KR20210116724A - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

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KR20210116724A
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output shaft
clutch
motor
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KR1020200030637A
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박종윤
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진과 제1클러치를 통해 연결되는 제1입력축; 상기 엔진과 제2클러치를 통해 연결되고 상기 제1입력축에 동심축으로 배치된 제2입력축; 상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되며 모터가 연결된 모터입력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축에 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축; 상기 모터입력축의 회전 속도를 그대로 또는 증속하여 상기 제1출력축으로 전달할 수 있도록 상기 모터입력축에 구비된 가변구동기어; 상기 모터입력축으로부터 가변구동기어를 향한 일방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치; 상기 제1입력축과 모터입력축 사이를 단속하고, 상기 가변구동기어와 모터입력축 사이를 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로; 상기 제1입력축과 제1출력축 사이, 제1입력축과 제2출력축 사이, 제2입력축과 제1출력축 사이, 및 제2입력축과 제2출력축 사이에 서로 다른 변속비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍을 포함하여 구성된다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 적용될 수 있는 하이브리드 파워트레인의 레이아웃에 관한 기술이다.
TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 파워트레인은 모터가 엔진측이 아니라 변속기측에 장착된 것을 의미한다.
종래 상기한 바와 같은 TMED 하이브리드 파워트레인 중에서, 엔진과 모터를 엔진클러치를 사용하여 연결하는 방식을 많이 사용하고 있는데, 이러한 파워트레인에서는 상기 엔진클러치 자체를 구비함에 따른 비용이 소요되고, 엔진클러치 결합 시 엔진과 모터의 속도가 동일하게 제한되며, 변속맵이 엔진의 최적 운전점에 따라 설정되므로, 모터의 입장에서는 주 작동 영역이 상대적으로 저속 영역으로 편중되어 모터의 성능을 충분히 발휘하기 어렵고, 모터가 변속기의 입력측에 위치하므로 회생제동 시, 구동륜으로부터 모터까지의 동력 전달 경로가 복잡하여 회생제동 효율이 떨어지는 경향이 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 1015736350000 B1
본 발명은 엔진과 모터 사이를 단속하기 위한 엔진클러치를 배제하여 원가 및 중량이 저감될 수 있고, 모터가 엔진에 대하여 독립적으로 제어될 수 있도록 하여 엔진은 물론 모터의 최적 운전이 가능하도록 하며, 회생제동 시, 모터와 구동륜 사이의 동력 전달 경로를 비교적 짧게 구성할 수 있게 함으로써, EV모드 및 회생제동 시에 효율을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은,
엔진과 제1클러치를 통해 연결되는 제1입력축;
상기 엔진과 제2클러치를 통해 연결되고 상기 제1입력축에 동심축으로 배치된 제2입력축;
상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되며 모터가 연결된 모터입력축;
상기 제1입력축 및 제2입력축에 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축;
상기 모터입력축의 회전 속도를 그대로 또는 증속하여 상기 제1출력축으로 전달할 수 있도록 상기 모터입력축에 구비된 가변구동기어;
상기 모터입력축으로부터 가변구동기어를 향한 일방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치;
상기 제1입력축과 모터입력축 사이를 단속하고, 상기 가변구동기어와 모터입력축 사이를 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;
상기 제1입력축과 제1출력축 사이, 제1입력축과 제2출력축 사이, 제2입력축과 제1출력축 사이, 및 제2입력축과 제2출력축 사이에 서로 다른 변속비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍;
을 포함하여 구성되고,
상기 다수의 외접기어쌍들이 형성하는 다수의 변속비와 상기 가변구동기어가 상기 제1출력축으로 동력을 전달하는 2개의 변속비는, 차량의 구동에 사용되는 일련의 변속비를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 센터싱크로는
상기 모터입력축에 회전이 구속되어 설치된 센터허브와;
상기 센터허브 상에서 축방향을 따라 양쪽으로 슬라이딩 가능하도록 설치된 센터슬리브;
를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가변구동기어는
상기 센터싱크로의 센터슬리브와 치합될 수 있는 클러치기어가 일체로 구비되고;
제1회전요소가 브레이크에 의해 고정 가능하게 구비되고, 제2회전요소가 상기 모터입력축에 연결된 유성기어장치의 제3회전요소에 일체로 연결될 수 있다.
