KR20170138425A - 클러치 시스템 - Google Patents

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KR20170138425A
KR20170138425A KR1020177029294A KR20177029294A KR20170138425A KR 20170138425 A KR20170138425 A KR 20170138425A KR 1020177029294 A KR1020177029294 A KR 1020177029294A KR 20177029294 A KR20177029294 A KR 20177029294A KR 20170138425 A KR20170138425 A KR 20170138425A
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KR
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torque
clutch
input
ramp
output
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KR1020177029294A
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English (en)
Inventor
안드레아스 트링켄슈
디어크 라잇츠
Original Assignee
섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Publication date
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    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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Abstract

본 발명은 자동차 변속기(20)의 적어도 하나의 변속기 입력 샤프트와 자동차 엔진의 구동 샤프트를 연결하기 위한 클러치 시스템(10)에 관한 것이며, 클러치 시스템은, 특히 다판 클러치로서 형성되어, 토크 입력 부재(12), 특히 자동차 엔진의 구동 샤프트와, 토크 출력 부재(18), 특히 자동차 변속기의 변속기 입력 샤프트 간에 토크를 전달하기 위한 마찰 클러치(30)와; 마찰 클러치(30)의 압력판을 축 방향으로 변위시키기 위한 램프 시스템(32)이면서, 입력 램프(34)와, 램프 시스템(32)의 축 방향 연장 크기의 변경을 위해 입력 램프(34)에 상대적으로 회전될 수 있는 출력 램프(36)를 구비하는 램프 시스템(32)과; 토크 입력 부재(12)와 토크 출력 부재(18) 간의 회전속도차의 결과로서 출력 램프(36)에 상대적으로 입력 램프(34)의 회전을 야기하기 위한 파일럿 클러치(40)와; 파일럿 클러치(40)를 작동시키기 위한 작동 부재(38)와; 마찰 클러치(30)에 대해 병렬로 연결되어 토크 입력 부재(12)로부터 토크 출력 부재(18)로 토크를 전달하고 토크 출력 부재(18)로부터 토크 입력 부재(12)로 흐르는 토크 흐름을 차단하기 위한 프리휠(28)을; 포함한다. 코스팅 모드에서 작동 모드들의 전환을 위해, 마찰 클러치(30)를 작동시키기 위해 파일럿 클러치(40)를 이용하면서 오직 토크 입력 부재(12)와 토크 출력 부재(18) 간에 존재하는 회전속도차를 단시간 이용하기만 하면 되고, 그럼으로써 특히 하이브리드 자동차의 파워 트레인 내에서의 토크 전달이 다양한 주행 전략들에 용이하고 효율적으로 매칭될 수 있게 된다.

Description

클러치 시스템
본 발명은 특히 하이브리드 자동차에서 자동차 엔진의 구동 샤프트가 자동차 변속기의 적어도 하나의 변속기 입력 샤프트와 연결될 수 있게 하는 클러치 시스템에 관한 것이다.
WO 2011/050773 A1호부터는, 이른바 부스터 클러치 유형의 클러치 시스템이 공지되어 있으며, 이 클러치 시스템의 경우 분리형 클러치로서 형성된 마찰 클러치는 램프 시스템(ramp system)에 의해 작동될 수 있다. 마찰 클러치를 체결하기 위해, 램프 시스템은 입력 램프(input ramp)에 상대적으로 회전될 수 있는 출력 램프(output ramp)를 통해 자신의 축 방향 연장 크기(axial extent)를 변경할 수 있고 그 결과 마찰 클러치의 압력판을 축 방향으로 변위시킬 수 있다. 따라서 마찰 클러치의 압력판과 그 대향판(counter plate) 사이에서 클러치 디스크는 마찰 결합 방식으로 압착될 수 있다.
이와 관련하여, 특히 하이브리드 자동차의 파워 트레인 내에서의 토크 전달을 다양한 주행 전략들에 용이하고 효율적으로 매칭시킬 수 있게 하는 것이 끊임없이 요구되고 있다.
본 발명의 과제는, 특히 하이브리드 자동차의 파워 트레인 내에서의 토크 전달을 다양한 주행 전략들에 용이하고 효율적으로 매칭시킬 수 있게 하는 조치들을 제시하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서 청구항 제1항의 특징들을 갖는 클러치 시스템을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구현예들은, 각각 개별적으로, 또는 서로 조합되어 본 발명의 일 양태를 나타낼 수 있는 종속 청구항들 및 하기 기재내용에 명시되어 있다.
