KR20070074113A - 하이브리드 차량용 토크 컨버터 - Google Patents

하이브리드 차량용 토크 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에 적용될 수 있으며, 엔진과 모터를 동시에 구동원으로 사용하거나, 엔진 또는 모터 중에서 어느 하나의 구동원만으로도 주행이 가능한 차량에 적용될 수 있는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 개시한다. 본 발명의 하이브리드 차량용 토크 컨버터는 엔진의 구동력을 전달하거나 차단하는 엔진 동력 차단 클러치, 상기 엔진 동력 차단 클러치를 통하여 전달된 구동력에 의하여 회전하는 프론트 커버, 상기 프론트 커버에 결합되어 모터의 구동력을 전달하는 로터 허브, 상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러, 상기 임펠러와 마주하는 자세로 배치되어 변속기에 구동력을 전달하는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸어 주는 스테이터, 그리고 상기 엔진 또는/및 모터의 구동력을 터빈에 직접 전달하는 록업 클러치를 포함한다.
하이브리드, 토크 컨버터, 다판, 클러치, 엔진, 모터, 하드, 소프트

Description

하이브리드 차량용 토크 컨버터{Torque converter for hybrid electric vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 실시 예가 적용되는 상태를 도식화한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 주요부분인 도 1의 A부의 일실시 예를 도시한 토크 컨버터의 반단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 동력이 전달되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터의 동력이 전달되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 하이브리드 차량용 토크 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진과 모터를 동시에 구동원으로 사용할 수 있고, 또한, 엔진 또는 모터의 구동력을 차단하고 어느 하나의 구동원 만으로도 주행할 수 있는 차량에 적용되는 하이브리드 차량용 토크 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은, 휘발유나 디젤 등을 이용하는 엔진 뿐 만 아 니라 전력 공급에 의한 모터도 함께 가동함으로써, 주행의 시너지 효과를 창출하고, 연비를 향상시키며 환경오염도 줄일 수 있는 것이다. 이러한 하이브리드 차량은, 모터 또는 엔진이 선택되어 차량 주행을 위한 구동원으로 사용되는 하드 타입(hard type, Full type 이라고도 함)과, 항상 엔진이 구동되면서 가속 또는 등판 등 큰 힘이 필요할 때 모터가 보조 구동원으로 사용되는 소프트 타입(soft type, Mild type 이라고도 함)으로 나누어질 수 있다.
상기 하드 타입의 하이브리드 차량은, 엔진의 연료 효율이 좋지 않은 영역인 경우, 즉, 차량의 출발 시에는 모터만으로 차량을 구동하고, 통상적인 주행을 할 때에는 엔진만으로 차량을 구동시킬 수 있는 구성을 가지고 있다. 또한, 상기 소프트 타입의 하이브리드 차량은 엔진이 항상 구동되는 상태에서 가속시 또는 등판시 등의 큰 힘이 필요한 경우에는 모터가 보조적으로 구동되어 차량의 주행이 가능하며, 평상시에는 모터의 구동력이 차단되고 엔진만으로 차량의 구동이 이루어지는 것이다. 이러한 소프트 타입의 하이브리드 차량의 모터가 구동되지 않는 상태에서는 엔진의 구동력에 의하여 충전이 이루어지는 구조를 가진다.
상기에서 하드 타입의 하이브리드 차량은 모터 또는 엔진만으로 차량의 주행이 이루어지므로 차량에 설치되는 모터가 충분히 큰 용량을 가져야 한다. 그리고 상기 소프트 타입의 하이브리드 차량은 항상 엔진의 구동력을 이용하여 차량의 주행이 이루어지고 보조적으로 모터를 구동원으로 사용하므로 하이브리드 차량의 장점인 연비 개선 효과가 떨어질 수 있다.
따라서 하드 타입 하이브리드 차량의 장점인 구동력으로 엔진 및 모터를 각 각 필요에 따라 구동원으로 사용할 수도 있고, 소프트 타입의 하이브리드 차량의 장점인 연비 개선 효과를 동시에 만족할 수 있는 토크 컨버터의 개발이 필요하게 되었다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터 또는 엔진을 각각 독립적인 구동원으로 사용하거나, 또는 모터 및 엔진을 동시에 구동원으로 사용할 수 있어 다양한 주행 조건을 만족할 수 있는 차량에 적용되는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 기존의 차량의 주행 성능을 유지하고 하드 타입의 하이브리드 차량에 탑재되는 모터의 크기를 줄이면서도 오르막 차로의 주행에서 차량의 밀림 및 엔진 구동에 의한 진동 등을 줄여 저연비를 실현하여 차량의 상품성을 개선하며 차량의 다양한 설계 조건에 만족하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엔진의 구동력을 전달하거나 차단하는 엔진 동력 차단 클러치, 상기 엔진 동력 차단 클러치를 통하여 전달된 구동력에 의하여 회전하는 프론트 커버, 상기 프론트 커버에 결합되어 모터의 구동력을 전달하는 로터 허브, 상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러, 상기 임펠러와 마주하는 자세로 배치되어 변속기에 구동력을 전달하는 터빈, 상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠 러 측으로 바꾸어 주는 스테이터, 그리고 상기 엔진 또는/및 모터의 구동력을 터빈에 직접 전달하는 록업 클러치를 포함하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터를 제공한다.