상기 센터싱크로는
상기 센터허브의 일측에 상기 센터슬리브와 싱크로나이저링에 의한 동기작용을 통해 상기 제1입력축과 연결될 수 있는 동기장치를 구성하고;
상기 센터허브의 타측에 상기 센터슬리브와 상기 가변구동기어의 클러치기어에 의해 도그클러치를 구성할 수 있다.
상기 제1입력축과 제1출력축 사이의 외접기어쌍은 4단 변속비를 구현하도록 설치되고;
상기 제1입력축과 제2출력축 사이의 외접기어쌍은 6단 변속비를 구현하도록 설치되며;
상기 제2입력축과 제1출력축 사이의 외접기어쌍은 5단 변속비를 구현하도록 설치되고;
상기 제2입력축과 제2출력축 사이의 외접기어쌍은 3단 변속비를 구현하도록 설치되며;
상기 가변구동기어는 1단 변속비와 2단 변속비로 상기 제1출력축으로 동력을 전달할 수 있도록 설치될 수 있다.
상기 제1입력축에는 4단 변속비와 6단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제1구동기어가 설치되고;
상기 제2입력축에는 3단 변속비와 5단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제2구동기어가 설치되며;
상기 제1출력축에는 상기 제1구동기어에 치합된 4단피동기어와, 상기 제2구동기어에 치합된 5단피동기어가 설치되며;
상기 제2출력축에는 상기 제1구동기어에 치합된 6단피동기어와, 상기 제2구동기어에 치합된 3단피동기어가 설치될 수 있다.
상기 제1구동기어는 상기 제1입력축에 회전이 구속되어 설치되고;
상기 제2구동기어는 상기 제2입력축에 회전이 구속되어 설치되며;
상기 제1출력축에는 상기 4단피동기어와 5단피동기어를 선택적으로 상기 제1출력축에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 4&5동기장치가 구비되며;
상기 제2출력축에는 상기 3단피동기어와 6단피동기어를 선택적으로 상기 제2출력축에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 3&6동기장치가 구비될 수 있다.
상기 제1구동기어에는 상기 센터싱크로의 센터슬리브에 치합되는 클러치기어가 일체로 구비될 수 있다.
상기 제1출력축에는 제1출력기어가 구비되고;
상기 제2출력축에는 제2출력기어가 구비되며;
상기 제1출력기어와 제2출력기어는 디퍼렌셜의 링기어에 공통적으로 치합될 수 있다.
상기 제1클러치와 제2클러치는 하나의 클러치하우징에 형성된 듀얼클러치로 구성되고;
상기 제2입력축은 상기 제1입력축을 감싸는 중공축으로 형성될 수 있다.
