KR101272591B1 - 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 에어컨 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원-웨이 클러치를 이용한 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 관한 것으로서, 하이브리드 차량의 엔진 오프 상태(EV 모드 등)에서도 ISG의 회전력을 이용하여 에어컨 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킬 수 있는 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 엔진 오프시에 에어컨을 작동시키면, 에어컨 컴프레서의 냉매 출입구에 설치된 솔레노이드 밸브가 통상의 엔진 구동시와 반대가 되도록 컴프레서 냉매 출입방향을 변경하고, 이때 ISG가 역방향으로 회전 구동되어 에어컨 컴프레서를 구동함으로써, 원-웨이 클러치에 의해 ISG와 엔진 간 동력이 단절된 상태에서, 엔진에 의한 부하 작용 없이, ISG의 역회전 동력에 의해 에어컨을 정상 작동시킬 수 있게 된다. 이러한 본 발명에 의하면, 하이브리드 차량의 엔진 오프 상태(EV 모드 등)에서도 에어컨 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킬 수 있는 효과가 있다.
하이브리드 차량, 원-웨이 클러치, 에어컨, EV 모드, ISG

Description

하이브리드 차량의 에어컨 구동장치{Air conditioner driving system of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 엔진 오프 상태(EV 모드 등)에서도 ISG의 회전력을 이용하여 에어컨 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킬 수 있는 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)의 연소에 의해 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리의 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
주지된 바와 같이, 하이브리드 차량에서는 전기모터(구동모터)의 회전력만을 이용하여 차량을 구동하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력만을 이용하는 엔진 모드, 엔진과 전기모터의 회전력을 동시에 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드의 선택 및 전환이 가능하다.
이와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다는 장점이 있고, 특히 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하여 차량 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 가솔린 또는 디젤 엔진만이 장착된 일반 차량뿐만 아니라 상기한 하이브리드 차량에서도 에어컨을 구동하기 위해서는 냉매 압축기인 에어컨 컴프레서가 엔진의 동력을 전달받아야 한다.
즉, 에어컨 컴프레서가 엔진의 동력을 전달받아 구동하고, 이에 냉매의 압축 및 순환이 이루어지면서, 차량 실내온도를 낮춰주는 에어컨 작동이 가능해지는 것이다.
통상 에어컨 컴프레서는 컴프레서 구동축이 엔진 크랭크축으로부터 풀리 및 벨트를 통해 동력을 전달받아 구동된다.
그러나, 하이브리드 차량의 EV 모드는 전기모터만을 단독 구동하므로, EV 모드 주행시에는 엔진 오프에 의해 에어컨 컴프레서가 동력을 받지 못하며, 이로 인해 에어컨 가동이 불가해지는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 하이브리드 차량의 엔진 오프 상태(EV 모드 등)에서도 에어컨 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킬 수 있는 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 외부 회전력을 컴프레서 구동축으로 전달하여 에어컨을 작동시키기 위한 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 있어서,
엔진 크랭크축과 컴프레서 구동축이 벨트를 통해 동력 전달이 가능하도록 연결되고, 엔진 시동을 위한 시동 모터 및 발전기 역할을 하는 ISG의 회전축과 상기 컴프레서 구동축이 동력 전달 가능하도록 풀리 및 풀리 간 벨트로 연결되되,
엔진 크랭크축 또는 ISG 회전축에 축과 풀리 간 일방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리가 설치되고, 컴프레서의 냉매 출입구에 냉매 출입방향을 역으로 절환시켜주는 솔레노이드 밸브가 설치되어,
엔진 오프시 ISG가 역회전되면서, 상기 원-웨이 클러치 풀리에 의해 ISG 회전축과 엔진 크랭크축 간 회전력이 단절된 상태, 및 상기 솔레노이드 밸브에 의해 냉매 출입방향이 역으로 절환된 상태에서, 풀리 및 벨트를 통해 전달되는 ISG의 역 회전 구동력에 의해, 상기 컴프레서 구동축이 역회전되면서 에어컨 작동이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 엔진 크랭크축에 정방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리가 설치되고, 상기 엔진 크랭크축의 원-웨이 클러치 풀리와, ISG 회전축의 ISG 풀리와, 컴프레서 구동축의 컴프레서 풀리 사이에 벨트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직한 실시예로서, 상기 ISG 회전축에 정방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리가 설치되고, 엔진 크랭크축 풀리와 상기 ISG 회전축의 원-웨이 클러치 풀리가 벨트로 연결되며, ISG 회전축의 ISG 풀리와 컴프레서 구동축의 컴프레서 풀리 사이에 별도의 벨트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직한 실시예로서, 상기 ISG 회전축에 정방향 회전력 전달만이 가능한 제1원-웨이 클러치 풀리가 설치되고, 컴프레서 구동축에 역방향 회전력 전달만이 가능한 제2원-웨이 클러치 풀리가 추가로 설치되며, 엔진 크랭크축 풀리와, 상기 ISG 회전축의 제1원-웨이 클러치 풀리와, 컴프레서 구동축의 컴프레서 풀리 사이에 벨트가 연결되고, ISG 회전축의 ISG 풀리와 상기 컴프레서 구동축의 제2원-웨이 클러치 풀리 사이에 별도의 벨트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 의하면, 하이브리드 차량의 엔진 오프 상태(EV 모드 등)에서도 에어컨 컴프레서를 구동시켜 에 어컨을 작동시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에서는, 원-웨이 클러치에 의해 ISG와 엔진 간 동력이 단절된 상태에서 엔진에 의한 부하 작용 없이 ISG의 역회전 동력에 의해 에어컨을 정상 작동시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 에어컨 컴프레서 내 냉매 흐름 방향을 역으로 변경시켜주는 솔레노이드 밸브를 설치하여 ISG 및 에어컨 컴프레서의 역회전 구동상태에도 에어컨이 정상 작동될 수 있다.
