KR20230153086A - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진; 상기 엔진의 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축; 상기 제1입력축에 직결된 제1모터; 상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치된 제2입력축; 상기 제2입력축에 직결된 제2모터; 두 회전요소가 상기 제1입력축 및 제2입력축에 각각 연결되고, 나머지 한 회전요소가 고정 가능하게 설치된 유성기어장치; 동력을 인출할 수 있도록 상기 제2입력축에 일체로 구비된 출력기어를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWER TRAIN FOR VHICLE}

본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인 구조에 관한 기술이다.

하이브리드 차량은 동력 특성이 서로 다른 모터와 엔진의 동력을 적절히 조합하여, 차량의 다양한 운전조건에 적합한 출력을 발휘할 수 있도록 하면서도, 가급적 엔진을 최적의 운전점에서 작동되도록 하여, 차량의 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

하이브리드 차량은 모터로만 주행하는 EV모드와, 엔진의 동력으로 발전된 전기를 사용하여 구동되는 모터의 동력으로 차량이 주행하는 시리즈모드, 및 엔진과 모터의 동력 모두를 사용하여 차량을 구동하는 패러렐모드 등을 구현한다.

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 1020180066795 A

본 발명은 다양한 주행모드를 구현할 수 있고, 패러렐모드 구현 시, 엔진 작동의 자유도를 향상시켜, 궁극적으로 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

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

엔진;

상기 엔진의 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축;

상기 제1입력축에 직결된 제1모터;

상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치된 제2입력축;

상기 제2입력축에 직결된 제2모터;

두 회전요소가 상기 제1입력축 및 제2입력축에 각각 연결되고, 나머지 한 회전요소가 고정 가능하게 설치된 유성기어장치;

동력을 인출할 수 있도록 상기 제2입력축에 일체로 구비된 출력기어;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1입력축은 상기 엔진의 동력을 일정한 기어비로 전달받도록 서로 치합된 기어들에 의해 상기 엔진에 연결될 수 있다.

상기 엔진에는 내접기어가 구비되고;

상기 제1입력축에는 상기 내접기어에 치합되는 내접피니언이 구비될 수 있다.

상기 제2입력축은 상기 제1입력축을 감싸는 중공축으로 이루어지고;

상기 제1입력축과 제2입력축은 상기 제2모터의 내부를 관통하도록 설치될 수 있다.

상기 유성기어장치에는 3개의 회전요소 중 임의의 2개의 회전요소를 상호 결합시킬 수 있는 클러치가 장착될 수 있다.

상기 유성기어장치의 선기어는 상기 제1입력축에 연결되고, 캐리어는 상기 제2입력축에 연결되며, 링기어는 브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치될 수 있다.

상기 클러치는 상기 유성기어장치의 선기어와 링기어를 상호 결합시킬 수 있도록 설치될 수 있다.

상기 출력기어의 동력은 감속된 후, 차동장치로 전달되도록 구성될 수 있다.

상기 출력기어에는 제1매개기어가 치합되고;

상기 제1매개기어와 동심축으로 설치된 제2매개기어는 상기 차동장치의 차동링기어에 치합되며;

상기 제1매개기어는 상기 제2매개기어보다 직경이 크게 구성될 수 있다.

본 발명은 다양한 주행모드를 구현할 수 있고, 패러렐모드 구현 시, 엔진 작동의 자유도를 향상시켜, 엔진이 보다 최적화된 운전점에서 운전될 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인의 작동요소표,
도 3은 도 1의 파워트레인의 속도선도이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 엔진(E); 상기 엔진(E)의 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축(IN1); 상기 제1입력축(IN1)에 직결된 제1모터(MG1); 상기 제1입력축(IN1)과 동심축을 이루어 배치된 제2입력축(IN2); 상기 제2입력축(IN2)에 직결된 제2모터(MG2); 두 회전요소가 상기 제1입력축(IN1) 및 제2입력축(IN2)에 각각 연결되고, 나머지 한 회전요소가 고정 가능하게 설치된 유성기어장치(PG); 동력을 인출할 수 있도록 상기 제2입력축(IN2)에 일체로 구비된 출력기어(OG)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명의 파워트레인은 상기 제1입력축(IN1)으로 엔진(E)과 제1모터(MG1)의 동력을 공급할 수 있도록 하고, 상기 제2입력축(IN2)으로 제2모터(MG2)의 동력을 공급할 수 있도록 한 상태에서, 상기 제1입력축(IN1)의 동력을 상기 유성기어장치(PG)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 감속하여 전달하거나 그대로 전달할 수 있도록 하면서, 상기 제2입력축(IN2)의 출력기어(OG)를 통해 동력을 구동륜으로 인출할 수 있도록 구성한 것이다.

