KR20220097228A - 하이브리드 구동 모듈의 유체 커플링 구조, 이를 이용한 하이브리드 구동 모듈 및 그 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 구동 모듈의 유체 커플링 구조, 이를 이용한 하이브리드 구동 모듈 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 구동 모듈을 통해 모터와 엔진을 유체클러치로 연결한다. 상기 유체클러치가 마련된 토러스 공간은 하이브리드 구동 모듈의 다른 공간과 구획되고, 상기 토러스 공간에 대한 유체의 공급 여부는 독립적으로 제어될 수 있다. EV모드에서 상기 토러스 공간에 유체를 공급하지 않으면, 모터의 동력이 유체클러치의 유체의 슬립으로 인해 손실되지 않고, 회생 제동시에도 차량의 운동에너지가 유체클러치의 유체의 슬립으로 인해 손실되지 않는다. EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때 그리고 HEV 모드에서는 상기 토러스 공간에 유체를 공급하여, 엔진과 모터의 속도 동기화가 충격 없이 신속하게 이루어지고, 엔진의 회전력이 유체클러치를 통해 모터에 지속적으로 제공될 수 있다.

Description

하이브리드 구동 모듈의 유체 커플링 구조, 이를 이용한 하이브리드 구동 모듈 및 그 제어 방법{A FLUID COUPLING APPARATUS FOR A HYBRID DRIVE MODULE, A HYBRID DRIVE MODULE USING THE SAME AND A CONTROL METHOD TEHREOF}
본 발명은 하이브리드 구동 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터와 엔진을 유체클러치로 연결하여 EV 모드에서 HEV 모드로 빠른 전환이 가능하면서도, EV 모드에서 모터의 구동력이 유체클러치에 의해 손실되지 않고, RB 모드에서 차량의 동력이 유체클러치에 의해 손실되지 않고 회생 가능하도록 한 하이브리드 구동 모듈에 관한 것이다.
하이브리드 차량에 사용되는 구동 모듈은 모터와 엔진의 힘을 변속기로 전달하는 구조를 가진다. 모터와 엔진의 힘이 변속기로 전달되는 동력 전달 형태의 일 예로서, 모터가 변속기와 연결되어 모터의 동력을 변속기로 직접 전달하되, 큰 힘이 필요할 때에는 엔진의 힘에 모터의 힘이 더해져 변속기에 전달되도록 하는 구조가 적용되고 있다. 이러한 구동 구조는, 도 6에 도시된 바와 같이, 모터(40)가 클러치 없이 출력부재(60)를 통해 변속기에 직접 연결된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식으로 구현될 수 있다. TMED 방식에서, 엔진은 엔진클러치(50)를 통해 상기 출력부재(60)에 연결된다.
TMED 방식은, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle) 모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 차량의 제동 및 관성 에너지를 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking) 모드 등의 주행모드를 제공한다.
상기 하이브리드 구동 모듈의 주행 모드는, 주행 상황에 따라 EV 모드와 HEV 모드 간의 전환이 일어난다. EV 모드에서는 모터(40)의 동력이 출력부재(60)를 통해 직접 변속기에 전달된다. HEV모드에서는 엔진의 동력이 엔진클러치(50)에 의해 모터(40)의 동력과 합쳐지고, 이렇게 합쳐진 엔진과 모터의 동력이 출력부재(60)를 통해 변속기에 전달된다.
상술한 하이브리드 구동 모듈은, 엔진의 동력이 필요할 경우 엔진클러치(50)가 엔진의 동력을 출력부재(60)로 연결한다. 이러한 구조의 하이브리드 구동 모듈은 엔진클러치만 부가되어 있어 컴팩트한 구조로 설계할 수 있다는 장점이 있다.
한편, EV 모드에서 HEV 모드로 주행 모드의 전환은 엔진 시동(Engine starting) 단계와, 엔진속도(Engine speed)를 모터속도로 동기화 제어하는 단계와, 동기화 후 엔진클러치를 결합하는 단계 등으로 이루어진다.
상기 엔진 시동 단계에서는 실화(misfire)를 방지하기 위하여 엔진속도, 냉각수온 등을 참조하여 추가적인 연료 인젝션(injection) 보상 제어가 실행되는데, 이로 인해 연료가 과다하게 소모되는 문제점이 있다.
구체적으로, EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 전환 시, 모터 속도가 높은 경우에는, 모터의 속도를 낮추어 엔진과 속도 동기화가 이루어지도록 하고/하거나 엔진속도를 모터속도와 동기화시키기 위한 속도까지 상승시키고자 엔진에 대한 추가 연료 인젝션이 이루어지도록 한다. 상기 HEV 모드는 주로 추가적인 출력이 필요한 경우 적용되는 것인데, 위와 같이 모터와 엔진의 속도를 동기화하기 위해 모터와 속도를 낮추는 제어를 하는 것은 주행 모드를 전환하는 취지와 맞지 않다는 불합리가 있다.
엔진속도를 모터속도와 동기화시키기 위한 속도까지 상승시키기 위한 다른 방안으로서, P0 방식 모터를 추가로 설치하여 그 출력을 통해 엔진의 속도를 상승시키는 방식이 제안되고 있으나, 이 역시 별도의 모터를 추가로 설치해야 한다는 점에서 비용, 공간, 동력 손실 등의 단점을 갖는다.
또한, EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 전환 시, 모터 속도가 낮은 경우에는, 엔진의 실화(misfire)를 방지하기 위해 추가적인 인젝션 보상을 하게 된다. 이 때에는 연료 인젝션이 과다하게 되어 연비가 악화되는 문제점이 있다.
한편 위와 같은 하이브리드 구동 모듈에서는, HEV 모드로 전환될 때, 엔진이 엔진클러치를 통해 출력축과 직결되는데, 이 때 모터와 엔진의 회전수 차이가 구동계에 충격을 일으킨다. 따라서 상기 엔진클러치는 즉시 직결되지 않고, 소정의 슬립 제어 절차를 거쳐 엔진과 모터의 속도를 동기화한 후 직결된다. 그러나 상기 슬립 제어를 통한 속도 동기화는 시간이 오래 걸린다는 문제가 있으며, 속도 동기화가 빨리 이루어지도록 하려면 엔진클러치에 많은 수의 마찰판을 설치해야 한다는 문제가 있다. 이는 비용 증가, 체적 증가 및 무게 증가로 이어진다.
KR 1 684 168 B1
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 모터와 엔진 사이에 유체 클러치를 통한 유체 커플링을 하여, EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때 엔진이 모터보다 저속이더라도 엔진에 추가적인 연료 인젝션을 할 필요가 없는 하이브리드 구동 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 모터와 엔진 사이에 유체 클러치를 통한 유체 커플링을 하여, 엔진의 진동 감쇠가 가능하면서도 신속한 모드 전환이 가능한 하이브리드 구동 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 모터와 엔진 사이에 유체 클러치를 통한 유체 커플링을 하여, 엔진클러치가 동력 전달을 차단한 상태에서도 엔진의 동력을 출력부재로 끊김 없이 전달할 수 있는 하이브리드 구동 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 모터와 엔진 사이에 유체 클러치를 통한 유체 커플링을 하되, 필요시 유체 클러치를 이루는 토러스에서 유체를 제거하여, EV 모드에서 유체 클러치에 의한 모터 동력 손실을 방지할 수 있는 하이브리드 구동 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 변속기와 연결되는 모터의 회전자가, 엔진클러치를 통해 엔진 쪽과 연결됨과 함께, 유체클러치를 통해 엔진 쪽과 연결되는 하이브리드 구동 모듈을 제공한다.
