KR20090007586A - 하이브리드 구동 장치에서 내연 기관의 시동 방법 - Google Patents

하이브리드 구동 장치에서 내연 기관의 시동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)를 구비한 하이브리드 구동 장치(12)의 내연 기관(14)을 시동하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 전기 구동 장치(20)는 내연 기관(14)의 펄스 시동을 위한 제1 클러치(16)에 의해 내연 기관(14)과 클러칭 가능하다. 내연 기관(14)의 펄스 시동시 발생되는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 변화(34, 46)는 연속적으로 실행되는 차량 변속기(26)의 변속비 변화(42, 44)에 의해 보상된다.
전기 구동 장치, 하이브리드 구동 장치, 내연 기관, 펄스 시동, 차량 변속기

Description

하이브리드 구동 장치에서 내연 기관의 시동 방법{METHOD FOR STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN A HYBRID DRIVE}
본 발명은 하이브리드 구동 장치에서 내연 기관을 시동하는 방법에 관한 것이다.
차량을 위한 파워 트레인은 EP 1 173 674 B1호에 제시된다. 상기 파워 트레인은 내연 기관의 시동시에 토크를 발생시키는 전기 기구가 설치된 내연 기관을 포함한다. 내연 기관과 변속기 사이에는 클러치가 제공되며, 상기 클러치를 통해 내연 기관에 의해 발생된 토크가 적어도 하나의 차량 구동 기어에 전달된다. 내연 기관의 시동시 클러치를 작동시키는 장치가 제공되며, 상기 장치는 내연 기관의 시동시 전기 기구에서 발생되는 토크의 제1 부분이 적어도 하나의 차량 구동 기어에 전달되고, 내연 기관의 시동에 충분한, 전기 기구에서 발생되는 토크의 제2 부분이 내연 기관에 전달되는 방식으로 작동된다. 클러치는 온도 및/또는 회전수에 따른 특성 곡선을 고려한 제어 장치에 의하여 작동되며, 상기 특성 곡선은 내연 기관의 구동 토크 및/또는 시동 토크 및/또는 주로 클러치 맞물림 경로에 따른 클러치 토크를 위한 특성 곡선이다.
예를 들어, 적어도 하나의 내연 기관과 적어도 하나의 추가의 전기 구동 장 치를 구비한 하이브리드 구동 장치와 같이, 오늘날 사용되는 차량의 구동 장치에서, 차량은 파워 트레인의 실시예에 따라, 적어도 하나의 전기 구동 장치만을 이용하여 움직일 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 전기 구동 장치는 전체 구동 에너지를 공급하는 반면, 내연 기관은 차단되어 유지된다. 정지된 내연 기관은 "전기 주행"이라는 작동 모드에서 적어도 하나의 전기 구동 장치에 의해 시동될 수 있다. 이는 예를 들어, 펄스 시동에 의하여 실행될 수 있으며, 회전 상태인 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전 펄스는, 정지된 내연 기관을 회전 상태로 전환하기 위해 사용된다. 펄스 시동의 실시를 위하여, 우선 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수는 상승한다. 이에 따라, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수를 증가시키지 않기 위하여, 적어도 하나의 전기 구동 장치와 차량 변속기 사이에 배치된 클러치는 통상적으로 토크를 조절하는 방식으로 작동되고, 하이브리드 구동 장치가 장착된 차량의 작동 단계에서 운행자가 원하는 토크를 전달한다. 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 상승이 이루어짐에 따라, 적어도 하나의 전기 구동 장치와 내연 기관 사이의 클러치는 폐쇄된다. 이러한 과정에서 차량 변속기와 적어도 하나의 전기 구동 장치 사이에서 슬립 상태로 작동되는 클러치가, 한편으로는 지속적인 출력수의 유지를 위해 필요하지만 다른 한편으로는 클러치의 기계적 또는 열적 과부하를 야기할 수도 있는, 상기 슬립 상태로 지속적으로 작동될 수 없다는 단점이 있다. 이는 적어도 하나의 하이브리드 구동 장치가 장착된 차량의 변속기와 전기 구동 장치 사이에서 클러치의 계속적인 작동을 차단한다. 전술한 펄스 시동의 실시를 위해서는 우선 하이브리드 구동 장치의 적어도 하나의 전기 구동 장치에서 회전수 상승을 일으키는 것이 요구되므로, 전체 시동 과정은 연장되는데, 그 이유는 적어도 하나의 전기 구동 장치가 우선 가속되고 난 후에야 내연 기관에 구동 연결될 수 있으며, 동시에 구동 장치에서 토크 점프를 발생시키지 않기 위해서는, 차량 변속기에 대한 적어도 하나의 전기 구동 장치에 있어 비용이 많이 드는 토크 조절식 클러치가 필요하기 때문이다.
