KR101510049B1

KR101510049B1 - 차량의 하이브리드 파워트레인

Info

Publication number: KR101510049B1
Application number: KR1020140041331A
Authority: KR
Inventors: 박종윤; 정의철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-04-16

Abstract

본 발명은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 효율을 향상시켜서 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWER TRAIN FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관인 엔진과, 전기로 구동되는 모터에서 출력되는 동력으로 차량의 구동력을 제공할 수 있도록 하는 차량의 파워트레인에 관련된 기술이다.

내연기관인 엔진으로부터 발생되는 동력과 전기로 구동되는 모터에서 발생되는 동력을 적절히 조화롭게 운용하여 차량을 구동할 수 있도록 하는 하이브리드 파워트레인은, 기본적으로 엔진이 가지고 있는 토크 특성과 모터가 가지고 있는 토크 특성의 상호 보완적인 측면을 활용하여 차량 운행의 효율성을 향상시키도록 한다.

따라서, 종래의 하이브리드 파워트레인은 차량의 출발시나 저속의 상황에서 주로 모터에 의해 차량이 구동되도록 함으로써, 저속 토크특성이 우수한 모터의 특성을 활용하는 EV모드를 구현하고, 중속이나 고속의 상황에서는 상대적으로 토크 특성이 우수한 엔진으로 차량을 구동할 수 있도록 하는 엔진모드를 구현하며, 높은 토크가 요구되는 운전 상황에서는 엔진과 모터의 토크를 모두 사용할 수 있는 하이브리드 모드를 구현할 수 있도록 한다.

차량에 사용되는 하이브리드 파워트레인은 상기한 바와 같은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기의 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

1020120019855

A

본 발명은 엔진과 모터의 토크 특성을 최대한 활용하여 다양한 운전모드를 구현할 수 있도록 하면서도, 가급적 간단한 구성으로 각 모드별로 다수의 변속단을 구현할 수 있도록 함으로써, 차량의 효율을 향상시켜서 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은

엔진의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축과;

상기 구동축과 동심축으로 설치되어 상기 구동축의 동력을 선택적으로 전달받도록 설치된 제1엔진측구동기어와;

상기 구동축과 동심축으로 설치되어 상기 구동축의 동력을 증속하여 전달받도록 설치된 제2엔진측구동기어와;

상기 제1엔진측구동기어와 제2엔진측구동기어에 각각 치합되는 제1엔진측피동기어와 제2엔진측피동기어를 회전 가능하게 구비한 카운터축과;

상기 제1엔진측피동기어와 제2엔진측피동기어를 상기 카운터축에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 설치된 동기장치와;

상기 카운터축에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 모터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 실시예에서 엔진모드 1속 상태를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 3은 도 1의 실시예에서 엔진모드 2속 상태를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 4는 도 1의 실시예에서 EV모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 5와 도 6은 각각 도 1의 실시예에서 병렬모드를 구현하는 것을 설명한 도면,
도 7은 도 1의 실시예에서 시리즈모드를 구현하는 것을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면,본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는,엔진의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축(1)과;상기구동축(1)과 동심축으로 설치되어 상기 구동축(1)의 동력을 선택적으로 전달받도록 설치된 제1엔진측구동기어(3)와;상기구동축(1)과 동심축으로 설치되어 상기 구동축(1)의 동력을 증속하여 전달받도록 설치된 제2엔진측구동기어(5)와;상기제1엔진측구동기어(3)와 제2엔진측구동기어(5)에 각각 치합되는 제1엔진측피동기어(7)와 제2엔진측피동기어(9)를 회전 가능하게 구비한 카운터축(11)과;상기제1엔진측피동기어(7)와 제2엔진측피동기어(9)를 상기 카운터축(11)에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 설치된 동기장치(13)와;상기카운터축(11)에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 모터(15)를 포함하여 구성된다.

즉,본 실시예는 엔진으로부터의 동력을 상기 구동축(1)으로 전달받아,상기 제1엔진측구동기어(3)와 제1엔진측피동기어(7) 또는 제2엔진측구동기어(5)와 제2엔진측피동기어(9)를 통해 상기 카운터축(11)으로 전달하여 각각 다른 변속비로 변속함과 아울러,상기 카운터축(11)에 모터(15)로부터의 동력을 제공할 수 있도록 구성하여,상기 카운터축(11)에 연결되는 동력인출축(17)을 통해 동력을 구동륜으로 인출할 수 있도록 한 것이다.

