KR101499256B1 - 이단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템 - Google Patents

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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Abstract

본 발명은 이단 풀리를 이용하여 모터와 엔진의 효율을 최적화한 차량의 하이브리드 시스템에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 일체형 스타터/발전기(ISG; Integrated Starter Generator)에 이단 풀리를 적용하여 엔진의 초기구동 효율을 향상시킴과 동시에 구조를 간단히 한 차량의 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
하이브리드, ISG, 풀리, 벨트, 발전기, 스타터, 모터

Description

이단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템{HYBRID SYSTEM OF A VEHICLE HAVING TWO STEPPED PULLEY}
본 발명은 차량의 하이브리드 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일체형의 스타터/발전기(ISG; Integrated Starter Generator)에 이단 풀리를 적용하여 엔진 초기 구동(시동) 효율을 향상시킴과 동시에 구조를 간단히 한 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
종래, 자동차, 상용차 또는 중장비를 포함하는 차량들은 엔진 시동을 위한 스타터 모터와 전기를 생산하기 위한 발전기를 별도로 구비하고 있다. 일반적으로, 상기 스타터 모터는 자동차 배터리 전원을 사용하여 엔진을 초기구동(시동)시키는데 사용되고, 상기 발전기는 엔진의 동력을 사용하여 자동차 배터리 전원을 충전시키는데 사용된다.
도 1에는 종래 차량에서의 엔진(10), 스타터 모터(30) 및 발전기(알터네이터; 20)의 관계가 개략적으로 도시되어 있다. 물론 실제의 엔진(10), 스타터 모터(30) 및 발전기(20)의 구조와 모습은 도 1과 다를 수 있다.
도 2에서는 상기 도 1에 도시된 차량에서의 엔진(10), 스타터 모터(30) 및 발전기(20)의 관계를 개념적으로 도시하였다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 엔진(10)은 스타터 모터(30)에 의해 초기구동(시동)되는데, 상기 초기구동이 완료되면 상기 스타터 모터는 작동하는 일이 없게 된다.
또한, 발전기(alternator; 20)는, 엔진 풀리(12)와 발전기 풀리(22)에 걸쳐있는 벨트(24)에 의해 엔진(10)과 연결되어 엔진(10)의 회전에 대응하여 일정속도 비율로 회전하면서 전기를 발생시키며, 상기 발생된 전기는 배터리(도시하지 않음)에 충전된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 스타터 모터(30)는 엔진(10)의 회전수를 일정 수준까지 상승시켜 엔진을 착화시키기는 하지만, 엔진의 속도가 아이들 속도에 도달하게 하지는 못한다. 그렇기 때문에, 엔진(10)이 착화된 후 아이들 상태인 공회전 상태에 이르기 위해서는 순간적으로 많은 연료를 소모하게 된다.
즉, 종래의 스타터 모터의 경우 엔진 크랭크 축의 회전수를 일정 수준까지 상승시켜 엔진의 착화는 가능하게 하지만, 스타터 모터 동력의 한계로 인하여 상기 착화에 더하여 엔진이 공회전 속도(아이들 속도)에까지 이르게 하지는 못한다. 그 결과, 엔진은 상기 스타터 모터에 의해서 초기구동(시동)된 후 공회전 상태에 도달하기 위해 순간적으로 속도를 상승시켜야 하는 바, 순간적으로 많은 연료가 소모된다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 스타터 모터의 용량을 증대시키는 방법을 고려할 수 있을 것이다. 즉, 스타터 모터를 이용하여 정지상태의 엔진을 초기구동 (시동)시킬 뿐만 아니라 엔진이 공회전 속도(아이들 속도)에 이를 때까지 엔진을 구동시켜 연료소모를 줄이는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 이를 위해서는 스타터 모터의 용량을 증대시켜야 하는데 그렇게 되면 비용이 증가될 뿐 아니라 기어 및 베어링 등 연결부품의 증가로 인하여 부피가 증가되어 공간상의 제약을 받기도 한다.