상기의 기술적 문제와 관련하여, 본 발명은 내연 기관의 시동시, 하이브리드 구동 장치가 장착된 차량의 파워 트레인 내부에서 구동 장치의 회전수 강하를 방지하는 것이 목적이다.
상기 목적은 하이브리드 구동 장치의 내연 기관에서의 펄스 시동에서, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하시 변속 과정이 실행됨으로써 달성되며, 상기 변속 과정은 내연 기관의 펄스 시동에서, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하를 보상한다. 특히 내연 기관의 시동시 실행되는 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하는 변속기의 연속적으로 변화하는 변속비에 의하여 보상되므로, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 출력 회전수는 일정하고, 따라서 차량의 가속력은 하이브리드 구동 장치에 의해 일정하게 유지될 수 있다. 변속비의 연속적인 변화가 실행될 수 있는 변속기는 예를 들어, 자동 변속기 또는 무단 변속기이다.
본 발명에 따라 제시되는 해결책은, 필요한 경우 하이브리드 구동 장치의 내연 기관을 신속하게 시동하기 위해 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수가 지속적으로 상승될 수 있는 바람직한 방법으로 달성된다. 또한 통상적으로 차량 변속기와 적어도 하나의 전기 구동 장치 사이의 하이브리드 구동시 제공되는 클러치는 본 발명에 따라 제시되는 해결책에 의해 생략될 수도 있다. 따라서 상기 클러치는 토크 조절식으로 작동할 필요가 없다. 최종적으로 본 발명에 따라 제시되는 해결책에 의해, 적어도 하나의 전기 구동 장치가 계속 높은 회전수로 작동될 수 있으므로, 하이브리드 구동 장치 중 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수를 상승하기 위해 지금까지 필요했던 시간이 생략될 수 있다. 바람직하게 자동 변속기 또는 예를 들어 연속적으로 변속 가능한 무단 변속기로서 구현된 차량 변속기가 내연 기관의 펄스 시동시 "전기 주행"의 작동 모드일 동안 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하를 보상하고 휠 회전수를 일정하게 유지함으로써, 하이브리드 구동 장치를 구비한 차량의 가속력의 중단은 배제된다.
하이브리드 구동 장치의 내연 기관의 펄스 시동시, 내연 기관의 크랭크 샤프트의 회전에 의해 발생하는, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하는 차량 변속기에서의 변속비의 연속적인 변화에 의해 보상된다. 차량 변속기는 하이브리드 구동 장치의 내연 기관의 펄스 시동시 제1 변속비에서 연속적으로 제2 변속비로 변환되고, 이와 같이 예를 들어 자동 변속기의 경우 제2 기어단에서 제1 기어단으로 변환되며, 차량 변속기의 입력 회전수는 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 강하에 의해 펄스 시동시 강하되므로, 제2 변속비는 제1 변속비보다 높다. 변속비(i)는 ωAntrieb/ωAbtrieb로 산출된다. 내연 기관의 펄스 시동에 의한 적어도 하나의 전기 구동 장치에 의해 출력 회전수(ωAbtrieb)가 일정하게 유지되고 구동 회전수(ωAntrieb)가 강하되는 경우, 변속비(i)는 강하된다.
