KR20080085896A - 하이브리드자동차 - Google Patents

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Abstract

엔진(ENG)의 출력축에 기계적으로 링크된 회전축을 구비한 모터제너레이터에 의해 발전되기 때문에, 하이브리드자동차에는 종래의 엔진구동차량에 탑재되는 얼터네이터가 제공되지 않는다. DC/DC 컨버터(22)는 파워제어유닛으로부터 분리되고, 모터제너레이터를 배치시켜 불필요하게 된 얼터네이터가 위치할 곳으로 가정되는 빈 공간에 배치된다.

Description

하이브리드자동차{HYBRID AUTOMOBILE}
본 발명은 하이브리드자동차에 관한 것으로, 특히 보조기계용 전압을 생성하는 컨버터를 탑재한 하이브리드자동차에 관한 것이다.
최근 환경친화적 자동차로서 하이브리드자동차가 주목받고 있다. 동력원으로서, 종래의 엔진 이외에도, 축전장치, 인버터 및 상기 인버터에 의해 구동되는 전동기가 하이브리드자동차에 탑재된다.
이러한 하이브리드자동차에 있어서는, 상술된 축전장치, 인버터 및 전동기를 포함하는 동력시스템에서 고출력을 확보하기 위해 수백 볼트의 고전압이 이용되고, 12V(14V 전원시스템) 및 36V(42V 전원시스템)와 같은 저전압은 대체로 보조기계시스템에 사용된다. 보조기계시스템의 저전압을 생성하도록 동력시스템의 고전압을 낮추는 DC(Direct Current)/DC 컨버터를 탑재한 차량이 공지되어 있다.
일본특허공개공보 제2004-304935호는 상기 DC/DC 컨버터가 인버터장치와 일체형으로 탑재되는 파워제어유닛(이하, "PCU"라고 함)을 개시하고 있다. 이러한 PCU는 거의 직방체 형상의 인버터장치, 상기 인버터장치의 측면에 일체형으로 접합되는 거의 직방체 형상의 DC/DC 컨버터 및 상기 인버터장치와 DC/DC 컨버터 간의 접합부에 형성된 워터재킷(water jacket)을 포함한다.
이러한 PCU에서는, 워터재킷에 연결된 보조기계(저장탱크, 워터펌프 등)가 인버터장치의 측면 상에 DC/DC 컨버터에 인접하여 배치된다. 상기 PCU는 보조기계를 엔진룸 내에 효율적으로 배치시키고, 설치 작업성도 향상시킨다.
하지만, 일본특허공개공보 제2004-304935호에 개시된 PCU에서는, DC/DC 컨버터가 인버터장치와 일체형으로 탑재된다. 이는 PCU의 크기를 증가시켜 상기 PCU의 탑재성을 저하시키게 된다.
DC/DC 컨버터가 PCU의 소형화를 위하여 PCU로부터 별도로 배치되는 경우에는, DC/DC 컨버터에 기인하는 기타 장치들의 탑재성의 저하를 피하는 것이 고려되어야만 한다. 특히, 하이브리드자동차는 PCU, 전동기 및 축전장치 이외에 종래의 엔진도 탑재하기 때문에, 상기 장치들의 탑재성을 모두 고려해야 하는 하이브리드자동차에 탑재되는 수많은 장치가 있게 된다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하고자 고안되었다. 본 발명의 목적은 PCU를 소형화하고, 소형화로부터 초래되는 기타 장치들의 탑재성의 저하를 피하도록 하는 하이브리드자동차를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 하이브리드자동차는 내연기관, 상기 내연기관의 출력축에 기계적으로 링크된 회전축을 구비한 모터제너레이터, 축전장치와 상기 모터제너레이터 간에 주고 받는 전력을 제어하는 파워제어유닛, 및 상기 축전장치로부터 공급되는 전력의 전압레벨을 변환하여 차내보조기계로 출력시키는 컨버터를 포함한다. 상기 컨버터는 상기 내연기관 내의 얼터네이터(alternator)가 설치될 것으로 가정되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드자동차에 있어서는, 내연기관의 출력축에 기계적으로 링크된 회전축을 구비한 모터제너레이터가 제공되고, 상기 모터제너레이터는 내연기관을 시동하여, 상기 내연기관의 출력에 의해 발전을 행하도록 사용된다. 결과적으로, 종래의 엔진구동차량에 탑재되는 얼터네이터는 상기 하이브리드자동차에 제공되지 않게 된다. 또한, 상기 컨버터는 컨버터를 탑재하기 위한 공간을 추가로 제공하지 않고도 상기 컨버터를 PCU로부터 별도로 배치시키는 내연기관의 얼터네이터가 설치될 위치에 배치된다.
그러므로, 본 발명의 하이브리드자동차에 따르면, PCU는 컨버터가 탑재될 내연기관의 탑재성을 저하시키지 않으면서도 소형화될 수 있다. 나아가, PCU의 분해는 안전상의 이유로 시중에서 금지된다. 컨버터가 PCU와 통합된다면, 상기 컨버터가 고장난 경우에 상기 PCU를 전체적으로 교체하여야 한다. 이와는 대조적으로, 상기 하이브리드자동차는 컨버터만을 수리하거나 교체하면 된다. 또한, PCU 및 컨버터 각각의 명세는 개별적인 차량에 따라 변경된다. 컨버터가 PCU와 통합된다면, 상기 PCU의 종류가 증가하게 된다. 이와는 달리, 본 하이브리드자동차는 PCU의 종류 증가를 억제시킬 수 있다.
