遊星歯車機構１３の全体を一体化させることにより、モータ・ジェネレータ６のロータ９がサンギヤ１４と共に回転するので、モータ・ジェネレータ６で起電力が生じ、モータ・ジェネレータ６が発電機として機能する。
【００４４】加速時などに選択されるモータアシストモードについてつぎに説明する。この運転モードは、内燃機関１の出力にモータ・ジェネレータ６の出力を加えて大きい駆動力を得るための運転モードであり、内燃機関１を駆動し、またモータ・ジェネレータ６に電流を供給してこれをモータとして機能させる。また内燃機関１およびモータ・ジェネレータ６の出力を走行のための動力として使用するために、トルク増幅機構１２における各クラッチ１７，１８を共に係合させ、その遊星歯車機構１３の全体を一体化させる。なお、一方向クラッチ２０は解放状態になる。
【００４５】したがって内燃機関１の出力とモータ・ジェネレータ６の出力とがそのまま無段変速機２１に伝達される。無段変速機２１に入力されたトルクは、ここで増速もしくは減速されて前後進切換機構２９に伝達され、ここで前進状態もしくは後進状態とされて出力軸３４に出力される。これら無段変速機２１および前後進切換機構２９の作用は前述したとおりである。
【００４６】つぎに回生ブレーキモードについて説明する。この回生ブレーキモードは、車両の有している運動エネルギを減速時に電気エネルギとして回収する運転モードである。したがって内燃機関１およびモータ・ジェネレータ６の両方を非駆動状態とする。また、車両の有する運動エネルギが摩擦熱などとして消費されてしまうことを防止するために入力クラッチ１７を解放して内燃機関１をトルク増幅機構１２から切り離す。これに対して、減速の際の慣性エネルギがモータ・ジェネレータ６に入力されるようにするために、ダイレクトクラッチ１８を係合させて遊星歯車機構１３の全体を一体回転させる。
【００４７】また一方、車両が前進走行している場合には、前述したように前進クラッチ３５が係合させられ、かつ後進ブレーキ３６が解放されている。また後進走行している場合には、前進クラッチ３５が解放させられ、かつ後進ブレーキ３６が係合させられている。その結果、いわゆるパワーオフ状態となってトルク増幅機構１２に対して出力軸３４側から動力が入力されると、無段変速機２１が前進走行時と同様に回転して出力軸３４側から入力されたトルクを増速もしくは減速してトルク増幅機構１２の遊星歯車機構１３に伝達する。遊星歯車機構１３においては、ダイレクトクラッチ１８が係合していてその全体が一体に回転するので、この遊星歯車機構１３と共にロータ９が回転し、その結果、モータ・ジェネレータ６において発電がおこなわれる。そして車両の有する運動エネルギが電気エネルギに変換されて回収されることにより、車両の制動がおこなわれる。なお、この場合においても、遊星歯車機構１３におけるキャリヤ１６が正回転するので、一方向クラッチ２０は解放状態になる。
【００４８】なおここで、エンジン始動モードについて説明する。上記のハイブリッド駆動装置では、内燃機関１とモータ・ジェネレータ６とがトルク増幅機構１２を介してトルク伝達可能に連結されているから、モータ・ジェネレータ６によって内燃機関１を始動させることができる。すなわち車両が停止している状態では、無段変速機２１や前後進切換機構２９などの全ての回転要素が停止しているので、トルク増幅機構１２を構成している遊星歯車機構１３の各要素が停止している。この状態から内燃機関１を正回転させるには、サンギヤ１４に連結してあるモータ・ジェネレータ６を逆回転させることになる。
【００４９】これを図２の共線図に基づいて説明すると、入力クラッチ１７を係合させて内燃機関１を遊星歯車機構１３に連結し、かつダイレクトクラッチ１８を解放して遊星歯車機構１３の各部材が相対回転可能な状態にし、この状態でサンギヤ１４およびキャリヤ１６ならびにリングギヤ１５を結ぶ直線を、キャリヤ１６を中心に反時計方向に回転させる。すなわちサンギヤ１４の回転を引き下げると、キャリヤ１４の逆回転が一方向クラッチ２０によって阻止されていることにより、リングギヤ１５の回転が引き上げられる。換言すれば、モータ・ジェネレータ６に通電してこれをモータとして機能させ、その回転方向は逆回転とする。その結果、リングギヤ１５と共に内燃機関１のクランクシャフト２が正回転させられて内燃機関１が始動させられる。
