KR20160138167A - 유압 하이브리드 드라이브트레인을 사용하여 엔진의 시동을 걸기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

유압 하이브리드 드라이브트레인을 사용하여 엔진의 시동을 걸기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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쥴리오 오르넬라
파브리지오 젠드리
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다나 이탈리아 에스피에이
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Abstract

본 청구 대상은 차량용 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)과 관련 있고:
제2유압 변위 장치(5)와 유체 교류를 하고 가변적인 유압 변위를 구비하고 내연기관(3)에 구동적으로 연결된 제1유압 변위 장치(4)를 포함하는 유압 회로(8);
상기 유압 회로(8)에 선택적으로 유동적이게 연결되고 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b)를 포함하는 유압 축압기 조립체; 및
상기 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 제어하도록 맞춰지고 상기 유압 축압기 조립체 및/또는 유압 회로(8)와 유체 교류를 하는 유압 액츄에이터(12)를 포함한다.
또한 본 청구 대상은 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 엔진(3)을 정지하는 방법 및 유압 축압기 조립체 내에 저장된 에너지를 사용하여 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 엔진을 재시작하는 방법과도 관련 있다.

Description

유압 하이브리드 드라이브트레인을 사용하여 엔진의 시동을 걸기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR STARTING AN ENGINE USING A HYDRAULIC HYBRID DRIVETRAIN}
본 발명은 주로 유압 하이브리드 드라이브트레인과 관련된다. 또한 본 발명은 유압 하이브리드 드라이브트레인의 엔진을 정지하는 방법 및 유압 에너지를 사용하여 유압 하이브리드 드라이브트레인의 엔진의 시동을 거는 방법과도 관련 된다.
본 문서는 2014년 3월 28일에 출원된 미국 임시특허출원 번호 61/972,041의 우선권을 청구하고, 본 문서에 전부 참조로 결합된다.
작업 기계의 수명의 중요한 비율은 조작자로부터의 어떠한 요청도 없는 아이들링 상태(idling condition)에 놓여 지는 것으로 구성된다. 상기의 아이들링 상태에서, 작업 기계는 정지되고 작업 기계의 엔진은 최소 속도에서 작동한다. 상기의 아이들링 상태에서, 내연기관일 수 있는 작업 기계의 엔진은 작업 기계의 연료 소비를 줄이기 위해 정지될 수 있다. 상기 엔진을 재작동하기 위해, 공지된 기계는 일반적으로 시동기라 불리는 전동기를 사용하여 연료 분사와 엔진 착화 과정을 가능하게 하는 최소 속도로 엔진을 가속한다. 일반적으로, 자동 시작-정지 기능을(일반적으로 조작자로부터 결여된 입력의 인식 및 예정된 시간을 위해 존재하는 아이들링 상태에 기초하는) 포함하는 차량들은 차량의 수명 동안 엔진을 시작하게 하는 요청이 증가하여 너무 큰(oversized) 전기 시동기 및 메인 배터리를 갖추고 있다.
그러므로 연료 효율이 좋은 시작·정지 기능을 제공할 수 있는 드라이브라인을 설계하는 것이 본 발명의 목적이다. 엔진을 정지하고 재작동하는 연료 효율이 좋은 방법을 고안하는 것 역시 본 발명의 또 다른 목적이다.
이러한 목적들은 독립항에 따라 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인, 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인의 엔진을 정지시키는 방법, 및 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인의 엔진을 재작동시키는 방법에 의해 해결될 수 있다. 특정 실시예는 상기 종속항에 묘사되어 있다.
그러므로, 특히 자동차 차량에서의 사용을 위해 제시되는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인은:
제2유압 변위 장치와 유체 교류를 하는 제1유압 변위 장치를 포함하는 유압 회로로서,
상기 제1유압 변위 장치는 가변적 유압 변위를 구비하고 내연기관에 구동적으로 연결되는 상기 유압 회로;
상기 유압 회로에 선택적으로 유동적이게 연결되고 고압 유압 축압기 및 저압 유압 축압기를 포함하는 유압 축압기 조립체; 및
상기 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제어하도록 맞추어지고 상기 유압 축압기 조립체 및/또는 유압 회로와 유체 교류를 하는 유압 액츄에이터를 포함한다.
상기 축압기 조립체가 제1유압 변위 장치를 포함하는 유압 회로에 선택적으로 유동적이게 연결되고, 상기 제1유압 변위 장치가 내연기관에 구동적으로 또는 선택적으로 구동적이게 연결되므로, 축압기 조립체 내에 저장된 유압 에너지는 엔진의 시동을 걸기 위해 제1유압 변위 장치를 통해 내연기관을 가속하는 데에 사용될 수 있다. 제1유압 변위 장치를 통하여 엔진의 시동을 거는 것은 일반적으로 제1유압 변위 장치를 통하여 유압 유체를 고압 축압기로부터 저압 축압기로 옮기는 것을 포함하고, 그럼으로써 제1유압 변위 장치를 구동한다.
게다가, 상기 유압 액츄에이터가 유압 축압기 조립체 및/또는 유압 회로와 유체 교류를 하므로, 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제어하고 작동을 시작하거나 엔진을 정지시키기 위하여 위한 유압 변위를 목표값에 맞추기 위해 상기 축압기 조립체 및/또는 유압 회로 내에 저장된 유압 에너지는 상기 유압 액츄에이터로 전달될 수 있다. 제1유압 변위 장치의 변위를 제어하는 것은 변위를 증가시키는 것 및 감소시키는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1유압 변위 장치의 변위를 제어하는 것은 예를 들어 엔진을 정지할 때 또는 바로 직전 및/또는 축압기 조립체를 유압 회로로부터 유동적으로 분리할 때 또는 바로 직전에 상기 변위를 제로 변위로 맞추도록 하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
제1유압 변위 장치의 유압 변위를 목표값으로 맞추기 위해 유압 액츄에이터를 사용하는 단계 및 엔진의 시동을 걸기 위해 축압기 조립체 내에 저장된 유압 에너지를 제1유압 변위로 옮기는 단계는 예를 들어 1개 이상의 전기 제어밸브를 스위치하기 위해 최소량의 전기 에너지를 사용하거나 또는 전기 에너지를 전혀 사용하지 않으면서 실행될 수 있다.
