KR20200016046A - 차량용 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

차량용 하이브리드 파워트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클러치를 통해 엔진과 연결된 입력축과; 상기 입력축과 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축과; 상기 입력축에 구비된 적어도 2개 이상의 입력축구동기어와; 상기 입력축구동기어와 치합되어 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축 및 제2출력축에 각각 구비된 다수의 피동기어와; 상기 제1출력축과 평행하게 배치되고 모터의 동력을 전달받는 모터축과; 상기 모터축의 동력을 선택적으로 전달받도록 구비된 다수의 모터축구동기어와; 상기 제1출력축에 구비되어 상기 모터축구동기어와만 치합되고, 상기 입력축구동기어와는 치합되지 않는 모터전용기어를 포함하여 구성된다.

Description

차량용 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동기치합식 변속메커니즘을 사용하는 하이브리드 파워트레인의 구성에 관한 기술이다.
동기치합식 변속 메커니즘(Synchromesh Type Shifting Mechanism)은 종래에 수동변속기나 AMT(Automated Manual Transmission), DCT(Dual Clutch Transmission)에 사용되는 변속 메커니즘으로서, 다른 변속 메커니즘에 비해 구성이 간단하고, 동력 전달 효율이 우수하며, 변속단을 유지하는 데에 별도의 동력이 소모되지 않는 장점이 있다.
따라서, 하이브리드 차량의 구현에 있어서도 동기치합식 변속 메커니즘은 매우 유리한 측면이 있지만, 변속 시 동력이 단절되는 토크인터럽션(Torque Interruption)이 발생하는 등의 단점을 가지고 있다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020090132758 A
본 발명은 비교적 간단한 구성과 구현 가능한 변속단 수 대비 짧은 전체 길이를 가져서 차량 탑재성이 우수하고, 높은 동력전달 효율을 확보하면서도, 변속 시 토크인터럽션이 발생하지 않도록 하여 부드럽고 우수한 변속감이 얻어지도록 한 차량용 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 하이브리드 파워트레인은
클러치를 통해 엔진과 연결된 입력축과;
상기 입력축과 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축과;
상기 입력축에 구비된 적어도 2개 이상의 입력축구동기어와;
상기 입력축구동기어와 치합되어 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축 및 제2출력축에 각각 구비된 다수의 피동기어와;
상기 제1출력축과 평행하게 배치되고 모터의 동력을 전달받는 모터축과;
상기 모터축의 동력을 선택적으로 전달받도록 구비된 다수의 모터축구동기어와;
상기 제1출력축에 구비되어 상기 모터축구동기어와만 치합되고, 상기 입력축구동기어와는 치합되지 않는 모터전용기어;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1출력축에는 상기 입력축구동기어와 치합됨과 아울러 상기 모터축구동기어에도 치합된 이중치합피동기어가 더 구비될 수 있다.
상기 입력축에 구비된 입력축구동기어는,
1단 및 2단을 구현하기 위한 1&2단구동기어와;
3단 및 4단을 구현하기 위한 3&4단구동기어와;
5단을 구현하기 위한 5단구동기어를 포함하여 구성되고,
상기 5단구동기어는 상기 이중치합피동기어에 치합될 수 있다.
상기 1&2단구동기어와 3&4단구동기어는 상기 입력축에 회전이 구속된 상태로 설치되고,
상기 5단구동기어는 상기 입력축에 회전 가능하게 설치되며;
상기 이중치합피동기어는 상기 제1출력축에 회전이 구속된 상태로 설치될 수 있다.
상기 제1출력축에는 상기 1&2단구동기어에 치합되어 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어와, 상기 3&4단구동기어에 치합되어 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어가 회전 가능하게 설치되고;
상기 제1출력축에는 상기 1단피동기어와 3단피동기어 사이에 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 제1출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 1&3단동기장치가 설치되며;
상기 제2출력축에는 상기 1&2단구동기어에 치합되어 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어와, 상기 3&4단구동기어에 치합되어 4단 변속단을 구현하는 4단피동기어가 회전 가능하게 설치되고;
상기 제2출력축에는 상기 2단피동기어와 4단피동기어 사이에 상기 2단피동기어 또는 4단피동기어를 상기 제2출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 2&4단동기장치가 설치될 수 있다.
상기 입력축에는 상기 5단구동기어를 상기 입력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 5단동기장치가 설치될 수 있다.
상기 모터축구동기어는 상기 모터전용기어에 치합되도록 상기 모터축에 회전 가능하게 설치된 제1모터구동기어와, 상기 이중치합피동기어에 치합되도록 상기 모터축에 회전 가능하게 설치된 제2모터구동기어로 이루어지고;
상기 제1모터구동기어와 제2모터구동기어 사이에는 상기 제1모터구동기어 또는 상기 제2모터구동기어를 상기 모터축에 선택적으로 연결할 수 있도록 E1&2단동기장치가 설치될 수 있다.
