KR101500203B1

KR101500203B1 - Dct 하이브리드 파워트레인

Info

Publication number: KR101500203B1
Application number: KR20130143606A
Authority: KR
Inventors: 최금림
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-03-06

Abstract

본 발명은 모터의 동력이 출력축에 전달되도록 함에 있어서 별도의 장치를 추가하지 않도록 하여 소요되는 부품수를 줄여서 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하도록 하고 원가를 저감시키며 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

DCT 하이브리드 파워트레인{DCT HYBRID POWER TRANIN}

본 발명은 차량에 사용되는 DCT 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상대적으로 간단한 구성으로 여러 가지 장점을 얻을 수 있도록 하는 파워트레인의 구조에 관한 기술이다.

DCT를 이용하는 하이브리드 차량은 모터의 동력이 출력축에 전달되도록 하기 위하여 선택적으로 모터와 제1입력축 또는 제2입력축이 연결되도록 하는 별도의 장치를 필요로 하는 경우가 일반적이다.

그러나, 상기와 같이 모터의 동력을 입력축에 연결하거나 차단하도록 하는 별도의 클러치 등과 같은 장치를 구비하면 파워트레인의 구조가 복잡해지고 원가가 상승되며 중량의 증가로 차량의 연비에 부정적인 영향을 미치게 된다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

1020130030506

A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모터의 동력이 출력축에 전달되도록 함에 있어서 별도의 장치를 추가하지 않도록 하여 소요되는 부품수를 줄여서 간단하고 컴팩트한 구성이 가능하도록 하고 원가를 저감시키며 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한 DCT 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 DCT 하이브리드 파워트레인은

엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 설치된 제1입력축과;

상기 제1입력축을 감싸며 동심축을 이루는 제2입력축과;

상기 제1입력축을 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제1클러치와;

상기 제2입력축을 상기 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제2클러치와;

상기 제1입력축에 상시 연결된 제1모터제너레이터와;

상기 제2입력축에 상시 연결된 제2모터제너레이터와;

상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축과;

상기 제1입력축과 제1출력축에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제1변속모듈과;

상기 제2입력축과 제2출력축에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제2변속모듈;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 DCT 하이브리드 파워트레인의 제1실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 EV모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인에서 엔진의 시동이 이루어지는 것을 설명한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 병렬모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 직렬모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면이다.

도 1과 도 6을 참조하면, 본 발명 실시예들은 공통적으로 엔진(E)으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 설치된 제1입력축(IN-1)과; 상기 제1입력축(IN-1)을 감싸며 동심축을 이루는 제2입력축(IN-2)과; 상기 제1입력축(IN-1)을 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제1클러치(CL1)와; 상기 제2입력축(IN-2)을 상기 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제2클러치(CL2)와; 상기 제1입력축(IN-1)에 상시 연결된 제1모터제너레이터(MG1)와; 상기 제2입력축(IN-2)에 상시 연결된 제2모터제너레이터(MG2)와; 상기 제1입력축(IN-1) 및 제2입력축(IN-2)과 평행하게 배치된 제1출력축(OUT-1) 및 제2출력축(OUT-2)과; 상기 제1입력축(IN-1)과 제1출력축(OUT-1)에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제1변속모듈(M1)과; 상기 제2입력축(IN-2)과 제2출력축(OUT-2)에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제2변속모듈(M2)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명에서는 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2) 및 상기 제1입력축(IN-1)과 제1출력축(OUT-1)에 구비되는 제1변속모듈(M1)과 상기 제2입력축(IN-2)과 제2출력축(OUT-2)에 구비되는 제2변속모듈(M2)로 이루어지는 DCT구조에 상기 제1입력축(IN-1)과 제2입력축(IN-2)에 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)가 상시 연결되는 구성을 취함으로써, 종래에 모터제너레이터를 입력축에 연결하거나 차단하기 위한 별도의 장치를 배제하여 파워트레인의 구성에 필요한 소요 부품수가 축소되고 복잡성이 감소되고 소요비용이 저감될 수 있도록 한 것이다.

상기 제1변속모듈(M1)의 외접기어쌍들은 홀수 변속단들을 형성하고, 상기 제2변속모듈(M2)의 외접기어쌍들은 짝수 변속단들을 형성하도록 구성하고 있으며, 상기 제1출력축(OUT-1)에는 제1출력기어(O1)가 구비되고, 상기 제2출력축(OUT-2)에는 제2출력기어(O2)가 구비되고, 상기 제1출력기어(O1) 및 제2출력기어(O2)는 각각 디퍼렌셜의 링기어에 치합됨으로써, 상기 제1출력축(OUT-1)과 제2출력축(OUT-2)의 동력이 상기 하나의 디퍼렌셜에서 구동륜으로 인출될 수 있도록 하고 있다.

