KR20230090558A - 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치 - Google Patents

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KR20230090558A
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권혁준
양호림
서범주
최월선
이승욱
김석준
김달철
최영일
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

엔진, 제1 모터, 및 제2 모터의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치로서, 상기 엔진의 토크를 입력 받는 엔진 입력축; 상기 제1 모터의 토크를 입력 받는 제1 모터 입력축; 상기 제2 모터의 토크를 입력 받는 제2 모터 입력축; 상기 제1 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제1 중간축; 상기 제2 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제2 중간축; 상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축을 선택적으로 연결하는 클러치; 및 상기 엔진 입력축의 회전 토크를 다단 변속하여, 외접 기어 연결을 통해 상기 제1 중간축으로 출력하는 변속부;를 포함하는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치를 제공한다.

Description

하이브리드 자동차의 동력 전달 장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR HYBRIDE VEHICLE}
본 개시는 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치에 관한 것이다.
차량에 있어서의 친환경 기술은 미래 자동차 산업의 생존이 달린 핵심 기술로서, 자동차 메이커들은 환경 및 연비 규제를 해소하기 위한 친환경 자동차 개발에 총력을 기울이고 있다.
이러한 친환경 자동차의 예로서, 하이브리드 자동차는 내연기관(즉, 엔진)과 함께 전기 구동 모터를 구비하여, 엔진과 함께 또는 전기 구동 모터 단독으로 자동차를 구동할 수 있다.
이러한 하이브리드 자동차는, 구동 모터 단독으로 자동차를 구동하는 EV 모드, 엔진과 함께 자동차를 구동하는 병렬 모드, 구동 모터만으로 자동차를 구동하되, 엔진은 구동용 배터리를 충전하는데 사용되는 직렬 모드 등 여러가지 구동 방식으로 구동될 수 있다.
한편, 엔진 외에도 모터 등 부가 장비들이 포함되는 하이브리드 자동차는 자동차의 구동을 위한 부품들이 증가하게 되므로, 구동을 위한 시스템의 부피와 무게를 줄이는 것이 연비 향상 및 비용 감소에 도움된다.
따라서, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는 보다 효율적인 구성으로 엔진과 모터의 동력을 활용하고, 보다 다양한 방식의 구동 방식을 구현하며, 각 구동 방식에서 다단 변속이 가능하도록 연구되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 개시는 효율적인 구성으로 다양한 구동 모드를 구현하는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치를 제공한다.
본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는, 엔진, 제1 모터, 및 제2 모터의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치로서, 상기 엔진의 토크를 입력 받는 엔진 입력축; 상기 제1 모터의 토크를 입력 받는 제1 모터 입력축; 상기 제2 모터의 토크를 입력 받는 제2 모터 입력축; 상기 제1 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제1 중간축; 상기 제2 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제2 중간축; 상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축을 선택적으로 연결하는 클러치; 및 상기 엔진 입력축의 회전 토크를 다단 변속하여, 외접 기어 연결을 통해 상기 제1 중간축으로 출력하는 변속부;를 포함한다.
상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축은 동일 축선 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 중간축은 출력 기어를 통해 구동 토크를 디퍼렌셜로 출력할 수 있다.
상기 변속부는, 상기 엔진 입력축 상에 고정 배치되는 제1 구동 기어 및 제2 구동 기어; 상기 제1 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 각각 상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어에 외접 기어 연결되는 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어; 및 상기 제1 중간축을 상기 제1 피동 기어 또는 상기 제2 피동 기어에 선택적으로 연결하는 싱크로나이저;를 포함할 수 있다.
상기 클러치 및 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 하나 이상의 EV 모드, 하나 이상의 직렬 모드, 및 하나 이상의 병렬 모드를 구현할 수 있다.
상기 하나 이상의 EV 모드는, 상기 제2 모터만의 동력으로 상기 하이브리드 자동차를 구동하는 단일 모터 구동 모드; 및 상기 제1 모터 및 제2 모터의 동력을 함께 사용하여 상기 하이브리드 자동차를 구동하는 복수 모터 구동 모드;를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 직렬 모드는, 상기 클러치가 해제된 상태에서 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 상기 엔진의 토크가 다단 변속되어 상기 제1 모터 입력축에 전달됨으로써 형성될 수 있다.
