KR102440591B1 - 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치 - Google Patents

하이브리드 자동차의 엔진 시동장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드 자동차 엔진의 시동장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차 엔진의 시동장치는 하이브리드 스타터 제너레이터에 연결되는 입력축; 상기 입력축과 동일축선상에 배치되어, 상기 입력축과 선택적으로 연결되면서 엔진의 크랭크 축과 전동기구를 통해 연결되는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 배치되어 상호 다른 토크 변환이 이루어질 수 있도록 2개의 경로를 갖는 토크변환기구를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차의 엔진 시동장치 {ENGINE STARING SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명의 실시 예는 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시동 시에는 기어 비를 크게 하여 시동성을 확보하고, 발전 시에는 기어 비를 작게 하여 최대 회전수 제한에서 자유롭게 할 수 있는 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 관한 것이다.
자동차의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심기술로서, 선진 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 달성하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이에 따라 각 자동차 메이커들은 전기 자동차(EV: Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 자동차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 미래형 자동차 기술로서 개발하고 있다.
상기와 같은 미래형 자동차는 중량 및 원가 등 여러 가지 기술적인 제약이 있기 때문에, 자동차 메이커에서는 배기가스 규제를 만족시키고, 연비 성능의 향상을 위한 현실적인 문제의 대안으로서 하이브리드 자동차에 주목하고 있으며, 이를 실용화하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 에너지원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있으며, 에너지원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진과 전기 에너지에 의하여 구동되는 모터/제너레이터가 혼합되어 사용된다.
이러한 하이브리드 자동차는 저속에서 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 자동차는 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 시동 시에는 기어 비를 크게 하여 시동성을 확보하고, 발전 시에는 기어 비를 작게 하여 최대 회전수 제한에서 자유롭게 할 수 있는 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 하이브리드 스타터 제너레이터에 연결되는 입력축; 상기 입력축과 동일축선상에 배치되어, 상기 입력축과 선택적으로 연결되면서 엔진의 크랭크 축과 전동기구를 통해 연결되는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 배치되어 상호 다른 토크 변환이 이루어질 수 있도록 2개의 경로를 갖는 토크변환기구를 포함할 수 있다.
상기 토크변환기구는 상기 입력축의 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 입력축 출력기어; 상기 출력축과 일체로 형성되는 제1 출력축 입력기어; 상기 출력축의 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 출력축 입력기어; 상기 입력축 출력기어와 입력축, 상기 입력축과 상기 제1 출력축 입력기어를 선택적으로 연결하는 제1 클러치; 상기 출력축과 상기 제2 출력축 입력기어를 선택적으로 연결하는 제2 클러치; 및 상기 입력축과 출력축에 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 상기 입력축 출력기어와 상기 제2 출력축 입력기어에 외접 기어 연결되는 아이들축 입력기어와 아이들축 출력기어가 일체로 형성되는 아이들 축을 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 클러치는 클러치 허브의 외주상에 좌우 이동이 가능하도록 배치되는 제1, 제2 슬리이브가 선택적으로 좌우 이동하면서 클러치 역할을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 제1, 제2 슬리이브는 하나의 컨트롤 암에 구속되어 작동될 수 있다.
상기 입력축 출력기어, 아이들축 입력기어, 아이들축 출력기어, 제2 출력축 입력기어는 상기 입력축에서 출력축으로 동력이 전달될 때 감속이 이루어질 수 있도록 기어 비가 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 HSG와 엔진 시동 풀리 사이에 토크증대기구를 배치하여 시동 시에는 기어 비를 크게 하여 시동성을 확보하고, 발전 시에는 기어 비를 작게 하여 최대 회전수 제한에서 자유롭도록 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 시동 시에는 HSG의 시동 토크가 기어 비만큼 증대됨으로써, 그만큼 HSG의 최대 출력을 줄일 수 있게 되어 HSG의 용량을 작게 하여 재료비 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 발전 시에는 엔진(ENG)으로부터 전달되는 회전동력이 그대로 HSG로 전달되면서 발전이 이루어짐으로써, HSG의 최대 회전수에 제한받지 않게 할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 하이브리드 자동차의 동력전달시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시동장치가 적용된 하이브리드 자동차의 동력전달시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구에 있어서, 엔진 시동 시의 동력전달경로도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구에 있어서, 발전 시의 동력전달경로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명이 적용되는 일반적인 하이브리드 자동차의 동력전달시스템의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 적용 부분을 설명하기 위하여 일반적인 패러럴 타입 하이브리드 자동차에 있어서의 TMED(Transmission Mounted Electric Device)방식의 동력전달시스템을 도시하고 있다.