한편, 상기 스타터 모터와 발전기는 그 역할이 상이하지만 그 원리를 살펴보면 유사한 점이 있다. 즉, 스타터 모터는 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 엔진의 크랭크 축을 돌려 엔진의 초기구동(시동)을 수행하는 것이고, 발전기는 엔진의 크랭크축에서 발생하는 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 그 전기를 배터리에 충전할 수 있도록 하는 것이다.
따라서 그 원리상 모터와 발전기는 전기에너지와 운동에너지간의 상호 변환을 하는 장치라는 점에서 동일성이 있으며 이를 근거로 전기모터와 발전기의 기능을 통합한 일체형의 스타터/발전기(Integrated Starter Generator; 이하 "ISG"), 일명 복합모터발전기가 개발되었다.
상기 ISG는 스타터 모터와 발전기를 하나로 통합하여 모터와 발전기의 기능을 수행할 수 있도록 고안된 시스템이다. 다만, ISG가 모터로 사용될 때와 발전기로 사용할 때는 그 역할과 기능이 달라지는 바 각각의 기능을 수행할 때에는 그때마다 적정하게 기능이 제어되어야 하는데 이러한 제어는 단순하지 않으며 그러한 제어장치는 구조가 복잡하기도 하다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 스타터 모터와 발전기의 역할을 수행하는 ISG(일체형의 스타터/발전기)에 2단 풀리를 적용하여 구조가 간단하면서도 효율이 좋은 하이브리드 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 엔진 구동 초기에 일정 구간까지는 상기 ISG를 사용하여, 초기 아이들 구동이 가능한 하이브리드 시스템을 제공한다.
상기 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 2단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템을 제공한다.
본 발명의 일례에 따른 차량의 하이브리드 시스템은, 차량용 엔진(100); 상기 엔진(100)과 연결되어 스타트 모터의 기능과 발전기의 기능을 수행하는 ISG (Integrated Starter Generator; 200); 상기 엔진(100) 및 상기 ISG(200)에 연결되며 서로 다른 단차를 가지는 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420)를 포함하는 풀리 조립체(400); 및 상기 엔진(100), 상기 ISG(200) 및 상기 풀리 조립체(400)를 제어하는 제어부(500);를 포함한다.
여기서, 상기 제어부(500)는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동하게 하거나 발전기로 작동하도록 제어하며, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420) 중 어느 하나가 작동되도록 하며, 상기 ISG (200)가 발전기로 작동할 때에는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 풀리부가 작동하도록 한다.
본 발명이 일례에 따르면 상기 풀리 조립체(400)는, 상기 엔진의 구동축에서 연장된 제1풀리축(110); 상기 제1풀리축(110)상에 형성된 제1풀리(111) 및 제2풀리(112); 상기 ISG(200)의 구동축에서 연장된 제2풀리축(210); 상기 제2풀리축(210)상에 형성된 제3풀리(211) 및 제4풀리(212); 상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제1벨트(120); 및 상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제2벨트(220);를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 제1벨트(120)에 의하여 연결된 상기 제1풀리(111), 상기 제3풀리(211)가 제1풀리부(410)를 형성하고, 상기 제2벨트(220)에 의하여 연결된 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)가 제2풀리부(420)을 형성한다고 할 수 있다.
이러한 본 발명의 일례에 따른 풀리 조립체(400)는 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420)를 포함하는 이단 풀리로 구성된다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 제어부(500)는, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG (200)로 전달되도록 한다.
본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 제어부(500)는, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면 상기 제1벨트(120)와 상기 제2벨트(220)에 선택적으로 장력을 인가하는 수단으로서 아이들풀리를 구비한다.
구체적으로, 본 발명의 일례에 따른 하이브리드 시스템은, 상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211) 사이에 배치되어 상기 제1벨트(120)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동 가능한 제1아이들풀리(311); 상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212) 사이에 배치되어 상기 제2벨트(220)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동 가능한 제2아이들풀리(321); 및 상기 제1아이들풀리(311)와 제2아이들풀리(321)를 구동시키기 위한 아이들 풀리 구동부(300)를 포함한다.