상기 컨버터는 상기 내연기관을 냉각시키는 냉매에 의해 냉각되는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드자동차에 있어서, 상기 컨버터는 내연기관에 탑재되어 상기 내연기관을 냉각시키는 냉매에 의해 냉각되어, PCU와 컨버터 사이에 냉매로를 제공할 필요가 없게 된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차는 그에 따른 비용 절감과 공간 절약을 성취할 수 있게 된다.
상기 컨버터는, 상기 내연기관의 출력이 제공되는 측에 대향하는 상기 내연기관측 근처에 그리고 차체의 수직방향으로 상기 내연기관의 크랭크축 상방에 배치되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 내연기관을 냉각시키는 냉매는, 내연기관의 출력이 제공되는 측에 대향하는 측을 통해 상기 내연기관으로 공급 및 상기 내연기관으로부터 배출된다. 이러한 하이브리드자동차에 따르면, 내연기관의 출력이 제공되는 측에 대향하는 내연기관의 측에 근접하여 컨버터가 배치된다. 이는 냉매를 컨버터 안으로 도입시키기 쉽게 된다. 나아가, 상기 하이브리드자동차에 따르면, 컨버터가 상대적으로 내연기관의 상부에 탑재됨으로써, 그 결과 차체 하부에서 비산되는 빗물 등이 컨버터 상에 튀기는 것이 억제될 수 있게 된다.
상기 컨버터는, 상기 냉매를 냉각시키는 라디에이터에서 볼 때, 상기 내연기관의 상류에 배치되는 것이 바람직하다.
하이브리드자동차에 있어서, 라디에이터에 의해 냉각되는 냉매는 열용량이 큰 내연기관으로부터 열을 받기 전에 컨버터로 공급된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차는 컨버터의 냉각성을 확보할 수 있게 된다.
상기 하이브리드자동차는 상기 내연기관에 탑재되어 상기 냉매가 통과하는 냉각시스템에서 상기 냉매를 순환시키는 전동펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
하이브리드자동차에 있어서, 냉매를 순환시키는 펌프는 전동펌프를 포함하기 때문에, 상기 펌프를 기계적으로 구동하기 위해 내연기관의 출력을 이용할 필요가 없게 된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차는 내연기관의 출력을 펌프에 전달하기 위한 벨트가 필요 없게 되고, 펌프손실을 줄임으로써 내연기관의 연료효율도 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전동펌프는 상기 컨버터로부터 출력되는 전력에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드자동차에 있어서, 상기 컨버터 및 전동펌프는 양자 모두가 내연기관에 탑재되고, 전력이 컨버터로부터 전동펌프로 공급된다. 그러므로, 하이브리드자동차에 따르면, 전력을 전동펌프에 공급하기 위한 전력라인의 길이가 감소될 수 있다. 또한, 컨버터의 출력전압이 증가되어, 전동펌프의 크기를 줄이고 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 하이브리드자동차는 상기 내연기관에 탑재된 에어컨디셔너용 컴프레서를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 컨버터는 상기 에어컨디셔너의 냉매에 의해 냉각된다.
상기 하이브리드자동차에 있어서, 에어컨디셔너용 컴프레서 및 컨버터는 양자 모두가 내연기관에 탑재된다. 에어컨디셔너용 냉매는 상기 에어컨디셔너용 컴프레서를 통과한다. 상기 에어컨디셔너의 냉매는 내연기관 및 PCU를 냉각시키기 위한 냉매보다 온도가 낮으므로, 결과적으로 컨버터를 냉각시키는 데 사용된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차에 따르면, 냉각성능이 높은 에어컨디셔너의 냉매가 컨버터 안으로 용이하게 도입될 수 있게 된다.
상기 에어컨디셔너용 컴프레서는 전동컴프레서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드자동차에 있어서, 에어컨디셔너용 컴프레서는 전동컴프레서를 포함하기 때문에, 상기 컴프레서를 기계적으로 구동하기 위하여 내연기관의 출력을 사용할 필요가 없게 된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차는 내연기관의 출력을 컴프레서에 전달하기 위한 벨트의 필요성이 없게 되고, 상기 컴프레서를 구동하기 위한 출력의 손실을 줄임으로써 내연기관의 연료효율을 향상시킬 수도 있게 된다.
상기 에어컨디셔너용 컴프레서는 상기 컨버터로부터 출력되는 전력에 의해 구동되는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드자동차에 있어서, 에어컨디셔너용 컴프레서 및 컨버터 양자 모두는 내연기관에 탑재되고, 전력이 상기 컨버터로부터 에어컨디셔너용 컴프레서로 공급된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차에 따르면, 전력을 에어컨디셔너용 컴프레서에 공급하기 위한 전력라인의 길이가 감소될 수 있다. 또한, 컨버터의 출력전압이 상승되어, 에어컨디셔너용 컴프레서의 크기를 줄이고 효율을 향상시킬 수도 있게 된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내연기관의 얼터네이터가 설치될 위치에 컨버터가 배치된다. 이는 컨버터가 탑재될 내연기관의 탑재성을 저하시키지 않고도 PCU의 크기를 줄일 수 있게 한다. 나아가, 컨버터가 PCU와 별도로 배치되어, 상기 컨버터만을 수리하거나 교체할 수 있게 하며, PCU의 종류 증가를 억제할 수도 있게 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도;
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 정면도;
도 3은 도 1에 도시된 엔진의 측면도;
도 4는 도 1에 도시된 하이브리드자동차의 냉각시스템을 예시하기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드자동차의 냉각시스템을 예시하기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도;
도 7은 도 6에 도시된 엔진의 정면도;
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도;
도 9는 도 8에 도시된 엔진의 정면도;
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도;
도 11은 도 10에 도시된 엔진의 정면도;
도 12는 도 10에 도시된 하이브리드자동차에 탑재된 에어컨디셔너의 냉매시스템의 일부분을 도시한 도면;
도 13은 본 발명의 제6실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도; 및
도 14는 도 13에 도시된 엔진의 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 동일하거나 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 부호들로 표시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 그 설명을 반복하지는 않기로 한다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도이다. 도 1을 참조하면, 하이브리드자동차(100)는 주축전장치(B1), 파워제어유닛(이하, "PCU"라고 함)(50), 모터제너레이터(MG1, MG2) 및 전자제어유닛(이하, "ECU"라고 함)(24)을 포함한다. 하이브리드자동차(100)는 또한 엔진(ENG), 동력분배장치(16), 리덕션기어(18), 구동축(20), 전륜(FR, FL) 및 후륜(RR, RL)을 포함한다. 하이브리드자동차(100)는 또한 DC/DC 컨버터(22), 보조기계용 축전장치(B2) 및 워터펌프(26)도 포함한다.