본 발명은 하이브리드 구동 모듈을 통해 모터와 엔진을 유체클러치로 연결한다. 상기 유체클러치가 마련된 토러스 공간은 하이브리드 구동 모듈의 다른 공간과 구획되고, 상기 토러스 공간에 대한 유체의 공급 여부는 독립적으로 제어될 수 있다. EV모드에서 상기 토러스 공간에 유체를 공급하지 않으면, 모터의 동력이 유체클러치의 유체의 슬립으로 인해 손실되지 않고, 회생 제동시에도 차량의 운동에너지가 유체클러치의 유체의 슬립으로 인해 손실되지 않는다. EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때 그리고 HEV 모드에서는 상기 토러스 공간에 유체를 공급하여, 엔진과 모터의 속도 동기화가 충격 없이 신속하게 이루어지고, 엔진의 회전력이 유체클러치를 통해 모터에 지속적으로 제공될 수 있다.
구체적으로 상기 하이브리드 구동 모듈은, 엔진의 출력측과 연결되어 엔진의 출력이 입력되는 입력부재(10); 고정자(41)와 회전자를 구비하는 모터(40); 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42) 사이에 구비된 유체클러치(30); 및 상기 입력부재(10)와 회전자(42) 사이에 구비되는 엔진클러치(50);를 포함할 수 있다.
상기 유체클러치(30)는 토러스, 즉 축방향으로 서로 마주하는 터빈(31)과 임펠러(32)를 포함할 수 있다. 상기 터빈(31)은 엔진 쪽에 연결되는 엔진측 하프토러스(31)를 구성할 수 있고, 상기 임펠러(32)는 모터 쪽에 연결되는 모터측 하프토러스(32)를 구성할 수 있다.
상기 유체클러치(30)의 토러스는 토러스 공간(A3)에 배치될 수 있다. 상기 토러스 공간(A3)은, 하이브리드 구동 모듈 내부의 다른 영역(A1, A2)과 구획되어 있는 공간일 수 있다. 즉 상기 토러스 공간(A3)에 유입되는 유체는 다른 영역(A1, A2)으로 흐르지 않고 상기 토러스 공간(A3)에 채워질 수 있다.
상기 토러스 공간(A3)에 유체가 채워지면, 상기 모터(40)의 회전력은 상기 유체클러치(30)에 의해 엔진 쪽으로 전달되고, 반대로 상기 엔진의 회전력은 상기 유체클러치(30)에 의해 모터 쪽으로 전달될 수 있다.
상기 토러스 공간(A3)의 유체가 빠져나가면, 상기 모터(40)와 엔진은 상호 간에 회전력을 전달하지 못한다.
상기 엔진클러치(50)는 다판 클러치일 수 있다. 상기 엔진클러치(50)가 구비하는 복수 개의 마찰판(51)은 교호로 상기 모터 측과 엔진 측에 연결될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 습식 클러치일 수 있다. 이에 따라 상기 엔진클러치(50)가 배치되는 공간은 다른 영역(A1, A3)과 구획되는 엔진클러치 공간(A2)을 구성할 수 있다. 즉 상기 엔진클러치 공간(A2)에 유입되는 유체는 다른 영역(A1, A3)으로 흐르지 않고 상기 엔진클러치 공간(A2)을 유동할 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는, 피스톤 플레이트(52)에 의해 가압되어 상기 엔진과 모터를 커플링할 수 있다. 상기 엔진클러치(50)가 상기 피스톤 플레이트(52)에 의해 가압되지 않으면, 상기 엔진과 모터는 디커플링(커플링 해제)될 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)는 소정의 챔버를 구성하며, 이는 피스톤 플레이트(52)가 이동하는 구간이 되는 피스톤 공간(A1)일 수 있다. 상기 피스톤 공간(A1)은 다른 영역(A2, A3)와 구획될 수 있다. 즉 상기 피스톤 공간(A1)에 유입되는 유체는 다른 영역(A2, A3)으로 흐르지 않고 상기 피스톤 공간(A1)에 채워질 수 있다.
상기 피스톤 공간(A1)에 유체가 유입되면 상기 피스톤 플레이트(52)는 축방향으로 상기 피스톤 공간(A1)이 확장되는 방향으로 이동한다. 상기 피스톤 공간(A1)으로부터 유체가 유출되면 상기 피스톤 플레이트(52)는 축방향으로 상기 피스톤 공간(A1)을 축소하는 방향으로 이동한다.
상기 피스톤 공간(A1)에 유체가 채워지면, 상기 엔진클러치(50)는 피스톤 플레이트(52)에 의해 축방향으로 가압되고, 이에 따라 상기 모터와 엔진은 직결될 수 있다. 상기 피스톤 공간(A1)으로부터 유체가 빠져나가면, 상기 엔진클러치(50)는 피스톤 플레이트(52)로부터 가압 해제되고, 이에 따라 상기 모터와 엔진의 직결은 끊어질 수 있다.
상기 토러스 공간(A3)에 대한 유체의 공급과, 상기 엔진클러치 공간(A2)에 대한 유체의 공급과, 상기 피스톤 공간(A1)에 대한 유체의 공급은 각각 독립적으로 이루질 수 있다.
상기 유체클러치(30)는 상기 엔진클러치(50)보다 축방향으로 전방에 배치될 수 있다.
상기 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)는 반경방향으로 상기 모터(40)의 내측에 배치될 수 있다. 이는 하이브리드 구동 모듈을 축방향으로 컴팩트하게 설계하는 것을 가능하게 해준다.
상기 유체클러치(30)의 모터측 하프토러스(32)는 엔진측 하프토러스(31)보다 전방에 배치될 수 있다. 상기 모터측 하프토러스(32)는 하이브리드 구동 모듈의 프론트커버(21)에 마련될 수 있다. 상기 프론트커버(21)의 반경방향 외측은 상기 모터(40)의 회전자(42)가 설치된 회전자 허브(421)와 일체로 회전하도록 연결될 수 있다. 상기 프론트커버(21)의 반경방향 내측은 상기 입력부재(10)에 의해 회전 가능하도록 지지될 수 있다.
입력부재(10)는 하이브리드 구동 모듈의 전방 중심에서 후방으로 연장될 수 있다. 상기 입력부재(10)의 외주면은 상기 프론트커버(21)의 내주면을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 상기 입력부재(10)의 외주면과 상기 프론트커버(21)의 내주면 사이에는, 이들 간의 상대적인 회전을 허용하면서도 상기 토러스 공간(A3)의 유체가 세어 나오지 않도록 밀봉하는 실링부재(S5)가 마련될 수 있다.
상기 입력부재(10)의 후방 단부에는, 상기 프론트커버(21)보다 후방에서 반경방향으로 외향 연장되는 반경방향 연장부(103)를 구비할 수 있다.
상기 엔진측 하프토러스(31)는 반경방향으로 연장되는 토러스플레이트(13)의 전면에 구비될 수 있다. 상기 토러스플레이트(13)의 반경방향 내측 단부는 상기 반경방향 연장부(103)와 일체로 회전하도록 연결될 수 있다.
상기 토러스플레이트(13)의 반경방향 외측 단부는 회전자 허브(421)의 내주면과 마주할 수 있다. 상기 토러스플레이트(13)와 회전자 허브(421)의 내주면 사이에는 실링부재(S7)가 개재될 수 있다. 상기 실링부재(S7)는 상기 토러스플레이트(13)와 회전자 허브(421)의 상대적인 회전을 허용하면서도, 상기 토러스 공간(A3)의 유체가 상기 토러스플레이트(13)의 후방에 마련된 공간 쪽으로 세어 나가지 않도록 밀봉할 수 있다.