본 발명에 따라서, 자동차 변속기의 적어도 하나의 변속기 입력 샤프트와 자동차 엔진의 구동 샤프트를 연결하기 위한 클러치 시스템이 제공되며, 상기 클러치 시스템은, 특히 다판 클러치로서 형성되어, 토크 입력 부재, 특히 자동차 엔진의 구동 샤프트와, 토크 출력 부재, 특히 자동차 변속기의 변속기 입력 샤프트 간에 토크를 전달하기 위한 마찰 클러치와; 마찰 클러치의 압력판을 축 방향으로 변위시키기 위한 램프 시스템이면서, 입력 램프와, 램프 시스템의 축 방향 연장 크기의 변경을 위해 입력 램프에 상대적으로 회전될 수 있는 출력 램프를 구비하는 것인 램프 시스템과; 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 간의 회전속도차의 결과로서 출력 램프에 상대적으로 입력 램프의 회전을 야기하기 위한 파일럿 클러치와; 파일럿 클러치를 작동시키기 위한 작동 부재와; 마찰 클러치에 대해 병렬로 연결되어 토크 입력 부재로부터 토크 출력 부재로 토크를 전달하고 토크 출력 부재로부터 토크 입력 부재로 흐르는 토크 흐름을 차단하기 위한 프리휠을; 포함한다.
통상의 트랙션 모드에서, 토크 입력 부재로부터 토크 출력 부재로 흐르는 토크 흐름은 실질적으로 프리휠을 통해 수행될 수 있다. 따라서 내연기관으로서 형성된 자동차 엔진 내에서 생성되는 토크는, 자동차를 구동하기 위해 자동차 변속기의 변속기 입력 샤프트로 전달될 수 있다. 이런 주행 전략에서, 토크 입력 부재는 토크 출력 부재를 능가하기 때문에, 이 경우 프리휠은 계속해서 자신의 차단 위치에 있으면서 토크를 전달한다. 코스팅 모드에서는, 토크 출력 부재가 토크 입력 부재를 능가할 수 있으며, 그럼으로써 프리휠은 자신의 프리휠링 위치(freewheeling position)로 이동되어 코스팅 방향으로 토크를 전달할 수 없게 된다. 따라서 토크 전달은 코스팅 모드에서 단지 마찰 클러치를 통해서만 수행될 수 있다. 파일럿 클러치가 체결되면, 램프 시스템의 입력 램프는 토크 입력 부재와 연결되고 출력 램프는 토크 출력 부재와 연결되며, 그럼으로써 입력 램프 및 출력 램프의 경우 출력 램프에 상대적으로 입력 램프를 회전시키는 회전속도차가 발생하게 된다. 따라서 램프 시스템은 자신의 축 방향 연장 크기를 확대시킬 수 있으며, 그럼으로써 특히 분리형 클러치로서 형성된 마찰 클러치는 체결되고 토크 출력 부재로부터 토크 입력 부재로 흐르는 토크 흐름이 수행될 수 있게 된다. 그 결과로, 코스팅 모드에서, 예컨대 자동차 엔진의 질량 관성 모멘트를 이용하여 자동차를 제동하기 위한 추가 제동력을 공급할 수 있도록 하기 위해, 변속기 입력 샤프트로부터 자동차 엔진으로 흐르는 토크 흐름이 수행될 수 있다. 파일럿 클러치가 개방된다면, 입력 램프는 토크 입력 부재로부터 분리되어 더 이상 토크 입력 부재 상에 지지되지 않는다. 이런 경우에, 입력 램프와 출력 램프 사이에 회전속도차는 존재하지 않고 마찰 클러치는 개방된다. 그 결과로, 코스팅 모드에서, 예컨대 세일링 모드(sailing mode)에서 자동차 엔진의 질량 관성 모멘트를 통한 불필요한 드래그 손실 없이 자동차가 코스팅 주행(coasting)하게 하기 위해, 변속기 입력 샤프트로부터 자동차 엔진으로 흐르는 토크 흐름은 저지될 수 있다. 또한, 상기 상황에서, 하이브리드 자동차의 경우, 전기 기기(electrical machine)는, 자동차 엔진의 질량 관성 모멘트를 통한 불필요한 드래그 손실을 감수할 필요 없이, 모터 모드에서 자동차를 용이하게 구동할 수 있다. 코스팅 모드에서 작동 모드들의 전환을 위해, 마찰 클러치를 작동시키기 위해 파일럿 클러치를 이용하면서 오직 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 사이에 존재하는 회전속도차를 단시간 이용하기만 하면 되고, 그럼으로써 특히 하이브리드 자동차의 파워 트레인 내에서의 토크 전달이 다양한 주행 전략들에 용이하고 효율적으로 매칭될 수 있게 된다.