동력분배장치(16)는 엔진(ENG)과 모터제너레이터(MG1, MG2)에 링크되어, 그들 간에 기전력을 분배한다. 예를 들어, 상기 동력분배장치(16)로는, 선기어, 유성캐리어 및 링기어의 세 회전축을 구비한 유성기어기구가 사용될 수 있다. 이들 세 회전축은 엔진(ENG), 모터제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 회전축에 각각 연결된다. 예를 들어, 모터제너레이터(MG1)의 회전자를 중공으로 만들고 그 중앙을 통해 엔 진(ENG)의 크랭크축이 지나도록 함으로써, 엔진(ENG) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 동력분배장치(16)에 기계적으로 링크시킬 수 있다.
모터제너레이터(MG2)의 회전축은 리덕션기어(18)를 통해 구동축(20)에 링크된다는 점에 유의한다. 모터제너레이터(MG2)의 회전축에 대한 리덕션기어가 동력분배장치(16) 내에 추가로 통합될 수도 있다.
모터제너레이터(MG1)는 엔진(ENG)에 의해 구동되는 파워제너레이터로서, 그리고 엔진(ENG)을 시동할 수 있는 전동기로서 하이브리드자동차(100)에 통합된다. 모터제너레이터(MG2)는 전륜(FR, FL)을 구동하는 전동기로서 하이브리드자동차(100)에 통합된다.
주축전장치(B1)는 PCU(50)에 연결된다. 주축전장치(B1)는 충방전가능한 DC 전원으로서, 예컨대 니켈-수소 또는 리튬-이온 2차전지를 포함한다. 주축전장치(B1)는 DC 전력을 PCU(50) 및 DC/DC 컨버터(22)에 공급한다. 엔진(ENG)의 출력을 이용하여 모터제너레이터(MG1)에 의한 발전 시 그리고 모터제너레이터(MG2)에 의한 회생제동 시, 주축전장치(B1)는 모터제너레이터(MG1, MG2)로부터 발전된 전력을 받는 PCU(50)에 의해 충전된다. 주축전장치(B1)로서 대용량의 캐패시터가 사용될 수도 있다는 점에 유의한다.
PCU(50)는 승압컨버터(10) 및 인버터(12, 14)를 포함한다. 승압컨버터(10)는 주축전장치(B1)에 연결된다. 서로 병렬로 배치된 인버터(12, 14)는 승압컨버터(10)에 연결된다. 인버터(12, 14)는 각각 3상케이블을 통해 모터제너레이터(MG1, MG2)에도 연결된다.
ECU(24)로부터의 제어신호를 토대로, 승압컨버터(10)는 주축전장치(B1)로부터 받은 DC 전압을 승압시키고, 상기 승압된 전압을 인버터(12, 14)에 출력한다. ECU(24)로부터의 제어신호를 토대로, 승압컨버터(10)는 인버터(12, 14)로부터 수신된 DC 전압을 주축전장치(B1)의 전압레벨로 낮추고, 주축전장치(B1)를 충전시킨다. 승압컨버터(10)는 예컨대 전압승강압초퍼회로 등으로 이루어진다.
ECU(24)로부터의 제어신호를 토대로, 인버터(12)는 승압컨버터(10)로부터 수신된 DC 전압을 3상 AC(Alternating Current) 전압으로 변환시켜, 상기 변환된 3상 AC 전압을 모터제너레이터(MG1)에 출력한다. 나아가, 인버터(12)는 엔진(ENG)의 출력을 수신하는 모터제너레이터(MG1)에 의해 생성되는 3상 AC 전압을, ECU(24)로부터의 제어신호에 기초한 DC 전압으로 변환하고, 상기 변환된 DC 전압을 승압컨버터(10)에 출력한다.
ECU(24)로부터의 제어신호를 토대로, 인버터(14)는 승압컨버터(10)로부터 수신된 DC 전압을 3상 AC 전압으로 변환시키고, 상기 변환된 3상 AC 전압을 모터제너레이터(MG2)에 출력한다. 이는 특정 토크를 발생시키기 위하여 모터제너레이터(MG2)를 구동시키게 된다. 차량의 회생제동 시, 인버터(14)는 또한 전류(FR, FL)로부터 회전력을 받는 모터제너레이터(MG2)에 의해 생성되는 3상 AC 전압을 ECU(24)로부터의 제어신호에 기초한 DC 전압으로 변환시키고, 상기 변환된 DC 전압을 승압컨버터(10)에 출력한다.
