KR101558679B1 - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

차량의 하이브리드 파워트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 효율을 향상시켜서 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWER TRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관인 엔진과, 전기로 구동되는 모터에서 출력되는 동력으로 차량의 구동력을 제공할 수 있도록 하는 차량의 파워트레인에 관련된 기술이다.
내연기관인 엔진으로부터 발생되는 동력과 전기로 구동되는 모터에서 발생되는 동력을 적절히 조화롭게 운용하여 차량을 구동할 수 있도록 하는 하이브리드 파워트레인은, 기본적으로 엔진이 가지고 있는 토크 특성과 모터가 가지고 있는 토크 특성의 상호 보완적인 측면을 활용하여 차량 운행의 효율성을 향상시키도록 한다.
따라서, 종래의 하이브리드 파워트레인은 차량의 출발시나 저속의 상황에서 주로 모터에 의해 차량이 구동되도록 함으로써, 저속 토크특성이 우수한 모터의 특성을 활용하는 EV모드를 구현하고, 중속이나 고속의 상황에서는 상대적으로 토크 특성이 우수한 엔진으로 차량을 구동할 수 있도록 하는 엔진모드를 구현하며, 높은 토크가 요구되는 운전 상황에서는 엔진과 모터의 토크를 모두 사용할 수 있는 하이브리드 모드를 구현할 수 있도록 한다.
차량에 사용되는 하이브리드 파워트레인은 상기한 바와 같은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
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 1020120019855 A
본 발명은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 효율을 향상시켜서 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은
엔진의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축과;
상기 구동축으로부터 제공되는 동력에 의해 동심축을 이루며 회전 가능하게 설치된 엔진측구동기어와;
상기 구동축으로부터 상기 엔진측구동기어로 동력을 전달하는 서로 다른 두 경로를 형성하며, 동력을 전달하는 상태를 가변할 수 있는 제1동력단속수단 및 제2동력단속수단과;
상기 구동축과 평행하게 배치된 출력축과;
상기 엔진측구동기어에 치합되고 상기 출력축에 회전 가능하게 설치된 엔진측피동기어와;
상기 엔진측피동기어를 상기 출력축에 고정하거나 해제하는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 클러치수단과;
모터로부터의 동력에 의해 회전되는 모터측구동기어와;
상기 모터측구동기어에 치합되고 상기 출력축에 고정되게 설치된 모터측피동기어; 를 포함하되, 상기 제1동력단속수단은 상기 구동축과 상기 엔진측구동기어 사이에 설치된 엔진클러치로 구성되고; 상기 제2동력단속수단은 상기 엔진클러치와는 별도로 상기 구동축과 상기 엔진측구동기어 사이에 설치된 유성기어장치로 구성되며, 상기 유성기어장치는 캐리어가 상기 구동축에 직결되고, 링기어가 상기 엔진측구동기어에 직결되며, 선기어는 그 회전 상태를 가변할 수 있도록 상기 구동축 상에 회전 가능하게 설치되고; 상기 선기어의 회전 상태를 제어할 수 있도록 설치된 브레이크를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 효율을 향상시켜서 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 실시예에서 엔진모드 1속 상태를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 3은 도 1의 실시예에서 엔진모드 2속 상태를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 4는 도 1의 실시예에서 EV모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 5와 도 6은 각각 도 1의 실시예에서 병렬모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 7은 도 1의 실시예에서 시리즈모드를 구현하는 것을 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 엔진(E)의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축(1)과; 상기 구동축(1)으로부터 제공되는 동력에 의해 동심축을 이루며 회전 가능하게 설치된 엔진측구동기어(3)와; 상기 구동축(1)으로부터 상기 엔진측구동기어(3)로 동력을 전달하는 서로 다른 두 경로를 형성하며, 동력을 전달하는 상태를 가변할 수 있는 제1동력단속수단 및 제2동력단속수단과; 상기 구동축(1)과 평행하게 배치된 출력축(5)과; 상기 엔진측구동기어(3)에 치합되고 상기 출력축(5)에 회전 가능하게 설치된 엔진측피동기어(7)와; 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 고정하거나 해제하는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 클러치수단(9)과; 모터(M)로부터의 동력에 의해 회전되는 모터측구동기어(11)와; 상기 모터측구동기어(11)에 치합되고 상기 출력축(5)에 고정되게 설치된 모터측피동기어(13)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명은 엔진으로부터의 동력을 상기 구동축(1)으로부터 전달받아 상기 제1동력단속수단과 제2동력단속수단을 통해 상기 엔진측구동기어(3) 및 엔진측피동기어(7)를 구동함으로써, 상기 출력축(5)으로 엔진의 동력을 공급할 수 있도록 구성하고 있으며, 상기 모터로부터의 동력은 상기 모터측구동기어(11)와 모터측피동기어(13)의 기어 연결에 의해 출력축(5)으로 전달할 수 있도록 구성되어 있는 것이다.