본 발명은 비교적 간단한 구성과 구현 가능한 변속단 수 대비 짧은 전체 길이를 가져서 차량 탑재성이 우수하고, 높은 동력전달 효율을 확보하면서도, 변속 시 토크인터럽션이 발생하지 않도록 하여 부드럽고 우수한 변속감이 얻어지도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 하이브리드 파워트레인의 구성을 예시한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 EV1단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인이 EV2단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 엔진1단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 엔진2단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 6은 도 1의 파워트레인이 엔진3단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 7은 도 1의 파워트레인이 엔진4단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 8은 도 1의 파워트레인이 엔진5단을 구현하는 상태를 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명 차량용 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 클러치(CL)를 통해 엔진(E)과 연결된 입력축(IN)과; 상기 입력축(IN)과 평행하게 배치된 제1출력축(OUT1) 및 제2출력축(OUT2)과; 상기 입력축(IN)에 구비된 적어도 2개 이상의 입력축구동기어와; 상기 입력축구동기어와 치합되어 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축(OUT1) 및 제2출력축(OUT2)에 각각 구비된 다수의 피동기어와; 상기 제1출력축(OUT1)과 평행하게 배치되고 모터(M)의 동력을 전달받는 모터축(MS)과; 상기 모터축(MS)의 동력을 선택적으로 전달받도록 구비된 다수의 모터축구동기어와; 상기 제1출력축(OUT1)에 구비되어 상기 모터축구동기어와만 치합되고, 상기 입력축구동기어와는 치합되지 않는 모터전용기어(1)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 파워트레인은 엔진의 동력이 클러치(CL)를 통해 입력축(IN)으로 입력되고, 상기 입력축(IN)에 평행한 제1출력축(OUT1)과 제2출력축(OUT2)을 구비하여, 이들 입력축(IN)과 제1출력축(OUT1) 및 제2출력축(OUT2) 사이에 구비되는 외접기어쌍들의 기어비에 의해 변속단을 구현하며, 원하는 변속단을 형성하기 위해서는 동기장치로 특정 변속단을 형성하는 외접기어쌍을 선택하도록 구성되는 동기치합식 변속 메커니즘을 구비함과 아울러, 별도의 모터축(MS)으로부터 상기 제1출력축(OUT1)으로 모터의 동력을 전달할 수 있도록 구성되어, 엔진(E)으로부터의 동력과 모터(M)로부터의 동력으로 차량이 구동될 수 있는 하이브리드 파워트레인을 구성한 것이다.
상기 제1출력축(OUT1)에는 제1출력기어(OG1)가 구비되고 상기 제2출력축(OUT2)에는 제2출력기어(OG2)가 구비되며, 상기 제1출력기어(OG1)와 제2출력기어(OG2)는 모두 디퍼렌셜(DF)의 링기어에 치합되어, 동력을 양쪽 구동륜으로 인출할 수 있도록 구성된다.
상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 입력축구동기어와 치합됨과 아울러 상기 모터축구동기어에도 치합된 이중치합피동기어(3)가 더 구비된다.
또한, 상기 입력축(IN)에 구비된 입력축구동기어는, 1단 및 2단을 구현하기 위한 1&2단구동기어(1&2D)와, 3단 및 4단을 구현하기 위한 3&4단구동기어(3&4D)와, 5단을 구현하기 위한 5단구동기어(5D)를 포함하여 구성되고, 상기 5단구동기어(5D)는 상기 이중치합피동기어(3)에 치합되는 구성이다.
여기서, 상기 1&2단구동기어(1&2D)와 3&4단구동기어(3&4D)는 상기 입력축(IN)에 회전이 구속된 상태로 설치되고, 상기 5단구동기어(5D)는 상기 입력축(IN)에 회전 가능하게 설치되며, 상기 이중치합피동기어(3)는 상기 제1출력축(OUT1)에 회전이 구속된 상태로 설치된다.
상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 1&2단구동기어(1&2D)에 치합되어 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어(1P)와, 상기 3&4단구동기어(3&4D)에 치합되어 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어(3P)가 회전 가능하게 설치된다.
상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 1단피동기어(1P)와 3단피동기어(3P) 사이에 상기 1단피동기어(1P) 또는 3단피동기어(3P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 1&3단동기장치(1&3S)가 설치된다.
상기 제2출력축(OUT2)에는 상기 1&2단구동기어(1&2D)에 치합되어 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어(2P)와, 상기 3&4단구동기어(3&4D)에 치합되어 4단 변속단을 구현하는 4단피동기어(4P)가 회전 가능하게 설치된다.
