KR20120112815A - 자동차의 구동 트레인 - Google Patents

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KR20120112815A
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combustion engine
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KR1020127021907A
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마틴 퓌히트너
요에르크 마이어-에벨링
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 앞차축(10)과, 뒤차축(13)과, 중앙 엔진 구조로 앞차축(10)의 후방 및 뒤차축(13)의 전방에 위치되는 내연기관(16)과, 내연기관이 뒤차축(13)을 구동시키도록 하는 변속기(17)와, 앞차축(10)에 배정된 2개 이상의 전기 기계를 포함하며 앞차축(10)을 구동시킬 수 있는 하나의 전기 구동기(18)를 포함하는 자동차 구동 트레인에 관한 것으로, 내연기관(16)에 더하여 또는 내연기관의 대안으로 뒤차축(13)을 구동시킬 수 있는 추가의 전기 구동기(18)가 뒤차축(13)에 배정된다.

Description

자동차의 구동 트레인{DRIVE TRAIN OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 자동차의 구동 트레인에 관한 것이다.
DE 10 2006 026 916 A1호에는 앞차축과 뒤차축을 구비한 자동차 구동 트레인이 개시되어 있으며, 이때 앞차축에 배정된 전기 구동기에 의해 앞차축이 구동될 수 있고, 뒤차축에 배정된 내연기관에 의해 뒤차축이 구동될 수 있다. 뒤차축에 배정된 내연기관은 중앙 엔진 구조(mid-engine construction)로 앞차축의 후방 및 뒤차축의 전방에 위치되어, 뒤차축의 후방에 위치된 변속기를 통해 뒤차축에 구동력을 제공한다. 앞차축에 배정된 전기 구동기는 단일 전기 기계(electric machine)를 구비하거나 각각의 전륜(front wheel)마다 별도의 전기 기계를 구비할 수 있다.
DE 10 2006 026 916 A1호에 따른 구동 트레인의 경우, 앞차축은 전기모터로만 구동될 수 있고, 뒤차축은 내연기관으로만 구동될 수 있다.
이를 바탕으로, 본 발명의 과제는 자동차의 신규 구동 트레인을 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 제1항에 따른 구동 트레인을 통해 달성된다. 본 발명에 따르면, 뒤차축에는 내연기관에 더하여 또는 내연기관의 대안으로서 추가의 전기 구동기가 배정되어, 뒤차축을 구동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 구동 트레인에서, 뒤차축은 내연기관 구동 모드뿐만 아니라 전기모터 구동 모드로도 구동될 수 있다. 이를 위해, 뒤차축에는 내연기관에 더하여 전기 구동기가 배정된다. 내연기관에 더하여 또는 내연기관의 대안으로서 뒤차축에 배정된 전기 구동기를 통해, 뒤차축을 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 구동 트레인의 경우 앞차축은 순수 전기모터 구동 모드로 구동된다. 뒤차축은 순수 전기모터 구동 모드, 순수 내연기관 구동 모드, 또는 내연기관과 전기모터의 복합 구동 모드로 구동될 수 있다.
바람직하게, 앞차축에 배정된 전기 구동기는 앞차축의 제1 전륜에 배정된 제1 전기 기계와, 앞차축의 제2 전륜에 배정된 제2 전기 기계를 포함하며, 이때 앞차축을 구동시키는 전기 구동기의 상기 전기 기계들은 하나의 장치를 통해 서로 결합될 수 있다. 앞차축 전기 구동기의 제1 전륜에 배정된 제1 전기 기계는 제1 전륜을 구동시키는 기능을 하고, 앞차축 전기 구동기의 제2 전륜에 배정된 제2 전기 기계는 제2 전륜을 구동시키는 기능을 한다. 이들 두 전기 기계가 결합될 수 있기 때문에, 앞차축 전기 구동기의 하나의 전기 기계가 고장나는 경우, 두 전륜은 앞차축 전기 구동기의 나머지 전기 기계를 통해 구동될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 뒤차축에 배정된 내연기관 및 전기 구동기가 뒤차축을 구동시키도록 하는 변속기는 2개의 변속 입력 샤프트 및 2개의 스타팅 클러치를 구비한 더블 클러치 변속기로서 구현되며, 이때 뒤차축에 배정된 전기 구동기는 변속기에 통합되는 하나 이상의 전기 기계를 포함하고, 뒤차축에 배정된 내연기관 및 더블 클러치 변속기에 통합되는 전기 구동기의 전기 기계는 각각 더블 클러치 변속기의 서로 다른 변속 입력 샤프트에 구동력을 제공한다. 뒤차축에 배정된 전기 구동기의 전기 기계가 더블 클러치 변속기에 통합되면 장착 공간이 절약될 수 있다는 장점이 있다. 변속기가 더블 클러치 변속기로서 구현되고, 내연기관과 더블 클러치 변속기에 통합된 전기 기계가 더블 클러치 변속기의 서로 다른 입력 샤프트에 구동력을 제공함으로써, 최대 출력수요에 부응하면서도, 유해물질 배출이 최소화되도록 설계되는 구동 트레인이 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들 및 아래의 설명과 함께 제공하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 도면에 근거하여 보다 상세히 설명될 것이나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 구동 트레인의 개략도이다.
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 구동 트레인의 뒤차축에 대한 대안예이다.
도 3은 도 1의 본 발명에 따른 구동 트레인의 앞차축에 대한 대안예이다.
본 발명은 자동차의 구동 트레인에 관한 것으로, 도 1에는 본 발명에 따른 구동 트레인의 바람직한 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.