또한 원-웨이 클러치를 사용하게 됨에 따라, 기존 전자 클러치 시스템에 비해 부품 비용 측면이나 시스템 적용성(복잡성) 측면에서 유리하다.
또한 신규 추가 시스템 및 기존 부품의 변경량이 적으며, 크랭크축 및 워터펌프의 부하 없이 에어컨을 작동시킬 수 있으므로 에어컨의 효율 및 성능이 향상될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하이브리드 차량의 EV 모드, 즉 엔진 오프 상태로 전기모터가 단독 구동하는 운전모드에서 에어컨이 동력을 받지 못해 구동되지 않는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일방향으로만 회전력만을 전달할 수 있는 원-웨이 클러치를 이용하여 ISG의 동력으로 엔진이 오프된 상태에서도 에어컨 컴프레서를 구동할 수 있도록 한 것이다.
첨부한 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨 구동장치의 전체 구성도로서(도 5의 실시예와 같음), 이는 엔진 상측에서 본 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 에어컨 구동장치의 측면도로서, 이는 엔진 측면에서 본 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 시동을 위한 시동 모터 및 발전기 역할을 하는 ISG(Integrated Starter & Generator)(20)가 엔진(10)과 동력 전달이 가능하도록 연결되며, 이때 ISG의 풀리(원-웨이 클러치 풀리임)(23)와 엔진 크랭크축 풀리(12b)가 동력 전달을 위한 벨트(64)로 직결되어, ISG 회전축(21), ISG 풀리(23), 크랭크축 풀리(12b), 크랭크축(11)이 함께 회전하도록 되어 있다.
이에 따라, ISG(20)가 회전 구동하여 벨트(64)를 통해 크랭크축(11)을 회전시키고, ISG(20)에 의해 크랭크축(11)이 회전되는 상태에서 엔진(10)의 시동이 이루어지게 되는 것이다.
또한 에어컨 컴프레서(30)와 ISG(20)가 동력 전달을 위한 벨트(62a)로 연결되어, ISG(20)의 회전 구동시에 에어컨 컴프레서(30)가 ISG(20)의 회전력을 전달받아 구동하게 되어 있다.
다만, 본 발명에서는 엔진 오프 상태에서도 ISG(20)를 구동시켜 ISG의 회전력을 전달함으로써 에어컨 컴프레서(30)를 회전시키고자 하는데 그 목적이 있으므로, 단순히 ISG(20)만을 구동시킨다면 ISG는 엔진(10)의 크랭크축(11)에 의한 부하를 받게 된다.
즉, 에어컨 컴프레서(30)를 구동하기 위해 ISG(20)가 시동시와 마찬가지로 엔진(10)을 함께 회전시켜야 하는 문제점이 있게 되는 것이다.
따라서, 엔진 오프 상태에서 ISG를 구동시켜 에어컨 컴프레서를 구동시키기 위해서는, ISG의 구동 동안에 엔진의 크랭크축에 의한 부하를 받지 않도록 하기 위하여, ISG의 회전력이 엔진의 크랭크축에 전달되는 것을 막고, ISG와 엔진의 크랭크축 간 동력 전달을 차단해야 한다.
물론, 엔진의 시동을 위해 ISG가 구동하는 경우에는 ISG의 회전력이 엔진의 크랭크축에 반드시 전달되어야 한다.
또한 기본적으로 엔진이 구동하는 동안에는 에어컨이 엔진의 동력으로 구동되어야 하기 때문에, 엔진의 구동력을 크랭크축 및 벨트를 통해 에어컨 컴프레서가 전달받아 회전될 수 있어야 함은 물론이다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 원-웨이 클러치가 채용된 풀리(이하, 원-웨이 클러치 풀리라 칭함)(23)가 이용되며, 상기 원-웨이 클러치는 해당 풀리와 타 풀리 사이에 일방향(정방향)의 회전력은 전달하지만 반대방향(역방향)의 회전력은 차단하도록 구성된 것이다.
