KR20210031579A - 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터가 직결된 모터입력축을 구비하고, 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제1변속모듈; 상기 모터입력축에 동심축을 이루며 메인클러치를 통해 엔진과 연결되는 엔진입력축을 구비하고, 상기 일련의 변속단들 중 나머지 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제2변속모듈; 상기 모터입력축과 상기 엔진입력축을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로; 상기 제1변속모듈이 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해, 상기 제1변속모듈의 변속단들 중 기어비가 작은 변속단보다 더 작은 기어비를 형성하는 상태를 구현할 수 있도록 구비된 연속가변장치를 포함하여 구성된다.

Description

하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN}

본 발명은 차량에 적용될 수 있는 하이브리드 파워트레인의 레이아웃에 관한 기술이다.

AMT(Automated Manual Transmission)는 자동화 변속기 중 원가, 재료비, 연비 측면에서 가장 경쟁력이 있는 변속기로 평가될 수 있지만, 변속 중 발생되는 토크인터럽션(Torque Interruption)으로 인해 차량의 상품성을 저해하여 널리 보급되지는 못하고 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 10-2015-0069194 A

본 발명은 모터를 사용하여 AMT의 장점을 살리면서, AMT의 단점인 토크인터럽션을 해결하여 변속감을 향상시키고, 종래에 엔진과 변속기 사이에 모터가 위치하는 방식의 하이브리드 파워트레인에서 요구되는 모터와 엔진 사이의 클러치를 배제할 수 있어서, 변속기의 전장 축소로 차량 탑재성을 향상시킴은 물론 중량과 원가의 저감이 가능하며, 차량의 연비 향상에 더욱 기여할 수 있도록 한 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 파워트레인은,

엔진과 메인클러치를 통해 연결되는 엔진입력축;

상기 엔진입력축과 동심축을 이루어 배치되며 모터가 연결된 모터입력축;

상기 엔진입력축과 모터입력축을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;

상기 엔진입력축에 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축;

상기 모터입력축과 제1출력축 사이, 상기 엔진입력축과 제1출력축 사이, 및 상기 엔진입력축과 제2출력축 사이에 서로 다른 기어비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍;

상기 모터입력축과 제1출력축 사이에 설치된 외접기어쌍들 중의 어느 하나를 구성하도록 상기 모터입력축에 회전 가능하게 설치된 제1연결기어와 상기 센터싱크로 사이에 설치되고, 상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 구동되어, 상기 제1연결기어와 상기 모터입력축 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 모터입력축과 제1출력축에 설치된 상기 외접기어쌍들은, 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 1단구동기어와 1단피동기어, 및 2단을 구현하기 위한 2단구동기어와 2단피동기어를 포함하고;

상기 제1출력축에는 상기 제1연결기어에 치합되는 제2연결기어가 구비되며;

상기 제1연결기어와 제2연결기어가 형성하는 기어비는 상기 2단구동기어와 2단피동기어가 형성하는 2단기어비 보다 작게 형성될 수 있다.

상기 제1출력축에는 상기 1단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 도그클러치가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈이 구비될 수 있다.

상기 엔진입력축에는 상기 외접기어쌍들 중 2개씩의 외접기어쌍 구현에 공통적으로 사용되는 제1공통기어와 제2공통기어가 회전이 구속된 상태로 구비되고;

상기 제1공통기어에는 상기 센터싱크로의 슬리브에 치합되는 클러치기어가 일체로 구비될 수 있다.

상기 제1공통기어는 상기 제1출력축의 6단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축의 4단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룰 수 있다.

상기 제2공통기어는 상기 제1출력축의 5단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축의 3단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룰 수 있다.

상기 제1출력축의 5단피동기어와 6단피동기어 사이에는 상기 5단피동기어를 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 6단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제2클러치모듈이 구비될 수 있다.

상기 제2출력축의 3단피동기어와 4단피동기어 사이에는 상기 3단피동기어를 제2출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 4단피동기어를 상기 제2출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제3클러치모듈이 구비될 수 있다.

상기 모터입력축과 제1출력축 사이에 설치된 외접기어쌍들은 구현하고자 하는 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 기어비를 구현하기 위한 것들일 수 있다.

상기 모터는 상기 모터입력축의 1단구동기어 또는 2단구동기어에 치합된 감속구동기어를 통해 상기 모터입력축으로 동력을 전달하도록 설치될 수 있다.