【００５０】これに対して走行中に内燃機関１を始動する場合は、モータ・ジェネレータ６に通電してこれをモータとして機能させ、かつその回転方向は正回転方向とする。すなわち内燃機関１を停止して走行している状態は、モータ・ジェネレータ６の出力を駆動力としている状態であり、その場合は、前述したダイレクトモータモードで説明したように、入力クラッチ１７とダイレクトクラッチ１８とが係合させられている。すなわち遊星歯車機構１３の全体が一体回転するので、モータ・ジェネレータ６によって内燃機関１を強制的に回転させつつ走行していることになる。したがってこの状態で内燃機関１に燃料を供給することにより内燃機関１が始動する。
【００５１】以上説明したように、この発明に係る上記のハイブリッド駆動装置では、無段変速機２１から出力されたトルクを、前後進切換機構２９によって、そのまま出力軸３４に伝達し、あるいは反転して出力軸３４に出力するから、動力源の回転方向は前進走行時であっても後進走行時であっても同じでよい。したがって反転駆動することのできない内燃機関１のみで走行せざるを得ない場合、具体的には、蓄電器１０の充電量が少ないためにモータ・ジェネレータ６の出力トルクが不足する場合であっても、内燃機関１を駆動して走行することにより、後進走行時の駆動トルクを必要十分に確保することができる。
【００５２】また上記のハイブリッド駆動装置では、無段変速機２１としてベルト式のものを採用しているので、伝達するべきトルクを大きくするためには、各プーリ２２，２３の径を大きくすることになるが、従動プーリ２３と同一軸線上に前後進切換機構２９を配置したので、従動プーリ２３を設けることに伴って生じる空間部分の有効利用が図られ、その結果、装置全体をコンパクト化することができる。
【００５３】ところで前述した前後進切換機構２９における前進クラッチ３５は、要は、入力部材と出力部材とを一体に連結するクラッチである。したがってこの前進クラッチ３５は、従動プーリ２３と出力軸３４とを選択的に連結する構成のものであってもよい。その例を図４に示してある。
【００５４】すなわち図４に示す例では、出力軸３４が従動プーリ２３をその中心軸線に沿って貫通する長さに設定されており、また従動プーリ２３を挟んだ両側に、ダブルピニオン型遊星歯車機構３０と前進クラッチ３５とが配置されている。より具体的には、従動プーリ２３を挟んで図４の左側に遊星歯車機構３０が配置され、またこれとは反対に図４の右側に前進クラッチ３５が配置されている。
【００５５】そして出力軸３４の一方の端部（図４での左側の端部）が、遊星歯車機構３０のサンギヤ３１に連結され、またリングギヤ３２の外周側に後進ブレーキ３６が配置されている。また従動プーリ２３と出力軸３４とを選択的に連結する前進クラッチ３５が出力軸３４と同一軸線上でかつ前記トルク増幅機構１２の外周側に配置されている。他の構成は、図１に示す構成と同様であり、したがって図４に図１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】前述した無段変速機２１は駆動プーリ２２と従動プーリ２３とにベルト２８を巻き掛けた構成であり、それらのプーリ２２，２３は溝幅を変更するために、固定シーブ２４，２６と可動シーブ２５，２７とによって構成されている。そのため可動シーブ２５，２７を移動させるアクチュエータおよびそのストロークのためのスペースが必要となる。
【００５７】図１および図４に示す例では、駆動プーリ２２における可動シーブ２５が入力軸５の軸端側（図１および図４での右端部側）に配置されているので、その外周側に空間部があくことになる。図１に示す例では、この可動シーブ２５の外周側の空間部を可及的に狭くするように図示しないケーシングを窪ませて、サイドメンバ４６との干渉を避けるように構成したが、図４に示す例では、その可動シーブ２５の外周側の空間部を有効に利用してここに前後進切換機構２９のための遊星歯車機構３０を配置してある。したがって図４に示す構成であってもスペースの有効利用を図って装置を全体としてコンパクトなものとすることができる。
【００５８】なお、上述した図１および図４に示す例では、無段変速機２１としてベルト式の変速機を採用したが、この発明においては、無段変速機として他の構成のものを採用することができ、例えば図５に示すようトロイダル型の無段変速機を採用することができる。この図５に示す構成について説明すると、互いに対向する面にトロイダル面を形成した入力ディスク５１と出力ディスク５２とが、トルク増幅機構１２と同一軸線上に配置されている。その入力ディスク５１がトルク増幅機構１２側に位置し、トルク増幅機構１２における出力部材であるキャリヤ１６がこの入力ディスク５１に連結されている。
