KR20120137291A - 횡방향 배치된 내연기관을 가진 구동 트레인을 구비한 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 차축 특히 전방 차축 영역에 구동 트레인을 구비한 자동차(10)에 관한 것이다. 구동 트레인의 연결점들(1, 2, 3)이 자동차의 차체 내에 구비되며, 상기 연결점들은, 내연기관에 의해서만 구동될 수 있는 자동차(10)의 토크 플레이트, 자동차 변속기(15), 및 횡방향 배치된 내연기관을 위한 연결점들이다. 이러한 자동차에서, 연결점들(1, 2, 3)은 하이브리드 구동 트레인(11)을 위한 연결점들이다. 다양하게 설계된 구동 시스템(내연기관만을 이용한 종래의 구동부, 하이브리드 구동부)이 구조적 변경을 거칠 필요 없이 모듈식 설계 원리에 따라 자동차에 장착될 수 있다. 하이브리드 구동 트레인은 예컨대 직렬 하이브리드 또는 병렬 하이브리드의 형태로 이루어진다.

Description

횡방향 배치된 내연기관을 가진 구동 트레인을 구비한 자동차{MOTOR VEHICLE HAVING A DRIVE TRAIN WHICH HAS A LATERALLY ARRANGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 자동차 차축 특히 전방 차축 영역에 구동 트레인을 구비한 자동차에 관한 것으로, 구동 트레인의 연결점들이 자동차의 차체 내에 구비되며, 상기 연결점들은 내연기관에 의해서만 구동될 수 있는 자동차의 토크 플레이트, 자동차 변속기, 및 횡방향 배치된 내연기관을 위한 연결점들인 자동차에 관한 것이다.
이러한 유형의 자동차는 관행적으로 널리 알려져 있고, 특히 전륜 구동을 위해 사용된다. 내연기관의 전방/횡방향 배치는 자동차의 좌우측 전륜들을 구동하는 역할을 한다. 내연기관은 자동차 변속기에 기계적으로 결합되어 토크 결합된다. 변속기는 2개의 카던 샤프트를 구비한 스퍼 기어단을 포함하되, 상기 카던 샤프트들은 자동차의 주행 방향에 대해 내연기관의 앞 또는 뒤에 배치되며 자동차 차축의 차륜들을 구동하기 위해 변속기와 연결된다.
내연기관 및 자동차 변속기를 포함하는 구동 트레인의 이러한 고전적인 연결의 경우, 제1 연결점이 내연기관과 차체 사이에 구비되고, 제2 연결점이 변속기와 차체 사이에 구비되고, 제3 연결점이 구동 트레인과 차체 사이에 구비되며, 이때 상기 제3 연결점은 토크 플레이트의 기능을 가진다. 다른 언급된 연결점들은 특히 구동 트레인의 부품들의 중량을 지지하는 역할을 한다.
내연기관 및 변속기를 위한 연결점들은 특히 2개의 세로 부재이고, 토크 플레이트를 위한 연결점은 특히 자동차의 가로 부재이다.
최근에 자동차를 위한 하이브리드 구동부를 제공한다는 개념이 점점 더 발전하고 있고, 그에 따라 상기 하이브리드 구동부는 비교적 작은 내연기관 및 전기 견인 모터를 구비한다. 이 경우, 하이브리드 구동 트레인은 특히 직렬 하이브리드 구동 트레인 또는 병렬 하이브리드 구동 트레인의 형태로 이루어진다. 하이브리드 구동 트레인은 자동차 내에 장착되도록 의도된다.
본 발명의 목적은, 다양하게 설계된 구동 시스템이 구조적 변경을 거칠 필요 없이 모듈식 설계 원리에 따라 자동차에 장착될 수 있도록, 도입부에 인용된 유형의 자동차를 개발하는 데에 있다.
도입부에 인용된 유형의 자동차의 경우, 상기 목적은 내연기관에 의해서만 구동될 수 있는 자동차의 구동 트레인을 위해 구비된 연결점들이 하이브리드 구동 트레인의 연결을 위해 사용된 연결점들과 동일하다는 점에 의해 달성된다.