상기 유압 회로는 일반적으로 제1유압 변위 장치의 제1유체포트를 제2유압 변위 장치의 제1유체포트에 유동적으로 연결하거나 또는 선택적으로 유동적이게 연결하는 제1주유체라인 및 제1유압 변위 장치의 제2유체포트를 제2유압 변위 장치의 제2유체포트에 유동적으로 연결하거나 또는 선택적으로 유동적이게 연결하는 제2주유체라인을 포함한다. 고압 축압기 및 저압 축압기 각각은 제1주유체라인 및 제2주유체라인에 선택적으로 유동적이게 연결될 수 있다. 상기 유압 회로 내의 최소 유압 또는 하이드로스태틱 압력은 최소 10바 또는 최소 20바일 수 있다.
상기 유압 액츄에이터는 유압 또는 하이드로스태틱 에너지를 기계적 힘 또는 기계적 움직임으로 전환하도록 구성된 1개 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유압 액츄에이터는 유압 피스톤 또는 유압 모터를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
상기 제1유압 변위 장치는 유압, 일반적으로 하이드로스태틱 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1유압 변위 장치는 이동 가능한 경사판(swashplate)을 구비하는 하이드로스태틱 축방향(axial) 피스톤 펌프 또는 하이드로스태틱 레이디얼(radial) 피스톤 펌프일 수 있다. 상기 유압 액츄에이터는 경사판을 이동하고 상기 경사판의 위치 또는 선회 각도(swivel angle)를 제어하기 위해 상기 경사판에 기계적으로 결합될 수 있다.
상기 제2유압 변위 장치는 유압, 일반적으로 하이드로스태틱 모터를 포함할 수 있다. 제1유압 변위 장치와 같이, 제2유압 변위 장치는 가변적인 유압 변위를 구비할 수 있다. 상기 제2유압 변위 장치는 이동 가능한 경사판을 구비하는 하이드로스태틱 축방향(axial) 피스톤 모터 또는 하이드로스태틱 레이디얼(radial) 피스톤 모터일 수 있다. 일반적으로, 상기 제2유압 변위 장치는 차량 출력과 구동적으로 또는 선택적으로 구동적이게 연결된다. 상기 차량 출력은 예를 들어 구동축, 파이널 드라이브, 차량 차축 및 휠 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 일반적으로 전자 제어 장치를 포함한다. 상기 제어 장치는 축압기 조립체를 유압 회로에 선택적으로 유동적이게 연결하고 유압 회로로부터 축압기 조립체를 선택적으로 유동적이게 분리하는 것, 축압기 조립체 및/또는 유압 회로를 유압 액츄에이터에 선택적으로 유동적이게 연결하거나 유압 액츄에이터로부터 선택적으로 유동적이게 축압기 조립체를 분리하는 것, 상기 유압 액츄에이터에 적용된 유압 압력을 축압기 조립체 및/또는 유압 회로를 통해 제어하는 것 중 적어도 하나를 위하여 1개 이상의 밸브 및/또는 전자 액츄에이터를 제어하도록 구성될 수 있다.본 문서의 범위 내에서 “X1 ,···, Xn 중 적어도 하나” 라는 표현은 완전집합을 포함하는 X1 ,···, Xn의 임의의 부분집합을 포함할 수 있다. 상기 제어 장치는 엔진의 시동을 걸고 엔진을 정지하도록 추가로 구성될 수 있다.
엔진을 정지할 때 또는 바로 직전, 상기 엔진의 재작동을 위하여 충분한 양의 유압 에너지가 축압기 조립체 내에 저장되었음을 확인하기 위해 축압기 조립체의 충전 상태가 체크될 수 있다. 그러한 목적을 달하기 위해서, 상기 시스템에는 축압기 조립체의 충전 상태를 결정하도록 맞춰진 1개 이상의 압력 센서가 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 고압 축압기 내의 유압 압력을 결정하기 위한 제1압력센서 및/또는 저압 축압기 내의 유압 압력을 결정하기 위한 제2압력센서를 포함할 수 있다. 축압기 조립체의 충전 상태는 고압 축압기 내의 유압 압력, 저압 축압기 내의 유압 압력, 및 고압 축압기 내의 유압 압력과 저압 축압기 내의 유압 압력 사이의 압력 차이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어 장치는 상기 압력 센서(들)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 장치는 압력 측정을 수행하기 위한 압력 센서(들)에 명령을 내리는 것, 상기 압력 센서(들)에 의해 수행된 압력 측정의 결과를 수신하는 것, 및 상기 축압기 조립체의 충전 상태를 결정하기 위해 압력 측정의 결과를 처리하는 것 중 적어도 하나를 위해 구성될 수 있다.
상기 유압 액츄에이터는 파일럿 압력 부분을 통해 유압 축압기 조립체 및 유압 회로와 유체 교류를 할 수 있고, 상기 파일럿 압력 부분은 ⅰ)유압 회로 내의 최대 유압 압력 및 ⅱ)유압 축압기 조립체 내의 최대 유압 압력 사이의 최대 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 셔틀 밸브를 포함한다. 그리고 나서, 상기 셔틀 밸브에 의해 선택된 최대 압력은 상기 유압 액츄에이터를 제어하기 위한 파일럿 압력으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 셔틀 밸브에 의해 선택된 최대 압력은 제1유압 변위 장치의 변위를 제어하기 위하여 유압 액츄에이터에 적용되거나 또는 선택적으로 적용될 수 있다.