본 발명은 도면들에 의하여 아래에서 더욱 자세히 기술된다.
도1은 적어도 하나의 전기 구동 장치와 내연 기관 사이의 클러치와, 적어도 하나의 전기 구동 장치와 차량 변속기 사이의 추가의 클러치를 구비한 차량의 하이브리드 구동 장치의 구성 부분을 도시한 도면이다.
도2는 시동 단계 동안 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수와 시동될 내연 기관의 회전수를 시간에 대해 도시한 회전수 그래프이다.
도3은 운전자 토크 요구량을 시간에 대해 도시한 그래프이다.
도4는 전기 구동 장치의 요구된 높은 회전수에서의 적어도 하나의 전기 구동 장치의 회전수 그래프이다.
도5는 차량 변속기 내부에서 실행되는 변속비 변경의 그래프이다.
도1에는 내연 기관과, 적어도 하나의 전기 구동 장치와, 이들 사이에 배치된 클러치를 구비한 하이브리드 구동 장치 또는 적어도 하나의 전기 구동 장치와 차량 변속기 사이에 추가의 클러치를 구비한 하이브리드 구동 장치의 구성 부분이 도시된다.
하이브리드 구동 장치(12)가 장착된 차량의 파워 트레인(10)은 내연 기관(14)을 포함한다. 내연 기관(14)은 제1 클러치(16)에 의하여, 도1에 도시된 하 이브리드 구동 장치(12)의 추가의 구성 부분을 나타내는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)에 클러칭 가능하다. 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 출력 샤프트(22)는 추가의 제2 클러치(24)에 의하여 차량 변속기(26)와 클러칭 가능하다. 도1에 도시되는, 하이브리드 구동 장치(12)의 변형 실시예에서 내연 기관(14)은 "전기 주행"의 작동 모드에서부터 시동될 수 있다. 이는 통상적으로 펄스 시동에 의하여 실행된다. 이 경우에 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전 펄스는 정지된 내연 기관(14)을 회전시키고, 시동하기 위해 사용된다. 그러나 이를 위해 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수의 상승이 요구된다. 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 상승시 출력 장치에서 회전수가 상승되지 않도록 도1에 도시된 구조에서 추가의 제2 클러치(24)는 슬립 상태에서 작동된다. 내연 기관(14)의 펄스 시동의 틀에서 상기 시동 과정의 경우 추가의 제2 클러치(24)는 기계적 또는 열적으로 과부하를 받게 될 것이기 때문에 슬립 상태로 계속 작동될 수 없다는 단점이 있다.
도2와 도3에는 회전수 또는 토크 그래프가 도시되며, 적어도 하나의 전기 구동 장치의 토크 또는 회전수가 각각 시간축에 대해 도시된다.
도2에, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)가 출력 회전수(ω0)로 작동되는 것이 도시된다. "전기 주행"의 작동 상태로 작동되는, 운전자 요구(38)에 따른 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 토크 상승은 시점(t=t0)에서 요구된다(도3의 운전자 요구 토크(38) 참조). 도2에 따른 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전 수는 시점(t=t0)에서부터 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)가 상승된 회전수(ω1)를 취할 때까지 연속적으로 상승된다.
시점(t=t1)에서, 즉 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 상승된 회전수(ω1)에서 추가의 제2 클러치(24)의 폐쇄가 실행되며 이로 인해 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수의 감소(34)가 나타난다. 동시에 내연 기관(14)은 추가의 제2 토크 조절 클러치(24)에 의해 회전수(ω2)로 가속된다. 따라서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 감소(34)와 내연 기관(14)의 가속(36)은, 추가의 제2 클러치(24)가 슬립 상태로 작동되고 큰 열적 및 기계적 부하에 노출되는 클러치 단계(32) 동안 실행된다.
