KR102315154B1 - 보조 장치를 구비한 자동차용 하이브리드 파워트레인 유닛 - Google Patents

보조 장치를 구비한 자동차용 하이브리드 파워트레인 유닛 Download PDF

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KR102315154B1
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transmission
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안드레아 피아차
마르코 가라벨로
잔루이지 프레그놀라토
파비오 페솔라
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씨.알.에프. 쏘시에타 컨서틸 퍼 아지오니
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Abstract

하이브리드 파워트레인 유닛은 내연 기관(E)과, 기어박스 장치(C)를 포함하며, 기어 박스 장치(C)는 클러치 장치(6)를 거쳐 내연 기관(E)의 샤프트(5)에 연결될 수 있는 1차 샤프트(3)를 구비한다. 기어박스 장치(C)는 차동장치(D)의 제1 크라운 휠(10)과 맞물리는 출력 피니언(9)을 구비한 2차 샤프트(7)를 포함하며, 그 케이싱(11)은 기어박스 장치(C)의 케이싱(2)에 강성적으로 연결된다. 유닛은 전기 모터 및 전기 발전기 양자 모두로서 기능하도록 구성된 전기 기계(M)를 포함하며, 이 전기 기계는 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19)에 전동장치에 의해 연결된 샤프트(16)를 구비한다. 전동장치 연결시, 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19)과 전기 기계(M)의 샤프트(16) 사이에는 전자 제어 작동기를 통해 구동될 수 있는 결합 장치(25)가 배열된다. 전기 기계(M)의 샤프트(16)는, 전기 기계에 관하여 동축으로 장착된 자동차의 보조 장치(CO, VS)를 제어하는 벨트 전동장치에 의해, 기어박스 장치에 대향한 측부에서 내연 기관(E)의 샤프트(5)에 연결된다.

Description

보조 장치를 구비한 자동차용 하이브리드 파워트레인 유닛 {HYBRID POWERTRAIN UNIT FOR MOTOR VEHICLES, PROVIDED WITH AUXILIARY DEVICES}
본 발명은 자동차용 하이브리드 파워트레인 유닛에 관한 것으로,
- 내연 기관과,
- 기어박스 장치를 포함하고,
기어박스 장치는
- 클러치 장치에 의해 자동차의 크랭크샤프트에 연결될 수 있는 적어도 하나의 1차 샤프트와,
- 적어도 하나의 2차 샤프트로서, 상기 적어도 하나의 2차 샤프트의 축은 상기 1차 샤프트의 축으로부터 거리를 두고 상기 1차 샤프트의 축에 평행하게 배열되며, 상기 적어도 하나의 2차 샤프트는 출력 피니언을 탑재하고 있는 적어도 하나의 2차 샤프트와,
- 복수의 전진 기어비에 대응하는 복수의 기어 쌍으로서, 각 쌍의 기어들은 하나가 상기 1차 샤프트와 상기 2차 샤프트 중 하나와 함께 회전하도록 강성적으로 연결되고 나머지는 상기 1차 샤프트와 2차 샤프트 중 나머지 샤프트에 관하여 자유 회전가능한, 복수의 기어 쌍과,
- 상기 자유 회전가능한 기어 각각을 해당 기어가 장착된 샤프트와 함께 회전하도록 결합시키기 위한 복수의 기어 선택 장치를 포함하고,
상기 유닛은
- 기어박스 장치의 상기 2차 샤프트의 상기 출력 피니언과 맞물리는 제1 크라운 휠을 갖는 차동장치와,
- 전기 모터 및 전기 발전기 양자 모두로서 동작하도록 구성되는 전기 기계로서, 상기 파워트레인 유닛의 지지 구조에 강성적으로 연결된 케이싱과 상기 차동장치의 제2 크라운 휠에 전동장치(transmission)에 의해 연결되는 샤프트를 구비하는 전기 기계를 더 포함하는 유형의 하이브리드 파워트레인 유닛에 관한 것이다.
상술한 유형의 하이브리드 파워트레인 유닛은 예로서, EP 1 868 832 B1으로부터 알려져 있다. DE 10 2009 0566366 A1 및 US 2002/065163 A1도 상술한 유형의 하이브리드 파워트레인 유닛을 예시하고 있으며, 이 또한 전기 기계의 샤프트와 상술한 차동장치의 제2 크라운 휠 사이에서 연결 전동장치 내에 배열된 결합 장치와, 상술한 결합 장치를 작동시키기 위한 수단을 포함한다.
유사하게, 유럽 특허 출원 EP 13153802(이미 출원되었지만, 본 발명의 우선일에는 아직 공개되지 않음)에서, 본 출원인은 결합 장치가 차동장치의 제2 크라운 휠과 전기 기계의 샤프트 사이에 배열되는 상술한 유형의 파워트레인 유닛을 제안한 바 있음을 인지하여야 하며, 여기서, 또한, 전기 기계는 샤프트를 구비하며, 이 샤프트는 기어박스 장치에 연결된 내연 기관 샤프트 단부에 대향한 내연 기관 샤프트 단부에서 내연 기관의 샤프트에 연결된다.
본 발명의 목적은 간단한 구조와 작은 전체 치수를 가지면서 효율적이고, 신뢰성있고, 동작이 다능한 하이브리드 파워트레인 유닛을 제공하는 것이다.