본 발명에 따른 구동 트레인은 전륜(11, 12)을 구비한 앞차축(10)과, 후륜(14, 15)을 구비한 뒤차축(13)을 포함한다. 뒤차축(13)에 배정된 내연기관(16)은, 앞차축(10)의 후방 및 뒤차축(13)의 전방에 있는 중앙 엔진 구조로 위치되며, 변속기(17)를 통해 뒤차축(13)을 구동시킨다. 내연기관(16)은 불꽃점화 내연기관으로, 특히 도시된 실시예에서는 V형 구조의 8기통 불꽃점화 내연기관이다.
더블 클러치 변속기인 변속기(17)를 통해 내연기관(16)은 뒤차축(13)을 구동시킨다. 이중클러치 변속기의 기본적인 구조는 본원에 언급된 기술분야의 당업자에게 친숙하므로 추가 설명을 할 필요가 없다. 예를 들어, 더블 클러치 변속기의 기본적인 구조는 WO 2007/042109 A1호에 공지되어 있으며, 더블 클러치 변속기가 2개의 변속 입력 샤프트 및 2개의 스타팅 클러치를 구비한다는 것이 상기 문헌에 명백하게 나와 있다.
뒤차축(13)에는 내연기관(16)에 더하여 전기 구동기(18)가 배정되며, 이러한 전기 구동기를 통해 내연기관(16)에 더하여 또는 대안으로서 뒤차축(13)이 구동될 수 있다. 뒤차축(13)의 전기 구동기(18)는 하나 이상의 전기 기계를 포함하며, 도시된 실시예에서는 더블 클러치 변속기(17)로서 구현된 변속기에 통합되어 있는 단일 전기 기계(19)가 도시되었다. 이러한 경우, 내연기관(16)과, 더블 클러치 변속기(17)에 통합된 전기 구동기(18)의 전기 기계(19)가 바람직하게는 더블 클러치 변속기(17)의 서로 다른 입력 샤프트에 구동력을 제공한다.
뒤차축(19)의 내연기관(16) 및 전기 구동기(18)의 전기 기계(19)가, 더블 클러치 변속기로서 구현된 변속기(17)의 서로 다른 변속 입력 샤프트에 구동력을 제공하는 것이 구동 기술면에서 특히 바람직하지만, 대안으로 내연기관(16) 및 전기 기계(19)가 공동으로 더블 클러치 변속기의 한 변속 입력 샤프트에 구동력을 제공하는 것도 가능하다.
도 1에 도시된 실시예에서, 변속기(17)는 횡방향 구조로 구현됨에 따라 변속기의 샤프트들이 뒤차축(13)에 대해 대략 평행하게 연장되는 횡방향 변속기로서 구현된다. 이와 대조적으로, 도 3에서 유추할 수 있는 바와 같이, 더블 클러치 변속기로서 구현된 변속기(17)는 종방향 구조로 구현됨에 따라 변속기의 샤프트들이 뒤차축(13)에 대해 대략 수직으로 연장되는 종방향 변속기로서 구현되는 것도 가능하다. 어떤 경우든지, 변속기는 뒤차축(13)상의 적어도 일부에 안착된다.
마찬가지로 구동 트레인의 앞차축(10)에는 전기 구동기(20)가 배정되며, 여기서 앞차축(10)의 전기 구동기(20)는 복수의 (특히 도시된 실시예에서는 2개의) 전기 기계(21 및 22)를 포함한다.
따라서, 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 제1 전기 기계(21)는 제1 전륜(11)에 배정되며, 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 제2 전기 기계(22)는 제2 전륜(12)에 배정된다. 도 1의 실시예에서, 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 전기 기계(21)는 전륜(11)만을 구동시키고, 전기 구동기(20)의 전기 기계(22)는 전륜(12)만을 구동시킨다.
그러나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 두 전기 기계(21 및 22)는 장치(23)를 통해 결합되는 것도 가능하다. 따라서, 이 경우에 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 전기 기계들(21 또는 22) 중 하나가 고장날 경우, 앞차축(10)의 두 전륜(11, 12)은 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 각각 남아있는 정상 기능의 전기 기계(21 또는 22)에 의해 구동될 수 있다.
앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 두 전기 기계(21 및 22)를 결합시킬 수 있는 장치(23)는 클러치일 수 있다. 이 경우에 앞차축(10)의 두 전륜(11, 12)은 각각 동일한 회전 속도로 구동된다.
그러나, 이와 대조적으로, 앞차축(10)의 전기 구동기(20)의 두 전기 기계(21 및 22)를 결합시킬 수 있는 장치(23)는 기계식 차동장치 또는 전기식 차동장치로서 구현되는 것도 가능하다.
장치(23)가 기계식 차동장치로서 구현되는 경우, 전기 기계(21, 22)가 결합되어 있다면, 앞차축(10)의 두 전륜(11, 12)은 서로 다른 회전 속도로 구동될 수 있으나, 상기 전륜들에는 동일한 부호를 갖는 하나의 구동 토크, 다시 말해서 트랙션 토크(traction torque)이거나 오버런 토크(overrun torque)가 인가된다.
대조적으로, 장치(23)가 전기식 차동장치로서 구현되는 경우, 두 전륜(11, 12)은 서로 다른 회전 속도로 구동될 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 부로를 갖는 토크가 두 전륜(11, 12)에 인가될 수 있는데, 다시 말해서 하나의 전륜에는 트랙션 토크가, 다른 하나의 전륜에는 오버런 토크가 인가될 수 있다.
앞차축(10) 전기 구동기(20)의 두 전기 기계(21 및 22)뿐만 아니라 뒤차축(13) 전기 구동기(18)의 전기 기계(19)는 각각 모터 구동 모드 또는 발전기 구동 모드로 작동될 수 있다. 도 1에 따르면, 뒤차축(13) 및 앞차축(10)의 전기 구동기(18 및 20)의 모든 전기 기계(19, 21 및 22)에는 하나의 공통 축전지(24)가 배정되며, 전기 기계(19 또는 21 또는 22) 중 하나가 모터로서 구동될 때 상기 전기 기계는 축전지(24)를 상당히 방전시키고, 전기 기계(19 또는 21 또는 22) 중 하나가 발전기로서 구동될 때 상기 전기 기계는 축전지(24)를 상당히 충전시킨다.
이와 대조적으로, 뒤차축(13)의 전기 구동기(18) 및 앞차축(10)의 전기 구동기(20)에 별도의 축전지(24)들을 배정하는 것도 가능하다.
상기 축전지 또는 각각의 축전지는 배터리이거나 플라이휠 어큐뮬레이터이다. 구동 트레인의 성능 지향 또는 동력 지향 주행 거동에 중점을 두는 경우에는 플라이휠 어큐뮬레이터를 사용한다. 구동 트레인의 최소 연료 소모 또는 주행거리 최대화에 중점을 두는 경우에는 배터리를 사용한다.