상기 아이들 풀리 구동부(300)는 제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)를 구동시켜, 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)가 각각 상기 제1벨트(120) 및 제2벨트(220)에 장력을 인가하도록 하거나 또는 장력을 인가하지 않도록 할 수 있다. 즉, 아이들 풀리 구동부(300)는 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)를 구동시켜 각각 상기 제1벨트(120) 및 제2벨트(220)에 선택적으로 장력이 부여되도록 한다.
즉, 상기 제어부(500)가 상기 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하는데, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120) 및 제2벨트(220) 중 어느 하나에 장력이 인가되도록 제1아이들풀리(311) 또는 제2아이들풀리(321)를 구동하여 상기 ISG(200)의 동력이 엔진으로 전달되도록 하고, ISG(200)가 발전기 작동할 때에 는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 벨트에 장력이 인가되도록 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 아이들풀리를 구동하여 상기 엔진의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(500)는 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하여, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 제1아이들풀리(311) 구동하여 상기 ISG(200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 제2아이들풀리(321) 구동하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 할 수 있다.
또는, 상기 제어부(500)는 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하여, 상기 ISG (200)가 구동모터로 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 제2아이들풀리(321) 구동하여 상기 ISG(200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 제1아이들풀리(311) 구동하여 상기 엔진(100)의 동력이 상시 ISG (200)로 전달되도록 할 수도 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 아이들 풀리 구동부(300)에는 제1, 2 아이들풀리축(310, 320)이 설치되어, 상기 제1아이들풀리(311)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제1아이들풀리축(310)에 배치되고, 상기 제2아이들풀리(321)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제2아이들풀리축(320)에 배치되도록 할 수 있다.
아이들풀리 구동부(300)는 상기 제1, 2 아이들풀리축(310, 320)을 변위시키는 장치를 구비하는데 제어부의 신호를 받아서 변위될 수 있는 장치라면 제한없이 상기 장치로서 사용될 수 있다. 본 발명의 일례에 따르면 상기 제1, 2 아이들풀리축(310, 320)을 변위시키는 장치로서 솔레노이드(301, 302)가 사용될 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 스타터와 발전기로 작동할 때 각각 효율이 높은 영역에서 사용 가능하도록 상기 제2풀리(112) 및 상기 제4풀리(212) 중 적어도 하나는 동일 축상에 배치된 대응되는 제1풀리(111) 및 제3풀리(211)보다 반경이 더 크거나 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 제2아이들풀리축(320)은 제1벨트(120)의 회전폐영역 밖에 위치하도록 할 수 있다. 물론, 제1아이들풀리축(310)이 제2벨트(220)의 회전폐영역 밖에 위치하도록 할 수도 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 엔진의 초기 구동단계에서 종래의 스타터 모터보다 고출력의 ISG(200)를 사용하기 때문에 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 엔진(100)이 아이들 상태에 이를 때까지 엔진을 구동시킬 수 있다.
이 경우, 연료가 많이 소모되는 엔진의 초기 동작 구간에서 ISG가 차량의 구동을 담당하기 때문에 연료소모를 줄일 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래 차량에서의 스타트 모터와 발전기를 하나로 통합한 ISG(200) 하나를 사용하여 엔진을 구동시키기도 하며, 다시 엔진의 에너지를 이용하여 배터리 충전 시키기도 하는데, 이단 풀리를 사용하여 엔진과 ISG(200)를 벨트로 연결하기 때문에 전체적인 구조가 간단하다.
또한, 상기 ISG(200)를 사용함에 따라 기존의 스타트 모터에 비해 고출력의 동력을 발생할 수 있으므로 연료가 많이 소모되는 엔진의 초기 동작 구간에서 ISG (200)가 차량의 구동을 담당하여 연료소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이단 풀리를 구비한 하이브리드 시스템의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 대한 실시예로서 도 3에는 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 시스템의 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 한편 도 6에는 상기 하이브리드 시스템에서의 풀리와 벨트의 제어관계를 도시하고 있으며, 도 7에서는 상기 도 6에서 풀리 조립체(400)를 확대하여 도시하고 있다.
