KR101241209B1 - 하이브리드 차량의 벨트 시스템 - Google Patents

하이브리드 차량의 벨트 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템은, 엔진에 의해서 회전하도록 배치되는 크랭크샤프트풀리, 상기 크랭크샤프트풀리와 이격되어 배치되고, 시동과 발전기 기능을 수행하는 HSG에 의해서 회전하는 HSG풀리, 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리를 잊는 선에서 설정거리 이격되어 위치가 고정된 상태로 회전되도록 배치되는 아이들풀리, 상기 크랭크샤프트풀리, 상기 HSG풀리, 및 상기 아이들풀리가 그 내측 둘레에 감기는 벨트, 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 기계식 오토텐셔너, 및 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 아이들러풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 유압식 오토텐셔너를 포함한다.
따라서, 시동시에 기계식 오토텐셔너가 작동하여 HSG풀리에 감긴 벨트의 감긴각을 증가시키고, 발전시에는 유압식 오토텐셔너가 작동하여 크랭크샤프트에 감긴 벨트의 감긴각을 증가시켜 벨트의 장력을 유지하고 슬립을 저감시킨다. 아울러, HSG가 장착된 장착브라켓에 기계식 오토텐셔너의 암을 힌지결합시킴으로써, 조립을 용이하게 하고, 정렬을 쉽게 한다.

Description

하이브리드 차량의 벨트 시스템{BELT SYSTEM OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진이 구동력을 발생하고 구동모터가 이를 보조하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 등에 사용되는 엔진에는 차량을 적절히 작동시키기 위해 벨트에 의해서 작동되는 보조시스템을 구비한다. 이러한 보조시스템은 스타터, 발전기, 및 펌프 등이 있다.
크랭크샤프트와 보조시스템의 풀리에 감기는 벨트는 하나로 통합되는 추세이며, 하나의 벨트로 구동됨으로써 그 길이가 길어지고 그 장력을 적절하게 유지하는 것이 중요하다.
벨트의 장력을 적절하게 유지하기 위해서, 벨트 텐셔너가 사용되고 있으며, 벨트 텐셔너는 기계식과 유압식 등 여러 가지가 적용되고 있다.
최근에는, HSG(hybrid starter and generator)가 적용되고 있으며, HSG 시스템은 시동과 발전을 동시에 수행하는 모터발전기로 하이브리드엔진에 적용되고 있다. 한편, 하나의 벨트로 여러 개의 풀리를 작동시킬 때, 장력을 일정하게 유지하면서, 슬립을 최소화하는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명은 시동과 발전을 동시에 수행하는 HSG(HSG: hybrid starter and generator)에서, 시동과 발전시 벨트의 장력을 유지하는 동시에 풀리의 슬립을 최소화하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템은, 엔진에 의해서 회전하도록 배치되는 크랭크샤프트풀리, 상기 크랭크샤프트풀리와 이격되어 배치되고, 시동과 발전기 기능을 수행하는 HSG에 의해서 회전하는 HSG풀리, 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리를 잊는 선에서 설정거리 이격되어 위치가 고정된 상태로 회전되도록 배치되는 아이들풀리, 상기 크랭크샤프트풀리, 상기 HSG풀리, 및 상기 아이들풀리가 그 내측 둘레에 감기는 벨트, 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 기계식 오토텐셔너, 및 상기 크랭크샤프트풀리와 상기 아이들러풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 유압식 오토텐셔너를 포함한다.
상기 기계식 오토텐셔너는, 상기 HSG에 장착되는 장착브라켓, 그 일단부가 상기 장착브라켓에 힌지로 연결되는 MAT암, 상기 MAT암의 타단부에 장착되고, 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 MAT풀리, 및 상기 MAT암의 일측을 탄성적으로 지지하여 상기 MAT풀리가 상기 벨트의 외측 둘레를 그 내측으로 탄성적으로 누르는 탄성부재를 포함한다.
상기 MAT풀리는 상기 엔진을 시동시키기 위해서 회전하면, 상기 HSG풀리에 감기 벨트의 감긴각(wrap angle)을 증가시키도록, 상기 기계식MAT풀리의 회전중심이 상기 벨트의 내측으로 움직인다.
상기 크랭크샤프트풀리와 상기 MAT풀리 사이에 배치되어 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 워터펌프풀리를 더 포함한다.
상기 유압식 오토텐셔너는, 그 일단부가 실린더블록의 일측에 힌지로 연결되는 HAT암, 상기 HAT암의 타단부에 장착되고, 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 HAT풀리, 및 상기 HAT암의 일측을 지지하여 상기 HAT풀리가 상기 벨트의 외측 둘레를 그 내측으로 누르는 댐핑유닛을 포함한다.