상술한 목적의 달성의 견지에서, 본 발명의 주제는 차동장치의 제2 크라운 휠과 전기 기계의 샤프트 사이에 결합 장치가 배열되는 상술한 유형의 하이브리드 파워트레인 유닛이며, 이 유닛은
- 전기 기계는 기어박스에 연결된, 내연기관 샤프트 단부에 대향한 내연 기관 샤프트 단부에서 내연 기관의 샤프트에 연결된 샤프트를 구비하고, 이러한 연결은 전기 기계의 샤프트에 연결된 제1 풀리와 내연 기관의 샤프트에 연결된 제2 풀리 상에 결합된 무단 벨트를 포함하는 벨트 전동장치에 의해 이루어지며,
- 상기 유닛은 예로서, 공조 시스템용 압축기와 제동 시스템용 부압원 같은 자동차의 하나 이상의 보조 장치를 더 포함하며,
- 상기 벨트 전동장치는 전기 기계의 샤프트에 관하여 동축으로 배열된 보조 샤프트를 거쳐 상기 하나 이상의 보조 장치를 제어하고,
- 상기 하나 이상의 보조 장치는 전기 기계의 샤프트에 관하여 동축으로 장착되는 것을 추가적 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보조 샤프트는 결합 장치를 거쳐 상기 하나 이상의 보조 장치에 연결된다. 역시 바람직하게는, 내연 기관의 샤프트와 상기 제2 풀리 사이에 다른 결합 장치가 배열된다.
내연 기관의 샤프트와 전기 기계의 샤프트 사이의 직접 연결은 예로서, BAS(벨트 교류발전기 시동기; Belt Alternator Starter), 즉, 내연 기관의 시동을 위한 전기 모터 또는 엔진에 의해 구동되는 발전기로서의 전기 기계의 기능을 제공할 수 있게 한다.
양호한 실시예에서, 전기 기계와 차동장치 사이의 결합 장치는 클러치 결합 장치이고, 이 결합 장치와 연계된 작동기 수단은 전자기 또는 전기유압 작동기와 작동기를 제어하기 위한 전자 유닛을 포함한다.
결합 장치의 작동은 자동차 및 엔진의 동작 파라미터의 함수로서 미리준비된 프로그램에 따라 자동차의 전자 제어 유닛에 의해 제어된다. 이러한 구성이 고려되는 실시예에서, 전기 기계와 내연 기관의 샤프트 사이의 벨트 연결부의 결합 장치에도 동일한 구성이 적용된다.
차동장치와 전기 기계 사이의 연결부에 결합 장치를 사용하는 것은 시스템의 효율의 장점을 위해 상기 연결이 필요한 동작 조건에서 상기 연결이 이루어질 수 있게 한다.
변형예에서, 전기 기계의 샤프트를 상술한 차동장치의 제2 크라운 휠에 연결하는 상기 전동장치는 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어를 포함한다.
본 발명에 따른 유닛에서 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어를 제공하는 것은 사륜 구동부를 갖는 차량에 대한 효율적 적용을 가능하게 한다. 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 상술한 기어는 예로서, 결합 장치와 차동장치의 제2 크라운 휠 사이에 또는 다르게는 대안적으로 전기 기계의 샤프트와 결합 장치 사이에 배열될 수 있다. 전자의 경우에, 전기 기계의 토크는 내연 기관의 토크에 대해 이루어지는 바와 동일한 방식으로 전방 차축과 후방 차축 사이에서 나누어지는 반면, 후자의 경우에는 전기 기계의 기능이 내연 기관의 토크의 분배와 무관하고, 심지어 내연 기관의 토크 중 100%가 자동차의 전방 차축으로 전달되고 전기 기계의 토크의 100%가 후방 차축으로 전달되는 것도 고려할 수 있다.
다른 실시예에서, 전기 기계의 샤프트를 차동장치의 상기 제2 크라운 휠에 연결하는 상술한 전동장치는 벨트 전동장치에 의해 구성되는 적어도 하나의 기어 감속 점프를 포함한다.
본 발명의 다른 특성 및 장점은 순수히 비제한적 예로서 제공되는 첨부 도면에 관한 후술된 설명으로부터 알 수 있을 것이다.
도 1은 유럽 특허 출원 EP 13153802(이미 출원되었지만, 본 발명의 우선일에는 아직 공개되지 않음)에서 본 출원인에 의해 이미 제안된 파워트레인 유닛의 제1 실시예의 개략도이다.
도 2는 마찬가지로 유럽 특허 출원 EP 13153802에서 본 출원인에 의해 이미 제안된 도 1의 파워트레인의 변형예의 개략도이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 주 특징에 따른 엔진 유닛과 연계된 자동차의 보조 장치를 고려하지 않은 변형예를 예시하지만, 그러나, 이들이 본 발명의 경우에도 적용될 수 있는 특징을 포함하고 있다는 점에서 이들 변형예의 설명은 유용하다.
도 12는 유럽 특허 출원 EP 13153802에서 이미 고려된 바에 따른, 내연 기관의 샤프트에 전기 기계의 샤프트를 직접 연결하는 벨트 전동장치에 의해 제어되는 보조 장치를 갖는 실시예를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 일 실시예를 예시한다.