상기 모터와 모터입력축 사이에는 모터의 동력을 감속하여 상기 모터입력축으로 전달하는 유성기어장치가 구비될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 파워트레인은,

모터가 직결된 모터입력축을 구비하고, 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제1변속모듈;

상기 모터입력축에 동심축을 이루며 메인클러치를 통해 엔진과 연결되는 엔진입력축을 구비하고, 상기 일련의 변속단들 중 나머지 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제2변속모듈;

상기 모터입력축과 상기 엔진입력축을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;

상기 제1변속모듈이 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해, 상기 제1변속모듈의 변속단들 중 기어비가 작은 변속단보다 더 작은 기어비를 형성하는 상태를 구현할 수 있도록 구비된 연속가변장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 연속가변장치는 상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 마찰력이 연속적으로 제어되도록 구성될 수 있다.

상기 제1변속모듈은

상기 모터입력축에 평행하게 설치된 제1출력축과;

1단을 구현하기 위해 상기 모터입력축에 설치된 1단구동기어와 상기 제1출력축에 설치된 1단피동기어;

2단을 구현하기 위해 상기 모터입력축에 설치된 2단구동기어와 상기 제1출력축에 설치된 2단피동기어;

상기 1단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 도그클러치가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈;

을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 연속가변장치는

상기 모터입력축에 회전가능하게 설치된 제1연결기어;

상기 제1출력축에 회전이 구속되게 설치된 제2연결기어;

상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 구동되어, 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해 상기 제1연결기어와 상기 모터입력축 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치;

를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 모터를 사용하여 AMT의 장점을 살리면서, AMT의 단점인 토크인터럽션을 해결하여 변속감을 향상시키고, 종래에 엔진과 변속기 사이에 모터가 위치하는 방식의 하이브리드 파워트레인에서 요구되는 모터와 엔진 사이의 클러치를 배제할 수 있어서, 변속기의 전장 축소로 차량 탑재성을 향상시킴은 물론 중량과 원가의 저감이 가능하며, 차량의 연비 향상에 더욱 기여할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인의 구성을 도시한 도면,
도 2 내지 도 4는 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 5와 도 6은 도 1의 파워트레인이 2단에서 3단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 7과 도 8은 도 1의 파워트레인이 3단에서 4단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 9와 도 10은 도 1의 파워트레인이 4단에서 5단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 11과 도 12는 도 1의 파워트레인이 5단에서 6단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 13과 도 14는 도 1의 파워트레인이 3단에서 2단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 15 내지 도 17은 도 1의 파워트레인이 2단에서 1단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 18과 도 19는 도 1의 파워트레인이 전기차 모드에서 1단에서 2단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 20과 도 21은 도 1의 파워트레인이 전기차 모드에서 2단에서 1단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면,
도 22는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면,
도 23은 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 엔진(E)과 메인클러치(MC)를 통해 연결되는 엔진입력축(EI); 상기 엔진입력축(EI)과 동심축을 이루어 배치되며 모터(M)가 연결된 모터입력축(MI); 상기 엔진입력축(EI)과 모터입력축(MI)을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로(CS); 상기 엔진입력축(EI)에 평행하게 배치된 제1출력축(OUT1) 및 제2출력축(OUT2); 상기 모터입력축(MI)과 제1출력축(OUT1) 사이, 상기 엔진입력축(EI)과 제1출력축(OUT1) 사이, 및 상기 엔진입력축(EI)과 제2출력축(OUT2) 사이에 서로 다른 기어비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍; 상기 모터입력축(MI)과 제1출력축(OUT1) 사이에 설치된 외접기어쌍들 중의 어느 하나를 구성하도록 상기 모터입력축(MI)에 회전 가능하게 설치된 제1연결기어(CG1)와 상기 센터싱크로(CS) 사이에 설치되고, 상기 센터싱크로(CS)의 슬리브에 의해 구동되어, 상기 제1연결기어(CG1)와 상기 모터입력축(MI) 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치(CC)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 실시예는 도면 상 우측의 제1변속모듈(MD1)과 좌측의 제2변속모듈(MD2)이 중앙의 센터싱크로(CS)에 의해서 서로 연결될 수 있는 구성으로서, 상기 제1출력축(OUT1)은 상기 제1변속모듈(MD1) 및 제2변속모듈(MD2) 모두에 공통적으로 사용되어 제1출력기어(OG1)를 통해 동력을 디퍼렌셜(DF)로 출력할 수 있도록 설치되어 있으며, 상기 제2출력축(OUT2)은 상기 제2변속모듈(MD2)에서 전달되는 동력을 제2출력기어(OG2)를 통해 상기 디퍼렌셜(DF)로 출력할 수 있도록 설치된 것이다.