【００５９】この入力ディスク５１に対向する出力ディスク５２を挟んで入力ディスク５１とは反対側に、前後進切換機構２９を構成する遊星歯車機構３０が配置されている。そしてそのサンギヤ３１と出力ディスク５２とが一体回転するように連結されている。また入力ディスク５１と出力ディスク５２との互いに対向するトロイダル面の間にパワーローラ５３が配置されている。このパワーローラ５３は、その中心軸線を中心に自転可能に保持され、またその中心軸線が各ディスク５１，５２の中心軸線を含む平面内で傾動するように構成されている。したがってパワーローラ５３が各ディスク５１，５２に接触する位置の半径が、パワーローラ５３の傾動によって変化し、その結果、入力ディスク５１に対する出力ディスク５２の回転数すなわち変速比が連続的に変化するように構成されている。
【００６０】図５に示すように構成した場合には、内燃機関１から出力軸３４までの各構成部材が同一軸線上に配列されるので、ＦＲ（フロントエンジン・フロントドライブ）車に適したものとすることができる。また、内燃機関１の出力で後進走行をおこなうことができること、および前記の表１に示す各運転モードが可能なことなどは、図１あるいは図４に示すハイブリッド駆動装置と同様である。
【００６１】さらにこの発明におけるトルク増幅機構１２は、上述したシングルピニオン型遊星歯車機構および入力クラッチ１７ならびにダイレクトクラッチ１８から構成されたものに限定されないのであり、遊星歯車機構としてダブルピニオン型のものを使用した構成やディファレンシャルギヤユニットを主体して構成ものなど、要は、三つの回転要素を備えていて差動機能のある歯車装置あるいはローラ装置などによって構成することができる。
【００６２】また前後進切換機構は、要は、入力トルクと出力トルクとの方向が同じである前進状態とこれらのトルクの方向が互いに反対の後進状態とを選択的に設定できる構成であればよいのであり、したがって前後進切換機構としてアイドルギヤおよび同期連結機構（シンクロナイザー）を備えた構成のものなどを採用してもよい。この前後進切換機構は、内燃機関の出力トルクとモータ・ジェネレータなどの電動機の出力トルクとを合成したトルクを反転させて後進状態を設定する必要があるので、トルク増幅機構よりも出力軸側に配置するが、その位置は、上述した例で示したように無段変速機の出力側以外に、無段変速機の入力側であってもよい。要は、トルク増幅機構から出力軸までの間であればよい。なお、この発明における出力軸は、前述した出力ギヤの取り付けられた軸に限定されないのであって、装置全体としての実質的な出力をおこなう軸であればよい。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、入力されたトルクを反転せずに出力する前進状態と入力されたトルクを反転して出力する後進状態とを選択することのできる前後進切換機構を、内燃機関の出力と電動機の出力とを合成するトルク増幅機構と出力軸との間に配置したので、一方向のみに回転する内燃機関の出力を反転して出力軸に伝達でき、したがって内燃機関での後進走行が可能になる。したがってこの発明によれば、電動機に接続した蓄電器の充電量が少なくなった状態であっても、必要十分な駆動力で後進走行することができる。
【００６４】また請求項２の発明によれば、無段変速機を、駆動側部材と従動側部材とを互いに平行に配置した構成としたことに伴って、その従動側部材と同一軸線上に前後進切換機構を配置したので、全長の短縮化を図ることができるうえに、無段変速機をそのような構成とすることにより生じる空間部分の有効利用を図って装置を全体としてコンパクトなものとすることができる。
【００６５】さらに請求項３の発明によれば、請求項２の発明による構成に加え、前後進切換機構に備えられた二つの係合装置を、従動側部材を挟んだ両側に配置したので、無段変速機における駆動側部材の外周側の空間部分の有効利用を図り、装置を全体としてコンパクトなものとすることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】渡辺丈夫
【公開番号】	特開平１１－１７８１１２
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月２日
【出願番号】	特願平９－３５２３７０