도 1 내지 도 13에서, 동일한 부분은 동일 참조 번호로 표시되어 있다. 상기 도면에서, 참조번호 1은 자동차용 하이브리드 파워트레인 유닛 전체를 나타내며, 이는 내연 기관(E), 기어박스 장치(C), 차동장치(D), 및 전기 기계(M)를 포함한다.
종래 기술에 따르면, 기어 박스(C)는 케이싱(2)을 구비하고, 케이싱 내부에는 구름 베어링(4)에 의해 회전가능하게 장착된 1차 샤프트(3)가 있다. 1차 샤프트는 임의의 공지된 유형의 클러치 장치(6)를 통해 엔진(E)의 샤프트(5)에 연결될 수 있다. 또한, 기어박스(C)의 케이싱(2) 내부에는 구름 베어링(8)을 거쳐 2차 샤프트(7)가 회전가능하게 장착되어 있다. 2차 샤프트(7)의 축은 1차 샤프트(3)의 축으로부터 거리를 두고 1차 샤프트의 축에 평행하게 배열되어 있다.
물론, 첨부 도면이 단일 1차 샤프트와 단일 2차 샤프트를 포함하는 종래의 유형의 기어박스를 도시하고 있지만, 본 발명은 임의의 다른 공지된 기어박스 장치 구성에 적용될 수 있으며, 이러한 구성은 특히, 이중 클러치 장치에 의해 크랭크샤프트에 선택적으로 연결될 수 있으면서 임의의 수의 2차 샤프트를 구비할 수 있는 두 개의 동축 1차 샤프트를 포함하는 구성을 포함한다.
예로서 도면에 예시된 구성으로 돌아가서, 1차 샤프트(3) 및 2차 샤프트(7)는 복수의 전진 기어비를 제공하도록 함께 맞물리는 기어 쌍들을 탑재하고 있다. 각 쌍 중 하나의 기어는 해당 기어가 탑재되는 샤프트에 강성적으로 연결되는 반면, 각 쌍 중의 다른 기어는 각 샤프트 상에 자유 회전가능하게 장착된다.
예시된 예의 경우에, 제1 기어비는 1차 샤프트(3)에 강성적으로 연결된 기어(I1)와 2차 샤프트(7)에 자유 회전가능하게 장착된 기어(I2)를 포함하는 기어 쌍에 의해 얻어진다. 제2 기어비는 1차 샤프트(3)에 강성적으로 연결된 기어(II1)와, 2차 샤프트(7)에 자유 회전가능하게 장착된 기어(II2)에 의해 얻어진다. 제3, 제4, 제5 및 제6 기어비는 2차 샤프트(7)에 강성적으로 연결된 기어(III1, IV1, V1 및 VI1)와 1차 샤프트(3)에 자유 회전가능하게 장착된 대응 기어(III2, IV2, V2 및 VI2)를 포함하는 기어 쌍에 의해 얻어진다.
역시 공지 기술에 따라서, 1차 및 2차 샤프트(3, 7)는 자유 회전가능한 기어(I2, II2, III2, IV2, V2, VI2) 각각을 이들이 탑재되어 있는 각 샤프트와 함께 회전하도록 선택적으로 연결하기 위한 선택 장치(S1/2, S3/4 및 S5/6)를 탑재하고 있다.
기어박스 장치(C)는 제3 샤프트(도면 평면에서는 보이지 않음)를 더 포함하고, 이 제3 샤프트는 후진 기어 및 회전 방향이 역전된 상태로 1차 샤프트(3)로부터 2차 샤프트(7)로 회전 운동을 전달하는 방식으로 각 샤프트와 상기 기어를 회전식으로 연결하기 위한 선택 장치를 탑재하고 있다.
제2 샤프트(7)는 차동장치(D)의 제1 크라운 휠(10)과 맞물리는 출력 피니언(9)을 탑재하고 있다. 그 자체가 공지된 유형으로 이루어진 구조를 갖는 차동장치(D)는 기어박스 장치(C)의 케이싱(2)에 강성적으로 연결된 케이싱(11)을 구비하고, 정속 유니버설 조인트(14)를 통해 자동차의 기어에 운동을 전달하기 위한 두 개의 출력 샤프트(12, 13)를 구비한다. 크라운 휠(10)은 베어링(15)에 의해 케이싱(11) 내에 회전가능하게 장착되어 있는 차동장치의 기어트레인 캐리어에 강성적으로 연결된다.
전기 기계(M)는 동작 조건에 따라 전기 발전기로서, 그리고, 전기 모터로서 양자 모두로 기능하도록 구성된다. 도 1에 예시된 실시예에서, 전기 기계(M)는 차동장치(D)의 두 개의 출력 샤프트(12, 13)의 축을 공유하며, 16으로 표시된 그 샤프트가 축방향으로 가로질러 연장하고 있다. 샤프트(16)는 중공이고, 차동장치(D)와 전기 기계(M)의 정렬된 배열을 가능하게 하도록 차동장치(D)의 출력 샤프트(13)가 축방향으로 가로질러 연장하고 있다. 전기 기계(M)의 케이싱(17)은 차동장치(D)의 케이싱(11)에 강성적으로 연결되며, 또한, 내연 기관(E)의 구조에도 연결될 수 있다. 전기 기계(M)의 샤프트(16)는 구름 베어링(18)을 통해 케이싱(17) 내에 회전가능하게 지지된다.