본 발명은 엔진과 모터 사이를 단속하기 위한 엔진클러치를 배제하여 원가 및 중량이 저감될 수 있고, 모터가 엔진에 대하여 독립적으로 제어될 수 있도록 하여 엔진은 물론 모터의 최적 운전이 가능하도록 하며, 회생제동 시, 모터와 구동륜 사이의 동력 전달 경로를 비교적 짧게 구성할 수 있게 함으로써, EV모드 및 회생제동 시에 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 1단에서 2단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인이 2단에서 3단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 3단에서 4단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 4단에서 5단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 6은 도 1의 파워트레인이 5단에서 6단으로 변속하는 과정을 설명한 도면,
도 7은 도 1의 파워트레인이 원웨이클러치에 의해 EV 1단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 8은 도 1의 파워트레인이 도그클러치에 의해 EV 1단을 구현하는 상태를 설명한 도면,
도 9는 도 1의 파워트레인이 EV 2단을 구현하는 상태를 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 엔진(E)과 제1클러치(CL1)를 통해 연결되는 제1입력축(IN1); 상기 엔진(E)과 제2클러치(CL2)를 통해 연결되고 상기 제1입력축(IN1)에 동심축으로 배치된 제2입력축(IN2); 상기 제1입력축(IN1)과 동심축을 이루어 배치되며 모터(M)가 연결된 모터입력축(MI); 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 평행하게 배치된 제1출력축(OUT1) 및 제2출력축(OUT2); 상기 모터입력축(MI)의 회전 속도를 그대로 또는 증속하여 상기 제1출력축(OUT1)으로 전달할 수 있도록 상기 모터입력축(MI)에 구비된 가변구동기어(VD); 상기 모터입력축(MI)으로부터 가변구동기어(VD)를 향한 일방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치(OWC); 상기 제1입력축(IN1)과 모터입력축(MI) 사이를 단속하고, 상기 가변구동기어(VD)와 모터입력축(MI) 사이를 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로(CS); 상기 제1입력축(IN1)과 제1출력축(OUT1) 사이, 제1입력축(IN1)과 제2출력축(OUT2) 사이, 제2입력축(IN2)과 제1출력축(OUT1) 사이, 및 제2입력축(IN2)과 제2출력축(OUT2) 사이에 서로 다른 변속비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍을 포함하여 구성된다.
상기 다수의 외접기어쌍들이 형성하는 다수의 변속비와 상기 가변구동기어(VD)가 상기 제1출력축(OUT1)으로 동력을 전달하는 2개의 변속비는, 차량의 구동에 사용되는 일련의 변속비를 구성한다.
즉, 본 실시예에서 상기 다수의 외접기어쌍들은 3단 내지 6단의 변속비를 형성하도록 구비되고, 상기 가변구동기어(VD)는 상기 모터입력축(MI)의 회전을 그대로 전달할 때는 1단 변속비를 형성하고, 증속하여 전달할 때는 2단의 변속비를 형성하도록 구비되어, 차량이 1단 내지 6단의 일련의 변속비를 구현할 수 있도록 구성된 것이다.
상기 제1클러치(CL1)와 제2클러치(CL2)는 하나의 클러치하우징에 형성된 듀얼클러치(DCL)로 구성되고, 상기 제2입력축(IN2)은 상기 제1입력축(IN1)을 감싸는 중공축으로 형성되며, 상기 제1출력축(OUT1)에는 제1출력기어(OG1)가 구비되고, 상기 제2출력축(OUT2)에는 제2출력기어(OG2)가 구비되며, 상기 제1출력기어(OG1)와 제2출력기어(OG2)는 디퍼렌셜(DF)의 링기어(RG)에 공통적으로 치합된 구성이다.
본 발명의 파워트레인은 상기 제1입력축(IN1)과 제2입력축(IN2)이 상기 듀얼클러치(DCL)의 제1클러치(CL1) 및 제2클러치(CL2)를 통해 각각 전달받은 엔진(E)의 동력을 상기 다수의 외접기어쌍과 상기 가변구동기어(VD)를 통해 상기 디퍼렌셜로 전달함으로써, 1단 내지 6단의 전진 변속단을 구현할 수 있도록 하고, 변속 시에는 후술하는 바와 같은 변속작용에 의해 토크 인터럽션(Torque Interruption) 없이 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 구성된 것이다.
또한, 모터(M)가 엔진(E) 쪽에 엔진클러치를 통해 설치되어 있지 않아서, 엔진클러치를 장착하지 않음에 따라 차량의 원가 및 중량이 저감될 수 있으며, 모터(M)가 엔진(E)과는 별도로 독립적으로 제어될 수 있어서 모터(M)의 제어 자유도가 더욱 높게 확보되며, EV모드나 회생제동 시, 비교적 짧은 동력전달 경로로 모터(M)와 구동륜 사이의 동력 전달이 가능하여 동력 전달 효율을 높게 확보할 수 있다.