셔틀 밸브는 일반적으로 2개의 입구 및 1개의 배출구를 구비하는 파이프와 같은 중공체(hollow body)를 포함한다. 차단 요소는 2개의 입구 중 하나를 선택적으로 차단하기 위해 상기 중공체 내에서 자유롭게 이동 가능하고, 그럼으로써 차단되지 않은 입구와 배출구 사이의 유압 유체의 흐름을 허용한다. 예를 들어, 제1유압압력이 상기 제1입구에 적용되고 제2유압압력이 제2입구에 적용될 때, 상기 제1유압압력은 제2유압압력보다 커지고 상기 차단 요소는 상기 제2입구로 밀림으로써 제2입구를 차단한다. 이러한 방식으로, 상기 제1입구는 배출구에 유동적으로 연결되고 배출구의 유압 압력은 제1입구에 적용된 제1유압압력과 같다.
선택적으로, 셔틀 밸브는 통상의 기술자에게 명백해지는 바와 같이 적어도 2개의 체크밸브를 포함하는 장치로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치는 제1(입구)유체포트와 배출구 유체포트 사이의 유체 교류를 제공하는 제1체크밸브, 및 제2(입구)유체포트와 배출구 유체포트 사이의 유체 교류를 제공하는 제2체크밸브를 포함할 수 있다. 이러한 장치에서, 상기 제1체크밸브는 유체의 흐름이 제1유체포트에서 배출구 유체포트로 흐르는 것을 허용하고 유체의 흐름이 배출구 유체포트에서부터 제1유체포트로 흐르는 것을 차단하도록 구성될 수 있고, 상기 제2체크밸브는 유체의 흐름이 제1유체포트에서 배출구 유체포트로 흐르는 것을 허용하도록, 및 유체의 흐름이 배출구 유체포트에서부터 제1유체포트로 흐르는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 입구 유체포트에 적용된 유압 압력의 최대치는 배출구 유체 포트에서 선택된다.
상기 파일럿 압력 부분은 상기 셔틀 밸브에 의해 선택된 최대 압력을 바람직하게는 일정한 파일럿 압력으로 감소시키도록 맞춰진 감압밸브를 추가로 포함할 수 있다. 유압 액츄에이터에 감소된 파일럿 압력을 제공하거나 또는 선택적으로 제공하기 위해, 상기 감압밸브는 예를 들어 1개 이상의 차단밸브를 통해 상기 유압 액츄에이터에 유동적으로 연결되거나 또는 선택적으로 유동적이게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 파일럿 압력을 제한하는 것은 유압 액츄에이터의 손상을 방지할 수 있다. 게다가, 유압 액츄에이터에 일정한 파일럿 압력을 제공하는 것은 유압 액츄에이터를 제어하고 이로써 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제어하는 것을 용이하게 할 수 있다.
구체적으로, 상기 파일럿 압력 부분은 고압 유압 축압기의 유압 압력과 저압 유압 축압기의 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 제1셔틀밸브를 포함할 수 있다. 상기 제1셔틀밸브에 의해 선택된 압력은 선택적으로 위에서 언급한 감압밸브를 지난 이후에 유압 액츄에이터에 적용되거나 또는 선택적으로 적용될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 제1셔틀밸브는 적어도 2개의 체크밸브의 한 세트에 의해 선택적으로 대체될 수 있다.
선택적으로, 상기 파일럿 압력 부분은 제1주유체라인의 유압 압력과 제2주유체라인의 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 제2셔틀밸브를 포함할 수 있다. 상기 제2셔틀밸브에 의해 선택된 압력은 선택적으로 위에서 언급한 감압밸브를 지난 이후에 유압 액츄에이터에 적용 또는 선택적으로 적용될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 상기 제2셔틀밸브는 적어도 2개의 체크밸브의 한 세트에 의해 선택적으로 대체될 수 있다.
또한, 상기 파일럿 압력 부분이 위에서 언급한 제1셔틀밸브와 제2셔틀밸브, 및 추가적으로 제3셔틀밸브를 포함하고, 상기 제3셔틀밸브는 제1셔틀밸브에 의해 선택된 유압 압력과 제2셔틀밸브에 의해 선택된 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰지는 것도 가능하다. 즉, 상기 제3셔틀밸브에 의해 선택된 압력은 축압기 및 유압 회로 내의 유압 압력 중 최대 유압 압력이다. 그렇다면 제3셔틀밸브에 의해 선택된 압력은 선택적으로 위에서 언급한 감압밸브를 지난 이후에 유압 액츄에이터에 적용 또는 선택적으로 적용될 수 있다. 다시, 상기 제3셔틀밸브는 적어도 2개의 체크밸브의 한 세트에 의해 선택적으로 대체될 수 있다.
제시된 드라이브라인은 내연기관과 구동적으로 연결된 충전 펌프(charge pump)를 포함할 수 있다. 상기 충전 펌프는 내연기관이 충전 펌프를 구동할 때 유압 액츄에이터에 파일럿 압력을 제공 또는 선택적으로 제공하기 위해 유압 액츄에이터와 유체 교류를 할 수 있다. 상기 충전 펌프는 유체 저장소에 의해 공급될 수 있다. 상기 유체 저장소는 대기압에 있을 수 있다.
상기 드라이브라인은 특히 유압 축압기 조립체가 유압 회로에 유동적으로 연결될 때, 제2유압 변위 장치를 제1유압 변위 장치로부터 선택적으로 유동적이게 분리하도록 및/또는 제2유압 변위 장치를 유압 축압기 조립체로부터 선택적으로 유동적이게 분리하도록 맞춰진 한 쌍의 격리 밸브를 포함할 수 있다. 제2유압 변위 장치를 제1유압 변위 장치 및/또는 축압기로부터 유동적으로 분리하는 것은 차량 출력을 풀기 위해 엔진의 시동을 걸 때 유용할 수 있다. 선택적으로, 제2유압 변위 장치의 유압 변위는 제로에 맞춰질 수 있거나 또는, 제2유압 변위 장치는 예를 들어 클러치를 사용하여 차량 출력으로부터 분리될 수 있다.
