KR20020077230A - 파워 트레인 - Google Patents

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KR20020077230A
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energy
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피엘스토마스
레이츠디에르크
딜제르마틴
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룩라멜렌운트쿠플룽스바우베타일리궁스카게
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 내연기관과 전기 기기 및 자동차 구동 기어를 포함하는 파워 트레인(power train)에 관한 것이다.

Description

파워 트레인{POWER TRAIN}
본 발명은 다양한 구동 상태에서 자동차를 움직이기 위한 파워 트레인에 관한 것으로서, 상기 파워 트레인은 적어도 하나의 내연기관, 상기 내연기관에 연결될 수 있는, 적어도 하나의 제너레이터 기능 및 모터 기능을 가진 적어도 하나의 전기 기기, 및 적어도 하나의 구동 휠에 설치된, 구동 상태에 따라 선택 가능한 다수의 기어 단을 가진 기어를 포함한다.
이러한 정의에 따른 파워 트레인은 일반적으로 하이브리드 원동기(Hybrid drive)로서 명명되며, 상기 하이브리드 원동기가 장착된 자동차는 내연기관 및/또는 전기 기기로 구동될 수 있다. 또한 그와 같은 방식의 자동차의 특수한 실시예에서는 브레이킹시 전기 기기에 운동 에너지가 전달되어 전기 에너지로 변환된 후 에너지 저장 장치에 저장될 수 있다.
상기 방식의 하이브리드 원동기는 원칙적으로 뛰어난 효율을 갖춘 경우, 그리고 예컨대 디젤엔진과 같은 에너지 절약형 엔진, 특히 직접 분사 장치가 장착된 엔진을 구비한 종래의 자동차에 비해 적절한 에너지 절약 퍼텐셜을 사용할 수 있는 경우에만 경쟁력이 있다.
본 발명의 목적은 공지된 하이브리드 원동기에 비해 개선된 효율을 가지며, 자동차 감속시 운동 에너지의 활용도가 더 높고, 더 나은 효율을 가진 작동 범위 내에서 내연기관 및/또는 전기 기기를 구동시키는 하이브리드 파워 트레인을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 그러한 구현에 매칭되는 적절한 자동차 구동 방법을 제공하는 것이다.
도 1 내지 5는 내연기관, 불연속(discrete) 기어 단을 갖춘 파워 시프트 기어(power shift gear) 및 전기 기기를 포함하는 파워 트레인의 실시예이다.
도 6은 내연기관, CVT-기어 및 전기 기기를 포함하는 파워 트레인의 실시예이다.
도 7은 내연기관, "geared-neutral"-기어 및 전기 기기를 포함하는 파워 트레인의 실시예이다.
도 8 내지 11은 본 발명의 개념에 따른 파워 트레인의 구동 방식에 의해 열회수 가능한 에너지를 설명하기 위한 도표이다.
상기 목적은 적어도 하나의 내연기관(11), 상기 내연기관에 연결될 수 있는, 적어도 하나의 제너레이터 기능 및 모터 기능을 가진 적어도 하나의 전기 기기(50), 및 적어도 하나의 구동 휠에 설치된, 구동 상태에 따라 선택 가능한 다수의 기어 단계(1, 2, 3, 4, 5, 6, R)를 가진 기어(15)를 포함하는, 다양한 구동상태에서 자동차를 움직이기 위한 파워 트레인에 의해 달성되며, 이 때 상기 기어 단계는 적어도 다음의 구동 상태, 즉
a) 자동차가 내연기관(11)에 의해 및/또는 전기 기기(50)에 의해 구동되는 시동 상태,
b) 자동차의 감속시 발생하는 운동 에너지의 일부가 전기 에너지 및/또는 회전 에너지로 변환되고, 적어도 잠시동안 상기 에너지 형태의 저장을 위해 설치된 적어도 하나의 에너지 저장기 내에 저장되는 코스팅(coasting) 상태,
c) 예열(warm up)되지 않은 내연기관이 전기 기기에 의해 스타팅되는 콜드 스타트 상태(cold start phase), 및
d) 예열된 내연기관(11)이 전기 기기(50)에 의해, 또는 상기 전기 기기를 시동시키기 위해 내연기관에 움직일 수 있게 연결된 회전 밸런스 웨이트(balance weight)에 의해 시동되는 웜 스타트 상태(warm start phase)를 포함한다.
상기 하이브리드 원동기는 본 발명의 개념에 따라 자동차의 감속 과정시 생성된 운동 에너지가 전적으로 전기 에너지로 변환되도록 할 뿐만 아니라, 자동차의 구동 상태에 따라 생성된 운동 에너지를 전기 에너지 및/또는 기계 에너지, 예컨대 회전 에너지의 형태로 저장한다. 여기서 상이한 구동 상태는 상이한 속도에서 다시 멈추거나 자동차가 정지할 때까지 이어질 수 있는, 속도가 상이한 감속 과정일 수 있다. 또한 이 경우 의도한 감속의 강도에 대한 척도가 고려될 수 있다. 여기서 - 일반적으로 열회수라 불리는 - 운동 에너지의 변환이 특정 코스팅 상태에서는 전기적으로, 다른 구동 상태에서는 오직 기계적으로만 또는 복합적인 방식으로 이루어짐에 따라 예컨대 밸런스 웨이트가 기계 에너지를 수용하고 회전 에너지로서 저장하는 반면, 예컨대 전기 기기는 운동 에너지의 다른 일부를 전기 에너지로 변환하여 전기 에너지 저장기 내, 예컨대 고출력 배터리, 고출력 커패시터 및/또는 그와 유사한 장치 내에 저장한다. 이를 위해 필요한 파워 일렉트로닉 부품이 적절하게 설계된다.
또한 전기 기기 및 기계적 열회수에 필요한 밸런스 웨이트는 얻어질 최대 에너지에 매칭된다. 예컨대 전기 기기 및/또는 상응하는 밸런스 웨이트는 중형차의 경우 3 내지 25 kW, 바람직하게는 5 내지 15 kW의 열회수 가능한 에너지에 맞춰질 수 있다. 자동차 내에서 최소 간격을 유지하기 위한 적절한 수단 및 충분히 앞을 내다보는 운행 방식이 제공되면 자동차의 열회수가 자동차의 공지된 서비스 브레이크(service brake)에 대한 대안으로 도입될 수 있다. 그러나 특히 긴급 상황이나 급제동 과정에서는 추가의 제동 장치가 제공되는 것이 바람직할 수도 있다. 이 때 열회수 및 경우에 따라 종래의 제동 장치에 의한 감속 과정이 공통 제어 장치에 의해 컨트롤 및 제어되는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 제어 장치는 전체적인 기능의 제어 및 조절을 수행하기 위해 예컨대 엔진 제어 기능과 같은 자동차 내 다른 기능도 수행할 수 있다. 또한 상기 제어 장치는 ABS가 존재하는 경우 전기 기기와 같은 열회수 수단 및/또는 밸런스 웨이트와 같은 기계적 열회수 장치의 감속 과정에 맞추어 상기 ABS를 조정할 수 있다.
기계적 에너지 저장 시스템을 제공하기 위해 본 발명의 개념에 따라, 내연기관의 크랭크 샤프트 및 기어의 기어 입력 샤프트에 회전 불가능하게 연결될 수 있고, 이들로부터 절연될 수 있는 플라이휠(flywheel)이 밸런스 웨이트일 수 있다. 이러한 방식의 플라이휠은 예컨대 2 개의 클러치에 의해 크랭크 샤프트 및 기어 입력 샤프트로부터 절연될 수 있도록 플라이휠 효과 유닛으로서 제공되기 때문에, 예컨대 기어 입력 샤프트쪽 클러치가 닫히면 열회수가 이루어지고, 이 때 크랭크 샤프트쪽 클러치가 열림으로써 자동차의 감속시 내연기관의 슬립 손실없이 플라이휠이 가속될 수 있다. 그렇게 하여 가속된 플라이휠은 이제 다시 크랭크 샤프트쪽 클러치에 의해 상기 크랭크 샤프트에 연결되어 내연기관을 구동시킬 수 있고, 이를 위해 기어 입력 샤프트쪽 클러치가 다시 열릴 수 있다. 그 특성과 관련하여 기계적 에너지 저장기로서 열회수 가능한 운동 에너지에 맞추어진 밸런스 웨이트가 전기 기기의 회전자를 형성하는 것이 매우 바람직할 수 있다. 바람직하게는 그로 인해 분리된 플라이휠의 형성이 생략될 수 있고, 전기 기기가 구동되지 않을 때, 즉 전기 기기에 전류가 공급되지 않거나 상기 전기 기기가 집전기 및/또는 전기 에너지 저장기에 연결되지 않은 경우 오직 기계적으로만 열회수가 이루어지고, 또는 전기 기기에 전류가 공급되면 전기적으로 열회수가 이루어지는데, 이러한 상태에서 전기 에너지 저장기가 충전되고 및/또는 집전기는 예컨대 안전과 관련된 및/또는 자동차 탑승자의 안락함을 보증하는 집전기가 구동될 수 있다. 기계적 열회수를 위한, 밸런스 웨이트로서 회전자의 관성 토크의 조정은, 밸런스 웨이트 부재가 기계적 열회수의 목적으로 예컨대 마찰 클러치, 죠 클러치(jaw clutch)와 같은 시프트 클러치, 프리휠(freewheel)을 이용하여 및/또는 이들의 결합에 의해 회전자에 연결될 수 있고, 전기적 열회수의 최적화를 위해 상기 밸런스 웨이트 부재가 분리됨으로써 관성 토크가 감소되는 방식으로 이루어진다. 이와 관련하여 더 완벽하게 설명하자면, 전류가 공급된 전기 기기에서 전기적 열회수는 이러한 맥락에서 항상 회전자의, 높은 질량으로 인한 피할 수 없는 가속을 포함한 기계적 열회수의 의미를 내포한다.