상기 TMED 방식의 하이브리드 동력전달시스템은 주 동력원인 엔진(ENG)과 보조 동력원인 모터/제너레이터(M/G) 사이에 동력단속수단인 클러치(CL)가 배치되고, 상기 모터/제너레이터(M/G)의 후측에는 상기 엔진(ENG) 및 모터/제너레이터(M/G)로부터 전달되는 회전동력을 변속하여 출력하는 자동 변속기(AT)가 배치되며, 상기 자동변속기(AT)의 후측에는 상기 자동 변속기(AT)로부터 전달되는 회전동력을 차동하여 구동륜(WH)으로 전달하는 최종 감속기구(FD)가 배치된다.
상기 엔진(ENG)은 하이브리드 스타터 제너레이터(Hybrid Starter Generator; 이하 HSG 라고 칭함)에 의하여 시동되며, 상기 HSG의 고장 시에는 모터/제너레이터(M/G)에 의하여 시동된다.
상기 HSG와 모터/제너레이터(M/G)는 모두 모터와 발전기의 기능을 가지며, 고성능 배터리(B)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받거나 충전이 이루어질 수 있도록 구성된다.
그리고 도 1에서는 HSG와 엔진(ENG)을 벨트 구동방식에 의하여 연결하고 있으나, 기어 구동방식에 의하여 연결할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시동장치가 적용된 하이브리드 자동차의 동력전달시스템의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시동장치는 HSG와 엔진(ENG) 사이에 토크변환기구(TD)를 배치하여 엔진 시동 시에는 HSG의 회전동력이 토크 증대되어 엔진(ENG)측으로 전달되고, 반대로 발전 시에는 엔진(ENG)의 회전동력이 증,감속 없이 직접 HSG측으로 전달되면서 발전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 토크변환기구(TD)는 입력축(IS), 상기 입력축(IS)과 동일축선 상으로 배치되는 출력축(OS), 상기 입력축(IS) 및 출력축(OS)과 일정간격을 두고 평행하게 배치되는 아이들 축(IDS)을 포함한다.
상기 입력축(IS)은 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 입력축 출력기어(ISOG)와 제1 클러치(CL1)에 의하여 상호 선택적으로 연결되며, 상기 출력축(OS)은 제1 출력축 입력기어(OSIG1)가 고정 배치되어 제1 클러치(CL1)에 의하여 입력축(IS)과 연결됨과 동시에 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 출력축 입력기어(OSIG2)와 제2 클러치(CL2)에 의하여 상호 선택적으로 연결된다.
또한, 상기 입력축(IS)과 출력축(OS)은 상기 제1 클러치(CL1)에 의하여 상호 선택적으로 연결되며, 상기 출력축(OS)에는 엔진(ENG)의 크랭크축 풀리(CP)와 벨트 연결되는 풀리(P)가 장착된다.
상기 아이들 축(IDS)에는 상기 입력축 출력기어(ISOG)와 외접 기어 연결되는 아이들 입력기어(IDIG)와, 상기 제2 출력축 입력기어(OSIG2)와 외접 기어 연결되는 아이들 출력기어(IDOG)가 일체로 형성된다.
상기 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)는 싱크로나이저 기구 또는 도그 클러치와 같이 축 또는 클러치 허브의 외주상에 좌우 이동이 가능하도록 배치되는 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)가 선택적으로 좌우 이동하면서 클러치 역할을 수행할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SL2)는 하나의 컨트롤 암(CA)에 구속되어 동시에 좌우 이동되는데, 본 발명의 실시 예에서는 도면에서 우측으로 이동하면 제1 클러치(CL1)가 입력축(IS)과 입력축 출력기어(ISOG)를 연결함과 동시에 제2 클러치(CL2)가 출력축(OS)과 제2 출력축 입력기어(OSIG2)를 연결하고, 도면에서 좌측으로 이동하면 제1 클러치(CL1)가 입력축(IS)과 출력축(OS)을 연결할 수 있도록 구성된다.
또한, 순차적으로 기어 연결되는 상기 입력축 출력기어(ISOG), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 출력기어(IDOG), 제2 출력축 입력기어(OSIG2)는 입력축(IS)의 회전동력이 6:1 정도로 감속되어 출력축(OS)으로 전달될 수 있도록 기어 잇수가 설정된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구에 있어서, 엔진 시동 시의 동력전달경로도이다.