상기 프론트커버(21)의 후방이면서 상기 토러스플레이트(13)의 전방, 그리고 상기 회전자 허브(421)의 반경방향 내측 공간은 상기 토러스 공간(A3)을 구성할 수 있다.
상기 프론트커버(21)는 베어링(B1)을 통해 상기 반경방향 연장부(103)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 지지될 수 있다.
상기 토러스 공간(A3)의 반경 방향 내측 경계는 입력부재(10)의 외주면에 의해 규정될 수 있고, 입력부재(10)의 해당 부위에는 상기 토러스 공간(A3)으로 유출입하는 유체의 통로가 되는 토러스 유로홀(105)이 마련될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)의 반경방향 내측은 입력플레이트(12)를 통해 상기 반경방향 연장부(103)에 연결될 수 있다. 상기 입력플레이트(12)는 상기 토러스플레이트(13)의 후방에 배치되고, 상기 반경방향 연장부(103)와 일체로 회전하도록 연결될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)의 반경방향 외측은 모터측 연결부(53)를 통해 상기 회전자 허브(421)에 연결될 수 있다.
상기 회전자 허브(421)는 상기 엔진클러치(50)보다 후방에서 상기 회전자 허브(421)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 허브 플레이트(423)를 구비하고, 상기 모터측 연결부(53)는 상기 허브 플레이트(423)와 일체로 회전하도록 연결될 수 있다.
상기 입력플레이트(12)와 모터측 연결부(53)는 반경방향으로 서로 마주할 수 있고, 이들 사이에 복수 개의 마찰판(51)이 배치될 수 있다.
상기 허브 플레이트(423)의 반경방향 내측은 출력부재(60)에 연결될 수 있다.
상기 허브 플레이트(423)와 출력부재(60)는 연결부위(63)를 통해 일체로 회전하도록 연결될 수 있다.
축방향으로 상기 엔진클러치(50)와 허브 플레이트(423) 사이에는 피스톤 플레이트(52)가 배치될 수 있다. 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 내측 단부는 상기 출력부재(60)의 외주면과 상호 회전 구속되되 축방향으로 슬라이드 가능하게 연결될 수 있다. 상기 출력부재(60)의 외주면에는 반경방향 내측으로 함몰된 실링홈(62)이 마련되고, 해당 부위에 실링부재(S1)가 끼워져 상기 출력부재(60)와 피스톤 플레이트(52) 사이로 유체가 세지 않도록 밀봉할 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 외측 단부는 상기 모터측 연결부(53)의 내주면과 축방향으로 슬라이드 가능하게 연결될 수 있다. 상기 피스톤 플레이트(52)의 외주면에는 실링부재(S2)가 끼워지고, 상기 실링부재(S2)는 상기 피스톤 플레이트(52)와 모터측 연결부(53) 사이로 유체가 세지 않도록 밀봉할 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 후방이면서 상기 허브 플레이트(423)의 전방, 그리고 상기 모터측 연결부(53)의 반경방향 내측 공간은 상기 피스톤 공간(A1)을 구성할 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 내측 단부와 출력부재의 반경방향 내측 단부에는 각각 실링부재(S3, S4)가 마련될 수 있다. 상기 실링부재(S3, S4)는 자동변속기의 입력축의 외주면에 의해 압착되며 상기 피스톤 공간(A1)을 다른 공간(A2)과 구획된 공간으로 유지할 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 내측 단부와 출력부재의 반경방향 내측 단부 사이로 유체가 공급되면, 이는 상기 연결부위(63)에 마련된 통공을 통해 상기 피스톤 공간(A1)에 채워질 수 있다.
상기 출력부재(60)는 상기 입력부재(10)보다 축방향으로 후방에 배치될 수 있다. 상기 출력부재(60)와 입력부재(10)는 반경방향으로 서로 마주하는 구간을 구비하고, 해당 구간에서 상기 출력부재(60)와 입력부재(10) 사이에는 실링부재(S6)가 개재된다. 상기 실링부재(S6)는 토러스 공간(A3)과 엔진클러치 공간(A2)을 구획 밀봉할 수 있다.
상기 출력부재(60)에서 상기 실링부재(S4)와 실링부재(S6) 사이에는 엔진클러치 유로홀(65)이 마련될 수 있다. 엔진클러치 유로홀(65)은 엔진클러치 공간(A2)과 통할 수 있다. 상기 엔진클러치 유로홀(65)을 통해 유체가 공급되면, 해당 유체는 상기 엔진클러치 공간(A2)을 채울 수 있다. 그리고 해당 유체는 상기 허브 플레이트(423)에 마련된 유동홀(424)을 통해 허브 플레이트(423)의 후방 공간으로 이동하고, 상기 허브 플레이트(423) 및 그보다 후방에 배치되고 상기 회전자 허브(421)와 일체로 연결된 백커버(22) 사이의 공간을 통해 자동변속기로 되돌아갈 수 있다.
상기 토러스 공간(A3)과 엔진클러치 공간(A2)은 실링부재(S6, S7)에 의해 구획될 수 있고, 상기 엔진클러치 공간(A2)과 피스톤 공간(A1)은 실링부재(S1, S2, S3, S4)에 의해 구획될 수 있다. 상기 토러스 공간(A3)과 피스톤 공간(A1)은 엔진클러치 공간(A2)에 의해 구획될 수 있다.
정리하면, 상기 유체클러치(30)는: 상기 입력부재(10)와 일체로 회전하는 엔진측 하프토러스(31); 및 상기 회전자(42)와 일체로 회전하고, 상기 엔진측 하프토러스(31)와 마주하여 유체클러치(30)를 구성하는 모터측 하프토러스(32);를 포함할 수 있다.
상기 입력부재(10)는 입력플레이트(12)와 일체로 회전할 수 있다.
상기 회전자(42)는 회전자 허브(421)에 의해 지지될 수 있다.
상기 회전자 허브(421)는 상기 회전자(42)와 일체로 회전할 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421) 사이에 배치되어, 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)를 회전 구속하거나 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)의 회전 구속을 해제할 수 있다.
상기 회전자 허브(421)는 출력부재(60)와 일체로 회전할 수 있다.
상기 출력부재(60)는 상기 입력부재(10)보다 축방향으로 후방에 배치될 수 있다.
상기 출력부재(60)는 자동변속기의 입력축에 동력을 전달할 수 있다.
상기 모터측 하프토러스(32)는 상기 엔진측 하프토러스(31)보다 축방향 전방에 배치될 수 있다.
상기 모터측 하프토러스(32)는 프론트커버(21)에 설치될 수 있다.
상기 프론트커버(21)는, 상기 회전자 허브(421)에 회전 구속되도록 연결되고 상기 입력부재(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 프론트커버(21)와 상기 회전자 허브(421)의 연결 부위는, 상기 프론트커버(21)와 입력부재(10)의 연결 부위보다 반경방향으로 더 외측에 배치될 수 있다.
상기 프론트커버(21)와 상기 입력부재(10)는 유체 밀봉되도록 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 프론트커버(21)는 상기 유체클러치(30)를 흐르는 유체가 채워지는 토러스 공간(A3)의 경계가 될 수 있다.
상기 프론트커버(21)는 상기 유체클러치(30)보다 축방향으로 더 전방에 배치될 수 있다.
상기 유체클러치(30)는 상기 회전자(42)보다 반경방향 내측에 배치될 수 있다.
상기 유체클러치(30)의 축방향 위치의 적어도 일부는 상기 회전자(42)와 중첩될 수 있다.
이에 따라, 하이브리드 구동 모듈을 축방향으로 보다 컴팩트하게 설계할 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 상기 회전자(42)보다 반경방향 내측에 배치되고, 상기 유체클러치(50)보다 축방향으로 더 후방에 배치될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 마찰판 구조일 수 있다.
