KR100726222B1 - Power transmission mechanism for cvt and planetary gear type hybrid vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 종래의 하이브리드 차량용 동력전달구조를 보이는 개략 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a power transmission structure for a conventional hybrid vehicle.
도2는 본 발명에 따른 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a power transmission device for a continuously variable transmission and planetary gear hybrid vehicle according to the present invention.
도3은 본 발명의 동력전달장치가 ZEV 모드/회생 제동 모드(A)로 작동하는 경우를 나타낸 작동 상태도;Fig. 3 is an operating state diagram showing a case where the power transmission device of the present invention operates in the ZEV mode / regenerative braking mode A;
도4는 본 발명의 동력전달장치가 ZEV 모드/회생 제동 모드(B)로 작동하는 경우를 나타낸 작동 상태도;4 is an operating state diagram showing a case where the power transmission device of the present invention operates in the ZEV mode / regenerative braking mode (B);
도5는 본 발명의 동력전달장치가 엔진 모드(A)/강제 충전 모드/하이브리드 모드로 작동하는 경우를 나타낸 작동 상태도;Fig. 5 is an operating state diagram showing a case in which the power transmission device of the present invention operates in engine mode A / forced charging mode / hybrid mode.
도6은 본 발명의 동력전달장치가 엔진 모드(B)/강제 충전 모드/하이브리드 모드로 작동하는 경우를 나타낸 작동 상태도;Fig. 6 is an operating state diagram showing a case in which the power transmission device of the present invention operates in engine mode B / forced charging mode / hybrid mode.
도7은 본 발명의 동력전달장치에서 구현되는 운행모드의 각각에 대한 클러치의 결합 여부를 간략하게 도시한 표이다.7 is a table briefly showing whether the clutch is coupled to each of the driving modes implemented in the power transmission device of the present invention.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※
10 : 엔진 12 : 출력축10
20 : 변속기 30 : 모터20: transmission 30: motor
40 : 유성기어 42 : 캐리어40: planetary gear 42: carrier
44 : 선기어 46 : 링기어44: sun gear 46: ring gear
48 : 링기어 브레이크 C1, C2, C3 : 클러치48: ring gear brake C1, C2, C3: clutch
본 발명은 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power transmission device for a continuously variable and planetary gear hybrid vehicle.
일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동하는 시스템을 가지며, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동하는 모터가 동력원이 되어 구동되는 시스템을 채택하고 있다.In general, a hybrid vehicle has a system for efficiently combining two or more different power sources, and in most cases, a system driven by a fuel-powered engine and an electric motor is used as the power source. have.
이렇게 엔진과 모터가 동력원이 되는 시스템의 경우, 엔진, 모터, 변속기, 클러치 등의 조합과 배치에 따라 전혀 다른 원리의 구동기구를 이루며 효율 또한 달라진다.In the case of a system in which the engine and the motor are power sources, the combination of the engine, the motor, the transmission, the clutch, and the like forms a driving mechanism with a completely different principle and the efficiency is also different.
이러한 하이브리드 차량은 기존의 유단 변속기인 자동 변속기 대신에 무단변속기(이하 'CVT'라 함)를 탑재함으로써 엔진의 연소 소비가 적은 영역에서 운전되게 하여 연비향상에 도움이 되도록 구성된다.The hybrid vehicle is equipped with a continuously variable transmission (hereinafter referred to as 'CVT') instead of an automatic transmission, which is a conventional stepped transmission, and is configured to help improve fuel efficiency by allowing the engine to operate in a region where combustion consumption is low.
도1은 종래의 하이브리드 차량용 동력전달구조를 보이는 개략 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a power transmission structure for a conventional hybrid vehicle.
