KR20200024415A - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치와; 상기 복합유성기어장치의 한 회전요소에 연결된 엔진과; 상기 복합유성기어장치의 다른 한 회전요소에 연결된 제1모터제너레이터와; 상기 복합유성기어장치의 나머지 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터와; 상기 복합유성기어장치에서 출력되는 동력을 등속 또는 감속시켜서 출력할 수 있도록 설치된 출력유성기어장치를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동력원으로 엔진과 2개의 모터를 사용하는 하이브리드 파워트레인의 구조에 관한 기술이다.
하이브리드 파워트레인은 차량을 구동하는 동력원으로서 엔진과 모터를 함께 사용하여 차량의 주행상황에 따른 적절한 동력원 작동의 조합으로 차량의 구동효율 향상으로 연비를 향상시키고 원활한 주행 성능을 확보하도록 한다.
따라서, 하이브리드 파워트레인은 차량의 주행상황에 따라 제공할 수 있는 운전모드가 보다 다양하게 구비되어, 차량에게 주어지는 다양한 주행상황 변화에 보다 적합하게 대응하도록 하는 것이 바람직하다.
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 1020170058415 A
본 발명은 차량에게 주어지는 다양한 주행상황에 보다 적합하게 대응할 수 있는 다수의 운전모드를 제공할 수 있도록 하여 차량의 전체 운전영역에서 보다 효율적인 동력전달성능으로 차량의 연비 향상을 극대화하고, 고성능의 출력토크 특성을 가지면서 다이나믹한 운전감을 확보할 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은
4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치와;
상기 복합유성기어장치의 한 회전요소에 연결된 엔진과;
상기 복합유성기어장치의 다른 한 회전요소에 연결된 제1모터제너레이터와;
상기 복합유성기어장치의 나머지 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터와;
상기 복합유성기어장치에서 출력되는 동력을 등속 또는 감속시켜서 출력할 수 있도록 설치된 출력유성기어장치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제2모터제너레이터는 제1클러치와 제2클러치에 의해 상기 복합유성기어장치의 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치되고;
상기 제1클러치에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 제1브레이크에 연결되어 회전이 구속될 수 있도록 구성되며;
상기 제2클러치에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 상기 출력유성기어장치에 연결되어 동력을 출력시키도록 구성될 수 있다.
상기 제1모터제너레이터에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 제2브레이크에 연결되어 회전이 구속된 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 출력유성기어장치는 3개의 회전요소를 구비하고, 제1회전요소는 상기 복합유성기어장치에 연결되고, 제2회전요소는 출력축에 연결되며, 제3회전요소는 제3브레이크에 의해 고정 가능하게 설치될 수 있다.
상기 출력유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소 사이에는 제3클러치가 구비되어 상기 제1회전요소와 제2회전요소를 단속할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 복합유성기어장치는
싱글피니언 단순유성기어장치로 이루어진 제1유성기어장치와 제2유성기어장치가 서로의 캐리어와 링기어가 연결되어 구성될 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1선기어, 제1캐리어, 제1링기어를 구비한 제1유성기어장치와, 제2선기어, 제2캐리어, 제2링기어를 구비한 제2유성기어장치로 이루어지고;
상기 제1캐리어와 제2링기어가 일체로 연결되며;
상기 제1링기어와 제2캐리어가 일체로 연결되고;
상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
상기 제1모터제너레이터는 상기 제1선기어에 연결되며;
상기 제2모터제너레이터는 상기 제1클러치를 통해 제2선기어에 연결됨과 아울러 제2클러치를 통해 제2캐리어에 연결될 수 있다.
상기 출력유성기어장치는 상기 제1회전요소인 제3선기어와 상기 제2회전요소인 제3캐리어와 상기 제3회전요소인 제3링기어로 구성되고;
상기 제3선기어는 상기 제1링기어 및 제2캐리어에 연결되고;
상기 제3링기어는 상기 제3브레이크에 연결되며;
상기 제3캐리어는 상기 제3클러치를 통해 상기 제3선기어에 연결됨과 아울러 상기 출력축에 연결될 수 있다.