상기 엔진클러치(50)의 동작은 피스톤 플레이트(52)에 의해 제어될 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)는, 상기 출력부재(60)에 대해, 축방향 이동은 허용되고 회전은 구속되도록 연결될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 상기 피스톤 플레이트(52)보다 축방향으로 더 전방에 배치될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 상기 토러스플레이트(13)보다 축방향으로 더 후방에 배치될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 유체클러치(30)보다 축방향으로 더 후방에 배치될 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)가 축방향 전방으로 이동하면 상기 엔진클러치(50)가 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)를 회전 구속하고, 상기 피스톤 플레이트(52)가 축방향 후방으로 이동하면 상기 엔진클러치(50)가 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)의 회전 구속을 해제할 수 있다.
상기 피스톤 플레이트(52)는 상기 허브 플레이트(423)보다 축방향으로 더 전방에 배치될 수 있다. 피스톤 플레이트(52)와 허브 플레이트(423) 사이의 공간에 채워진 유압은 피스톤 플레이트(52)를 축방향 전방으로 가압할 수 있다.
피스톤 플레이트(52)와 프론트커버(21) 사이의 엔진클러치 공간(A2)에 채워진 유압은 피스톤 플레이트(52)를 축방향 후방으로 가압할 수 있다.
피스톤 공간(A1)에 유체가 공급되면 피스톤 플레이트(52)가 축방향 전방으로 이동하여 엔진클러치(50)가 동력을 연결할 수 있다. 엔진클러치 공간(A2)에 유체가 공급되면 피스톤 플레이트(52)가 축방향 후방으로 이동하여 엔진클러치(50)가 동력을 끊을 수 있다.
상기 회전자 허브(421)는: 반경방향으로 연장되는 허브 플레이트(423); 및 상기 허브 플레이트(423)의 반경방향 외측 단부에 연결되고 상기 회전자(42)를 지지하는 회전자 홀더(422);를 포함할 수 있다.
상기 허브 플레이트(423)보다 축방향 후방에는 백커버(22)가 배치될 수 있다.
상기 백커버(22)는 상기 엔진클러치 공간(A2)를 흐르는 유체가 채워지는 공간의 경계가 될 수 있다.
또한 본 발명은, 상술한 하이브리드 구동 모듈의 EV모드 구동 방법을 제공한다.
상기 EV모드 구동 방법은: 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)의 회전 구속이 해제되도록 상기 엔진클러치(50)를 해제시키는 단계; 및 상기 모터(40)의 출력을 출력부재(60)로 전달하는 단계;를 포함한다.
상기 EV모드에서는 상기 토러스 공간(A3)으로부터 유체가 빠지고, 상기 피스톤 공간(A1)으로부터 유체가 빠질 수 있다.
EV모드에서 차량의 운동량이 역으로 모터(40)로 전달되며 회생 제동이 일어날 수 있다.
또한 본 발명은, 상술한 하이브리드 구동 모듈의 HEV모드 구동 방법을 제공한다.
상기 HEV모드 구동 방법은: 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)가 회전 구속되도록 상기 엔진클러치(50) 및/또는 상기 유체클러치(30)를 작동시키는 단계; 및 상기 모터(40)의 출력과 함께 상기 엔진의 출력을 출력부재(60)로 전달하는 단계;를 포함한다.
상기 HEV모드에서는 상기 토러스 공간(A3)에 유체를 공급하여 유체클러치(30)가 작동하도록 할 수 있다.
상기 HEV모드에서는 상기 피스톤 공간(A1)에 유체를 공급하여 상기 엔진클러치(50)를 작동시키거나 상기 피스톤 공간(A1)으로부터 유체를 빼내어 상기 엔진클러치(50)를 해제시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 상술한 하이브리드 구동 모듈의 EV모드로부터 HEV모드로의 전환 방법을 제공한다.
이는, 엔진을 시동하는 단계; 상기 모터(40)의 출력을 상기 유체클러치(30)를 통해 상기 엔진으로 전달하는 단계; 전달된 상기 모터(40)의 출력을 통해 상기 엔진의 회전속도를 상승시킴으로써, 상기 모터(40)와 상기 엔진의 회전 속도를 동기화시키는 단계; 및 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)가 회전 구속되도록 상기 엔진클러치(50)를 작동시키는 단계를 포함한다.
상기 전환 단계에서는, 상기 토러스 공간(A3)에 유체를 공급하여 유체클러치(30)가 작동하도록 할 수 있다.
상기 전환 단계에서는, 상기 모터(40)와 상기 엔진의 회전 속도가 동기화되었을 때 상기 피스톤 공간(A1)에 유체를 공급하여 상기 엔진클러치(50)를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 하이브리드 구동 모듈의 구동 구조에 따르면, EV 모드에서 엔진클러치(50) 뿐만 아니라 유체클러치(30)도 해제되어, 모터의 동력이 유체클러치(30)에 의해 소실되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 구동 모듈의 구동 구조에 따르면, 회생 제동 모드에서 엔진클러치(50) 뿐만 아니라 유체클러치(30)도 해제되어, 모터에서 회생되어야 할 운동에너지가 유체클러치(30)에 의해 소실되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때, 엔진이 모터보다 저속이더라도, 유체클러치를 통해 모터의 동력이 엔진에 전달되어 엔진의 속도를 빠르게 높일 수 있으므로, 엔진에 추가적인 연료 인젝션을 할 필요가 없어, 연비가 향상된다.
본 발명에 따르면, EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때 유체클러치를 통해 모터의 동력이 엔진에 전달되어 속도 동기화가 신속하게 이루어지므로, 모드 전환이 신속하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체클러치를 통해 모터와 엔진이 연결되므로 엔진과 모터가 연결될 때 이들의 속도 차이로 인해 충격이 발생하는 것이 방지된다.
본 발명에 따르면, 엔진클러치가 동력 전달을 차단한 상태에서도, 유체클러치를 통해 엔진의 동력을 출력부재로 끊김 없이 전달할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 구동 모듈의 실시예의 개념적인 도면이다.
도 2는 EV 모드에서 하이브리드 구동 모듈의 유체의 흐름 경로와 모터의 구동력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 3은 EV 모드에서 HEV 모드로 전환되는 과정에서 하이브리드 구동 모듈의 유체의 흐름 경로와 모터의 구동력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 HEV 모드에서 엔진클러치를 통해 엔진과 모터가 직결된 상태에서 하이브리드 구동 모듈의 유체의 흐름 경로와 모터 및 엔진의 구동력 전달 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 HEV 모드에서 엔진클러치의 동력 전달을 차단하여 엔진과 모터가 직결되지 아니한 상태에서 하이브리드 구동 모듈의 유체의 흐름 경로와 모터 및 엔진의 구동력 전달 경로를 나타낸 도면이다.도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 구동 모듈의 독립적인 유체 제어 경로들을 나타낸 도면이다.
도 7은 관련 기술의 하이브리드 구동 모듈을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예의 하이브리드 구동 모듈은 축을 기준으로 대칭을 이루므로, 작도의 편의 상, 축을 기준으로 반만 도시한다. 또한 설명의 편의 상, 하이브리드 구동 모듈의 회전의 중심을 이루는 축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향이라 한다. 즉 전후 방향 또는 축방향은 회전축과 나란한 방향으로서, 전방(앞쪽)은 동력원인 어느 일 방향, 가령 엔진 쪽으로 향하는 방향을 의미하고, 후방(뒤쪽)은 다른 일 방향, 가령 변속기 쪽으로 향하는 방향을 의미한다. 따라서 전면(앞면)이란 그 표면이 전방을 바라보는 면을 의미하고, 후면(뒷면)이란 그 표면이 후방을 바라보는 면을 의미한다.