상기 HSG풀리가 상기 엔진으로부터 회전력을 전달받아 발전을 수행하면, 상기 크랭크샤프트에 감기 벨트의 감긴각을 증가시키도록, 상기 HAT풀리의 회전중심이 상기 벨트의 내측으로 이동한다.
상기 댐핑유닛은, 상기 HAT암을 탄성적으로 지지하는 탄성부재, 및 상기 HAT암을 유압으로 지지하는 유압쇼바; 를 포함한다.
상기 엔진의 회전력을 보조하기 위한 구동모터를 더 포함하고, 설정된 운전 조건에서, 상기 HSG는 상기 구동모터의 회전속도와 상기 크랭크샤프트의 회전속도를 동기화시킨다.
상기 HSG풀리에 감긴 상기 벨트의 감긴각은 180도 이상이고, 상기 크랭크샤프트풀리에 감긴 상기 벨트의 감긴각은 180도 이상이다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에서, 시동시에 기계식 오토텐셔너가 작동하여 HSG풀리에 감긴 벨트의 감긴각(wrap angle)을 증가시키고, 발전시에는 유압식 오토텐셔너가 작동하여 크랭크샤프트에 감긴 벨트의 감긴각을 증가시켜 벨트의 장력을 유지하고 슬립을 저감시킨다.
아울러, HSG가 장착된 장착브라켓에 기계식 오토텐셔너의 암을 힌지결합시킴으로써, 조립을 용이하게 하고, 정렬을 쉽게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템을 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 구비되는 유압식 텐셔너의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 구비되는 기계식 텐셔너의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템이 작동되지 않는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 의해서 엔진이 시동되는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 의해서 발전이 수행되는 상태를 보여주는 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 HSG는 크랭크샤프트와 벨트로 연결되어, 엔진의 시동을 수행하고, 반대로 엔진으로부터 회전력을 전달받아 배터리를 충전하는 기능을 수행한다. 아울러, 엔진의 회전속도를 미세하게 조절하여 구동모터의 속도와 엔진의 회전속도를 동기화 하는 기능을 수행한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템을 보여주는 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하이브리드 차량의 엔진(100)은, 실린더블록(105), HAT힌지(110), HAT암(115), 보기류 벨트(120), 크랭크샤프트풀리(125), 워터펌프풀리(140), MAT풀리(145), MAT암(150), MAT힌지(155), HSG풀리(160), 장착브라켓(165), 아이들풀리(170), HAT풀리(175), 및 댐핑유닛(180)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, HAT는 hydraulic auto tensioner를 지칭하고, MAT는 mechanical auto tensioner를 지칭하며, HSG는 hybrid starter and generator를 지칭한다.
상기 벨트(120)에는 내측둘레(130)와 외측둘레(135)가 형성되고, 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 아이들풀리(170), 상기 MAT풀리(145)는 상기 벨트(120)의 안쪽 상기 내측둘레(130)에 감긴다.
상기 아이들풀리(170)는 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 MAT풀리(145)를 잇는 가상의 직선에서 상부 일측으로 이격되어 회전가능하도록 상기 실린더블록(105)에 고정배치된다.
상기 벨트(120)의 상기 외측둘레(135)에 상기 워터펌프풀리(140), 상기 MAT풀리(145), 상기 HAT풀리(175)가 배치되고, 상기 워터펌프풀리(140)는 상기 아이들풀리(170)의 반대측에서 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 MAT풀리(145) 사이 상기 벨트(120)의 상기 외측둘레(135)에 배치되어, 상기 벨트(120)를 외측에서 내측으로 누르도록 배치된다.
상기 HAT풀리(175)는 상기 아이들풀리(170)와 상기 크랭크샤프트풀리(125) 사이에 배치되어 상기 벨트(120)를 외측에서 내측으로 누르도록 배치되고, 상기 MAT풀리(145)는 상기 워터펌프풀리(140)와 상기 HSG풀리(160) 사이에 배치되어 상기 벨트(120)를 외측에서 내측으로 누르도록 배치된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 구비되는 유압식 텐셔너의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 유압식 오토텐셔너 HAT(hydraulic auto tensioner)는 상기 HAT암(115), 상기 HAT풀리(175), 상기 HAT힌지(110), 및 상기 댐핑유닛(180)을 포함한다.
상기 HAT암(115)의 일단은 상기 HAT힌지(110)를 통해서 상기 실린더블록(105)에 회전가능하게 배치되고, 그 타단부에 상기 HAT풀리(175)가 회전가능하게 배치된다.
상기 HAT암(115)은 상기 댐핑유닛(180)에 의해서 탄성적으로 지지되어 상기 HAT풀리(175)가 상기 벨트(120)를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트(120)의 장력을 일정하게 유지한다.