상기 엔진 동력 차단 클러치는 다판 클러치로 이루어질 수 있다.
상기 로터 허브는 그 내부의 공간에 상기 엔진 동력 차단 클러치가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 엔진 동력 차단 클러치는 엔진의 크랭크 축에 연결되어 엔진의 구동력을 전달받는 센터 샤프트에 설치될 수 있다.
상기 엔진 동력 차단 클러치는 상기 센터 샤프트에 결합되는 하나 이상의 제1 마찰재, 상기 제1 마찰재와 대응하여 마찰 접촉에 의하여 엔진의 구동력을 프론트 커버에 전달할 수 있도록 상기 프론트 커버에 결합되는 하나 이상의 제2 마찰재, 상기 제1 마찰재 및 제2 마찰재가 유압에 의하여 서로 접촉되거나 해제될 수 있도록 상기 제1 마찰재 또는 제2 마찰재 일측에 배치되는 피스톤을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 프론트 커버는 상기 록업 클러치의 작동압이 엔진 동력 차단 클러치의 해제압으로 작동하도록 상기 로터 허브의 내부를 연결하는 오일 유통공이 제공되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 구성도로, 하이브리드 차량 의 동력 전달 구조를 도시하고 있다. 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량은, 차량의 구동원인 엔진(E), 상기 엔진(E)의 구동력을 변속기(T)로 전달하는 토크 컨버터(A), 그리고 차량의 또 다른 구동원인 모터(M)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 하이브리드 차량의 동력전달구조는, 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 엔진의 구동력이 토크 컨버터(A)를 통하여 변속기(T), 구동축(S)을 지나서 구동 바퀴(TI)로 전달될 수 있다. 또한, 모터(M)의 구동력은 토크 컨버터(A), 변속기(T), 그리고 구동축(S)을 통하여 구동바퀴(TI)로 전달될 수 있는 것이다. 이때 상기 토크 컨버터(A)에는 엔진의 동력을 연결하거나 차단하는 엔진 동력 차단 클러치가 포함된다.
즉, 본 발명은 엔진의 동력을 전달하거나 차단하는 클러치가 토크 컨버터(A) 내에 포함되는 구조를 통하여, 모터(M) 및 엔진(E)의 구동력을 동시에 차량의 구동원으로 사용할 수 있으며, 또한, 본 발명은 모터(M) 또는 엔진(E) 중 어느 하나의 구동원을 선택하여 차량의 구동원으로 사용될 수 있는 것이다. 이와 같이 엔진(E)의 동력을 차단하거나 연결하는 클러치가 포함된 본 발명의 토크 컨버터(A)의 구조에 대하여 도2를 통하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 반단면도로, 토크 컨버터(A)를 도시하고 있다. 본 발명의 토크 컨버터(A)는 엔진의 동력을 전달하거나 차단하는 엔진 동력 차단 클러치(1), 상기 엔진 동력 차단 클러치(1)의 외주면에 배치되며 모터(M)의 구동력을 전달하는 로터 허브(3), 상기 엔진 동력 차단 클러치(1) 또는 로터 허브(3)의 구동력을 전달받아 회전하거나, 또는 엔진 동력 차단 클러치 (1) 또는 로터 허브(3)의 구동력을 동시에 전달받아 회전하는 프론트 커버(5), 그리고 상기 프론트 커버(5)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(7), 상기 임펠러(7)에 결합되는 변속기에 구동력을 전달하는 터빈(9), 상기 임펠러(7)와 상기 터빈(9) 사이에 위치하여 상기 터빈(9)으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러(7) 측으로 바꾸어 주는 스테이터(11), 그리고 엔진(E) 또는/및 모터(M)의 구동력을 터빈(9)에 직접 연결하는 록업 클러치(13)를 포함한다.