하이브리드 원동기의 효율을 높이기 위해서는 또한, 자동차의 감속시 기어 변속비를 적어도 하나의 구동 휠 쪽에서 볼 때 오버드라이브로 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 감속 과정에 들어가면 기어 변속비는 기계적 및/또는 전기적 열회수 장치의 회전 속도가 최대 에너지 수율로 설정되도록 조정된다. 이는 바람직한 열회수의 경우 회전자에 작용하는 회전 속도에 의해 기어비가 선택되고, 상기 회전 속도는 가능한 한 전기 기기의 효율 및/또는 출력이 최대일 때의 회전 속도에 가까우며, 또는 오직 기계적인 열회수시에는 밸런스 웨이트의 최대 회전 속도를 달성하기 위해 기어비가 조정된다는 것을 의미할 수 있다. 바람직한 기어비는 예컨대 불연속 기어단을 가진 기어의 경우에는 적절한 기어 휠 쌍에 의해 넣어진 기어 단이 될 수 있고, 예컨대 CVT-기어(continuous variable transmission)의 경우나 소위 이론상 무한적으로 변속되는 geared-neutral-기어의 경우에는 오버드라이브가 될 수 있다. 변속비의 선택은 감속의 바람직한 방식과 속도에 따라 및/또는 주행 안락감에 따라 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 개념에 의하면 자동차의 감속시 변속이 점차 오버드라이브로 수행되고, 이 때 기계적인 열회수가 실시된다. 즉, 감속 과정시 발생하는 운동 에너지가 전기 기기의 접속없이 회전 에너지로 변환되고, 최고 변속비에 도달함으로써 상기 변속비에서 플라이휠, 예컨대 회전자의 회전 속도가 최대이면 전기 기기가 접속되고, 추가로 전기적 열회수가 실시된다. 이 때 예컨대 50 km/h에서 40 km/h까지 잠시동안 감속되는 경우 기계적 열회수가 실시되며, 이러한 기계적 열회수는, 특히 운동 에너지가 회전 에너지로 변환될 때의 효율이 전기 에너지로 변환될 때의 효율보다 더 높다는 이유 때문에, 전기적 열회수에 비해 에너지학상 더 이롭다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 의도한 감속 동안 운동 에너지는 기어가 적어도 하나의 구동 휠에서 볼 때 오버드라이브로 조정됨으로써 최대값에 도달한 후, 남은 운동 에너지가 전기 에너지로 변환될 때까지 회전 에너지로 변환될 수 있다. 이 경우 자동차가 정지하면 밸런스 웨이트에 저장된 회전 에너지가 적어도 부분적으로 역시 전기 에너지로 변환되는 것이 바람직할 수 있다. 매우 바람직한 한 실시예에서는 상기 회전 에너지가, 감속 과정동안 멈추었던 내연기관의 가동을 위해 플라이휠이 크랭크 샤프트와 연결된 후 남겨진 잔류 회전 에너지가 충분할 정도까지 전기 에너지로 변환될 수 있다.
전술한 것처럼, 열회수의 작동 방식은 자동차의 감속 비율에 따라 선택될 수 있다. 여기서 감속 비율은 절대 감속 및 그로부터 형성된 기울기일 수 있다. 이 때 기계적 열회수에서 전기적 열회수로의 전이를 점 형태로 또는 임의 범위 이상으로 정하는 시프팅 포인트가 고정되도록 설정되거나, 동작 매개변수에 따라 다이내믹하게 변동될 수 있다. 그리하여 예컨대 운전자 측에서 감속을 증대하려는 의도가 없는 약간의 감속시 또는 감속 정도가 작은 경우 얻을 수 있는 운동 에너지는 회전 에너지로 변환되고, 시프팅 포인트를 넘어선 후 감속이 더 커지거나 운전자가감속을 더 높이려고 할 경우에는 전기 에너지로 변환될 수 있다. 상기 시프팅 포인트는 감속 임계값이 미리 정해진 경우 고정 세팅될 수 있다. 예컨대 상기 시프팅 포인트는 0.5 m/s2내지 3 m/s2, 바람직하게는 1 m/s2내지 2 m/s2의 감속시에 제공될 수 있다. 상기 시프팅 포인트는 운전자가 의도한 감속에 따라 설정되는 것이 특히 바람직하다. 여기서 운전자는 제어 유닛으로 전송되는 정확하고 측정 가능한 변수를 이용하여 감속의 강도 및 지속시간이 얼마나 되어야 하는지를 신호화한다. 예컨대 운전자가 의도한 감속의 척도로서 브레이크 페달의 작동 방식으로부터 유도된 신호가 평가될 수 있다. 또 한 편으로 상기 신호는 브레이크 페달의 조작 압력을 감지하는 압력 센서의 압력 신호이거나, 유압 시스템 내에서 브레이크 작동을 위해 형성된 압력 등이 될 수 있다. 열회수 시스템이 필요한 최대 제동 에너지 미만으로 설계되면, 운동 에너지의 변환에 의한 감속 이상으로 자동차가 의도적으로 감속될 때 상기 감속에 상응하게 기존의 또는 추가로 설치된 서비스 브레이크가 접속될 수 있다.
오직 기계적인 열회수와 접속된 전기 기기에 의한 열회수간의 전환에 대한 추가의 바람직한 조치는 시프팅 포인트가 적어도 하나의 가변적인 동작 매개변수에 알맞게 설정되는 방식으로 행해질 수 있다. 그리하여 예컨대 운전자에 따라 및 그의 운전 방식 자체에 따라, 예컨대 퍼지(fuzzy)-기술을 이용함으로써 또는 신경망을 이용한 계산을 통해 시프팅 포인트가 설정될 수 있다. 따라서 수 회의 급제동 과정을 수반하는 빠른 주행의 경우에는 즉시 전기적인 열회수가 실시되고, 반면 활강하는 것처럼 보이는 안정적인 주행 방식의 경우에는 오직 기계적인 열회수만 실시되는 것이 바람직하다. 이러한 시프팅 포인트의 계산에는 적절한 변속비의 선택도 관련이 될 수 있다. 예컨대 어느 정도의 급제동 조종을 수반하는 빠른 주행의 경우 작은 기어단 내지는 작은 변속비에 상응하게 더 큰 감속 토크 및 열회수 토크가 더 빠르게 제공될 수 있고, 반면 현저하게 천천히 감속되는 경우에는 변속비에 의해 설정된, 전기 기기의 이상적인 회전 속도에서 전기적 열회수가 실시된다.
하이브리드 원동기의 전체 효율을 개선시키기 위한 본 발명의 또 다른 개념에 따르면, 내연기관은 그의 최소 사용 범위 내에서 구동되고, 예컨대 추월 동작시 운전자에 의해 파워 트레인에 요구되는 출력 증가는 전기 기기의 추가 구동을 통해 조정될 수 있다. 이 경우 내연기관의 최소 사용범위 내에서의 출력 및 전기 기기의 출력이 합해진 파워 트레인의 전체 출력은 운전자에 의해 선택될 수 있는 출력 범위 이상으로 재생산될 수 있게 제공되는 것이 매우 바람직하다. 적어도 전기 기기의 출력에 영향을 미치는 매개변수가 전체 출력을 감소시키는 경우에는 물론, 전체 출력의 바람직한 재생산력을 위해 내연기관의 최소 사용 범위를 벗어나는 것이 필요하게 될 수 있다. 이러한 악영향의 요소로는 예컨대 전기 기기의 출력 특성곡선에 나쁜 영향을 주는 회전 속도 의존적 및/또는 온도 의존적 계수, 상기 전기 기기에 전원을 공급하는 에너지 저장기의 상태, 예컨대 충전 상태 및/또는 자동차 배터리의 노후화, 전기 기기를 제어하는 및/또는 전기 에너지를 공급하는 파워 일렉트로닉 부품의 온도를 들 수 있다. 최소 사용량과의 차이는, 전기 기기의 출력이 약화될 때 내연기관의 최소 소비량에 가장 가까운 근사값과 최소 소비량의 편차가적어도 하나의 영향 매개변수에 의해 전기 기기의 출력이 감소되는 것과 동일한 정도로 나타나는 방식으로 이루어질 수 있다.
하이브리드 원동기의 효율을 증가시키기 위한 본 발명의 또 다른 개념에 따라, 기어 입력 샤프트 또는 적어도 하나의 구동 휠과 상호 작용하는 기어 출력 샤프트에 선택적으로 연결될 수 있는 전기 기기가 제공된다. 이러한 방식으로 상기 전기 기기는 회전 속도에 따른 최대 출력과 관련하여 최적의 회전 속도 범위를 제공하는 샤프트와 각각 상호 연결될 수 있다. 이를 위해 예컨대 기어 입력 샤프트를 크랭크 샤프트에 조정 가능하게 연결하는 시동 클러치 및 기어 출력 샤프트와 전기 기기를 크랭크 샤프트에 조정 가능하게 연결하는 파워 시프트 클러치를 구비한 자동화된 파워 시프트 기어 내에 제공될 수 있고, 이 때 상기 전기 기기와 기어 출력 샤프트 사이의 연결은 죠 클러치(jaw clutch)에 의해 분리될 수 있으며, 따라서 상기 전기 기기는 상기 죠 클러치가 닫히고 파워 시프트 클러치가 열리면 기어 출력 샤프트에 연결되고, 상기 죠 클러치가 열리고 시동 클러치와 파워 시프트 클러치가 각각 닫히면 기어 입력 샤프트에 연결된다. 이 경우 상기 전기 기기는 적어도 하나의 기어 단이 넣어질 때, 기어 출력 샤프트의 회전 속도에 기어 입력 샤프트의 회전 속도를 동기화시키는 것도 바람직할 수 있다. 또한 상기 전기 기기는 예컨대 마찰 클러치를 이용하여 크랭크 샤프트와 연결될 수 있도록 형성됨으로써 열회수동안 내연기관이 상기 전기 기기와 분리될 수 있고, 클러치가 닫히면 상기 전기 기기는 정지 상태에 있는 내연기관을 구동시킬 수 있다.
