KR100757591B1

KR100757591B1 - 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인

Info

Publication number: KR100757591B1
Application number: KR1020060069093A
Authority: KR
Inventors: 윤주웅
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2007-09-10

Abstract

본 발명은 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크컨버터를 디퍼런셜 기어로 변경하여, 직결감 및 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 서로 맞물린 제1,2,3,4디퍼런셜 기어와; 상기 제1디퍼런셜 기어와 엔진을 연결하는 제1축과; 상기 제2디퍼런셜 기어와 구동모터를 연결하는 제2축과; 상기 제3디퍼런셜 기어와 변속기를 직결시키는 제3축과; 상기 제4디퍼런셜 기어와 ISG를 연결하는 제4축과; 상기 제1축상에 설치되는 제1클러치와; 상기 제2축상에 설치되는 제2클러치와; 상기 제4축상에 ISG와의 연결을 위해 설치되는 제3클러치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인을 제공한다.

하이브리드 차량, 파워트레인, 디퍼런셜 기어, 클러치

Description

디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인{Power train of HEV using differential gear}

도 1은 본 발명에 따른 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인을 나타내는 개략도,

도 2는 종래의 하이브리드 차량용 파워트레인을 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 20 : 구동모터

30 : 변속기 40 : ISG

50 : 토크컨버터 60 : 플라이 휠

70 : 외장형 오일펌프

D1 : 제1디퍼런셜 기어 D2 : 제2디퍼런셜 기어

D3 : 제3디퍼런셜 기어 D4 : 제4디퍼런셜 기어

S1 : 제1축 S2 : 제2축

S3 : 제3축 S4 : 제4축

S5 : 제5축 S6 : 제6축

C1 : 제1클러치 C2 : 제2클러치

C3 : 제3클러치 C4 : 제4클러치

G : 구동기어 G1 : 제1종동기어

G2 : 제2종동기어

종래의 하이브리드 차량용 파워트레인은 도 2에 도시된 바와 같이, 변속기 일축상에 변속기(30), 구동모터(20), 토크컨버터(50), 엔진(10) 및 ISG(40: Integrated Startor & Generator)가 일렬로 배열되며 구성되어 있다.

엔진과 모터를 이용한 하이브리드 자동차에서, 상기 구동모터(20)의 역할은 초기 출발시 구동모터(초기 출발 영역시 저 RPM에서 효율이 좋은 모터의 특성을 이용)를 사용하여 차량의 출발을 도모하며, 차량이 일정속도를 갖게 되면 상기 제너레이터, 즉 ISG(40)가 엔진을 시동하여 엔진의 출력과 모터의 출력을 동시에 이용하게 된다.

이때, 엔진(10)의 출력과 ISG(40)를 사용하여 발전된 에너지를 이용하는 구 동모터(20)의 출력을 통합적으로 사용하기 위해서 각각의 출력을 변속기(30)의 유성기어(미도시됨)의 한 유니트와 결합한 구조를 갖게 된다.

즉, 상기 엔진(10)은 유성기어의 캐리어와, 상기 ISG(40)는 유성기어의 선기어와, 상기 구동모터(20)는 링기어와 연결된 구조를 갖는다.

따라서, 엔진(10)의 회전동력이 변속기(30)의 유성기어장치를 통해 변속되어 구동축에 전달되고, 이 구동축에 전달된 동력은 추진축을 통해 구동륜으로 전달된다.

이와 동시에, 변속기(30)의 유성기어중 선기어와 연결된 ISG(40)는 주행중 감속하게 되면, 엔진(10)의 동력을 전달받아 전기를 발생시키게 되고, 또한 상기 ISG(40)에서 발생된 전기는 인버터(미도시됨)를 통해 충전기에 충전되고, 이후 차량의 발진시나 가속시 상기 구동축을 회전시키는 구동모터(20)에 전기를 제공하게 된다.

한편, 상기 유성기어중 선기어가 ISG(40)에 연결되고, 캐리어가 엔진(10)측에 연결되며, 링기어가 구동모터(20)에 연결되어, 각각의 회전력을 제어함으로써 동력 전달의 방향과 속도비를 다르게 형성된다.

그러나, 종래의 하이브리드 변속기는 다음과 같은 단점이 있다.