상기 댐핑유닛(180)은 유압쇼바(300)와 코일형태의 HAT스프링(310)으로 구성되고, 상기 HAT스프링(310)은 상기 HAT풀리(175)를 탄성적으로 지지하고, 상기 유압쇼바(300)를 이용하여 그 움직임을 견고하게 유지한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 구비되는 기계식 텐셔너의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 기계식 텐셔너 MAT(mechanical auto tensioner)는 상기 MAT암(150), 상기 MAT힌지(155), 상기 MAT풀리(145), 및 MAT스프링(400)을 포함한다.
상기 MAT암(150)은 중간 부분이 약 90도 절곡된 형태로, 그 일단부에는 상기 MAT힌지(155)가 배치되고, 그 타단부에 상기 MAT풀리(145)가 회전가능하게 배치된다.
상기 MAT힌지(155)는 상기 장착브라켓(165)에 고정되고, 상기 MAT암(150)이 상기 MAT힌지(155)에서 회전가능하게 배치된다.
상기 MAT스프링(400)은 상기 MAT힌지(155)에 감긴 스프링형태로, 그 일단은 상기 MAT암(150)에 연결되고, 그 타단은 상기 장착브라켓(165)에 고정된다.
상기 MAT스프링(400)은 상기 MAT암(150)이 상기 MAT힌지(155)에서 탄성적으로 회전하도록 하여, 상기 MAT풀리(145)가 상기 벨트(120)를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트(120)의 탄성력을 유지시킨다.
본 발명의 실시예에서, 상기 MAT암(150)의 일단은 HSG(HSG: hybrid starter and generator)에 고정된 상기 장착브라켓(165)에 고정됨으로써, 기계식 오토텐셔너를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
아울러, 상기 HSG 또는 상기 장착브라켓(165)의 위치를 조정함으로써, 상기 MAT암(150)의 위치를 변경시킴으로써, 상기 MAT풀리(145)의 얼라인먼트가 용이하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템이 작동되지 않는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 HSG풀리(160)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각(wrap angle)은 180도 보다 더 크고, 상기 크랭크샤프트풀리(125)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각도 180도 보다 더 크다.
상기 HSG풀리(160)는 상기 HSG에 의해서 회전하는 것으로, 상기 HSG는 상기 엔진(100)을 시동시키거나, 상기 크랭크샤프트풀리(125)의 회전력을 이용하여 배터리를 충전하는 기능을 수행한다.
특히, 본 발명의 실시예에서, 상기 HSG풀리(160)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각과 상기 크랭크샤프트풀리(125)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각이 180도 보다 더 큼으로써, 시동시와 충전시에 상기 HSG풀리(160)와 상기 벨트(120)의 슬립과 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 벨트(120)의 슬립을 최소화한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 의해서 엔진이 시동되는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 6을 참조하면, HSG에 의해서 상기 HSG풀리(160)가 시계방향으로 회전하면, 상기 HSG풀리(160)와 상기 아이들풀리(170) 사이의 상기 벨트(120)의 장력은 순간적으로 증가하고, 상기 HSG풀리(160)와 상기 워터펌프풀리(140) 사이의 상기 벨트(120)의 장력은 순간적으로 하강한다.
따라서, 상기 MAT풀리(145)는 그 탄성력에 의해서 상기 벨트(120)를 안쪽으로 움직여서, 상기 HSG풀리(160)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각을 증가시켜, 상기 HSG풀리(160)와 상기 벨트(120)의 슬립을 최소화한다.
상기 아이들풀리(170)와 상기 크랭크샤프트풀리(125) 사이에 배치되는 상기 HSG풀리(160)는 상기 벨트(120)의 장력이 증가하여, 상기 벨트(120)의 외측으로 이동하는데, 상기 HAT의 상기 댐핑유닛(180)의 댐핑력과 탄성력에 의해서 상기 HAT풀리(175)의 움직임이 최소화되어 상기 벨트(120)의 장력이 팽팽하게 유지된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 벨트 시스템에 의해서 발전이 수행되는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 크랭크샤프트풀리(125)가 회전하고, 상기 HSG풀리(160)를 통해서 HSG가 발전을 수행한다. 따라서, 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 HSG풀리(160)사이의 상기 벨트(120) 장력은 증가하고, 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 HSG풀리(160) 사이의 상기 벨트(120) 장력은 하강한다.
따라서, 상기 HAT풀리(175)는 그 댐핑력과 탄성력에 의해서 상기 벨트(120)를 안쪽으로 움직여서, 상기 크랭크샤프트풀리(125)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각을 증가시켜, 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 벨트(120)의 슬립을 최소화한다.