하이브리드 구동 트레인의 설계와 상관없이, 내연기관에 의해서만 구동될 수 있는 자동차에 필요한 구동 트레인, 즉 하이브리드 부분이 없는 고전적인 구동 트레인의 연결점들 이외의 다른 연결점들을 구비할 필요가 없다. 이러한 기존의 연결점들이 하이브리드 구동 트레인에 사용되었다.
하이브리드는 예컨대 직렬 하이브리드이다. 직렬 하이브리드는 특히 내연기관, 발전기, 전기 견인 모터, 및 변속기를 포함한다. 직렬 하이브리드의 부품들은 기계적으로 결합되고, 그에 따라 연결된다. 그러나, 한편으로 내연기관과 발전기가 토크 결합되고, 다른 한편으로 전기 모터와 변속기가 토크 결합된다. 따라서, 이는 매우 콤팩트한 직렬 하이브리드 구동 트레인을 형성하되, 상기 구동 트레인에서 내연기관은 전력 생성을 위해 발전기를 구동하고, 발생된 전력은 전기 견인 모터로 전달된다. 전기 견인 모터는 변속기를 통해 차륜들, 즉 좌우측 차륜들을 구동한다. 자동차의 구동 출력은 전기 견인 모터에 의해 제공되고 내연기관은 발전기를 구동하는 역할로만 사용되기 때문에, 하이브리드의 내연기관은 소형 내연기관이다. 자동차는 보통 배터리를 더 포함하고, 마찬가지로 상기 배터리에 의해 전력을 전기 모터에 공급할 수 있다.
대안으로, 하이브리드 구동 트레인은 병렬 하이브리드를 포함한다. 병렬 하이브리드는 특히 내연기관, 전기 견인 모터, 및 변속기를 포함하되, 상기 부품들은 기계적으로 결합되어 토크 결합된다. 병렬 하이브리드에서, 내연기관 및 전기 모터는 변속기의 입력 샤프트에 함께 작용한다. 그러므로, 내연기관 및 전기 모터의 토크력을 적어도 작동 상태에서 동시에 제공할 수 있다. 이는 전기 모터 및 내연기관의 덜 엄격한 설계를 가능하게 하므로, 내연기관에 의한 구동을 이용한 순수한 개념과 비교하여 소형 내연기관이 사용될 수 있다.
연소력으로만 구동될 수 있는 자동차, 직렬 하이브리드, 병렬 하이브리드의 모든 개념에서, 변속기는 2개의 카던 샤프트를 구비한 스퍼 기어단을 포함하되, 상기 카던 샤프트들은 자동차의 주행 방향에 대해 내연기관의 앞 또는 뒤에 배치되며, 자동차의 차축 특히 전방 차축을 구동하기 위해 변속기와 연결된다. 그러므로, 이러한 세 가지 개념에서 구동 트레인을 위한 연결점들을 유지하는 한편, 변속기와 구동 샤프트들 간에 힘을 전달하는 고전적인 방식도 유지할 수 있다.
상기 세 가지 상이한 개념들을 위한 동일한 연결점들은, 특히 내연기관이 자동차의 일측 세로 부재에 장착되고, 자동차 변속기가 자동차의 타측 세로 부재에 장착되고, 토크 플레이트가 상기 두 세로 부재들을 연결하는 가로 부재에 장착되도록 선택된다.
따라서, 본 발명은 자동차 특히 전륜 구동을 갖는 자동차에 모듈식 설계 시스템으로 구동 트레인을 형성할 수 있게 한다. 내연기관의 고전적인 전방/횡방향 배치가 좌우측 차륜들 특히 좌우측 전륜들을 구동하기 위해 구비되거나, 대안으로, 직렬 하이브리드나 병렬 하이브리드로 설계된 하이브리드 버전이 구비된다. 이 경우, 세 가지 버전 모두 동일한 연결점들을 사용하고, 상기 연결점들은 특히 차체 내의 3개의 연결점들이다. 이러한 연결점들은 고전적인 횡방향 배치, 특히 고전적인 전방/횡방향 배치의 내연기관, 자동차 변속기, 및 토크 플레이트를 위한 고전적인 연결점들이다.