전기 기계(M)의 샤프트(16)는 차동장치의 기어 트레인 캐리어에 강성적으로 연결된 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19)에 회전식으로 연결된다. 도 1의 경우에, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 차동장치(D)의 크라운 휠(19) 사이의 연결은 기어의 제1 쌍(20, 21) 및 기어의 제2 쌍(22, 19)에 의해 얻어지는 이중 기어 감속 점프에 의해 얻어진다. 기어(20)는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 강성적으로 연결되는 반면, 기어(21, 22)는 서로 정렬된 두 개의 샤프트(23, 24)에 탑재되며, 이 두 개의 샤프트는 결합 장치(25)에 의해 연결되어 있고, 이 결합 장치는 도시된 예에서 전자기 작동기(26)에 의해 제어되는 클러치 장치이며, 이 전자기 작동기는 전자 제어 유닛(U)(도 1에만 개략적으로 예시됨)에 의해 구동된다. 또한, 작동기는 전기유압식으로 이루어질 수 있거나 임의의 다른 공지된 유형으로 이루어질 수 있다. 또한, 결합 장치는 임의의 다른 공지된 유형으로 이루어질 수 있다. 두 개의 샤프트(23, 24)는 기어 감속 전동장치의 케이싱(28) 내에서 구름 베어링(27)을 거쳐 회전가능하게 장착되고, 케이싱(28)은 전기기계(M)의 케이싱(17) 및 차동장치(D)의 케이싱(11)에 강성적으로 연결되어 있다.
예시된 특정 예를 참조하면, 결합 장치(25) 및 전자기 작동기(26)는 임의의 공지된 방식으로 얻어질 수 있다. 이들 이유로, 또한, 도면을 단순화하고 이해를 용이하게 하기 위해서, 상기 요소의 구조적 세부사항은 본 명세서에 예시되어 있지 않다.
마지막으로, 유닛이 자동차에 장착되는 상태에서 수직방향으로 배열되는 엔진의 실린더가 전체가 CY로 표시되어 있다. 결과적으로, 도 1 내지 도 4에 예시된 도면은 파워트레인 유닛이 자동차에 장착되는 배열에 관하여 상면도이다. 통상적으로, 유닛은 자동차의 전륜과 연계하여 자동차의 전방부에 장착된다.
전기 기계(M)는 자동차 및 엔진의 동작 상태에 따라서 전기 모터 또는 발전기로서 기능한다. 특히, 이하의 다양한 동작 모드들이 가능하다:
전기 구동(내연 기관(E)은 꺼지고, 기어박스는 중립);
하이브리드 구동(내연 기관은 켜지고, 기어박스는 기어 결합됨)
제동 동안의 에너지 회수(내연 기관은 켜지고, 기어는 중립이거나 다르게는 내연 기관과 기어박스 사이의 클러치(6)가 분리됨)
전기 기계(M)는 또한 기어 변경 동안 자동차의 차륜에 내연 기관에 의해 공급되는 토크의 공백을 메우기 위해 전기 모터로서 사용될 수 있다.
마지막으로, 결합 장치(25)는 그 개입이 필요하지 않은 동작 상태에서 전기 기계(M)의 분리를 가능하게 한다.
이미 설명한 바와 같이, 첨부 도면의 도 1은 유럽 특허 출원 EP 13153802(이미 출원되었지만, 본 발명의 우선일에는 아직 공개되지 않음)에서 본 출원인에 의해 이미 제안된 해결책에 관한 것이다. 이러한 해결책에서, 기어박스 장치(C)에 연결된 단부 반대의 내연 기관(E)의 단부에서 내연 기관(E)의 샤프트(5)에 전기 기계(M)의 샤프트(16)의 직접 연결이 제공된다. 이를 위해, 예시된 예에서, 보조 벨트 전동장치(29)가 제공되며, 이는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 탑재된 제1 풀리(31) 및 예로서 전자기적으로 관장되는 것이나 임의의 다른 공지된 유형의 것인 결합 장치(34)를 통해 내연 기관의 샤프트(5)에 연결될 수 있는 샤프트(33)에 의해 지지되는 제2 풀리(32) 상에 결합된 무단 벨트(30)를 포함한다. 이러한 유형의 결합 장치는 예로서, 본 출원인의 명의로 출원된 문헌 EP 1 529 957 A1에 설명 및 예시되어 있다.
벨트 전동장치(29) 및 결합 장치(34)는 전기 기계(M)의 샤프트에 대한 내연 기관의 샤프트의 직접 연결을 가능하게 하여 예로서, BAS(벨트 교류발전기 시동기), 즉, 내연 기관의 시동을 위한 전기 모터 또는 엔진에 의해 구동되는 발전기로서의 전기 기계의 기능을 제공한다.
내연 기관의 시동의 양상에서, 결합 장치(25)는 분리되고 결합 장치(34)는 결합된다.
차량 여전히 서있는 상태에서 전류를 생성하는 양상에서, 내연 기관은 켜지고, 결합 장치(25)는 분리되며, 결합 장치(34)는 결합된다.
차량이 정지할 때 내연 기관이 자동으로 꺼지는 스탑-앤-고(stop-and-go) 장치를 구비한 차량에서, 전기 기계(M)는 벨트(30)에 의해 관장되는 보조 장치(공조 시스템의 압축기 같은)를 기능하는 상태로 유지할 수 있게 한다. 이러한 상태에서, 결합 장치(34)가 분리된다.