변속기, 모터, 토크컨버터, 엔진 및 ISG(Integrated Startor & Generator)가 일축상에 배열된 구조이기 때문에, 엔진룸의 전장이 길어져 각 구성에 대한 레이아웃 및 탑재에 매우 불리한 구조로 되어 있다.

또한, 위와 같은 파워트레인을 서로 다른 다수의 플랫폼(platform)에 공통적 으로 적용하기가 어려운 단점이 있다.

또한, 스타터 모터 및 제너레이터의 역할을 하는 ISG 엔진과 벨트로 커플링되어 있기 때문에 고장(fail)의 문제점을 가지고 있다.

또한, 상기 토크컨버터를 사용하는 데에 있어서 정밀제어가 필요하기 때문에 밸브바디 및 TCU의 개발에 많은 시간과 비용이 필요한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 토크컨버터를 디퍼런셜 기어로 변경하여, 이 디퍼런셜 기어에 엔진과 구동모터 그리고 ISG 등이 클러치로 연결되는 구조로 개선하여, 레이아웃에 매우 유리하면서도 직결감 및 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 맞물린 제1,2,3,4디퍼런셜 기어와; 상기 제1디퍼런셜 기어와 엔진을 연결하는 제1축과; 상기 제2디퍼런셜 기어와 구동모터를 연결하는 제2축과; 상기 제3디퍼런셜 기어와 변속기를 직결시키는 제3축과; 상기 제4디퍼런셜 기어와 ISG를 연결하는 제4축과; 상기 제1축상에 설치되는 제1클러치와; 상기 제2축상에 설치되는 제2클러치와; 상기 제4축상에 ISG와의 연결을 위해 설치되는 제3클러치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 제4축의 끝단에 장착되는 구동기어와; 상기 구동기어에 동시에 맞물리는 제1종동기어 및 제2종동기어와; 상기 제1종동기어와 ISG를 연결하도록 제3클러치를 갖는 제5축과; 상기 제2종동기어와 외장형 오일펌프를 연결하도록 제4클러치를 갖는 제6축을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인을 나타내는 계통도이다.

본 발명은 디퍼런셜 기어를 이용하여 엔진과 구동모터 그리고 ISG 등이 클러치로 연결되는 구조로 개선한 하이브리드 차량의 파워트레인 배열 구조를 제공하고자 한 것으로서, 기존의 일축상에 모든 구성이 일렬로 배열되는 파워트레인에 비하여 레이아웃에 매우 유리하면서도 직결감 및 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

먼저, 서로 맞물리는 4개의 디퍼런셜 기어 즉, 제1,2,3,4디퍼런셜 기어(D1,D2,D3,D4)가 구비된다.

참고로, 디퍼런셜 기어에 대한 용어 정리로서, 상기 제1,2,3,4디퍼런셜 기어(D1,D2,D3,D4)는 파워트레인을 구성하는 각 구성품이 개별적으로 연결되기 때문에, 제1,2,3,4디퍼런셜 기어로 구분하여 칭하기로 한다.

상기 제1디퍼런셜 기어(D1)는 제1축(S1)에 의하여 엔진(10)측과 동력 전달 가능하게 연결되며, 상기 제1축(S1)에는 플라이휠(60)을 포함하는 제1클러치(C1)가 설치된다.

상기 제2디퍼런셜 기어(D1)는 제2축(S2)에 의하여 구동모터(20)와 동력 전달 가능하게 연결되며, 상기 제2축(S2)상에는 제2클러치(C2)가 장착된다.

상기 제3디퍼런셜 기어(D3)는 제3축(S3)에 의하여 변속기(30)와 어떤 동력전달수단없이 직접 연결된다.

상기 제4디퍼런셜 기어(D4)는 제4축(S4)에 의하여 ISG(40) 및 외장형 오일펌프(70)이 연결된다.

보다 상세하게는, 상기 제4축(S4)의 끝단에 구동기어(G)가 장착됨과 함께 이 구동기어(G)에 제1종동기어(G1) 및 제2종동기어(G2)가 동시에 맞물리게 설치되며, 상기 제1종동기어(G1)에 ISG(40)가 제3클러치(C3)를 갖는 제5축(S5)에 의하여 연결되고, 상기 제2종동기어(G2)에 외장형 오일펌프(70)가 제4클러치(C4)를 갖는 제6축(S6)에 의하여 연결된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 파워트레인에 의하면, 엔진, 구동모터, 변속기, ISG가 디퍼런셜 기어를 중심으로 사방에 배치되는 배열 구조를 가지므로, 기존의 일축상에 모든 구성이 일렬로 배열되는 파워트레인에 비하여 레이아웃에 매우 유리한 장점을 제공할 수 있게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인의 동작 관계를 설명하면 다음과 같다.