파일럿 클러치, 램프 시스템 및 마찰 클러치는 함께 하나의 이른바 부스터 클러치를 형성할 수 있다. 마찰 클러치가 체결된 상태에서, 토크 입력 부재 및 토크 출력 부재는 슬립 없는 모드에서 실질적으로 동일한 회전속도를 보유한다. 마찰 클러치의 개방된 상태에서, 토크 입력 부재 및 토크 출력 부재는 서로 상이한 회전속도로 회전할 수 있으며, 그럼으로써 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 사이에는 회전속도차가 설정된다. 토크 입력 부재 및 토크 출력 부재를 통해 흐르는 토크는 적어도 부분적으로 체결된 파일럿 클러치를 통해 적어도 부분적으로 흐를 수 있으며, 그럼으로써 파일럿 클러치의 체결된 상태에서 적어도 부분적으로 토크 전달은 램프 시스템을 통해 수행될 수 있고, 그에 따라 부품 부하는 감소될 수 있다. 특히 파일럿 클러치는, 출력 램프에 상대적으로 입력 램프가 회전할 때 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 간에 슬립식 마찰 결합을 야기한다. 슬립식 마찰 결합을 통해, 파일럿 클러치 내에서는 출력 램프에 상대적으로 입력 램프를 회전시키기 위해 이용될 수 있는 회전속도차가 생성될 수 있다. 이와 동시에, 슬립 모드에서, 압력판을 위한 그에 상응하게 높은 압착력을 공급하기 위해, 램프 시스템으로 전달될 수 있는 토크 역시도 전달될 수 있다. 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 간에 회전속도 균등화가 여전히 수행되지 않는다면, 슬립 방식으로 작동되는 파일럿 클러치는 파일럿 클러치와 램프 시스템의 적합한 연결을 통해 회전속도차를 출력 램프에 대한 입력 램프의 상대 회전으로 구현할 수 있다. 그 결과로, 램프 시스템의 축 방향 연장 크기는 파일럿 클러치 내부의 회전속도차의 결과로서, 그에 따라 토크 출력 부재에 대한 토크 입력 부재의 회전속도차의 결과로서 변경될 수 있다. 램프 시스템의 변경되는 연장 크기를 통해, 압력판은 마찰 클러치를 체결하기 위해 변위될 수 있으며, 압력판을 변위시키기 위한 변위력은 파일럿 클러치를 통해 전달되는 토크로부터 분할될 수 있다. 램프 시스템의 연장 크기가, 예컨대 압력판이 다판 클러치의 다판들 및/또는 클러치 디스크를 압착할 정도로 변경되었다면, 슬립 모드의 종료 후에 토크 입력 부재 및 토크 출력 부재의 회전속도들은 서로 동기화되며, 그럼으로써 회전속도차는 더 이상 존재하지 않게 된다. 이런 경우, 램프 시스템은 도달 위치에서 유지될 수 있다.
마찰 클러치의 체결된 위치에서, 전달될 토크 중 대부분은 클러치 디스크를 포함한 대향판의 마찰 쌍을 통해 전달될 수 있으며, 전달될 토크 중 상대적으로 더 적은 비율은 파일럿 클러치를 통해 전달될 수 있다. 따라서 파일럿 클러치를 통해 그에 상응하게 높은 압착력이 압력판 상으로 가해질 수 있으며, 그럼으로써 그에 상응하게 상대적으로 더 높은 토크가 확실하게 그리고 슬립 없이 전달될 수 있다. 이 경우, 램프 시스템의 램프 기울기의 적합한 선택을 통해 파워 기어비(power gear ratio)가 달성될 수 있으며, 그럼으로써 파일럿 클러치를 작동시키기 위한 작동력이 낮은 경우, 증강된 압착력이 달성될 수 있게 된다. 또한, 전달될 토크 중 일부분은 압착력의 제공을 위해 이용될 수 있으며, 그럼으로써 추가 에너지원에서 압착력이 공급될 수 있게 된다. 간접적으로만 파일럿 클러치를 통해 압력판에 작용하는 작동력에 의해, 파일럿 클러치를 통해 마찰 클러치를 체결하기 위해 전달될 토크에서 토크 분할 및/또는 힘 증폭이 달성될 수 있으며, 그럼으로써 마찰 클러치는 분명히 증가된 압착력에 의해 마찰 결합 방식으로 체결될 수 있으며, 그에 따라 마찰 클러치의 확실한 체결은 적은 구조적인 비용으로 가능하게 된다.
램프 시스템의 램프들의 램프 기울기를 통해 힘 증폭이 수행될 수 있으며, 그럼으로써 압력판에 도달할 수 있는 압착력에 비해 훨씬 더 낮은 작동력이 파일럿 클러치를 체결하기 위해 제공되기만 하면 된다. 따라서 특히 자기식 작동 시스템은, 작동 시스템이 압력판을 직접 변위시켜야 할 때보다 분명히 더 작게, 그리고 장착 공간을 더 절약하는 방식으로 치수 설계될 수 있다. 또한, 압력판의 영역에서 외부로 파일럿 클러치를 변위시킬 수도 있다. 그 결과로, 파일럿 클러치는 특히 압력판에 비해 적어도 대부분 반경 방향에서 압력판 쪽으로 안쪽에 포지셔닝될 수 있으며, 그럼으로써 반경 방향에서 클러치 디스크의 마찰 라이닝들까지 내부의 장착 공간이 이용될 수 있다. 따라서 클러치 디스크의 마찰 접촉부들은 비교적 넓은 반경 방향의 바깥쪽 영역 내에 제공될 수 있으며, 그럼으로써 그에 상응하게 큰 마찰 표면을 실현할 수 있도록 하기 위해, 반경 방향에서 안쪽을 향해 마찰 클러치의 그에 상응하게 작은 연장 크기가 필요하게 된다. 이 경우, 파일럿 클러치는 램프 시스템을 작동시키기 위해 적은 토크만을 전달하기만 하면 되고, 그럼으로써 클러치 디스크에 비해 상대적으로 더 작은 중앙 마찰 반경 상에서 그에 상응하게 상대적으로 더 작은 마찰 표면이 있는 것만으로도 이미 충분하다는 인식이 이용될 수 있다.
