KR101601431B1 - 차량의 하이브리드 파워트레인 - Google Patents

차량의 하이브리드 파워트레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터만에 의해 구동되는 EV모드와 엔진만에 의해 구동되는 엔진 모드 등과 같이 하이브리드 차량에서 구현할 수 있는 각 모드에서 최적의 구동효율을 발휘할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 차량의 구동효율을 극대화하여 연비를 향상시키고 주행 가능 거리를 증대시킬 수 있도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWERTRAIN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진과 모터에 의해 차량에 필요한 구동력을 제공하도록 구성되는 파워트레인의 구조에 관한 기술이다.
하이브리드 차량 중에, PLUG-IN 하이브리드 차량은 통상의 하이브리드 차량용 배터리에 비해 용량이 큰 배터리를 사용하여 가까운 출퇴근이나 근거리 이동 시, 모터만에 의해 EV모드로만 주행할 수 있도록 하므로 화석 연료의 사용을 줄일 수 있다.
또한, 장거리 운전이나 복잡한 도심 주행 중 배터리가 고갈되면 엔진을 구동시켜 배터리를 충전하거나, 엔진으로 주행을 할 수 있어서 충분한 주행 가능 거리를 확보할 수 있도록 한다.
상기한 바와 같은 플러그인 하이브리드 차량의 성능을 극대화하기 위해서는, 모터만에 의한 EV모드나 엔진만에 의한 엔진모드 등과 같은 구현 가능한 각 모드에서 최적의 구동효율을 확보할 수 있어야 한다.
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 1020130058993 A
본 발명은 모터만에 의해 구동되는 EV모드와 엔진만에 의해 구동되는 엔진 모드 등과 같이 하이브리드 차량에서 구현할 수 있는 각 모드에서 최적의 구동효율을 발휘할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 차량의 구동효율을 극대화하여 연비를 향상시키고 주행 가능 거리를 증대시킬 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은
엔진의 동력을 전달받아 회전되도록 설치된 입력축과;
상기 입력축과 평행하게 배치된 출력축과;
상기 출력축과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제1모터제너레이터와;
상기 입력축과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터와;
단독으로 상기 제1모터제너레이터와 상기 출력축 사이의 동력전달을 단속할 수 있도록 구비된 제1클러수단과;
단독으로 상기 입력축과 출력축 사이의 동력전달을 단속할 수 있도록 구비된 제2클러치수단과;
상기 제2모터제너레이터와 상기 입력축 사이에 동력을 단속할 수 있도록 구비된 제3클러치수단;
을 포함하여 구성되고, 상기 제1모터제너레이터는 상기 입력축과는 별도의 제1모터축을 구동하도록 설치되어, 상기 입력축으로부터 출력축으로 기계적 동력이 전달되는 모든 경로로부터 독립된 별도의 동력 전달 경로를 통해 상기 출력축과 동력전달을 수행하도록 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터만에 의해 구동되는 EV모드와 엔진만에 의해 구동되는 엔진 모드 등과 같이 하이브리드 차량에서 구현할 수 있는 각 모드에서 최적의 구동효율을 발휘할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 차량의 구동효율을 극대화하여 연비를 향상시키고 주행 가능 거리를 증대시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 하이브리드 파워트레인의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 파워트레인이 EV모드를 형성하는 상태를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 파워트레인이 엔진모드를 형성하는 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 1의 파워트레인이 HEV모드를 형성하는 상태를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 파워트레인이 회생제동인 상태를 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인의 실시예는, 엔진(E)의 동력을 전달받아 회전되도록 설치된 입력축(1)과; 상기 입력축(1)과 평행하게 배치된 출력축(3)과; 상기 출력축(3)과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제1모터제너레이터(M1)와; 상기 입력축(1)과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터(M2)와; 상기 제1모터제너레이터(M1)와 상기 출력축(3) 사이에 동력전달을 단속할 수 있도록 구비된 제1클러수단과; 상기 입력축(1)과 출력축(3) 사이에 동력전달을 단속할 수 있도록 구비된 제2클러치수단과; 상기 제2모터제너레이터(M2)와 상기 입력축(1) 사이에 동력을 단속할 수 있도록 구비된 제3클러치수단을 포함하여 구성된다.
상기 제1모터제너레이터(M1)는 상기 입력축(1)과는 별도의 제1모터축(5)을 구동하도록 설치되어, 상기 입력축(1)으로부터 출력축(3)으로 동력이 전달되는 경로와 독립된 별도의 동력 전달 경로를 통해 상기 출력축(3)과 동력전달을 수행하도록 설치된다.