1. 엔진 모드시

상기 제1클러치(C1)가 접속되어 엔진(10)의 회전동력이 제1축(S1)을 통하여 상기 제1디퍼런셜 기어(D1)로 전달되고, 동시에 상기 제2 및 제4디퍼런셜 기어(D2,D4)를 통해 제3디퍼런셜 기어(D3)로 전달되어 변속기(30)로 입력되며, 결국 엔진(10)의 회전동력이 변속기(30)의 유성기어장치를 통해 변속되어 구동축 및 추진축을 통해 구동륜으로 전달된다.

이때, 상기 제3클러치(C3)는 단락된 상태가 되어, 오일펌프의 구동이 정지된 상태가 되고, 상기 제2클러치(C2) 및 제4클러치(C4)는 캐패시터 상태(SOC)가 부족한 경우에만 선택적으로 접속되게 하여, ISG(40)의 발전이 이루어지게 한다.

2. EV 모드시

상기 제1클러치(C1)가 단락되고, 상기 제2 및 제3클러치(C2,C3)가 접속되는 상태가 된다.

따라서, 구동모터(20)의 회전력이 제2축(S2)을 통하여 제2디퍼런셜 기어(D2)로 전달됨과 함께 제3디퍼런셜 기어(D3)를 통하여 변속기(30)로 입력되며, 결국 구동모터(20)의 회전동력이 변속기(30)의 유성기어장치를 통해 변속되어 구동축 및 추진축을 통해 구동륜으로 전달된다.

이때, 상기 제3클러치의 접속으로 외정형 오일펌프이 구동되는 바, 하이브리드 전기 차량의 아이들 스톱(Idle Stop)시에도 엔진 정지와 무관하게 구동하여 아이들 스톱 모드 탈출시 변속 쇼크를 해소할 수 있도록 해준다.

또한, 상기 제4클러치(C4)는 캐패시터 상태(SOC)가 부족한 경우에만 선택적으로 접속되게 하여, ISG(40)의 발전이 이루어지게 한다.

3. 병합 모드시

상기 제1클러치(D1), 제2클러치 및 제3클러치(D2,D3)가 접속되어, 엔진(10)의 출력과 구동모터(20)의 출력을 동시에 이용하게 된다.

마찬가지로, 상기 제4클러치(C4)는 캐패시터 상태(SOC)가 부족한 경우에만 선택적으로 접속되게 하여, ISG(40)의 발전이 이루어지게 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인에 의하면, 디퍼런셜 기어를 이용하여 엔진과 구동모터 그리고 ISG 등이 클러치로 연결되는 구조로 개선하여, 기존 파워트레인에 비하여 레이아웃에 매우 유리하면서도 직결감 및 응답성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Claims

서로 맞물린 제1,2,3,4디퍼런셜 기어와;

상기 제1디퍼런셜 기어와 엔진을 연결하는 제1축과;

상기 제2디퍼런셜 기어와 구동모터를 연결하는 제2축과;

상기 제3디퍼런셜 기어와 변속기를 직결시키는 제3축과;

상기 제4디퍼런셜 기어와 ISG를 연결하는 제4축과;

상기 제1축상에 설치되는 제1클러치와;

상기 제2축상에 설치되는 제2클러치와;

상기 제4축상에 ISG와의 연결을 위해 설치되는 제3클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파워트레인.
청구항 1에 있어서,

상기 제4축의 끝단에 장착되는 구동기어와;

상기 구동기어에 동시에 맞물리는 제1종동기어 및 제2종동기어와;

상기 제1종동기어와 ISG를 연결하도록 제3클러치를 갖는 제5축과;

상기 제2종동기어와 외장형 오일펌프를 연결하도록 제4클러치를 갖는 제6축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디퍼런셜 기어를 이용한 하이브리드 차량의 파 워트레인.