KR20140120830A - 내연기관 및 전기 기계를 구비한 하이브리드 차량 - Google Patents

내연기관 및 전기 기계를 구비한 하이브리드 차량 Download PDF

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KR20140120830A
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 내연기관(2) 및 하나 이상의 전기 기계(3)와, 차량(1)의 후방 차축(5)을 구동하기 위한 변속기(4)를 구비한 하이브리드 차량(1)에 관한 것으로, 내연기관(2) 및 하나의 전기 기계(3)에는 변속기(4)의 공통 입력 샤프트(6)가 할당된다. 상기 유형의 하이브리드 차량의 경우, 본 발명에 따라, 내연기관(2), 상기 하나의 전기 기계(3) 및 상기 전기 기계(3)용 트랙션 배터리(19) 또는 내연기관(2)용 탱크가 차량(1)의 후방 영역에, 주행 방향에 대하여 횡으로 배치되며, 이때 전기 기계 출력이 내연기관(2)의 출력보다 더 크다. 상기 유형의 차량의 경우, 차량의 장착 공간을 최대로 활용함으로써 하이브리드 구동 장치의 높은 수준의 전력 공급이 가능하다.

Description

내연기관 및 전기 기계를 구비한 하이브리드 차량{HYBRID VEHICLE WITH INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ELECTRIC MACHINE}
본 발명은 내연기관 및 하나 이상의 전기 기계와, 차량의 후방 차축을 구동하기 위한 변속기를 구비한 하이브리드 차량에 관한 것으로, 상기 내연기관 및 상기 하나 이상의 전기 기계에는 변속기의 공통 입력 샤프트가 할당된다.
상기 유형의 하이브리드 차량은 병렬 하이브리드 차량이다. 이러한 하이브리드 차량의 경우, 내연기관과 전기 기계는 공통 구동 트레인에서 작동된다. 그러므로 적어도, 하나의 작동 상태에서 상기 구동 수단들의 힘 또는 토크가 동시에 이용될 수 있다.
서두에 언급한 유형의 하이브리드 차량은 DE 10 2011 000 609 A1호에 공지되어 있다. 상기 하이브리드 차량에서는 내연기관, 전기 기계 및 변속기가 차량 방향으로, 즉 종방향으로 설치되어 있는데, 이때 내연기관은 전기 기계의 전방에 그리고 전기 기계는 변속기의 전방에 배치되어 있다. 상기 조립체들의 종방향 배치로 인해, 이들 조립체는 후방 차축에서 시작되어 전방을 향해 차량 길이 방향으로 아주 큰 장착 공간을 필요로 한다. 이 차량에는 차량 전방 차축의 휠들을 구동하기 위한 추가 전기 기계가 제공된다.
US 2007/0137906 A1호는 하이브리드 차량을 기술하고 있다. 이 하이브리드 차량에서는, 2개의 휠을 구비한 차축에 상기 차축에 평행하고 따라서 주행 방향에 대하여 횡으로 배치된 구동 트레인이 할당되며, 상기 구동 트레인은 내연기관, 전기 기계 및 변속기로 구성된다. 전기 기계는 에너지 변환기를 통해 트랙션 배터리(traction battery)에 연결된다. 따라서 상기 하이브리드 차량도 병렬 하이브리드 차량으로서 형성되어 있다.
또한 DE 10 2007 044 526 A1호로부터, 산업용 트럭 형태의 하이브리드 차량에서 주행 방향에 대하여 횡으로 배치된 구동 수단이 공지되어 있다. 구동 조립체들은 차량의 전방 차축과 후방 차축 사이에 배치되며, 이때 구동 조립체들 후방에, 따라서 상기 구동 조립체들과 후방 차축 사이에 트랙션 배터리가 배치된다.
본 발명의 과제는, 차량의 장착 공간을 최적으로 활용하여 하이브리드 구동 장치의 높은 수준의 전력화가 가능하도록 서두에서 언급된 유형의 하이브리드 차량을 더욱 개선하는 것이다.
상기 과제는, 내연기관, 상기 하나의 전기 기계 및 전기 기계용 트랙션 배터리 또는 내연기관용 연료 탱크가 차량의 후방 영역에, 주행 방향에 대하여 횡으로 배치됨으로써 해결되며, 이때 전기 기계 출력이 내연기관의 출력보다 더 크다.