도 2는 역시 이전 유럽 특허 출원 EP 13153802에서 이미 제안된 변형예를 예시하며, 이는 전기 기계(M)의 축이 차동장치(D)의 출력 샤프트(12, 13)의 축으로부터 거리를 두고 그에 평행하게 배열되어 있다는 점에서 도 1의 제1 실시형태와 다르다. 이러한 경우에, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19) 사이의 연결은 세 개의 기어 감속 점프에 의해 달성된다. 제1 점프는 기어 쌍(35, 36)에 의해 얻어진다. 제2 점프는 기어 쌍(37, 21)에 의해 얻어지고, 제3 점프는 기어 쌍(22, 19)에 의해 얻어진다. 기어(36, 37)는 구름 베어링(41)을 통해 케이싱(28) 내에서 자유 회전가능하게 장착된 중공 샤프트(40)에 탑재된다. 차동장치(D)의 출력 샤프트(13)가 중공 샤프트(40)를 가로질러 연장한다. 도 3의 실시예에서, 기어(21, 22)는 전자기식으로 관장되는 결합 장치(25)에 의해 함께 연결될 수 있는 샤프트(23, 24)와 연계하여 도 1에 관하여 설명된 바와 같이 배열된다.
도 3은 본 발명의 주 특징에 따른 벨트 전동장치(29)에 의해 제어되는 자동차의 보조 유닛을 고려하지 않는 일 실시예를 예시한다. 그러나, 이러한 실시예에 대한 설명은 본 발명의 이해를 위해 유용하다. 도 3의 해결책은 도 1 및 도 2의 해결책과 공통적으로, 예로서, 기어박스 장치에 대향한 측부에서 내연 기관(E)의 샤프트(5)와 전기 기계(M)의 샤프트 사이에서 벨트 전동장치(29)에 의해 얻어지는 연결의 제공 및 차동장치(D)와 전기 기계(M) 사이의 결합 장치(25)의 제공 양자 모두를 구비한다.
도 1 및 도 2의 해결책에 관한 주된 차이점은 도 3의 경우에, 전기 기계(M)의 샤프트(16)를 차동장치(D)의 크라운 휠(19)과 연결하는 전동장치가 벨트 전동장치(50)에 의해 구성되는 기어 감속 점프를 포함한다는 사실에 있다. 예시된 예에서, 벨트 전동장치(50)는 제1 기어 감속 점프를 구성한다. 이는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 연결된 풀리(52) 상에 결합된 벨트(51)를 포함한다. 벨트(51)는 또한 도 2에 관하여 이미 설명된 중공 샤프트(40) 상에 연결된 풀리(53)와 결합한다. 벨트 전동장치(50)의 하류에서, 전동장치는 두 개의 기어 쌍(37, 21 및 22, 19)을 구비하고 기어(21, 22)가 동축으로 배열되어 결합 장치(25)에 의해 연결되어 있는 상태로 도 2의 것과 동일하게 유지된다.
벨트 전동장치로 구성되는 적어도 하나의 기어 감속 점프를 갖는 전동장치를 차동장치와 전기 기계 사이에 제공하는 것은 전기 기계의 배치에 고도의 유연성을 가능하게 하며, 이는 특히 작은 크기의 자동차에서 현저한 장점을 나타낸다.
물론, 벨트 전동장치의 구조 및 배열은 도 3에 예로서 예시된 것과는 매우 다를 수 있다. 예로서, 기어 감속 점프의 총 수는 3개가 아닐 수 있고, 벨트 전동장치(50)는 첫 번째 기어 감속 점프 이후의 기어 감속 점프에 사용될 수 있다. 이론적으로, 도 1의 해결책에서와 같이 차동장치와 정렬된 전기 기계를 제공하고 차동장치의 크라운 휠(19)과 맞물리는 기어에 연결되는, 이격되어 배열되어 있는 평행한 샤프트와 전기 기계의 샤프트를 연결하기 위해 벨트 전동장치(50)를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 도 2에 비해 다른 차이점은 도 3에서 전기 기계(M)가 도면에 개략적으로 예시되어 있는, 임의의 유형의 지지 구조(H)를 통해 내연 기관(E)의 구조에 의해 직접적으로 차동장치(D)에 관하여 축을 벗어난 위치에서 지지된다는 사실에 있다는 것을 주의하여야 한다.
도 4는 본 경우에 기어(21, 22)가 함께 직접적으로 연결되어 양자 모두가 공통 샤프트(23)에 강성적으로 연결되고 결합 장치(25)는 연계된 전자기 작동기(26)와 함께 벨트 전동장치(50)의 풀리(52)와 전기 기계(M)의 샤프트(16) 사이에 배열된다는 점에서 도 3의 것과는 도 3의 변형예를 예시한다.
도 4의 경우에도 역시, 결합 장치(34)는 벨트 전동장치(29)의 풀리(32)와 내연 기관의 샤프트(5) 사이에 배열되지 않는다. 이 경우에, 전자기 작동기(34a)를 구비하는 결합 장치(34)는 벨트 전동장치(29)의 풀리(31)와 전기 기계(M)의 샤프트 사이에 배열된다. 결과적으로, 도 4의 실시예에서, 두 개의 결합 장치(25, 34)는 양자 모두 그 대향 단부들에서 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 대해 동축이다.