또한 에너지학상의 이유에서 볼 때, 정지 상태에서는 내연기관을 멈추었다가출발하기 전에 다시 스타팅시키는 것이 바람직하다. 승차 안락감 및 안전 관련 기술의 이유에서, 내연기관은 운전자가 출발하고자 할 때 가능한 한 일찍 스타팅되는 것이 매우 바람직하다. 종래 기술과는 반대로 본 발명에서는, 정지 상태시 운전자가 브레이크 페달을 작동시킨 경우 내연기관은 브레이크 페달이 릴리스되면 바로 스타팅되고, 액셀러레이터가 작동되어야 스타팅되지 않는 것이 제안된다. 그로 인해 이와 같이 빠른 응답을 요하는 부분에서 내연기관의 회전 토크를 더 신속하게 이용할 수 있게 하는 데에 상당한 도움이 될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 또 다른 실시예에서는, 자동차의 감속시 발생하는 운동 에너지가 열회수시 공기조절 장치 내로, 예컨대 공기 압축기(air compressor) 내로 우회되고, 이 때 상기 공기 압축기는 냉각 모드뿐만 아니라 가열 모드도 포함할 수 있도록 제공될 수 있다. 이 때 바람직하게는 이산화탄소로 구동될 수 있는 공기 압축기가 기어와 직접 상호 연결되고, 상기 기어는 전기 기기도 수용하며, 상기 전기 기기는 기어 입력 샤프트, 기어 출력 샤프트 또는 카운터샤프트(countershaft)에 연결될 수 있다. 특히 바람직하게는 공기 압축기가 더블 클러치 기어의 기어 입력 샤프트들 중 하나에 설치될 수 있고, 이 때 전기 기기는 동일한 기어 입력 샤프트 또는 다른 기어 입력 샤프트에 설치될 수 있다. 공기 압축기가 기어의 영역 내에 설치됨으로써 코스팅 상태에서 내연기관이 분리되면 상기 공기 압축기가 예컨대 전기 기기에 의해 및/또는 코스팅 상태에서 발생한 운동 에너지에 의해 구동될 수 있고, 그로 인해 자동차가 가열 및/또는 냉각될 수 있다. 이는 특히 내연기관, 예컨대 직접 분사 방식의 디젤 엔진과 결합될 때 효과적일 수 있다. 그 이유는 가열에 이용되는 열 손실이 낮기 때문이다. 공기 압축기 및 전기 기기는 기어 내에서 서로 직접 움직일 수 있게 연결될 수도 있다.
본 발명의 개념에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서는, 예컨대 내연기관에 기어를 분리 가능하게 연결하고 스타팅 과정동안 전기 기기를 상기 내연기관에 연결하는 마찰 클러치를 구비한 파워 트레인의 경우, 스타팅 과정동안 상기 마찰 클러치는 시동 토크가 전기 기기로부터 내연기관으로 전달되는데 필요한 시간동안만 닫히게 된다. 이러한 방식으로 클러치는 내연기관이 구동되면 더 빠르게 릴리스되고, 기어에서는 더 일찍 시동 기어가 넣어지기 때문에 스타팅 과정동안 마찰 클러치가 완전히 닫히는 경우보다 자동차가 전체적으로 더 빠르게 출발된다. 대안적으로 또는 이와 병행하여 상기 마찰 클러치가 예컨대 2 개의 압력판에 의한, 마찰 라이닝(friction lining)이 장착된 클러치 디스크의 축방향 팽창을 야기하기 위해 에너지 저장기로부터 직선 경로/힘-비(ratio)를 제공받을 수 있다. 이 때 상기 압력판 중 제 1 압력판은 축방향으로 고정되고, 제 2 압력판은 상기 제 1 압력판에 축방향으로 변위될 수 있게, 그리고 회전 불가능하게 연결될 수 있다. 그로 인해 클러치가 닫히면 선형 증가 토크가, 그리고 클러치가 열리면 선형 감소 토크가 달성될 수 있고, 이는 전체적으로 클러치의 연결- 및 차단 시간을 단축시킬 수 있다. 내연기관이 구동된 후 자동차가 출발할 때까지의 시간을 추가로 단축하는 것은, 시동 기어를 넣기 위해 개방된, 내연기관과 기어 사이의 마찰 클러치가 즉시 스캔 포인트(scan point)로 이동되고, 입력된 기어 단의 동기화가 달성되면 자동차가 시동됨으로써 달성될 수 있다. 이 때 상기 스캔 포인트는 축방향으로 변위될 수 있는압력판을 움직이는 에너지 저장기를, 클러치 디스크로의 마찰이 일어나지 않을 만큼, 및 그에 따라 내연기관으로부터 기어로 회전 토크가 전달되지 않을 만큼 축방향으로 변위시키는, 릴리스 레버(release lever)의 축방향 경로의 포인트이다. 이러한 스캔 포인트로의 이동을 통해 동기화가 이루어지는 순간에 동기화 이후 스캔 포인트에 도달하기 위해 꼭 필요한 시간값이 얻어진다.
본 발명의 또 다른 개념은, 내연기관이 전기 기기에 직접 연결되는 파워 트레인을 위한 효율 개선책을 제공한다. 그러한 방식의 소위 크랭크 샤프트 스타터 제너레이터가 장착된 하이브리드 원동기는 전기 기기와 내연기관 사이에 설치되는, 통상 열회수동안 내연기관을 전기 기기로부터 분리시키는 클러치가 생략되기 때문에 유리한 가격으로 제조된다. 종래 기술에 따른 실시예에서는, 열회수동안 내연기관이 그의 드래그 토크(drag torque)에 의해 드래그됨에 따라 자동차의 감속 단계동안 얻을 수 있는 운동 에너지가 상기 드래그 토크만큼(중형차의 내연기관의 경우 3000 U/min에서 약 10-15 kW) 감소된다는 단점의 감수 하에 상기와 같은 경제적 이득을 얻게 된다. 상기와 같은 파워 트레인에서는 내연기관의 드래그 토크가 통상적으로 회전 속도와 함께 증가되기 때문에, 전술한 것과 같은 오버드라이브로의 시프팅이 드래그 토크를 불필요하게 증가시킨다는 것이 연구를 통해 밝혀졌다. 이러한 방법과 반대로, 본 발명에 제안된 파워 트레인의 경우에는 코스팅 상태에서 낮은 회전 속도에서 내연기관의 코스팅을 허용하는 기어 단이 넣어지는 것이 매우 바람직하다. 그로 인해 전기 기기도 역시 낮은 회전 속도에서 구동되며, 그럼에도 불구하고 기어를 더 낮은 기어 단에 넣어두는 것보다 상기 방법에서 전체 에너지균형이 더 개선되고, 열회수 단계동안 더 많은 에너지가 저장될 수 있다. 이 경우 임의의 기어를 넣거나, 또는 CVT-기어의 경우 내연기관의 회전 속도를 1500 U/min 미만, 바람직하게는 1000 U/min 미만으로 제한하는 기어비를 선택하는 것이 바람직하다.
파워 트레인의 한 실시예를 통해, 크랭크 샤프트 스타터 제너레이터를 구비한 파워 트레인에서 효율을 증가시키기 위한 본 발명에 따른 또 다른 방법은, 즉 코스팅(coasting) 상태에서 전기 기기가 운동에너지를 소모하기 위해, 상기 내연기관내에 제공된 연료차단장치가 비활성화될 때까지 제너레이터 모드로 구동되고, 이때 상기 연료차단장치가 비활성화되면 내연기관과 기어사이에 배치된 시동클러치가 열리며, 상기 내연기관은 차단되는 방법이 제공된다. 그로 인해 안락함의 이유로 코스팅 차단이 중단되는 시점까지 연료 소비없이 열회수되고, 그런 다음 공회전 단계에서 연료 소비가 시작되기 전에 불필요한 연료 소비를 피하기 위해 내연기관이 멈춰질 수 있다. 이러한 방식으로 내연기관을 재시동하지 않고도 코스팅 차단이 비활성화될 때까지 아직 멈추지 않은 내연기관에 의해 즉각적인 시동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 파워 트레인의, 모든 하이브리드 원동기에 관련된 또 다른 바람직한 실시예에서는 스타팅 과정동안 내연기관의 압축비를 감소시키는 방법이 제공된다. 스타팅 동안의 압축비 감소는 예컨대 배기량 변동시에 크랭크 샤프트 및/또는 실린더 헤드의 축방향 변위에 의해 및/또는 제어 시간의 변동에 의해 실시된다. 스타팅 과정이 더 안전하게 수행될 수 있도록 하기 위해 예컨대 압축비를 14에서 8까지 감소시킬 수 있고, 그럼으로써 스타팅 출력이 명백히 감소될 수 있다. 내연기관의 스타팅에 필요한 출력은 그의 압축비에 따라 좌우되기 때문에, 압축비가 감소되면 에너지가 저장되고, 또한 내연기관의 스타팅을 위한 전기 기기는 그에 상응하게 더 낮은 출력을 갖도록 설계된다. 특히 예컨대 높은 압축비를 가진 및/또는 다수의 실린더를 가진 내연기관의 경우, 상기 내연기관은 단지 시동 토크를 제공한다는 이유에서 제너레이터의 목적 및/또는 열회수의 목적의 경우보다 더 강하게 설계되어야 한다. 이 점에 있어서 예컨대 규정된 제너레이터 구동 모드, 열회수 구동 모드 및/또는 부스터 구동 모드에서 상기 전기 기기는 잠깐동안 정격 출력 이상으로 부하를 받게 될 수 있고, 그럼으로써 요구된 시동 토크가 더 작게 설계된다 할 지라도 원칙적으로는 전기 기기는 더 낮은 출력을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
또한 열회수가 종료된 후 다시 가능한 한 빨리 회전 토크를 출력 샤프트로 전달할 수 있도록 하기 위해, 내연기관이 클러치에 의해 기어 입력 샤프트로부터 완전히 분리되지 않고 예컨대 클러치의 슬립 구동에 의해 낮은 회전 속도에서, 예컨대 1000 U/min 미만의 회전 속도에서, 바람직하게는 공회전 속도에서 드래그(drag)될 수 있다. 그 결과 야기되는 초과 에너지 소모는 제한적이다. 스타팅시 또는 열회수 과정이 끝난 후 다시 가속될 때에는, 내연기관이 다시 스타팅될 필요가 없기 때문에 클러치가 더 빨리 토크를 전달하고, 그럼으로써 스타팅 내지는 열회수 이후의 가속이 더 안전하고 편안하게 실시된다. 대안으로 또는 부가로 상기 구동 상태에서 압축 및/또는 압축비가 감소될 수 있고, 연소실 밸브가 부분적으로 열리며 및/또는 하나 이상의 워킹 실린더(working cylinder)가 차단될 수 있다.
