KR101481304B1 - Ｄｃｔ를 구비한 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

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김종현
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Abstract

본 발명은, 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 선택적으로 연결하거나 차단하도록 구성된 제1클러치 및 제2클러치; 상기 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 회전 가능하게 구성된 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축에 연결되어, 상기 제1입력축에 회전동력을 제공하는 제1모터제네레이터; 및 상기 제2입력축에 연결되어, 상기 제2입력축에 회전동력을 제공하는 제2모터제네레이터;를 포함하여 구성되는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인이 소개된다.

Description

ＤＣＴ를 구비한 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN USED DOUBLE CLUTCH TRANSMISSION}
본 발명은 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더블클러치 변속기의 수동변속메커니즘에 하이브리드 구조를 접목시켜 연비를 향상시키도록 한 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인에 관한 것이다.
최근 고유가 및 CO2환경 규제에 대응하기 위해 차량의 연비 개선이 더욱 필요한 시점에 놓여 있으며, 이에 전기차량이나 하이브리드 차량과 같이 유해가스 배출량을 줄이면서도 연비가 개선된 환경차량들이 지속적으로 연구 및 개발되고 있는 실정에 있다.
그러나, 전기차량의 경우, 차량의 구동에 필요한 핵심 부품인 배터리나 모터 등의 가격이 매우 고가인 이유로, 화석연료를 사용하는 일반 차량들에 비해 가격이 높게 형성되는 문제가 있고, 이로 인해 환경차량의 보급이 보편화되지 못하는 문제가 있는 것이다.
이 같은 현재의 상황에서 차량의 연비를 개선하는 가장 현실적인 대응 방안은 내연기관의 효율을 개선하거나, 파워트레인 계통의 동력 전달효율을 높이는 것이 최선이라 할 것이다.
한편, 구동계의 효율이 가장 우수한 변속기는 수동변속기이며, 이를 기본 베이스로 한 더블 클러치 변속기(Double Clutch Transmission : DCT) 역시 동력 전달효율이 자동변속기(Automatic Transmission)나 무단변속기(CVT)에 대비하여 우수한 편으로 나타나고 있다.
이와 같이, 효율이 우수한 DCT에 모터를 조합한 하이브리드 타입의 변속기를 구성하는 경우, 일반적인 내연기관 차량의 연비를 개선시킬 수 있을 것이다.
한편, 도 1은 종래 기술로서 한국 공개특허공보 공개번호 10-2007-0021558호의 "하이브리드 차량의 이중 클러치 변속기 구조"에 소개된바 있다.
즉, 2개의 입력축(1,2) 중 어느 하나에만 모터(3)가 연결되어 있는 구조인데, 이같은 구조의 변속기는 차량의 특정 속도에 대하여 모터의 회전수가 하나로 정해지기 때문에 비효율적인 구간에서 작동되는 것을 피할 수 없는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 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 10-2007-0021558 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 더블클러치 변속기의 수동변속메커니즘에 엔진 및 모터의 회전동력이 복합적으로 사용 가능한 하이브리드 구조를 접목시켜 연비를 향상시키도록 한 DCT가 구비된 하이브리드 파워트레인을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 선택적으로 연결하거나 차단하도록 구성된 제1클러치 및 제2클러치; 상기 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 회전 가능하게 구성된 제1입력축 및 제2입력축; 상기 제1입력축에 연결되어, 상기 제1입력축에 회전동력을 제공하는 제1모터제네레이터; 및 상기 제2입력축에 연결되어, 상기 제2입력축에 회전동력을 제공하는 제2모터제네레이터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1입력축 및 제2입력축은 동심축 상에 구비될 수 있다.
상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행한 상태로 마련된 출력축; 상기 제1입력축 및 제2입력축과 출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행시 변속기구에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제1입력축 또는 제2입력축으로부터 전달되는 회전동력을 출력축에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 더 포함할 수 있다.