본 발명의 다른 특징들은 전술한 내용에 제한됨 없이 특허청구범위의 종속항, 첨부 도면, 및 도면에 도시된 바람직한 실시예의 설명에서 확인될 수 있다.
도 1은 전방 차축에 할당된 구동 트레인 영역을 도시한 자동차의 개략도이다.
도 1은 자동차(10)의 전방 차축 구동부의 구동 개념을 위해 직렬 하이브리드 버전을 도시한다.
직렬 하이브리드의 구동 트레인(11)은 소형 내연기관(12), 발전기(13), 전기 견인 모터(14), 및 변속기(15)를 포함한다. 박스를 형성하는 파선은 자동차(10)의 전방 조립 영역에서 구동 트레인(11)을 더 잘 도시하는 역할을 한다. 변속기(15)는 2개의 카던 샤프트(16)를 구비한 스퍼 기어단이고, 상기 카던 샤프트들은 자동차(10)의 주행 방향에 대해 내연기관(12)의 앞 또는 뒤에, 본 실시예에서는 뒤에 배치되며, 자동차(10)의 전방 차축의 차륜(17)들을 구동하기 위해 변속기(15)와 연결된다.
내연기관(12), 발전기(13), 전기 모터(14), 및 변속기(15)는 기계적으로 결합됨으로써, 서로 연결되어 하나의 유닛을 형성한다. 구체적으로, 내연기관(12)은 발전기(13)의 일측에 연결되고, 변속기(15)는 상기 발전기의 타측에 연결된다. 전기 모터(14)는 상기 변속기 단부 중 발전기의 반대편 단부에서 변속기(15)와 연결된다. 이러한 직렬 하이브리드에서, 한편으로 내연기관(12) 및 발전기(13)가 토크 결합되고, 다른 한편으로 전기 모터(14) 및 변속기(15)가 토크 결합된다. 이러한 상황을 명확하게 하기 위해, 도 1에는 발전기(13)와 변속기(15) 사이에 라인(18)으로 표시된다. 내연기관(12)은 전력 생성을 위한 발전기(13)를 구동하는 역할을 한다. 생성된 전력은 전기 모터(14)에 전달된다. 상기 전기 모터는 변속기(15)를 통해 좌우측 차륜(17)들을 구동한다.
구동 트레인(11)을 형성하는 내연기관(12), 발전기(13), 전기 모터(14), 및 변속기(15)로 이루어진 기계적 유닛이 자동차(10)의 차체의 연결점들(1, 2, 3)에 장착된다. 연결점(1)은 내연기관(12) 영역의 구동 트레인(11) 및 전방 주행 방향에 대해 우측에 위치한 차체의 세로 부재 사이의 연결부인 반면, 전기 모터(14) 영역의 구동 트레인(11)은 연결점(2) 영역에서 좌측 세로 부재(20)와 연결된다. 구동 트레인(11)은 상기 2개의 세로 부재(19, 20)를 연결하는 가로 부재(상세히 도시되지 않음)에 의해 연결점(3)에서 지지된다. 상기 연결점은 2개의 세로 부재(19, 20) 사이에 위치한다. 가로 부재가 도면에 보이지 않기 때문에, 연결점(3)은 자동차의 횡방향 범위에 대해 도시되지만 변속기(15)의 뒤에 위치한다. 그러므로, 변속기(15)는 연결점(3) 영역에서 가로 부재와 연결된다.
연결점들(1, 2)은 특히 구동 트레인(11)의 중량 지지의 측면에서 구동 트레인(11)을 지지하는 역할을 하는 반면, 연결점(3)은 구동 트레인(11)을 통해 차체에 도입된 토크를 수용하는 역할, 즉 토크 플레이트의 역할을 한다.
