KR20130044873A

KR20130044873A - 차량의 하이브리드 파워트레인

Info

Publication number: KR20130044873A
Application number: KR1020110109203A
Authority: KR
Inventors: 조인호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-03

Abstract

본 발명은 종래 HSG와 엔진의 동력 전달을 위해 요구되었던 벨트를 제거하여 벨트의 내구성에 제한 받지 않도록 하면서도, 종래의 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인의 모든 작동모드를 구현할 수 있도록 하며, 벨트와 풀리, 아이들러 및 텐셔너 등의 부품이 소요되지 않아 원가가 절감되고 보다 컴팩트한 파워트레인 구성이 가능하도록 한다.

Description

차량의 하이브리드 파워트레인{HYBRID POWER TRAIN FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 하이브리드 파워트레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관인 엔진과 전기모터를 조합하여 차량을 구동하도록 하는 하이브리드 차량의 파워트레인 구조에 관한 기술이다.

종래 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 차량의 구동력을 발생시키는 모터제너레이터(500)가 변속기(502) 입력축에 연결되고, 엔진(504)과 상기 모터제너레이터(500) 사이에는 클러치(506)를 구비하여 단속할 수 있도록 구성되며, 엔진(504)에는 HSG(Hybrid Starter ＆ Generator; 508)가 별도의 축으로 벨트(510)를 통해 연결되어 있다.

상기 HSG는 상기 모터제너레이터(500)를 통한 전기차 모드 주행 중, 상기 클러치(506)를 차단한 상태에서 엔진을 시동시킨 후 상기 클러치(506)로 엔진을 연결할 수 있도록 하여 하이브리드 모드로 전환할 수 있도록 하는 역할을 비롯하여, 엔진의 시동 오프시 NVH성능을 개선하기 위한 정지토크 발생 및 아이들 상태의 배터리 충전 등의 역할을 한다.

그런데, 상기한 바와 같이 엔진의 크랭크샤프트와는 별도의 축으로 평행한 회전력을 제공하는 HSG(508)는 도시된 바와 같이 동력을 전달하기 위하여 벨트(510)와 풀리로 연결된 구성을 가지고 있으며, 이러한 벨트(510)는 잦은 엔진의 기동과 정지 동작을 감당해야 하는 가혹한 작동 상황에 노출되므로 그 내구성이 충분히 확보되지 못하여, 잦은 교환이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 벨트를 제거하여 벨트의 내구성에 제한 받지 않도록 하면서도, 종래의 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인의 모든 작동모드를 구현할 수 있도록 한 차량의 하이브리드 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은

동심축으로 배치된 엔진측구동축 및 변속기측구동축과;

상기 변속기측구동축에 로터가 장착된 모터제너레이터와;

상기 엔진측구동축과 상기 변속기측구동축 사이의 동력을 선택적으로 연결하도록 구비된 클러치와;

상기 엔진측구동축에 로터가 장착된 제2모터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인을 구성하기 위해 엔진의 크랭크샤프트에 HSG가 벨트로 연결된 구성을 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 의한 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인의 개념도,
도 4는 도 3의 파워트레인 구조의 요부 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인 또 다른 실시예의 개념도,
도 6은 도 5의 파워트레인 구조의 요부 구성도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 차량의 하이브리드 파워트레인은 동심축으로 배치된 엔진측구동축(1) 및 변속기측구동축(3)과; 상기 변속기측구동축(3)에 로터가 장착된 모터제너레이터(5)와; 상기 엔진측구동축(1)과 상기 변속기측구동축(3) 사이의 동력을 선택적으로 연결하도록 구비된 클러치(7)와; 상기 엔진측구동축(1)에 로터가 장착된 제2모터(9)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 종래 HSG를 대체하는 제2모터(9)의 회전축을 엔진측구동축(1)과 별도로 구성하지 않고 동심축상에 일체로 구비할 수 있도록 함으로써, 종래 벨트와 같은 동력전달부품의 사용이 원천적으로 배제될 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 엔진측구동축(1)은 엔진의 크랭크샤프트 등이 될 수 있을 것이며, 상기 변속기측구동축(3)은 변속기 입력축 등이 될 수 있을 것이다.

도 3과 도 4의 실시예에서, 본 발명의 하이브리드 파워트레인은 상기 제2모터(9)가 엔진(13)과 모터제너레이터(5) 사이에 배치되어 있고, 상기 제2모터(9)와 엔진(13) 사이에는 토션댐퍼(11)가 구비되어, 엔진(13)의 시동 온 오프시에 발생하는 토크변화에 따른 충격을 흡수할 수 있도록 하고 있다.

참고로, 상기 토션댐퍼(11)는 구조적으로는, 토션댐퍼(11)를 중심으로 양쪽의 두 축 사이의 비틀림을 어느 정도 허용하는 것을 기본적인 메커니즘의 전제로 하고 있으므로, 실질적으로 상기 토션댐퍼(11)를 통해 엔진(13)으로 연결되는 제2모터(9)의 로터는 엔진(13)의 크랭크샤프트와 일체로 연결되는 것은 아니라는 점을 내포하지만, 토션댐퍼(11)에 의해 허용되는 상대회전의 범위가 제한적이고, 토션댐퍼(11) 양쪽의 축은 댐핑기능을 제외하고는 동일축으로 보아도 무방할 수준의 일체성을 가지고 있으므로, 여기서는 이와 같은 구성을 포함하는 표현으로 엔진측구동축(1)이라는 표현으로 모두 포괄하여 표현하도록 하였다.