상기 제1링기어와 제2링기어 및 제3링기어는 그 직경이 제1링기어 > 제2링기어 > 제3링기어의 관계를 형성하여 단간비 형성에 유리하도록 할 수 있다.
상기 제1캐리어에는 제4브레이크가 연결될 수 있다.
본 발명은 차량에게 주어지는 다양한 주행상황에 보다 적합하게 대응할 수 있는 다수의 운전모드를 제공할 수 있도록 하여 차량의 전체 운전영역에서 보다 효율적인 동력전달성능으로 차량의 연비 향상을 극대화하고, 고성능의 출력토크 특성을 가지면서 다이나믹한 운전감을 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 구성도,
도 2는 도 1의 하이브리드 파워트레인의 작동모드표,
도 3은 내지 도 16은 도 2의 각 운전모드를 구현하는 상태를 각각 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은, 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치(CG)와; 상기 복합유성기어장치(CG)의 한 회전요소에 연결된 엔진(E)과; 상기 복합유성기어장치(CG)의 다른 한 회전요소에 연결된 제1모터제너레이터(MG1)와; 상기 복합유성기어장치(CG)의 나머지 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터(MG2)와; 상기 복합유성기어장치(CG)에서 출력되는 동력을 등속 또는 감속시켜서 출력할 수 있도록 설치된 출력유성기어장치(OPG)를 포함하여 구성된다.
즉, 엔진(E)과 두개의 모터인 제1모터제너레이터(MG1) 및 제2모터제너레이터(MG2)가 상기 복합유성기어장치(CG)에 연결되고, 상기 복합유성기어장치(CG)의 출력은 다시 상기 출력유성기어장치(OPG)에 의해 적절히 변속되어 출력축(OUT)으로 인출될 수 있도록 구성된 것이다.
상기 제2모터제너레이터(MG2)는 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)에 의해 상기 복합유성기어장치(CG)의 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치되고, 상기 제1클러치(CL1)에 연결된 상기 복합유성기어장치(CG)의 회전요소는 제1브레이크(BK1)에 연결되어 회전이 구속될 수 있도록 구성되며, 상기 제2클러치(CL2)에 연결된 상기 복합유성기어장치(CG)의 회전요소는 상기 출력유성기어장치(OPG)에 연결되어 동력을 출력시키도록 구성된다.
상기 제1모터제너레이터(MG1)에 연결된 상기 복합유성기어장치(CG)의 회전요소는 제2브레이크(BK2)에 연결되어 회전이 구속된 수 있도록 구성된다.
상기 출력유성기어장치(OPG)는 3개의 회전요소를 구비하고, 제1회전요소는 상기 복합유성기어장치(CG)에 연결되고, 제2회전요소는 출력축(OUT)에 연결되며, 제3회전요소는 제3브레이크(BK3)에 의해 고정 가능하게 설치된다.
상기 출력유성기어장치(OPG)의 제1회전요소와 제2회전요소 사이에는 제3클러치(CL3)가 구비되어 상기 제1회전요소와 제2회전요소를 단속할 수 있도록 구성된다.
상기 복합유성기어장치(CG)는 싱글피니언 단순유성기어장치로 이루어진 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)가 서로의 캐리어와 링기어가 연결되어 구성된다.
즉, 상기 복합유성기어장치(CG)는 제1선기어(S1), 제1캐리어(C1), 제1링기어(R1)를 구비한 제1유성기어장치(PG1)와, 제2선기어(S2), 제2캐리어(C2), 제2링기어(R2)를 구비한 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지되, 상기 제1캐리어(C1)와 제2링기어(R2)가 일체로 연결되며, 상기 제1링기어(R1)와 제2캐리어(C2)가 일체로 연결되어 구성된 것이다.
한편, 상기 엔진(E)은 상기 제1캐리어(C1)에 연결되고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)는 상기 제1선기어(S1)에 연결되며, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제1클러치(CL1)를 통해 제2선기어(S2)에 연결됨과 아울러 제2클러치(CL2)를 통해 제2캐리어(C2)에 연결된 것이다.