상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 제1연결기어(CG1)에 치합되는 제2연결기어(CG2)가 구비된다.

따라서, 상기 모터입력축(MI)과 제1출력축(OUT1)에 설치된 상기 외접기어쌍들은, 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P); 2단을 구현하기 위한 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P); 및 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)로 이루어진다.

상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)가 형성하는 기어비는 상기 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)가 형성하는 2단기어비 보다 약간 작게 형성된다. 예컨대 2단기어비 보다 0.01 내지 0.05의 범위 정도로 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 1단피동기어(1P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어(2P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 도그클러치(DC)가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈(CLM1)이 구비된다.

상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)가 형성하는 기어비를 상기 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)가 형성하는 2단기어비 보다 약간 작게 형성하면, 2단 구동상태에서 토크인터럽션 없이 다른 변속단으로의 변속을 위해 상기 콘클러치(CC)를 체결하면서 상기 도그클러치(DC)를 해제할 때, 충격이나 과도한 조작력을 요구하지 않고 원활하게 상기 도그클러치(DC)의 해제가 이루어진다.

이는, 상기 콘클러치(CC)를 체결하면, 상기와 같은 기어비 차이에 의해, 상기 모터입력축(MI)으로부터 제1출력축(OUT1)으로 토크를 상기 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)를 통해 전달하던 상태로부터, 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)를 통해 전달하는 상태로 전환될 수 있어서, 이때 상기 2단피동기어(2P)로부터 도그클러치(DC)를 해제하면 용이하게 도그클러치(DC)의 해제가 이루어지는 것이다.

또한, 상기 제1클러치모듈(CLM1)에서 상기 2단피동기어(2P)를 제1출력축(OUT1)에 단속시키기 위한 장치로 도그클러치(DC)를 사용하는 이유는, 상기와 같이 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)의 기어비와 2단 기어비 사이의 기어비 차이가 있으면, 상기 콘클러치(CC)를 체결하여 토크인터럽션을 제거하면서 다른 변속단으로부터 2단으로의 변속 시, 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 슬리브와 상기 2단피동기어(2P) 사이에는 상기 기어비 차이에 의해 약간의 상대속도가 발생하는데, 동기장치를 구성하는 싱크로나이저링의 용량으로는 이 상대속도를 극복하고 동기시키기 어렵고 오히려 상기 상대속도에 의해 슬리브와 2단피동기어(2P)의 클러치기어 사이의 치합이 불가능하게 하기 때문이다.

따라서, 상기 기어비 차이는 상술한 바와 같이 매우 작은 범위에서만 차이가 발생하도록 하여, 상기 콘클러치(CC)가 체결된 상태에서는 약간의 상대속도는 발생하지만 거의 동기가 되도록 하여, 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 슬리브를 2단피동기어(2P)의 클러치기어에 그대로 치합시킬 수 있도록 하는 것이 바람직한 것이다.

참고로, 여기서 "동기장치"란 허브에 대해 축방향으로 슬라이딩하는 슬리브가 변속단을 형성하기 위한 변속단기어에 일체로 연결된 클러치기어에 치합되려고 할 때, 먼저 슬리브와 클러치기어의 속도를 동기시키도록 상기 허브와 클러치기어 사이에 설치되는 싱크로나이저링을 포함한 장치를 말하고, "도그클러치"는 상기와 같은 동기장치의 구성에서 상기 동기작용을 하는 싱크로나이저링이 배제된 장치를 말하며, 이들의 구성은 공지기술이다.

본 실시예에서, 상기 엔진입력축(EI)에는 상기 외접기어쌍들 중 2개씩의 외접기어쌍 구현에 공통적으로 사용되는 제1공통기어(CMG1)와 제2공통기어(CMG2)가 회전이 구속된 상태로 구비되고, 상기 제1공통기어(CMG1)에는 상기 센터싱크로(CS)의 슬리브에 치합되는 클러치기어가 일체로 구비된다.

따라서, 상기 센터싱크로(CS)가 슬리브를 상기 제1공통기어(CMG1)의 클러치기어에 치합시키면, 상기 모터입력축(MI)과 엔진입력축(EI)이 하나로 연결되는 것이다.

