KR102000915B1 - 하이브리드 자동차 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 자동차에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 하이브리드 자동차는: 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진부와, 엔진부와 휠부재의 사이에 설치되며 엔진부의 동력을 전달받아 변속시키는 파워트레인과, 파워트레인과 엔진부의 사이에 설치되며 전기에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 모터부 및 엔진부와 모터부의 사이에 설치되며 엔진부의 동력을 파워트레인으로 전달하는 토크컨버터를 포함하며, 엔진부의 동력 전달을 제어하는 클러치가 엔진부와 모터부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 자동차{HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러치의 설치 개수를 감소시켜 생산원가를 절감할 수 있는 하이브리드 자동차에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle)는 내연 엔진과 전기 자동차의 배터리 엔진을 동시에 장착하므로 일반 차량에 비해 유해가스 배출량과 연비를 획기적으로 줄인 차세대 환경 자동차를 말한다.
전기 모터는 차량 내부에 장착된 고전압 배터리로부터 전원을 공급받고 배터리는 자동차가 움직일 때 다시 충전된다. 차량 속도나 주행 상태 등에 따라 엔진과 모터의 힘을 적절하게 제어하여 효율성을 극대화시킨 것이다.
하이브리드 자동차의 엔진과 파워트레인 사이에 토크 컨버터가 설치된다. 그리고 엔진과 토크 컨버터의 사이에 모터가 설치되며, 별도의 클러치가 엔진과 모터의 사이에 설치되어 동력 전달을 제어한다.
토크 컨버터는 유체성능부와 락업 클러치와 댐퍼시스템을 포함하며, 자동 변속기에서 엔진의 동력을 연결하는 기구이다. 토크 컨버터의 경우 항상 파워트레인을 돌린다.
종래에는 파워트레인을 장착한 하이브리드 자동차에서 토크 컨버터가 설치된 경우, 토크 컨버터의 락업 클러치와 엔진과 모터의 사이에 설치된 클러치의 기능이 중복되므로 탑재성이 저하되며 생산원가와 제품중량은 상승하는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1293294호(2013.07.30 등록, 발명의 명칭: 하이브리드 차량용 파워트레인)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 클러치의 설치 개수를 감소시켜 생산원가를 절감할 수 있는 하이브리드 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 자동차는: 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진부와, 엔진부와 휠부재의 사이에 설치되며 엔진부의 동력을 전달받아 변속시키는 파워트레인과, 파워트레인과 엔진부의 사이에 설치되며 전기에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 모터부 및 엔진부와 모터부의 사이에 설치되며 엔진부의 동력을 파워트레인으로 전달하는 토크컨버터를 포함하며, 엔진부의 동력 전달을 제어하는 클러치가 엔진부와 모터부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 모터부는 파워트레인의 입력축과 동일한 축의 선상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 모터부는 파워트레인의 입력축에서 이격된 축의 선상에 설치되며, 입력축으로 동력을 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한 토크컨버터는, 엔진부의 크랭크축에 연결되는 프론트 커버와, 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러와, 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈과, 프론트 커버와 터빈의 사이에 배치되며 동력전달을 허용하거나 차단하는 락업 클러치 및 락업 클러치에 결합되어 진동을 감쇄시키는 댐퍼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 토크컨버터는, 터빈과 모터부의 사이에 설치되며 터빈에서 모터부를 향한 방향으로 동력이 전달됨은 허용하며, 모터부에서 터빈을 향한 방향으로 동력이 전달됨은 차단하는 동력제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 동력제어부는 원웨이 클러치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진부와 모터부의 사이에 설치되는 클러치의 개수가 감소되어 생산원가를 절감하며 탑재성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터부의 다른 설치예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터부의 다른 설치예를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크컨버터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차(1)는, 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진부(10)와, 엔진부(10)와 휠부재(60)의 사이에 설치되며 엔진부(10)의 동력을 전달받아 변속시키는 파워트레인(20)과, 파워트레인(20)과 엔진부(10)의 사이에 설치되며 전기에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 모터부(30) 및 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에 설치되며 엔진부(10)의 동력을 파워트레인(20)으로 전달하는 토크컨버터(40)를 포함하며, 엔진부(10)의 동력 전달을 제어하는 클러치가 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.
토크컨버터(40)를 장착한 하이브리드 자동차(1)에서 모터부(30)의 위치는 토크컨버터(40)의 다음 파워트레인(20)으로 입력되는 곳에 위치한다. 그리고 모터부(30)와 토크컨버터(40)의 터빈(43) 사이에는 원웨이 클러치를 사용하는 동력제어부(46)가 설치된다. 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에는 1개의 클러치만을 설치하므로, 탑재성은 향상되며 생산원가는 절감되고 제품의 중량은 감소되는 효과를 가진다.