하이브리드 차량은 특히 스포츠카이다.
구동 트레인의 횡치 구조에 의해, 특히 대형 내연기관을 구비한 공지된 후방-엔진 스포츠카들과 관련하여, 후방 단부 영역에 비교적 큰 자유 공간이 생긴다. 상기 자유 공간은 이제, 트랙션 배터리가 차량의 전방 단부에 배치될 경우, 비교적 큰 전기 트랙션 배터리 또는 탱크를 위해 이용될 수 있다. 하이브리드 차량은 전기 기계 출력이 내연기관의 출력보다 더 크도록 설계되므로, 전기 기계와 내연기관으로 이루어진 유닛이 매우 캠팩트한 구조로 구성될 수 있다. 따라서 예를 들어, 하이브리드 차량, 특히 일반적으로 배기량이 큰 6기통 또는 8기통 엔진에 의해 구동되는 하이브리드 스포츠카에서, 소형 내연기관, 예를 들면 3기통 엔진 또는 박형(compact) 4기통 엔진을 대신 사용하는 점을 고려해볼 수 있다. 이렇게 하여 확보된 자동차 후방 단부 영역 내 장착 공간에 상기 하나의 전기 기계가 배치된다.
따라서, 전륜 구동 양산 차량들 또는 양산 차량 조립 세트들로부터 훨씬 더 경제적이면서 출력이 약한 종래의 내연기관 구동 트레인들을 이용할 수 있다.
내연기관, 일반적으로는 횡치 엔진은 눕혀진 형태로 배치될 수 있다. 그럼으로써, 스포츠카에서 전형적으로 나타나는 낮은 무게 중심이 유지될 수 있다. 이를 통해 횡치 엔진 상부에 추가의 장착 공간도 확보된다. 기본적으로 내연기관 또는 횡치 엔진은 이러한 횡치 구조와 상이한 배치 형태로 배치될 수도 있다. 예를 들면, 횡치 엔진도 직립 형태로 제공될 수 있다. 장착 상태가 비스듬히 기울어진 배치구조, 즉 엔진이 휠들의 접지면에 평행한 평면에 놓이지 않고, 상기 평면에 대하여 예각으로 배치된 평면에 놓이는 배치구조도 고려될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 개선예에 따라, 차량의 전방 영역에 차량의 전방 차축을 구동하기 위한 추가 전기 기계가 배치된다. 하이브리드 차량은 특히 후방 차축의 하이브리드 구동부 및 전방 차축의 순수 전기 구동부를 구비한 사륜 구동(all-wheel-drive) 차량으로 형성된다.
중량 분배, 효율 및 트랙션(traction)의 측면에서, 추가 전기 기계를 전방 차축의 전방에 배치하는 것이 특히 유리한 것으로 간주된다.
차량은 상기 추가 전기 기계를 위한 트랙션 배터리를 갖는다. 트랙션 배터리는 추가 전기 기계뿐만 아니라, 차량 후방 차축의 영역에 배치되는 전기 기계에도 할당되는 것이 바람직하다.
트랙션 배터리는 예를 들면 차량의 후방 차축의 영역에 배치된다. 이 경우, 상기 트랙션 배터리는 특히 후방 차축의 전방에서 내연기관의 전방에 배치된다. 트랙션 배터리는 대안으로서 차량의 전단부에 배치될 수 있다.
내연기관의 작동을 위한 연료 탱크는 차량의 전단부에 있는 추가 전기 기계 상부에 배치되거나, 차량의 후방 영역에 있는 내연기관의 전방에 배치된다.
바람직하게 트랙션 배터리는 고정식 전원 공급망으로의 연결을 통해 충전될 수 있다(플러그-인 하이브리드).