상기 센터싱크로(CS)는 상기 모터입력축(MI)에 회전이 구속되어 설치된 센터허브(HB)와, 상기 센터허브(HB) 상에서 축방향을 따라 양쪽으로 슬라이딩 가능하도록 설치된 센터슬리브(SB)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 "축방향"은 상기 모터입력축(MI)의 길이방향을 의미한다.
상기 가변구동기어(VD)는 상기 센터싱크로(CS)의 센터슬리브(SB)와 치합될 수 있는 클러치기어(CG)가 일체로 구비되고, 제1회전요소가 브레이크(BK)에 의해 고정 가능하게 구비되고, 제2회전요소가 상기 모터입력축(MI)에 연결된 유성기어장치(PG)의 제3회전요소에 일체로 연결된다.
여기서, 상기 유성기어장치(PG)의 제1회전요소는 선기어(S), 제2회전요소는 캐리어(C), 제3회전요소는 링기어(R)로 구성하였다.
즉, 상기 센터슬리브(SB)를 상기 가변구동기어(VD)의 클러치기어(CG)에 치합시켜서, 상기 센터싱크로(CS)가 상기 가변구동기어(VD)를 상기 모터입력축(MI)과 연결시키고, 상기 브레이크(BK)를 체결하지 않은 상태에서는, 상기 가변구동기어(VD)가 상기 모터입력축(MI)의 동력을 그대로 상기 제1출력축(OUT1)으로 전달하며, 이때 상기 유성기어장치(PG)는 링기어(R)와 캐리어(C)가 서로 연결된 것과 같으므로, 전체 회전요소가 상기 가변구동기어(VD)와 함께 상기 모터입력축(MI)과 동일한 속도로 회전하게 되는 것이다.
물론, 상기 브레이크(BK)가 체결되지 않은 상태에서는, 상기 센터슬리브(SB)가 상기 가변구동기어(VD)를 상기 모터입력축(MI)에 연결시키지 않더라도, 상기 모터입력축(MI)으로부터 상기 가변구동기어(VD)로 토크를 전달하는 경우, 상기 원웨이클러치(OWC)에 의해 상기와 같이 상기 가변구동기어(VD)는 상기 모터입력축(MI)과 동일한 속도로 회전하게 된다.
또한, 상기 센터슬리브(SB)를 상기 가변구동기어(VD)의 클러치기어(CG)로부터 해제시킨 상태에서, 상기 브레이크(BK)를 체결하면, 상기 모터입력축(MI)의 동력은 상기 유성기어장치(PG)의 캐리어(C)로 입력되어 링기어(R)로 증속되므로, 상기 링기어(R)와 직결된 상기 가변구동기어(VD)는 상기 모터입력축(MI)의 동력을 증속하여 상기 제1출력축(OUT1)으로 전달하게 되는 것이다.
물론, 이 경우 상기 원웨이클러치(OWC)는 상기 가변구동기어(VD)가 상기 모터입력축(MI)보다 빠른 속도로 회전하는 것을 허용한다.
상기 센터싱크로(CS)는 상기 센터허브(HB)의 일측에 상기 센터슬리브(SB)와 싱크로나이저링에 의한 동기작용을 통해 상기 제1입력축(IN1)과 연결될 수 있는 동기장치를 구성하고, 상기 센터허브(HB)의 타측에 상기 센터슬리브(SB)와 상기 가변구동기어(VD)의 클러치기어(CG)에 의해 도그클러치를 구성한다.
또한, 본 실시예에서 후술하는 제1구동기어(DG1)에 상기 센터싱크로(CS)의 일부를 구성하는 클러치기어(CG)가 일체로 구비되어, 상기 센터슬리브(SB)가 치합됨에 의해, 상기한 바와 같이 상기 제1입력축(IN1)을 상기 모터입력축(MI)과 직결시키도록 구성되어 있다.