상기 원-웨이 클러치는 유성기어세트의 기어 등에서 일방향 회전만 가능하도록 하는 요소로 널리 적용되고 있으며, 본 발명에서는 이러한 원-웨이 클러치를 풀리에 적용한 것으로서, 원-웨이 클러치의 구성에 대해서는 산업적으로 널리 적용되고 있는 공지의 기술인 만큼, 본 명세서에서는 풀리 적용시 상태에 대해서만 설명하기로 한다.
원-웨이 클러치는, 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같이, 벨트가 감겨지는 풀리 를 형성하는 아우터 바디(5)와, 풀리 축(회전축 또는 구동축)(1)과 일체로 된 이너 바디(2)와, 상기 아우터 바디(5)와 이너 바디(2) 사이에 개재되어 양측의 상기 두 바디 사이에서 일방향의 회전력만이 전달되도록 하는 클러치 바디(3)로 구성되며, 상기 클러치 바디(3)는 볼 베어링과 같은 형상을 하고 있다.
첨부한 도 4를 참조하여 작동상태를 설명하면, (A)에 나타낸 바와 같이 아우터 바디(5)가 정방향 회전할 경우, 클러치 바디(3) 안에 내장된 볼(도 3에서 도면부호 4임)의 마찰력이 발생하여 벨트로 전달되는 아우터 바디(5)의 회전력이 이너 바디(2)로 전달되며, 이에 따라 마치 보통의 풀리와 같이 원-웨이 클러치 풀리 전체가 일체로 회전하게 된다.
결국, 벨트의 회전력이 일체로 회전하는 원-웨이 클러치 풀리, 즉 아우터 바디(5), 클러치 바디(3), 이너 바디(2)를 통해 풀리 축(1)으로 전달되며, 벨트의 회전력에 의해 풀리 축(1)이 회전될 수 있게 된다.
물론, 역으로, 풀리 축(1)이 정방향 회전하는 경우, 클러치 바디(3)의 마찰력에 의해 풀리 축(1)과 일체로 된 이너 바디(2)의 회전력이 아우터 바디(5)로 전달될 수 있으며, 따라서 풀리 축(1)의 정방향 회전력이 벨트를 통해 타 풀리로 전달될 수 있게 된다.
풀리 축(1)의 역방향 회전에 대해서는 이너 바디(2)의 회전력이 아우터 바디(5)로 전달되지 않으며, 이에 풀리 축(1)이 역방향 구동하더라도 벨트를 통한 타 풀리로의 회전력 전달은 일어나지 않는 바, 타 풀리 및 그 축이 부하로 작용하지 않게 된다.
반면, (B)에 나타낸 바와 같이 아우터 바디(5)가 역방향 회전할 경우, 바디 상호가 동력 전달은 발생하지 않으며, 클러치 바디(3)의 베어링 작용에 의해 이너 바디(2)는 회전하지 않는다.
즉, 클러치 바디(3)가 볼 베어링의 역할을 하게 되어, 벨트로 전달되는 아우터 바디(5)의 회전력이 이너 바디(2)로 전달되지 않아 아우터 바디(5)만 회전하게 되는 것이다.
물론, 역으로, 풀리 축(1)의 역방향 회전에 대해서도, 앞에서 언급한 바와 같이, 클러치 바디(3)의 볼 베어링 작용에 의해, 풀리 축(1)과 일체로 된 이너 바디(2)의 회전력이 아우터 바디(5)로 전달되지 않으며, 풀리 축(1)이 원-웨이 클러치 풀리에 의해 벨트와 동력 단절되므로, 풀리 축(1)이 역방향 구동하더라도 벨트를 통한 타 풀리로의 회전력 전달은 일어나지 않는 바, 풀리축의 역방향 구동시에 벨트로 연결된 타 풀리 및 그 축이 부하로 작용하지 않게 된다.
상기와 같은 원-웨이 클러치 풀리를 본 발명에서와 같이 에어컨 구동을 위한 풀리로 적절히 활용한다면, 엔진 구동시에는 엔진에 의해 에어컨 컴프레서가 구동될 수 있게 되고, 엔진 오프 상태에서는 ISG가 엔진의 크랭크축에 의한 부하를 받지 않으면서(엔진으로의 불필요한 동력 전달이 삭제됨) 에어컨 컴프레서를 원활히 구동시킬 수 있게 된다.
다만, 후술하는 바와 같이, 상기의 원-웨이 클러치 풀리가 사용됨에 따라, ISG를 기준으로 볼 때, 엔진 시동을 위한 ISG 회전축의 회전방향과 에어컨 컴프레서 구동을 위한 ISG 회전축의 회전방향은 반대가 된다.