또한, 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인의 내연기관을 정지하는 방법이 제시된다. 상기 방법은 위에서 언급된 유압 하이브리드 드라이브라인을 사용하며 수행될 수 있다. 상기 방법은:
예정된 시간 동안, 1개 이상의 입력 장치 중 적어도 하나를 통해 입력 명령이 제공되지 않을 때, 유압 축압기 조립체의 충전 상태를 결정하는 단계; 및
만약 결정된 충전 상태가 역치 충전 상태(threshold state of charge) 이하라면:
유압 축압기 조립체의 충전 상태가 역치 충전 상태와 동일하거나 또는 더 클 때까지 상기 유압 축압기 조립체를 충전하고 그 후 엔진을 정지하는 단계;
만약 결정된 충전 상태가 역치 충전 상태와 동일하거나 또는 더 크면: 상기 엔진을 정지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 역치 충전 상태는 위에서 설명한 대로 축압기들을 사용하여 엔진을 재작동하기 위해 필요한 최소 충전 상태 또는 최소 유압 에너지이다. 상기 방법은 위에서 언급한 유압 제어 장치 및 압력 센서(들)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 축압기들을 충전하는 것은 제1유압 변위 장치가 유압 유체를 저압 축압기로부터 고압 축압기로 옮기고 그럼으로써 축압기들 사이의 압력 구배를 증가시킨 수 있도록 상기 엔진과 구동적으로 연결된 제1유압 변위 장치를 구동하기 위해 엔진을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
마침내, 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인의 내연기관의 시동을 거는 방법이 제시되었다. 상기 방법은 위에서 언급한 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 사용하며 수행될 수 있다. 상기 방법은 적어도:
고압 유압 축압기 및 저압 유압 축압기를 상기 엔진과 구동적으로 연결된 제1유압 변위 장치에 유동적으로 연결하는 단계; 및
제1유압 변위 장치를 통해 유압 유체를 고압 축압기로부터 저압 축압기로 옮김으로써 제1유압 변위 장치를 통해 내연기관을 가속하는 단계를 포함한다.
고압 축압기 및 저압 축압기를 제1유압 변위 장치에 유동적으로 연결하는 것은 일반적으로 1개 이상의 밸브를 작동하는 것 및/또는 1개 이상의 전동 액츄에이터를 작동하는 것에 의해 상기 고압 축압기를 제1유압 변위 장치의 제1유체포트에 유동적으로 연결하는 것 및 상기 저압 축압기를 제1유압 변위 장치의 제2유체포트에 유동적으로 연결하는 것, 또는 그 반대를 포함한다.
또한 상기 방법은:
고압 유압 축압기를 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제어하도록 맞춰진 유압 액츄에이터에 유동적으로 연결하는 단계; 및
유압 유체를 고압 유압 축압기로부터 유압 액츄에이터로 옮김으로써 상기 유압 액츄에이터를 통해 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 변경하는 단계를 포함한다.
상기 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 변경하는 단계는 고압 축압기 및 저압 축압기를 제1유압 변위 장치에 유동적으로 연결하기 전에 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 논-제로(non-zero) 변위로 설정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 내연기관(ICE)이 가속되었을 때, 예를 들어 내연기관(ICE)이 아이들링 속도에 도달했을 때, 상기 유압 액츄에이터는 이후에 상기 축압기들이 제어된 방식으로, 및 제1유압 변위 장치 내에 캐비테이션을 일으키지 않으면서 유압 회로로부터 유동적으로 분리될 수 있도록 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제로 변위로 설정하는 데에 사용될 수 있다. 제1유압 변위 장치의 유압 변위를 제로로 설정하는 것은 유압 액츄에이터에 유압 파일럿 압력을 적용하기 위해, 내연기관과 구동적으로 연결되고 상기 유압 액츄에이터와 유체 교류를 하는 충전 펌프를 이용함으로써 수행될 수 있다.
상기 방법은 배터리와 같은 전기 에너지 저장 장치의 충전 상태가 역치 충전 상태 이하로 떨어질 때 자동적으로 개시될 수 있다. 상기 역치 충전 상태는 예를 들어 1개 이상의 전기 밸브 및/또는 1개 이상의 전동 액츄에이터를 작동시킴으로써, 고압 유압 축압기 및 저압 유압 축압기를 제1유압 변위 장치에 유동적으로 연결하기 위해 및/또는 고압 유압 축압기를 유압 액츄에이터에 유동적으로 연결하는 데 요구되는 전하 및/또는 전기 에너지의 양일 수 있다. 상기 엔진이 시작될 때, 전기 에너지 저장 장치는 예를 들어 엔진에 구동적으로 연결된 발전기 또는 교류발전기를 사용하여 재충전될 수 있다. 이러한 방식으로, 이후의 시동 과정 동안 충분한 전기 에너지가 상기 전기 에너지 저장 장치에 저장된다는 것이 보장된다. 물론, 상기 방법은 예를 들어 1개 이상의 입력 장치를 작동시킴으로써 조작자에 의해 선택적으로 시작될 수 있다.