상기 제1구동기어(DG1)의 클러치기어(CG)와 상기 센터슬리브(SB) 사이에는 상기 싱크로나이저링이 구비되어, 싱크로메시 방식 동기장치의 동기작용에 의해 상기 센터슬리브(SB)가 상기 제1구동기어(DG1)의 클러치기어(CG)에 치합되도록 구성된다.
참고로, 상기 싱크로나이저링은 종래의 일반적인 싱크로메시 방식 동기장치에 사용되는 것과 동일한 방식의 것이 사용될 수 있으며, 도면에서는 그 표시를 생략하였다.
상술한 바와 같이 상기 센터싱크로(CS)의 센터슬리브(SB)는 상기 가변구동기어(VD)의 클러치기어(CG)와는 도그클러치를 구성하는 바, 이는 상기 모터(M)와 브레이크(BK)에 의해 동기작용을 능동적으로 수행할 수 있기 때문이다.
상기 제1입력축(IN1)과 제1출력축(OUT1) 사이의 외접기어쌍은 4단 변속비를 구현하도록 설치되고, 상기 제1입력축(IN1)과 제2출력축(OUT2) 사이의 외접기어쌍은 6단 변속비를 구현하도록 설치되며, 상기 제2입력축(IN2)과 제1출력축(OUT1) 사이의 외접기어쌍은 5단 변속비를 구현하도록 설치되고, 상기 제2입력축(IN2)과 제2출력축(OUT2) 사이의 외접기어쌍은 3단 변속비를 구현하도록 설치되며, 상기 가변구동기어(VD)는 1단 변속비와 2단 변속비로 상기 제1출력축(OUT1)으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된다.
즉, 상기 제1입력축(IN1)에는 4단 변속비와 6단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제1구동기어(DG1)가 설치되고, 상기 제2입력축(IN2)에는 3단 변속비와 5단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제2구동기어(DG2)가 설치되며, 상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 제1구동기어(DG1)에 치합된 4단피동기어(P4)와, 상기 제2구동기어(DG2)에 치합된 5단피동기어(P5)가 설치되며, 상기 제2출력축(OUT2)에는 상기 제1구동기어(DG1)에 치합된 6단피동기어(P6)와, 상기 제2구동기어(DG2)에 치합된 3단피동기어(P3)가 설치된 것이다.
상기 제1구동기어(DG1)는 상기 제1입력축(IN1)에 회전이 구속되어 설치되고, 상기 제2구동기어(DG2)는 상기 제2입력축(IN2)에 회전이 구속되어 설치되며, 상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 4단피동기어(P4)와 5단피동기어(P5)를 선택적으로 상기 제1출력축(OUT1)에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 4&5동기장치(4&5S)가 구비되며, 상기 제2출력축(OUT2)에는 상기 3단피동기어(P3)와 6단피동기어(P6)를 선택적으로 상기 제2출력축(OUT2)에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 3&6동기장치(3&6)가 구비된다.
또한, 상기 제1출력축(OUT1)에는 상기 가변구동기어(VD)에 치합되는 가변피동기어(VP)가 회전이 구속된 상태로 설치되어, 상기 가변구동기어(VD)로부터의 동력을 상기 제1출력축(OUT1)으로 전달할 수 있도록 되어 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 1단 내지 6단의 순차적인 변속과정을 살펴본다.
도 2는 1단 주행 상태에서 2단으로 변속하는 과정을 도시한 것으로서, A는 상기 센터싱크로(CS)의 센터슬리브(SB)가 상기 제1구동기어(DG1)의 클러치기어(CG)에 체결되어 상기 제1입력축(IN1)을 모터입력축(MI)에 연결시킨 상태로서, 상기 제1클러치(CL1)를 통해 엔진의 동력이 상기 모터입력축(MI)으로 전달되어 상기 원웨이클러치(OWC)를 통해 가변구동기어(VD)가 구동됨으로써, 상기 가변구동기어(VD)와 가변피동기어에 의해 1단으로 변속된 동력이 상기 디퍼렌셜(DF)로 인출되는 상태이다.