Claims (10)

  1. 앞차축과, 뒤차축과, 중앙 엔진 구조로 앞차축의 후방 및 뒤차축의 전방에 있는 위치되는 내연기관과, 내연기관이 뒤차축을 구동시키도록 하는 변속기와, 앞차축에 배정된 2개 이상의 전기 기계를 포함하며 앞차축을 구동시킬 수 있는 하나의 전기 구동기를 구비한, 자동차의 구동 트레인에 있어서,
    뒤차축(13)에는 내연기관(16)에 더하여 또는 내연기관의 대안으로서 뒤차축(13)을 구동시킬 수 있는 추가의 전기 구동기(18)가 배정되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  2. 제1항에 있어서, 뒤차축(13)에 배정된 전기 구동기(18)는 변속기(17)에 통합되어 있는 하나 이상의 전기 기계(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 뒤차축(13)의 내연기관(16) 및 전기 구동기(18)가 뒤차축(13)을 구동시키도록 하는 변속기(17)는, 2개의 변속 입력 샤프트 및 2개의 스타팅 클러치를 구비한 더블 클러치 변속기로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  4. 제3항에 있어서, 뒤차축(13)에 배정된 내연기관(16) 및 전기 구동기(18)의 전기 기계(19)가 각각 더블 클러치 변속기의 서로 다른 변속 입력 샤프트에 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 앞차축(10)에 배정된 전기 구동기(20)는 앞차축(10)의 제1 전륜(11)에 배정된 제1 전기 기계(21)와, 앞차축(10)의 제2 전륜(12)에 배정된 제2 전기 기계(22)를 포함하며, 이때 앞차축(10)을 구동하는 전기 구동기(20)의 전기 기계들(21, 22)은 장치(23)를 통해 서로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장치(23)는 클러치로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  7. 제5항에 있어서, 상기 장치(23)는 기계식 차동장치로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  8. 제5항에 있어서, 상기 장치(23)는 전기식 차동장치로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  9. 제1항 내지 제8항 중 하나 이상의 항에 있어서, 뒤차축(13)의 내연기관(16) 및 전기 구동기(18)가 뒤차축(13)을 구동시키도록 하는 변속기(17)는 뒤차축(13)에 안착되며, 샤프트들이 뒤차축(13)에 대해 대략 수직으로 연장되는 종방향 변속기로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
  10. 제1항 내지 제8항 중 하나 이상의 항에 있어서, 뒤차축(13)의 내연기관(16) 및 전기 구동기(18)가 뒤차축(13)을 구동시키도록 하는 변속기(17)는 뒤차축(13)에 안착되며, 샤프트들이 뒤차축(13)에 대해 대략 평행하게 연장되는 횡방향 변속기로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 구동 트레인.
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