참고로, 상기 디퍼렌셜은 도면에서 생략되어 있으며, 본 실시예들은 상기 제1변속모듈(M1)이 1, 3, 5단의 변속단을 형성하도록 되어 있고, 상기 제2변속모듈(M2)이 2, 4, 6단의 변속단을 형성하도록 되어 있어서, 상기 제1변속모듈(M1)에는 제1출력축(OUT-1)에 1단과 3단을 형성하는 1＆3단동기장치(1＆3S)와 5단동기장치(5S)가 구비되고, 상기 제2변속모듈(M2)에는 제2출력축(OUT-2)에 2＆6단동기장치(2＆6S)와 4단동기장치(4S)가 구비되어 있다.

도 1 내지 도 5에 도시된 제1실시예에서, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1입력축(IN-1)에 직결되고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2입력축(IN-2)에 직결된 구조이다.

한편, 도 6에 도시된 제2실시예에서는, 상기 제1모터제너레이터(MG1)에는 제1모터기어(G1)가 구비되고, 상기 제1모터기어(G1)는 상기 제1입력축(IN-1)에 일체로 구비된 기어에 치합되며, 상기 제2모터제너레이터(MG2)에는 제2모터기어(G2)가 구비되고, 상기 제2모터기어(G2)는 상기 제2입력축(IN-2)에 일체로 구비된 기어에 치합된 구조로 하여 파워트레인의 전체 길이를 축소할 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 제1모터기어(G1)에 치합되는 제1입력축(IN-1)의 기어 및 상기 제2모터기어(G2)에 치합되는 제2입력축(IN-2)의 기어는 별도의 동력전달만을 위한 기어를 구비할 수도 있고 도시된 바와 같이 변속단을 형성하는 기어를 사용할 수도 있는 바, 소요부품 수를 축소하고, 파워트레인의 전체 길이 축소에 보다 충실하도록 하기 위해 본 실시예에서는 각각 변속단을 형성하는 외접기어들에 상기 제1모터기어(G1)와 제2모터기어(G2)가 치합되도록 하고 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명 제1실시예의 모드별 작동을 설명한다.

도 2는 제1실시예가 EV모드를 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)를 해제하여 엔진을 차단한 상태에서 상기 1＆3단동기장치(1＆3S) 또는 상기 5단동기장치(5S)로 상기 제1변속모듈(M1)의 홀수단 하나를 연결하고 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 구동함과 동시에, 상기 2＆6단동기장치(2＆6S) 또는 상기 4단동기장치(4S)로 상기 제2변속모듈(M2)의 짝수단 하나를 연결하고 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하는 것이다.

상기와 같은 상태에서는 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 제2모터제너레이터(MG2)의 동력이 상기 제1출력축(OUT-1)과 제2출력축(OUT-2)을 각각 통과하여 상기 디퍼렌셜에서 병합되어 출력됨으로써 보다 강한 EV모드 구동력을 발휘하도록 할 수 있다.

또한, 다른 변속기들과 동등수준의 모터제너레이터를 사용하는 경우에는 상기와 같이 두 모터제너레이터를 동시에 구동하지 않고, 어느 하나의 모터제너레이터만 구동하고, 해당 변속모듈만 변속단을 형성하도록 하여 단독의 EV모드 구현이 가능하고, 상기와 같이 두 모터제너레이터를 동시에 구동할 수 있게 구성됨에 따라 두 모터제너레이터의 용량을 상대적으로 축소하여도 다른 변속기들과 동등 수준의 EV모드 구동력을 확보하도록 할 수 있는 것이다.

도 3은 도 1실시예의 엔진 시동시의 상태를 설명한 것으로서, 예컨대 제1모터제너레이터(MG1)의 동력으로 EV주행중 상기 엔진으로부터의 동력으로 제1변속모듈(M1)을 통하여 구동력을 발휘해야 하는 상황이 되면, 상기 제2변속모듈(M2)의 동기장치들을 모두 해제한 상태에서 상기 제2클러치(CL2)를 체결하고 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하여 엔진을 시동시키고, 상기 엔진의 시동이 완료되면 상기 제1클러치(CL1)를 체결하여 엔진의 동력이 상기 제1변속모듈(M1)을 통해 구동륜으로 인출될 수 있도록 하는 것이다.

도 4는 도 1실시예의 병렬모드를 예시한 것으로서, 제1변속모듈(M1)과 제2변속모듈(M2) 모두 변속단을 형성하고 있는 상태에서, 상기 제1클러치(CL1)가 체결되어 있음에 따라, 상기 엔진으로부터의 동력은 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 동력과 함께 상기 제1변속모듈(M1)을 통해 구동륜으로 전달되고, 동시에 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하면 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 동력이 상기 제2변속모듈(M2)을 통해 구동륜으로 함께 전달되는 것으로서, 엔진과 두 모터제너레이터의 동력을 모두 이용함으로써, 뛰어난 가속성능을 확보할 수 있다.