또한, 상기 출력유성기어장치(OPG)는 상기 제1회전요소인 제3선기어(S3)와 상기 제2회전요소인 제3캐리어(C3)와 상기 제3회전요소인 제3링기어(R3)로 구성된다.
따라서, 상기 제3선기어(S3)는 상기 제1링기어(R1) 및 제2캐리어(C2)에 연결되고, 상기 제3링기어(R3)는 상기 제3브레이크(BK3)에 연결되며, 상기 제3캐리어(C3)는 상기 제3클러치(CL3)를 통해 상기 제3선기어(S3)에 연결됨과 아울러 상기 출력축(OUT)에 연결된 것이다.
상기 제1링기어(R1)와 제2링기어(R2) 및 제3링기어(R3)는 그 직경이 제1링기어(R1) > 제2링기어(R2) > 제3링기어(R3)의 관계를 형성하여 인접한 변속단 사이의 기어비 차이인 단간비 형성에 유리하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1캐리어(C1)에는 제4브레이크(BK4)가 연결되어 엔진(E)의 고정상태를 보다 적극적으로 구현할 수 있도록 하고 있다. 이는 후술하는 EV1 내지 EV4의 총 4개의 전기차모드 구현 시, 제1모터제너레이터(MG1)는 물론 제2모터제너레이터(MG2)까지 함께 구동하여 차량의 구동력을 보다 크게 확보하고자 할 경우에 엔진(E)의 정지상태를 보다 확실히 구현하기 위해 제4브레이크(BK4)로 엔진(E)의 회전을 구속하도록 하기 위한 것이다.
그러나, 물론, 엔진(E)의 정지 마찰력이 충분한 경우에는 제4브레이크(BK4)는 설치하지 않을 수도 있을 것이다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은 도 2에 도시된 바와 같이 EV1 내지 EV4의 총 4개의 EV모드 즉, 전기차모드를 구현할 수 있으며, 입력분기 1단, 입력분기 2단, 복합분기 1단, 복합분기 2단의 총 4가지 동력분기모드를 구현할 수 있고, 패러렐 1단 내지 패러렐 6단의 총 6개의 하이브리드 병렬 변속단을 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이 다양한 운전모드를 구현할 수 있음에 의해 차량에 주어지는 다양한 주행상황에 보다 적절히 대응할 수 있도록 함으로써, 차량의 동력전달 효율 향상으로 차량의 연비 향상에 크게 기여할 수 있음은 물론이다.
도 3의 EV1 구현상태를 살펴보면, 제1클러치(CL1)와 제3브레이크(BK3)를 체결하여 구현하며, 상술한 바와 같이 제4브레이크(BK4)의 작동은 선택적일 수 있다. 이때 동력은 제1모터제너레이터(MG1)에서 발생시키며, 도 3에서는 제2모터제너레이터(MG2)도 함께 구동하는 것을 예시하고 있다.
즉, 엔진(E)이 정지된 상태이므로, 제1모터제너레이터(MG1)는 역회전시켜서 제1링기어(R1) 및 제2캐리어(C2)로는 정방향의 동력이 출력되도록 하고, 이때 제1클러치(CL1)를 체결하고 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하여 제2모터제너레이터(MG2)의 동력이 감속되어 상기 제2캐리어(C2)로 합쳐져서 상기 제3선기어(S3)로 입력되도록 한 후, 제3캐리어(C3)로 감속되어 출력축(OUT)으로 동력이 인출되는 상태이다.
도 7의 입력분기1단의 상태를 살펴보면, 제2클러치(CL2)와 제3브레이크(BK3)를 체결하여 구현한다.
엔진(E)의 동력은 제1캐리어(C1)로 입력되어 일부가 제1선기어(S1)로 분기되어 제1모터제너레이터(MG1)를 구동하여 전기를 발전하도록 함과 아울러 일부는 제1링기어(R1)를 통해 출력축(OUT)으로 분기될 수 있도록 하여 입력분기모드를 구현한다.