이른바 레인지 익스텐더(range extender)의 기능에 의해 작게 형성된 내연기관(12) 및 전기 모터(14)가 토크 분리되기 때문에, 내연기관(12)의 크랭크 샤프트 및 전기 모터(14)의 출력 샤프트 사이에 오프셋이 가능하도록 구동 트레인(11)을 형성할 수 있다. 그에 따라, 구동 트레인(11)의 더 낮은 무게 중심 및 전체적으로 가변 패키지를 제공할 수 있다.
전술한 직렬 하이브리드의 구동 트레인(11)을 지지할 때, 상기 연결점들(1, 2, 3)은, 내연기관(12)에 의해서만 구동되므로 종래 자동차의 경우 구동 트레인이 내연기관 및 변속기에 의해 형성된 종래 자동차의 연결점들에 상응한다.
종래 자동차 및 직렬 하이브리드의 두 가지 개념에 대한 대안으로, 연결점들(1, 2, 3)을 변경시킴 없이 병렬 하이브리드를 위한 구동 트레인을 용이하게 지지할 수 있다. 상기 병렬 하이브리드는 내연기관, 전기 견인 모터, 및 변속기를 포함하되, 상기 부품들은 기계적으로 결합되어 토크 결합된다. 원칙적으로 발전기는 생략될 수 있다. 그러나, 전기 모터는 바람직하게 전기 기계의 형태로 이루어진다. 상기 전기 기계는 모터 모드 및 발전기 모드 양자로 작동할 수 있어서, 모터 모드에서 견인 모터로 작동하고, 발전기 모드에서 전기 에너지를 생성하여 배터리에 공급하고, 상기 배터리는 모터 모드에서 전기 기계에 전력을 공급하는 역할을 한다.
전술한 세 가지 버전, 즉 내연기관에 의해서만 구동되는 종래의 자동차, 직렬 하이브리드, 및 병렬 하이브리드 모두는 차체 내에서 동일한 연결점들(1, 2, 3)을 사용한다.

Claims (7)

  1. 자동차 차축 영역에 구동 트레인(11)을 구비한 자동차(10)이며, 구동 트레인의 연결점들(1, 2, 3)이 자동차(10)의 차체 내에 구비되며, 상기 연결점들(1, 2, 3)은 내연기관에 의해서만 구동될 수 있는 자동차(10)의 토크 플레이트, 자동차 변속기(15), 및 횡방향 배치된 내연기관을 위한 연결점들인 자동차에 있어서,
    연결점들(1, 2, 3)은 하이브리드 구동 트레인(11)을 위한 연결점들인 것을 특징으로 하는 자동차.
  2. 제1항에 있어서, 하이브리드 구동 트레인(11)은 직렬 하이브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  3. 제2항에 있어서, 직렬 하이브리드는 내연기관(12), 발전기(13), 전기 견인 모터(14), 및 변속기(15)를 포함하되, 상기 부품들은 기계적으로 결합되며, 한편으로 내연기관(12)과 발전기(13) 사이에서 토크 분리되고, 다른 한편으로 전기 모터(14)와 변속기(15) 사이에서 토크 분리되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  4. 제1항에 있어서, 하이브리드 구동 트레인은 병렬 하이브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  5. 제4항에 있어서, 병렬 하이브리드는 내연기관, 전기 견인 모터, 및 변속기를 포함하되, 상기 부품들은 기계적으로 결합되며 토크 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  6. 제5항에 있어서, 병렬 하이브리드는, 전기 견인 모터 및 발전기로 작동될 수 있는 전기 기계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기(15)는 2개의 카던 샤프트(16)를 구비한 스퍼 기어단을 포함하되, 상기 카던 샤프트들은 자동차(10)의 주행 방향에 대해 내연기관(12)의 앞 또는 뒤에 배치되며 자동차 차축의 차륜(17)들을 구동하기 위해 변속기(15)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차.
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