상기 변속단기어장치는, 상기 제1입력축과 출력축에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제1변속기어세트; 상기 제2입력축과 출력축에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제2변속기어세트; 상기 제1변속기어세트의 기어짝 또는 제2변속기어세트의 기어짝을 선택하여 제1입력축 또는 제2입력축에서 전달되는 회전동력을 출력축에 전달하는 변속기구;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 출력축에 종감속기어가 동심축 상에 마련되며; 상기 종감속기어에 상시 치합 상태로 차동장치가 설치될 수 있다.
상기 제1모터제네레이터 및 제2모터제네레이터는 배터리와 연결되어, 배터리로부터 회전동력을 전달받거나 발전 가능하게 구성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 더블클러치 변속기의 수동변속메커니즘에 각 입력축 별로 모터제네레이터를 장착한 하이브리드 구조를 접목함으로써, 더블클러치와, 엔진 및 모터제네레이터의 구동제어를 통해 다양한 주행모드로의 주행이 가능하고, 또한 변속단기어장치의 기어구조를 최소화하여 변속효율 및 연비를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 하이브리드 변속기의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 파워트레인의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 EV주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 HEV주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 엔진주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 시리즈주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 파워트레인의 구조를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 EV모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 HEV모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔진모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 시리즈주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인은, 크게 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2), 제1입력축(11) 및 제2입력축(21), 제1모터제네레이터(13) 및 제2모터제네레이터(23)를 포함하여 구성된다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 구체적으로 살펴보면, 엔진(1)으로부터 전달되는 회전동력을 선택적으로 연결하거나 차단하도록 구성된 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2); 상기 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)와 연결되어 회전 가능하게 구성된 제1입력축(11) 및 제2입력축(21); 상기 제1입력축(11)에 연결되어, 상기 제1입력축(11)에 회전동력을 제공하는 제1모터제네레이터(13); 및 상기 제2입력축(21)에 동심축 상에 연결되어, 상기 제2입력축(21)에 회전동력을 제공하는 제2모터제네레이터(23);를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 제1입력축(11)에 제1모터제네레이터(13)가 연결되고, 제2입력축(21)에 제2모터제네레이터(23)가 연결되며, 상기 제1입력축(11) 및 제2입력축(21)은 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 매개로 선택적으로 연결 또는 차단되어 엔진(1)의 회전동력이 전달됨으로써, 더블클러치와 엔진(1) 및 모터의 구동 제어를 통해 다양한 주행모드로의 주행이 가능하게 된다.
본 발명에서, 상기 제1입력축(11) 및 제2입력축(21)은 동심축 상에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1입력축(11) 및 제2입력축(21)과 평행한 상태로 출력축(31)이 마련될 수 있다. 또한, 상기 제1입력축(11) 및 제2입력축(21)과 출력축(31)에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 변속단기어장치가 마련된다. 이러한, 상기 변속단기어장치는 주행시 변속기구(33)에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제1입력축(11) 또는 제2입력축(21)으로부터 전달되는 회전동력을 출력축(31)에 변속하여 전달하게 된다.
여기서, 상기 변속기구(33)는 동기 치합식의 동기장치일 수 있으며, 상기 동기장치의 구성은 이미 공지된 기술로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
구체적으로, 상기 변속단기어장치는, 상기 제1입력축(11)과 출력축(31)에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제1변속기어세트(15); 상기 제2입력축(21)과 출력축(31)에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제2변속기어세트(25); 및 상기 제1변속기어세트(15)의 기어짝 또는 제2변속기어세트(25)의 기어짝을 선택하여 제1입력축(11) 또는 제2입력축(21)에서 전달되는 회전동력을 출력축(31)에 전달하는 변속기구(33);를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 변속단기어장치는 제1입력축(11)과 출력축(31)에 하나의 변속기어세트가 설치되고, 제2입력축(21)과 출력축(31)에 하나의 변속기어세트가 설치되는바, 수동변속메커니즘을 구현하는 변속단기어장치의 기어구조를 최대한 간소화하고, 또한 더블클러치 구조의 변속기가 적용됨으로써, 변속 전달효율 및 연비 향상에 상당히 유리한 효과가 있다.