도 3 및 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 2단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템은, 차량용 엔진(100); 상기 엔진(100)과 연결되어 스타트 모터의 기능과 발전기의 기능을 수행하는 ISG(200); 상기 엔진(100) 및 상기 ISG(200)에 연결되며 서로 다른 단차를 가지는 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420)를 포함하는 풀리 조립체(400); 및 상기 엔진(100), 상기 ISG(200) 및 상기 풀리부(400)를 제어하는 제어부(500);를 포함한다.
상기 풀리 조립체(400)는, 상기 엔진의 구동축에서 연장된 제1풀리축(110); 상기 제1풀리축(110)에 형성된 제1풀리(111) 및 제2풀리(112); 상기 ISG(200)의 구동에서 연장된 제2풀리축(210); 상기 제2풀리축(210)에 형성된 제3풀리(211) 및 제4풀리(212); 상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제1벨트(120); 및 상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제2벨트(220);를 포함한다.
여기서 상기 제1벨트(120)에 의하여 연결된 상기 제1풀리(111), 상기 제3풀리(211)가 제1풀리부(410)를 형성하고, 상기 제2벨트(220)에 의하여 연결된 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)가 풀리가 제2풀리부(420)을 형성한다.
상기 제어부(500)는 모터 제어 유닛(MCU: Motor Control Unit) (510), 인버터(520), DC/DC 컨버터(530) 및 차량 제어 유닛(VCU: Vehicle Control Unit) (550)을 포함하고, 또한 배터리(600)를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 하이브리드 시스템은 상기 제1벨트(120)와 상기 제2벨트(220)에 선택적으로 장력을 인가하는 수단으로서 아이들풀리를 구비하고 있는데, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211) 사이에 배치되어 상기 제1벨트(120)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동가능한 제1아이들풀리(311); 상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212) 사이에 배치되어 상기 제2벨트(220)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동가능한 제2아이들풀리(321)를 구비하고 있다.
상기 하이브리드 시스템은 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)를 구동시키기 위한 수단으로서 아이들 풀리 구동부(300)를 포함하는데, 상기 아이들 풀리 구동부(300)는 제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)를 구동시켜, 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)가 각각 상기 제1벨트(120) 및 제2벨트(220)에 장력을 인가하도록 하거나 또는 장력을 인가하지 않도록 할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 시스템에서 아이들 풀리가 작동하여 벨트에 장력을 부여하는 것을 개념적으로 도시한 것이며, 도 5는 도 3에 도시된 하이브리드 시스템에서 아이들 풀리가 작동하여 벨트에 장력을 부여하는 것을 개념적으로 도시한 것이다. 상기 도면은 개략도로서 실제 엔진에서 벨트의 운동과는 구별된다. 실제 작동시에는 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321) 중 선택적으로 하나의 아이들풀리만 작동한다.
상기 아이들 풀리는 제어부(500)에 의해 제어되는 아이들 풀리 구동부(300)에 의하여 위치가 변동되는데, 상기 제어부(500)는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동하게 하거나 발전기로 작동하도록 제어하며, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420) 중 어느 하나가 작동되도록 하며, 상기 ISG(200)가 발전기로 작동할 때에는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 풀리부가 작동하도록 한다.
도 3 및 도 6에 따른 실시예에서는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 한다.
만약 상기와는 다른 실시예에서 아이들 풀리의 구동을 달리 제어한다면, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 할 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1아이들풀리(311)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제1아이들풀리축(310)에 배치되며, 상기 제2아이들풀리(321)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제2아이들풀리축(320)에 배치된다.
아이들풀리 구동부(300)는 상기 제1, 2 아이들풀리축(310, 320)을 변위시키는 장치를 구비하고 있는데, 이러한 장치로는 제어부의 신호를 받아서 변위 될 수 있는 장치라면 제한없이 사용될 수 있다. 본 실시에에서는 상기 제1, 2 아이들풀리축(310, 320)을 변위시키는 장치로서 솔레노이드가 사용된다.