반경방향 또는 방사 방향이라 함은 상기 회전축과 수직한 평면 상에서 상기 회전축의 중심을 지나는 직선을 따라 상기 중심에 가까워지는 방향 또는 상기 중심으로부터 멀어지는 방향을 의미한다. 상기 중심으로부터 반경방향으로 멀어지는 방향을 원심방향이라 하고, 상기 중심에 가까워지는 방향을 구심방향이라 한다.
둘레방향 또는 원주방향이라 함은 상기 회전축의 주위를 둘러싸는 방향을 의미한다. 외주라 함은 외측 둘레, 내주라 함은 내측 둘레를 의미한다. 따라서 외주면은 상기 회전축을 등지는 방향의 면이고, 내주면은 상기 회전축을 바라보는 방향의 면을 의미한다.
둘레방향 측면이라 함은 그 면의 법선이 둘레방향을 향하는 면을 의미한다.
[하이브리드 구동 모듈]
이하 도 1을 참조하여 실시예의 하이브리드 구동 모듈의 구조를 설명한다.
실시예의 하이브리드 구동 모듈은, 엔진의 출력측과 연결되어 엔진의 출력이 입력되는 입력부재(10)와, 모터의 구동력 또는 모터와 엔진의 구동력을 변속기에 전달하는 출력부재(60)를 포함한다.
입력부재(10)와 출력부재(60)는 동심을 이루고, 각각 축방향의 전방과 후방에 배치된다. 엔진은 상기 하이브리드 구동 모듈의 전방에 배치되고, 변속기는 상기 하이브리드 구동 모듈의 후방에 배치된다. 엔진의 출력은 상기 입력부재(10)를 통해 하이브리드 구동 모듈에 전달된다. 그리고 하이브리드 구동 모듈의 출력은 상기 출력부재(60)를 통해 변속기의 입력축에 전달된다. 상기 하이브리드 구동 모듈의 출력은 모터(40)의 출력이거나, 모터(40)와 엔진의 출력이 합쳐진 것일 수 있다. 상기 입력부재(10)와 출력부재(60)는 베어링(B2)을 통해 상대적인 회전이 허용되며 축방향으로 상호 지지된다.
상기 입력부재(10)와 출력부재(60)는 축방향으로 일부 구간이 중첩된다. 이 구간에서 상기 입력부재(10)는 상기 출력부재(60)의 반경방향 외측에 배치되고, 상기 입력부재(10)와 출력부재(60) 사이에는 실링부재(S6)가 개재된다. 상기 실링부재(S6)는 상기 출력부재(60)의 외주면에 형성된 홈에 끼워지는 O링일 수 있다.
상기 입력부재(10)의 전방 부분에는 그 외주면에 스플라인(102)이 구비된다. 엔진의 회전력은 상기 스플라인을 통해 입력부재(10)에 전달될 수 있다. 상기 입력부재(10)의 후방 부분은 반경방향으로 연장된다. 상기 입력부재(10)의 후방에 마련된 반경방향 연장부(103)에는 입력플레이트(12)와 토러스플레이트(13)가 고정된다. 상기 반경방향 연장부(103)와 입력플레이트(12)와 토러스플레이트(13)는 가령 리벳으로 고정되어 일체화된다. 이에 따라 상기 입력부재(10)와 입력플레이트(12)와 토러스플레이트(13)는 일체로 회전한다.
상기 입력플레이트(12)의 반경방향 외측 단부에는 엔진클러치(50)가 연결된다. 상기 엔진클러치(50)는 복수 개의 마찰판(51)이 축방향으로 서로 이격되어 배치된 구조를 가진다. 상기 복수 개의 마찰판(51)이 축방향으로 밀착되면 엔진클러치(50)는 동력을 전달하고, 상기 복수 개의 마찰판(51)이 축방향으로 이격되면 엔진클러치(50)는 동력을 전달하지 않는다.
상기 토러스플레이트(13)에는 유체클러치(30)의 엔진측 하프토러스(31)가 연결된다. 상기 엔진측 하프토러스(31)는 그보다 축방향으로 전방에 배치된 모터측 하프토러스(32)와 마주하여 유체클러치(30)를 구성한다.
상기 유체클러치(30)는 엔진클러치(50)보다 축방향으로 전방에 배치된다.
상기 엔진클러치(50)와 유체클러치(30)보다 반경방향 외측에는 모터(40)가 구비된다. 상기 모터(40)는 환 형으로 배치된 고정자(41)와, 반경방향 내측에서 상기 고정자(41)와 간극을 가지고 마주하며 환 형으로 배치된 회전자(42)를 구비한다. 상기 회전자(42)는 영구자석을 포함할 수 있다. 상기 고정자(41)는 코일을 포함할 수 있다. 상기 회전자(42)는 고정자(41)에서 발생하는 전자기적 힘과의 상호작용에 의해 회전한다.
상기 모터(40)는 제동 과정에서 변속기로부터 전달된 회전력에 의해 회전자(42)가 회전함에 따라 고정자(41)의 코일에 기전력이 발생할 수 있다. 이로써 상기 모터(40)는 회생제동 기능을 수행할 수 있다.
상기 회전자(42)는 회전자 허브(421)에 의해 지지된다. 상기 회전자 허브(421)는 원반 형상의 허브 플레이트(423)와, 상기 허브 플레이트(423)의 반경방향 외측 단부에 마련된 환 형의 회전자 홀더(422)를 포함한다. 상기 허브 플레이트(423)의 반경방향 내측 단부는 상기 출력부재(60)와 일체로 고정된다. 이에 따라 상기 회전자(42)와 상기 회전자 허브(421)와 상기 출력부재(60)는 일체로 회전한다.
상기 회전자 허브(421)의 허브 플레이트(423)는 상기 엔진클러치(50)에 연결된다. 구체적으로, 상기 엔진클러치(50)는 상기 허브 플레이트(423)의 전방에서 상기 허브 플레이트(423)와 연결된다. 상기 엔진클러치(50)는 동력 전달 계통 상에서 상기 회전자 허브(421)와 상기 입력플레이트(12) 사이에 설치된다. 상기 엔진클러치(50)는 상기 입력플레이트(12)와 회전자 허브(421)를 연결하여 일체로 회전하게 하거나, 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)의 연결을 해제하여 상기 입력플레이트(12)와 상기 회전자 허브(421)가 회전 구속되지 않도록 한다.
상기 엔진클러치(50)는 엔진측 연결부(123), 모터측 연결부(53) 및 마찰판(51)을 구비한다. 상기 엔진측 연결부(123)는 상기 입력플레이트(12)의 반경방향 단부에서 축방향으로 연장되는 실린더 형상을 가질 수 있다. 상기 모터측 연결부(53)는 소정의 간격을 두고 상기 엔진측 연결부(123)보다 반경방향으로 더 외측에 배치되고, 축방향으로 연장되는 실린더 형상을 가질 수 있다. 상기 모터측 연결부(53)의 축방향 후방 단부는 상기 회전자 허브(421)의 허브 플레이트(423)에 용접 등의 방식으로 일체로 고정될 수 있다. 복수 개의 상기 마찰판(51)은 상기 엔진측 연결부(123)와 상기 모터측 연결부(53) 사이에서 축방향으로 배열되고, 상기 엔진측 연결부(123)와 모터측 연결부(53)에 교호로 연결된다.