모터제너레이터(MG1, MG2)는 3상 AC 전동기로서, 예컨대 3상 AC 동기 전동기를 포함한다. 모터제너레이터(MG1)는 3상 AC 전압을 생성하도록 엔진(ENG)의 출력 을 이용하고, 상기 생성된 3상 AC 전압을 인버터(12)에 출력한다. 나아가, 모터제너레이터(MG1)는 인버터(12)로부터 수신되는 3상 AC 전압에 의한 구동력을 발생시켜, 엔진(ENG)을 시동시킨다. 모터제너레이터(MG2)는 인버터(14)로부터 수신되는 3상 AC 전압에 의하여 차량구동토크를 발생시킨다. 차량의 회생제동 시에는, 모터제너레이터(MG2)는 3상 AC 전압을 생성하여, 상기 전압을 인버터(14)에 출력하게 된다.
ECU(24)는 승압컨버터(10) 및 인버터(12, 14) 각각을 구동시키기 위한 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호들 각각을 승압컨버터(10) 및 인버터(12, 14)에 출력한다.
승압컨버터(10)에 병렬로 배치된 DC/DC 컨버터(22)는 주축전장치(B1)에 연결된다. DC/DC 컨버터(22)는 주축전장치(B1) 또는 승압컨버터(10)로부터 수신되는 DC 전압을 보조기계시스템의 전압레벨로 낮추어, 보조기계용 축전장치(B2)를 충전하게 된다. 보조기계용 축전장치(B2)는 DC/DC 컨버터(22)에 연결되고, 보조기계용 전력을 상기 하이브리드자동차(100)에 탑재된 보조기계에 공급한다.
워터펌프(26)는 엔진(ENG)의 냉각수를 냉각시키는 기계식 펌프로서의 기능을 한다. 워터펌프(26)는 엔진(ENG)의 운전 시에 엔진(ENG)에 의해 구동된다.
상기 하이브리드자동차(100)에서는, 모터제너레이터(MG1)가 엔진(ENG)의 출력을 이용하여 전력을 발생시키고, 상기 발생된 전력을 인버터(12)에 출력한다. 인버터(12)는 모터제너레이터(MG1)로부터의 전력을 정류하여, 그것을 승압컨버터(10)에 출력하게 된다. 승압컨버터(10)는 인버터(12)로부터의 전력의 전압레벨을 주축 전장치(B1)의 전압레벨로 낮추어, 그것을 주축전장치(B1) 및 DC/DC 컨버터(22)에 출력한다. DC/DC 컨버터(22)는 승압컨버터(10) 또는 주축전장치(B1)로부터 수신되는 DC 전압을 보조기계시스템의 전압레벨로 낮추어, 보조기계용 축전장치(B2)를 충전하게 된다.
다시 말해, 하이브리드자동차(100)에서는, 엔진(ENG)의 출력이 모터제너레이터(MG1)에 의한 발전에 사용되고, 생성된 전력은 보조기계용 축전장치(B2)를 충전하는 데 사용된다. 그러므로, 상기 하이브리드자동차(100)에는 기전력원으로서 엔진만을 사용하는 종래의 차량에 탑재되는 얼터네이터가 제공되지 않는다.
상기 얼터네이터는 종래의 차량의 엔진에 탑재되는 장치에 상응하고, 상기 엔진의 출력을 이용하여 발전을 행함으로써 보조기계용 축전장치를 충전하게 된다. 종래의 자동차에서는, 얼터네이터가 엔진의 출력이 제공되는 측에 대향하는 엔진측에 근접하여 배치되고, 차체의 수직방향으로 상기 엔진의 크랭크축 상방에 배치된다.
하이브리드자동차(100)에 있어서, DC/DC 컨버터(22)는 얼터네이터가 위치할 것으로 가정되는 불필요하게 된 빈 공간에 배치된다. 즉, DC/DC 컨버터(22)는 PCU(50)로부터 별도로 엔진(ENG)에 배치된다. DC/DC 컨버터(22)를 탑재한 엔진(ENG)에서는, 얼터네이터가 위치할 것으로 가정된 빈 공간에 DC/DC 컨버터(22)가 배치된다. 그러므로, DC/DC 컨버터(22)를 설치하기 위한 공간을 추가적으로 확보할 필요가 없게 되고, 엔진(ENG)을 탑재하기 위한 공간이 종래의 자동차와 같은 수준으로 제한될 수 있게 된다.
도 2 및 도 3은 각각 DC/DC 컨버터(22)가 엔진(ENG)에 배치된 상태를 예시하기 위한 도면을 보여준다. 도 2는 (엔진(ENG)의 크랭크축의 방향에서 볼 때) 도 1에 도시된 엔진(ENG)의 정면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 엔진(ENG)의 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 엔진(ENG)은 실린더블록(112), 실린더헤드(114), 흡기구(116), 배기구(118), 풀리(120) 및 벨트(122)를 포함한다. 실린더헤드(114)는 실린더블록(112) 상에 배치되고, 흡기구(116) 및 배기구(118)는 실린더헤드(114)에 제공된다. 배기구(118)는 도 3에 도시되어 있지 않다는 점에 유의한다.
모터제너레이터(MG1, MG2), 동력분배장치(16) 및 리덕션기어(18)를 포함하는 트랜스액슬(TA)이 엔진(ENG)에 연결된다. 풀리(120) 및 벨트(122)는 실린더블록(112)을 가로지르는 트랜스액슬(TA)의 반대측에 제공된다.
워터펌프(26)는 풀리(120)가 엔진(ENG)에 제공되는 평면 부근에 그리고 엔진(ENG)측의 상부에 배치된다. 워터펌프(26)는 벨트(122)를 통해 엔진(ENG)의 크랭크축과 연계하여 회전하는 풀리(120)에 링크되고, 운전을 위해 엔진(ENG)의 출력을 이용한다.