상기 제2출력축(OUT2)에는 상기 2단피동기어(2P)와 4단피동기어(4P) 사이에 상기 2단피동기어(2P) 또는 4단피동기어(4P)를 상기 제2출력축(OUT2)에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 2&4단동기장치(2&4S)가 설치된다.
또한, 상기 입력축(IN)에는 상기 5단구동기어(5D)를 상기 입력축(IN)에 연결하거나 차단할 수 있도록 5단동기장치(5S)가 설치된다.
따라서, 상기 클러치(CL)를 해제하여 엔진을 입력축(IN)으로부터 분리한 상태에서 상기 1&3단동기장치(1&3S)로 1단피동기어(1P) 또는 3단피동기어(3P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 연결하여 1단 변속단 또는 3단 변속단을 구현하고, 상기 2&4단동기장치(2&4S)로 2단피동기어(2P) 또는 4단피동기어(4P)를 상기 제2출력축(OUT2)에 연결하여 2단 변속단 또는 4단 변속단을 구현하며, 상기 5단동기장치(5S)로 상기 5단구동기어(5D)를 입력축(IN)에 연결하여 5단 변속단을 구현할 수 있다.
상기 모터축구동기어는 상기 모터전용기어(1)에 치합되도록 상기 모터축(MS)에 회전 가능하게 설치된 제1모터구동기어(MD1)와, 상기 이중치합피동기어(3)에 치합되도록 상기 모터축(MS)에 회전 가능하게 설치된 제2모터구동기어(MD2)로 이루어진다.
상기 제1모터구동기어(MD1)와 제2모터구동기어(MD2) 사이에는 상기 제1모터구동기어(MD1) 또는 상기 제2모터구동기어(MD2)를 상기 모터축에 선택적으로 연결할 수 있도록 E1&2단동기장치(E1&2S)가 설치된다.
따라서, 상기 E1&2단동기장치(E1&2S)로 상기 제1모터구동기어(MD1)를 상기 모터축(MS)에 연결시키면 모터(M)로 구동되는 EV1단 변속단이 형성되고, 상기 제2모터구동기어(MD2)를 상기 모터축(MS)에 연결시키면 EV2단 변속단이 형성되는 것이다.
도 2는 상기 E1&2단동기장치(E1&2S)로 상기 제1모터구동기어(MD1)를 상기 모터축(MS)에 연결시키고 상기 모터(M)를 구동하여 EV1단 변속단을 구현하는 상태를 도시하고 있다.
또한, 도 3은 상기 E1&2단동기장치(E1&2S)로 상기 제2모터구동기어(MD2)를 상기 모터축(MS)에 연결시키고 상기 모터(M)를 구동하여 EV2단 변속단을 구현하는 상태를 도시하고 있다.
이와 같이 EV1단이나 EV2단을 구현하는 동안에는 상기 엔진(E)은 모터(M)로부터의 동력 전달과 무관하게 아이들 상태를 유지하거나, 최적의 운전점을 유지할 수 있어서, 엔진의 효율을 극대화할 수 있도록 한다.
도 4는 상기 1&3단동기장치(1&3S)로 상기 1단피동기어(1P)를 제1출력축(OUT1)에 연결하여 엔진1단 변속단을 구현하는 상태를 나타낸 것이고, 도 5는 상기 2&4단동기장치(2&4S)로 2단피동기어(2P)를 상기 제2출력축(OUT2)에 연결하여 엔진2단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것이다.
상기 도 4의 엔진1단으로부터 엔진2단으로의 변속 시, 도 4와 같은 상태로부터, 모터(M)로 상기 E1&2단동기장치(E1&2S)와 제1모터구동기어(MD1)를 동기시켜서 연결한 후, 상기 1&3단동기장치(1&3S)는 해제하고 상기 모터(M)를 구동하여 지속적으로 동력을 제1출력축(OUT1)으로 전달하면서, 상기 클러치(CL)를 해제하고 2&4단동기장치(2&4S)로 2단피동기어(2P)를 제2출력축(OUT2)에 연결한 후, 상기 클러치(CL)를 체결하고, 상기 E1&2단동기장치(E1&2S)를 해제하면, 변속 중 디퍼렌셜(DF)을 통해 구동륜으로 계속해서 모터(M)로부터의 동력의 전달되어, 토크인터럽션이 발생하지 않고 변속이 완료되어 차량의 우수한 변속감을 확보할 수 있다.
도 6은 1&3단동기장치(1&3S)로 3단피동기어(3P)를 제1출력축(OUT1)에 연결하여 엔진3단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것이고, 도 7은 2&4단동기장치(2&4S)로 4단피동기어(4P)를 제2출력축(OUT2)에 연결하여 엔진4단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것이며, 도 8은 5단동기장치(5S)로 입력축(IN)에 상기 5단구동기어(5D)를 연결하여 5단 변속단을 구현하는 상태를 도시한 것이다.