하이브리드 파워 트레인의 또 다른 바람직한 실시예에서는 시동 클러치와 가까운 위치에 설치되는 전기 기기가 제공된다. 이러한 구현을 위해 바람직하게는 상기 시동 클러치의 경우 열을 발생시키는 그의 슬립 특성과 관련하여 제어하고, 전기 기기의 경우 특히 열 발생과 관련하여 그의 최대 출력의 범위 내에서 구동되는 동안 또는 상기 범위 이상에서 잠시동안 그의 열 도입에 따라 제어하는, 즉 적어도 하나의 기기 - 전기 기기 및/또는 마찰 클러치 - 의 열 도입이 발생하면 상기 두 기기는 열 도입으로 인한 손상이 야기되지 않도록 구동된다. 이는 클러치의 슬립시 전기 기기의 출력이 회수되거나, 극단적인 경우에는 주변으로의 필요한 열 도입을 최소화하기 위해, 그리고 기기 주변의 재료에 지속적인 손상을 미치지 않는 정도로 유지하기 위해 완전히 차단된다. 또한 많은 열을 이용하는 전기 기기의 구동 상태에서는 슬립 구동이 방지되고, 또는 클러치의 조작 및 경우에 따라 시프팅 과정이 일시적으로 지연될 수 있다. 또한 기기 영역 내 온도가 높으면, 열 도입이 한 쪽 기기에 의해서만 야기되었다 할 지라도 상기 두 기기 모두 적어도 적절한 시간 간격으로 가능한 한 열 에너지가 적게 발생하도록 구동시키는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 기기 영역 내 설치 공간이 예컨대 주변 온도, 극복될 경사, 트레일링 로드(trailing load) 및/또는 자동차 적재량에 따라 현저하게 과열되는 경우 전기 기기 및/또는 마찰 클러치가 적절하게 감소된 열 도입으로 구동됨으로써, 본 발명이 미리 적용될 수 있다. 이러한 과정들은 자동차 구동시 그 순서의 우선순위를 적절하게 정함으로써 안전에 관련된, 그리고 편안함을 제공하는 과정들이 적절하게 평가되도록 하는 중앙 컨트롤 유닛에 의해 제어될 수 있다.
CVT-기어에 대한 또 다른 바람직한 실시예에서는 열회수 과정동안 전기 기기가 최대 효율 및/또는 최대 출력에서 구동되도록 CVT-기어의 기어비가 제공될 수 있다. 이 경우 회전자를 우선 전류 공급없이 구동시키고 기계적 열회수를 실시하며, 전기 기기에는 최대 효율의 범위 내 회전 속도, 예컨대 공칭 회전 속도에 도달했을 때 또는 최대 출력의 회전 속도에 도달했을 때 전류를 공급하는 것이 매우 바람직하다. 테이퍼 디스크를 조정하여 CVT-기어의 기어비를 설정하는 것은 열회수 과정동안 전기 기기의 회전 속도를 제어하기 위해 바람직하게는 운전자가 의도한 감속 중 하나에 의해 유도될 수 있다. 이를 위해 운전자에 의해 송출된 신호가 감속 의도에 상응하게 평가되어 기어비 변동을 위해 제어 변수로 변환된다. 운전자의 의해 송출된 신호로는 예컨대 브레이크 페달의 위치, 운전자에 의해 상기 페달에 가해지는 압력 내지는 유압 브레이크 장치 내에 인가되는 압력이 있으며, 상기 압력은 먼저 정해진 값, 예컨대 의도적인 비상 제동시의 값에서부터 서비스 브레이크로 유도될 수 있으며, 그 이전에는 신호 발생을 위해서만 사용될 수 있다. 이 때 운전자에 의해 발생한 압력에 상응하게 유도되는 감속은 열회수에 의해 달성될 수 있다. 이를 위한 바람직한 실시예는 운전자에 의한 규정값 세팅을 제공하며, 상기 규정값 세팅에 의해 예컨대 비상 제동, ABS의 활성화에 의한 제동 등과 같은 각각의 감속 순차를 조정하는 상위 개념의 제동 조작이 제어된다. 이 때 휠 회전 속도 센서, 예컨대 기존의 ABS 및/또는 ASR(anti-slip regulator)의 회전 속도센서를 이용한 실제 감속이 측정되어, 제동 조작에 의해 처리될 추가 측정 변수로서 고려된다. 또한 열회수 과정 이후의 감속시 예컨대 스로틀 밸브의 위치 또는 의도적인 가속의 측정을 위한 운전자의 신호로서의 시간에 따른 조정 유도가 적절한 기어비의 설정을 위한 CVT-기어의 테이퍼 디스크의 상응하는 조정을 위해 사용될 수 있다. 이 때 CVT-기어의 기어비 변동을 조정하는 제어 루프(control loop)를 위한 실제 기어비와 원하는 기어비의 편차가 발생함에 따라서 예컨대 특히 산악 활강시 일정한 감속 특성이 달성된다. 제동 조작에 있어서 그 밖의 영향 변수로는 바람직하게는 예컨대 조작 시스템의 계산 성능을 과다하게 요구하지 않기 위해, 예컨대 내연기관과 기어 사이의 클러치의 전달 가능한 최대 토크, 전기 기기의 최대 토크 또는 특성곡선, 서비스 브레이크의 최대 제동 토크 및 경우에 따라 그들의 작용 특성곡선 및 응답 특성곡선 등과 같이 고정 매개변수로서 입력될 수 있는 입력 변수(input variable)가 세팅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 의하면, 내연기관과 CVT-기어 사이의 시동 클러치가 열려있고, 상기 내연기관은 멈추어 있다가 펄스 스타트에 의해 시동 클러치가 닫힌 후 추가의 분리 클러치에 의해 기어의 피동축으로부터 분리된 전기 기기에 의해 구동되는 열회수 과정 이후에는 운전자가 의도한 가속 토크에 따라 전기 기기의 회전 속도가 조절된다. 이 때 운전자는 예컨대 스로틀 밸브 위치로부터 유도될 수 있는 제어 신호를 이용하여 내연기관의 회전 토크에 의한 의도적인 가속을 위한 기준값을 세팅할 수 있으며, 이 때 의도한 가속은 내연기관의 회전속도에 회전 토크를 할당하는 형태로 측정된다. 상기 회전 속도는 이제 본 발명의 개념에 따라 전기 기기 옆에 있는 시동 클러치가 닫히기 전에 미리 설정되기 때문에, 내연기관은 시동 클러치가 닫힌 후에 회전 속도로 가속되고, 운전자가 요구한 회전 토크를 송출한다. 동시에 CVT-기어는 설정된 회전 속도에서 최적의 기어비로 조정되고, 분리 클러치는 상응하는 약간의 슬립에 의해 닫히게 된다.
본 발명의 범위에는 또한 전술한 바람직한 파워 트레인을 구비한 자동차의 제어, 조정 및 구동 방법이 포함된다.
본 발명은 도 1 내지 11에 따라 더 상세히 설명된다.