상기 제2모터(9)는 상기 모터제너레이터(5)에 인접하여 배치되고, 상기 모터제너레이터(5)는 변속기(15)에 인접하게 배치되며, 상기 클러치(7)는 상기 모터제너레이터(5)의 로터와 상기 제2모터(9)의 로터 사이에 구비된 습식다판식클러치(7)로 구성되어 있다.

따라서, 상기 모터제너레이터(5)와 제2모터(9) 및 클러치(7)가 차지하는 부피 및 축방향 길이가 상대적으로 짧아지게 되어, 보다 컴팩트한 파워트레인의 구성이 가능하며, 차량에의 탑재성 등이 향상되게 된다.

한편, 도 5와 도 6의 실시예를 참고하면, 이 실시예는 상기 제2모터(9)가 엔진(13)을 중심으로 하여 상기 변속기(15)측의 반대쪽에 배치된 것이다.

여기서, 상기 엔진(13)과 모터제너레이터(5) 사이에는 토션댐퍼(11)가 배치되고, 상기 클러치(7)는 상기 모터제너레이터(5)의 로터와 상기 엔진측구동축(1) 사이에 구비된 습식다판클러치(7)로 구성되어 있다.

참고로, 상기 모터제너레이터(5)와 제2모터(9)는 모두 전기로 구동되는 모터로서 서로간의 구별을 위하여 상기한 바와 같은 표현으로 차이를 두고 있는 것이며, 이들은 모두 배터리에 연결되어 전기에너지를 수수할 수 있도록 전기적 연결상태를 가지고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 실시예들은 모두 다음과 같은 작동모드의 구현이 가능하다.

저속구간에서는 전기차모드의 구현이 가능한 바, 상기 클러치(7)를 해제하고 상기 배터리로부터의 전기로 상기 모터제너레이터(5)에서 구동력을 발생시켜 차량을 주행하도록 한다.

저속 또는 중속구간에서 시리즈모드의 구현이 가능한 바, 이 상태에서는 상기 엔진(13)의 구동력으로 상기 제2모터(9)를 구동하고, 상기 제2모터(9)는 발전기로 작동하여, 발생된 전기를 상기 모터제너레이터(5)로 공급하여, 상기 모터제너레이터(5)에서 발생된 동력으로 차량의 구동이 이루어지도록 할 수 있는 바, 물론, 이 상태에서 상기 클러치(7)는 해제된 상태를 가져야 한다.

전기차 모드에서 하이브리드 모드로 전환하는 상황에서는 상기 제2모터(9)는 상기 모터제너레이터(5)와 엔진(13)이 연결되지 않은 상태에서 엔진(13)을 시동시키고 엔진(13)의 회전수를 상기 모터제너레이터(5)의 회전수와 동기시키는 동기화 작용에 기여한다.

가속 및 고속구간에서는 하이브리드 모드의 구현이 가능한 바, 상기 클러치(7)가 연결되어, 엔진(13)의 동력과 상기 모터제너레이터(5)의 동력이 함께 차량의 구동륜으로 제공될 수 있도록 하여 보다 강한 구동력을 발휘할 수 있도록 하는 것이다. 이때, 상기 제2모터(9)도 함께 구동하여 더욱 강한 구동력 발휘상태를 구현하는 것도 가능할 것이다.

한편, 상기 클러치(7)를 차단한 상태에서 엔진(13)이 구동되고 있는 상황에서는 상기 제2모터(9)를 이용하여 발전하여 배터리에 충전하도록 하는 모드가 구현될 수 있으며, 엔진(13)의 오프시에 NVH특성 향상을 위해 엔진(13)에 역토크를 제공하여 신속하고 정숙한 엔진(13) 정지를 구현하도록 할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 하이브리드 파워트레인은 종래와 같이 별도의 벨트 등과 같은 동력 전달장치들을 사용하지 않고도, 종래 하드타입 패러랠 하이브리드 파워트레인에서 구현할 수 있었던 모든 운전모드의 구현이 가능함과 더불어, 등판이나 가속시에는 제2모터(9)의 동력까지 구동력으로 사용할 수 있도록 할 수 있다.

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; 엔진측구동축
3; 변속기측구동축
5; 모터제너레이터
7; 클러치
9; 제2모터
11; 토션댐퍼
13; 엔진
15; 변속기

Claims

동심축으로 배치된 엔진측구동축(1) 및 변속기측구동축(3)과;
상기 변속기측구동축(3)에 로터가 장착된 모터제너레이터(5)와;
상기 엔진측구동축(1)과 상기 변속기측구동축(3) 사이의 동력을 선택적으로 연결하도록 구비된 클러치(7)와;
상기 엔진측구동축(1)에 로터가 장착된 제2모터(9);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제2모터(9)는 엔진(13)과 모터제너레이터(5) 사이에 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제2모터(9)와 엔진(13) 사이에는 토션댐퍼(11)가 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제2모터(9)는 상기 모터제너레이터(5)에 인접하여 배치되고,
상기 클러치(7)는 상기 모터제너레이터(5)의 로터와 상기 제2모터(9)의 로터 사이에 구비된 습식다판식클러치(7)로 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 1에 있어서,
상기 제2모터(9)는 엔진(13)을 중심으로 하여 상기 변속기(15)측의 반대쪽에 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 5에 있어서,
상기 엔진(13)과 모터제너레이터(5) 사이에는 토션댐퍼(11)가 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.
청구항 5에 있어서,
상기 클러치(7)는 상기 모터제너레이터(5)의 로터와 상기 엔진측구동축(1) 사이에 구비된 습식다판클러치(7)로 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 하이브리드 파워트레인.