시점(t=t2)에서 내연 기관은 회전수(ω2)로 작동된다. 도1에 도시된 하이브리드 구동 장치(12)의 구성은 추가의 제2 클러치(24)가 슬립 상태로 작동되고 시동될 내연 기관(14)의 펄스 시동 과정이 더 길게 지속될 것을 요구하는데, 이는 우선 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)가 출력 회전수(ω0)에서, 상승된 회전수(ω1)로 가속되어야 하고, 그 후에야 클러치 과정이 실행될 수 있기 때문이다. 파워 트레인 내의 저킹(jerking)과 그에 따라 조절된 주행 쾌적성의 손상을 방지하기 위하여 토크 조절된 클러치로서 추가의 제2 클러치(24)의 비용이 많이 드는 제어가 요구된다.
도4에는 본 발명에 따라 제시되는 파워 트레인의 구성이 도시된다.
도1에 따른 구성과는 다르게, 도4에 도시된 파워 트레인에서는 추가의 제2 클러치(24)가 생략된다. 도4에 도시된 구동 트레인(10)의 내연 기관(14)은 내연 기관의 출력 샤프트(18)를 통해 제1 클러치 측에서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)와 결합되는 기존의 제1 클러치(16)와 연결된다. 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 출력 샤프트(22)는 차량 변속기(26)와 연결된다.
도5에는 적어도 하나의 전기 구동 장치와 적어도 하나의 구동 기어의 회전수 그래프가 시간에 대하여 도시되고, 도6에는 펄스 시동시의 변속기의 변속비 그래프가 시간에 대하여 도시된다.
도5와 도6에 따른 그래프들은 도4에 도시된 파워 트레인(10)과 관련된다.
도5와 도6에 따라, 시점(t=t0)에서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수는 상승(46)된다. 이에 따라 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수는 회전수(ω0)에서 회전수(ω1)로 증가된다. 동시에 제1 전환 단계(42) 동안 차량 변속기(26)의 변속비는 변속비(i2)에서 변속비(i1)으로 변화되고, 예를 들어 제2 기어단에서 제1 기어단으로 저속단 변속된다. 도5에 도시된 회전수 상승(46)에 상응하게 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수(ω0)에서 상승된 회전수(ω1)로의 도5에 도시된 회전수 상승 이외에, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)는 처음부터 상승된 회전수(ω1)로 작동될 수도 있다. 이 경우, 차량 변속기(26)도 변속비(i1)로 작동된다.
도4에 개략적으로 도시된 내연 기관(14)의 펄스 시동은 도5와 도6에 표시된 시점들(t1과 t2) 사이에서 이루어지므로, 도5에 따라 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 강하(34)가 나타난다. 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 강하(34)가 나타남과 동시에 제2 전환 과정(44) 동안 차량 변속기(26)에서 변속기 변속은 제1 변속비(i1)에서 제2 변속비(i2)로 변화되므로, 도5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 구동된 휠의 휠 회전수(ωRad)는 일정하게 유지된다.
도4에 따른 하이브리드 구동 장치(12)에서, 바람직하게 차량 변속기(26)는 자동으로 전환되는 변속기로서 설계되거나 무단 변속기(CVT-변속기)로서 형성된다. 이에 의해 차량의 가속력이 내연 기관(14)의 펄스 시동 동안 연속적으로 유지되는 것이 보장된다. 본 발명에 따라 제시된 파워 트레인(10)의 변형 실시예는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)를 상승된 회전수(ω1)로 작동하는 것도 가능하게 하므로 기간(46) 내에 요구되는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 "리프팅 단계"는 생략될 수 있다. 이에 의해 하이브리드 구동 장치(12)의 내연 기관(14)이 펄스 시동에 의해 시동될 수 있는 기간은 단축된다. 도5와 도6에 나타나는 바와 같이, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수가 시작 회전수(ω0)에서, 상승된 회전수(ω1)로 상승(46)할 때, 변속기 변속은 변속비(i2)에서 변속비(i1)로 동시에 변화된다. 이는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 상승된 회전수(ω1)에서 시작 회전수(ω0)로의 회전수 강하(34)의 보상에 대해서도 동일하게 적용되고, 휠 회전수(ωRad)를 일정하게 유지하기 위하여 변속비(i1)에서 더 낮은 변속비(i2)로의 변속기 변속은 제2 전환 단계(44) 동안 시점들(t1과 t2 )사이에서 연속적으로 변화된다.