도 1 내지 5는 각각 서로 유사한 파워 트레인(10, 110, 210, 310, 410)을 나타낸다. 여기서 각각의 동일한 부품은 동일한 도면 부호로 표시되어있으며, 유사한 부품은 맨 앞에 놓인 숫자에 의해 서로 구별된다. 파워 트레인(10, 110, 210, 310, 410)은 내연기관(11)을 포함하며, 상기 내연기관(11)은 그의 크랭크 샤프트(12, crankshaft)에 설치된 클러치(13)에 의해 파워 시프트 기어(15, 115, 215, 315, 415)의 입력 샤프트(14, input shaft)에 연결될 수 있다. 크랭크 샤프트(12)와 기어 입력 샤프트(14) 사이에는 클러치(13)의 클러치 디스크 내에 및/또는 분리된 플라이휠(flywheel) 내에 비틀림 진동 감쇠기(16, torsional vibration damper)가 제공될 수 있다. 기어 입력 샤프트(14) 상에는 고정 풀리(17, 18, 19, 20, 21, 22, fast pulley; 도 1에는 고정 풀리 21이 없음)가 배치되고, 이들은 각각 기어 출력 샤프트(23, output shaft) 상에 배치된 아이들러 풀리(25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, idler pulley; 도 1에는 아이들러 풀리 29가 없음)와 맞물림으로써 기어단 (1에서 4 및 R, 도 1) 내지는 (1에서 5 및 R, 도 2 내지 5)의 상이한 기어비를 위한 기어 쌍을 형성한다. 각각의 최종 단, 즉 기어 출력 샤프트(23)에서 도달 가능한 최대 회전 속도를 가진 단 - 도 1에서는 5단, 도 2 내지 5에서는 6단 -이 기어 출력 샤프트(23)를 중심으로 배치된 아이들러 풀리(30)를 이용하여 이와 맞물리는 기어(31)를 통해 파워 시프트 클러치(32)에 움직일 수 있게 연결되며, 상기 기어(31)는 기어 입력 샤프트(14)를 중심으로 배치되어 파워 시프트 클러치(32)에 회전 불가능하게 연결된다. 이 때 상기 2 개의 클러치(13, 32)는 하나의 하우징 내에 더블 클러치(double clutch)로서 설치될 수 있고, 기어 휠(30) 내지는 기어 출력 샤프트(23)와 크랭크 샤프트(12) 사이의 동력 흐름(power flow)에는 적절한 클러치 디스크로 다시 통합되거나 분리된 플라이휠로 구성될 수 있는 추가 감쇠기(33)가 제공될 수 있다. 후진 기어(R)는 기어 휠(22 및 35) 사이에 배치된 역 풀리(34, reverse pulley)에 의해 회전 방향이 역전된다. 아이들러 풀리는 연동(連動) 형성 하에 적절한 기어 단(1에서 6)을 제어하기 위해, 각각 쌍을 이루어 클러치에 의해(여기서는 예컨대 축방향으로 변위될 수 있는 슬라이딩 슬리브(36, 37, 38, sliding sleeve)에 의해) 기어 출력 샤프트(23) 상에 회전 불가능하게 설치된 고정 풀리(39, 40, 41)와 연결된다. 상기 슬라이딩 슬리브(36, 37, 38)는 도시되지 않은 액추에이터 내지는 전기식, 압축공기식 또는 유압식 액추에이터를 이용하여 기어를 구동시키거나 기어를 넣기 위해 축방향으로 변위되며, 이 때 상기 액추에이터와 슬라이딩 슬리브 사이에서 시프트 레일(shift rail), 시프트 축(shift shaft) 및 기어와 같이 운동학적으로 적절하게 매칭된 전달 수단이 제공될 수 있다. 출발 기어로서 제공된 2 개의 기어(1 및 R)에는 클러치(13, 32)의 상응하는교차 제어를 통한 및/또는 전기 기기(50)의 브레이킹 또는 가속에 의한 동기화 장치없이 나머지 기어들을 동기화하는 싱크로나이저(42, 43, synchronizer)가 설치된다.
파워 트레인(10, 110, 210, 310, 410)의 다양한 형성예들은 전기 기기(50)의 배치 및 배선, 그리고 6단의 제공 및 배치에 의해 구별된다. 이 점에 있어서 도 1은 1단부터 5단 및 R 기어를 포함하는 파워 시프트 기어(15)를 나타낸 것이며, 여기서는 전기 기기(50)의 회전자(51)가 파워 시프트 클러치(32)에 직접 연결되거나, 기어 휠(31) 및 기어 비를 증대시키기 위해 추가로 상기 회전자 및 기어 휠(31)과 맞물리는 기어 휠(52)을 통해 연결된다. 전기 기기(50)가 기어 휠(31)에 접속됨으로써 상기 전기 기기(50)는 기본적으로 움직일 수 있게 5단 기어에 연결되고, 따라서 도시된 실시예에서는 기어 출력 샤프트를 통한 자동차 구동시뿐만 아니라 기어 출력 샤프트(23)를 통해 기어(15)로 운동 에너지가 유입되는 열회수시에도 기어비가 일정하게 유지된다. 내연기관의 가동은 슬라이딩 슬리브(36, 37, 38)가 중립 위치인 경우, 클러치 (13)이 연결된 경우 및 클러치 (32)가 연결된 경우에 이루어진다. 이러한 구동 상태에서는 1단 내지 5단 및 R단 중 어떤 기어도 넣어지지 않기 때문에, 예컨대 자동차가 정차하는 동안 에너지 저장기의 상태가 좋지 않은 경우에도 내연기관(11)이 멈추지 않으면 에너지 저장기의 충전을 위해 상기 상태가 이용될 수 있다. 열회수 모드에서 바람직하게는 상기 2 개의 클러치(13, 32)가 일시적으로 열리고, 슬라이딩 슬리브(38)에 의해 5단 기어가 넣어진다. 이는 전기 기기(50)를 이용하여 자동차를 오직 전기적으로 구동시키기 위한 조정이기도 하다.상기 전기 기기(50)는, 내연 기관(11)을 이용한 자동차 구동시 파워 시프트 클러치(32)가 열리고 5단 기어가 넣어진 경우, 제너레이터 구동시에는 전류를 발생시키고, 또는 모터 구동시에는 내연 기관(11)을 원조(assist)한다. 1단 내지 4단, R단 중 하나가 넣어지면, 상기 전기 기기(50)가 내연 기관(11)과 함께 파워 시프트 클러치(32)를 통해 크랭크 샤프트(12)에 연결되고, 따라서 상기 전기 기기(50)는 제너레이터 구동시에는 크랭크 샤프트(12)에 의해 직접 구동될 수 있다. 또는 구동 모드시에는 기어 입력 샤프트(14)로 회전 토크를 전달할 수 있다. 기어 단(1단 내지 4단) 간의 시프팅 동안 파워 시프트 클러치(32)는 슬립 구동되고 슬라이딩 슬리브(38)는 5단 기어를 넣을 수 있다. 그럼으로써 하나의 기어가 빼내어진 후 구동력이 차단되고 새로운 기어 단이 넣어지기 전에는 5단 기어를 통해 회전 토크가 기어 출력 샤프트(23)로 유도될 수 있으며, 구동력이 차단되는 동안 구동 토크는 적어도 감소 상태를 유지한다. 대안으로 또는 부가로 상기 전기 기기(50)는 기어 출력 샤프트 내로 회전 토크를 유도함으로써, 시프팅 과정동안 클러치 (32)가 완전히 열린 채로 유지될 수 있으며, 상기 시간동안 내연 기관은 기어 출력 샤프트 내로 회전 토크를 유도하지 않는다.
자동차의 감속시 구동 휠을 통해 운동 에너지가 기어 출력 샤프트(23)로 전달되어 그곳으로부터 전기 기기(50)로 공급되도록 하기 위해, 또는 기계적 열회수 과정동안 순환 에너지를 저장하는데 이용 가능한 최대 관성 모멘트를 증가시키기 위한 회전 질량(rotating mass)을 포함할 수 있는 회전자(51)로 공급되도록 하기 위해, 시동 클러치(13) 및 파워 시프트 클러치(32)가 개방되고 5단 기어의 기어휠(30)이 기어 출력 샤프트에 연결된다. 기어 휠(31)과 회전자(51) 사이에 설정된 기어비에 의해 상기 회전자(51)는 기어 출력 샤프트(23)의 회전 속도가 낮은 경우에 적절하게 가속된다. 본 발명의 개념에 따라 자동차가 감속되면 초기 감속시 출력 속도, 감속 변화도, 자동차의 하중, 전기 에너지 저장기의 충전 상태 등에 따라 기계적으로 또는 전기적으로 열회수가 실시된다. 기계적 열회수의 경우에는 회전자(51)만 가속되거나, 경우에 따라서는 추가로 제공되는 상기 회전자의 밸런스 웨이트(balance weight)가 가속되고 회전 에너지가 저장된다. 이를 위해 자동차가 정차해있는 동안에는 5단 기어를 빼냄으로써 회전자(51)가 플라이휠 효과(flywheel effect)에 따라 자유롭게 회전할 수 있고, 경우에 따라 파워 시프트 클러치(32)가 닫히면 내연기관(11)이 다시 스타팅될 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 내연 기관(11)은 바람직하게는 자동차가 정지한 후 곧바로 정지되거나, 또는 클러치(13)가 열린 후 코스팅(coasting)시에 미리 정지될 수 있다. 또한 특히 회전자(51)의 회전 속도가 높은 경우에는 상기 전기 기기(50)가 그의 전기적 작업으로 인해 회전자의 회전 속도가 느려지는 동안에 클러치(32)가 거의 마찰이 없이 맞물릴 수 있도록, 제너레이터 모드에 접속되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 회전 속도는 내연기관이 가열된 상태에서도 곧바로 시동될 수 있을 정도로만 감속된다. 자동차가 감속되는 동안의 전기적 열회수는 기계적 열회수와 동일한 힘 경로를 이용한다. 전기 기기(50)는 제너레이터 모드에서 구동되고, 따라서 전기 에너지 저장기에 방출되는 전기 에너지 및/또는 전류 소비 장치 - 특히 자동차의 안락함을 유지하는 안전 관련 집전 장치(current collector) -에 사용될 수 있는 전기 에너지가 발생한다. 특히 자동차가 정지한 상태에서는, 회전자에 저장된 회전 에너지가 전기 에너지로 변환됨으로써 예컨대 배터리와 같은 전기 에너지 저장기가 과도하게 부하를 받지 않도록 적절한 집전 장치를 위한 전기 에너지가 발생되는 것이 바람직할 수 있다.