상기 제1공통기어(CMG1)는 상기 제1출력축(OUT1)의 6단피동기어(6P)와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축(OUT2)의 4단피동기어(4P)와 치합되어 외접기어쌍을 이룬다.

또한, 상기 제2공통기어(CMG2)는 상기 제1출력축(OUT1)의 5단피동기어(5P)와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축(OUT2)의 3단피동기어(3P)와 치합되어 외접기어쌍을 이룬다.

따라서, 상대적으로 적은 수의 기어를 사용하여 변속에 필요한 외접기어쌍들을 구성할 수 있다.

상기 제1출력축(OUT1)의 5단피동기어(5P)와 6단피동기어(6P) 사이에는 상기 5단피동기어(5P)를 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 6단피동기어(6P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제2클러치모듈(CLM2)이 구비된다.

따라서, 상기 제2클러치모듈(CLM2)의 슬리브를 이동시켜서 5단 또는 6단을 구현할 수 있다.

상기 제2출력축(OUT2)의 3단피동기어(3P)와 4단피동기어(4P) 사이에는 상기 3단피동기어(3P)를 제2출력축(OUT2)에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 4단피동기어(4P)를 상기 제2출력축(OUT2)에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제3클러치모듈(CLM3)이 구비된다.

따라서, 상기 제3클러치모듈(CLM3)의 슬리브를 이동시켜서 3단 또는 4단을 구현할 수 있다.

한편, 상기 모터입력축(MI)과 제1출력축(OUT1) 사이에 설치된 외접기어쌍들은 구현하고자 하는 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 기어비를 구현하기 위한 것들이다.

즉, 상기 모터입력축(MI)과 제1출력축(OUT1) 사이에 설치된 외접기어쌍들은 1단 기어비와 2단 기어비를 구현하기 위한 것들인 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같이 표현할 수도 있을 것이다.

즉, 본 발명 하이브리드 파워트레인은, 모터(M)가 직결된 모터입력축(MI)을 구비하고, 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제1변속모듈(MD1); 상기 모터입력축(MI)에 동심축을 이루며 메인클러치(MC)를 통해 엔진(E)과 연결되는 엔진입력축(EI)을 구비하고, 상기 일련의 변속단들 중 나머지 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제2변속모듈(MD2); 상기 모터입력축(MI)과 상기 엔진입력축(EI)을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로(CS); 상기 제1변속모듈(MD1)이 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해, 상기 제1변속모듈(MD1)의 변속단들 중 기어비가 작은 변속단보다 더 작은 기어비를 형성하는 상태를 구현할 수 있도록 구비된 연속가변장치를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 연속가변장치(CHD)는 상기 센터싱크로(CS)의 슬리브에 의해 마찰력이 연속적으로 제어되도록 구성된다.

한편, 상기 제1변속모듈(MD1)은 상기 모터입력축(MI)에 평행하게 설치된 제1출력축(OUT1)과; 1단을 구현하기 위해 상기 모터입력축(MI)에 설치된 1단구동기어(1D)와 상기 제1출력축(OUT1)에 설치된 1단피동기어(1P); 2단을 구현하기 위해 상기 모터입력축(MI)에 설치된 2단구동기어(2D)와 상기 제1출력축(OUT1)에 설치된 2단피동기어(2P); 상기 1단피동기어(1P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어(2P)를 상기 제1출력축(OUT1)에 단속시킬 수 있는 도그클러치(DC)가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈(CLM1)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 연속가변장치(CHD)는 상기 모터입력축(MI)에 회전가능하게 설치된 제1연결기어(CG1); 상기 제1출력축(OUT1)에 회전이 구속되게 설치된 제2연결기어(CG2); 상기 센터싱크로(CS)의 슬리브에 의해 구동되어, 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해 상기 제1연결기어(CG1)와 상기 모터입력축(MI) 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치(CC)를 포함하여 구성된다.

한편, 도 22는 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인의 제2실시예를 도시한 것으로서, 다른 구성은 도 1과 동일하고 상기 모터(M)가 상기 모터입력축(MI)의 2단구동기어(2D)에 치합된 감속구동기어(RD)를 통해 상기 모터입력축(MI)으로 동력을 전달하도록 설치된 구성이다.

물론, 상기 감속구동기어(RD)는 1단구동기어(1D)에 치합되도록 배치할 수도 있을 것이다.

도 23은 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인의 제3실시예를 도시한 것으로서, 다른 구성은 도 1과 동일하고, 상기 모터(M)와 모터입력축(MI) 사이에는 모터(M)의 동력을 감속하여 상기 모터입력축(MI)으로 전달하는 유성기어장치(PG)가 구비된 구성이다.