DC/DC 컨버터(22)는 워터펌프(26) 부근에 그리고 하이브리드자동차(100)내 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 불필요하게 된 빈 공간에 배치된다. 즉, 종래의 자동차에서는, 상술된 바와 같이 엔진의 출력이 제공되는 측에 대향하는 엔진측에 근접하여 그리고 차체의 수직방향으로 엔진의 크랭크축 상방에 얼터네이터가 배치된다. 종래의 자동차에서는, 얼터네이터가 워터펌프 부근에 배치되고, 워터펌 프와 함께 운전을 위해 엔진의 출력을 이용한다. DC/DC 컨버터(22)는 상기 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간, 즉 실린더블록(112)을 가로질러, 엔진(ENG)의 출력이 제공되는 측에 대향하는 엔진(ENG)측에 근접하여, 그리고 차체의 수직방향으로 엔진(ENG)의 크랭크축 상방에, 나아가 워터펌프(26) 부근에 배치된다.
따라서, DC/DC 컨버터(22)는 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에 배치되어, 결과적으로 엔진(ENG)을 탑재하기 위한 공간이 종래의 엔진구동차량과 같기만 하면 된다. 나아가, DC/DC 컨버터(22)는 엔진(ENG)측의 상부(적어도 엔진(ENG)의 크랭크축 상방)에 배치되기 때문에, 차체 하부로부터 비산되는 빗물 등이 DC/DC 컨버터(22)에 튀기는 것이 억제될 수 있게 된다.
도 4는 도 1에 도시된 하이브리드자동차(100)의 냉각시스템을 예시하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기 냉각시스템(200)은 엔진(ENG), DC/DC 컨버터(22), 모터제너레이터(MG1, MG2), PCU(50), 워터펌프(26, 218), 라디에이터(212, 214), 서모스탯(216) 및 냉각수로(220-238)를 포함한다.
냉각수로(220)는 라디에이터(212)의 출력포트와 서모스탯(216) 사이에 제공되고, 냉각수로(222)는 서모스탯(216)과 워터펌프(26) 사이에 제공된다. 냉각수로(224)는 워터펌프(26)와 엔진(ENG) 사이에 제공되고, 냉각수로(226)는 엔진(ENG)과 라디에이터(212)의 입력포트 사이에 제공된다. 나아가, 바이패싱을 위한 냉각수로(228)는 서모스탯(216)과 냉각수로(226) 사이에 제공된다.
냉각수로(230)는 라디에이터(214)의 출력포트와 PCU(50) 사이에 제공되고, 냉각수로(232)는 PCU(50)와 워터펌프(218) 사이에 제공된다. 냉각수로(234)는 워터펌프(218)와 DC/DC 컨버터(22) 사이에 제공되고, 냉각수로(236)는 DC/DC 컨버터(22)와 모터제너레이터(MG1, MG2) 사이에 제공된다. 나아가, 냉각수로(238)는 모터제너레이터(MG1, MG2)와 라디에이터(214)의 입력포트 사이에 제공된다.
냉각시스템(200)에서는, 엔진(ENG)의 냉각시스템과 PCU(50) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)의 냉각시스템(이하, "전기시스템의 냉각시스템"이라고 함)이 서로 분리된다. DC/DC 컨버터(22)는 후자의 냉각될 냉각시스템에 통합된다.
라디에이터(212)는 엔진(ENG)의 냉각수를 냉각시키고, 라디에이터(214)는 전기시스템의 냉각시스템의 냉각수를 냉각시킨다. 워터펌프(26)는 엔진(ENG)의 냉각수를 순환시키는 기능을 하고, 워터펌프(218)는 전기시스템의 냉각시스템의 냉각수를 순환시키는 기능을 한다. 서모스탯(216)은 엔진(ENG)의 온도가 낮을 때, 라디에이터(212)로부터의 냉각수를 냉각수로(228)를 통과시킨다.
상술된 바와 같이, 제1실시예에서는, 모터제너레이터(MG1)를 배치시켜 불필요하게 된 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에 DC/DC 컨버터(22)가 배치된다. 이는 DC/DC 컨버터(22)를 탑재하기 위한 공간을 추가로 제공하지 않고도, 상기 DC/DC 컨버터(22)를 PCU(50)로부터 별도로 배치시킬 수 있게 한다.
그러므로, 제1실시예에 따르면, PCU(50)는 DC/DC 컨버터(22)를 탑재할 엔진(ENG)의 탑재성을 저하시키지 않고도 크기를 줄일 수 있게 된다. DC/DC 컨버터(22)는 PCU(50)로부터 별도로 배치되기 때문에, DC/DC 컨버터(22)가 고장난 경우에 PCU(50) 전체를 교체하지 않고도 DC/DC 컨버터(22)만을 수리하거나 교체할 수 있게 된다. 나아가, DC/DC 컨버터(22)가 PCU(50)와 별도로 배치되므로, PCU(50)의 종류 증가를 억제시킬 수 있게 된다. 또한, DC/DC 컨버터(22)는 상대적으로 엔진(ENG)의 상부에 배치되기 때문에, DC/DC 컨버터(22) 상에 물이 튀는 것을 확실하게 방지할 수 있게 된다.
[제2실시예]
제2실시예는 냉각시스템의 구성에 있어서 제1실시예와 상이하다. 제2실시예에 따른 하이브리드자동차의 전체 구성과 DC/DC 컨버터(22)의 탑재 위치는 제1실시예에 따른 하이브리드자동차(100)의 경우에서와 동일하다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드자동차의 냉각시스템을 예시하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상기 냉각시스템(200A)은 도 4에 도시된 제1실시예에 따른 냉각시스템(200)의 구성에서 냉각수로(224, 234, 236) 대신에 냉각수로(240, 242, 244)를 포함한다.