상기 하나 이상의 병렬 모드는, 상기 클러치가 작동된 상태에서 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 상기 엔진의 토크가 다단 변속되어 상기 제1 모터 입력축에 전달됨으로써 형성될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는, 엔진, 제1 모터, 및 제2 모터의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치로서, 상기 제1 모터의 토크를 변속하여 입력 받는 제1 중간축; 상기 제2 모터의 토크를 변속하여 입력 받으며, 상기 하이브리드 자동차의 구동 토크를 출력하는 제2 중간축; 상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축을 선택적으로 연결하는 클러치; 및 상기 엔진의 토크를 다단 변속하여, 상기 제1 중간축으로 출력하는 변속부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축은 동일 축선 상에 배치될 수 있다.
상기 변속부는, 상기 엔진의 토크를 입력 받는 엔진 입력축 상에 배치되는 제1 구동 기어 및 제2 구동 기어; 상기 제1 중간축 상에 배치되고, 상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어; 및 상기 엔진으로부터 상기 제1 구동 기어와 상기 제1 피동 기어를 통해 상기 제1 중간축으로 이어지는 제1 엔진 동력 전달 경로 및 상기 엔진으로부터 상기 제2 구동 기어와 상기 제2 피동 기어를 통해 상기 제1 중간축으로 이어지는 제2 엔진 동력 전달 경로를 선택적으로 형성하는 싱크로나이저;를 포함할 수 있다.
상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어는 상기 엔진 입력축 상에 고정 배치되고, 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어는 상기 제1 중간축 상에 회전 가능하게 배치되며, 상기 싱크로나이저는 상기 제1 중간축을 상기 제1 피동 기어 또는 상기 제2 피동 기어에 선택적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치에 따르면, 통상적으로 수반되는 유성기어세트 등 복잡한 구성요소를 채용하지 않고 단순한 구성으로도 하이브리드 자동차의 다양한 구동 모드를 구현할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치에 따르면, 각 구동 모드에서 하나 이상의 세부 모드를 구현할 수 있다.
그 외에 본 개시의 실시예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 개시의 실시예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 개시의 실시예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 작동표이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 EV-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
도 4은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 EV-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
도 5은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Series-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Series-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Parallel-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Parallel-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 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.
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.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
본 출원에서 "모터"는, 특별히 반대되는 기재가 명시되지 않는 한, 모터와 제너레이터 기능을 수행하는 모터-제너레이터를 의미하는 것으로 의도된다.
이제 본 개시의 실시예에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는, 주로 하이브리드 자동차를 구동하는 관점에서 동력의 흐름에 관해 설명하나, 예컨대 회생 제동, 엔진의 시동 등에서, 동력은 설명된 반대의 방향으로 흐를 수 있음을 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 구성도이다.
본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는, 엔진(ENG), 제1 모터(MG1), 및 제2 모터(MG2)의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는, 엔진 입력축(ISE), 제1 모터 입력축(IS1), 제2 모터 입력축(IS2), 제1 중간축(IMS1), 제2 중간축(IMS2), 클러치(CL), 및 변속부(SP)를 포함한다.
엔진 입력축(ISE)은 엔진(ENG)의 토크를 입력 받는다.
제1 모터 입력축(IS1)은 제1 모터(MG1)의 토크를 입력 받는다.
제1 중간축(IMS1)은 제1 모터 입력축(IS1)과 외접 기어 연결된다. 구체적으로, 제1 모터 입력축(IS1) 상에 제1 모터측 구동 기어(MDG1)가 고정 배치되고, 제1 중간축(IMS1) 상에 제1 모터측 피동 기어(MPG1)가 배치되어, 제1 모터측 구동 기어(MDG1)와 제1 모터측 피동 기어(MPG1)가 서로 외접 기어 연결된다.
따라서, 제1 중간축(IMS1)은 제1 모터측 구동 기어(MDG1)와 제1 모터측 피동 기어(MPG1)의 외접 기어비에 의해 제1 모터(MG1)의 토크를 변속하여 입력 받는다.