즉, 상기 아이들풀리 구동부(300)는 제1솔레노이드(301) 및 제2솔레노이드(302)를 구비하여, 상기 제1솔레노이드(301) 및 제2솔레노이드(302)가 제어부(500)의 명령에 따라 각각 제1아이들풀리축(310)과 제2아이들풀리축(320)을 변위시킴으로써 상기 제1아이들풀리(311)과 제2아이들풀리(321)의 변위를 제어할 수 있다.
상기 제1아이들풀리(311)와 제2아이들풀리(321)의 작동을 원활하게 하기 위하여 상기 제2풀리(112) 및 상기 제4풀리(212) 중 적어도 하나는 동일 축상에 배치된 대응되는 제1풀리(111) 및 제3풀리(211)보다 반경이 더 크게 할 수 있는데, 도 3 내지 도 6에 따른 실시예에서는 제4풀리(212)가 제2풀리(112)보다 크다. 또한 제2아이들풀리축(320)은 제1벨트(120)의 회전폐영역 밖에 위치한다.
이러한 본 발명에 의한 하이브리드 시스템의 경우, 엔진의 초기 구동단계에서 종래의 스타터 모터보다 고출력의 ISG(200)를 사용하기 때문에 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 엔진(100)이 아이들 상태에 이를 때까지 엔진을 구동시킬 수 있다. 이 경우, 연료가 많이 소모되는 엔진의 초기 동작 구간에서 ISG가 차량의 구동을 담당하기 때문에 연료소모를 줄일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위가 상기 실시예로 한정되지 않는다는 것은 자명한 것이며, 상기 실시예를 기초로 다양한 다른 변형예들이 도출될 수 있겠지만 이들은 모두 본 발명의 범위 속하는 것이다.
도 1은 종래 차량에서의 엔진(10), 스타터 모터(30) 및 발전기(20)의 관계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 차량에서의 엔진(10), 스타터 모터(30) 및 발전기(20)의 관계를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 이단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템의 구조를 개략적으로 표시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 시스템에서 아이들 풀리가 작동하여 벨트에 장력을 부여하는 것을 개념적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 하이브리드 시스템에서 아이들 풀리가 작동하여 벨트에 장력을 부여하는 것을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 도면은 개략도로서 실제 엔진에서 벨트의 운동과는 구별된다.
도 6은 본 발명의 일례에 하이브리드 시스템에서 풀리 운동 제어관계를 설명하는 관계도이다.
도 7은 도 6에서 풀리 조립체(400)와 그 주변부를 확대하여 도시한 것이다.
<도면부호에 대한 간략한 설명>
10: 엔진 12: 엔진풀리
20: 발전기(alternator) 22: 발전기 풀리
24: 벨트 30: 스타터 모터
100: 엔진 110: 제1풀리축
111: 제1풀리 112: 제2풀리
120: 제1벨트 200: ISG(Integrated Starter Generator)
210: 제2풀리축 211: 제3풀리
212: 제4풀리 220: 제2벨트
300: 아이들 풀리 구동부 301: 제1솔레노이드
302: 제2솔레노이드 310: 제1 아이들풀리축
311: 제1아이들풀리 320: 제2아이들풀리축
321: 제2아이들풀리 400: 풀리 조립체
410: 제 1 풀리부 420: 제2풀리부
500: 제어부 510: MCU (Motor Control Unit)
520: 인버터 530: DC/DC 컨버터
550: VCU (Vehicle Control Unit)
600: 배터리

Claims (12)

  1. 차량용 엔진(100);
    상기 엔진(100)과 연결되어 스타트 모터의 기능과 발전기의 기능을 수행하는 ISG (Integrated Starter Generator; 200);
    상기 엔진(100) 및 상기 ISG(200)에 연결되며 서로 다른 단차를 가지는 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420)를 포함하는 풀리 조립체(400); 및
    상기 엔진(100), 상기 ISG(200) 및 상기 풀리 조립체(400)를 제어하는 제어부(500);를 포함하며,
    상기 제어부(500)는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동하게 하거나 발전기로 작동하도록 제어하며, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 제1풀리부(410) 및 제2풀리부(420) 중 어느 하나가 작동되도록 하며, 상기 ISG(200)가 발전기로 작동할 때에는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 풀리부가 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 풀리 조립체(400)는,
    상기 엔진의 구동축에서 연장된 제1풀리축(110);
    상기 제1풀리축(110)에 형성된 제1풀리(111) 및 제2풀리(112);
    상기 ISG(200)의 구동에서 연장된 제2풀리축(210);
    상기 제2풀리축(210)에 형성된 제3풀리(211) 및 제4풀리(212);
    상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제1벨트(120); 및
    상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)를 연동시켜주는 폐루프로 된 제2벨트(220);를 포함하며,