상기 회전자 허브(421)의 회전자 홀더(422)는 상기 유체클러치(30)에 연결된다. 구체적으로, 상기 회전자 홀더(422)의 전방 단부에는 프론트커버(21)가 일체로 설치된다. 상기 프론트커버(21)는 상기 회전자 홀더(422)로부터 반경방향 내측으로 연장된다. 상기 프론트커버(21)의 후면에는 모터측 하프토러스(32)가 설치된다. 상기 모터측 하프토러스(32)는 상기 엔진측 하프토러스(31)와 마주한다.
상기 프론트커버(21)의 반경방향 내측 단부는 상기 입력부재(10)에 연결된다. 상기 프론트커버(21)는 상기 입력부재(10)에 대해 상대적인 회전이 가능하도록 연결된다. 상기 프론트커버(21)의 반경방향 내측 단부에는 축방향으로 연장되는 축방향 연장부위가 구비된다. 상기 입력부재(10)의 외주면과 프론트커버(21)의 축방향 연장부위의 내주면 사이에는 링 형상의 실링부재(S5)가 끼워진다.
상기 프론트커버(21)의 반경방향 외측 단부는 상기 회전자 홀더(422)와 일체로 연결되고, 상기 프론트커버(21)의 반경방향 내측 단부는 상기 입력부재(10)와 유체 밀봉되도록 연결된다. 따라서 상기 프론트커버(21)는 상기 프론트커버(21)의 후방에 마련된 토러스 공간(A3)에 채워지는 유체가 전방으로 누설되지 않도록 하는 경계가 될 수 있다.
상기 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)는 상기 모터(40)의 반경방향 내측에 배치된다. 이에 따라 상기 하이브리드 구동 모듈을 축방향으로 보다 컴팩트하게 구현할 수 있다. 또한 상기 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)는 상기 모터(40)의 반경방향 내측에서 상기 모터(40)에 가깝게 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)의 반경을 확보하여, 상기 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)의 토크 용량을 확보할 수 있다.
상기 프론트커버(21)에서 상기 유체클러치(30)보다 반경방향 내측에는 베어링(B1)이 설치된다. 상기 베어링(B1)은 상기 프론트커버(21)와 상기 입력부재(10)의 반경방향 연장부(103) 사이에 개재된다. 구체적으로, 상기 베어링(B1)은 상기 프론트커버(21)의 후면과 상기 토러스플레이트(13)의 전면 사이에 개재된다. 상기 베어링(B1)은 상기 입력부재(10)와 상기 프론트커버(21)의 상대적인 회전을 지지한다.
상기 토러스플레이트(13)의 외주면에는 소정의 홈이 마련되고, 상기 홈에는 실링부재(S7)가 끼워진다. 실링부재(S7)는 토러스플레이트(13)와 회전자 허브(421) 사이에 개재된다. 상기 실링부재들(S6, S7)은 토러스플레이트(13)의 전방에 마련된 토러스 공간(A3)에 채워지는 유체가 그보다 후방에 마련된 엔진클러치 공간(A2)으로 누설되지 않도록 해주며, 상기 토러스플레이트(13)와 입력부재(10)는 이들 공간의 경계가 될 수 있다. 상기 실링부재(S6)보다 전방에서 상기 입력부재(10)에는 토러스 유로홀(105)이 마련될 수 있고, 이를 통해 변속기 오일이 상기 토러스 공간(A3)에 공급될 수 있다.
상기 엔진클러치(50)는 피스톤 플레이트(52)에 의해 작동한다. 상기 엔진클러치(50)의 축방향 후방에는 상기 엔진클러치(50)를 가압하는 피스톤 플레이트(52)가 설치된다. 상기 피스톤 플레이트(52)는 상기 허브 플레이트(423)보다 축방향 전방에 배치된다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 내측 단부는 상기 출력부재(60)에 대해 축방향으로 슬라이드 이동 가능하되 회전은 구속되도록 연결된다.
또한 상기 출력부재(60)의 외주면에는 둘레방향을 따라 실링홈(62)이 마련되고, 상기 실링홈(62)에는 링 형상의 실링부재(S1)가 끼워질 수 있다. 상기 실링부재(S1)는 상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 내측 단부의 내주면과 밀착하여 유체를 밀봉한다. 상기 실링부재(S1)는 상기 출력부재(60)에 대해 상기 피스톤 플레이트(52)가 슬라이드 이동하더라도 유체의 밀봉 상태를 유지한다.
상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 외측 단부의 외주면은 상기 엔진클러치(50)의 모터측 연결부(53)의 내주면과 마주할 수 있다. 상기 피스톤 플레이트(52)의 반경방향 외측 단부의 외주면에는 원주방향을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈에는 환형의 실링부재(S2)가 끼워질 수 있다. 상기 실링부재(S2)는 상기 모터측 연결부(53)의 내주면과 밀착하여 유체를 밀봉한다. 상기 실링부재(S2)는 상기 모터측 연결부(53)에 대해 상기 피스톤 플레이트(52)가 슬라이드 이동하더라도 유체의 밀봉 상태를 유지한다.
상기 허브 플레이트(423)는 상기 출력부재(60)보다 축방향 후방에 배치되고, 연결부위(63)를 통해 상호 고정 연결된다. 상기 출력부재(60)와 허브 플레이트(423) 사이의 공간(A1)은 상기 피스톤 플레이트(52)를 축방향 전방으로 가압하는 유체가 채워지는 피스톤 공간(A1)이 된다. 상기 출력부재(60)와 허브 플레이트(423)의 연결부위(63)에는 유체가 통할 수 있는 통공이 마련된다.
상기 허브 플레이트(423)와 출력부재(60)의 반경방향 내측에 마련된 내주면에는 환 형의 실링부재(S3, S4)가 각각 마련되고, 이는 미도시된 변속기의 축의 외주면에 접하여 유체를 밀봉한다. 변속기 오일이 상기 피스톤 공간(A1)으로 유입되면, 상기 허브 플레이트(423)와 피스톤 플레이트(52) 사이의 공간의 압력이 높아져 피스톤 플레이트(52)가 전방으로 이동한다. 상기 피스톤 플레이트(52)가 전방으로 이동하면 상기 엔진클러치(50)의 마찰판(51)들은 서로 밀착하고, 이에 따라 엔진의 동력이 엔진클러치(50)를 통해 회전자 허브(421)에 전달된다.
상기 출력부재(60)와 입력부재(10) 사이의 엔진클러치 공간(A2)으로 변속기 오일이 유입되면, 피스톤 플레이트(52)와 프론트커버(21) 사이의 공간의 압력이 높아져 피스톤 플레이트(52)가 후방으로 이동한다. 상기 피스톤 플레이트(52)가 후방으로 이동하면 상기 엔진클러치(50)의 마찰판(51)들은 서로 이격되고, 이에 따라 엔진의 동력은 회전자 허브(421)에 전달되지 않는다.
상기 엔진클러치 공간(A2)으로 유입된 오일은 습식 다판 클러치인 상기 엔진클러치(50)를 냉각하고, 다시 변속기로 되돌아간다.
상기 허브 플레이트(423)보다 축방향 후방에는 백커버(22)가 구비된다. 상기 백커버(22)의 반경방향 외측 단부는 상기 회전자 허브(421)의 회전자 홀더(422)에 결합되고, 반경방향 내측 단부는 미도시된 변속기에 연결된다. 상기 백커버(22)는 상기 회전자 홀더(422)와 일체로 회전할 수 있다.
상기 엔진클러치 공간(A2)으로 유입된 오일은 허브 플레이트(423)의 유동홀(424)을 통해 상기 백커버(22)와 허브 플레이트(423) 사이의 공간을 지나 변속기로 되돌아 간다.