도 2는 도 1과 달리 6단의 파워 시프트 기어(115)가 도시되어있다. 6단 기어의 형성을 위해 1 개의 추가 기어 휠(30)이 아이들러 풀리로서 기어 출력 샤프트(23) 상에 배치되어있으며, 상기 아이들러 풀리는 추가의 슬라이딩 슬리브(44)에 의해 고정 풀리(45)에 연결될 수 있다. 회전자(51)를 포함하는 전기 기기(50)는, 도 1의 실시예(10)에서 전기 기기(50)가 5단 기어에 연결되는 것과 동일한 방식으로 기어 휠(31)을 통해 6단 기어에 연결된다.
도 3은 도 1 및 2의 실시예들(15, 115)과 달리 회전자(51)가 클러치(53)에 의해 5단 기어의 고정 풀리(21)에 분리 가능하게 연결되는 파워 트레인(210)을 도시하고 있다. 이 때 6단 기어는 기어 휠(31)을 통해 파워 시프트 클러치(32)에 연결된다. 이러한 구조는 특히, 시프팅 과정 동안, 예컨대 2단에서 3단으로 시프팅될 때 고정자(51)가 클러치(53)에 의해 5단 기어로부터 분리될 수 있기 때문에, 기계적 열회수의 목적에 상응하게 높아야 하며 시프팅 과정동안 동기화 과정에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 회전자의 관성 모멘트가 동기화시 방해되는 작용을 하지 않는다는 장점이 있다. 그러나 필요한 경우 전기 기기(50)는 기어 입력 샤프트(14)를 가속시키거나 감속시킴으로써 시프팅 과정을 원조할 수 있다. 또한 상기 전기 기기(50)는 파워 시프트 클러치(32)가 열리면 기어 휠(29) 및 접속된 클러치(38)를 통해 기어 출력 샤프트(23)를 추가로 가속시키거나 감속시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 파워 트레인(210)에 대한 또 다른 변형(310)을 나타낸다. 여기서는 클러치(53)가 2 개의 시프팅 포지션, 즉 회전자(51)가 고정 풀리(21)를 통해 5 단 기어에 연결되는 제 1 포지션 및 전기 기기가 크랭크 샤프트(12)에 직접 연결될 수 있는 제 2 포지션으로 전환할 수 있으며, 이를 위해 도시된 실시예에서는 아이들러 풀리(54)가 클러치(13, 32)의 클러치 하우징(55)에 맞물린다. 이러한 2 개의 조정 외에 클러치(53)의 중립 위치도 가능하다. 상기 실시예는 전기 기기가 특히 정지 상태에서 및 전기 에너지 저장기의 충전 상태가 나쁜 경우 내연기관(11)에 직접 연결됨으로써 예컨대 Stop-and-Go-traffic 상태에서 전기 에너지 저장기가 직접 재충전될 수 있다는 장점을 갖는다. 이를 위해 정지 상태일 때 내연기관이 멈추지 않고, 전기 기기가 제너레이터 모드로 구동된다. 이러한 크랭크 샤프트(12)로의 직접 연결은 도 1 내지 3에서 닫힌 클러치(32)를 통한 회전자의 변속에 비해 예컨대 마찰 손실과 같은 손실이 더 적고, 특히 자동차 정차시, 스타팅 과정시 및 낮은 속도에서 내연기관의 회전 속도를 더 효과적으로 이용한다.
도 5는 도 4의 파워 트레인(310)과 동일한 기능을 가진 파워 트레인(410)의 실시예를 나타낸다. 여기서는 클러치(53)에 의해 전기 기기와 5단 기어가 분리 가능하게 연결되고, 프리휠(55)이 기어 휠(54)을 통해 크랭크 샤프트(12)로부터 전기 기기(50)의 회전자(51)로 회전 토크를 전달한다. 그러면 슬라이딩 슬리브(53)는 기어 입력 샤프트(14)로부터 회전자(51)만을 분리하도록 형성될 수 있다.
도 6은 내연기관(511) 및 CVT-기어(515)를 구비한 파워 트레인(510)을 나타내며, 여기서는 기어 입력 샤프트(514)와 기어 출력 샤프트(523)간의 기어비가 기어 입력 샤프트(514) 및 기어 출력 샤프트(523) 상에 설치된 각각의 테이퍼 디스크 쌍(taper disk)에서 휠 직경을 변동시키는 트랜스미션에 의해 설정된다. 바람직한 장치들과 작동 원리들은 이미 종래 기술에 충분히 공지되어있다. 그에 대한 예로 독일특허공개 명세서 제 DE 40 36 683 A1호가 있다. 전기 기기(550)는 기어 입력 샤프트(514)에 연결되어있다. 도시된 실시예에서는 전기 기기의 회전자(551)가 벨트 드라이브(belt drive, 556)에 의해 기어 입력 샤프트(514)에 움직일 수 있게 연결되어있다. 이 경우 벨트 드라이브(556)가 한 편으로는 무단 변속 트랜스미션(CVT) 기어일 수 있다. 크랭크 샤프트(512)와 기어 입력 샤프트(514) 사이에는 진동 감쇠 장치(516), 예컨대 분할된 플라이휠이 제공된다. CVT-기어는, 도시된 실시예에서 습식 다판 클러치(wet multiple disc clutch)로 나타나있는 각각의 클러치(558, 559)에 의해 한 편으로는 내연기관으로부터, 그리고 다른 한 편으로는 동력 인출장치(power take-off, 557)로부터 분리될 수 있다.
상기 파워 트레인(510)의 작동 원리는 도 1에 기술된 것과 유사한 방식으로 구현되며, 특히 클러치(558, 559) 및 기어(515)의 작동은 상기 파워 트레인에 상응하게 이루어진다. 내연기관의 시동은 벨트 풀리 기어(belt pulley gear, 556)를 구동시키는 전기 기기(550)에 의해 클러치 (558)이 닫히고, 클러치 (559)가 열릴 때 이루어진다. 상기 벨트 풀리 기어(556)가 다양하게 조정될 수 있는 경우, 전기 기기의 회전 속도가 높고, 기어비가 상응하게 설정된 경우에 내연기관(511)을 가동하는 것이 바람직하다. 클러치들(558, 559)이 닫혔을 때 자동차의 구동은 내연기관(511)에 의해 구현된다. 이 때 바람직한 가속도 및 자동차 속도에 상응하게 기어(515)가 조정된다. 대안으로 또는 부가적으로 벨트 드라이브(556)를 구동하는 전기 기기(550)가 자동차를 가속시키거나 구동시킬 수 있다. 자동차가 감속되면 클러치(558)가 열리고 내연기관이 멈출 수 있다. 자동차를 감속시키기 위해, 클러치(559)가 닫히면 전기 기기(550)에 전류가 공급되고 전기적 열회수가 실시될 수 있으며, 및/또는 주행 상태에 따라 전기 기기(550)가 멈추고 오직 기계적 열회수만 실시될 수 있다. 자동차가 정지상태에 돌입하면 곧 클러치(559)가 열리고, 회전자(551) 및 아직 작동 상태에 있는 부품들이 플라이휠 효과를 나타내는 부품으로서 사용될 수 있다. 그러면 저장된 회전 에너지가 전기적으로는 전기 기기(550)로의 전류 공급에 의해 전기 에너지로 변환되거나, 클러치(558)가 닫힘에 따라 내연기관의 재시동을 위해 사용될 수 있다. 순전히 기계적인 열회수에 의해서만 자동차를 감속시키고자 하는 경우에는, 기어 입력 샤프트(523)의 회전 속도가 낮을 때 내연기관(550)의 회전자(551)의 회전 속도를 높임으로써 많은 순환 에너지가 저장될 수 있도록 기어비를 오버드라이브(overdrive)로 조정하는 것도 바람직하다. 벨트 드라이브(556)의 무단 변속이 가능한 경우에는 이러한 구동 장치도 오버드라이브로 조정될 수 있다. 전기적인 열회수를 원하는 경우, 한 편으로는 전기 기기가 최적의 효율에서 구동되도록 기어(550)의 기어비 및 경우에 따라 벨트 드라이브(556)의 기어비가 선택될 수 있다.
도 7은 소위 geared-neutral-기어 타입인, 전기 기기(650)를 포함하는 본 발명의 개념에 따른 기어(615)를 갖춘 파워 트레인의 바람직한 실시예를 나타낸 것이다. 상기 기어(615)는 기어 입력 샤프트(614) 상의 한 세트, 기어 출력 샤프트(623) 상에 배치된, 트랜스미션(661)과 움직일 수 있게 연결된 테이퍼 디스크 쌍(662, 663) 및 유성 기어 세트(664)로 이루어진 CVT-기어(660)로 세분되며, 상기 유성 기어 세트(664)의 내접 기어(internal gear, 666)는 적어도 하나의 구동 기어 또는 차동 기어로 이르는 피동축(665)에 연결되어있다. 유성 기어는 내접 기어(666), 피니언 기어들(668)을 포함하는 유성 캐리어(667) 및 선기어(669)로 구성된다. 여기서 선기어는 기어 출력 샤프트(663)에 고정 연결되고, 유성 캐리어(667)는 클러치(670, 671)를 통해 기어 입력 샤프트(614) 또는 기어 출력 샤프트(623)에 선택적으로 연결될 수 있다. 자세히 도시되지 않은 내연기관의 크랭크 샤프트(612)는 클러치(672)에 의해 기어 입력 샤프트(614)에 연결될 수 있다. 상기 기어 입력 샤프트(614)에 고정 연결된 내연기관(650)의 회전자(651)는 클러치(672)가 닫히면 크랭크 샤프트로 연결될 수 있고, 피동축(665)으로의 상호 결합은 클러치(670, 671)가 열릴 때 CVT-기어(660)를 통해 직접 이루어지거나, 클러치(671)가 닫힐 때 피니언 기어(668) 및 피동축(665)으로 연결된 내접 기어(666)에 의한 기어 입력 샤프트(614)와 유성 캐리어(667) 사이의 기어 휠 결합(673)을 통해 및 CVT-기어(660)를 통해 출력 분기 방식으로 이루어진다. 클러치(670, 671)가 선택적으로 닫힘으로써, 차동 기어의 기어비를 포함한 최대 기어비가 약 i = 14인 종래의 CVT-기어를 사용하는 것보다 훨씬 더 높은 기어비 확장이 달성된다. 이러한 방식으로, 클러치(670)가 닫혀있고 CVT-기어(660)가 언더드라이브 상태일 때 피동축(665)에 연결된 구동 휠을 통해 회전자(651)의 기어비가 매우 높게 조정되고그에 상응하여 상기 회전자가 가속화되며, 그로 인해 회전 속도가 빨라짐으로써 매우 많은 회전 에너지가 저장될 수 있다. 예컨대 16,000 회까지의 회전수가 달성될 수 있으며, 이 경우 회전자(651)의 파괴 강도(bursting strength)에 있어서 상기 회전수 범위 내에서 추가로 얻을 수 있는 회전 에너지의 양이 어느 정도까지 인정될 수 있는지 평가된다. 또한 기어(615)의 경우 geared-neutral-기어가 사용되고, CVT-기어(660)가 언더드라이브 위치에 있을 때 클러치(670)가 닫히면 기어비가 역전됨에 따라 언더드라이브로의 전환시 상기 역전점에 도달되어서는 안된다는 점에 주의한다.