즉, 에어컨 컴프레서를 구동하기 위해 ISG는 시동시와 반대로 역회전 구동을 하게 된다.
또한 에어컨 컴프레서를 기준으로 볼 때, 엔진의 회전력에 의해 구동될 때의 에어컨 컴프레서 회전방향과 ISG의 회전력에 의해 구동될 때의 에어컨 컴프레서 회전방향은 반대가 된다.
즉, ISG에 의해 구동될 때는 엔진에 의해 구동될 때와 반대방향으로 에어컨 컴프레서가 회전하게 된다.
이는 에어컨 컴프레서의 양방향 회전이 가능하다는 점을 이용한 것으로, 에어컨 컴프레서(30)가 ISG(20)에 의해 엔진(10)에 의한 구동시와 반대로 역회전을 할 경우, 냉매의 압축은 가능하지만 냉매의 흐름 방향이 역방향이 되므로, 이는 본 발명에서 에어컨 컴프레서(30)의 냉매 출입구(33a,33b)측에 냉매 흐름 방향을 제어하기 위한 솔레노이드 밸브(34)를 장착하여 해결한다.
전술한 원-웨이 클러치 풀리와 솔레노이드 밸브의 기능 및 작용은 아래와 같이 정리될 수 있다.
- 원-웨이 클러치 풀리
→ 엔진 시동(시동모드)시에 ISG의 동력을 엔진의 크랭크축에 전달할 수 있고, 엔진 구동(HEV 운전모드)시에는 엔진의 동력을 에어컨 컴프레서에 전달할 수 있으며, 엔진 오프(EV 운전모드)시에는 ISG를 엔진 회전방향(엔진 시동시 및 구동시의 크랭크축 회전방향)과 반대로 회전시킬 때 엔진으로의 불필요한 ISG 동력 전달을 차단하면서(엔진 크랭크축이 부하로 작용하는 것을 차단) 에어컨 컴프레서로 만 ISG 동력 전달이 이루어지게 한다.
- 솔레노이드 밸브(에어컨 컴프레서의 냉매 출입구측에 설치)
→ EV 운전모드시 ISG의 동력을 이용하여 에어컨 컴프레서를 구동시킬 때, 에어컨 컴프레서의 냉매 출입 유로를 역으로 변경시킴으로써, 에어컨 컴프레서가 역방향 회전을 할 때에도 정상적인 냉매 압축 및 순환(에어컨 시스템의 정상적인 냉매라인 순환)이 가능하도록 하고, 에어컨이 정상적으로 작동할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명은 일정 회전방향의 동력만을 전달하는 원-웨이 클러치의 특성을 이용하여 엔진이 오프된 EV 모드시에 ISG를 역회전 구동시켜 에어컨 컴프레서를 구동시킨다.
그리고, 상기와 같은 원-웨이 클러치 풀리의 설치위치에 따라 다양한 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는데, 이를 첨부한 도 5 ~ 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 도 5는 본 발명에 따른 제1실시예를 도시한 도면으로, 원-웨이 클러치 풀리(13)를 엔진 크랭크축(11)에 설치한 실시예를 보여주고 있으며, 엔진 크랭크축 풀리(12)가 워터펌프(40)의 구동을 위해 워터펌프 풀리(41)와 벨트(63)로 연결되어 있고, 엔진 크랭크축(11)의 원-웨이 클러치 풀리(13)가 ISG 풀리(22) 및 에어컨 컴프레서 풀리(32)와 벨트(62)로 연결되어 있다.
도면부호 51은 벨트(62)의 장력을 유지하기 위한 텐셔너이다.
이러한 구성에서, 엔진(10), ISG(20), 에어컨 컴프레서(30) 사이의 벨트(62)와 원-웨이 클러치 풀리(13)가 각각 1개씩이 사용되고 있고, ISG 풀리(22)와 에어 컨 컴프레서 풀리(32)로는 통상의 벨트 연결용 풀리가 사용된다.
엔진(10)의 시동시에는 ISG(20)가 정방향 회전 구동하여, ISG 회전축(21) 및 풀리(22)의 정방향 회전력이 벨트(62)를 통해 엔진 크랭크축(11)의 원-웨이 클러치 풀리(13)로 전달되고, 이에 원-웨이 클러치 풀리(13)와 크랭크축(11)이 일체로 정방향 회전하면서 엔진 시동이 가능해진다.
또한 엔진(10)의 구동(HEV 운전모드)시에는 엔진 크랭크축(11)이 정방향 회전하게 되면서, 이와 일체로 원-웨이 클러치 풀리(13)의 이너 바디가 정방향 회전하게 되고, 이때 클러치 바디의 마찰 발생으로 아우터 바디가 일체로 정방향 회전하여(클러치 접합상태임), 벨트(62)로 엔진 크랭크축(11)의 회전력이 전달될 수 있게 된다.