따라서,본 발명 실시예는 상기 엔진으로부터의 동력을 2개의 변속비로 변속함과 아울러,상기 모터(15)가 제공하는 동력을 선택적으로 구동륜으로 전달할 수 있다.

상기구동축(1)과 제1엔진측구동기어(3) 사이에는 클러치(19)가 구비되고, 상기제2엔진측구동기어(5)는 상기 구동축(1)에 설치된 유성기어장치(21)에 의해 상기 구동축(1)으로부터 동력을 전달받도록 설치된다.

따라서,상기 클러치(19)가 결합되면,상기 제1엔진측구동기어(3)에 엔진의 동력이 전달되어,상기 제1엔진측피동기어(7)를 통해 변속된 후, 상기 동기장치(13)와 카운터축(11)을 통해 상기 동력인출축(17)으로 동력이 인출되게 된다.물론,이때상기 동기장치(13)는 상기 제1엔진측피동기어(7)를 상기 카운터축(11)에 연결시킨 상태이어야 한다.

상기유성기어장치(21)의 선기어(S)는 고정되고, 캐리어(C)는 상기 구동축(1)에 연결되며, 상기 링기어(R)는 상기 제2엔진측구동기어(5)에 연결된구성이다.

상기 선기어(S)는 변속기 케이스 등에 고정되어 있고,상기 캐리어(C)는 상기 구동축(1)에 직결되어 있으므로,상기 구동축(1)으로 전달되는 엔진의 동력은 상기 유성기어장치(21)에서 증속되어 상기 링기어(R)를 통해 인출되며,이 동력은 상기 제2엔진측구동기어(5)를 통해 상기 제2엔진측피동기어(9)를 구동함으로써,상기 제1엔진측구동기어(3)와 제1엔진측피동기어(7) 사이에 형성되는 변속비와는 또 다른 변속비를 형성하게 되며,본 실시예에서는 제1엔진측구동기어(3)와 제1엔진측피동기어(7)가 형성하는 엔진모드 1속의 변속비보다 제2엔진측구동기어(5)와 제2엔진측피동기어(9) 사이의 변속비가 작게 하여 엔진모드 2속을 구현하도록 하였다.

본 실시예에서,상기제2엔진측구동기어(5)는 내경부에 공간을 형성한 상태로 상기 유성기어장치(21)에 연결되고, 상기클러치(19)는 상기 제2엔진측구동기어(5)의 내경부에 위치하는배치를 함으로써,차지하는 부피를 최소화하고 컴팩트한 구성이 될 수 있도록 하였다.

상기카운터축(11)에는 모터측피동기어(23)가 일체로 설치되고, 상기모터측피동기어(23)에는 모터(15)와 직결된 모터측구동기어(25)가 치합되어,모터(15)를 구동하면,모터(15)의 동력이 바로 상기 카운터축(11)을 구동할 수 있도록 하였다.

본 실시예에서,상기모터측구동기어(25)는 상기 구동축(1)과 동심축을 이루어 배치되도록 하였고,상기 유성기어장치(21)의 링기어(R)에는 제너레이터(G)가 연결되어 발전이 이루어질 수 있도록 구성하고 있으며,상기 동기장치(13)는 종래의 싱크로메시 방식의 장치를 사용할 수 있다.

도 2와 도 3은 본 발명 실시예가 엔진모드를 구현하는 것을 도시한 것으로서, 도 2는 엔진모드 1속의 상태를 구현하고 있는 바,상기 클러치(19)를 체결하고,상기 동기장치(13)로 상기 제1엔진측피동기어(7)를 카운터축(11)에 연결하면,엔진의 동력이 상기 클러치(19)와 상기 제1엔진측구동기어(3)를 통하여 상기 제1엔진측피동기어(7)를 구동함으로써 엔진모드 1속의 변속비가 구현된다.

도 3은 엔진모드 2속의 상태로서,상기 동기장치(13)가 상기 제2엔진측피동기어(9)를 상기 카운터축(11)에 연결하면,상기 엔진의 동력에 의해 상기 구동축(1)으로 전달된 동력이 상기 유성기어장치(21)에서 증속되어 상기 제2엔진측구동기어(5)로 전달되고,이 동력은 상기 제2엔진측피동기어(9)를 구동하여 엔진모드 2속의 변속비를 구현하는 것이다.