따라서, 상기 엔진(E)의 동력을 상기 제2모터(MG2)의 동력과 함께 구동륜으로 제공하여 패러렐모드를 구현할 때, 상기 엔진(E)의 동력은 상기 제1입력축(IN1)과 유성기어장치(PG)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 감속 또는 등속으로 전달되므로, 상기 엔진(E)은 상기 제2모터(MG2)의 회전속도에 대해 2가지의 서로 다른 속도로 운전될 수 있는 자유도를 가지게 되는 것이다.

따라서, 상기 엔진(E)은 상기 제2모터(MG2)의 회전속도에 구속되지 않고, 상기와 같은 자유도를 가지고 운전될 수 있어서, 가급적 최적의 운전점에서 운전되도록 제어됨으로써, 궁극적으로 차량의 연비를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 엔진(E)에는 내접기어(1)가 구비되고; 상기 제1입력축(IN1)에는 상기 내접기어(1)에 치합되는 내접피니언(3)이 구비된다.

따라서, 상기 엔진(E)은 상기 제1모터(MG1)에 비해 상대적으로 낮은 회전수로 운전될 수 있으며, 상기와 같은 내접기어(1)와 내접피니언(3)은 본 발명 파워트레인의 부피를 축소하여 보다 컴팩트하게 구성할 수 있도록 한다.

상기 제2입력축(IN2)은 상기 제1입력축(IN1)을 감싸는 중공축으로 이루어지고; 상기 제1입력축(IN1)과 제2입력축(IN2)은 상기 제2모터(MG2)의 내부를 관통하도록 설치된다.

또한, 상기 유성기어장치(PG)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2) 사이에 배치되도록 하여, 상기 제1모터(MG1)와 유성기어장치(PG) 및 제2모터(MG2)가 컴팩트한 구성을 가질 수 있도록 하고 있다.

상기 유성기어장치(PG)에는 3개의 회전요소 중 임의의 2개의 회전요소를 상호 결합시킬 수 있는 클러치(CL)가 장착된다.

상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S)는 상기 제1입력축(IN1)에 연결되고, 캐리어(C)는 상기 제2입력축(IN2)에 연결되며, 링기어(R)는 브레이크(B)에 의해 변속기케이스(CS)에 고정 가능하게 설치된다.

상기 클러치(CL)는 상기 유성기어장치(PG)의 선기어(S)와 링기어(R)를 상호 결합시킬 수 있도록 설치된다.

따라서, 상기 브레이크(B)가 작동되면 상기 링기어(R)가 상기 변속기케이스(CS)에 고정되어, 상기 선기어(S)로 입력되는 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 감속되어 캐리어(C)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되게 되며, 이와 같은 상태가 도 2와 도 3의 1단 상태이다.

상기 브레이크(B)가 해제되고 상기 클러치(CL)가 체결되면, 상기 선기어(S)와 링기어(R)가 서로 잠기면서, 상기 유성기어장치(PG)의 모든 회전요소가 일체로 회전되므로, 상기 선기어(S)로 입력되는 상기 제1입력축(IN1)의 동력은 변속되지 않고 그대로 상기 캐리어(C)를 통해 상기 제2입력축(IN2)으로 전달되게 되며, 이와 같은 상태는 도 2와 도 3의 2단 상태이다.