냉각수로(240)는 워터펌프(26)와 DC/DC 컨버터(22) 사이에 제공되고, 냉각수로(242)는 DC/DC 컨버터(22)와 엔진(ENG) 사이에 제공된다. 나아가, 냉각수로(244)는 워터펌프(218)와 모터제너레이터(MG1, MG2) 사이에 제공된다.
냉각시스템(200A)에서는, DC/DC 컨버터(22)가 냉각될 엔진(ENG)의 냉각시스템에 통합된다. 이 경우, DC/DC 컨버터(22)는 엔진(ENG)에 배치되는데, 이는 DC/DC 컨버터(22)에 연결된 냉각수로(240, 242)의 길이를 감소시키게 된다.
나아가, DC/DC 컨버터(22)는 라디에이터(212)에서 볼 때, 엔진(ENG)의 상류에 배치되기 때문에, 라디에이터(212)에 의해 냉각되는 냉각수는 열용량이 큰 엔 진(ENG)으로부터 열을 받기 전에 DC/DC 컨버터(22)로 공급된다.
상술된 바와 같이, 제2실시예에 따르면, 엔진(ENG)에 배치된 DC/DC 컨버터(22)는 엔진(ENG)의 냉각수를 이용하여 냉각되는데, 이는 전기시스템의 냉각시스템으로부터 DC/DC 컨버터(22)까지의 냉각수로를 제공할 필요가 없게 한다. 이에 따라, 비용 절감과 공간 절약을 성취할 수 있게 된다.
DC/DC 컨버터(22)는 실린더블록(112)을 가로질러 트랜스액슬(TA)에 대향하는 측(엔진(ENG)의 출력이 제공되는 측에 대향하는 측)에 근접하여 배치되고, 엔진(ENG)의 냉각수가 용이하게 제거될 수 있는 위치에 배치되므로, 결과적으로 냉각시스템이 용이하게 구성될 수 있게 된다. 나아가, DC/DC 컨버터(22)는 라디에이터(212)에서 볼 때, 엔진(ENG)의 상류에 배치되어, DC/DC 컨버터(22)의 냉각성을 보장하게 된다.
[제3실시예]
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도이다. 도 6을 참조하면, 하이브리드자동차(100A)는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 하이브리드자동차(100)의 구성에서 워터펌프(26) 및 ECU(24) 대신에 전동워터펌프(26A) 및 ECU(24A)를 각각 포함한다.
전동워터펌프(26A)는 보조기계용 축전장치(B2)로부터 전력을 받아, ECU(24A)로부터의 구동지령을 토대로 운전한다. 전동워터펌프(26A)는 엔진(ENG)의 냉각시스템의 냉각수를 순환시킨다.
ECU(24A)는 전동워터펌프(26A)를 구동시키기 위한 제어신호를 생성하고, 상 기 생성된 제어신호를 전동워터펌프(26A)에 출력한다. ECU(24A)의 다른 기능들은 제1실시예의 ECU(24)의 것과 동일하다는 점에 유의한다.
또한, 하이브리드자동차(100A)의 다른 구성들은 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 하이브리드자동차(100)의 것과 동일하다.
도 7은 도 6에 도시된 엔진(ENG)의 정면도이다. 도 7은 제1실시예에 기술된 도 2에 대응한다는 점에 유의한다. 도 7을 참조하면, 전동워터펌프(26A)는 워터펌프(26)가 제1실시예에 배치된 장소와 동일한 위치에 배치된다. 제1실시예에서와 같이, DC/DC 컨버터(22)는 전동워터펌프(26A) 부근에 그리고 불필요하게 된 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에도 배치된다.
제3실시예에서는, 전동워터펌프(26A)가 보조기계용 축전장치(B2)로부터의 전력에 의해 운전되는데, 이는 제1실시예에서 워터펌프(26)를 구동하는 데 필요한 벨트(122)의 필요성을 제거한다. 따라서, 엔진(ENG)의 부하에 포함된 워터펌프의 부하가 없게 되어, 결과적으로 엔진 마찰이 감소되게 된다.
상술된 바와 같이, 제3실시예에 따르면, 워터펌프를 기계적으로 구동하도록 엔진(ENG)의 출력을 이용할 필요가 없게 되므로, 엔진(ENG)의 출력을 워터펌프에 전달하기 위한 벨트의 필요성이 없어질 수 있다. 또한, 엔진 마찰의 감소는 엔진(ENG)의 연료효율을 향상시킨다.
[제4실시예]
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도이다. 도 8을 참조하면, 하이브리드자동차(100B)는 도 6에 도시 된 제3실시예에 따른 하이브리드자동차(100A)의 구성에서 DC/DC 컨버터(22) 대신에 DC/DC 컨버터(22A)를 포함한다.
DC/DC 컨버터(22A)는 주축전장치(B1) 또는 승압컨버터(10)로부터 받은 DC 전압을 보조기계시스템의 전압레벨로 낮추어, 그것을 전동워터펌프(26A)에 출력한다.
하이브리드자동차(100B)의 다른 구성들은 도 6에 도시된 제3실시예에 따른 하이브리드자동차(100A)의 것과 동일하다는 점에 유의한다.
도 9는 도 8에 도시된 엔진(ENG)의 정면도이다. 도 9 또한 제1실시예에 기술된 도 2에 상응한다는 점에 유의한다. 도 9를 참조하면, 제1실시예 내지 제3실시예에서의 DC/DC 컨버터(22)의 경우에서와 같이, DC/DC 컨버터(22A)는 전동워터펌프(26A) 부근에 그리고 불필요하게 된 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에 배치된다. DC/DC 컨버터(22A)는 전력라인(124)을 통해 전동워터펌프(26A)에 전력을 공급한다.