상기 엔진 동력 차단 클러치(1)는, 엔진(E)의 크랭크 축과 연결될 수 있어 엔진(E)의 구동력을 전달받는 센터 샤프트(21)에 설치될 수 있다. 즉, 상기 센터 샤프트(21)는 엔진의 구동력을 전달받을 수 있으며, 상기 센터 샤프트(21)에 다수의 제1 마찰재(1a)가 축 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 그리고 상기 제1 마찰재(1a)들과 대응하여 마찰접촉이 되어 엔진(E)의 동력을 연결하거나 차단할 수 있는 제2 마찰재(1b)들이 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 상기 제2 마찰재(1b)들은 프론트 커버(5)에 결합될 수 있다. 그리고 상기 제1 마찰재(1a) 또는 제2 마찰재(1b)의 일측에는 상기 제1 마찰재(1a) 또는 제2 마찰재(1b)가 서로 접촉하거나 또는 차단될 수 있도록 유압에 의하여 작동하는 피스톤(23)이 배치된다. 본 발명에서 상기 제1 마찰재(1a)와 제2 마찰재(1b)를 접촉하거나 차단하도록 유압에 의하여 제어되는 피스톤(23)은, 단지 제1 마찰재(1a) 및 제2 마찰재(1b)가 서로 접촉되도록 하거나 또는 접촉상태를 해제시키는 역할을 하면 어디에 배치되어도 관계가 없으나, 본원 발명의 실시 예에서는 프론트 커버(5)와 제2 마찰재(1b) 사이에 배치되어 유압에 의하여 축 방향으로 이동될 수 있는 구조의 예를 설명한다.
상기 피스톤(23)은 프론트 커버를 지지하는 축에 배치될 수 있으며, 유압에 의하여 축 방향으로 이동되는 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 엔진 동력 차단 클러치(1)는 엔진의 구동력을 프론트 커버(5)로 전달하거나 또는 차단하기 위한 것으로, 유압에 의하여 작동되며, 단판 또는 다판의 마찰재들이 서로 마찰 접촉하거나 접촉이 해제될 수 있는 구조를 가지는 것이다.
이러한 엔진 동력 차단 클러치(1)는, 모터(M)의 구동력을 전달하는 로터 허브(3)의 내부 공간에 배치될 수 있다.
상기 로터 허브(3)는, 모터(M)의 구동력을 전달하는 것으로 회전축을 중심으로 회전될 수 있으며, 상기 프론트 커버(5)에 일체로 결합된다. 그리고 상기 로터 허브(3)는 내부 공간이 마련되어 상술한 엔진 동력 차단 클러치(1)가 배치될 수 있으며, 내부 공간은 유압이 공급되거나 배출되는 구조를 가진다. 즉, 상기 로터 허브(3)는 모터(M)의 회전자임과 동시에 프론트 커버(5)와 연결되어 모터(M)의 구동력이 직접 프론트 커버(5)로 전달될 수 있는 구조를 가질 수 있는 것이다.
상기 프론트 커버(5)는 상술한 바와 같이, 상기 피스톤(23)과 동일한 회전축 (25)을 가질 수 있으며, 상기 프론트 커버(5)를 지지하는 회전축(25)에는 상기 피스톤(23)의 작동압으로 작용하는 오일이 유통될 수 있는 오일 유통구(25a)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 프론트 커버(5), 임펠러(7), 스테이터(11) 등의 구조는 이미 알려진 공지의 기술들이 적용될 수 있다. 따라서 상기 프론트 커버(5), 임펠러(7), 스테이터(11), 그리고 록업 클러치(13) 등의 구성 및 작용에 대하여 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 동력 전달 경로를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명에서 엔진 동력 차단 클러치(1)가 작동 상태로 되어 엔진(E) 및 모터(M)의 구동력이 모두 프론트 커버(5) 전달되어 차량의 주행이 이루어질 수 있는 상태를 도시한 블럭도이다. 도 4는 엔진의 동력이 차단되고 모터(M)의 구동력이 프론트 커버(5)로 전달되는 과정을 도시한 블럭도이다.
우선 도 3을 통하여 엔진(E) 및 모터(M)의 구동력이 모두 작용하여 차량의 주행이 이루어질 수 있는 예를 설명한다. 유압의 작동에 의하여 피스톤(23)이 축 방향으로 이동하여 제1 마찰재(1a) 및 제2 마찰재(1b)가 서로 결합된 상태를 이룬다. 그러면 엔진(E)의 구동력이 센터 샤프트(21)로 전달되고, 엔진 동력 차단 클러치(1)를 통하여 프론트 커버(5)에 전달된다. 이와 동시에 모터(M)의 구동에 따라 로터 허브(3)가 회전하고, 상기 모터 허브(3)는 프론트 커버(5)와 결합되어 있으므로 프론트 커버(5)를 더욱 회전시킬 수 있다. 상기 프론트 커버(5)로 전달된 구동력은 임펠러(7), 터빈(9) 및 스플라인 허브(27)를 통하여 변속기(T)로 전달된다. 상기 프론트 커버(5)로 전달된 엔진(E) 및 모터(M)의 구동력은 록업 클러치(13)가 작동 상태에 있는 경우에는 프론트 커버(5)의 회전력이 스플라인 허브(27)를 통하여 직접 변속기(T)로 전달되는 것이다.