상기 제2실시예와 제3실시예 모두 모터(M)의 동력을 감속하여 상기 모터입력축(MI)으로 제공함으로써, 상대적으로 모터(M)의 용량을 축소하는 것이 가능하다.

도 2 내지 도 4는 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 것으로서, 이 과정들을 살펴본다.

참고로, 동력이 작용하는 부분을 굵은 선으로 표시하고 있다.

A는 엔진의 동력이 엔진입력축(EI)은 물론 센터싱크로(CS)를 통해 모터입력축(MI)을 함께 구동하고 있으며, 상기 제1클러치유닛의 동기장치가 1단을 형성하고 있어서, 상기 모터입력축(MI)의 동력은 상기 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P)를 통해 제1출력축(OUT1)으로 전달되어 제1출력기어(OG1)를 통해 디퍼렌셜(DF)로 인출되는 상태이다.

B는 A상태로부터 2단으로의 변속지령 발생 시, 모터(M)를 함께 구동하는 상태이다.

C는 모터(M)에 의해 1단 주행을 계속하면서 메인클러치(MC)를 해제하고, 상기 콘클러치(CC)를 체결하는 상태를 나타낸다. 상기 센터싱크로(CS)의 슬리브가 상기 콘클러치(CC)를 작동시키므로 당연히 상기 센터싱크로(CS)는 해제되어 상기 엔진입력축(EI)과 모터입력축(MI)은 분리된다.

D는 제1클러치유닛의 동기장치가 1단을 해제한 상태로서, 동력은 상기 콘클러치(CC)와 제1연결기어(CG1) 및 제2연결기어(CG2)를 통해 제1출력축(OUT1)으로 계속해서 전달되면서 토크인터럽션을 방지한다.

E는 상기 제1클러치유닛의 도그클러치(DC)를 체결하는 것으로서, 상술한 바와 같이, 상기 콘클러치(CC)에 의해 동력이 전달되고 있는 D 상태에서 상기 2단피동기어(2P)와 제1클러치유닛의 슬리브 사이에는 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)의 기어비와 2단기어비 사이의 기어비 차이에 의한 약간의 상대속도가 발생하므로, 싱크로나이저링이 없는 도그클러치(DC)를 사용하여 상기 제1클러치유닛의 슬리브를 2단피동기어(2P)의 클러치기어에 치합하도록 하는 것이다.

F는 상기 콘클러치(CC)를 해제하고 모터(M)에 의해 2속 주행이 이루어지는 상태이다.

G는 상기 센터싱크로(CS)를 체결하여 엔진입력축(EI)과 모터입력축(MI)을 연결한 후 상기 메인클러치(MC)를 체결하여, 상기 제1출력축(OUT1)에 엔진의 동력과 모터(M)의 동력이 모두 전달되어 2속 주행이 이루어지는 상태이다.

H는 G상태에서 모터(M)가 동력을 발생시키지 않도록 하여 엔진에 의한 2속 주행이 이루어지는 상태이다.

도 5와 도 6은 도 1의 파워트레인이 2단에서 3단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면들로서, 이 과정들을 살펴본다.

A는 엔진에 의해 2속 주행이 이루어지고 있는 상태로서, 이 상태에서 3속으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 모터(M)를 함께 구동하면서 2속 주행상태를 형성한다.

C는 상기 메인클러치(MC) 및 센터싱크로(CS)를 해제하여 엔진입력축(EI)을 모터입력축(MI)과 분리한 상태로서, 차량의 모터(M)에 의해 여전히 2속 주행상태를 형성한다.

D는 상기 제3클러치모듈(CLM3)의 동기장치로 제3피동기어를 제2출력축(OUT2)에 연결시키고, 상기 메인클러치(MC)를 결합하여 엔진에 의한 3속 주행이 이루어지고 있고, 모터(M)의 동력도 디퍼렌셜(DF)로 전달되고 있는 상황이다.

E는 상기 D의 상태에서 상기 모터(M)의 동력을 해제하여 엔진만에 의한 3속 주행상태가 형성된 것이다.

이상과 같이 2단에서 3단으로의 변속 시에도 토크인터럽션은 발생하지 않는다.

도 7과 도 8은 도 1의 파워트레인이 3단에서 4단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면으로서, 이하에서 살펴본다.