도 5는 본 발명의 주제를 형성하지 않으며, 도 3에서와 같이 기어(21, 22) 사이에 배열된 결합 장치(25)와, 도 4에서와 같이 풀리(31)와 전기 기계(M)의 샤프트(16) 사이에 배열되어 있는 결합 장치(34)를 구비하는 다른 실시예를 도시한다(그러나, 본 경우에, 작동기(34a)와 결합 장치(34)의 앙상블은 전기 기계(M)와 풀리(31) 사이에 축방향으로 배열되는 반면 도 4에서는 축방향으로 풀리(31)에 관하여 외측에 있다).
물론, 결합 장치(25)가 도 4에서와 같이, 즉, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 풀리(52) 사이에 배열되고, 결합 장치(34)가 도 3에서와 같이, 즉, 풀리(32)와 내연 기관의 샤프트(5) 사이에 배열되는 것을 고려하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 주 특징에 따른 벨트 전동장치(29)에 의해 제어되는 자동차의 보조 유닛을 고려하지 않는 일 실시예를 예시한다. 그러나, 이러한 실시예에 대한 설명은 그 특징이 본 발명에도 적용될 수 있다는 점에서 유용하다. 본 변형예에서, 두 개의 결합 장치(25, 34)는 도 4의 경우에서와 같이 전기 기계의 샤프트(16)의 대향 단부들에 연결된다. 본 경우에, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 차동장치(D) 사이의 전동장치는 차동장치(D)의 케이싱에 강성적으로 연결된 케이싱(54)을 구비하고 두 개의 기어 감속 점프를 제공하도록 구성된 감속기(R)를 포함한다. 제1 점프는 샤프트에 연결된 기어(55)에 의해 제공되며, 이 샤프트는 순차적으로 그 연장부에서 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 직접적으로 연결된다. 기어(55)는 샤프트(58)의 기어(56)와 맞물리고, 샤프트(58)는 차동장치의 샤프트(13)와 전기 기계의 샤프트(16)에 평행하며 그들 사이의 중간에 배열된다. 또한, 샤프트(58) 상에는 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19)과 맞물리는 기어(57)가 연결되며, 이는 본 경우에는 중공 샤프트(19')에 연결된 기어에 의해 지탱되어 있으며, 중공 샤프트(19')는 순차적으로 차동장치의 기어 트레인 캐리어에 연결되고 차동장치의 샤프트(13)에 관하여 동축으로 배열되어 있다.
도 7 및 도 8은 역시 본 발명의 주제를 형성하는 주 특징(벨트 전동장치(29)에 의해 제어되는 자동차의 보조 유닛)을 고려하지 않지만, 임의의 경우에 본 발명의 경우에도 채택될 수 잇는 추가적 특징을 제시하는 다른 변형예를 도시한다. 도 7의 경우에, 두 개의 결합 장치(25, 34)는 도 6에서와 같이 전기 기계(M)의 샤프트의 대향 단부들에 연결되어 있다. 그러나, 도 6과는 달리, 전기 기계(M)는 도 1에서와 같이 차동장치(D)와 동축으로 장착된다. 결과적으로, 도 7의 경우에, 도 1에서와 같이, 샤프트(16)는 중공 샤프트이고, 차동장치의 출력 샤프트(13)가 가로질러 연장한다. 역시 도 7의 변형예의 경우에, 차동장치(D)와 전기 기계(M) 사이의 전동장치는 도 4의 두 개의 최종 기어 감속 점프에 대응하며, 기어 쌍(37, 21 및 22, 19)을 갖고 기어(21, 22)가 공통 샤프트(23)를 통해 함께 직접 연결된다.
도 8의 변형예는 결합 장치(25)가 기어(21, 22) 사이에 배열되어 있다는 점에서 도 7의 것과 다르다.
도 9의 변형예는 차동장치의 제2 크라운 휠(19)이 중공 샤프트(19')에 연결된 기어에 의해 지탱된다는 점에서 도 7의 것과 다르며, 중공 샤프트(19')는 순차적으로 차동장치의 기어 트레인 캐리어에 연결되어 있고 차동장치의 샤프트(13)에 관하여 동축으로 배열되어 있다(도 6에서와 같이).
또한, 도 10 및 도 11은 본 발명의 주제를 형성하는 주 특징(벨트 전동장치(29)에 의해 제어되는 자동차의 보조 유닛)을 고려하지 않지만, 임의의 경우에 본 발명의 경우에도 적용될 수 있는 추가 특징을 제시하는 변형예를 도시한다. 이들 도면은 사륜 구동부를 갖는 차량에 적용되도록 구성된 두 가지 다른 실시예를 설명하며, 여기서, 전기 기계(M)의 샤프트(16)를 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19)에 연결하는 전동장치는 차량의 다른 차축(본 예에서, 후방 차축)에 연결되는 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어를 포함한다.
도 10 및 도 11의 예 양자 모두는 두 개의 기어 감속 점프가 기어 쌍(37, 21 및 22, 19)에 의해 구성되고, 결합 장치(25)가 두 개의 동축 기어(21, 22) 사이에 배열되어 있는 상태로 차동장치의 샤프트(12, 13)에 관하여 동축으로 배열된 전기 기계(M)의 경우에 관한 것이다.