한편, 상기 제2입력축(IN2)에 일체로 설치된 상기 출력기어(OG)의 동력은 감속된 후, 차동장치(DF)로 전달되도록 구성될 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 상기 출력기어(OG)에는 제1매개기어(5)가 치합되고; 상기 제1매개기어(5)와 동심축으로 설치된 제2매개기어(7)는 상기 차동장치(DF)의 차동링기어(DR)에 치합되며; 상기 제1매개기어(5)는 상기 제2매개기어(7)보다 직경이 크게 구성된 것이다.

따라서, 상기 출력기어(OG)의 동력은 상기 제1매개기어(5)와 제2매개기어(7) 및 차동링기어(DR)를 통해 차례로 감속되어 상기 차동장치(DF)로 전달되게 된다.

물론, 상기 차동장치(DF)에는 양쪽의 구동륜이 연결되어, 상기 차동장치(DF)로 전달된 동력은 상기 구동륜으로 바로 전달되게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은 전기차모드인 EV모드 주행 시, 상기 브레이크(B)와 클러치(CL)를 모두 해제한 상태에서, 상기 제2모터(MG2)만을 구동하여 EV모드를 구현한다.

또한, 상기와 같이 브레이크(B)와 클러치(CL)를 모두 해제한 상태에서, 상기 엔진(E)을 구동하여, 상기 제1모터(MG1)로 발전을 수행하고, 이와 같이 발전된 전력으로 상기 제2모터(MG2)를 구동하는 방식으로 시리즈모드를 구현할 수 있다.

물론, 상술한 바와 같이 상기 브레이크(B)나 클러치(CL)를 체결하는 1단이나 2단의 상태는 상기 엔진(E)의 동력과 제2모터(MG2)의 동력이 모두 구동륜으로 제공되는 패럴렐모드를 구현하는 상태이다.

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.

1; 내접기어
3; 내접피니언
5; 제1매개기어
7; 제2매개기어
E; 엔진
IN1; 제1입력축
MG1; 제1모터
IN2; 제2입력축
MG2; 제2모터
PG; 유성기어장치
OG; 출력기어
CL; 클러치
B; 브레이크
CS; 변속기케이스
DF; 차동장치

Claims (9)

1. 엔진;
   상기 엔진의 동력을 전달받도록 설치된 제1입력축;
   상기 제1입력축에 직결된 제1모터;
   상기 제1입력축과 동심축을 이루어 배치된 제2입력축;
   상기 제2입력축에 직결된 제2모터;
   두 회전요소가 상기 제1입력축 및 제2입력축에 각각 연결되고, 나머지 한 회전요소가 고정 가능하게 설치된 유성기어장치;
   동력을 인출할 수 있도록 상기 제2입력축에 일체로 구비된 출력기어;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1입력축은 상기 엔진의 동력을 일정한 기어비로 전달받도록 서로 치합된 기어들에 의해 상기 엔진에 연결되는 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진에는 내접기어가 구비되고;
   상기 제1입력축에는 상기 내접기어에 치합되는 내접피니언이 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2입력축은 상기 제1입력축을 감싸는 중공축으로 이루어지고;
   상기 제1입력축과 제2입력축은 상기 제2모터의 내부를 관통하도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 유성기어장치에는 3개의 회전요소 중 임의의 2개의 회전요소를 상호 결합시킬 수 있는 클러치가 장착된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유성기어장치의 선기어는 상기 제1입력축에 연결되고, 캐리어는 상기 제2입력축에 연결되며, 링기어는 브레이크에 의해 변속기케이스에 고정 가능하게 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 클러치는 상기 유성기어장치의 선기어와 링기어를 상호 결합시킬 수 있도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력기어의 동력은 감속된 후, 차동장치로 전달되도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 출력기어에는 제1매개기어가 치합되고;
   상기 제1매개기어와 동심축으로 설치된 제2매개기어는 상기 차동장치의 차동링기어에 치합되며;
   상기 제1매개기어는 상기 제2매개기어보다 직경이 큰 것
   을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
   
   
   

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