A 상태는 엔진만의 동력으로 3속 주행 중인 상태로서, 4단으로의 변속 지령이 발생하면, B와 같이 모터(M)를 구동하여 모터(M)에 의한 동력도 디퍼렌셜(DF)로 전달되도록 한다.

C는 메인클러치(MC)를 해제하여 모터(M)만에 의해 3속 주행이 이루어지고 있는 상태이다.

D는 상기 제3클러치모듈(CLM3)의 동기장치로 제4피동기어를 제2출력축(OUT2)에 연결시키고, 상기 메인클러치(MC)를 결합하여 엔진에 의한 4속 주행이 이루어지고 있고, 모터(M)의 동력도 디퍼렌셜(DF)로 전달되고 있는 상황이다.

E는 상기 D의 상태에서 상기 모터(M)의 동력을 해제하여 엔진만에 의한 4속 주행상태가 형성된 것이다.

이와 같이 본 변속 과정에서도 토크인터럽션은 발생하지 않으며, 이는 상기 모터(M)가 상기 제2구동기어와 제2피동기어를 통해 동력을 전달하고 있는 동안, 상기 메인클러치(MC)를 해제하고 상기 제3클러치모듈(CLM3)로 3단피동기어(3P) 대신 4단피동기어(4P)를 상기 제2출력축(OUT2)에 연결시키도록 전환할 수 있기 때문이다.

물론, 이때 모터(M)의 속도는 각 변속단 속도에 맞게 조절하는 것이다.

도 9와 도 10은 도 1의 파워트레인이 4단에서 5단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면으로서, 제3클러치모듈(CLM3)의 동기장치로 4단을 해제하고 상기 제2클러치모듈(CLM2)의 동기장치로 5단을 체결하는 것만 다르고, 나머지는 상기 3단에서 4단으로의 변속과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 11과 도 12는 도 1의 파워트레인이 5단에서 6단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면으로서, 상기 제2클러치모듈(CLM2)의 동기장치로 5단을 해제하고 6단을 체결하는 것만 다르고, 나머지는 상기 3단에서 4단으로의 변속과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 13과 도 14는 도 1의 파워트레인이 3단에서 2단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면이다. 이를 살펴본다.

A는 엔진에 의한 3속 주행상태로서, 2속으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 모터(M)를 구동하여 모터(M)에 의해서도 제1출력축(OUT1)으로 3속 동력이 제공되도록 한다.

C는 메인클러치(MC)를 해제하고, 상기 제3클러치모듈(CLM3)의 동기장치를 중립으로 해제하여, 차량은 모터(M)만에 의해 구동되는 상태로 모터(M)의 속도 조절로 2속 상태로 주행하게 된다.

D는 센터싱크로(CS)를 체결한 후 메인클러치(MC)를 결합하여 엔진의 동력도 함께 제1출력축(OUT1)을 통해 디퍼렌셜(DF)로 전달되도록 하는 상태이다.

E는 모터(M)의 동력을 해제하여 엔진만에 의한 2속 주행상태가 구현된 상태이다.

상술한 바와 같이 이 변속 과정에서도 토크인터럽션은 발생하지 않는다.

도 15 내지 도 17은 도 1의 파워트레인이 2단에서 1단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면이다. 이를 살펴본다.

A는 엔진에 의한 2속 주행 상태로서, 1속으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 모터(M)를 구동하여 엔진과 모터(M)가 함께 1속을 구현하는 상태가 되도록 한다.

C는 메인클러치(MC)를 해제하고 센터싱크로(CS)를 해제한 후 상기 콘클러치(CC)를 마찰시키는 상태이다. 상술한 바와 같이 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)의 기어비가 상기 2단 기어비 보다 약간 작게 구성되어 있어서, 상기 콘클러치(CC)를 결합하면, 상기 모터(M)의 동력은 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)를 통해 제1출력축(OUT1)으로 전달되던 상태로부터 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)를 통해 전달되는 상태가 되므로, 상기 2단피동기어(2P)로부터 상기 도그클러치(DC)를 용이하게 해제할 수 있다.

D는 이와 같이 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 도그클러치(DC)가 해제된 상태이다.

만약에, 상기 제1연결기어(CG1)와 제2연결기어(CG2)의 기어비가 2단기어비와 동일하거나 그 보다 크게 설정되어 있었다면, 상기와 같은 콘클러치(CC)의 체결 시에도 여전히 2단피동기어(2P)를 통해 동력이 전달되고 있는 상태가 유지되므로, 도그클러치(DC)의 해제가 용이하지 않고 해제된다고 하더라도 충격이나 소음이 발생하게 된다.