도4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제시된 해결책에 의해 도1에서 요구되는 추가의 제2 클러치(24)와 고비용의 토크 제어는 생략된다. 본 발명에 제시된 방법에 따라 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 "업테이크", 즉 회전수의 상승이 달성되며 차량 변속기(26)의 변속비는 연속적으로 상승되는데, 이는 저속단 변속에 의해 실시된다. 다른 한편으로, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)에서의 회전수 감소와 연관된 내연 기관(14)의 펄스 시동에서 차량 변속기(26)의 출력 회전수(ωAbtrieb)는 변속비(i)가 i = ωAbtrieb/ωAntrieb로 강하하기 때문에 본 발명에 따라 제시된 방법에 의해 일정하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 차량 변속기(26) 내의 고속단 변속이 실행된다.

Claims (9)

  1. 내연 기관(14)의 펄스 시동을 위한 제1 클러치(16)에 의해 내연 기관(14)과 클러칭 가능한 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)를 구비한 차량을 위한 하이브리드 구동 장치(12)의 내연 기관(14) 시동 방법에 있어서,
    내연 기관(14)의 펄스 시동시 발생되는 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 변화(34, 46)는 차량 변속기(26)에서 연속적으로 실행되는 변속비의 변화(42, 44)에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 강하(34) 동안 차량 변속기(26)의 변속비(i)는 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 구동된 휠의 휠 회전수(들)(ωRad)는 내연 기관(14)의 펄스 시동 동안 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 상승(46) 동안 시점(t=t0)에서 차량 변속기(26)의 변속비는 연속적으로 상승하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 차량 변속기(26)에서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 강하(34) 동안 저속단 변속되거나, 차량 변속기(26)에서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 상승(46)시 고속단 변속되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 회전수 변화(34, 36)의 구배는 차량 변속기(26)에서 변속비 변화(42, 44)의 구배에 상응하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서, 변속비의 연속적인 변화는 자동 변속기 또는 무단 변속기(CVT)로서 설계되는 차량 변속기(26)에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  8. 제2항에 있어서, 시작 회전수(ω0)에 비해 상승된 회전수(ω1)로 작동된 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)에서 내연 기관(14)의 펄스 시동은, 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의, 회전수(ω0)에서 회전수(ω1)로의 회전수 상승(46)을 요구하 는 기간 만큼 단축되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동 장치의 내연 기관 시동 방법.
  9. 내연 기관(14)과 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)를 구비한 하이브리드 구동 장치(12)가 장착된 차량의 파워 트레인(10)이며, 상기 전기 구동 장치(20)는 제1 클러치(16)에 의해 내연 기관(14)과 클러칭 가능하고 차량의 적어도 하나의 휠을 구동하는 차량 변속기(26)와 클러칭 가능하며, 내연 기관(14)은 펄스 시동에 의하여 시동될 수 있는 파워 트레인에 있어서,
    차량 변속기(26)는 연속적으로 변환되는 자동 변속기 또는 무단 변속기(CVT)이며, 상기 변속기 내에서 적어도 하나의 전기 구동 장치(20)의 개별 변속비들(i1, i2) 사이의 회전수 변화(34, 46)시 사다리꼴 전환 과정(42, 44)이 제공되는 것을 특징으로 하는 파워 트레인.
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