본 실시예에서, 상기 제1동력단속수단은 상기 구동축(1)과 상기 엔진측구동기어(3) 사이에 설치된 엔진클러치(15)로 구성되고, 상기 제2동력단속수단은 상기 엔진클러치(15)와는 별도로 상기 구동축(1)과 상기 엔진측구동기어(3) 사이에 설치된 유성기어장치(17)로 구성된다.
상기 유성기어장치(17)는 캐리어(C)가 상기 구동축(1)에 직결되고, 링기어(R)가 상기 엔진측구동기어(3)에 직결되며, 선기어(S)는 그 회전 상태를 가변할 수 있도록 상기 구동축(1) 상에 회전 가능하게 설치되고, 상기 선기어(S)의 회전 상태를 제어할 수 브레이크(19)가 설치되어 있다.
따라서, 상기 브레이크(19)를 해제한 상태에서는 상기 구동축(1)의 동력이 상기 유성기어장치(17)를 통해서는 상기 엔진측구동기어(3)로 전달되지 않고, 상기 브레이크(19)를 체결한 상태에서는 상기 캐리어(C)로 입력되는 구동축(1)의 동력이 증속되어 상기 링기어(R)로 출력됨에 의해 상기 엔진측구동기어(3)는 상기 구동축(1) 속도보다 빠르게 회전하게 된다. 따라서 이때에는 상기 엔진클러치(15)는 해제된 상태이어야 한다.
한편, 상기 유성기어장치(17)의 링기어(R)에는 입력되는 회전력에 의해 발전을 수행하는 제너레이터(G)가 연결된 구성이어서, 엔진(E)의 동력으로 발전을 수행하여 배터리를 충전하고 상기 모터(M)에 필요한 전력을 공급할 수 있도록 한다.
본 실시예에서 상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 고정시키는 상태와 해제시키는 상태를 전환할 수 있도록 구성된 도그클러치로 구성할 수 있으며, 또는 동기치합식 싱크로기구로 구성할 수 있을 것이다.
상기 클러치수단(9)이 도그클러치로 구성되는 경우에는 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 연결하기 위해 상기 엔진과 제너레이터(G)를 제어하여 상기 엔진측피동기어(7)의 회전속도를 상기 출력축(5) 회전속도와 근접하게 하여 회전 속도차를 비교적 작게 만든 상태에서 상기 도그클러치를 결합해야 하며, 상기 클러치수단(9)이 상기 동기치합식 싱크로기구로 구성된 경우에는, 상기 엔진측피동기어(7)와 상기 출력축(5)의 회전속도차가 상대적으로 좀 더 큰 상태에서도 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 연결하여 동력 전달이 이루어질 수 있도록 할 수 있을 것이다.
한편, 상기 엔진측구동기어(3)는 상기 엔진측피동기어(7)보다 직경이 크게 형성되고, 상기 모터측구동기어(11)는 상기 모터측피동기어(13)보다 직경이 작게 형성되도록 구성하여, 엔진에 의해 차량이 구동될 때에는 엔진의 동력을 오버드라이브 상태로 구동륜에 전달하도록 하여 차량의 고속 주행에 주로 엔진이 사용되도록 하고, 모터에 의해 차량이 구동될 때에는 모터의 동력을 감속하여 토크를 증대시켜서 출력시킴으로써 차량의 저속 성능을 담당할 수 있도록 구성함으로써, 엔진과 모터의 토크특성이 상호 보완적으로 작용하여, 전체적으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 구성하고 있다.
도 2와 도 3은 본 발명 실시예가 엔진모드를 구현하는 것을 도시한 것으로서, 도 2는 엔진모드 1속 상태를 구현하고 있는 바, 상기 엔진클러치(15)가 결합되고 브레이크(19)는 해제된 상태이며, 상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 연결하고 있다.
엔진으로부터의 동력은 상기 엔진클러치(15)를 통해 상기 엔진측구동기어(3)로 전달되고, 상기 엔진측구동기어(3)로부터 상기 엔진측피동기어(7)가 전달받는 동력은 상기 클러치수단(9)을 통해 상기 출력축(5)으로 전달되어 디퍼렌셜 등으로 인출된다.
도 3은 엔진모드 2속 상태를 구현하고 있는 바, 상기 엔진클러치(15)는 해제되고 상기 브레이크(19)가 체결되며, 상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 연결한 상태로서, 엔진의 동력은 상기 유성기어장치(17)를 통하여 증속되어 상기 엔진측구동기어(3)로 전달되고, 이 동력은 상기 엔진측피동기어(7)와 상기 클러치수단(9)을 통해 상기 출력축(5)으로 인출되어 엔진모드 2속의 출력을 형성한다.