결국, 벨트(62)를 통해 엔진(10)의 회전력이 ISG 풀리(22) 및 에어컨 컴프레서 풀리(32)로 전달되면서, ISG(20)와 에어컨 컴프레서(30)가 엔진(10)의 회전력에 의해 구동될 수 있고, 이에 ISG(20)의 발전 및 에어컨 작동이 가능해진다.
워터펌프(40)는 벨트(63)로 연결된 크랭크축 풀리(12)를 통해 엔진(10)의 회전력을 별도로 전달받아 구동된다.
또한 엔진(10)의 오프 상태(EV 운전모드)에서 에어컨을 작동시키기 위해 ISG(20)를 역방향 구동시키면, ISG(20)의 역방향 회전력이 벨트(62)를 통해 에어컨 컴프레서(30)로 전달되며, 이에 에어컨 컴프레서(30)가 ISG(20)의 동력에 의해 역회전 구동되면서 에어컨이 작동되게 된다.
이때, ISG(20)의 역방향 회전력은 벨트(62)를 통해 원-웨이 클러치 풀리(13) 에도 전달되지만, ISG(20)의 역방향 회전력이 원-웨이 클러치의 아우터 바디에 작용하게 될 때 클러치 바디의 베어링 작용으로 이너 바디에는 전달되지 않으므로(동력 단절), ISG(20)가 원-웨이 클러치의 이너 바디에 연결된 크랭크축(11)에 의해 부하를 받지 않는다.
다음으로, 도 6은 본 발명에 따른 제2실시예를 도시한 도면으로, 원-웨이 클러치 풀리(23)를 ISG 회전축(21)에 설치한 실시예를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 크랭크축 제1풀리(12a)가 워터펌프(40)의 구동을 위해 워터펌프 풀리(41)와 벨트(63)로 연결되어 있고, ISG 회전축(21)의 원-웨이 클러치 풀리(23)가 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)와 별도 벨트(64)로 연결되어 있으며, ISG 풀리(22)가 에어컨 컴프레서 풀리(32)와 또 다른 벨트(62a)로 연결되어 있다.
이러한 구성에서, 엔진(10), ISG(20), 에어컨 컴프레서(30) 사이에 2개의 벨트(62a,64)가 사용되고 있고, 원-웨이 클러치 풀리(23)는 1개가 사용되고 있다.
이는 벨트의 개수가 도 5의 제1실시예보다 1개 많으나, 제1실시예는 HEV 모드에서 에어컨 컴프레서의 구동을 위해 큰 사양의 원-웨이 클러치 풀리가 필요한 반면, 제2실시예에서는 작은 사양의 원-웨이 클러치 풀리가 사용 가능하므로 제1실시예 및 후술하는 제3실시예에 비해 원가 절감 효과가 있게 된다.
엔진 크랭크축 제1풀리(12a)와 제2풀리(12b), ISG 풀리(22)와 에어컨 컴프레서 풀리(32)로는 통상의 벨트 연결용 풀리가 사용된다.
엔진(10)의 시동시에는 ISG(20)가 정방향 회전 구동하여, ISG 회전축(21) 및 풀리(23)의 정방향 회전력이 벨트(64)를 통해 엔진 크랭크축(11)의 제2풀리(12b)로 전달되고, 이에 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)와 크랭크축(11)이 일체로 정방향 회전하면서 엔진 시동이 가능해진다.
또한 엔진(10)의 구동(HEV 운전모드)시에는 엔진 크랭크축(11) 및 제1풀리(12a), 제2풀리(12b)가 정방향 회전하게 되면서, 제2풀리(12b) 및 벨트(64)를 통해서 원-웨이 클러치 풀리(23)가 정방향으로 회전하게 된다.
이때, 벨트(64)에 의해 원-웨이 클러치의 아우터 바디로 정방향 회전력이 가해지면, 클러치 바디의 마찰 발생으로 인너 바디가 일체로 정방향 회전하며(클러치 접합상태임), 이에 인너 바디와 일체로 된 ISG 회전축(21)이 정방향 회전하게 되어 ISG(20)가 엔진(10)의 회전력에 의해 발전 구동을 할 수 있게 된다.
또한 ISG 회전축(21)의 정방향 회전력이 ISG 풀리(22) 및 벨트(62a)를 통해 에어컨 컴프레서 풀리(32)로 전달되고, 이에 에어컨 컴프레서(30)가 엔진(10)의 회전력에 의해 구동될 수 있으며, 에어컨 작동이 가능해지게 된다.