여기서, 상기 제1변속기어세트(15) 및 제2변속기어세트(25)를 구성하는 기어짝 중 출력축(31)에 설치된 기어는 출력축(31)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되는바, 상기 변속기구(33)가 상기 제1변속기어세트(15) 및 제2변속기어세트(25) 사이의 출력축(31) 상에 설치됨으로써, 상기 변속기구(33)가 제1변속기어세트(15) 또는 제2변속기어세트(25) 측으로 이동되어 출력축(31)에 설치된 기어와 동기화될 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 상기 출력축(31)에 종감속기어(35)가 동심축 상에 마련되며; 상기 종감속기어(35)에 상시 치합 상태로 차동장치(40)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 출력축(31)으로 전달되는 회전동력이 종감속기어(35)를 통해 차동장치(40)에 전달됨으로써, 차량의 주행이 가능하게 된다.
그리고, 상기 제1모터제네레이터(13) 및 제2모터제네레이터(23)는 배터리(50)와 연결되어, 배터리(50)로부터 회전에 필요한 전력을 제공받거나 발전 가능하게 구성될 수 있다.
즉, ECU 및 TCU와 같은 제어부에서의 제어에 의해 더블클러치는 물론, 엔진(1) 및 모터를 구동 제어함으로써, 상기 모터제네레이터에 의한 EV모드로의 주행시 다른 모터제네레이터에서는 엔진(1)의 동력으로 발전할 수 있게 된다.
본 발명의 하이브리드 파워트레인 구조에 따른 여러 주행모드에서 동력의 전달을 위한 제어구성과 동력전달경로를 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 EV주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1클러치(C1) 및 제2클러치(C2)를 모두 해제시킨 상태에서, 배터리(50)를 통해 제1모터제네레이터(13)를 회전 구동시킨다. 이때, 변속기구(33)는 제1변속기어세트(15)에 선택 및 체결되는바, 제1모터제네레이터(13)의 회전동력이 제1입력축(11) 및 제1변속기어세트(15)를 거쳐 출력축(31)에 전달됨으로써, 전동력만으로 주행하는 EV주행모드로 차량을 주행할 수 있게 된다.
아울러, EV주행모드에서 주행 중에, 제2클러치(C2)를 연결하여 제2모터제네레이터(23)를 통해 배터리(50)를 충전할 수 있으며, 또한 EV주행모드에서 HEV주행모드로 변환하고자 하는 경우, 제2클러치(C2)를 연결하고 제2모터제네레이터(23)를 구동시켜, 제2모터제레이터의 회전구동력으로 엔진(1)의 시동을 걸 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 HEV주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1클러치(C1)를 연결하여 엔진(1)의 동력을 제1입력축(11)으로 전달하고, 제1모터제네레이터(13)를 회전 구동시켜 제1모터제네레이터(13)의 회전동력을 제1입력축(11)에 함께 전달한다. 이때, 변속기구(33)는 제1변속기어세트(15)에 선택 및 체결되는바, 엔진(1) 및 제1모터제네레이터(13)의 회전동력이 제1입력축(11) 및 제1변속기어세트(15)를 거쳐 출력축(31)에 전달됨으로써, 엔진(1)과 전동력이 복합된 HEV주행모드로 차량을 주행할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 엔진(1)주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제2클러치(C2)를 연결하여 엔진(1)의 동력을 제2입력축(21)으로 전달한다. 이때, 변속기구(33)는 제2변속기어세트(25)에 선택 및 체결되는바, 엔진(1)의 회전동력이 제2입력축(21) 및 제2변속기어세트(25)를 거쳐 출력축(31)에 전달됨으로써, 엔진(1)의 동력으로 주행하는 엔진(1)주행모드로 차량을 주행할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 시리즈주행모드에서의 동력전달경로를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2클러치(C2)를 연결하여 엔진(1)의 동력을 제2입력축(21)으로 전달하고, 배터리(50)를 통해 제1모터제네레이터(13)를 구동하여 제1입력축(11)에 회전동력을 전달한다. 이때, 변속기구(33)는 제1변속기어세트(15)에 선택 및 체결되는바, 엔진(1)의 회전동력으로 제2모터제네레이터(23)에 전달되어 배터리(50)가 충전된다. 따라서, 엔진(1)의 동력으로 배터리(50)를 충전하면서, 전동력으로 주행하는 시리즈주행모드로 차량을 주행할 수 있게 된다.