현재 제시된 드라이브트레인 및 방법들의 바람직한 실시예는 다음의 상세한 설명에서 묘사되었고 첨부된 도면에 묘사되어 있다:
도1은 파일럿 압력 포트(PP) 및 충전 펌프 측정 포트(MC)를 포함하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 도시한다;
도2은 도1의 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 도시하고, 상기 파일럿 압력 포트(PP) 및 충전 펌프 측정 포트(MC)는 시작·정지 밸브(SSV)를 통해 유체 교류를 한다;
도3은 도2의 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 도시하고, 상기 시작·정지 밸브(SSV)는 유압 축압기 조립체를 유압 액츄에이터에 유동적으로 연결하기 위해 개방된다;
도4는 도2 및 도3의 직렬 유압 하이브라이드 드라이브라인을 도시하고, 상기 유압 축압기 조립체는 상기 펌프에 구동적으로 연결된 내연기관의 시동을 걸기 위해 하이드로스태틱 펌프에 유동적으로 연결된다;
도5는 도2 내지 도4의 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 도시하고, 상기 내연기관에 의해 구동되는 충전 펌프는 상기 유압 액츄에이터에 파일럿 압력을 제공한다;
도6은 도2 내지 도5의 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인을 도시하고, 상기 축압기 조립체는 상기 하이드로스태틱 펌프로부터 유동적으로 분리되고 하이드로스태틱 모터는 상기 하이드로스태틱 펌프에 유동적으로 연결된다;
도7A는 유압 하이브리드 시동 시 도2 내지 도5의 유압 하이브리드 드라이브라인의 다양한 구성요소의 작동을 도시한다;
도7B는 유압 하이브리드 시동 시 도2 내지 도5의 유압 하이브리드 드라이브라인의 다양한 시스템 변수의 값을 도시한다;
도8은 도2 내지 도5의 유압 하이브리드 드라이브라인의 내연기관을 정지하는 방법의 단계를 도시하고; 및
도9는 도2 내지 도5의 유압 하이브리드 드라이브라인의 내연기관을 재시동하는 방법의 단계를 도시한다.
도1은 파워허브(2)를 포함하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)을 개략적으로 도시한다. 상기 유압 하이브리드 드라이브라인(1)은 전기-유압 변수 변위 펌프(4)를 구동하는 엔진(3)을 포함한다. 상기 파워허브(2)는 상기 펌프(4) 및 하이드로스태틱 변수 변위 모터(5) 사이에 위치한다. 상기 파워허브(2)는 상기 유압 하이브리드 드라이브라인(1)이 가능하면 한 쌍의 축압기(6a, 6b) 내에 유압 에너지를 저장하도록, 및 필요한 경우 상기 유압 에너지를 다시 공급하는 것, 연료를 절약하거나 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 성능을 향상시키는 것을 허용한다. 상기 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b)는 예를 들어 하이드로-공압식 블래더 축압기로 구성된다.
상기 펌프(4) 및 모터(5)는 제1주유체라인(7a) 및 제2주유체라인(7b)을 통해 유체 교류를 한다. 상기 제1주유체라인(7a)은 제1격리밸브(IVA)를 통해 펌프(4)의 제1유체포트를 모터(5)의 제1유체포트에 선택적으로 유동적이게 연결한다. 상기 제2주유체라인(7b)은 제2격리밸브(IVB)를 통해 펌프(4)의 제2유체포트를 모터(5)의 제2유체포트에 선택적으로 유동적이게 연결한다. 상기 펌프(4), 모터(5) 및 주유체라인들(7a,7b)은 유압 회로(8)를 형성한다. 상기 격리밸브들(IVA,IVB)이 개방 위치에 있을 때, 상기 유압 회로(8)는 유압 유체가 유압 회로(8) 내에서 순환할 수 있도록 폐쇄된다. 예를 들어, 상기 유압 회로(8)가 폐쇄되었을 때, 상기 엔진(3)으로부터의 기계 에너지가 유압 회로(8)를 통해 상기 모터(5)와 구동적으로 연결된 차량 출력(9)을 구동하기 위해 송신될 수 있다. 상기 드라이브라인(1)이 조작 가능한 상태일 때, 유압 회로(8) 내의 최소 유압 압력은 보통 적어도 10바(bar) 또는 적어도 20바이다.
상기 파워허브(2)는 파일럿 압력 부분(2a), 축압기 연결 부분(2b), 및 모터 격리 부분(2c)의 3개의 부분을 포함한다. 상기 모터 격리 부분(2c)은 일반적으로 폐쇄 위치에 있는 2/2웨이(way) 밸브인 2개의 격리밸브(IVA,IVB)를 포함한다. 상기 격리밸브들(IVA,IVB)은 격리밸브들(IVA,IVB)이 작동하지 않을 때 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 잔여 부분으로부터 상기 하이드로스태틱 변수 변위 모터(또는 모터)(5)를 분리한다. 비제한적인 예시로서, 상기 하이드로스태틱 변수 변위 모터(5)는 하이드로스태틱 제동을 용이하게 하기 위해 상기 엔진이 작동하지 않을 때 분리될 수 있다.
상기 파일럿 압력 부분(2a)은 파일럿 압력 포트(PP)를 구비한 파워허브(2)를 제공한다. 상기 파일럿 압력 포트(PP)는 차량이 작동할 때 및/또는 축압기들(6a,6b)에 압력이 가해졌을 때, 파일럿들에 적합한 압력을 제공한다(예를 들어, 약 30바의 압력). 상기 파일럿 압력 부분(2a)은 3개의 셔틀밸브(SV1,SV2,SV3) 및 감압밸브(10)를 포함한다.