E는 모터(M)의 속도를 1속으로 조절하여 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 동기장치로 1단피동기어(1P)를 제1출력축(OUT1)에 연결한 상태이다.

F는 상기 콘클러치(CC)를 해제하고 센터싱크로(CS)를 체결한 후 메인클러치(MC)를 체결하여 엔진의 동력이 상기 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P)를 통해 제1출력축(OUT1)으로 함께 공급되는 상태이다.

G는 모터(M)의 동력을 해제하여 엔진만에 의해 1속 구동상태를 형성한 것으로서, 역시 토크인터럽션 없이 변속이 완료된 것이다.

도 18과 도 19는 도 1의 파워트레인이 전기차 모드에서 1단에서 2단으로 파워온 업쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면이다. 이를 살펴본다.

A와 같은 모터(M)만에 의한 전기차 모드 1단 주행상태에서 2단으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 콘클러치(CC)의 마찰력을 발생시키면서, C와 같이 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 동기장치를 해제하여 1단피동기어(1P)와 제1출력축(OUT1)의 연결상태를 해제한다.

D는 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 슬리브를 이동시켜서 도그클러치(DC)를 체결함으로써, 2단피동기어(2P)를 제1출력축(OUT1)과 연결시킨 상태이다.

E는 상기 콘클러치(CC)를 해제하여 2단구동기어(2D)와 2단피동기어(2P)만에 의해 모터(M)의 동력이 제1출력축(OUT1)으로 전달되어 전기차 모드 2속 주행이 이루어지는 상태이다.

이 변속과정 역시 토크인터럽션이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

도 20과 도 21은 도 1의 파워트레인이 전기차 모드에서 2단에서 1단으로 파워온 다운쉬프트를 수행하는 것을 차례로 설명한 도면이다. 이를 살펴본다.

A와 같은 모터(M)만에 의한 전기차 모드 2단 주행상태에서, 1단으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 콘클러치(CC)의 마찰력을 발생시키고, C와 같이 도그클러치(DC)를 해제한다.

D는 모터(M)의 속도를 1속으로 조절한 후 상기 제1클러치모듈(CLM1)의 동기장치를 체결하여 상기 1단피동기어(1P)를 상기 제1출력축(OUT1)과 연결시킨 상태이다.

E는 상기 콘클러치(CC)를 해제하여, 모터(M)의 동력이 상기 1단구동기어(1D)와 1단피동기어(1P)만을 통해 제1출력축(OUT1)으로 전달되면서 1속을 형성하는 상태를 도시한 것으로서, 역시 토크인터럽션이 없이 변속이 완료됨을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 모터(M)를 사용하여 AMT의 원가, 재료비, 연비 등과 같은 장점을 살리면서, AMT의 단점인 토크인터럽션을 해결하여 변속감을 향상시키고, 종래에 엔진과 변속기 사이에 모터(M)가 위치하는 방식의 하이브리드 파워트레인에서 요구되는 모터(M)와 엔진 사이의 클러치를 배제할 수 있어서, 변속기의 전장 축소로 차량 탑재성을 향상시킴은 물론 중량과 원가의 저감이 가능하다.

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
MC; 메인클러치
EI; 엔진입력축
M; 모터
MI; 모터입력축
CS; 센터싱크로
OUT1; 제1출력축
OUT2; 제2출력축
CG1; 제1연결기어
CC; 콘클러치
MD1; 제1변속모듈
MD2; 제2변속모듈
OG1; 제1출력기어
DF; 디퍼렌셜
OG2; 제2출력기어
CG2; 제2연결기어
1D; 1단구동기어
1P; 1단피동기어
2D; 2단구동기어
2P; 2단피동기어
DC; 도그클러치
CLM1; 제1클러치모듈
CMG1; 제1공통기어
CMG2; 제2공통기어
6P; 6단피동기어
4P; 4단피동기어
5P; 5단피동기어
3P; 3단피동기어
CLM2; 제2클러치모듈
CLM3; 제3클러치모듈
CHD; 연속가변장치
RD; 감속구동기어
PG; 유성기어장치

Claims (15)