제2 모터 입력축(IS2)은 제2 모터(MG2)의 토크를 입력 받는다.
제2 중간축(IMS2)은 제2 모터 입력축(IS2)과 외접 기어 연결된다. 구체적으로, 제2 모터 입력축(IS2) 상에 제2 모터측 구동 기어(MDG2)가 고정 배치되고, 제2 중간축(IMS2) 상에 제2 모터측 피동 기어(MPG2)가 배치되어, 제2 모터측 구동 기어(MDG2)와 제2 모터측 피동 기어(MPG2)가 서로 외접 기어 연결된다.
따라서, 제2 중간축(IMS2)은 제2 모터측 구동 기어(MDG2)와 제2 모터측 피동 기어(MPG2)의 외접 기어비에 의해 제2 모터(MG2)의 토크를 변속하여 입력 받는다.
제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 동일 축선 상에 배치되고, 클러치(CL)는 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)을 선택적으로 연결한다.
또한, 제2 중간축(IMS2)은 출력 기어(OG)를 통해 디퍼렌셜(DIFF)과 연결되며, 따라서, 하이브리드 자동차의 구동 토크를 디퍼렌셜(DIFF)로 출력한다.
변속부(SP)는 엔진(ENG)의 토크(구체적으로, 엔진 입력축(ISE)의 회전 토크)를 다단 변속하여, 외접 기어 연결을 통해 제1 중간축(IMS1)으로 출력한다.
변속부(SP)는, 엔진 입력축(ISE) 상에 배치되는 제1 구동 기어(EDG1) 및 제2 구동 기어(EDG2), 제1 중간축(IMS1) 상에 배치되는 제1 피동 기어(EPG1) 및 제2 피동 기어(EPG2), 그리고 싱크로나이저(SL)를 포함한다.
제1 피동 기어(EPG1)는 제1 구동 기어(EDG1)에 외접 기어 연결되고, 제2 피동 기어(EPG2)는 제2 구동 기어(EDG2)에 외접 기어 연결된다. 이 때, 제1 구동 기어(EDG1)와 제1 피동 기어(EPG1) 사이의 외접 기어비와 제2 구동 기어(EDG2)와 제2 피동 기어(EPG2) 사이의 외접 기어비는 서로 다르게 형성되어, 두 동력 전달 경로는 서로 다른 외접 기어비를 가지게 된다.
따라서, 엔진(ENG)으로부터 제1 중간축(IMS1)으로의 동력 전달 경로로서, 엔진(ENG)으로부터 제1 구동 기어(EDG1)와 제1 피동 기어(EPG1)를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 이어지는 제1 엔진 동력 전달 경로와 엔진(ENG)으로부터 제2 구동 기어(EDG2)와 제2 피동 기어(EPG2)를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 이어지는 제2 엔진 동력 전달 경로의 2가지 동력 전달 경로가 형성될 수 있다. 이 때, 싱크로나이저(SL)는 제1 엔진 동력 전달 경로 및 제2 엔진 동력 전달 경로를 선택적으로 형성한다.
구체적으로, 제1 구동 기어(EDG1) 및 제2 구동 기어(EDG2)는 엔진 입력축(ISE) 상에 고정 배치되고, 제1 피동 기어(EPG1) 및 제2 피동 기어(EPG2)는 제1 중간축(IMS1) 상에 회전 가능하게 배치된다.
이 때, 싱크로나이저(SL)는 제1 중간축(IMS1)을 제1 피동 기어(EPG1) 또는 제2 피동 기어(EPG2)에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 즉, 싱크로나이저(SL)의 슬리이브(SLE)가 제1 피동 기어(EPG1) 쪽으로 이동하면 제1 피동 기어(EPG1)가 제1 중간축(IMS1)과 연결되어, 엔진(ENG)으로부터 엔진 입력축(ISE), 제1 구동 기어(EDG1), 및 제1 피동 기어(EPG1)를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 동력이 전달되는 제1 동력 전달 경로가 형성된다. 그리고, 싱크로나이저(SL)의 슬리이브(SLE)가 제2 피동 기어(EPG2) 쪽으로 이동하면 제2 피동 기어(EPG2)가 제2 중간축(IMS2)과 연결되어, 엔진(ENG)으로부터 엔진 입력축(ISE), 제2 구동 기어(EDG2), 및 제2 피동 기어(EPG2)를 통해 제2 중간축(IMS2)으로 동력이 전달되는 제2 동력 전달 경로가 형성된다. 따라서, 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라 엔진(ENG)으로부터 제1 중간축(IMS1)으로의 동력 전달 경로가 전환되는 것이다.