출력 램프는 토크 출력 부재와 함께 회전하도록 고정되게, 그러나 축 방향으로는 이동 가능하게 연결될 수 있다. 그 결과로, 토크 출력 부재와 연결된 출력 램프, 및 파일럿 클러치를 통해 토크 입력 부재와 연결될 수 있는 입력 램프는, 토크 출력 부재와 토크 입력 부재 간에 회전속도차가 있을 경우, 서로 상대적으로 회전될 수 있다. 램프 시스템의 램프들은 직접 서로 포개져 활주할 수 있거나, 하나 이상의 볼, 실린더 또는 기타 회전 가능한 부재를 통해 서로 상대적으로 회전될 수 있으며, 그럼으로써 볼/램프 시스템이 형성될 수 있다. 램프들을 서로 상대적으로 회전시키는 것을 통해, 각각 서로 대향하는 램프의 반대 방향으로 향하는 입력 램프 및 출력 램프의 후면들의 이격 간격이 변경될 수 있으며, 그럼으로써 그에 상응하게 램프 시스템의 축 방향 연장 크기는 감소되거나 증대될 수 있다. 특히 바람직하게는 출력 램프에 대한 입력 램프의 최대 상대 회전 각도는 예컨대 하나 이상의 정지부를 통해 제한되며, 그럼으로써 예컨대 마찰 클러치의 마찰 라이닝들의 최대 마모 범위의 초과가 방지될 수 있게 된다.
특히 프리휠은 토크 입력 부재와 연결된 입력 링(input ring)과 토크 출력 부재와 연결된 출력 링(output ring)을 포함하며, 파일럿 클러치는 체결된 상태에서, 특히 간접적으로 마찰 클러치의 입력 다판 캐리어를 통해 입력 링과 마찰 결합 방식으로 연결된다. 그 결과로, 프리휠의 입력 링은 토크 흐름 내에서 토크의 출력 분기가 수행될 수 있는 위치를 나타낼 수 있다. 따라서, 트랙션 모드가 존재할 때, 자동차 엔진에 의해 생성된 토크는 실질적으로 완전하게 프리휠에 도달하고 프리휠을 통해 토크 출력 부재로 전달되는 것이 보장될 수 있다. 코스팅 모드에서, 프리휠이 프리휠링 위치에 있다면, 파일럿 클러치가 코스팅 모드에서 토크 입력 부재 상으로 토크 흐름을 제공하는 한, 토크 출력 부재에서 기인하는 토크는 프리휠의 출력 링 대신 마찰 클러치를 통해 입력 링 상으로 전달될 수 있다. 트랙션 모드에서, 모든 토크는 파일럿 클러치 및 마찰 클러치를 통과할 수 있으며, 그에 반해 코스팅 모드에서 토크는 프리휠을 통과할 수 있다. 그 결과로, 트랙션 모드에서, 그리고 코스팅 모드에서 전달될 토크의 서로 상이한 부하 경로들은 매우 짧게 유지될 수 있으며, 그럼으로써 클러치 시스템의 장착 공간 절감형 구성이 가능해진다.
바람직하게, 프리휠은 토크 입력 부재와 연결된 입력 링과 토크 출력 부재와 연결된 출력 링을 포함하고, 프리휠의 출력 링은 특히 출력 다판 캐리어로서 형성되는 마찰 클러치의 출력 부재와 연결되며, 특히 출력 링은 마찰 클러치의 축 방향으로 고정된 대향판을 통해 출력 부재와 연결된다. 그 결과로, 토크 흐름은 트랙션 모드에서 바로 마찰 클러치의 출력부에서 토크 출력 부재로 공급될 수 있으며, 그럼으로써 트랙션 모드에서 그리고 코스팅 모드에서 최대한 많은 부분 섹션이 토크 전달을 위해 함께 이용될 수 있게 된다. 따라서, 트랙션 모드에서 그리고 코스팅 모드에서 전달될 토크의 서로 상이한 부하 경로들은 매우 짧게 유지될 수 있으며, 그럼으로써 클러치 시스템의 장착 공간 절감형 구성이 가능해진다.