하이브리드 자동차(1)는 전기, 휘발유, 경유 등 두 종류 이상의 동력원을 이용하는 자동차로 연료비가 절약되며, 적은 연료를 사용하게 되므로 공해물질 배출이 적은 특징을 갖는다.
내연기관을 사용하는 엔진부(10)는 연료의 연소에 의해 동력을 발생시킨다.
파워트레인(20)은 엔진부(10)와 휠부재(60)의 사이에 설치되며 엔진부(10)의 동력을 전달받아 변속시키는 기능을 구비한다.
모터부(30)는 파워트레인(20)과 엔진부(10)의 사이에 설치되며, 전기에너지를 이용하여 동력을 발생시킨다. 모터부(30)는 회전동력을 발생시킬 수 있으며, 회생제동을 하는 경우에는 발전기로 사용할 수도 있다.
도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 모터부(30)는 파워트레인(20)의 입력축(22)과 동일한 축의 선상에 설치될 수 있다. 또는 도 2에 도시된 바와 같이 모터부(30)는 파워트레인(20)의 입력축(22)에서 이격된 축의 선상에 설치되며, 입력축(22)으로 동력을 전달할 수 있다.
도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 토크컨버터(40)는 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에 설치되며, 엔진부(10)의 동력을 파워트레인(20)으로 전달하는 기술사상 안에서 다양한 변형이 가능하다. 토크컨버터(40)에 구비된 락업 클러치(50)를 엔진부(10)와 모터부(30)를 연결하는 클러치로 공용 사용하므로, 엔진부(10)의 동력 전달을 제어하는 클러치가 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에 설치된다.
토크컨버터(40)는 원동축(原動軸)과 부하(負荷)를 유체를 매개로 결합하여 동력을 전달하고, 부하의 변동에 따라 자동으로 변속작용을 하는 유체변속장치이다. 일 실시예에 따른 토크컨버터(40)는 프론트 커버(41)와 임펠러(42)와 터빈(43)과 댐퍼부(45)와 동력제어부(46)와 리엑터(47)와 락업 클러치(50)를 포함한다.
이러한 토크컨버터(40)는, 엔진부(10)의 크랭크축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(41), 프론트 커버(41)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(42), 임펠러(42)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(43), 임펠러(42)와 터빈(43)의 사이에 위치하며 터빈(43)으로부터 나오는 오일의 흐름을 바꾸어 임펠러(42) 측으로 전달하는 리엑터(47) 및 엔진부(10)와 파워트레인(20)을 직접 연결하는 락업 클러치(50)를 포함한다.
임펠러(42)의 측으로 오일을 전달하는 리엑터(47)는 프론트 커버(41)와 동일한 회전 중심을 가진다. 그리고 락업 클러치(50)는 프론트 커버(41)와 터빈(43)의 사이에 배치된다. 락업 클러치(50)는 원판 형상으로 형성되며 축 방향으로 이동할 수 있는 피스톤(52)을 구비한다.
그리고 락업 클러치(50)에는 댐퍼부(45)가 결합된다. 댐퍼부(45)는 락업 클러치(50)를 통해 전달되는 구동력을 터빈(43)에 전달하여 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 한다.
또한 락업 클러치(50)는 프론트 커버(41)와 피스톤(52)의 사이에 배치되는 마찰 플레이트(54)를 포함하며, 마찰 플레이트(54)의 양측면에는 마찰재(56)가 결합된다. 따라서 유압에 의해 피스톤(52)이 프론트 커버(41)를 향하는 방향으로 이동하면, 마찰재(56)들이 프론트 커버(41)와 피스톤(52)에 밀착되면서 프론트 커버(41)로 전달된 구동력이 마찰 플레이트(54)로 전달될 수 있다.
락업 클러치(50)는 프론트 커버(41)와 터빈(43)의 사이에 배치되며 동력전달을 허용하거나 차단한다. 그리고 댐퍼부(45)는 락업 클러치(50)에 결합되어 진동을 감쇄시키는 기능을 구현한다.
동력제어부(46)는 터빈(43)과 모터부(30)의 사이에 설치되며, 터빈(43)에서 모터부(30)를 향한 방향으로 동력이 전달됨은 허용하며, 모터부(30)에서 터빈(43)을 향한 방향으로 동력이 전달됨은 차단한다. 일 실시예에 따른 동력제어부(46)는 원웨이 클러치를 사용한다.