제1셔틀밸브(SV1)의 입구 포트들은 각각 제1주유체라인(7a) 및 제2주유체라인(7b)에 유동적으로 연결된다. 그러므로 배출구 포트에서, 제1셔틀밸브(SV1)는 제1주유체라인(7a) 내의 유압 압력 및 제2주유체라인(7b) 내의 유압 압력 사이에서 더 큰 유압 압력을 선택한다. 제2셔틀밸브(SV2)의 입구 포트들은 각각 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b)에 유동적으로 연결된다. 그러므로 배출구 포트에서, 상기 제2셔틀밸브(SV2)는 고압 축압기(6a) 내의 유압 압력 및 저압 축압기(6b) 내의 유압 압력 사이에서 더 큰 유압 압력을 선택한다. 제3셔틀밸브(SV3)의 입구 포트들은 각각 제1셔틀밸브(SV1) 및 제2셔틀밸브(SV2)의 배출구 포트들에 유동적으로 연결된다. 그러므로 배출구 포트에서, 상기 제3셔틀밸브(SV3)는 제1셔틀밸브(SV1)에 의해 선택된 유압 압력 및 제2셔틀밸브(SV2)에 의해 선택된 유압 압력 사이에서 더 큰 유압 압력을 선택한다. 상기 감압밸브(10)는 상기 제3셔틀밸브(SV3)로부터 유압 압력이 공급된다. 상기 감압밸브(10)는 이러한 압력을 파일럿 압력으로 감소시키고(예를 들어, 약 30바의 압력) 상기 파일럿 압력 포트(PP)에 감소된 압력을 공급한다.
상기 파일럿 압력 부분(2a)은 2개의 주유체라인(7a,7b)이 압력을 구비하지 않을 때 파일럿 압력이 공급되는 것이 허용되고, 파일럿 압력은 고압 축압기(6a) 또는 저압 축압기(6b)로부터 공급될 것이다. 일반적으로, 상기 2개의 주유체라인(7a,7b) 내의 압력은 상기 엔진(3)의 작동을 통해 전기-유압 변수 변위 펌프(4)에 의해 공급된다. 여기에서 묘사된 유압 하이브리드 드라이브라인(1)에서, 상기 엔진(3)은 비작동 상태에 놓일 수 있고, 그럼으로써 상기 파일럿 압력 부분(2a)은 고압 축압기(6a) 또는 저압 축압기(6b) 어느 한쪽으로부터 파일럿 압력이 공급되는 것을 허용한다.
일반적으로 상기 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)에서, 제동 조작 이후에, 상기 고압 축압기(6a)는 약 최대 압력까지 충전되고 상기 저압 축압기(6b)는 약 최소 압력으로 압력이 조절된다. 비제한적인 예시로서, 상기 최대 압력은 약 200바일 수 있고 상기 최소 압력은 약 20바일 수 있다. 만약 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 조작자가 유압 하이브리드 드라이브라인(1)에 어떠한 명령도 제공하지 않을 경우, 상기 엔진(3)은 비작동 상태에 놓여질 수 있다.
도2는 상기 엔진(3)이 비작동 상태에 놓였을 때의 유압 하이브리드 드라이브라인(1)을 개략적으로 도시한다. 여기와 다음에서, 반복되는 특징들은 동일한 참조 표시로 표기된다. 상기 엔진(3)을 언제 및 어떻게 비작동 상태로 놓고 또는 작동 상태로 돌아갈지를 결정하는 데에 사용되는 로직(logic) 에 대한 특정 세부 사항들이 아래에 서술되어 있다. 상기 엔진(3)은 2개의 방법 중 하나의 방법으로 제어 장치에 의해(도시되지 않음) 비작동 상태에 자동적으로 놓여질 수 있다.
첫 번째 방법으로, 상기 제어 장치는 연료 분사 과정을 저지하는 특정 명령을 사용하여 엔진 제어 장치(도시되지 않음)를 명령한다. 두 번째 방법으로, 상기 엔진 제어 장치 및 엔진(3) 사이의 전자 회로는 상기 연료 분사 과정에 대한 제어를 허용하도록 변경될 수 있어서, 요청시 상기 연료 분사 과정이 금지되거나 사용 가능하게 되는 것을 허용하며 수 있다.
도2에 도시된 유압 하이브리드 드라이브라인(1)은 파워허브(2)의 파일럿 압력 부분(PP) 및 충전 펌프 압력 측정 포트(MC) 사이에 유체 교류를 제공하는 시작·정지 밸브(SSV)를 포함한다. 도2에서, 상기 밸브(SSV)는 어떠한 유압 유체도 상기 밸브(SSV)를 통해 흐르지 않는 폐쇄 위치에 있다. 즉, 도2에서 상기 밸브(SSV)는 충전 펌프 측정 포트(MC)로부터 파일럿 압력 포트(PP)를 유동적으로 분리한다. 상기 충전 펌프 압력 측정 포트(MC)는 유압 변수 변위 펌프의 전형적인 특징이다.
도2는 다음의 작동 상태를 추가로 도시한다:
- 상기 엔진(3)은 비작동 상태에 놓여 지고 하이드로스태틱 펌프(4)의 움직임이 가능한 경사판(swashplate)은 자동적으로 제로 변위 위치로 선회하고, 결과적으로 어떠한 유압 압력도 주유체라인들(7a,7b)에 적용되지 않는다.
- 일반적으로 상기 주유체라인들(7a,7b)에 유동적으로 연결되는 상기 하이드로스태틱 모터(5)는 제동 조작을 용이하게 하기 위해 격리밸브(IVA,IVB)를 폐쇄함으로써 상기 파워허브(2)의 나머지 구성요소로부터 유동적으로 분리된다.
- 고압 축압기(6a)는 약 최대 압력까지 충전되거나 또는 압력이 가해지고 저압 축압기(7b)는 약 최소 압력까지 완화된다.
- 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 고압 축압기(6a)로부터 유압 압력을 선택하고, 감압 밸브(10)를 통해 유압 압력을 파일럿 압력으로 감소시킨다.
도2에 도시된 상태에서, 상기 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판은 하이드로스태틱 펌프(4)의 파일럿 라인들(11a-d)이 어떠한 가압된 라인과도 유동적으로 연결되지 않을 때, 임의의 방향으로 선회하도록 명령 될 수 없다. 그러나 시작-정지 밸브(SSV)의 사용에 의하여, 상기 하이드로스태틱 펌프(4)의 파일럿 라인들(11a-d)에는 파일럿 압력이 제공될 수 있다.