아울러, 상기 MAT풀리(145)가 상기 벨트(120)에 감긴 각이 약 30도 정도로 작기 때문에, 상기 크랭크샤프트풀리(125)와 상기 HSG풀리(160) 사이의 상기 벨트(120)의 장력이 증가하더라도, 상기 MAT풀리(145)가 상기 벨트(120)에 의해서 움직이는 양을 최소화된다.
따라서, 상기 HSG풀리(160)에 감긴 상기 벨트(120)의 감긴각은 거의 줄어들지 않고 약 180도를 유지한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
105: 실린더블록
110: HAT힌지
115: HAT암
120: 벨트
125: 크랭크샤프트풀리
130: 내측둘레
135: 외측둘레
140: 워터펌프풀리
145: MAT풀리
150: MAT암
155: MAT힌지
160: HSG풀리
165: 장착브라켓
170: 아이들풀리
175: HAT풀리
180: 댐핑유닛
300: 유압쇼바
310: HAT스프링
400: MAT스프링

Claims (10)

  1. 엔진에 의해서 회전하도록 배치되는 크랭크샤프트풀리;
    상기 크랭크샤프트풀리와 이격되어 배치되고, 시동과 발전기 기능을 수행하는 HSG에 의해서 회전하는 HSG풀리;
    상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리를 잊는 선에서 설정거리 이격되어 위치가 고정된 상태로 회전되도록 배치되는 아이들풀리;
    상기 크랭크샤프트풀리, 상기 HSG풀리, 및 상기 아이들풀리가 그 내측 둘레에 감기는 벨트;
    상기 크랭크샤프트풀리와 상기 HSG풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 기계식 오토텐셔너; 및
    상기 크랭크샤프트풀리와 상기 아이들풀리 사이의 상기 벨트를 외측에서 내측으로 눌러서 상기 벨트의 장력을 유지하는 유압식 오토텐셔너;
    를 포함하며,
    시동시 상기 HSG풀리는 상기 벨트가 아이들풀리, HSG풀리 및 크랭크샤프트풀리를 순차적으로 지나가도록 회전하고, 이에 따라 상기 아이들풀리와 HSG풀리 사이의 벨트는 내측 또는 외측으로 이동하지 않고 상기 HSG풀리와 상기 크랭크샤프트풀리 사이의 벨트는 내측으로 이동하여 HSG풀리에 감긴 벨트의 감긴각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 기계식 오토텐셔너는,
    상기 HSG에 장착되는 장착브라켓;
    그 일단부가 상기 장착브라켓에 힌지로 연결되는 MAT암;
    상기 MAT암의 타단부에 장착되고, 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 MAT풀리; 및
    상기 MAT암의 일측을 탄성적으로 지지하여 상기 MAT풀리가 상기 벨트의 외측 둘레를 그 내측으로 탄성적으로 누르는 탄성부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 MAT풀리는 상기 엔진을 시동시키기 위해서 회전하면,
    상기 HSG풀리에 감기 벨트의 감긴각(wrap angle)을 증가시키도록, 상기 기계식MAT풀리의 회전중심이 상기 벨트의 내측으로 움직이는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 크랭크샤프트풀리와 상기 MAT풀리 사이에 배치되어 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 워터펌프풀리; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 유압식 오토텐셔너는,
    그 일단부가 실린더블록의 일측에 힌지로 연결되는 HAT암;
    상기 HAT암의 타단부에 장착되고, 그 외주면이 상기 벨트의 외측 둘레에 밀착되어 회전하는 HAT풀리; 및
    상기 HAT암의 일측을 지지하여 상기 HAT풀리가 상기 벨트의 외측 둘레를 그 내측으로 누르는 댐핑유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 HSG풀리가 상기 엔진으로부터 회전력을 전달받아 발전을 수행하면,
    상기 크랭크샤프트에 감기 벨트의 감긴각을 증가시키도록, 상기 HAT풀리의 회전중심이 상기 벨트의 내측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  7. 제5항에서,
    상기 댐핑유닛은,
    상기 HAT암을 탄성적으로 지지하는 탄성부재; 및
    상기 HAT암을 유압으로 지지하는 유압쇼바; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 엔진의 회전력을 보조하기 위한 구동모터를 더 포함하고,
    설정된 운전 조건에서, 상기 HSG는 상기 구동모터의 회전속도와 상기 크랭크샤프트의 회전속도를 동기화시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 HSG풀리에 감긴 상기 벨트의 감긴각은 180도 이상이 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 크랭크샤프트풀리에 감긴 상기 벨트의 감긴각은 180도 이상이 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 벨트 시스템.
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