도 4를 참조하면, 엔진(ENG)의 시동 시에는 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)의 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)가 도면에서 우측으로 이동하여 제1 클러치(CL1)가 입력축(IS)과 입력축 출력기어(ISOG)를 연결함과 동시에 제2 클러치(CL2)가 출력축(OS)과 제2 출력축 입력기어(OSIG2)를 연결한다.
그러면 HSG의 회전동력이 입력축(IS), 제1 클러치(CL1), 입력축 출력기어(ISOG), 아이들 입력기어(IDIG), 아이들 축(IDS), 아이들 출력기어(IDOG), 제2 출력축 입력기어(OSIG2), 출력축(OS), 풀리(P)를 통해 엔진(ENG)으로 전달되면서 엔진의 시동이 이루어진다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동장치에 적용되는 토크변환기구에 있어서, 발전 시의 동력전달경로도이다.
도 5를 참조하면, 발전 시에는 제1, 제2 클러치(CL1)(CL2)의 제1, 제2 슬리이브(SLE1)(SLE2)가 도면에서 좌측으로 이동하여 제1 클러치(CL1)가 입력축(IS)과 제1 출력축 입력기어(OSIG1)를 연결함과 동시에 제2 클러치(CL2)가 중립의 상태가 된다.
그러면 상기 도 4와는 반대로 엔진(ENG)의 회전동력이 풀리(P), 출력축(OS), 제1 클러치(CL1), 입력축(IS)을 통해 HSG로 전달되면서 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 시동장치는 HSG와 엔진 시동 풀리 사이에 토크증대기구를 배치하여 시동 시에는 기어 비를 크게 하여 시동성을 확보하고, 발전 시에는 기어 비를 작게 하여 최대 회전수 제한에서 자유롭도록 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 시동 시에는 HSG의 시동 토크가 기어 비만큼 증대됨으로써, 그만큼 HSG의 최대 출력을 줄일 수 있게 되어 HSG의 용량을 작게 하여 재료비 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 발전 시에는 엔진으로부터 전달되는 회전동력이 그대로 HSG로 전달되면서 발전이 이루어짐으로써, HSG의 최대 회전수에 제한받지 않게 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
CL1,CL2... 제1, 제2 클러치
ENG... 엔진
HSG... 하이브리드 스타터 제너레이터
IDS... 아이들 축
IDIG... 아이들축 입력기어
IDOG... 아이들축 출력기어
IS... 입력축
ISOG... 입력축 출력기어
OS... 출력축
OSIG1, OSIG2... 제1, 제2 출력축 입력기어

Claims (5)

  1. 하이브리드 스타터 제너레이터에 연결되는 입력축;
    상기 입력축과 동일축선상에 배치되어, 상기 입력축과 선택적으로 연결되면서 엔진의 크랭크 축과 전동기구를 통해 연결되는 출력축; 및
    상기 입력축과 출력축 사이에 배치되어 상호 다른 토크 변환이 이루어질 수 있도록 2개의 경로와 2개의 클러치를 갖는 토크변환기구;를 포함하며,
    상기 토크변환기구는, 상기 입력축의 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 입력축 출력기어와, 상기 출력축과 일체로 형성되는 제1 출력축 입력기어와, 상기 출력축의 외주상에 회전 간섭 없이 배치되는 제2 출력축 입력기어와, 상기 입력축 출력기어와 입력축, 상기 입력축과 상기 제1 출력축 입력기어를 선택적으로 연결하는 제1 클러치와, 상기 출력축과 상기 제2 출력축 입력기어를 선택적으로 연결하는 제2 클러치와, 상기 입력축과 출력축에 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 상기 입력축 출력기어와 상기 제2 출력축 입력기어에 외접 기어 연결되는 아이들축 입력기어와 아이들축 출력기어가 일체로 형성되는 아이들 축을 포함하는 하이브리드 자동차 엔진의 시동장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 클러치는
    클러치 허브의 외주상에 좌우 이동이 가능하도록 배치되는 제1, 제2 슬리이브가 선택적으로 좌우 이동하면서 클러치 역할을 수행할 수 있도록 구성되는 하이브리드 자동차 엔진의 시동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1, 제2 슬리이브는
    하나의 컨트롤 암에 구속되어 작동될 수 있도록 한 하이브리드 자동차 엔진의 시동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력축 출력기어, 아이들축 입력기어, 아이들축 출력기어, 제2 출력축 입력기어는
    상기 입력축에서 출력축으로 동력이 전달될 때 감속이 이루어질 수 있도록 기어 비가 설정되도록 한 하이브리드 자동차 엔진의 시동장치.
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