특히 바람직하게, 마찰 클러치의 출력 부재 및/또는 토크 입력 부재는 통합된 반경 방향 오프셋 보상부, 특히 토크 센서를 포함한다. 그 결과로, 파일럿 클러치에 인가된 회전속도차를 통한 마찰 클러치의 개방 및 체결은 상대적으로 더 부드럽게 수행될 수 있다. 또한, 마찰 클러치를 작동시키기 위해 파일럿 클러치 및 마찰 클러치의 관여하는 부품들에서 발생하는 상대 회전은 자동으로 보상될 수 있다. 특히 반경 방향 오프셋 보상부 내에서 마찰 클러치를 체결할 때 작용하는 토크를 통해 스프링 부재가 예압될 수 있으며, 그럼으로써 인가된 토크가 소멸할 때 예압된 스프링 부재는 마찰 클러치를 자동으로 개방시킬 수 있다. 따라서, 코스팅 모드와 트랙션 모드 간의 전환은, 외부 제어를 통해 마찰 클러치 또는 파일럿 클러치에 영향을 미칠 필요 없이, 간단하게 실현될 수 있다.
특히 파일럿 클러치는 정해진 출력 위치에, 특히 파일럿 클러치의 체결된 위치에 상응하는 출력 위치에, 파일럿 클러치를 포지셔닝하기 위한 리턴 스프링을 포함한다. 이런 경우, 작동 부재는, 단지 코스팅 모드에서 토크 입력 부재 및 자동차 엔진으로 향하는 토크 전달이 차단되어야 할 때에만, 예컨대 세일링 모드 동안에, 또는 토크 출력 부재에 작용하는 하이브리드 자동차의 전기 기기를 이용한 자동차의 순수 전기식 구동 동안에 작동되기만 하면 된다.
바람직하게, 파일럿 클러치는 작동 부재에 의해, 특히 자기 방식으로 축 방향으로 변위될 수 있으면서 파일럿 클러치를 개방 및/또는 체결하기 위한 인장 로드(tension rod)를 포함한다. 인장 로드를 통해, 예컨대 토크 입력 부재와 마찰 결합식 연결을 위한 마찰 쌍을 수반할 수 있는 마찰 부재는, 파일럿 클러치를 선택적으로 개방 및/또는 체결하기 위해, 축 방향으로 변위될 수 있다. 이를 위해, 오직 인장 로드의 적은 축 방향 변위 경로만이 요구되며, 그럼으로써 인장 로드는 작동 부재에 의해 생성된 자기력을 통해 용이하게 변위될 수 있게 된다. 특히 인장 로드는 이를 위해 적어도 작동 부재에 대향하는 영역에서 강자성 재료를 통해 형성된다.
특히 바람직하게, 인장 로드에 의해, 인장 로드 상에 회전 가능하게 지지되는 마찰 부재는 토크 입력 부재와 마찰 결합식 연결을 형성하기 위해 축 방향으로 변위될 수 있으며, 마찰 부재는 램프 시스템의 입력 램프와 함께 회전하도록 고정되게, 그러나 축 방향으로 상대적으로 변위 가능하게 연결된다. 마찰 부재가 인장 로드에 의해 축 방향으로 변위된다면, 마찰 부재는, 회전속도차 및 마찰 결합식 연결이 있는 상태에서 램프 시스템을 구동할 수 있도록 하기 위해, 예컨대 치합부(toothing)를 통해 입력 램프와 함께 회전하도록 고정되게 연결된 상태로 유지된다. 마찰 부재는 입력 램프와 함께 회전하는 방식으로 형성될 수 있으며, 그에 반해 인장 로드는 특히 축 방향으로만 변위 가능하게, 그리고 함께 회전하지 않는 방식으로 구현된다. 마찰 부재는 베어링, 특히 홈붙이 볼 베어링(grooved ball bearing)을 통해 인장 로드 상에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 인장 로드는, 마찰 부재의 반대 방향으로 향하는 베어링의 베어링 링을 축 방향으로 변위시키기 위해, 상기 베어링 링과 연동할 수 있고, 상기 베어링 링은 마찰 부재와 연결된 또 다른 베어링 링과 함께 축 방향으로 이동할 수 있으며, 그럼으로써 이와 동시에 마찰 부재 역시도 축 방향으로 변위된다.