제4실시예에서는, 전동워터펌프(26A)가 그 부근에 배치된 DC/DC 컨버터(22A)로부터 전력을 받는다. 그러므로, 제4실시예에 따르면, 전동워터펌프(26A)와 DC/DC 컨버터(22A) 사이의 전력라인(124)의 길이가 감소될 수 있게 된다.
제4실시예에 따르면, DC/DC 컨버터(22A)의 출력전압이 상승되어, 전동워터펌프(26A)의 크기를 감소시키고 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
[제5실시예]
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도이다. 도 10을 참조하면, 하이브리드자동차(100C)는 도 8에 도시 된 제4실시예에 따른 하이브리드자동차(100B)의 구성에서 에어컨디셔너용 컴프레서(28)를 더 포함한다.
에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 상기 하이브리드자동차(100C)에 설치된 에어컨디셔너에 사용되는 컴프레서로서의 기능을 한다. 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 엔진(ENG)의 운전 시 엔진(ENG)에 의해 구동된다.
하이브리드자동차(100C)의 다른 구성들은 도 8에 도시된 제4실시예에 따른 하이브리드자동차(100B)의 것과 동일하다는 점에 유의한다.
상기 하이브리드자동차(100C)에 있어서, 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 엔진(ENG)에 배치되어, 엔진(ENG)에 의해 구동된다. DC/DC 컨버터(22A)는 에어컨디셔너의 냉매에 의해 냉각된다.
다시 말해, DC/DC 컨버터(22A) 및 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 양자 모두 엔진(ENG)에 배치된다. 에어컨디셔너용 컴프레서(28)를 통과하는 에어컨디셔너의 냉매는 엔진(ENG)의 냉각수와 전기시스템의 냉각시스템의 냉각수보다 온도가 낮다. 결과적으로는, 에어컨디셔너용 냉매가 DC/DC 컨버터(22A)를 냉각시키는 데 사용된다.
도 11은 도 10에 도시된 엔진(ENG)의 정면도이다. 도 11 또한 제1실시예에 기술된 도 2에 상응한다는 점에 유의한다. 도 11을 참조하면, 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 DC/DC 컨버터(22A) 부근에 배치되고, 엔진(ENG)의 크랭크축과 연계하여 회전하는 풀리(120)에 벨트(126)를 통해 링크된다. 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 운전을 위해 엔진(ENG)의 출력을 이용한다.
다시 말해, 에어컨디셔너용 컴프레서를 탑재한 종래의 자동차에서는, 얼터네이터가 에어컨디셔너용 컴프레서 부근에 배치되고, 상기 에어컨디셔너용 컴프레서와 함께, 운전을 위해 엔진의 출력을 이용한다. 이와는 대조적으로, DC/DC 컨버터(22A)는 에어컨디셔너용 컴프레서(28) 부근에서, 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에 배치된다.
도 11에서, 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 DC/DC 컨버터(22A) 부근에 배치된 전동워터펌프(26A) 하부 부근에 배치되지만, 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 DC/DC 컨버터(22A) 상방 또는 크랭크축의 방향을 따라 DC/DC 컨버터(22A)에 인접하여 배치될 수도 있다.
도 12는 도 10에 도시된 하이브리드자동차(100C)에 탑재된 에어컨디셔너의 냉매시스템의 일부분을 보여준다. 도 12를 참조하면, 상기 냉매시스템은 DC/DC 컨버터(22A), 에어컨디셔너용 컴프레서(28) 및 콘덴서(250)를 포함한다.
DC/DC 컨버터(22A)는 에어컨디셔너의 실내측으로부터 에어컨디셔너용 냉매를 받아, 상기 수용된 에어컨디셔너용 냉매에 의해 냉각된다. 그 후, DC/DC 컨버터(22A)는 에어컨디셔너용 냉매를 그 부근에 배치된 에어컨디셔너용 컴프레서(28)에 출력한다. 에어컨디셔너용 컴프레서(28)는 DC/DC 컨버터(22A)로부터 에어컨디셔너용 냉매를 받아, 상기 수용된 냉매를 압축시켜 그것을 콘덴서(250)로 출력하게 된다. 콘덴서(250)는 에어컨디셔너용 컴프레서(28)에 의해 압축되는 에어컨디셔너용 냉매를 냉각 및 응축시켜, 그것을 다시 에어컨디셔너의 실내측으로 공급한다.
상술된 바와 같이, 제5실시예에 따르면, 에어컨디셔너의 냉매가 통과하는 에 어컨디셔너용 컴프레서(28) 및 DC/DC 컨버터(22A)는 양자 모두가 엔진(ENG) 내에 배치되므로, 결과적으로 냉각성능이 높은 에어컨디셔너의 냉매가 DC/DC 컨버터(22A) 안으로 용이하게 도입될 수 있게 된다.
[제6실시예]
도 13은 본 발명의 제6실시예에 따른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 도시한 기능블록도이다. 도 13을 참조하면, 하이브리드자동차(100D)는 도 10에 도시된 제5실시예에 따른 하이브리드자동차(100C)의 구성에서 에어컨디셔너용 컴프레서(28) 및 ECU(24A) 대신에 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A) 및 ECU(24B)를 각각 포함한다.
전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)는 DC/DC 컨버터(22A)로부터 전력을 받아, ECU(24B)로부터의 구동지령을 토대로 동작한다.