따라서, 본 발명의 개선예들을 포함하여, 본 발명은 하이브리드 차량, 특히 양산 구동 트레인들을 사용하여 구성할 수 있는 하이브리드 스포츠카를 제안한다. 이는, 특히 스포츠카들의 하이브리드화 시, 탱크 및 배기 시스템을 구비한 내연기관 외에, 전기 구동 수단, 트랙션 배터리 및 충전 유닛도 좁은 장착 공간 내에 수용되어야 하기 때문에 상당한 공간 부족이 나타나는 문제를 해결한다. 하이브리드 차량에 제공된 높은 수준의 설비 전력은, 종래 방식으로 구동되는 차량들에 비구동 성능이 저하를 동반하지 않으면서 내연기관의 소형화를 가능케 한다. 이 경우, 전륜 구동 양산 차량들 또는 양산 차량 조립 세트들로부터 훨씬 더 저렴하고 출력이 더 약한 종래의 내연기관 구동 트레인들을 이용할 수 있다. 예를 들어 통상 배기량이 높은 엔진에 의해 구동되는 스포츠카의 경우, 하이브리드 구동 버전에서는 양산된 소형차 구동 트레인으로 변경하고, 그렇게 하여 확보된 장착 공간에서 고출력 전기 기계에 의해 부족한 출력을 보상하는 것이 가능하다. 구동 트레인의 전방에 확보된 공간은 후방 차축의 전방에 있는 대형 트랙션 배터리에 충분한 공간을 제공함으로써, 차량의 긴 필수 주행 거리가 구현될 수 있다. 탱크는 차량의 전단부에서 추가 전기 기계 상부에 배치될 수 있으며, 동일한 주행 거리에서 종래 차량에 비해 더 작게 설계될 수 있다. 차량의 전단부 및 후단부의 트렁크 체적은 이러한 구조에서 실질적으로 유지될 수 있다. 충돌 임계 부품들, 말하자면 트랙션 배터리 및 연료 탱크는 직접적인 변형 영역의 외부에 배치된다. 전체적인 구동 컨셉은 기존의 양산 차량들에 기반하여 바디-인-화이트의 적절한 변형을 통해 경제적으로 구현될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 특징들은, 종속 청구항들, 첨부 도면 및 도면에 도시된 바람직한 실시예의 설명에 제시되며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른, 스포츠카로서 형성된 하이브리드 차량의 개략적 평면도이다.
도 2는 후단부 영역 및 차량 승객 칸에 할당된 바닥 조립체에 대한, 하이브리드 차량의 차체의 입체도이다.
도 1은 내연기관(2)과, 전기 기계(3)와, 하이브리드 차량(1)의 후방 차축(5)을 구동하기 위한 변속기(4)를 구비한 하이브리드 차량(1)을 도시한 것이다. 여기서, 내연기관(2) 및 전기 기계(3)는 변속기의 공통 입력 샤프트(6)에 할당된다. 입력 샤프트(6)는 전기 기계(3)를 통과하여 연장되며, 클러치(7)에 의해 내연기관(2)의 크랭크 샤프트(8)에 연결될 수 있다. 변속기(4)는 차동 기어(9)를 통해 후방 차축(5)에 연결된다. 후방 차축(5)은 하이브리드 차량(1)의 우측 휠(10) 및 좌측 휠(11)에 할당된다.
전방 차축(12)에는 구동 휠(13) 및 구동 휠(14)이 할당된다. 전방 차축(12)의 전방에는 클러치(16)와 변속기(17)에 의해 전방 차축(12)에 넌포지티브 로킹 방식으로 연결될 수 있는 추가 전기 기계(15)가 장착되어 있다. 상기 전기 기계(15) 상부에 탱크(18)가 배치되어 있다.
트랙션 배터리(19)는 차량(1)의 후방 차축(5)의 영역에서 주행방향에 대하여 횡방향으로 설치된다. 이 경우, 트랙션 배터리(19)는 후방 차축(5)의 전방에 배치된다.
하이브리드 차량에서, 예를 들어 제1 전기 기계의 최대 출력은 대략 90kW, 특히 90kW이고, 제2 전기 기계의 최대 출력은 대략 90kW, 특히 90kW이며, 또한 내연기관의 최대 출력은 대략 160kW, 특히 162kW이다. 이러한 수준의 출력은 예를 들어 1.4ℓ의 배기량을 가진 4기통 내연기관에 의해 발생한다. 전방 차축의 영역에, 따라서 상기 일측 전기 기계의 영역에 배치되는, 내연기관의 연료를 수용하기 위한 탱크는 예컨대 약 45ℓ의 탱크 체적을 갖는다.