특히 램프 시스템의 출력 램프는 마찰 클러치의 압력판과 일체형으로 형성된다. 그 결과로, 출력 램프는 동시에 마찰 클러치의 압력판을 형성할 수 있으며, 그럼으로써 그에 상응하게 작은 장착 공간이 달성된다. 입력 램프 쪽으로 향해 있는 출력 램프의 축 방향 면은, 램프 시스템을 형성하기 위해, 원주방향으로 경사져서 형성될 수 있으며, 그에 반해 입력 램프의 반대 방향으로 향해 있는 출력 램프의 축 방향 면은 마찰 클러치를 위한 압력판의 마찰 표면을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 전기 기기의 로터가 마찰 클러치의 출력 부재 및/또는 토크 출력 부재와 연결될 수 있다. 따라서 클러치 시스템은 하이브리드 자동차 내에 하이브리드 모듈로서 통합될 수 있다. 로터는, 전기 기기의 모터 모드에서 토크 출력 부재 내로 토크를 유입하고 전기 기기의 발전기 모드에서는 토크를 유출하기 위해, 전기 기기의 스테이터와 상호작용할 수 있다. 예컨대 자동차가 순수하게 전기로 구동되어야 하고 이와 동시에 토크 출력 부재가 토크 입력 부재를 능가하는 작동 모드에서, 전기 기기로부터 특히 비활성화된 자동차 엔진으로 흐르는 토크 흐름은 파일럿 클러치에 의해 용이하게 차단될 수 있다. 바람직하게 파일럿 클러치를 작동시키기 위해 경우에 따라 필요한 전기 에너지는 전기 기기로부터 분할될 수 있다. 또한, 자동차 엔진의 시동을 위해 파일럿 클러치를 체결할 수 있으며, 그럼으로써 전기 기기는 자동차 엔진을 시동하기 위한 시동 토크를 자동차 엔진 내로 유입할 수 있다.
또한, 본 발명은, 토크 입력 부재, 특히 자동차 엔진의 구동 샤프트와; 토크 출력 부재, 특히 자동차 변속기의 변속기 입력 샤프트와; 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 사이에서 토크를 전달하기 위해 앞서 기재한 것처럼 형성되고 개량될 수 있는 클러치 시스템과; 전기 기기와 토크 출력 부재 사이에서 토크를 전달하기 위한 전기 기기를; 포함하는 자동차용 파워 트레인에도 관한 것이다. 코스팅 모드에서 작동 모드들의 전환을 위해, 마찰 클러치를 작동시키기 위해 파일럿 클러치를 이용하면서 오직 토크 입력 부재와 토크 출력 부재 간에 존재하는 회전속도차를 단시간 이용하기만 하면 되고, 그럼으로써 특히 하이브리드 자동차가 전기 기기에 의해 순수하게 전기 방식으로 구동되어야만 할 때, 하이브리드 자동차의 파워 트레인 내에서의 토크 전달이 다양한 주행 전략들에 용이하고 효율적으로 매칭될 수 있게 된다.
하기에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들에 의한 실례로서 설명되며, 하기에서 설명되는 특징들은 각각 개별적으로뿐만 아니라 서로 조합되어서도 본 발명의 일 양태를 나타낼 수 있다.
도 1은 트랙션 모드에서 파워 트레인을 도시한 기본 개략도이다.
도 2는 트랙션 모드에서 코스팅 모드로의 전환 시 도 1의 파워 트레인을 도시한 기본 개략도이다.
도 3은 코스팅 모드에서 도 1의 파워 트레인을 도시한 기본 개략도이다.
도 4는 순수 전기 모드에서 도 1의 파워 트레인을 도시한 기본 개략도이다.
도 5는 도 1의 파워 트레인을 위한 클러치 시스템을 도시한 개략적 단면도이다.
도 1에 도시된 파워 트레인(10)은 크랭크 샤프트로서 형성된 자동차 엔진의 구동 샤프트의 형태인 토크 입력 부재(12)를 포함하며, 이 토크 입력 부재는 이중 질량 플라이휠의 형태인 비틀림 진동 댐퍼(14) 및 클러치 시스템(16)을 통해 자동차 변속기(20)의 변속기 입력 샤프트의 형태인 토크 출력 부재(18)와 연결될 수 있다. 토크 출력 부재(18)에는 토크를 교환하기 위해 전기 기기(22)도 연동할 수 있다. 이를 위해, 전기 기기(22)는, 토크 출력 부재(18)와 연결된 로터(26)와 상호작용할 수 있는 통전형 스테이터(24)를 포함한다. 필요한 경우, 자동차 엔진이 작동하고 있는 상태에서 자동차 변속기(20) 내에서 변속단들을 변속할 수 있도록 하기 위해, 토크 입력 부재(12)와 클러치 시스템(16) 사이에, 그리고/또는 클러치 시스템(16)과 토크 출력 부재(18) 사이에 분리형 클러치가 제공될 수 있다.