원웨이 클러치를 사용하는 동력제어부(46)는 하이브리드 자동차(1)의 회생제동시 효율 극대화를 위해 차량 휠부재(60)의 회전이 토크컨버터(40)의 임펠러(42)와 터빈(43)으로 전달됨을 차단한다. 회생제동은 전동기의 제동방법의 하나로, 전동기를 발전기로 동작시킨 후 발생된 전력을 전원으로 되돌리는 제동방법이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
엔진부(10)에서 휠부재(60)를 향하여 부품들이 배치될 때, 엔진부(10)와 토크컨버터(40)와 모터부(30)와 파워트레인(20)의 순서로 배치된다. 그리고 엔진부(10)의 동력만 토크컨버터(40)와 파워트레인(20)을 통하여 휠부재(60)로 전달될 수 있다. 또는 엔진부(10)의 동력과 모터부(30)의 동력이 동시에 파워트레인(20)으로 전달된 후 휠부재(60)를 통해 출력될 수 있다.
그리고, 엔진부(10)의 동력 없이 모터부(30)의 동력만 파워트레인(20)으로 입력된 후 휠부재(60)를 통해 출력될 수 있다.
엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에는 별도의 클러치가 설치되어야 하며, 토크컨버터(40)의 락업 클러치(50)를 공용으로 사용하므로 탑재성이 향상되며, 생산원가는 절감되고, 부품의 중량과 부품수와 제어요소가 감소될 수 있다.
한편, 터빈(43)과 모터부(30)의 사이에는 원웨이 클러치를 사용하는 동력제어부(46)가 설치되므로, 회생제동시 모터부(30)를 발전시키는 동력이 터빈(43)으로 전달됨을 차단한다. 동력제어부(46)는 터빈(43)에서 모터부(30)로 이동되는 동력은 허용하며, 모터부(30)에서 터빈(43)으로 이동되는 동력은 차단한다.
따라서 회생제동시 휠부재(60)를 통해 입력된 동력이 모터부(30)로 전달되어 발전이 이루어질 때, 모터부(30)에서 터빈(43)으로 이동되는 동력이 차단되므로 발전효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 엔진부(10)와 모터부(30)의 사이에 설치되는 클러치의 개수가 감소되어 생산원가를 절감하며 탑재성이 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 하이브리드 자동차
10: 엔진부 20: 파워트레인
22: 입력축 30: 모터부
40: 토크컨버터 41: 프론트 커버
42: 임펠러 43: 터빈
45: 댐퍼부 46: 동력제어부
47: 리엑터 50: 락업 클러치
52: 피스톤 54: 마찰 플레이트
56: 마찰재 60: 휠부재

Claims (6)

  1. 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진부;
    상기 엔진부와 휠부재의 사이에 설치되며, 상기 엔진부의 동력을 전달받아 변속시키는 파워트레인;
    상기 파워트레인과 상기 엔진부의 사이에 설치되며, 전기에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 모터부; 및
    상기 엔진부와 상기 모터부의 사이에 설치되며, 상기 엔진부의 동력을 상기 파워트레인으로 전달하는 토크컨버터;를 포함하며,
    상기 엔진부의 동력 전달을 제어하는 클러치가 상기 엔진부와 상기 모터부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하며,
    상기 토크컨버터는, 상기 엔진부의 크랭크축에 연결되는 프론트 커버;
    상기 프론트 커버에 연결되어 함께 회전하는 임펠러;
    상기 임펠러와 마주하는 위치에 배치되는 터빈;
    상기 프론트 커버와 상기 터빈의 사이에 배치되며, 동력전달을 허용하거나 차단하는 락업 클러치;
    상기 락업 클러치에 결합되어 진동을 감쇄시키는 댐퍼부; 및
    상기 터빈과 상기 모터부의 사이에 설치되며, 상기 터빈에서 상기 모터부를 향한 방향으로 동력이 전달됨은 허용하며, 상기 모터부에서 상기 터빈을 향한 방향으로 동력이 전달됨은 차단하는 동력제어부;를 포함하며,
    상기 동력제어부는 원웨이 클러치이며, 상기 엔진부와 상기 모터부의 사이에는 1개의 클러치만 설치되며,
    상기 프론트 커버와 상기 터빈의 사이에 배치되며, 동력전달을 허용하거나 차단하는 락업 클러치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터부는 상기 파워트레인의 입력축과 동일한 축의 선상에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터부는 상기 파워트레인의 입력축에서 이격된 축의 선상에 설치되며, 상기 입력축으로 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
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