도 10의 경우에, 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어는 결합 장치(25)와 차동장치(D)의 제2 크라운 휠(19) 사이에서 전동장치 내에 배열된 베벨 기어(59)이다. 기어(59)는 샤프트(24) 상에 장착되고, 샤프트(24)의 축에 그 축이 직교하는 베벨 기어(60)와 맞물린다. 베벨 기어(60)는 차량의 다른 차축에 바람직하게는 임의의 공지된 유형의 조인트(62)를 통해 동력을 전달하는 전동 샤프트(61)에 강성적으로 연결된다.
도 11의 경우에, 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어는 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 결합 장치(25) 사이에서 전동장치 내에 배열된 베벨 기어(59)이다. 기어(59)는 샤프트(23) 상에 장착되고, 샤프트(23)의 축과 그 축이 직교하는 베벨 기어(60)와 맞물린다. 베벨 기어(60)는 조인트(62)를 통해 차량의 다른 차축에 동력을 전달하는 전동 샤프트(61)에 강성적으로 연결된다.
도 10의 경우에, 전기 기계의 토크는 내연 기관의 토크에 관하여 이루어지는 바와 동일한 방식으로 전방 차축과 후방 차축 사이에 공유되는 반면, 도 11의 경우에는 전기 기계의 기능은 내연 기관의 토크의 분배와 무관하고, 심지어, 내연 기관의 토크 100%가 자동차의 전방 차축으로 전달되고 전기 기계의 토크 100%가 후방 차축으로 전달되는 것도 고려할 수 있다.
도 12 및 도 13의 실시예에서, 벨트 전동장치(29)는 또한 예로서, 공조 시스템의 압축기(CO) 및 제동 시스템의 부압원(VS) 같은 자동차의 하나 이상의 보조 장치를 제어한다.
도 12의 경우에, 보조 벨트 전동장치(29)가 상기 보조 장치의 작동을 위해 풀리(63, 64)에 결합된다.
본 발명의 일 실시예를 예시하는 도 13의 경우에, 벨트 전동장치(29)의 풀리(32)는 다른 벨트 전동장치(66)에 의해 보조 장치(CO, VS)를 제어하는 풀리(65)와 함께 회전하도록 연결된다. 벨트 전동장치(66)는 전기 기계의 관형 샤프트(16)와 동축인 관형 샤프트(68)에 연결된 풀리(67)에 풀리(65)를 연결한다(도 10 및 도 11에서, 전기 기계는 차동장치의 샤프트(12, 13)와 동축이다). 샤프트(68)는 결합 장치(69)를 통해 샤프트(16)에 연결된다.
도 13의 해결책은 전기 기계의 임의의 배열(차동장치에 동축이든 그에 관하여 축을 벗어난 상태이든), 결합 장치(25, 34)의 임의의 배열 및 전기 기계와 차동장치 사이의 전동장치의 임의의 구성에 적용될 수 있다. 또한, 도 13의 해결책은 또한 본 발명의 경우에도, 즉, 도 10 및 도 11에 예시된 바와 같이 차량의 다른 차축에 대한 연결을 고려하는 실시예에서도 적용될 수 있다.
물론, 본 발명의 원리를 훼손시키지 않고, 구성 및 실시예의 세부사항은 순수한 예시로서 본 명세서에 예시 및 설명된 바에 관하여 폭넓게 변할 수 있으며, 따라서, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는다.

Claims (12)

  1. 차량용 하이브리드 파워트레인 유닛으로서,
    - 내연 기관(E)과,
    - 기어 박스(C)를 포함하고,
    기어 박스(C)는
    - 클러치 장치(6)에 의해 자동차의 크랭크샤프트(5)에 연결될 수 있는 적어도 하나의 1차 샤프트(3)와,
    - 출력 피니언(9)을 탑재하고 있는 적어도 하나의 2차 샤프트(7)로서, 2차 샤프트의 축은 상기 1차 샤프트(3)의 축으로부터 거리를 두고 배열되면서 1차 샤프트의 축에 평행한, 적어도 하나의 2차 샤프트와,
    - 복수의 전진 기어비(I, II, III, IV, V, VI)에 대응하는 복수의 기어 쌍(I1, I2, II1, II2, III1, III2, IV1, IV2, V1, V2, VI1, VI2)으로서, 각 쌍의 기어들은 하나의 기어는 상기 1차 및 2차 샤프트(3, 7) 중 하나와 함께 회전하도록 강성적으로 연결되고, 나머지 기어는 상기 1차 및 2차 샤프트 중 나머지에 관하여 자유 회전가능하게 연결되는, 복수의 기어 쌍, 및
    - 상기 자유 회전가능한 기어 각각을 해당 기어가 장착된 샤프트와 함께 회전하도록 커플링하기 위한 복수의 기어 선택 장치(S1/2, S3/4, S5/6)를 포함하고,
    상기 하이브리드 파워트레인 유닛은
    - 기어박스 장치(C)의 상기 2차 샤프트(7)의 상기 출력 피니언(9)과 맞물리는 제1 크라운 휠(10)을 갖는 차동장치(D)와,
    - 전기 모터 및 전기 발전기 양자 모두로서 동작하도록 구성되는 전기 기계(M)로서, 상기 파워트레인 유닛의 지지 구조에 강성적으로 연결되는 케이싱(17)과 상기 차동장치의 제2 크라운 휠(19)에 전동장치에 의해 연결되는 샤프트(16)를 구비하는 전기 기계(M)와,
    - 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19) 사이에서 연결 전동장치 내에 배열되는 결합 장치(25), 및
    - 상기 결합 장치를 작동시키기 위한 수단(26)을 더 포함하는
    하이브리드 파워트레인 유닛에 있어서,
    상기 파워트레인 유닛은
    - 전기 기계(M)는 샤프트(16)를 구비하고, 상기 샤프트(16)는 기어박스(C)에 연결된 내연 기관 샤프트 단부에 대향한 내연 기관 샤프트 단부에서 벨트 전동장치(29)에 의해 내연 기관(E)의 샤프트(5)에 연결되고, 상기 벨트 전동장치(29)는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 연결된 제1 풀리(31)와 내연 기관(E)의 샤프트(5)에 연결된 제2 풀리(32) 상에 결합된 무단 벨트(30)를 포함하며,