클러치 시스템(16)은, 도 1에 도시된 트랙션 모드에서 자동차 엔진에 의해 생성된 토크가 토크 입력 부재(12)로부터 토크 출력 부재(18)로 전달될 수 있게 하는 프리휠(28)을 포함한다. 도 2에 도시된 것처럼, 트랙션 모드에서 코스팅 모드로 전환된다면, 토크 출력 부재(18)는 토크 입력 부재(12)를 능가할 수 있으며, 그럼으로써 프리휠(28)을 통한 토크 흐름은 더 이상 가능하지 않게 된다. 토크 출력 부재(18)로부터 토크 입력 부재(12)로 토크를 전달하기 위해, 예컨대 자동차 엔진의 관성 질량 모멘트를 이용하여 자동차를 제동하기 위해, 토크는 마찰 클러치(30)를 통해 전달될 수 있다. 마찰 클러치(30)의 작동을 위해, 입력 램프(34)가 출력 램프(36)에 상대적으로 회전됨으로써 자신의 축 방향 연장 크기를 변경할 수 있는 램프 시스템(32)이 제공된다. 이를 위해, 출력 램프(36)는 토크 출력 부재(18)와 연결되며, 그에 반해 입력 램프(34)는 작동 부재(38)에 의해 작동될 수 있는 파일럿 클러치(40)를 통해 토크 입력 부재(12)와 연결될 수 있다. 코스팅 모드에서 토크 출력 부재(18)에 대한 토크 입력 부재(12)의 회전속도차를 통해, 파일럿 클러치(40)가 체결된 상태에서, 입력 램프(34)는 출력 램프(36)에 상대적으로 회전될 수 있다. 그 결과로, 램프 시스템(32)의 축 방향 연장 크기가 증가될 수 있으며, 그럼으로써 도 3에 도시된 것처럼 마찰 클러치(30)는 체결되고 토크 출력 부재(18)로부터 클러치 시스템(16)을 통해 토크 입력 부재(12)로 흐르는 토크 흐름이 수행될 수 있다. 또한, 코스팅 모드에서 작동 부재(38)를 이용하여 파일럿 클러치(40)를 개방할 수 있고 토크 입력 부재(12)로 흐르는 토크 흐름을 차단할 수도 있다. 상기 토크 흐름은, 도 4에 도시된 것처럼, 예컨대 자동차가 전기 기기(22)에 의해 순수하게 전기 방식으로 구동되어야 할 때 공급된다.
도 5에 더 상세하게 도시된 것처럼, 클러치 시스템(16)은 고정된 하우징(42)을 포함할 수 있고, 상기 하우징에 의해 전기 기기(22)의 스테이터(24)가 고정되며, 상기 하우징 상에서는 토크 입력 부재(12)가 파일럿 베어링(44)을 통해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 토크 입력 부재(12)는 입력 링으로서 작용하는 프리휠(28)의 내륜(46)과 연결된다. 프리휠(28)은 출력 링으로서 작용하는 외륜(48)을 포함하며, 이 외륜은 다판 클러치로서 형성되는 마찰 클러치(30)의 대향판(50)과 리벳 결합된다. 대향판(50)은 외부 다판 캐리어로서 형성된 출력 부재(52)와 연결되며, 이 출력 부재는 다시금 통합된 반경 방향 오프셋 보상부로서 작용하는 토크 센서(54)를 통해 토크 출력 부재(18)와 연결된다.
또한, 내부 다판 캐리어로서 형성되는 마찰 클러치(30)의 입력 부재(56)는 프리휠(28)의 내륜(46)과 리벳 결합된다. 입력 부재(56)와는, 결과적으로 설정되는 마찰 쌍을 통해 파일럿 클러치(40)를 체결하기 위해, 파일럿 클러치(40)의 마찰 부재(58)가 연동할 수 있다. 마찰 부재(58)는, 토크 입력 부재(12)와 토크 출력 부재(18) 간의 회전속도차의 결과로서 램프 시스템(32)의 축 방향 연장 크기를 증가시키기 위해, 램프 시스템(32)의 입력 램프(34)와 함께 회전하도록 고정되게, 그러나 축 방향으로는 변위 가능하게 연결된다. 이 경우, 토크 출력 부재(18)와 연결된 출력 램프(36)는 동시에 마찰 클러치(30)의 압력판으로서 작용할 수 있다. 파일럿 클러치(40)는 "통상 체결되게(normally closed)" 형성되고 리턴 스프링(60)을 포함하며, 이 리턴 스프링은 상응하는 압착력으로 입력 부재(56) 쪽으로 마찰 부재(58)를 밀착시킨다. 이를 위해, 리턴 스프링(60)은 특히 직접적으로 마찰 부재(58)와 연동한다. 도시된 실시형태에서, 리턴 스프링(60)은 인장 로드(62)와 연동하고, 그리고/또는 마찰 부재(58)가 인장 로드(62) 상에 회전 가능하게 지지되게 하는 볼 베어링(64)과 연동한다. 인장 로드(62)는, 리턴 스프링(60)의 탄성력에 대항하여 마찰 부재(58)와 입력 부재(56) 간의 마찰 쌍을 형성하고 그 결과 파일럿 클러치(40)를 개방하기 위해, 강자성 재료로 제조되어 작동 부재(38)에 의해 자기력으로 끌어 당겨질 수 있다. 파일럿 클러치(40)가 개방된 경우, 예컨대 토크 센서(54)로부터 제공되는 탄성력은 마찰 클러치(30)를 자동으로 개방된 위치로 이동시킬 수 있다.