2단으로의 변속지령이 발생되면, B와 같이 모터(M)를 엔진(E)과 같은 속도로 구동하여, 모터(M)에 의해서도 1단 동력이 구현될 수 있도록 한 상태에서, C와 같이 상기 제1클러치(CL1)를 해제하고 브레이크(BK)를 체결하여, 상기 가변구동기어(VD)가 모터입력축(MI)의 동력을 증속하여 가변피동기어(VP)로 전달하도록 함으로써, 2단 동력이 상기 디퍼렌셜(DF)로 인출되도록 한다.
이후, D와 같이 제1클러치(CL1)를 체결하여 엔진(E)의 동력이 상기 모터입력축(MI)에 전달되도록 한 후, E와 같이 모터(M)의 구동을 해제하면 엔진(E)만에 의한 2단 주행상태가 구현된다.
도 3은 2단에서 3단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, A와 같은 2단 주행상태에서, 3단으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 3&6동기장치(3&6)로 3단피동기어(P3)를 제2출력축(OUT2)에 연결시킨 상태에서, 제2클러치(CL2)를 체결하면서 제1클러치(CL1)를 해제하여 C와 같이 3단 주행상태를 형성하도록 한다.
상기 C 상태에서, 엔진(E)의 동력은 상기 제2입력축(IN2), 제2구동기어(DG2), 3단피동기어(P3)를 통해 3단 동력으로 변속되어 상기 디퍼렌셜(DF)로 인출된다.
도 4는 3단에서 4단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, A와 같은 3단 주행상태에서, 4단으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 4&5동기장치(4&5S)로 4단피동기어(P4)를 제1출력축(OUT1)에 연결시킨 상태에서, 제1클러치(CL1)를 체결하면서 제2클러치(CL2)를 해제하면, C와 같이 4단 주행상태가 형성된다.
도 5는 4단에서 5단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, A와 같은 4단 주행상태로부터, 5단으로의 변속지령이 발생되면, B와 같이 브레이크(BK)를 체결한 상태에서 모터(M)를 구동하여 모터(M)에 의해서도 4단 동력이 형성되도록 한다.
이후, C와 같이 제1클러치(CL1)를 해제하여, 모터(M)만에 의해 4단 주행상태가 유지되도록 하면서, 상기 4&5동기장치(4&5S)로 4단피동기어(P4)를 제1출력축(OUT1)으로부터 해제한 후 다시 5단피동기어(P5)를 제1출력축(OUT1)에 연결시키고, D와 같이 제2클러치(CL2)를 체결하면, 엔진(E)의 동력이 제2구동기어(DG2)와 5단피동기어(P5)를 통해 전달되면서 5단 동력으로 변속되어 디퍼렌셜(DF)로 인출되고, E와 같이 모터(M)의 구동을 해제하면, 엔진(E)만에 의한 5단 주행상태가 구현된다.
이와 같이 본 발명에서는 4단에서 5단으로의 변속 시, 상기 4&5동기장치(4&5S)가 4단피동기어(P4)를 제1출력축(OUT1)에 연결시킨 상태로부터 해제되어 중립상태를 거쳐 다시 5단피동기어(P5)를 제1출력축(OUT1)에 연결시키는 과정에서 엔진(E)으로부터의 동력이 구동륜으로 전달되지 못하고 차단되는 토크 인터럽션(Torque Interruption)이 발생할 수 있는 구조이지만, 상기와 같이 모터(M)에 의해 지속적으로 제1출력축(OUT1)에 동력을 전달하는 상태를 구현함으로써, 토크 인터럽션 없는 부드러운 변속감을 확보할 수 있는 것이다.