여기서, 도 3 내지 도 6에 도시 및 설명된 동력 전달 경로는 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 예시에 불과한 것으로, 엔진(1) 및 모터제네레이터와, 더블클러치의 구동제어를 통해 동력전달경로는 변경될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 엔진 11 : 제1입력축
13 : 제1모터제네레이터 15 : 제1변속기어세트
21 : 제2입력축 23 : 제2모터제네레이터
25 : 제2변속기어세트 31 : 출력축
33 : 변속기구 35 : 종감속기어
40 : 차동장치 50 : 배터리
C1 : 제1클러치 C2 : 제2클러치

Claims (6)

  1. 엔진으로부터 전달되는 회전동력을 선택적으로 연결하거나 차단하도록 구성된 제1클러치 및 제2클러치;
    상기 제1클러치 및 제2클러치와 연결되어 회전 가능하게 구성된 제1입력축 및 제2입력축;
    상기 제1입력축에 연결되어, 상기 제1입력축에 회전동력을 제공하는 제1모터제네레이터; 및
    상기 제2입력축과 동심축 상에서 직결되도록 연결되어, 상기 제2입력축에 회전동력을 제공하는 제2모터제네레이터;를 포함하며,
    시리즈주행모드로 주행시, 제1클러치 또는 제2클러치를 연결하여 엔진의 동력을 해당 클러치와 연결된 제1입력축 또는 제2입력축으로 전달함으로써, 엔진의 회전동력이 해당 입력축과 연결된 제1모터제네레이터 또는 제2모터제네레이터로 제공되어 배터리를 충전하고, 이와 함께 배터리에 의해서 엔진의 회전동력이 전달되지 않는 나머지 모터제네레이터를 구동함으로써 해당 모터제네레이터의 전동력으로 차량을 주행하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1입력축 및 제2입력축은 동심축 상에 구비된 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1입력축 및 제2입력축과 평행한 상태로 마련된 출력축;
    상기 제1입력축 및 제2입력축과 출력축에 변속비를 달리하는 복수의 기어짝이 치합되어 마련되며, 주행시 변속기구에 의해 주행속도에 맞는 기어짝을 선택하여 제1입력축 또는 제2입력축으로부터 전달되는 회전동력을 출력축에 변속하여 전달하는 변속단기어장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 변속단기어장치는,
    상기 제1입력축과 출력축에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제1변속기어세트;
    상기 제2입력축과 출력축에 기어짝이 상시 치합 상태로 설치된 제2변속기어세트;
    상기 제1변속기어세트의 기어짝 또는 제2변속기어세트의 기어짝을 선택하여 제1입력축 또는 제2입력축에서 전달되는 회전동력을 출력축에 전달하는 변속기구;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 출력축에 종감속기어가 동심축 상에 마련되며;
    상기 종감속기어에 상시 치합 상태로 차동장치가 설치된 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1모터제네레이터 및 제2모터제네레이터는 배터리와 연결되어, 배터리로부터 회전동력을 전달받거나 발전 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 DCT를 구비한 하이브리드 파워트레인.
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