그러므로 전기 기계 출력, 따라서 상기 두 전기 기계의 출력은 내연기관의 출력보다 더 크다. 편의상 선택된 선택적 도시는 무시하고, 내연기관(2)은 직립형으로 배치되는 것이 아니라 오히려 바람직하게는 실질적으로 수평형으로 배치된다. 따라서 스포츠카에서 전형적인, 내연기관(2), 전기 기계(3) 및 변속기(4)로 형성된 구동 트레인의 낮은 무게 중심이 유지된다. 내연기관(2) 및 전기 기계(3)의 치수 설계로 인해, 내연기관(2)에 의해 점유되는 장착 공간은 전기 기계(3)에 의해 점유되는 장착 공간보다 더 작다. 구동 트레인의 횡치 구조로 인해, 후단부 영역에 상대적으로 큰 자유 공간이 생기고, 이 자유 공간은 상대적으로 대형의 전기 트랙션 배터리(19)에 이용된다.
도 2는 하이브리드 차량(1)의 차체(20)의 부분 영역을 도시한 것이다. 도면에는 승객 칸에 할당된 바닥 조립체(21)와, 하이브리드 차량(1)의 차체 후미 영역(22)이 도시되어 있다. 상기 영역으로부터, 하이브리드 차량(1)에서 맨 뒤쪽에 배치된 내연기관(2), 전기 기계(3) 및 변속기(4)로 구성된 구조의 전방에 충분한 자유 공간(23)이 존재함을 알 수 있으며, 상기 공간의 영역에 횡치형 트랙션 배터리(19)가 배치될 수 있다. 트랙션 배터리는 도시되어 있지 않다. 기본적으로, 상기 영역에 트랙션 배터리가 배치되는 대신 탱크가 배치될 수 있다. 이 경우, 전방 차축의 영역에는 탱크가 배치되는 대신 트랙션 배터리가 배치될 수 있다.
하이브리드 차량(1)은 추가로 고정식 전력 공급망으로의 (도시되지 않은) 연결부(플러그-인)를 구비한다.
1 하이브리드 차량
2 내연기관
3 전기 기계
4 변속기
5 후방 차축
6 입력 샤프트
7 클러치
8 크랭크 샤프트
9 차동 기어
10 휠
11 휠
12 전방 차축
13 휠
14 휠
15 전기 기계
16 클러치
17 변속기
18 탱크
19 트랙션 배터리
20 차체
21 바닥 조립체
22 치체 영역
23 장착 공간

Claims (14)

  1. 내연기관(2) 및 하나 이상의 전기 기계(3)와, 차량(1)의 후방 차축(5)을 구동하기 위한 변속기(4)를 포함하는 하이브리드 차량(1)이며, 상기 내연기관(2)과 하나의 전기 기계(3)가 변속기(4)의 공통 입력 샤프트(6)에 할당되는, 하이브리드 차량에 있어서,
    내연기관(2), 상기 하나의 전기 기계(3) 및 상기 전기 기계(3)용 트랙션 배터리(19) 또는 내연기관(2)용 탱크가 차량(1)의 후방 영역에, 주행 방향에 대하여 횡으로 배치되며, 전기 기계 출력이 내연기관(2)의 출력보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  2. 제1항에 있어서, 하이브리드 차량(1)은 스포츠카인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(2)에 의해 점유된 장착 공간은 전기 기계(3)에 의해 점유된 장착 공간보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(2)은 실질적으로 수평식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(2)은 3기통 엔진 또는 4기통 엔진인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량(1)의 전방 차축(12)을 구동하기 위한 추가 전기 기계(15)는 차량(1)의 전방 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  7. 제6항에 있어서, 추가 전기 기계(15)는 전방 차축(12)의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  8. 제7항에 있어서, 차량(1)은 추가 전기 기계(15)용 트랙션 배터리(19)를 구비한 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  9. 제8항에 있어서, 트랙션 배터리(19)는 차량(1)의 후방 차축(5)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  10. 제9항에 있어서, 트랙션 배터리(19)는 후방 차축(5)의 전방에서, 내연기관(2)의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량(1)은 내연기관(2)을 작동하기 위한 연료 탱크(18)를 구비하며, 이 연료 탱크(18)는 추가 전기 기계(15) 상부에 또는 후방 차축(5)의 영역에서 후방 차축의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  12. 제8항에 있어서, 트랙션 배터리(19)는 고정식 전력 공급망으로의 연결을 통해 충전될 수 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 기계 출력은 약 180kW이고 내연기관의 출력은 약 160kW인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
  14. 제13항에 있어서, 상기 일측 전기 기계(3)의 출력과 타측 전기 기계(15)의 출력은 각각 약 90kW인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량.
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