도3에 도시된 유압 하이브리드 드라이브라인(1)은 시작-정지 밸브(SSV)를 통해 파일럿 압력 포트(PP)에 유동적으로 연결된 하이드로스태틱 펌프(4)의 파일럿 라인들(11a-d)을 나타낸다. 도3에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(4)의 경사판에 기계적으로 결합된 유압 액츄에이터(12)에는 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판 밖으로 선회하도록 요구되는 파일럿 압력이 제공되고, 그럼으로써 목표값 논-제로까지 펌프(4)의 유압 변위를 증가시킨다.
상기 유압 액츄에이터(12)는 피스톤의 반대쪽 측면들에 있는 대응되는 작동 체임버에서 유압 유체 및/또는 하이드로스태틱 압력의 양을 변경함으로써 이동될 수 있는 유압 피스톤을 포함한다. 4/3웨이(way) 펌프 제어밸브(15)는 상기 유압 액츄에이터의 작동 체임버를 파일럿라인(11b) 및 유체 저장소(13)에 선택적으로 유동적이게 연결한다. 상기 파일럿라인(11b)은 상기 시작-정지 밸브(SSV)를 개방함으로써 파일럿 압력 부분(2a)의 파일럿 압력 포트(PP)에 유동적으로 연결될 수 있다. 게다가, 상기 파일럿라인(11b)은 상기 엔진(3)에 구동적으로 연결된 충전 펌프(14)에 유동적으로 연결될 수 있다.
상기 펌프 제어밸브(15)의 제1솔레노이드(SPA)를 작동시킴으로써, 상기 펌프 제어밸브(15)는 제1스풀위치(도3의 왼쪽)로 스위치된다. 상기 제1스풀위치에서, 유압 액츄에이터(12)의 제1작동체임버는 파일럿라인(11b)에 유동적으로 연결되고 유압 액츄에이터(12)의 제2작동체임버는 저압 저장소(13)에 유동적으로 연결되고, 그럼으로써 파일럿 압력 부분(2a)에 의해 제공된 파일럿 압력을 유압 액츄에이터(12)의 제1작동체임버에 적용한다. 즉 도3에서, 펌프 제어밸브(15)의 제1솔레노이드(SPA)는 제2주유체라인(7b)으로부터 제1주유체라인(7a)으로 흐름을 향하게 하기 위해 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판을 선회시키기 위해 작동된다. 상기 하이드로스태틱 펌프(4)와 함께 사용되는 바람직한 개방률에 관한 구체적 세부 사항은 여기 아래에 서술된 여러 요소에 의존한다.
상기 하이드로스태틱 펌프(4)가 목표 변위에 도달하기 위해 선회된 이후, 상기 축압기들(6a, 6b)은 도4에 도시된 바와 같이 주유체라인들(7a,7b)에 유동적으로 연결될 수 있다.
도4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 저압 축압기밸브(LPA)를 작동시킴으로써 상기 저압 축압기(6b)가 제1주유체라인(7a)에 유동적으로 연결되는 반면, 고압 축압기 밸브(HPB)를 작동시킴으로써 상기 고압 축압기(6a)는 제2주유체라인(7b)에 유동적으로 연결된다. 도4에 도시된 설정에서, 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판은 제2주유체라인(7b)으로부터의 흐름을 제1주유체라인(7a)으로 향하게 하기 위해 선회되고, 상기 하이드로스태틱 펌프(4)는 압력 차이를 받는다. 상기 하이드로스태틱 모터(5)가 분리되는 것과 같이, 유압 하이브리드 드라이브라인(1)은 고압 축압기(6a)로부터의 흐름을 저압 축압기(7b)로 향하게 하며, 및 상기 엔진(3)을 가속하며 구동되지 않고 하이드로스태틱 펌프(4)는 모터로서 작동한다. 이러한 구성은 분사 과정을 가능하게 하기 위한 최소 속도에 도달한 후 상기 엔진(3)이 작동 상태에 놓여질 때까지 유지된다.
상기 엔진(3)이 아이들링 상태에 도달하면, 상기 유압 하이브리드 드라이브라인(1)은 도5에 나타난 바와 같이 작동될 수 있고, 이는 다음과 같이 도식적으로 설명한다.
- 상기 엔진(3)과 구동적으로 연결된 충전 펌프(14)를 사용하여 파일럿 압력이 제공될 때, 시작-정지 밸브(SSV)는 폐쇄 위치로 스위치 되고, 상기 충전 펌프(14)는 유압 액츄에이터(12) 및 유체 저장소(13)와 유체 교류를 하게 된다.
- 펌프 제어밸브(15)의 제2솔레노이드(SPB)는 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판을 다시 제로 변위로 선회시키기 위하여 유압 액츄에이터(12)의 피스톤을 움직이게 작동된다.
구체적으로, 펌프 제어밸브(15)의 제2솔레노이드(SPB)를 작동시킴으로써 상기 펌프 제어밸브(15)는 제2스풀위치로(도5의 오른쪽) 스위치된다. 상기 제2스풀위치에서, 유압 액츄에이터(12)의 제2작동체임버가 곧 가압 파일럿라인(11b)에 유동적으로 연결되는 반면, 유압 액츄에이터(12)의 제1작동체임버는 곧 저압 저장소(13)에 유동적으로 연결되고, 그럼으로써 제2작동체임버에 압력을 가한다.