도 6은 5단에서 6단으로의 변속과정을 설명한 것으로서, A와 같은 5단 주행상태에서, 6단으로의 변속지령이 발생하면, B와 같이 3&6동기장치(3&6)로 6단피동기어(P6)를 제2출력축(OUT2)에 연결시킨 상태에서, 제1클러치(CL1)를 체결하면서 제2클러치(CL2)를 해제하면, C와 같이 6단 주행상태가 형성된다.
한편, 도 7과 도 8은 도 1의 파워트레인이 각각 전기차 모드인 EV 1단을 구현하는 상태를 도시한 것이다.
도 7은 상기 센터싱크로(CS)의 센터슬리브(SB)가 중립을 유지한 상태에서, 상기 모터입력축(MI)의 동력이 원웨이클러치(OWC)를 통해 상기 가변구동기어(VD)로 그대로 전달되어, 상기 가변구동기어(VD)와 가변피동기어(VP)의 기어비에 의해서 변속되어 동력이 디퍼렌셜(DF)로 인출되는 상태로서, 원웨이클러치(OWC)에 의한 EV 1단 상태이다.
도 8은 상기 센터싱크로(CS)의 센터슬리브(SB)가 상기 가변구동기어(VD)의 클러치기어(CG)에 치합된 상태로서, 상기 모터입력축(MI)의 동력이 상기 센터슬리브(SB)를 통해 상기 가변구동기어(VD)로 그대로 전달되어, 상기 가변구동기어(VD)와 가변피동기어(VP)의 기어비에 의해 변속되는 상태로서, 도그클러치에 의한 EV 1단 상태이다.
이 상태에서는 상기 모터(M)를 역회전시키면 후진단을 구현할 수 있다.
도 9는 도 1의 파워트레인이 전기차 모드인 EV 2단을 구현하는 상태를 도시한 것으로서, 상기 브레이크(BK)를 체결한 상태에서 상기 모터(M)를 구동하면, 상기 모터입력축(MI)의 동력은 상기 유성기어장치(PG)의 캐리어(C)로 입력되어 상기 링기어(R)로 증속됨으로써, 상기 링기어(R)에 일체로 연결된 상기 가변구동기어(VD)는 상기 모터입력축(MI)의 속도보다 증속되어 상기 가변피동기어(VP)를 구동하게 됨으로써, EV 2단을 구현하는 것이다.
이 상태에서도, 상기 모터(M)를 역회전시켜서 차량의 후진단을 구현할 수 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.
E; 엔진
CL1; 제1클러치
IN1; 제1입력축
CL2; 제2클러치
IN2; 제2입력축
M; 모터
MI; 모터입력축
OUT1; 제1출력축
OUT2; 제2출력축
VD; 가변구동기어
OWC; 원웨이클러치
CS; 센터싱크로
DCL; 듀얼클러치
OG1; 제1출력기어
OG2; 제2출력기어
DF; 디퍼렌셜
HB; 센터허브
SB; 센터슬리브
CG; 클러치기어
BK; 브레이크
PG; 유성기어장치
DG1; 제1구동기어
DG2; 제2구동기어
P4; 4단피동기어
P5; 5단피동기어
P6; 6단피동기어
P3; 3단피동기어
4&5S; 4&5동기장치
3&6; 3&6동기장치
VP; 가변피동기어

Claims (10)

  1. 엔진과 제1클러치를 통해 연결되는 제1입력축;
    상기 엔진과 제2클러치를 통해 연결되고 상기 제1입력축에 동심축으로 배치된 제2입력축;
    상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치되며 모터가 연결된 모터입력축;
    상기 제1입력축 및 제2입력축에 평행하게 배치된 제1출력축 및 제2출력축;
    상기 모터입력축의 회전 속도를 그대로 또는 증속하여 상기 제1출력축으로 전달할 수 있도록 상기 모터입력축에 구비된 가변구동기어;
    상기 모터입력축으로부터 가변구동기어를 향한 일방향으로만 동력을 전달하도록 구비된 원웨이클러치;
    상기 제1입력축과 모터입력축 사이를 단속하고, 상기 가변구동기어와 모터입력축 사이를 단속할 수 있도록 설치된 센터싱크로;
    상기 제1입력축과 제1출력축 사이, 제1입력축과 제2출력축 사이, 제2입력축과 제1출력축 사이, 및 제2입력축과 제2출력축 사이에 서로 다른 변속비를 형성하도록 설치된 다수의 외접기어쌍;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 다수의 외접기어쌍들이 형성하는 다수의 변속비와 상기 가변구동기어가 상기 제1출력축으로 동력을 전달하는 2개의 변속비는, 차량의 구동에 사용되는 일련의 변속비를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터싱크로는