상기에서 클러치(CL)는 유압 제어 장치로부터 공급되는 유압에 의하여 작동되는 다판식 유압 마찰 결합 유닛으로 이루어질 수 있으며, 주로 습식 다판형 유압 마찰 결합 유닛이 사용되지만, 도그 클러치, 전자식 클러치, 자분식 클러치 등과 같이 전자제어장치로부터 공급되는 전기적인 신호에 따라 작동될 수 있는 결합 유닛으로 이루어질 수 있다.
또한, 싱크로나이저(SL)는 공지의 구성에 따라 구성될 수 있으므로 추가적으로 상세한 설명은 생략하며, 이의 슬리이브(SLE)는 도시하지 않은 별도의 액추에이터를 통해 작동될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
위와 같이 구성되는 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치는, 클러치(CL) 및 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라, 하나 이상의 EV 모드, 하나 이상의 직렬 모드, 및 하나 이상의 병렬 모드를 구현할 수 있다.
하나 이상의 EV 모드는, 제2 모터(MG2)만의 동력으로 하이브리드 자동차를 구동하는 단일 모터 구동 모드(EV-1 Mode), 및 제1 모터(MG1) 및 제2 모터(MG2)의 동력을 함께 사용하여 하이브리드 자동차를 구동하는 복수 모터 구동 모드(EV-2 Mode)를 포함한다.
하나 이상의 직렬 모드는, 클러치(CL)가 해제된 상태에서 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라, 엔진(ENG)의 토크가 다단 변속되어 제1 모터 입력축(IS1)에 전달됨으로써 형성될 수 있다.
하나 이상의 병렬 모드는, 클러치(CL)가 작동된 상태에서 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라, 엔진(ENG)의 토크가 다단 변속되어 제1 모터 입력축(IS1)에 전달됨으로써 형성될 수 있다.
이하에서는 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 다양한 구동 모드에 관하여 도 2 및 도 3 내지 도 8을 참조로 설명한다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 작동표이다. 도 3은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 EV-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다. 도 4은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 EV-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다. 도 5은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Series-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다. 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Series-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다. 도 7은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Parallel-1 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다. 도 8은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치의 Parallel-2 모드에서의 동력 전달 흐름을 도시한다.
[EV-1 모드]
도 2를 참조하면, EV-1 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하지 않으며, 싱크로나이저(SL)는 중립 상태에 있다.
싱크로나이저(SL)가 중립 상태에 있으므로 엔진(ENG)은 동력 전달 또는 발전에 기여하지 않는다.
클러치(CL)가 작동하지 않으므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 단절되며, 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크만이 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
따라서, 제2 모터(MG2)만의 동력으로 하이브리드 자동차를 구동하는 단일 모터 구동 모드(EV-1 Mode)가 구현된다.
[EV-2 모드]
도 2를 참조하면, EV-2 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하며, 싱크로나이저(SL)는 중립 상태에 있다.
싱크로나이저(SL)가 중립 상태에 있으므로 엔진(ENG)은 동력 전달 또는 발전에 기여하지 않는다.
클러치(CL)가 작동하므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 연결되며, 제1 모터(MG1)로부터의 제1 중간축(IMS1)의 토크와 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크가 모두 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
따라서, 제1 모터(MG1) 및 제2 모터(MG2)의 동력을 함께 사용하여 하이브리드 자동차를 구동하는 복수 모터 구동 모드(EV-2 Mode)가 구현된다.