도 8 내지 11에는 각각 열회수 과정동안 감소되는 속도(v)에 대한 에너지(E)가 표시되어있는 도표들이 도시되어있다. 도 8에는 열회수 과정동안 감소되는 속도(v)에 대해 기계적으로 열회수된 에너지(E)의 파형이 파선(701)으로 도시되어있다. 속도 (v1)에서 시작하여 CVT-기어의 전체 기어비(i)가 오버드라이브에서 언더드라이브 방향으로 변동되는 정지 상태(v0)까지의 상기 열회수 과정은 통과선(702)으로 도시되어있다. 속도 v1에서, 예컨대 100 km/h에서 열회수가 시작되면 에너지는 최대 기어비에 도달할 때까지, 예컨대 속도 v(imax)까지 직선 형태로 증가하며, v(imax)에 도달하면 운동 에너지를 감소시키고 회전 에너지의 형태로 저장되는 회전 질량의 지속적인 가속은 더 이상 불가능하다. 그러나 최대 가속비(i)에서, 예컨대 i = 14 일 때, 열회수 가능한 에너지량은 비용 투입이 경제적으로 합당한 경우 및전기 기기의 설계가 에너지론의 관점에서 효과적인 경우의 전기 기기의 출력보다 수 배 더 높다. 여기서 전기 기기의 출력은 최대 15 내지 25 kW로 설정된다. 훨씬 더 큰 기어비를 갖는 곡선(702)의 또 다른 파형에서는, 예컨대 geared-neutral-기어를 사용한 경우 에너지 곡선(701)이 점 v(imax)부터 더 높은 열회수 가능한 에너지까지 계속 직선으로 연장될 수 있다. 이 때 밸런스 웨이트의 파괴 강도는 더 높게 설계되어야 하고, 이를 위한 비용 산정에 있어서 추가로 얻을 수 있는 에너지 전위에 비해 더 높은 비용이 인정되어야 한다. 완벽함을 위해, 도시된 도 8의 도표에서 곡선 (701)의 에너지(E)는 v1과 v(imax) 사이의 감속 프로세스동안의 에너지량을 의미한다는 것이 설명되어야 한다. 즉, 상기 2 개의 속도 사이의 에너지가 적분되어 산정되고, 기어비가 최대일 때 속도가 감소되면 자동차가 정지할 때까지 추가 에너지의 열회수는 더 이상 불가능하다. 곡선 (701)은 또한 점 V(imax)에서 최대 기어비에 도달한 기어의 열회수 가능 에너지량(E)의 파형을 제공한다.
도 9의 도표는 전기적 열회수동안 속도 v1에서 시작하여 속도 v=0에서 끝나는, 속도(v)에 대한 에너지(E)를 나타낸다. 이 때 곡선 (703)은 속도 V에서 열회수 가능한 순간 에너지량을 나타내고, 곡선 (704)는 상응하는 에너지(v)에서 누적된 에너지량을 나타낸다. 따라서 v = 0일 때 곡선 (704)에서 열회수 과정동안 얻을 수 있는 최대 에너지가 판독될 수 있다. 상기 값은 예컨대 특히 CVT-기어를 사용하는 경우 기어 변속을 통해 최적화될 수 있으며, 동시에 전기 기기가 항상 최적의 효율에서 구동되도록 기어비 세팅이 선택된다. 비교를 위해 도 10에는 기계적열회수동안 v1에서 v = 0 까지의 속도 범위 내에서 동일한 에너지 특성(E)이 에너지량(701) 및 에너지 파형(705)에 의해 도 8의 곡선(701)에 상응하게 도시되어있다. 도 9 및 10의 도표의 척도가 반드시 동일해야 하는 것은 아니다.
도 11의 도표는 기계적 및 전기적 열회수 과정의 조합에 의해 자동차 속도가 v1에서 정지 상태(v = 0)까지 감속될 때 에너지 파형을 나타낸 것이다. 여기서 곡선 (706)은 감속이 증대됨에 따라 감소되는 자동차의 운동 에너지를 나타내며, 곡선 (707)은 전기적으로 열회수된 에너지 파형을, 곡선 (708)은 기계적으로 열회수된 에너지 파형을, 그리고 곡선 (709)는 기계적 및 전기적 열회수된 에너지의 전체 에너지 파형을 나타낸다. 예로 든 이러한 방법 절차에서 전기적 열회수와 기계적 열회수의 선택은 열회수의 시작시 오직 기계적으로만 열회수가 실시되는 방식으로 이루어진다. 즉, 예컨대 전기 기기의 회전자 내지는 부가 질량을 갖춘 회전자가 먼저 최대 회전 속도로 가속되고, 이 시간동안 기어, 예컨대 CVT-기어, geared-neutral-기어 또는 시프트 기어는 최고 기어비로, 즉 언더드라이브로 가동되며, 밸런스 웨이트의 최고 회전 속도에 도달한 후 속도 v2에서 전기 기기가 구동된다. 즉, 전기 기기에 전류가 공급된다. 그로 인해 전기적으로 열회수 가능한 에너지가 증가되는 반면 기계적으로 예컨대 회전 에너지의 형태로 저장된 에너지는 서서히 감소된다. 곡선 (709)에 도시된 상기 두 에너지 형태의 합으로부터 기계적 열회수에 의해서만 또는 전기적 열회수에 의해서만 자동차가 감속될 때보다 더 높은 에너지값(v = 0일 때)이 제공된다. 또 다른 바람직한 실시예에서는 예컨대 전기적 열회수가 속도 v3에서 중단되고 구동 휠과 밸런스 웨이트 사이의 클러치가 열릴 수 있기 때문에, 밸런스 웨이트가 계속 회전하며 경우에 따라 작동이 멈춘 내연기관은 그와 밸런스 웨이트 사이의 클러치가 닫힘으로써 작동될 수 있다. 점 (v3)의 선택은 반드시 자동차의 속도에 의해서 이루어지는 것이 아니라 바람직하게는 밸런스 웨이트의 회전 속도에 따라서도 이루어질 수 있다.
본 출원서와 함께 제출된 특허 청구항은 포괄적인 특허권 보호의 획득을 위한 선례가 없는 작성 제안이다. 출원인측은 지금까지 명세서 및/또는 도면에만 공개된 추가의 특징 조합을 청구하는 것을 보류하고 있다.
종속항에서 사용된 재인용은 독립 청구항의 대상을 각각의 종속항의 특징들을 통해 추가로 설명함을 가리키는 것이며, 재인용된 종속항의 특징 조합의 독립적이고 구체적인 특허권 보호의 획득을 포기하는 것을 의미하지는 않는다.
종속항의 대상은 종래 기술의 관점에서 우선권일에 독자적이고 독립적인 발명을 형성할 수 있기 때문에, 출원인은 독립 청구항의 대상을 위한 발명 및 분할 선언을 보류하고 있다. 또한 상기 종속항의 대상은 선행 종속항의 대상에 종속되지 않는 형태를 가진 독립적인 발명을 형성할 수 있다.
본 발명은 명세서의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 오히려 본 명세서의 범주 내에서 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 특히 상기와 같은 변형물, 구성 요소 및 조합물 및/또는 재료들은 예컨대 일반적인 명세서와 실시예 및 청구항에 기술되고 도면에 제시되는 특징들이나 요소들 또는 공정 단계들과 연관된 개별적인재료의 조합 또는 변형을 통해 매우 독창적이고, 조합 가능한 특징들을 통해 새로운 대상 또는 새로운 공정단계 내지는 공정 단계 시퀀스를 도출시키며, 또한 이들은 대체로 제조 방법, 검사 방법 및 작업 방법에 연관된다.
본 발명을 통해 공지된 하이브리드 원동기에 비해 개선된 효율을 가지며, 자동차 감속시 운동 에너지의 활용도가 더 높고, 더 나은 효율을 가진 작동 범위 내에서 내연기관 및/또는 전기 기기를 구동시키는 하이브리드 파워 트레인 및 그러한 구현에 매칭되는 적절한 자동차 구동 방법을 제공하는 것이 보장된다.