즉, 본 발명 실시예는, 엔진(E)과 제1모터제너레이터(M1)가 각각 독립적으로 배치되어 있어서, 어느 하나만의 구동 시에 다른 하나에 저항을 제공하지 않을 수 있는 구성을 취함으로써, 제1모터제너레이터(M1)만의 구동에 의한 EV모드 구현 시, 엔진에 의한 동력소모를 방지할 수 있고, 엔진만의 구동에 의해 엔진모드 구현 시, 제1모터제너레이터(M1)의 관성이 작용함에 따른 동력 손실을 방지할 수 있도록 함으로써, 각 운전모드에서 최적의 구동효율을 발생시켜 차량의 연비를 개선하고 주행 가능 거리를 증대시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 제1모터축(5)에는 회전이 자유로운 제1자유기어(7)가 구비되고, 상기 출력축(3)에는 회전이 구속되어 상기 제1자유기어(7)에 치합되는 제1구속기어(9)가 구비되며; 상기 제1클러치수단은 상기 제1자유기어(7)를 제1모터축(5)에 연결하거나 차단하도록 하는 제1동기장치(11)로 구성된다.
상기 입력축(1)에는 상기 출력축(3) 및 상기 제2모터제너레이터(M2)와 동력 전달을 수행하는 구동기어(13)가 구비되고, 상기 출력축(3) 상에는 자유회전 가능하게 설치되어 상기 구동기어(13)에 치합된 제2자유기어(15)가 구비되며, 상기 제2클러치수단은 제2자유기어(15)를 상기 출력축(3)에 연결하거나 차단하도록 하는 제2동기장치(17)로 구성된다.
상기 제2모터제너레이터(M2)는 제2모터축(19)을 구동하도록 설치되고, 상기 제2모터축(19)에는 회전이 자유로운 제3자유기어(21)가 구비되며, 상기 제3클러치수단은 상기 제3자유기어(21)를 상기 제2모터축(19)에 연결하거나 차단하도록 하는 제3동기장치(23)로 구성된다.
따라서, 엔진(E)으로부터의 동력은 상기 구동기어(13)를 통해 상기 출력축의 제2자유기어 및 상기 제2모터축의 제3자유기어에 지속적으로 공급될 수 있는 구성이지만, 상기 제2동기장치(17) 또는 제3동기장치(23)의 작동 상태에 따라 실질적으로 출력축으로의 동력 전달이나 제2모터제너레이터(M2)와의 동력 전달상태는 선택적으로 가변될 수 있어서, 배터리(B)의 충전이 필요 없는 상황에서는 제3동기장치(23)를 해제하여 제2모터제너레이터(M2)의 관성이 엔진에 부하로 작용하지 않도록 하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시예에서, 상기 출력축(3)에는 출력기어(25)가 구비되어, 디퍼렌셜의 링기어(27)로 동력을 인출하도록 하고 있으며, 상기 제1클러치수단 내지 제3클러치수단은 상기한 바와 같이 동기장치를 사용하지 않고 습식클러치 등을 사용하여 구성하는 것도 가능할 것이다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 파워트레인이 작동하는 모드들을 도 2 내지 5를 통해 살펴본다.
도 2는 EV모드를 구현한 상태를 설명한 것으로서, 상기 제1동기장치(11)를 체결하여 상기 제1모터제너레이터(M1)의 동력이 상기 제1자유기어를 통하여 상기 제1구속기어로 전달됨으로써, 출력축으로 동력이 인출되는 상태이다.
이때, 상기 제2동기장치(17)는 해제되어 있어서, 상기 엔진이 정지 상태에 있는 경우에도, 상기 엔진은 상기 제1모터제너레이터(M1)에서 제공되는 동력을 소모하지 않아서, 차량은 최적의 구동효율로 구동될 수 있다.
도 3은 엔진모드를 구현한 것으로서, 엔진만에 의해 차량의 구동에 필요한 동력을 제공하는 상태이므로, 상기 제2동기장치(17)를 체결하여, 상기 엔진의 동력이 상기 출력축으로 전달되도록 함과 아울러, 상기 제1동기장치(11) 및 제3동기장치(23)는 해제하여 제1모터제너레이터(M1) 및 제2모터제너레이터(M2)의 관성이 엔진에 부하로 작용하지 않도록 한다.