[Series-1 모드]
도 2를 참조하면, Series-1 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하지 않으며, 싱크로나이저(SL)는 도면에서 좌측으로 이동한다.
클러치(CL)가 작동하지 않으므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 단절되며, 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크만이 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
싱크로나이저(SL)는 도면에서 좌측으로 이동하므로 제1 피동 기어(EPG1)와 제1 중간축(IMS1)이 연결되며, 이에 따라 엔진(ENG)의 동력은 엔진 입력축(ISE), 제1 구동 기어(EDG1), 및 제1 피동 기어(EPG1)로 이어지는 제1 동력 전달 경로를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 전달된다.
따라서, 엔진(ENG)은 제1 중간축(IMS1)을 통해 제1 모터(MG1)와 연결되고, 엔진(ENG)의 동력은 제1 모터(MG1)에 의해 발전하여 구동용 배터리(도시하지 않음)을 충전하는데 사용될 수 있다.
따라서, 엔진(ENG)은 하이브리드 자동차의 구동에 관여하지 않고 제1 모터(MG1)를 통해 발전에 사용되며 제2 모터(MG2)는 하이브리드 자동차의 구동에 사용되는 직렬(Series) 모드가 구현된다. 구체적으로, 제1 구동 기어(EDG1)와 제1 피동 기어(EPG1) 사이의 외접 기어비가 엔진(ENG)과 제1 중간축(IMS1) 사이의 변속비에 기여하게 되는 Series-1 모드가 구현된다.
[Series-2 모드]
도 2를 참조하면, Series-2 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하지 않으며, 싱크로나이저(SL)는 도면에서 우측으로 이동한다.
클러치(CL)가 작동하지 않으므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 단절되며, 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크만이 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
싱크로나이저(SL)는 도면에서 우측으로 이동하므로 제2 피동 기어(EPG2)와 제1 중간축(IMS1)이 연결되며, 이에 따라 엔진(ENG)의 동력은 엔진 입력축(ISE), 제2 구동 기어(EDG2), 및 제2 피동 기어(EPG2)로 이어지는 제2 동력 전달 경로를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 전달된다.
따라서, 엔진(ENG)은 제1 중간축(IMS1)을 통해 제1 모터(MG1)와 연결되고, 엔진(ENG)의 동력은 제1 모터(MG1)에 의해 발전하여 구동용 배터리(도시하지 않음)을 충전하는데 사용될 수 있다.
따라서, 엔진(ENG)은 하이브리드 자동차의 구동에 관여하지 않고 제1 모터(MG1)를 통해 발전에 사용되며 제2 모터(MG2)는 하이브리드 자동차의 구동에 사용되는 직렬(Series) 모드가 구현된다. 구체적으로, 제2 구동 기어(EDG2)와 제2 피동 기어(EPG2) 사이의 외접 기어비가 엔진(ENG)과 제1 중간축(IMS1) 사이의 변속비에 기여하게 되는 Series-2 모드가 구현된다.
전술한 Series-1 모드와 Series-2 모드의 설명을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치가 구현하는 하나 이상의 직렬 모드는, 클러치(CL)가 해제된 상태에서 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라, 엔진(ENG)의 토크가 다단 변속되어 제1 모터 입력축(IS1)에 전달됨으로써 형성됨을 알 수 있다.
[Parallel-1 모드]
도 2를 참조하면, Parallel-1 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하며, 싱크로나이저(SL)는 도면에서 좌측으로 이동한다.
클러치(CL)가 작동하므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 연결되며, 제1 모터(MG1)로부터의 제1 중간축(IMS1)의 토크와 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크가 모두 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
싱크로나이저(SL)는 도면에서 좌측으로 이동하므로 제1 피동 기어(EPG1)와 제1 중간축(IMS1)이 연결되며, 이에 따라 엔진(ENG)의 동력은 엔진 입력축(ISE), 제1 구동 기어(EDG1), 및 제1 피동 기어(EPG1)로 이어지는 제1 동력 전달 경로를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 전달된다.