Claims (39)

  1. 적어도 하나의 내연기관, 상기 내연기관에 연결될 수 있는, 적어도 하나의 제너레이터 기능 및 모터 기능을 가진 적어도 하나의 전기 기기, 및 적어도 하나의 구동 휠에 설치된, 구동 상태에 따라 선택 가능한 다수의 기어 단계(1, 2, 3, 4, 5, 6, R)를 가진 기어를 포함하는, 다양한 구동 상태에서 자동차를 움직이기 위한 파워 트레인(power train)으로서, 상기 기어 단계는 적어도 다음의 구동 상태, 즉
    a) 자동차가 내연기관에 의해 및/또는 전기 기기에 의해 구동되는 시동 상태,
    b) 자동차의 감속시 발생하는 운동 에너지의 일부가 전기 에너지 및/또는 회전 에너지로 변환되고, 적어도 잠시동안 상기 에너지 형태의 저장을 위해 설치된 적어도 하나의 에너지 저장기 내에 저장되는 코스팅(coasting) 상태,
    c) 예열(warm up)되지 않은 내연기관이 전기 기기에 의해 스타팅되는 콜드 스타트 상태(cold start phase), 및
    d) 예열된 내연기관이 전기 기기에 의해, 또는 상기 전기 기기를 시동시키기 위해 내연기관에 움직일 수 있게 연결된 회전 밸런스 웨이트(balance weight)에 의해 시동되는 웜 스타트 상태(warm start phase)를 포함하는 파워 트레인.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸런스 웨이트는 내연기관의 크랭크 샤프트 및 기어의 기어 입력 샤프트에 회전 불가능하게 연결될 수 있고, 이들로부터 절연될 수 있는 플라이휠(flywheel)인 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플라이휠은 전기 기기의 회전자인 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차의 감속시 상기 기어의 기어비는 적어도 하나의 구동 휠쪽에서 볼 때 오버드라이브(overdrive)로 조정되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코스팅 단계에서의 상이한 주행 상황에 따라, 제 1 작동 방식으로는 감속을 통해 부분적으로 얻을 수 있는 운동 에너지를 이용하여 상기 밸런스 웨이트가 가속되고, 제 2 작동 방식으로는 전기 기기를 이용하여 운동 에너지가 전기 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 각각의 작동 방식은 자동차의 감속 정도에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  7. 제 6항에 있어서,
    약간의 감속시 얻을 수 있는 운동 에너지는 회전 에너지로 변환되고, 조정 가능한 시프팅 포인트를 초과한 후 더 큰 감속시에는 전기 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 시프팅 포인트는 미리 정해진 감속 임계값에서 확실하게 설정되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 시프팅 포인트는 0.5 m/s2내지 3 m/s2, 바람직하게는 1 m/s2내지 2 m/s2의 감속시 제공되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  10. 제 7항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시프팅 포인트는 운전자의 의도한 감속에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  11. 제 10항에 있어서,
    운전자가 의도한 감속에 대한 척도로서 브레이크 페달의 작동 모드로부터 유도된 신호가 평가되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 신호는 브레이크 페달의 조작 압력을 감지하는 압력 센서의 압력 신호인 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  13. 제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    운동 에너지의 변환에 의한 감속이상으로 자동차가 의도한 대로 감속될 때, 서비스 브레이크(service brake)가 상기 감속에 상응하게 접속되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  14. 제 4항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    감속하려고 할 때 운동 에너지는, 기어가 적어도 하나의 구동 휠에서 볼 때 오버드라이브로 조정됨으로써 최대값에 도달한 후, 남은 운동 에너지가 전기 에너지로 변환될 때까지 회전 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  15. 제 7항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시프팅 포인트는 적어도 하나의 가변적인 조작 매개변수에 의해 적합하게 조정되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차가 정지하면 상기 밸런스 웨이트 내에 저장된 회전 에너지가 적어도 부분적으로 전기 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 회전 에너지는, 감속 과정동안 멈추었던 내연기관의 가동을 위해 플라이휠이 크랭크 샤프트과 연결된 후 남겨진 잔류 회전 에너지가 충분할 정도까지 전기 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  18. 제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어는 내연기관이 그의 최소 사용 범위 내에서 구동되고, 전기 기기를 이용한 운전자의 추가 추진을 통해 파워 트레인이 필요로 하는 출력 증가가 조정되도록 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 내연기관의 최소사용범위 내 그의 출력 및 전기 기기의 출력으로 이루어진 파워 트레인의 전체 출력이 운전자에 의해 선택될 수 있는 출력 범위 이상으로 재생산될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 전기 기기의 출력에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개변수에 따라 좌우되는 상기 전체 출력은, 전기 기기의 출력이 약화될 때 내연기관의 최소 소비량에 가장 가까운 근사값과 최소 소비량의 편차가 적어도 하나의 영향 매개변수에 의해 전기 기기의 출력이 감소되는 것과 동일한 정도로 나타나는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 영향 매개변수는 회전 속도에 따른 및/또는 온도에 따른 전기 기기의 출력 특성곡선, 상기 전기 기기에 전원을 공급하는 에너지 저장기의 상태, 상기 전기 기기를 제어하는 및/또는 상기 전기 기기에 전기 에너지를 공급하는 파워 일렉트로닉 부품의 온도인 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  22. 제 1항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기기는 기어 입력 샤프트 또는 적어도 하나의 구동 휠과 상호 작용하는 기어 출력 샤프트에 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 전기 기기는 회전 속도에 따른 효율의 특성곡선에 상응하게, 회전 속도가 상기 특성곡선의 최대값에 가장 먼저 이르는 샤프트에 연결되는 것을 특징으로하는 파워 트레인.
  24. 제 22항 또는 23항에 있어서,
    상기 전기 기기는, 기어 입력 샤프트를 크랭크 샤프트에 조정 가능하게 연결하는 시동 클러치 및 기어 출력 샤프트와 전기 기기를 크랭크 샤프트에 조정 가능하게 연결하는 파워 시프트 클러치를 구비한 자동화된 파워 시프트 기어 내에 제공되고, 상기 전기 기기와 기어 출력 샤프트 사이의 연결은 죠 클러치(jaw clutch, 38)에 의해 분리될 수 있으며, 따라서 상기 죠 클러치가 닫히고 파워 시프트 클러치가 열리면 기어 출력 샤프트에 연결되고, 상기 죠 클러치가 열리고 시동 클러치와 파워 시프트 클러치가 각각 닫히면 기어 입력 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 전기 기기는 적어도 하나의 기어 단이 넣어질 때, 기어 출력 샤프트의 회전 속도에 기어 입력 샤프트의 회전 속도를 동기화시키는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  26. 제 22항 내지 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기기는 크랭크 샤프트에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  27. 제 1항 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관은 늦어도 자동차가 정지하면 멈추고, 운전자에 의해 서비스 브레이크(service brake)가 릴리스되면 상기 내연기관의 자동 스타팅이 실시되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  28. 제 1항 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 기기와 내연기관 사이에 제어 가능한 마찰 클러치가 제공되고, 상기 마찰 클러치는 자동차가 잠시 정차함에 따라 내연기관이 멈추면 즉시 상기 전기 기기의 시동 토크가 내연기관으로 전달될 때까지 마찰결합 상태에 있게 되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 마찰 클러치는 마찰 라이닝(friction lining)이 장착된 클러치 디스크의 축방향 팽창을 야기하기 위해 에너지 저장기로부터 직선 경로/힘-비(ratio)를 제공받는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  30. 제 28항 또는 29항에 있어서,
    상기 마찰 클러치가 시동 토크를 전달하면 전기 기기에 의해 내연기관이 스타팅되고, 이어서 상기 마찰 클러치는 기어 입력을 위해 개방되고, 마찰이 시작되면 곧바로 상기 마찰 클러치의 스캔 포인트(scan point)로 이동되며, 입력된 기어 단의 동기화가 달성되면 자동차가 시동되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  31. 제 1항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    코스팅(coasting) 상태에서 상기 내연기관에 전기 기기가 연결되면 기어에는 낮은 회전 속도에서 상기 내연기관의 코스팅을 허용하는 기어 단이 넣어지는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 내연기관의 회전 속도는 1500 U/min 미만, 바람직하게는 1000 U/min 미만으로 제한되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  33. 제 1항 내지 21항, 31항, 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    코스팅(coasting) 상태에서 상기 내연기관에 전기 기기가 연결되면 상기 전기 기기는 운동 에너지를 소모하기 위해, 상기 내연기관 내에 제공된 연료 차단 장치가 비활성화될 때까지 제너레이터 모드로 구동되고, 상기 연료 차단 장치가 비활성화되면 내연기관과 기어 사이에 배치된 시동 클러치가 열리고, 상기 내연기관은 차단되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  34. 제 1항 내지 33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관의 압축비가 스타팅 과정동안 감소되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  35. 제 1항 내지 34항 중 어느 한 항에 따른, 시동 클러치의 근처에 배치된 전기 기기를 갖춘 파워 트레인에 있어서,
    상기 시동 클러치는 열을 발생시키는 그의 슬립 특성의 관점에서, 및 상기 전기 기기는 특히 그의 최대 출력 범위 내에서 작동되는 동안 그의 열 발생의 관점에서 주변 영역으로의 열 도입에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 전기 기기 및/또는 시동 클러치의 대안적 제어는 상기 전기 기기 및 시동 클러치의 전체 열 도입의 관점에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  37. 제 1항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서,
    코스팅 상태에서 상기 내연기관이 멈추지 않고, 내연기관과 기어 사이에 있는, 슬립 모드로 구동되는 클러치에 의해 열회수 동작시 드래그(drag)되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
  38. 제 1항 내지 37항 중 어느 한 항에 따른 파워 트레인을 구비한 자동차를 구동시키기 위한 방법.
  39. 출원서에 공개된 특징들에 따른 본원 발명.
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