엔진(110)의 출력 측에 동력 분할식 트랜스미션(120)이 연결되고, 이 동력 분할식 트랜스미션(120)은 동력분할기구(122)와, 그 동력분할기구(122)에 연결된 발전기(124) 및 모터(126)와, 상기 발전기(124)와 모터(126)의 연결축에 연결 설치된 감속기어(128) 등을 포함한다.A
또한, 상기 발전기(124)와 모터(126)는 인버터(130)를 통해 배터리(140)에 전기적으로 연결된다.In addition, the
또한, 이러한 동력전달구조는 엔진, 모터 및 발전기를 조합하여 각 주행 상황에 따라 최적의 효율로 운행되는 제어기구를 가지며, 모터는 주행 및 회생제동을 담당하면서 모터 단독으로의 운행도 가능한 구조를 갖는다. 그리고, 발전기는 엔진의 속도제어 및 고전압 배터리의 충전을 담당하며 엔진의 시동 제어 및 충전의 역학을 담당한다.In addition, such a power transmission structure has a control mechanism that is operated at the optimum efficiency according to each driving situation by combining an engine, a motor, and a generator, and the motor has a structure capable of running by the motor alone while being responsible for driving and regenerative braking. . The generator is responsible for speed control of the engine and charging of the high voltage battery, and is responsible for dynamic control of starting control and charging of the engine.
그러나, 상기한 종래의 하이브리드 차량용 동력전달구조는 다음과 같은 문제점을 갖는다.However, the conventional power transmission structure for a hybrid vehicle has the following problems.
먼저, 구동력을 발생시키는 모터와 발전을 위한 발전기가 서로 분리되어 있기 때문에 공간의 효율성을 저하시키며 차량의 중량도 증가시키는 단점을 갖는다.First, since the motor generating the driving force and the generator for power generation are separated from each other, the efficiency of the space is reduced and the weight of the vehicle is also increased.
다음, 변속비 유지를 위해 모터를 계속적으로 구동시키는 구조를 갖기 때문에 에너지 손실이 큰 단점을 갖는다.Next, since it has a structure for continuously driving the motor to maintain the speed ratio, energy loss has a big disadvantage.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터와 발전기가 하나로 이루어져 공간의 효율성을 향상시키고 차량의 중량도 줄일 수 있도록 된 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and provides a power transmission device for a continuously variable speed and planetary gear hybrid vehicle, which is made of a motor and a generator to improve space efficiency and reduce a weight of a vehicle. It is.
또한, 본 발명의 다른 목적은 엔진 효율이 높은 영역에서 엔진 모드로의 전환이 가능하도록 된 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a power transmission device for a continuously variable speed and planetary gear hybrid vehicle, which is capable of switching to the engine mode in a high engine efficiency region.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무공해차량(ZEV : Zero Emission Vehicle) 모드 및 하이브리드 모드가 가능하고 엔진과 모터의 효율이 우수한 영역에서 구동하도록 변속기의 변속기가 다양한 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is a zero-emission vehicle (ZEV) mode and hybrid mode is possible, the transmission of the transmission is variable transmission and planetary gear type hybrid vehicle power transmission to drive in the region of the engine and motor efficiency is excellent. To provide a device.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 연료를 사용하는 엔진과 전기로 작동되는 모터를 동력원으로 사용하고 무단변속과 유성기어를 적용하는 하이브리드 차량용 동력전달장치에 있어서, 상기 유성기어의 캐리어는 C1 클러치를 통해 CVT 변속기를 거친 엔진의 출력을 공급받도록 연결되고, 상기 유성기어의 선기어는 상기 모터와 연결되며, 상기 유성기어의 링기어는 C2 클러치를 통해 링기어 브레이크에 연결되며, 상기 캐리어와 링기어는 C3 클러치를 통해 서로 연결됨을 특징으로 하는 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 마련함에 의한다.As a technical configuration for achieving the above object, the present invention is a power transmission device for a hybrid vehicle that uses a fuel-powered engine and an electrically operated motor as a power source, and applies a continuously variable speed and planetary gear, The carrier of the gear is connected to receive the engine output through the CVT transmission through the C1 clutch, the sun gear of the planetary gear is connected to the motor, and the ring gear of the planet gear is connected to the ring gear brake through the C2 clutch. The carrier and the ring gear are connected to each other through a C3 clutch, thereby providing a power transmission device for a continuously variable and planetary gear hybrid vehicle.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명에 따른 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a power transmission device for a continuously variable transmission and planetary gear hybrid vehicle according to the present invention.