따라서, 차량의 최의 구동효율을 발휘할 수 있는 상태가 된다.
물론, 급가속이 필요한 상황이거나 등판이 필요한 상황 등과 같이 엔진에 의한 동력 이외에 추가의 동력이 더 필요한 경우에는 상기 제1동기장치(11)를 체결하고 상기 제1모터제너레이터(M1)가 엔진의 동력을 보조할 수 있도록 할 수 있으며, 나아가 제3동기장치(23)도 체결하여 상기 제2모터제너레이터(M2)도 엔진의 동력을 보조하는 병렬 HEV모드를 구현할 수 있다.
도 4는 HEV모드를 설명한 것으로서, 병렬 HEV와는 다른 직렬 HEV모드를 구현하는 것을 설명하고 있다.
즉, 상기 제2동기장치(17)를 해제하여, 엔진의 동력은 제3동기장치(23)를 통해 상기 제2모터제너레이터(M2)를 구동하여 발전하는 데에만 사용되고, 상기 발전된 전기에너지를 이용하여 상기 제1모터제너레이터(M1)를 구동하여, 실질적으로 차량은 상기 제1모터제너레이터(M1)에서 발생된 구동력만으로 주행되는 상태이다.
도 5는 본 실시예의 파워트레인이 회생제동 기능을 구현하는 것을 설명한 것으로서,
제1동기장치(11)만 결합되고 제2동기장치(17)를 해제하여, 구동륜에서 역으로 들어오는 동력으로 상기 제1모터제너레이터(M1)가 발전하여, 배터리를 충전하는 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.
E; 엔진
1; 입력축
3; 출력축
M1; 제1모터제너레이터
M2; 제2모터제너레이터
5; 제1모터축
7; 제1자유기어
9; 제1구속기어
11; 제1동기장치
13; 구동기어
15; 제2자유기어
17; 제2동기장치
19; 제2모터축
21; 제3자유기어
23; 제3동기장치

Claims (5)

  1. 엔진의 동력을 전달받아 회전되도록 설치된 입력축(1)과;
    상기 입력축(1)과 평행하게 배치된 출력축(3)과;
    상기 출력축(3)과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제1모터제너레이터(M1)와;
    상기 입력축(1)과 동력전달이 이루어질 수 있도록 설치된 제2모터제너레이터(M2)와;
    단독으로 상기 제1모터제너레이터(M1)와 상기 출력축(3) 사이의 동력전달을 단속하도록 구비된 제1클러치수단과;
    단독으로 상기 입력축(1)과 출력축(3) 사이의 동력전달을 단속하도록 구비된 제2클러치수단과;
    상기 제2모터제너레이터(M2)와 상기 입력축(1) 사이에 동력을 단속하도록 구비된 제3클러치수단;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 제1모터제너레이터(M1)는 상기 입력축(1)과는 별도의 제1모터축(5)을 구동하도록 설치되어, 상기 입력축(1)으로부터 출력축(3)으로 기계적 동력이 전달되는 모든 경로로부터 독립된 별도의 동력 전달 경로를 통해 상기 출력축(3)과 동력전달을 수행하도록 설치된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1모터축(5)에는 회전이 자유로운 제1자유기어(7)가 구비되고;
    상기 출력축(3)에는 회전이 구속되어 상기 제1자유기어(7)에 치합되는 제1구속기어(9)가 구비되며;
    상기 제1클러치수단은 상기 제1자유기어(7)를 제1모터축(5)에 연결하거나 차단하도록 하는 제1동기장치(11)로 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 입력축(1)에는 상기 출력축(3) 및 상기 제2모터제너레이터(M2)와 동력 전달을 수행하는 구동기어(13)가 구비되고;
    상기 출력축(3) 상에는 자유회전 가능하게 설치되어 상기 구동기어(13)에 치합된 제2자유기어(15)가 구비되며;
    상기 제2클러치수단은 제2자유기어(15)를 상기 출력축(3)에 연결하거나 차단하도록 하는 제2동기장치(17)로 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2모터제너레이터(M2)는 제2모터축(19)을 구동하도록 설치되고;
    상기 제2모터축(19)에는 회전이 자유로운 제3자유기어(21)가 구비되며;
    상기 제3클러치수단은 상기 제3자유기어(21)를 상기 제2모터축(19)에 연결하거나 차단하도록 하는 제3동기장치(23)로 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
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