도 5는 도 1실시예의 직렬모드를 예시한 것으로서, 예컨대 상기 제1변속모듈(M1)이 형성하는 변속단에 의해 상기 제1모터제너레이터(MG1)로부터의 동력으로 주행이 이루어지고 있는 상태에서, 상기 제2변속모듈(M2)은 모두 해제된 상태에서 제2클러치(CL2)를 체결하여 엔진을 구동하면 상기 제2모터제너레이터(MG2)에서 발전이 이루어지게 되고, 이 발전된 전기를 상기 제1모터제너레이터(MG1)로 제공함에 의해 직렬모드의 구현이 가능하다.

이상과 같은 본 발명은 EV모드 주행 시에 2개의 모터제너레이터의 출력을 모두 사용할 수 있어서 파워트레인의 구성시 소요되는 전기관련 부품들의 용량을 줄일 수 있으며, 동기장치에 의해 기어를 치합할 때 상기 모터제너레이터를 이용하여 속도를 제어하면 동기장치의 마모를 줄여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 일반 DCT에 비하여 차량의 초기 출발 시 모터제너레이터의 동력으로 출발이 가능하여 클러치의 슬립 발진 제어가 불필요함에 의해 클러치 용량을 감소시킬 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 엔진 시동을 위해 별도의 벨트형 ISG(Integrated Stator and Generator)를 사용하지 않아도 되므로 벨트 장력 등에 의한 각종 기계손실을 줄일 수 있고, 엔진 시동 시 모터로 엔진의 속도제어가 가능하므로 시동 후 클러치 체결시간을 짧게 할 수 있으며 충격을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

E; 엔진
IN-1; 제1입력축
IN-2; 제2입력축
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
MG1; 제1모터제너레이터
MG2; 제2모터제너레이터
OUT-1; 제1출력축
OUT-2; 제2출력축
M1; 제1변속모듈
M2; 제2변속모듈
O1; 제1출력기어
O2; 제2출력기어
1＆3S; 1＆3단동기장치
5S; 5단동기장치
2＆6S; 2＆6단동기장치
4S; 4단동기장치
G1; 제1모터기어
G2; 제2모터기어

Claims

엔진으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 설치된 제1입력축(IN-1)과;
상기 제1입력축(IN-1)을 감싸며 동심축을 이루는 제2입력축(IN-2)과;
상기 제1입력축(IN-1)을 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제1클러치(CL1)와;
상기 제2입력축(IN-2)을 상기 엔진과 연결 및 차단시키도록 구비된 제2클러치(CL2)와;
상기 제1입력축(IN-1)에 상시 연결된 제1모터제너레이터(MG1)와;
상기 제2입력축(IN-2)에 상시 연결된 제2모터제너레이터(MG2)와;
상기 제1입력축(IN-1) 및 제2입력축(IN-2)과 평행하게 배치된 제1출력축(OUT-1) 및 제2출력축(OUT-2)과;
상기 제1입력축(IN-1)과 제1출력축(OUT-1)에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제1변속모듈(M1)과;
상기 제2입력축(IN-2)과 제2출력축(OUT-2)에 각각 짝을 지어 설치되어 다수의 변속단을 형성하도록 구성된 다수의 외접기어쌍 및 동기장치로 이루어진 제2변속모듈(M2);
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DCT 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1변속모듈(M1)의 외접기어쌍들은 홀수 변속단들을 형성하고;
상기 제2변속모듈(M2)의 외접기어쌍들은 짝수 변속단들을 형성하는 것
을 특징으로 하는 DCT 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1출력축(OUT-1)에는 제1출력기어(O1)가 구비되고;
상기 제2출력축(OUT-2)에는 제2출력기어(O2)가 구비되며;
상기 제1출력기어(O1) 및 제2출력기어(O2)는 각각 디퍼렌셜의 링기어에 치합되는 것
을 특징으로 하는 DCT 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1입력축(IN-1)에 직결되고;
상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2입력축(IN-2)에 직결된 것
을 특징으로 하는 DCT 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제1모터제너레이터(MG1)에는 제1모터기어(G1)가 구비되고;
상기 제1모터기어(G1)는 상기 제1입력축(IN-1)에 일체로 구비된 기어에 치합되며;
상기 제2모터제너레이터(MG2)에는 제2모터기어(G2)가 구비되고;
상기 제2모터기어(G2)는 상기 제2입력축(IN-2)에 일체로 구비된 기어에 치합된 것
을 특징으로 하는 DCT 하이브리드 파워트레인.