이는 엔진(10), 클러치(C1)(C2)(C3), 변속기(20) 및 발전기 일체형 모터(30)를 포함하는 동력전달기구로서 엔진모드, ZEV 모드 및 하이브리드 모드가 가능한 병렬형 시스템이며, 엔진(10)과 모터(30) 사이에 설치된 변속기(20)에 의해 변속비가 조절된다.It is a power transmission mechanism including an
특히, 발전기 일체형 모터(30)는 종래의 모터와 발전기의 역할을 모두 수행할 수 있는 구조로서, 이러한 구조는 당업자에게 충분히 알려져 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.In particular, the generator-integrated
보다 상세하게는, 엔진(10)의 출력축(12)은 CVT 변속기(20)를 거쳐 C1 클러치를 통해 유성기어(40)의 캐리어(42)와 연결되고, 모터(30)의 출력은 유성기어(40)의 선기어(44)에 연결된다.More specifically, the
또한, 링기어(46)와 링기어 브레이크(48) 사이에 C2 클러치가 위치되며, 캐리어(42)와 링기어(46) 사이에 C3 클러치가 위치된다.In addition, a C2 clutch is located between the
이 구조는 엔진(10)의 출력이 변속기(20)를 거쳐 유성기어(40)의 캐리어(42)로 공급되게 하며, 모터(30)의 출력은 유성기어(40)의 선기어(44)로 공급되게 하며, 엔진(10)과 모터(30)의 출력이 세 개의 클러치(C1)(C2)(C3) 조합에 의해 엔진모드, ZEV 모드 및 하이브리드 모드를 구현한다.This structure allows the output of the
먼저, ZEV 모드/회생 제동 모드(A)인 경우의 작동 상태에 대하여 도3을 참조하여 설명한다. 여기에서 모드의 (A), (B)는 유성기에서 발생되는 서로 다른 변속 비를 나타낸다.First, the operation state in the case of the ZEV mode / regenerative braking mode A will be described with reference to FIG. Here, modes (A) and (B) represent different speed ratios generated in the planetary phase.
본 모드에서는 C1 및 C3 클러치가 오프(Off)이고 C2 클러치가 온(On) 상태이다.In this mode, the C1 and C3 clutches are off and the C2 clutch is on.
이 상태에서는 모터(30)에 전력이 공급되며, 모터(30)의 출력이 선기어(44)로 공급된다. 그리고, C2 클러치가 온 상태이므로 링기어(46)는 고정 상태가 되고 캐리어(42)는 피동 상태가 된다.In this state, electric power is supplied to the
따라서, 구동잇수에 대한 종동잇수의 비율로 정의되는 변속비는 (선기어의 잇수+링기어의 잇수)/선기어의 잇수가 된다.Therefore, the speed ratio defined by the ratio of the number of driven teeth to the number of driven teeth is (number of teeth of the sun gear + the number of teeth of the ring gear) / number of teeth of the sun gear.
다음, ZEV 모드/회생 제동 모드(B)인 경우의 작동 상태에 대하여 도4를 참조하여 설명한다.Next, an operation state in the case of the ZEV mode / regenerative braking mode B will be described with reference to FIG.
본 모드에서는 C1 및 C2 클러치가 오프(Off)이고 C3 클러치가 온(On) 상태이다.In this mode, the C1 and C2 clutches are off and the C3 clutch is on.
이 상태에서는 모터(30)에 전력이 공급되며, 모터(30)의 출력이 선기어(44)로 공급된다. 그리고, C3 클러치가 온 상태이므로 링기어(46)는 피동 상태가 되고 캐리어(42)는 고정 상태가 된다.In this state, electric power is supplied to the
따라서, 유성기에서 발생되는 변속비는 링기어의 잇수/선기어의 잇수가 된다.Therefore, the gear ratio generated in the planetary group is the number of teeth of the ring gear / number of sun gear.
다음, 엔진 모드(A)/강제 충전 모드/하이브리드 모드인 경우의 작동 상태에 대하여 도5를 참조하여 설명한다.Next, an operation state in the case of the engine mode A / forced charging mode / hybrid mode will be described with reference to FIG.
본 모드에서는 C2 클러치가 오프(Off)이고 C1 및 C3 클러치가 온(On) 상태이 다.In this mode, the C2 clutch is off and the C1 and C3 clutch are on.