10: 파워 트레인
12: 토크 입력 부재
14: 비틀림 진동 댐퍼
16: 클러치 시스템
18: 토크 출력 부재
20: 자동차 변속기
22: 전기 기기
24: 스테이터
26: 로터
28: 프리휠
30: 마찰 클러치
32: 램프 시스템
34: 입력 램프
36: 출력 램프
38: 작동 부재
40: 파일럿 클러치
42: 하우징
44: 파일럿 베어링
46: 내륜
48: 외륜
50: 대향판
52: 출력 부재
54: 토크 센서
56: 입력 부재
58: 마찰 부재
60: 리턴 스프링
62: 인장 로드
64: 볼 베어링

Claims (10)

  1. 자동차 변속기(20)의 적어도 하나의 변속기 입력 샤프트와 자동차 엔진의 구동 샤프트를 연결하기 위한 클러치 시스템으로서,
    특히 다판 클러치로서 형성되어, 토크 입력 부재(12), 특히 자동차 엔진의 구동 샤프트와, 토크 출력 부재(18), 특히 자동차 변속기의 변속기 입력 샤프트 간에 토크를 전달하기 위한 마찰 클러치(30)와;
    마찰 클러치(30)의 압력판을 축 방향으로 변위시키기 위한 램프 시스템(32)이면서, 입력 램프(34)와, 램프 시스템(32)의 축 방향 연장 크기의 변경을 위해 입력 램프(34)에 상대적으로 회전될 수 있는 출력 램프(36)를 구비하는 것인 램프 시스템(32)과;
    토크 입력 부재(12)와 토크 출력 부재(18) 간의 회전속도차의 결과로서 출력 램프(36)에 상대적으로 입력 램프(34)의 회전을 야기하기 위한 파일럿 클러치(40)와;
    파일럿 클러치(40)를 작동시키기 위한 작동 부재(38)와;
    마찰 클러치(30)에 대해 병렬로 연결되어 토크 입력 부재(12)로부터 토크 출력 부재(18)로 토크를 전달하고 토크 출력 부재(18)로부터 토크 입력 부재(12)로 흐르는 토크 흐름을 차단하기 위한 프리휠(28)을;
    포함하는, 클러치 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 프리휠(28)은 토크 입력 부재(12)와 연결된 입력 링(46)과, 토크 출력 부재(18)와 연결된 출력 링(28)을 포함하며, 파일럿 클러치(40)는 체결된 상태에서, 특히 간접적으로 마찰 클러치(30)의 입력 다판 캐리어(56)를 통해, 입력 링(46)과 마찰 결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 프리휠(28)은 토크 입력 부재(12)와 연결된 입력 링(46)과, 토크 출력 부재(18)와 연결된 출력 링(48)을 포함하고, 프리휠(28)의 출력 링(48)은 특히 출력 다판 캐리어로서 형성되는 마찰 클러치(30)의 출력 부재(52)와 연결되며, 특히 출력 링(48)은 마찰 클러치(30)의 축 방향으로 고정된 대향판(50)을 통해 출력 부재(18)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 마찰 클러치(30)의 출력 부재(52) 및/또는 토크 출력 부재(18)는 통합된 반경 방향 오프셋 보상부, 특히 토크 센서(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 파일럿 클러치(40)는 정해진 출력 위치에, 특히 파일럿 클러치(40)의 체결된 위치에 상응하는 출력 위치에, 파일럿 클러치(40)를 포지셔닝하기 위한 리턴 스프링(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 파일럿 클러치(40)는, 작동 부재(38)에 의해, 특히 자기 방식으로 축 방향으로 변위될 수 있으면서 파일럿 클러치(40)를 개방 및/또는 체결하기 위한 인장 로드(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 인장 로드(62)에 의해, 인장 로드(62) 상에 회전 가능하게 지지되는 마찰 부재(58)는 토크 입력 부재(12)와 마찰 결합식 연결을 형성하기 위해 축 방향으로 변위될 수 있으며, 마찰 부재(58)는 램프 시스템(32)의 입력 램프(34)와 함께 회전하도록 고정되게, 그러나 축 방향으로 상대적으로 변위 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 램프 시스템(32)의 출력 램프(36)는 마찰 클러치(30)의 압력판과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 기기(22)의 로터(26)가 마찰 클러치(30)의 출력 부재(52) 및/또는 토크 출력 부재(18)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 클러치 시스템.
  10. 자동차용 파워 트레인으로서,
    토크 입력 부재(12), 특히 자동차 엔진의 구동 샤프트와; 토크 출력 부재(18), 특히 자동차 변속기(20)의 변속기 입력 샤프트와; 토크 입력 부재(12)와 토크 출력 부재(18) 사이에서 토크를 전달하기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 클러치 시스템(10)과; 전기 기기(22)와 토크 출력 부재(18) 사이에서 토크를 전달하기 위한 전기 기기(22)를; 포함하는, 자동차용 파워 트레인.
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