제1풀리(12a) 및 벨트(63)를 통해서는 워터펌프 풀리(41)가 엔진(10)의 회전력을 전달받아 회전되면서 워터펌프(40)가 구동된다.
또한 엔진(10)의 오프 상태(EV 모드)에서 에어컨을 작동시키기 위해 ISG(20)를 역방향 구동시키면, ISG(20)의 역방향 회전력이 ISG 풀리(22) 및 이에 연결된 벨트(62a)를 통해 에어컨 컴프레서 풀리(32)로 전달되며, 이에 에어컨 컴프레서(30)가 ISG(20)의 동력에 의해 역회전 구동되면서 에어컨이 작동되게 된다.
이때, ISG(20)의 역방향 회전력은 원-웨이 클러치 풀리(23)(원-웨이 클러치의 클러치 바디가 베어링 작용을 함)에 의해 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)의 벨 트(64)로는 전달되지 않으며(ISG와 엔진 간 동력 단절), 이에 ISG(20)가 엔진 크랭크축(11)에 의해 부하를 받지 않는다.
다음으로, 도 7은 본 발명에 따른 제3실시예를 도시한 도면으로, 원-웨이 클러치 풀리(23,32a)를 ISG 회전축(21)과 에어컨 컴프레서 구동축(31)에 설치한 실시예를 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 엔진 크랭크축 제1풀리(12a)가 워터펌프(40)의 구동을 위해 워터펌프 풀리(41)와 벨트(63)로 연결되어 있고, ISG 회전축(21)의 제1원-웨이 클러치 풀리(23)가 엔진 크랭크축 제2풀리(12b) 및 에어컨 컴프레서 풀리(32)와 별도 벨트(62)로 연결되어 있으며, ISG 풀리(22)가 에어컨 컴프레서 구동축(31)의 제2원-웨이 클러치 풀리(32a)와 또 다른 벨트(66)로 연결되어 있다.
이러한 구성에서, 엔진(10), ISG(20), 에어컨 컴프레서(30) 사이에 2개의 벨트(62,66)가 사용되고 있고, 원-웨이 클러치 풀리(23,32a)도 2개가 사용되고 있다.
다만, ISG 회전축(21)의 제1원-웨이 클러치 풀리(23)는 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 정방향 회전력에 대해서는 동력 전달이 가능하지만 역방향 회전력에 대해서는 동력이 단절되는 구조의 원-웨이 클러치 풀리가 사용되고, 에어컨 컴프레서 구동축(31)의 제2원-웨이 클러치 풀리(32a)는 상기 제1원-웨이 클러치 풀리(23)와는 반대로 역방향 회전력에 대해서는 동력 전달이 가능하지만 정방향 회전력에 대해서는 동력이 단절되는 구조의 원-웨이 클러치 풀리가 사용된다.
이를 위해, 상기 제1원-웨이 클러치 풀리(23)와 제2원-웨이 클러치 풀리(32a)는 그 구성 및 클러치 작동원리는 동일하나, 제2원-웨이 클러치 풀리의 경 우, 역방향 회전력에 대해서 클러치 바디 안의 볼이 마찰을 발생시켜 아우터 바디와 이너 바디가 일체로 회전되게 하고(동력 전달 가능), 정방향 회전력에 대해서는 클러치 바디가 볼 베어링 작용을 하게 되면서 아우터 바디와 이너 바디 사이의 동력 전달이 차단되도록 구성된다.
엔진 크랭크축 제1풀리(12a)와 제2풀리(12b), ISG 풀리(22)와 에어컨 컴프레서 풀리(32)는 통상의 벨트 연결용 풀리가 사용된다.
엔진의 시동시에는 ISG(20)가 정방향 회전 구동하여, ISG 회전축(21)의 정방향 회전력이 제1원-웨이 클러치 풀리(23) 및 벨트(62)를 통해 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)로 전달되고, 이에 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)와 크랭크축(11)이 일체로 정방향 회전하면서 엔진 시동이 가능해진다.
또한 엔진(10)의 구동(HEV 운전모드)시에는 엔진 크랭크축(11) 및 제1풀리(12a), 제2풀리(12b)가 정방향 회전하게 되면서, 제2풀리(12b) 및 벨트(62)를 통해서 ISG 회전축(21)의 제1원-웨이 클러치 풀리(23)가 정방향으로 회전하게 된다.
이때, 벨트(62)에 의해 제1원-웨이 클러치 풀리(23)가 정방향 회전하게 되면서(클러치 접합상태임), ISG 회전축(21)이 정방향 회전하게 되어 ISG(20)가 엔진(10)의 회전력에 의해 발전 구동을 할 수 있게 된다.
또한 크랭크축 제2풀리(12b)로부터 벨트(62)에 의해 에어컨 컴프레서 풀리(32)로 전달되는 정방향 회전력에 의해 에어컨 컴프레서 구동축(31)이 정방향 회전하게 되고, 이에 엔진(10)의 회전력에 의해 에어컨 컴프레서(30)가 구동될 수 있으며, 에어컨 작동이 가능해지게 된다.