    - 상기 유닛은 예로서 공조 시스템용 압축기(CO) 및 제동 시스템용 부압원(VS) 같은 자동차의 하나 이상의 보조 장치를 더 포함하고,
    - 상기 벨트 전동장치(29)는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 관하여 동축으로 배열된 보조 샤프트(68)를 거쳐 상기 하나 이상의 보조 장치를 제어하고,
    - 상기 하나 이상의 보조 장치는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 관하여 동축으로 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 샤프트(68)는 결합 장치(69)를 거쳐 상기 하나 이상의 보조 장치(CO, VS)에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연 기관(E)의 샤프트(5)와 상기 제2 풀리(32)의 사이에 다른 결합 장치(34)가 배열되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 전기 기계(M)의 샤프트(16)를 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19)에 연결하는 상기 전동장치는 벨트 전동장치(50)에 의해 구성된 적어도 하나의 기어 감속 점프를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19) 사이의 연결을 위한 상기 전동장치는 상기 벨트 전동장치(50)에 의해 제공되는 기어 감속 점프와, 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19)과 기어(22)의 맞물림에 의해 제공되는 적어도 하나의 다른 기어 감속 점프를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  6. 제5항에 있어서, 전기 기계(M)의 샤프트(16)와, 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19) 사이의 연결을 위한 상기 전동장치는 세 개의 기어 감속 점프를 포함하고, 상기 세 개의 기어 감속 점프는 상기 벨트 전동장치(50)에 의해 제공되는 제1 기어 감속 점프와, 함께 맞물리는 두 개의 기어 쌍(37, 21; 22, 19) 에 의해 제공되는 두 개의 다른 기어 감속 점프인 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    - 전기 기계(M)의 샤프트(16)는 차동장치(D)의 두 개의 출력 샤프트(12, 13)의 축으로부터 거리를 두고 배열되면서 상기 출력 샤프트(12, 13)에 평행한 축을 가지며,
    - 제1 기어 감속 점프를 제공하는 상기 벨트 전동장치(50)는 전기 기계(M)의 샤프트(16)에 강성적으로 연결된 제1 풀리(51)를 중공 샤프트(40)에 강성적으로 연결된 제2 풀리(52)에 연결하고, 상기 중공 샤프트(40)는 차동장치(D)의 두 개의 출력 샤프트(12, 13)에 관하여 동축으로 장착되고, 차동장치(D)의 상기 출력 샤프트 중 하나(13)가 축방향으로 상기 중공 샤프트(40)를 가로질러 연장되며,
    - 제2 기어 감속 점프를 제공하는 기어 쌍(37, 21)은 출력 기어(21)와 상기 중공 샤프트(40)에 강성적으로 연결된 입력 기어(37)를 포함하고,
    - 제3 기어 감속 점프를 제공하는 기어 쌍(21, 19)은 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19)에 의해 구성되는 출력 기어와 입력 기어(21)를 포함하며,
    - 제2 기어 감속 점프의 출력 기어(21)와 제3 기어 감속 점프의 입력 기어(22)는 동축이고 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  8. 제7항에 있어서, 제2 기어 감속 점프의 출력 기어(21)와 제3 기어 감속 점프의 입력 기어(21)는 두 개의 샤프트(23, 24)와 함께 회전하도록 연결되며, 상기 두 개의 샤프트는 서로 정렬되고 상기 결합 장치(25)에 의해 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  9. 제7항에 있어서, 제2 기어 감속 점프의 출력 기어(21)와 제3 기어 감속 점프의 입력 기어(21)는 하나의 그리고 동일한 샤프트(23)에 회전식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 차동장치의 제2 크라운 휠과 전기 기계 사이의 전동장치에 배열되는 상기 결합 장치는 클러치 결합 장치(25)이고, 작동기 수단은 전자기 또는 전기유압 작동기(26)와 상기 작동기의 제어를 위한 전자 유닛(U)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  11. 제1항에 있어서, 전기 기계(M)의 샤프트(16)를 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19)에 연결하는 상기 전동장치는 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 기어(59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
  12. 제11항에 있어서, 차량의 다른 차축에 연결된 전동 샤프트를 구동하기 위한 상기 기어(59)는 상기 결합 장치(25)와 차동장치(D)의 상기 제2 크라운 휠(19) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인 유닛.
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