따라서, 엔진(ENG)은 제1 중간축(IMS1)을 통해 제1 모터(MG1)와 연결되고, 엔진(ENG)의 동력은 제1 모터(MG1)에 의해 발전하여 구동용 배터리(도시하지 않음)을 충전하는데 사용될 수 있다.
한편, 클러치(CL)가 작동하므로 제1 중간축(IMS1)으로 전달되는 엔진(ENG)의 토크는 제2 중간축(IMS2)으로 전달되어 하이브리드 자동차의 구동에도 사용될 수 있고, 엔진(ENG), 제1 모터(MG1), 및 제2 모터(MG2)의 토크가 모두 구동에 사용되는 병렬(Parallel) 모드가 구현된다. 구체적으로, 제1 구동 기어(EDG1)와 제1 피동 기어(EPG1) 사이의 외접 기어비가 엔진(ENG)과 제1 중간축(IMS1) 사이의 변속비에 기여하게 되는 Series-1 모드가 구현된다.
[Parallel-2 모드]
도 2를 참조하면, Parallel-2 모드에서는, 클러치(CL)가 작동하며, 싱크로나이저(SL)는 도면에서 우측으로 이동한다.
클러치(CL)가 작동하므로 제1 중간축(IMS1)과 제2 중간축(IMS2)은 연결되며, 제1 모터(MG1)로부터의 제1 중간축(IMS1)의 토크와 제2 모터(MG2)로부터의 제2 중간축(IMS2)의 토크가 모두 하이브리드 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
싱크로나이저(SL)는 도면에서 우측으로 이동하므로 제2 피동 기어(EPG2)와 제1 중간축(IMS1)이 연결되며, 이에 따라 엔진(ENG)의 동력은 엔진 입력축(ISE), 제2 구동 기어(EDG2), 및 제2 피동 기어(EPG2)로 이어지는 제2 동력 전달 경로를 통해 제1 중간축(IMS1)으로 전달된다.
따라서, 엔진(ENG)은 제1 중간축(IMS1)을 통해 제1 모터(MG1)와 연결되고, 엔진(ENG)의 동력은 제1 모터(MG1)에 의해 발전하여 구동용 배터리(도시하지 않음)을 충전하는데 사용될 수 있다.
한편, 클러치(CL)가 작동하므로 제1 중간축(IMS1)으로 전달되는 엔진(ENG)의 토크는 제2 중간축(IMS2)으로 전달되어 하이브리드 자동차의 구동에도 사용될 수 있고, 엔진(ENG), 제1 모터(MG1), 및 제2 모터(MG2)의 토크가 모두 구동에 사용되는 병렬(Parallel) 모드가 구현된다. 구체적으로, 제2 구동 기어(EDG2)와 제2 피동 기어(EPG2) 사이의 외접 기어비가 엔진(ENG)과 제1 중간축(IMS1) 사이의 변속비에 기여하게 되는 Series-2 모드가 구현된다.
전술한 Parallel-1 모드와 Parallel-2 모드의 설명을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치가 구현하는 하나 이상의 병렬 모드는, 클러치(CL)가 작동된 상태에서 싱크로나이저(SL)의 작동에 따라, 엔진(ENG)의 토크가 다단 변속되어 제1 모터 입력축(IS1)에 전달됨으로써 형성될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치에 따르면, 통상적으로 수반되는 유성기어세트 등 복잡한 구성요소를 채용하지 않고 단순한 구성으로도 하이브리드 자동차의 다양한 구동 모드를 구현할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치에 따르면, 각 구동 모드에서 하나 이상의 세부 모드를 구현할 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
ENG: 엔진 ISE: 엔진 입력축
MG1: 제1 모터 IS1: 제1 모터 입력축
MG2: 제2 모터 IS2: 제2 모터 입력축
IMS1: 제1 중간축 IMS2: 제2 중간축
CL: 클러치 SP: 변속부
SL: 싱크로나이저 SLE: 슬리이브
EDG1: 제1 구동 기어 EPG1: 제1 피동 기어
EDG2: 제2 구동 기어 EPG2: 제2 피동 기어
MDG1: 제1 모터측 구동 기어 MPG1: 제1 모터측 피동 기어
MDG2: 제2 모터측 구동 기어 MPG2: 제2 모터측 피동 기어
OG: 출력 기어 DIFF: 디퍼렌셜

Claims (12)

  1. 엔진, 제1 모터, 및 제2 모터의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치로서,
    상기 엔진의 토크를 입력 받는 엔진 입력축;
    상기 제1 모터의 토크를 입력 받는 제1 모터 입력축;
    상기 제2 모터의 토크를 입력 받는 제2 모터 입력축;
    상기 제1 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제1 중간축;
    상기 제2 모터 입력축과 외접 기어 연결되는 제2 중간축;
    상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축을 선택적으로 연결하는 클러치; 및