상기 실링부재들(S1, S2, S3, S4)은 피스톤 공간(A1)과 상기 엔진클러치 공간(A2)을 밀봉 구획한다.
변속기 오일은 상기 백커버(22)와 프론트커버(21) 사이의 공간에 채워진다. 상기 허브 플레이트(423)와 백커버(22) 사이의 공간은, 상기 허브 플레이트(423)에 마련된 유동홀(424)을 통해 상기 허브 플레이트(423)와 프론트커버(21) 사이의 공간과 통하도록 연결된다.
도 6을 참조하면, 오일이 채워지는 공간은, 프론트커버(21)와 토러스플레이트(13)와 입력부재(10)에 의해 규정되는 토러스 공간(A3), 토러스플레이트(13)와 회전자 허브(421)와 출력부재(60)에 의해 규정되는 엔진클러치 공간(A2), 및 상기 피스톤 플레이트(52)와 허브 플레이트(423)에 의해 규정되는 피스톤 공간(A1)으로 구분될 수 있으며, 이들 공간에 대한 오일의 공급은 독립적으로 제어된다.
[EV 모드]
이하 도 2를 참조하여 실시예의 하이브리드 구동 모듈의 EV 모드를 설명한다. EV 모드에서는 엔진클러치(50)가 동력을 전달하지 않는다. 이를 위해 상기 피스톤 플레이트(52)의 전방 공간인 엔진클러치 공간(A2)에 유체를 공급하고 피스톤 플레이트(52)의 후방 공간인 피스톤 공간(A1)으로부터 유체가 빠져나가도록 하여, 피스톤 플레이트(52) 전방의 유체의 압력이 후방의 유체의 압력보다 크게 되도록 유동이 제어된다.
그리고 EV모드에서는 엔진이 정지되어 있는 상태이므로, 모터(40)의 동력이 유체클러치(30)에 의해 손실되지 않도록 토러스 공간(A3)으로부터 변속기 오일이 빠져나가도록 제어된다.
회전자 허브(421)는 출력부재(60)와 일체로 연결되어 있다. 따라서 모터(40)의 출력은 회전자 허브(421)와 출력부재(60)를 통해 변속기에 전달된다.
한편, 회전자 허브(421)가 회전함에 따라 프론트커버(21)가 함께 회전하는데, 이에 따라 모터측 하프토러스(32)도 함께 회전하게 된다. EV 모드에서는 엔진이 정지되어 있으므로, 상기 모터측 하프토러스(32)의 유체 유동이 엔진측 하프토러스(31)를 회전시키지는 않는다.
특히 본 발명에 따른 하이브리드 구동 모듈의 EV 모드에서는 토러스 공간(A3)으로부터 변속기 오일이 빠져나간 상태이기 때문에, 유체클러치(30)의 슬립에 따른 동력 손실이 발생하지 않는다.
[RB모드]
회생 제동 모드에서는, 차량의 운동에너지가 출력부재(60)와 회전자 허브(421)를 통해 모터(40)에 전달된다. 이때 모터(40)는 회생 제동에 들어간다. 상기 회전자 허브(421)는 프론트커버(21)와 연결되어 있지만, EV모드에서는 토러스 공간(A3)으로부터 오일이 빠져 있는 상태가 되므로, EV모드에서 RB모드로 진입하더라도 유체클러치(30)의 슬립에 따른 동력 손실은 발생하지 않게 되고, 회생 제동량이 더 증가하게 된다.
[EV 모드에서 HEV 모드로 전환]
이하 도 3을 참조하여 실시예의 하이브리드 구동 모듈이 EV 모드에서 HEV 모드로 전환되는 과정을 설명한다.
EV 모드에서 HEV모드로 전환될 때에는, 먼저 EV모드에서 오일이 빠져 있던 토러스 공간(A3)에 오일이 채워지도록 상기 토러스 공간(A3)에 오일을 공급한다. 상기 오일은 토러스 유로홀(105)을 통해 상기 토러스 공간(A3)에 채워진다.
그리고 엔진속도와 모터속도가 동기화된 후, 상기 피스톤 공간(A1)에 오일을 공급한다. 상기 오일은 출력부재(60)와 허브 플레이트(423) 사이의 간극을 통해 상기 피스톤 공간(A1)에 채워진다.
상기 모드의 전환은, 엔진의 시동 단계, 엔진속도와 모터속도의 동기화 단계 및 엔진클러치 결합 단계를 포함한다.
먼저 엔진의 시동을 걸면 엔진이 회전하기 시작한다. 따라서 이미 엔진보다 빠르게 회전하고 있는 모터(40)의 회전력은 토러스 공간(A3)에 오일이 채워진 상태에서 상기 유체클러치(30)를 통해 엔진에 전달되고, 이는 엔진의 회전 속도를 상승시킨다. 이 단계에서 상기 유체클러치(30)의 모터측 하프토러스(32)는 임펠러로서 기능하고, 엔진측 하프토러스(31)는 터빈으로서 기능하게 된다.
관련 기술과 달리 실시예에 따르면 모터(40)의 회전력은 유체클러치(30)를 통해 엔진에 전달되므로, 엔진의 실화 가능성이 없다. 따라서 추가적인 연료 인젝션 보상이 이루어질 필요가 없다.
다음으로, 속도 동기화 과정이 이루어진다. 유체클러치(30)에 의해 모터(40)의 회전력이 엔진에 전달되므로, 엔진의 회전속도는 빠르게 상승하게 된다. 따라서 모터(40)와 엔진의 회전 속도의 동기화가 신속하게 이루어진다. 이에 따라 모터(40)의 회전 속도를 낮추지 않은 상태로 모터(40)와 엔진의 회전속도 동기화가 가능하다. 아울러 모터의 회전력의 일부가 엔진에 전달되더라도 이는 유체클러치(30)를 통해 전달되므로, 모터에 갑작스러운 부하가 걸리지 않아 모드 전환 과정에서 진동이나 충격이 발생하지 않는다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 엔진클러치의 결합이 이루어진다. 엔진클러치의 결합은 유체클러치(30)를 통해 모터(40)의 회전속도와 엔진의 회전 속도가 동기화된 후 즉시 이루어진다. EV 모드일 때와 달리, HEV 모드에서는 엔진클러치(50)의 결합을 위해 상기 피스톤 플레이트(52)의 후방 공간(A1)에 유체의 압력이 전방 공간(A2)의 유체의 압력보다 높아지도록 유체의 유동이 제어된다.
[HEV 모드]
도 4에 도시된 바와 같이 엔진클러치(50)가 직결되면, 엔진의 힘은 엔진클러치(50)를 통해 직접 회전자 허브(421)로 전달되고, 전달된 엔진의 힘에 모터(40)의 회전력이 합쳐져 출력부재(60)로 전달된다.
HEV 모드에서는 유체클러치(30)가 마련된 토러스 공간(A3)에 오일이 공급된 상태를 유지한다.
따라서 실시예의 하이브리드 구동 모듈에 의하면, 상기 HEV 모드에서, 엔진클러치(50)가 동력 전달을 차단하더라도, 도 5에 도시된 바와 같이 엔진의 회전력은 유체클러치(30)를 통해 회전자 허브(421)에 지속적으로 전달된다. 이처럼 실시예의 하이브리드 구동 모듈은, HEV 모드에서 엔진의 동력을 끊김 없이 회전자 허브(421)에 전달할 수 있다. 즉 이때는 엔진측 하프토러스(31)가 임펠러의 기능을 하고, 모터측 하프토러스(32)가 터빈의 기능을 하게 된다.