이 상태는 모터(30)의 효율이 낮고 엔진(10)의 효율이 높은 영역에서 사용되는 것이다.This state is used in a region where the efficiency of the
캐리어(42)가 구동 상태이고 C3 클러치가 온 상태이므로 링기어(46)는 캐리어(42)와 함께 구동되는 피동 상태이다.Since the
엔진(10)의 출력이 그대로 구동축에 전달되는 직결 모드로서 엔진(10)의 출력이 캐리어(42)와 선기어(44)를 통해 모터(30)로 전달되어 강제 충전이 가능하다. 또한 모터(30)에 전력을 공급하면 하이브리드 모드가 가능하다.As the direct connection mode in which the output of the
다음, 엔진 모드(B)/강제 충전 모드/하이브리드 모드인 경우의 작동 상태에 대하여 도6을 참조하여 설명한다.Next, an operation state in the case of the engine mode B / forced charging mode / hybrid mode will be described with reference to FIG.
본 모드에서는 C3 클러치가 오프(Off)이고 C1 및 C2 클러치가 온(On) 상태이다.In this mode, the C3 clutch is off and the C1 and C2 clutch are on.
이 상태는 도5의 경우와 마찬가지로 모터(30)의 효율이 낮고 엔진(10)의 효율이 높은 영역에서 사용되는 것이다.This state is used in a region where the efficiency of the
캐리어(42)가 구동 상태이고 C2 클러치가 온 상태이므로 링기어(46)는 고정상태이다.The
또한, 도5의 경우와 마찬가지로, 엔진(10)의 출력이 그대로 구동축에 전달되는 직결 모드로서 엔진(10)의 출력이 캐리어(42)와 선기어(44)를 통해 모터(30)로 전달되어 강제 충전이 가능하다. 또한 모터(30)에 전력을 공급하면 하이브리드 모드가 가능하다.5, the output of the
상기의 엔진 모드(A)와 비교하여 링기어(46)가 고정되어 있는 상태이므로 유성기어(40)로 연결되는 엔진과 모터 사이의 변속비가 다르다.Since the
도7은 위에서 설명한 운행모드의 각각에 대한 클러치의 결합 여부를 간략하게 도시한 것으로, 각 모드의 (A), (B)는 유성기에서 서로 다른 변속기비가 발생되고, 엔진 모드는 구동모터의 전력 공급을 조절함으로서 강제 충전 모드, 하이브리드 모드의 구현이 가능하다.Figure 7 briefly shows whether the clutch is coupled to each of the driving modes described above, (A), (B) of each mode is a different transmission ratio is generated in the planetary, engine mode is the power supply of the drive motor By adjusting, it is possible to implement forced charging mode and hybrid mode.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무단변속 및 유성기어식 하이브리드 차량용 동력전달장치에 의하면 모터와 발전기가 하나로 이루어져 공간의 효율성을 향상시킴은 물론 차량의 중량을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.As described above, according to the present invention, the continuously variable transmission and planetary gear hybrid vehicle power transmission device includes a motor and a generator to improve the efficiency of the space and reduce the weight of the vehicle.
또한, 3개의 클러치 조합과 링기어 브레이크에 의한 링기어 조작을 통해 ZEV, 엔진 및 하이브리드 모드를 구현한다. 특히, 엔진을 동력계에서 완전히 분리하는 ZEV 모드의 구현은 연비 향상에 매우 효과적이다.In addition, three clutch combinations and ring gear operation by ring gear brakes enable ZEV, engine and hybrid modes. In particular, the implementation of ZEV mode, which completely separates the engine from the dynamometer, is very effective in improving fuel economy.
또한, 링기어를 구동하는 대신 클러치를 통해 링기어와 링기어 브레이크를 연결시키는 구조에 의하면 변속비 유지를 위해 모터를 항상 작동시킬 필요성이 없다.In addition, according to the structure in which the ring gear and the ring gear brake are connected through the clutch instead of driving the ring gear, there is no need to always operate the motor to maintain the speed ratio.
게다가, 클러치 조합을 통해 ZEV 모드에서 변속기를 이용하지 않고 2가지의 변속비를 구현하는 것이 가능하다.In addition, the clutch combination makes it possible to realize two speed ratios without using a transmission in ZEV mode.
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