도 4는 본 실시예가 EV모드를 구현하는 상태로서, 상기 엔진은 정지한 상태일 수 있으며, 상기 엔진클러치(15) 및 브레이크(19)가 모두 해제된 상태이고, 특히 상기 클러치수단(9)이 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)과 연결되지 않게 해제한 상태로서, 상기 모터로부터의 동력은 상기 모터측구동기어(11)와 모터측피동기어(13)를 통해 직접 상기 출력축(5)으로 인출되어 EV모드를 구현하게 된다.
도 5와 도 6은 하이브리드모드의 일종인 병렬모드를 각각 구현하고 있는 상태를 도시한 것으로서, 도 5는 상기 엔진클러치(15)는 체결되고 상기 브레이크(19)는 해제되며, 상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 출력축(5)에 연결하고 있는 상태에서 상기 엔진과 상기 모터가 동시에 구동되어, 이들로부터의 구동력이 상기 출력축(5)에서 합쳐져서 디퍼렌셜 등으로 인출되는 것을 도시하고 있다.
도 6의 상태는 상기 도 5의 상태에서 상기 엔진클러치(15)가 해제되고 대신 상기 브레이크(19)가 체결되어 상기 엔진으로부터의 동력이 증속된 상태로 상기 엔진측구동기어(3) 및 엔진측피동기어(7)로 전달되면서 상기 모터로부터의 동력과 함께 출력축(5)을 통해 인출되는 상태를 설명하고 있다. 따라서 이 상태는 통상 도 5의 상태보다 빠른 회전수의 출력이 인출되는 상태일 것이다.
도 7은 본 발명 실시예가 하이브리드모드 중의 하나인 시리즈모드를 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 엔진클러치(15)는 해제된 상태에서 상기 브레이크(19)를 체결하고, 상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)으로부터 해제하여, 상기 엔진의 동력은 출력축(5)으로 전달되지 않으면서, 상기 링기어(R)를 구동하여 상기 제너레이터(G)가 회전됨에 따라 발생되는 전기를 배터리 또는 상기 모터로 제공할 수 있는 상태이며, 이때 상기 모터는 제공되는 전기를 공급받아 회전됨에 의해 그 동력을 상기 모터측구동기어(11) 및 모터측피동기어(13)를 통해 출력축(5)으로 전달하는 상태이다.
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
1; 구동축
3; 엔진측구동기어
5; 출력축
7; 엔진측피동기어
9; 클러치수단
M; 모터
11; 모터측구동기어
13; 모터측피동기어
15; 엔진클러치
17; 유성기어장치
C; 캐리어
R; 링기어
S; 선기어
19; 브레이크
G; 제너레이터

Claims (7)

  1. 엔진의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축(1)과;
    상기 구동축(1)으로부터 제공되는 동력에 의해 동심축을 이루며 회전 가능하게 설치된 엔진측구동기어(3)와;
    상기 구동축(1)으로부터 상기 엔진측구동기어(3)로 동력을 전달하는 서로 다른 두 경로를 형성하며, 동력을 전달하는 상태를 가변할 수 있는 제1동력단속수단 및 제2동력단속수단과;
    상기 구동축(1)과 평행하게 배치된 출력축(5)과;
    상기 엔진측구동기어(3)에 치합되고 상기 출력축(5)에 회전 가능하게 설치된 엔진측피동기어(7)와;
    상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 고정하거나 해제하는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 클러치수단(9)과;
    모터로부터의 동력에 의해 회전되는 모터측구동기어(11)와;
    상기 모터측구동기어(11)에 치합되고 상기 출력축(5)에 고정되게 설치된 모터측피동기어(13); 를 포함하되,
    상기 제1동력단속수단은 상기 구동축(1)과 상기 엔진측구동기어(3) 사이에 설치된 엔진클러치(15)로 구성되고;
    상기 제2동력단속수단은 상기 엔진클러치(15)와는 별도로 상기 구동축(1)과 상기 엔진측구동기어(3) 사이에 설치된 유성기어장치(17)로 구성되며, 상기 유성기어장치(17)는 캐리어(C)가 상기 구동축(1)에 직결되고, 링기어(R)가 상기 엔진측구동기어(3)에 직결되며, 선기어(S)는 그 회전 상태를 가변할 수 있도록 상기 구동축(1) 상에 회전 가능하게 설치되고; 상기 선기어(S)의 회전 상태를 제어할 수 있도록 설치된 브레이크(19)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유성기어장치(17)의 링기어(R)에는 입력되는 회전력에 의해 발전을 수행하는 제너레이터(G)가 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 고정시키는 상태와 해제시키는 상태를 전환할 수 있도록 구성된 도그클러치로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 클러치수단(9)은 상기 엔진측피동기어(7)를 상기 출력축(5)에 고정시키는 상태와 해제시키는 상태를 전환할 수 있도록 구성된 동기치합식 싱크로기구로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진측구동기어(3)는 상기 엔진측피동기어(7)보다 직경이 크게 형성되고,
    상기 모터측구동기어(11)는 상기 모터측피동기어(13)보다 직경이 작게 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
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