1. 엔진과 메인클러치를 통해 연결되는 엔진입력축;
   상기 엔진입력축과 동심축을 이루어 배치되며 모터가 연결된 모터입력축;
   상기 엔진입력축과 모터입력축을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;
   상기 엔진입력축에 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축;
   상기 모터입력축과 제1출력축 사이, 상기 엔진입력축과 제1출력축 사이, 및 상기 엔진입력축과 제2출력축 사이에 서로 다른 기어비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍;
   상기 모터입력축과 제1출력축 사이에 설치된 외접기어쌍들 중의 어느 하나를 구성하도록 상기 모터입력축에 회전 가능하게 설치된 제1연결기어와 상기 센터싱크로 사이에 설치되고, 상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 구동되어, 상기 제1연결기어와 상기 모터입력축 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터입력축과 제1출력축에 설치된 상기 외접기어쌍들은, 일련의 변속단들 중 1단을 구현하기 위한 1단구동기어와 1단피동기어, 및 2단을 구현하기 위한 2단구동기어와 2단피동기어를 포함하고;
   상기 제1출력축에는 상기 제1연결기어에 치합되는 제2연결기어가 구비되며;
   상기 제1연결기어와 제2연결기어가 형성하는 기어비는 상기 2단구동기어와 2단피동기어가 형성하는 2단기어비 보다 작게 형성된 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1출력축에는 상기 1단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 도그클러치가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈이 구비된 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 엔진입력축에는 상기 외접기어쌍들 중 2개씩의 외접기어쌍 구현에 공통적으로 사용되는 제1공통기어와 제2공통기어가 회전이 구속된 상태로 구비되고;
   상기 제1공통기어에는 상기 센터싱크로의 슬리브에 치합되는 클러치기어가 일체로 구비된 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1공통기어는 상기 제1출력축의 6단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축의 4단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이루는 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2공통기어는 상기 제1출력축의 5단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이룸과 동시에 상기 제2출력축의 3단피동기어와 치합되어 외접기어쌍을 이루는 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1출력축의 5단피동기어와 6단피동기어 사이에는 상기 5단피동기어를 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 6단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제2클러치모듈이 구비된 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제2출력축의 3단피동기어와 4단피동기어 사이에는 상기 3단피동기어를 제2출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와 상기 4단피동기어를 상기 제2출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치가 양쪽에 각각 구비된 제3클러치모듈이 구비된 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터입력축과 제1출력축 사이에 설치된 외접기어쌍들은 구현하고자 하는 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 기어비를 구현하기 위한 것들인 것
   을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터는 상기 모터입력축의 1단구동기어 또는 2단구동기어에 치합된 감속구동기어를 통해 상기 모터입력축으로 동력을 전달하도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터와 모터입력축 사이에는 모터의 동력을 감속하여 상기 모터입력축으로 전달하는 유성기어장치가 구비된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
12. 모터가 직결된 모터입력축을 구비하고, 일련의 변속단들 중 차례로 기어비가 가장 큰 2개의 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제1변속모듈;
    상기 모터입력축에 동심축을 이루며 메인클러치를 통해 엔진과 연결되는 엔진입력축을 구비하고, 상기 일련의 변속단들 중 나머지 변속단을 형성할 수 있도록 구비된 제2변속모듈;
    상기 모터입력축과 상기 엔진입력축을 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;
    상기 제1변속모듈이 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해, 상기 제1변속모듈의 변속단들 중 기어비가 작은 변속단보다 더 작은 기어비를 형성하는 상태를 구현할 수 있도록 구비된 연속가변장치;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 연속가변장치는 상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 마찰력이 연속적으로 제어되도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1변속모듈은
    상기 모터입력축에 평행하게 설치된 제1출력축과;
    1단을 구현하기 위해 상기 모터입력축에 설치된 1단구동기어와 상기 제1출력축에 설치된 1단피동기어;
    2단을 구현하기 위해 상기 모터입력축에 설치된 2단구동기어와 상기 제1출력축에 설치된 2단피동기어;
    상기 1단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 동기장치와, 상기 2단피동기어를 상기 제1출력축에 단속시킬 수 있는 도그클러치가 양쪽에 각각 구비된 제1클러치모듈;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 연속가변장치는
    상기 모터입력축에 회전가능하게 설치된 제1연결기어;
    상기 제1출력축에 회전이 구속되게 설치된 제2연결기어;
    상기 센터싱크로의 슬리브에 의해 구동되어, 연속적으로 제어되는 마찰력에 의해 상기 제1연결기어와 상기 모터입력축 사이에 전달되는 토크의 연속적인 변화를 구현하도록 구비된 콘클러치;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 파워트레인.

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