ECU(24B)는 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)를 구동시키기 위한 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 제어신호를 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)에 출력한다. ECU(24B)의 다른 기능들은 제3실시예 내지 제5실시예의 ECU(24A)와 동일하다는 점에 유의한다.
하이브리드자동차(100D)의 다른 구성들도 도 10에 도시된 제5실시예에 따른 하이브리드자동차(100C)의 것과 동일하다.
도 14는 도 13에 도시된 엔진(ENG)의 정면도이다. 도 14 또한 제1실시예에 기술된 도 2에 상응한다는 점에 유의한다. 도 14를 참조하면, 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)는 에어컨디셔너용 컴프레서(28)가 제5실시예에서 배치된 것과 동일 한 위치에 배치된다. DC/DC 컨버터(22A) 및 전동워터펌프(26A) 또한 제5실시예에서와 동일한 위치에 배치된다.
제6실시예에서는, 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)가 DC/DC 컨버터(22A)로부터 전력라인(128)을 통해 받는 전력에 의해 동작되는데, 이는 제5실시예의 에어컨디셔너용 컴프레서(28)를 구동하는 데 필요한 벨트(126)를 필요 없게 만든다. 따라서, 엔진(ENG)의 부하에 포함된 컴프레서의 부하가 없게 되므로, 결과적으로 엔진 마찰이 감소되게 된다.
상술된 바와 같이, 제6실시예에 따르면, 에어컨디셔너용 컴프레서를 기계적으로 구동하기 위해 엔진(ENG)의 출력을 이용할 필요가 없으므로, 이는 엔진(ENG)의 출력을 에어컨디셔너용 컴프레서에 전달하기 위한 벨트가 필요 없게 만들 수 있다. 또한, 엔진 마찰의 감소가 엔진(ENG)의 연료효율을 향상시킨다.
제6실시예에서는, 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)가 그 부근에 배치된 DC/DC 컨버터(22A)로부터 전력을 받는다. 그러므로, 제6실시예에 따르면, 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)와 DC/DC 컨버터(22A) 사이의 전력라인(128)의 길이가 감소될 수 있게 된다.
제6실시예에 따르면, DC/DC 컨버터(22A)의 출력전압이 상승되어, 전동에어컨디셔너용 컴프레서(28A)의 크기를 감소시키고, 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상술된 실시예들에서는 DC/DC 컨버터(22, 22A)가 PCU(50)로부터 별도로 엔진(ENG)에 배치되어 있지만, DC/DC 컨버터가 공냉될 주축전장치(B1)의 팩 내에(배터리팩 내에) 배치되는 것을 고려할 수도 있다. 하지만, DC/DC 컨버터가 공냉용 배 터리팩 내에 배치되는 경우에는, DC/DC 컨버터의 냉각성이 외부공기온도에 영향을 받을 수도 있다. 결과적으로, DC/DC 컨버터의 냉각성을 고려하여, DC/DC 컨버터가 상술된 실시예들에서와 같이 엔진 내에 배치되는 것이 바람직하다.
지금까지 동력분배장치(16)를 이용하는 하이브리드자동차가 상술된 제1실시예 내지 제6실시예 각각에 기술되어 있지만, 본 발명이 이러한 시스템 구성을 갖는 하이브리드자동차로 국한되는 것은 아니다. 본 발명은 모터제너레이터를 배치시켜 불필요하게 된 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 빈 공간에 DC/DC 컨버터가 배치되는 하이브리드자동차에 적용가능하며, 병렬식 또는 직렬식 하이브리드자동차에도 적용가능하다.
상기 설명에서는, 엔진(ENG)이 본 발명의 "내연기관"에 상응하고, 모터제너레이터(MG1)는 본 발명의 "모터제너레이터"에 상응한다. 주축전장치(B1)는 본 발명의 "축전장치"에 상응하며, DC/DC 컨버터(22, 22A)는 각각 본 발명의 "컨버터"에 상응한다. 나아가, 전동워터펌프(26A)는 본 발명의 "전동펌프"에 상응한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 모든 실시형태에 있어서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이라는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이라기보다는 청구범위에 의해 한정되며, 청구범위와 등가인 기술적 사상과 범위 내에서 여하한의 변형예를 포함하고자 의도되어 있다.

Claims (9)

  1. 하이브리드자동차에 있어서,
    내연기관;
    상기 내연기관의 출력축에 기계적으로 링크된 회전축을 구비한 모터제너레이터;
    축전장치와 상기 모터제너레이터 간에 주고 받는 전력을 제어하는 파워제어유닛; 및
    상기 축전장치로부터 공급되는 전력의 전압레벨을 변환하여 차내보조기계로 출력시키는 컨버터를 포함하여 이루어지고,
    상기 컨버터는 상기 내연기관 내 얼터네이터가 설치될 것으로 가정되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는 상기 내연기관을 냉각시키는 냉매에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 내연기관의 출력이 제공되는 측에 대향하는 상기 내연기관측 근처에 그리고 차체의 수직방향으로 상기 내연기관의 크랭크축 상방에 배치 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 컨버터는, 상기 냉매를 냉각시키는 라디에이터에서 볼 때, 상기 내연기관의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 내연기관에 탑재되어, 상기 냉매가 통과하는 냉각시스템에서 상기 냉매를 순환시키는 전동펌프를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전동펌프는 상기 컨버터로부터 출력되는 전력에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내연기관에 탑재된 에어컨디셔너용 컴프레서를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 컨버터는 상기 에어컨디셔너의 냉매에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에어컨디셔너용 컴프레서는 전동컴프레서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에어컨디셔너용 컴프레서는 상기 컨버터로부터 출력되는 전력에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
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