제1풀리(12a) 및 벨트(63)를 통해서는 워터펌프 풀리(41)가 엔진(10)의 회전력을 전달받아 회전되면서 워터펌프(40)가 구동된다.
또한 엔진(10)의 오프 상태(EV 모드)에서 에어컨을 작동시키기 위해 ISG(20)를 역방향 구동시키면, ISG(20)의 역방향 회전력이 ISG 풀리(22) 및 이에 연결된 벨트(66)를 통해 에어컨 컴프레서 구동축(31)의 제2원-웨이 클러치 풀리(32a)로 전달되며, 이에 에어컨 컴프레서(30)가 ISG(20)의 동력에 의해 역회전 구동되면서 에어컨이 작동되게 된다.
이때, ISG(20)의 역방향 회전력은 제1원-웨이 클러치 풀리(23)(원-웨이 클러치의 클러치 바디가 베어링 작용을 함)에 의해 엔진 크랭크축 제2풀리(12b)의 벨트(62)로는 전달되지 않으며(ISG와 엔진 간 동력 단절), 이에 ISG(20)가 엔진 크랭크축(11)에 의해 부하를 받지 않는다.
한편, 첨부한 도 8은 HEV 모드에서 엔진의 회전력에 의해 ISG 및 에어컨 컴프레서의 풀리 구동방향 및 솔레노이드 밸브의 작동상태를 나타낸 도면으로, 도 6의 제2실시예에서 엔진(10) 구동 중 ISG(20)의 원-웨이 클러치 풀리(23)와 에어컨 컴프레서 풀리(32)의 회전방향을 화살표로 도시한 것이다.
또한 첨부한 도 9는 EV 모드에서 에어컨 컴프레서의 구동상태와 솔레노이드 밸브(34)의 작동상태를 나타낸 도면이다.
우선, 엔진 구동(HEV 운전모드)시에는 ISG의 원-웨이 클러치의 접합에 의해 에어컨 컴프레서로 엔진 동력이 전달됨으로써, 차량 주행 중에 에어컨이 작동하게 되며, 이때 도 8에 도시된 바와 같이 ISG의 원-웨이 클러치 풀리(23)와 에어컨 컴 프레서 풀리(32)의 회전방향은 화살표로 나타낸 바와 같이 엔진 크랭크축 풀리(제2풀리임)(12b)의 회전방향과 같은 정방향이 된다.
이때, 에어컨 컴프레서에서 냉매 출입구(33a,33b)측에 설치된 솔레노이드 밸브(34) 내 유로 상태 및 냉매 흐름 방향, 솔레노이드 밸브(34)의 유로상태에 따른 냉매 출입용 입, 출구 상태는 종래와 동일하다(도 8의 하측 도면 참조).
또한 엔진이 오프된 EV 모드에서는 인버터(도 1에서 도면부호 35임)에 의해 ISG와 에어컨 컴프레서가 역방향으로 회전하게 되고(엔진과는 동력 단절), 이에 에어컨이 작동하게 된다.
ISG의 역회전 동력에 의해 에어컨이 작동하는 경우, 에어컨 컴프레서가 역회전하는 상태이므로, 에어컨 시스템 전체 냉매라인에서 냉매가 역으로 압축, 순환되지 않도록, 에어컨 컴프레서에서 냉매 출입 유로의 방향을 반대로 바꿔줘야 하며, 그래야만 에어컨이 정상 작동하게 된다.
이를 위해, 에어컨 컴프레서의 냉매 출입구(33a,33b)측에 설치된 솔레노이드 밸브(34)가 절환 작동하여 내 냉매 출입 유로의 방향을 도 9에 나타낸 바와 같이 변경시켜준다.
첨부한 도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 에어컨 구동 방법을 나타낸 순서도로서, 이를 설명하면, 우선 ECU가 에어컨 스위치의 온/오프 여부를 판단한 뒤, 에어컨 스위치가 온 상태라면, 엔진의 온/오프 여부를 판단하게 된다.
이때, 엔진이 온(On) 상태라면, 전술한 HEV 모드로서, ISG 오프 상태에서 솔레노이드 밸브 내 유로를 통상의 냉매 출입방향으로 설정하며, 이 상태에서 전술한 바와 같이 엔진의 회전력으로 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킨다.