    여기서 상기 제1벨트(120)에 의하여 연결된 상기 제1풀리(111), 상기 제3풀리(211)가 제1풀리부(410)를 형성하고, 상기 제2벨트(220)에 의하여 연결된 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212)가 풀리가 제2풀리부(420)을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부(500)는,
    상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제어부(500)는,
    상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고, 상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 하여 상기 엔진(100) 의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1풀리(111)와 상기 제3풀리(211) 사이에 배치되어 상기 제1벨트(120)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동가능한 제1아이들풀리(311);
    상기 제2풀리(112)와 상기 제4풀리(212) 사이에 배치되어 상기 제2벨트(220)에 장력을 인가하는 위치와 인가하지 않는 위치로 이동가능한 제2아이들풀리(321); 및
    제어부(500)의 제어에 따라 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)를 구동시켜, 상기 제1아이들풀리(311) 및 상기 제2아이들풀리(321)가 각각 상기 제1벨트(120) 및 제2벨트(220)에 장력을 인가하도록 하거나 또는 장력을 인가하지 않도록 하는 아이들 풀리 구동부(300);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부(500)는 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하여,
    상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120) 및 제2벨트(220) 중 어느 하나에 장력이 인가되도록 제1 아이들풀리(311) 또는 제2 아이들풀리(321)를 구동하여 상기 ISG (200)의 동력이 엔진으로 전달되도록 하고,
    상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 벨트에 장력이 인가되도록 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때와는 다른 아이들풀리를 구동하여 상기 엔진의 동력이 상기 ISG(200)로 전달되도록 하는, 차량의 하이브리드 시스템.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제어부(500)가 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하여,
    상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 제1아이들풀리(311) 구동하여 상기 ISG(200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고,
    상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 제2아이들풀리(321) 구동하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG (200)로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제어부(500)가 아이들 풀리 구동부(300)를 제어하여,
    상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 제2벨트(220)에 장력이 인가되도록 제2아이들풀리(321) 구동하여 상기 ISG(200)의 동력이 엔진(100)으로 전달되도록 하고,
    상기 ISG(200)가 발전기 작동할 때에는 제1벨트(120)에 장력이 인가되도록 제1아이들풀리(311) 구동하여 상기 엔진(100)의 동력이 상기 ISG (200)로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제1아이들풀리(311)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제1아이들풀리축(310) 상에 배치되며,
    상기 제2아이들풀리(321)는 상기 아이들 풀리 구동부(300)에서 연장된 제2아이들풀리축(320) 상에 배치되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 제2풀리(112) 및 상기 제4풀리(212) 중 적어도 하나는 동일 축상에 배치된 대응되는 제1풀리(111) 또는 제3풀리(211)보다 반경이 더 크거나 작은 것을 특징으로 하는 2단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제2아이들풀리축(320)은 제1벨트(120)의 회전폐영역 밖에 위치하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 2단 풀리를 구비하는 차량의 하이브리드 시스템.
  12. 제 1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ISG(200)가 구동모터로 작동할 때에는 상기 엔진(100)이 아이들 상태에 이를 때까지 엔진을 구동시키는 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 시스템.
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