상기 엔진1단과 엔진2단 사이의 변속 시 토크인터럽션이 방지되는 원리는 나머지 변속단들 사이의 변속에도 동일한 원리로 작용되어, 차량의 우수한 변속감 확보로 차량의 상품성 향상에 기여할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 파워트레인은 엔진1단 내지 엔진5단 및 EV1단과 EV2단의 여러 변속단을 구현할 수 있으면서도 제1출력축(OUT1)과 제2출력축(OUT2)을 이용하여 변속기의 전체 길이를 비교적 짧게 형성하여 차량에의 탑재성을 확보할 수 있으며, 엔진과 모터의 구동이 서로 분리됨으로써, 엔진과 모터가 서로 최적의 효율점에서 구동될 수 있도록 하여, 연비 향상 및 주행거리 증가를 도모할 수 있도록 하며, 모터의 동력을 EV1단 및 EV2단으로 다단 변속함에 의해 모터의 용량을 상대적으로 작게 구성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 모터전용기어
3; 이중치합피동기어
E; 엔진
CL; 클러치
IN; 입력축
OUT1; 제1출력축
OUT2; 제2출력축
M; 모터
MS; 모터축
OG1; 제1출력기어
OG2; 제2출력기어
DF; 디퍼렌셜
1&2D; 1&2단구동기어
3&4D; 3&4단구동기어
5D; 5단구동기어
1P; 1단피동기어
2P; 2단피동기어
3P; 3단피동기어
4P; 4단피동기어
1&3S; 1&3단동기장치
2&4S; 2&4단동기장치
E1&2S; E1&2단동기장치
5S; 5단동기장치
MD1; 제1모터구동기어
MD2; 제2모터구동기어

Claims (7)

  1. 클러치를 통해 엔진과 연결된 입력축과;
    상기 입력축과 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축과;
    상기 입력축에 구비된 적어도 2개 이상의 입력축구동기어와;
    상기 입력축구동기어와 치합되어 변속단을 형성하도록 상기 제1출력축 및 제2출력축에 각각 구비된 다수의 피동기어와;
    상기 제1출력축과 평행하게 배치되고 모터의 동력을 전달받는 모터축과;
    상기 모터축의 동력을 선택적으로 전달받도록 구비된 다수의 모터축구동기어와;
    상기 제1출력축에 구비되어 상기 모터축구동기어와만 치합되고, 상기 입력축구동기어와는 치합되지 않는 모터전용기어;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1출력축에는 상기 입력축구동기어와 치합됨과 아울러 상기 모터축구동기어에도 치합된 이중치합피동기어가 더 구비된 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 입력축에 구비된 입력축구동기어는,
    1단 및 2단을 구현하기 위한 1&2단구동기어와;
    3단 및 4단을 구현하기 위한 3&4단구동기어와;
    5단을 구현하기 위한 5단구동기어를 포함하여 구성되고,
    상기 5단구동기어는 상기 이중치합피동기어에 치합되는 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 1&2단구동기어와 3&4단구동기어는 상기 입력축에 회전이 구속된 상태로 설치되고,
    상기 5단구동기어는 상기 입력축에 회전 가능하게 설치되며;
    상기 이중치합피동기어는 상기 제1출력축에 회전이 구속된 상태로 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1출력축에는 상기 1&2단구동기어에 치합되어 1단 변속단을 구현하는 1단피동기어와, 상기 3&4단구동기어에 치합되어 3단 변속단을 구현하는 3단피동기어가 회전 가능하게 설치되고;
    상기 제1출력축에는 상기 1단피동기어와 3단피동기어 사이에 상기 1단피동기어 또는 3단피동기어를 상기 제1출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 1&3단동기장치가 설치되며;
    상기 제2출력축에는 상기 1&2단구동기어에 치합되어 2단 변속단을 구현하는 2단피동기어와, 상기 3&4단구동기어에 치합되어 4단 변속단을 구현하는 4단피동기어가 회전 가능하게 설치되고;
    상기 제2출력축에는 상기 2단피동기어와 4단피동기어 사이에 상기 2단피동기어 또는 4단피동기어를 상기 제2출력축에 선택적으로 연결시킬 수 있도록 2&4단동기장치가 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 입력축에는 상기 5단구동기어를 상기 입력축에 연결하거나 차단할 수 있도록 5단동기장치가 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 모터축구동기어는 상기 모터전용기어에 치합되도록 상기 모터축에 회전 가능하게 설치된 제1모터구동기어와, 상기 이중치합피동기어에 치합되도록 상기 모터축에 회전 가능하게 설치된 제2모터구동기어로 이루어지고;
    상기 제1모터구동기어와 제2모터구동기어 사이에는 상기 제1모터구동기어 또는 상기 제2모터구동기어를 상기 모터축에 선택적으로 연결할 수 있도록 E1&2단동기장치가 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 파워트레인.


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