이때, 상기 제2클러치(CL2)를 체결하고 상기 제2모터제너레이터(MG2)를 구동하여 상기 제1링기어(R1)를 통해 출력축(OUT)으로 분기되는 엔진(E)으로부터의 동력에 동력을 추가하도록 한다.
도 11의 패러렐1단을 살펴보면, 제2클러치(CL2)와 제1브레이크(BK1) 및 제3브레이크(BK3)를 체결하여 구현한다.
엔진(E)의 동력은 제1캐리어(C1)로 입력되고 제2모터제너레이터(MG2)의 동력은 제2캐리어(C2)로 입력되어, 상기 엔진(E)으로부터의 동력과 제2모터제너레이터(MG2)로부터의 동력이 상기 복합유성기어장치(CG)에서 합쳐져서 상기 출력유성기어장치(OPG)의 제3선기어(S3)로 입력된 후 감속되어 상기 제3캐리어(C3)를 통해 출력축(OUT)으로 인출된다.
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.
E; 엔진
CG; 복합유성기어장치
PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
OPG; 출력유성기어장치
MG1; 제1모터제너레이터
MG2; 제2모터제너레이터
OUT; 출력축
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
BK1; 제1브레이크
BK2; 제2브레이크
BK3; 제3브레이크
BK4; 제4브레이크

Claims (10)

  1. 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치와;
    상기 복합유성기어장치의 한 회전요소에 연결된 엔진과;
    상기 복합유성기어장치의 다른 한 회전요소에 연결된 제1모터제너레이터와;
    상기 복합유성기어장치의 나머지 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터와;
    상기 복합유성기어장치에서 출력되는 동력을 등속 또는 감속시켜서 출력할 수 있도록 설치된 출력유성기어장치;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2모터제너레이터는 제1클러치와 제2클러치에 의해 상기 복합유성기어장치의 두 회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치되고;
    상기 제1클러치에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 제1브레이크에 연결되어 회전이 구속될 수 있도록 구성되며;
    상기 제2클러치에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 상기 출력유성기어장치에 연결되어 동력을 출력시키도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1모터제너레이터에 연결된 상기 복합유성기어장치의 회전요소는 제2브레이크에 연결되어 회전이 구속된 수 있도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 출력유성기어장치는 3개의 회전요소를 구비하고, 제1회전요소는 상기 복합유성기어장치에 연결되고, 제2회전요소는 출력축에 연결되며, 제3회전요소는 제3브레이크에 의해 고정 가능하게 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 출력유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소 사이에는 제3클러치가 구비되어 상기 제1회전요소와 제2회전요소를 단속할 수 있도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는
    싱글피니언 단순유성기어장치로 이루어진 제1유성기어장치와 제2유성기어장치가 서로의 캐리어와 링기어가 연결되어 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1선기어, 제1캐리어, 제1링기어를 구비한 제1유성기어장치와, 제2선기어, 제2캐리어, 제2링기어를 구비한 제2유성기어장치로 이루어지고;
    상기 제1캐리어와 제2링기어가 일체로 연결되며;
    상기 제1링기어와 제2캐리어가 일체로 연결되고;
    상기 엔진은 상기 제1캐리어에 연결되고;
    상기 제1모터제너레이터는 상기 제1선기어에 연결되며;
    상기 제2모터제너레이터는 상기 제1클러치를 통해 제2선기어에 연결됨과 아울러 제2클러치를 통해 제2캐리어에 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 출력유성기어장치는 상기 제1회전요소인 제3선기어와 상기 제2회전요소인 제3캐리어와 상기 제3회전요소인 제3링기어로 구성되고;
    상기 제3선기어는 상기 제1링기어 및 제2캐리어에 연결되고;
    상기 제3링기어는 상기 제3브레이크에 연결되며;
    상기 제3캐리어는 상기 제3클러치를 통해 상기 제3선기어에 연결됨과 아울러 상기 출력축에 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1링기어와 제2링기어 및 제3링기어는 그 직경이 제1링기어 > 제2링기어 > 제3링기어의 관계를 형성하여 단간비 형성에 유리하도록 한 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1캐리어에는 제4브레이크가 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.

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