이와 같이 엔진(E)과 모터(M)가 동시에 차량 주행을 위한 구동원으로 사용될 수 있어 차량의 등판시 등 큰 힘을 필요로 할 때 등에 적용될 수 있다.
그리고, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 피스톤(23)에 해제압이 작동하여 엔진 동력 차단 클러치(1)가 해제된 상태에서는 모터(M)의 구동력이 로터 허브(3)로 전달되고, 상기 로터 허브(3)의 회전에 따라 프론트 커버(5)가 회전하게 되는 것이다. 상기 프론트 커버(5)의 회전에 따라 변속기로 동력이 전달되는 과정은 상술한 예와 동일하다. 이러한 경우에는 엔진을 사용할 필요가 없는 경우 즉, 기존의 주행 성능을 유지하면서도 엔진을 작동시킬 필요가 없는 경우에 적용될 수 있다. 물론 상기 엔진 동력 차단 클러치(1)가 연결된 상태에서는 기존과 마찬가지로 모터(M)의 구동을 정지시키는 것으로 엔진(E) 만으로도 차량의 주행 등이 가능한 것이다. 본 발명의 설명에서 프론트 커버(5)에 전달되는 구동력이 변속기(T)로 전달되는 과정은 통상의 구조와 동일하므로 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명은 엔진 및 모터의 구동력을 동시에 차량의 주행에 적용할 수 있을 뿐 만 아니라 엔진 또는 모터 중 어느 하나의 구동원을 선택하여 선택된 구동원에 의하여 차량의 주행에 적용할 수 있다. 그러므로 차량의 다양한 설계 조건에 만족할 수 있으며, 다양한 주행 조건에 용이하게 대응할 수 있어 차량의 연비 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 토크 컨버터가 채용된 차량은 기존의 주행 성능을 유지하고 오르막 차로의 주행에서 차량의 밀림 및 엔진 구동에 의한 진동 등을 줄여 저연비를 실현하여 차량의 상품성을 개선하며 차량의 다양한 설계 조건에 만족할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 차량의 구동원으로 모터 및 엔진의 구동력을 동시에 사 용할 수 있으며, 또한, 모터 또는 엔진의 구동력을 각각 사용할 수 있는 토크 컨버터를 적용하여 다양한 차량의 설계 조건에 만족할 수 있으며 차량의 주행 조건에 따라 차량의 구동원으로 모터 또는 엔진을 동시에 사용하거나 또는 각각 사용할 수 있어 다양한 주행 조건에 용이하게 대응할 수 있어 차량의 연비 향상에 기여할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (7)

  1. 엔진의 구동력을 전달하거나 차단하는 엔진 동력 차단 클러치;
    상기 엔진 동력 차단 클러치를 통하여 전달된 구동력에 의하여 회전하는 프론트 커버;
    상기 프론트 커버에 결합되어 모터의 구동력을 전달하는 로터 허브;
    상기 프론트 커버에 결합되어 함께 회전하는 임펠러;
    상기 임펠러와 마주하는 자세로 배치되어 변속기에 구동력을 전달하는 터빈;
    상기 임펠러와 상기 터빈 사이에 위치하여 상기 터빈으로부터 나오는 오일의 흐름을 상기 임펠러 측으로 바꾸어 주는 스테이터; 그리고
    상기 엔진 또는/및 모터의 구동력을 터빈에 직접 전달하는 록업 클러치;
    를 포함하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔진 동력 차단 클러치는
    다판 클러치로 이루어지는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로터 허브는
    그 내부의 공간에 상기 엔진 동력 차단 클러치가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 엔진 동력 차단 클러치는
    엔진의 구동력을 전달받는 센터 샤프트에 설치되는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔진 동력 차단 클러치는
    상기 센터 샤프트에 결합되는 하나 이상의 제1 마찰재,
    상기 제1 마찰재와 대응하여 마찰 접촉에 의하여 엔진의 구동력을 프론트 커버에 전달할 수 있도록 상기 프론트 커버에 결합되는 하나 이상의 제2 마찰재,
    상기 제1 마찰재 및 제2 마찰재가 유압에 의하여 서로 접촉되거나 해제될 수 있도록 상기 제1 마찰재 또는 제2 마찰재 일측에 배치되는 피스톤,
    을 포함하는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프론트 커버는
    상기 록업 클러치의 작동압이 엔진 동력 차단 클러치의 해제압으로 작동하도록 상기 로터 허브의 내부를 연결하는 오일 유통공이 제공되는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프론트 커버는
    회전축에 의하여 지지되고, 이 회전축에는 엔진 동력 차단 클러치의 작동압이 작용할 수 있도록 상기 로터 허브의 내부로 오일을 공급하기 위한 오일 유통공 이 제공되는 하이브리드 차량용 토크 컨버터.
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