본 발명에 따르면, 모터(40)와 엔진이 유체클러치(30)와 엔진클러치(50)로 연결되되, EV모드에서는 유체클러치(30)의 토러스 공간(A3)의 오일이 빠져나간 상태가 되고 엔진클러치(50)가 해제되어 있는 상태가 되므로, 모터(40)의 동력이 유체클러치(30)의 슬립에 의해 손실되지 않고 온전히 차량의 이동에 이용된다.
또한 회생 제동시에도 유체클러치(30)의 토러스 공간(A3)의 오일이 빠져나간 상태이므로, 차량의 운동에너지는 유체클러치(30)의 슬립에 의해 손실되지 않고 온전히 회생 제동에 사용된다.
EV 모드에서 HEV 모드로 전환 시, 먼저 토러스 공간(A3)에 오일이 채워진 상태에서 엔진이 시동되므로 모터(40)의 동력이 엔진의 회전속도를 끌어올리면서도 속도 차이로 인한 진동이나 충격이 없게 되고, 엔진의 회전속도가 모터의 동력에 의해 빠르게 끌어올려져서 모터와 엔진의 속도 동기화가 빠르게 이루어진다.
또한 HEV 모드에서도 토러스 공간(A3)에 오일이 채워진 상태이므로, 엔진클러치(50)가 해제되더라도 엔진의 회전력은 지속적으로 유체클러치(30)를 통해 회전자 허브(421)에 전달될 수 있어, 연비 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 입력부재
102: 스플라인
103: 반경방향 연장부
105: 토러스 유로홀
12:　입력플레이트
123: 엔진측 연결부
13: 토러스플레이트
21: 프론트커버
22: 백커버
30: 유체클러치
31: 터빈(엔진측 하프토러스)
32: 임펠러(모터측 하프토러스)
40: 모터
41: 고정자
42: 회전자
421: 회전자 허브
422: 회전자 홀더
423: 허브 플레이트
424: 유동홀
50: 엔진클러치
51: 마찰판
52: 피스톤 플레이트
53: 모터측 연결부
60: 출력부재
62: 실링홈
63: 연결부위
65: 엔진클러치 유로홀
S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7: 실링부재
B1, B2: 베어링
A1: 피스톤 공간
A2: 엔진클러치 공간
A3: 토러스 공간

Claims (14)

  1. 엔진의 출력측과 연결되어 엔진의 출력이 입력되는 입력부재(10);
    고정자(41)와 회전자(42)를 구비하는 모터(40);
    상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42) 사이에 구비되어, 엔진 작동시 상기 회전자(42)와 상기 입력부재(10) 간에 동력을 전달하는 유체클러치(30);
    상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42) 사이에 구비되어, 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)를 회전 구속하거나 상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)의 회전 구속을 해제하는 엔진클러치(50); 및
    상기 회전자(42)와 일체로 회전하고, 변속기의 입력축에 동력을 전달하는 출력부재(60);를 포함하고,
    상기 유체클러치(30)가 마련된 토러스 공간(A3)은 상기 엔진클러치(50)가 마련된 엔진클러치 공간(A2)으로부터 구획되어, 상기 토러스 공간(A3)에 대한 유체의 공급이 독립적으로 이루어지는,
    하이브리드 구동 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진클러치(50)는 습식 클러치이고,
    상기 엔진클러치 공간(A2)에 유체의 공급이 이루어지되, 이는 상기 토러스 공간(A3)에 대한 유체의 공급과 독립적으로 이루어지는,
    하이브리드 구동 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체클러치(30)는:
    상기 입력부재(10)와 일체로 회전하는 엔진측 하프토러스(31); 및
    상기 회전자(42)와 일체로 회전하고, 상기 엔진측 하프토러스(31)와 마주하여 유체클러치(30)를 구성하는 모터측 하프토러스(32);를 포함하는,
    하이브리드 구동 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 회전자(42)를 지지하고 상기 회전자(42)와 일체로 회전하는 회전자 허브(421); 및
    상기 회전자 허브(421) 및 상기 모터측 하프토러스(32)에 일체로 회전하도록 연결되고 상기 입력부재(10)에 회전 가능하게 연결되는 프론트커버(21);를 더 포함하는,
    하이브리드 구동 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진측 하프토러스(31)는 상기 회전자 허브(421)에 대해 상대적으로 회전 가능하고,
    상기 엔진측 하프토러스(31)와 회전자 허브(421) 사이에 실링부재(S7)가 개재되어 상기 토러스 공간(A3)을 구획하는,
    하이브리드 구동 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진측 하프토러스(31)는 상기 회전자 허브(421)의 반경방향 내측에 배치되고,
    상기 실링부재(S7)는 상기 회전자 허브(421)의 내주면과 상기 엔진측 하프토러스(31)의 외주면 사이에 개재되는,
    하이브리드 구동 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력부재(60)는 상기 입력부재(10)의 후방에 배치되고,
    상기 출력부재(60)와 입력부재(10) 사이에 실링부재(S6)가 개재되어 상기 토러스 공간(A3)을 구획하는,
    하이브리드 구동 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 출력부재(60)와 입력부재(10)는 축방향으로 상호 중첩되는 구간을 포함하고,
    상기 구간에서 상기 출력부재(60)와 입력부재(10)는 반경방향으로 서로 마주하며,
    상기 구간에서 반경방향으로 상기 출력부재(60)와 입력부재(10) 사이에 상기 실링부재(S6)가 개재되는,
    하이브리드 구동 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구간에서 상기 출력부재(60)는 상기 입력부재(10)보다 반경방향 내측에 배치되는,
    하이브리드 구동 모듈.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 구간보다 전방에서 상기 입력부재(10)에는 상기 토러스 공간(A3)과 통하도록 연결되는 토러스 유로홀(105)이 마련된,
    하이브리드 구동 모듈.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 구간보다 후방에서 상기 출력부재(60)에는 상기 엔진클러치 공간(A2)과 통하도록 연결되는 엔진클러치 유로홀(65)이 마련된,
    하이브리드 구동 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진클러치(50)는 상기 유체클러치(50)보다 축방향으로 더 후방에 배치되는,
    하이브리드 구동 모듈.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 구동 모듈의 EV모드 구동 방법으로서,
    상기 토러스 공간(A3)의 유체를 유출시켜 상기 유체클러치(30)가 유체로 연결되지 않도록 하는 단계;
    상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)의 회전 구속이 해제되도록 상기 엔진클러치(50)를 작동시키는 단계; 및
    상기 모터(40)의 출력을 출력부재(60)로 전달하는 단계;를 포함하는,
    하이브리드 구동 모듈의 EV모드 구동 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 구동 모듈의 EV 모드로부터 HEV 모드로 전환하는 방법으로서,
    상기 토러스 공간(A3)에 유체를 채워 상기 유체클러치(30)가 유체로 연결되도록 하는 단계;
    엔진을 시동하는 단계;
    상기 모터(40)의 출력을 상기 유체클러치(30)를 통해 상기 엔진으로 전달하는 단계;
    전달된 상기 모터(40)의 출력을 통해 상기 엔진의 회전속도를 상승시킴으로써, 상기 모터(40)와 상기 엔진의 회전 속도를 동기화시키는 단계;
    상기 입력부재(10)와 상기 회전자(42)가 회전 구속되도록 상기 엔진클러치(50)를 작동시키는 단계; 및
    상기 모터(40)의 출력과 함께 상기 엔진의 출력을 출력부재(60)로 전달하는 단계;를 포함하는,
    하이브리드 구동 모듈의 EV 모드로부터 HEV모드로 전환 방법.
KR1020210167510A 2020-12-31 2021-11-29 하이브리드 구동 모듈의 유체 커플링 구조, 이를 이용한 하이브리드 구동 모듈 및 그 제어 방법 KR20220097228A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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