    상기 엔진 입력축의 회전 토크를 다단 변속하여, 외접 기어 연결을 통해 상기 제1 중간축으로 출력하는 변속부;를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축은 동일 축선 상에 배치되는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 중간축은 출력 기어를 통해 구동 토크를 디퍼렌셜로 출력하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 변속부는,
    상기 엔진 입력축 상에 고정 배치되는 제1 구동 기어 및 제2 구동 기어;
    상기 제1 중간축 상에 각각 회전 가능하게 배치되고, 각각 상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어에 외접 기어 연결되는 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어; 및
    상기 제1 중간축을 상기 제1 피동 기어 또는 상기 제2 피동 기어에 선택적으로 연결하는 싱크로나이저;를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 클러치 및 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 하나 이상의 EV 모드, 하나 이상의 직렬 모드, 및 하나 이상의 병렬 모드를 구현하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 하나 이상의 EV 모드는,
    상기 제2 모터만의 동력으로 상기 하이브리드 자동차를 구동하는 단일 모터 구동 모드; 및
    상기 제1 모터 및 제2 모터의 동력을 함께 사용하여 상기 하이브리드 자동차를 구동하는 복수 모터 구동 모드;를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 하나 이상의 직렬 모드는,
    상기 클러치가 해제된 상태에서 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 상기 엔진의 토크가 다단 변속되어 상기 제1 모터 입력축에 전달됨으로써 형성되는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 하나 이상의 병렬 모드는,
    상기 클러치가 작동된 상태에서 상기 싱크로나이저의 작동에 따라, 상기 엔진의 토크가 다단 변속되어 상기 제1 모터 입력축에 전달됨으로써 형성되는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  9. 엔진, 제1 모터, 및 제2 모터의 동력을 조합하여 구동되는 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치로서,
    상기 제1 모터의 토크를 변속하여 입력 받는 제1 중간축;
    상기 제2 모터의 토크를 변속하여 입력 받으며, 상기 하이브리드 자동차의 구동 토크를 출력하는 제2 중간축;
    상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축을 선택적으로 연결하는 클러치; 및
    상기 엔진의 토크를 다단 변속하여, 상기 제1 중간축으로 출력하는 변속부;를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 중간축과 상기 제2 중간축은 동일 축선 상에 배치되는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에서,
    상기 변속부는,
    상기 엔진의 토크를 입력 받는 엔진 입력축 상에 배치되는 제1 구동 기어 및 제2 구동 기어;
    상기 제1 중간축 상에 배치되고, 상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어에 각각 외접 기어 연결되는 제1 피동 기어 및 제2 피동 기어; 및
    상기 엔진으로부터 상기 제1 구동 기어와 상기 제1 피동 기어를 통해 상기 제1 중간축으로 이어지는 제1 엔진 동력 전달 경로 및 상기 엔진으로부터 상기 제2 구동 기어와 상기 제2 피동 기어를 통해 상기 제1 중간축으로 이어지는 제2 엔진 동력 전달 경로를 선택적으로 형성하는 싱크로나이저;를 포함하는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 구동 기어 및 상기 제2 구동 기어는 상기 엔진 입력축 상에 고정 배치되고,
    상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어는 상기 제1 중간축 상에 회전 가능하게 배치되며,
    상기 싱크로나이저는 상기 제1 중간축을 상기 제1 피동 기어 또는 상기 제2 피동 기어에 선택적으로 연결하도록 구성되는, 하이브리드 자동차의 동력 전달 장치.
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