반면, 엔진이 오프(Off) 상태라면, 전술한 EV 모드로서, ISG를 역방향으로 회전 구동시키고, 이때 솔레노이드 밸브를 절환 작동시켜 밸브 내 유로 상태가 통상의 엔진 구동시와 반대가 되도록 냉매 출입방향을 변경하며, 이 상태에서 전술한 바와 같이 ISG의 회전력으로 컴프레서를 구동시켜 에어컨을 작동시킨다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 엔진 오프시에 에어컨을 작동시키면, 에어컨 컴프레서(30)의 냉매 출입구(33a,33b)에 설치된 솔레노이드 밸브(34)가 엔진 구동시와 반대가 되도록 컴프레서 냉매 출입방향을 변경하고, 이때 ISG(20)가 역회전 구동하여 에어컨 컴프레서(30)를 구동시킴으로써, 원-웨이 클러치에 의해 ISG(20)와 엔진(10) 간 동력이 단절된 상태에서, 엔진(10)에 의한 부하 작용 없이, ISG(20)의 역회전 동력에 의해 에어컨을 정상 작동시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 에어컨 컴프레서(30) 내 냉매 흐름 방향을 역으로 변경시켜주는 솔레노이드 밸브(34)가 설치되어, 에어컨 컴프레서의 역회전 구동상태에서도 에어컨 시스템의 냉매라인을 따라 정상적으로 냉매가 순환될 수 있도록 하고, 이에 에어컨이 정상 작동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨 구동장치의 전체 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 에어컨 구동장치의 측면도,
도 3과 도 4는 본 발명에서 원-웨이 클러치의 구성 및 작동상태를 설명하는 도면,
도 5 ~ 도 7은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 구성도,
도 8은 본 발명에서 HEV 모드시 ISG 및 컴프레서의 구동방향 및 솔레노이드 밸브의 작동상태를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에서 EV 모드시 컴프레서의 구동상태와 솔레노이드 밸브의 작동상태를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 에어컨 구동 방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 20 : ISG
30 : 에어컨 컴프레서 13, 23, 32a : 원-웨이 클러치 풀리

Claims (4)

  1. 외부 회전력을 컴프레서 구동축(31)으로 전달하여 에어컨을 작동시키기 위한 하이브리드 차량의 에어컨 구동장치에 있어서,
    엔진 크랭크축(11)과 컴프레서 구동축(31)이 벨트를 통해 동력 전달이 가능하도록 연결되고, 엔진 시동을 위한 시동 모터 및 발전기 역할을 하는 ISG(20)의 회전축(21)과 상기 컴프레서 구동축(31)이 동력 전달 가능하도록 풀리 및 풀리 간 벨트로 연결되되,
    엔진 크랭크축(11) 또는 ISG 회전축(21)에 축과 풀리 간 일방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리가 설치되고, 컴프레서(30)의 냉매 출입구(33a,33b)에 냉매 출입방향을 역으로 절환시켜주는 솔레노이드 밸브(34)가 설치되어,
    엔진 오프시 ISG(20)가 역회전되면서, 상기 원-웨이 클러치 풀리에 의해 ISG 회전축(21)과 엔진 크랭크축(11) 간 회전력이 단절된 상태, 및 상기 솔레노이드 밸브(34)에 의해 냉매 출입방향이 역으로 절환된 상태에서, 풀리 및 벨트를 통해 전달되는 ISG(20)의 역회전 구동력에 의해, 상기 컴프레서 구동축(31)이 역회전되면서 에어컨 작동이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 에어컨 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 크랭크축(11)에 정방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리(13)가 설치되고, 상기 엔진 크랭크축(11)의 원-웨이 클러치 풀리(13)와, ISG 회전축(21)의 ISG 풀리(22)와, 컴프레서 구동축(31)의 컴프레서 풀리(32) 사이에 벨트(62)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 에어컨 구동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 ISG 회전축(21)에 정방향 회전력 전달만이 가능한 원-웨이 클러치 풀리(23)가 설치되고, 엔진 크랭크축 풀리(12b)와 상기 ISG 회전축(21)의 원-웨이 클러치 풀리(23)가 벨트(64)로 연결되며, ISG 회전축(21)의 ISG 풀리(22)와 컴프레서 구동축(31)의 컴프레서 풀리(32) 사이에 별도의 벨트(62a)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 에어컨 구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 ISG 회전축(21)에 정방향 회전력 전달만이 가능한 제1원-웨이 클러치 풀리(23)가 설치되고, 컴프레서 구동축(31)에 역방향 회전력 전달만이 가능한 제2원-웨이 클러치 풀리(32a)가 추가로 설치되며, 엔진 크랭크축 풀리(12b)와, 상기 ISG 회전축(21)의 제1원-웨이 클러치 풀리(23)와, 컴프레서 구동축(31)의 컴프레서 풀리(32) 사이에 벨트(62)가 연결되고, ISG 회전축(21)의 ISG 풀리(22)와 상기 컴프레서 구동축(31)의 제2원-웨이 클러치 풀리(32a) 사이에 별도의 벨트(66)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 에어컨 구동장치.
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