    상기 모터입력축에 회전이 구속되어 설치된 센터허브와;
    상기 센터허브 상에서 축방향을 따라 양쪽으로 슬라이딩 가능하도록 설치된 센터슬리브;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가변구동기어는
    상기 센터싱크로의 센터슬리브와 치합될 수 있는 클러치기어가 일체로 구비되고;
    제1회전요소가 브레이크에 의해 고정 가능하게 구비되고, 제2회전요소가 상기 모터입력축에 연결된 유성기어장치의 제3회전요소에 일체로 연결된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 센터싱크로는
    상기 센터허브의 일측에 상기 센터슬리브와 싱크로나이저링에 의한 동기작용을 통해 상기 제1입력축과 연결될 수 있는 동기장치를 구성하고;
    상기 센터허브의 타측에 상기 센터슬리브와 상기 가변구동기어의 클러치기어에 의해 도그클러치를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1입력축과 제1출력축 사이의 외접기어쌍은 4단 변속비를 구현하도록 설치되고;
    상기 제1입력축과 제2출력축 사이의 외접기어쌍은 6단 변속비를 구현하도록 설치되며;
    상기 제2입력축과 제1출력축 사이의 외접기어쌍은 5단 변속비를 구현하도록 설치되고;
    상기 제2입력축과 제2출력축 사이의 외접기어쌍은 3단 변속비를 구현하도록 설치되며;
    상기 가변구동기어는 1단 변속비와 2단 변속비로 상기 제1출력축으로 동력을 전달할 수 있도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1입력축에는 4단 변속비와 6단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제1구동기어가 설치되고;
    상기 제2입력축에는 3단 변속비와 5단 변속비 구현에 공통으로 사용되는 제2구동기어가 설치되며;
    상기 제1출력축에는 상기 제1구동기어에 치합된 4단피동기어와, 상기 제2구동기어에 치합된 5단피동기어가 설치되며;
    상기 제2출력축에는 상기 제1구동기어에 치합된 6단피동기어와, 상기 제2구동기어에 치합된 3단피동기어가 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1구동기어는 상기 제1입력축에 회전이 구속되어 설치되고;
    상기 제2구동기어는 상기 제2입력축에 회전이 구속되어 설치되며;
    상기 제1출력축에는 상기 4단피동기어와 5단피동기어를 선택적으로 상기 제1출력축에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 4&5동기장치가 구비되며;
    상기 제2출력축에는 상기 3단피동기어와 6단피동기어를 선택적으로 상기 제2출력축에 회전을 구속시킬 수 있도록 하는 3&6동기장치가 구비된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1구동기어에는 상기 센터싱크로의 센터슬리브에 치합되는 클러치기어가 일체로 구비된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1출력축에는 제1출력기어가 구비되고;
    상기 제2출력축에는 제2출력기어가 구비되며;
    상기 제1출력기어와 제2출력기어는 디퍼렌셜의 링기어에 공통적으로 치합된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1클러치와 제2클러치는 하나의 클러치하우징에 형성된 듀얼클러치로 구성되고;
    상기 제2입력축은 상기 제1입력축을 감싸는 중공축으로 형성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.


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