도 4는 EV모드를 구현하는 상태로서,상기 동기장치(13)는 중립상태로 유지되는 상황에서 상기 모터(15)를 구동하면,상기 모터(15)의 동력은 상기 모터측구동기어(25)와 상기 모터측피동기어(23)를 통해 상기 카운터축(11)을 구동함으로써,상기 동력인출축(17)으로 모터(15)만에 의한 동력이 인출되는 상태가 구현된다.

도 5와 도 6은 각각 병렬모드를 구현하는 상태로서,도 5의 상태는 상기 클러치(19)를 결합하고 상기 동기장치(13)가 상기 제1엔진측피동기어(7)를 상기 카운터축(11)에 연결한 상태에서,상기 모터(15)를 구동하여 상기 카운터축(11)에서는 엔진으로부터의 동력과 모터(15)로부터의 동력이 합해져서 상기 동력인출축(17)으로 공급되는 상태로서,도 2와 도 4의 결합 형태로 볼 수 있다.

도 6의 상태는 도 3과 도 4의 결합 형태로 볼 수 있는 상태로서,상기 클러치(19)는 해제되고 상기 동기장치(13)는 상기 제2엔진측피동기어(9)를 상기 카운터축(11)에 연결한 상태에서,상기 모터(15)를 구동하여,상기 카운터축(11)에서는 상기 엔진으로부터의 동력과 모터(15)로부터의 동력이 합쳐지게 되는 것이다.

도 7의 상태는 시리즈모드를 구현한 상태를 도시한 것으로서,엔진의 구동에 의해 엔진의 동력이 구동축(1)과 유성기어장치(21)를 통해 상기 제너레이터(G)를 구동하여 발전이 이루어지고,이 발전된 전기에 의해 상기 모터(15)를 구동하여 상기 카운터축(11)과 동력인출축(17)을 통해 차량이 구동될 수 있도록 하는 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; 구동축
3; 제1엔진측구동기어
5; 제2엔진측구동기어
7; 제1엔진측피동기어
9; 제2엔진측피동기어
11; 카운터축
13; 동기장치
15; 모터
17; 동력인출축
19; 클러치
21; 유성기어장치
S; 선기어
C; 캐리어
R; 링기어
23; 모터측피동기어
25; 모터측구동기어
G; 제너레이터

Claims

엔진의 동력에 의해 회전되도록 설치된 구동축(1)과;
상기 구동축(1)과 동심축으로 설치되어 상기 구동축(1)의 동력을 선택적으로 전달받도록 설치된 제1엔진측구동기어(3)와;
상기 구동축(1)과 동심축으로 설치되어 상기 구동축(1)의 동력을 증속하여 전달받도록 설치된 제2엔진측구동기어(5)와;
상기 제1엔진측구동기어(3)와 제2엔진측구동기어(5)에 각각 치합되는 제1엔진측피동기어(7)와 제2엔진측피동기어(9)를 회전 가능하게 구비한 카운터축(11)과;
상기 제1엔진측피동기어(7)와 제2엔진측피동기어(9)를 상기 카운터축(11)에 연결하는 상태를 각각 전환할 수 있도록 설치된 동기장치(13)와;
상기 카운터축(11)에 회전력을 전달할 수 있도록 설치된 모터(15);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 구동축(1)과 제1엔진측구동기어(3) 사이에는 클러치(19)가 구비되고;
상기 제2엔진측구동기어(5)는 상기 구동축(1)에 설치된 유성기어장치(21)에 의해 상기 구동축(1)으로부터 동력을 전달받도록 설치된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 2에 있어서,
상기 유성기어장치(21)의 선기어(S)는 고정되고, 캐리어(C)는 상기 구동축(1)에 연결되며, 링기어(R)는 상기 제2엔진측구동기어(5)에 연결된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제2엔진측구동기어(5)는 내경부에 공간을 형성한 상태로 상기 유성기어장치(21)에 연결되고;
상기 클러치(19)는 상기 제2엔진측구동기어(5)의 내경부에 위치하는 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 카운터축(11)에는 모터측피동기어(23)가 일체로 설치되고;
상기 모터측피동기어(23)에는 모터(15)와 직결된 모터측구동기어(25)가 치합된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 5에 있어서,
상기 모터측구동기어(25)는 상기 구동축(1)과 동심축을 이루어 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.