하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판이 다시 제로 변위로 선회될 때, 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b)는 어떠한 캐비테이션의 위험 없이 주유체라인들(7a,7b)로부터 분리될 수 있고, 펌프 제어밸브[펌프 제어밸브 솔레노이드(SPA,SPB)와 관련 있는](15)는 펌프 제어밸브 솔레노이드(SPA,SPB)가 작동하지 않는 중립 위치[도6의 펌프 제어밸브(15)의 중앙 위치]에 남겨 진다. 도6에 나타난 것과 같이 중립 위치로 스위치 되었을 때, 상기 펌프 제어밸브(15)는 저압 저장소(13) 및 파일럿라인(11b)으로부터 유압 액츄에이터(12)의 작동 체임버들을 유동적으로 분리한다. 게다가, 격리밸브(IVA,IVB)조차도 구동 상태를 복구하기 위해 하이드로스태틱 모터(또는 모터들)(5)를 주유체라인(7a,7b)에 유동적으로 연결하기 위해 작동될 수 있다. 도6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 그 후상기 주유체라인들(7a,7b)은 하이드로스태틱 모터(5)의 플러싱(flushing)에 의해 정상적으로 부과되는 최소 시스템 작동 압력에 있게 된다.
도7A는 위에서 언급된 유압 하이브리드 시작 작동 동안 일어나는 작동을 요약하고, 이는 각각 도3 내지 도6과 관련 있는 4개의 시간 기준(t1-t4)으로 특징 지어질 수 있다. 제로의 값은 밸브 폐쇄를 나타낸다. 양수의 값은 밸브 개방 및 이에 따르는 효과를 나타낸다.
밸브(HPB)는 고압 축압기(6a) 및 제2주유체라인(7b) 사이에 유체 교류를 제공한다. 밸브(LPA)는 저압 축압기(6b) 및 제1주유체라인(7a) 사이에 유체 교류를 제공한다. 시작-정지 밸브(SSV)는 파일럿 압력 포트(PP) 및 충전 펌프 압력 측정포트(MC) 사이에 유체 교류를 제공한다. 제1펌프 제어밸브 솔레노이드(SPA)는 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판이 제1주유체라인(7a)을 향하도록 선회하게 하기 위한 압력을 공급하도록 상기 펌프 제어밸브(15)를 조정한다. 제2펌프 제어밸브 솔레노이드(SPB)는 하이드로스태틱 펌프(4)의 경사판이 제2주유체라인(7b)을 향하도록 선회하게 하기 위한 압력을 공급하기 위해 상기 펌프 제어밸브를 조정한다. 격리밸브(IVA)는 제1주유체라인(7a)으로부터 하이드로스태틱 모터(또는 모터들)(5)를 유동적으로 분리한다. 격리 밸브(IVB)는 제2주유체라인(7b)으로부터 하이드로스태틱 모터(또는 모터들)(5)를 유동적으로 분리한다.
도7B는 위에서 언급된 유압 하이브리드 시작 작동 동안 일어나는 시스템 변수들을 요약하고, 이는 각각 도3 내지 도6과 관련 있는 4개의 시간 기준(t1-t4)으로 특징지어질 수 있다. 제로의 값은 시스템 변수에 대한 제로의 값을 나타낸다. 양수의 값은 시스템 변수에 대해 증가한 값을 나타낸다.
pHP는 고압 축압기(6a) 내의 유압 압력을 나타낸다. pLP는 저압 축압기(6b) 내의 유압 압력을 나타낸다. pCP는 충전 펌프 압력 측정 포트(MC)에 공급되는 유압 파일럿 압력을 나타낸다. α는 하이드로스태틱 펌프(4)의 유압 변위를 나타낸다. ICE는 엔진(3)의 회전 속도를 나타낸다.
도3 및 도7A에서 보여지는 바와 같이, t1의 시간에서 밸브들(HPA, HPB, LPA, LPB)은 폐쇄 위치에 있고, 그럼으로써 유압 회로(8) 및 특히 하이드로스태틱 펌프(4)로부터 상기 축압기(6a, 6b)들을 유동적으로 분리한다. 격리밸브(IVA,IVB) 역시 폐쇄됨으로써 상기 축압기(6a, 6b) 및 펌프(4)로부터 상기 모터(5)를 유동적으로 분리한다. 고압 축압기(6a)는 고압에 있고 저압 축압기(6b)는 저압에 있다(도7B를 참조). 그러므로, 셔틀밸브(SV1, SV2, SV3)는 고압 축압기(6a)의 유압 압력을 선택하고 감압밸브는 유압 압력을 파일럿 압력(pCP)으로 감소시킨다. T1의 시간에서 시작-정지 밸브(SSV) 및 펌프 제어밸브(15)의 제1솔레노이드(SPA)를 작동시킴으로써(도7A를 참조), 상기 파일럿 압력(pCP)은 파일럿라인들(11a,11b)을 통해 유압 액츄에이터(12)의 제1작동체임버에 공급된다. 이것은 유압 액츄에이터(12)의 피스톤이 펌프(4)의 경사판의 선회 각도α를(swivel angle) 점차적으로 늘리게 하는 원인이 된다(도7B를 참조).
t2의 시간에서 상기 펌프(4)의 유압 변위가 목표값 논제로에 도달할 때(도7B를 참조), 상기 밸브들(HPB, LPA)은 축압기(6a,6b)를 각각 주유체라인(7b,7a) 및 펌프(4)의 유체포트에 유동적으로 연결하도록 작동된다(도4 및 도7A를 참조). 결과적으로, 고압 축압기(6a)로부터의 유체는 펌프(4)를 통해 저압 축압기(6b)로 옮겨지고, 그럼으로써 상기 펌프(4)를 구동하고 엔진(3)의 회전 속도를 점차적으로 증가시킨다(도7B를 참조). 이러한 과정 동안, 상기 축압기(6a,6b)는 점차적으로 방전된다. 즉, 고압 축압기(6a) 내의 유압 압력은 점차적으로 감소하고 저압 축압기(6b) 내의 유압 압력은 점차적으로 증가한다(도7B를 참조).
t3의 시간에서, 엔진(3)의 회전 속도(ICE)가 아이들링 회전속도에 도달했을 때(도7B를 참조), 펌프 제어밸브(15)의 제2솔레노이드(SPB)는(도5 및 도7A를 참조) 상기 펌프 제어밸브(15)를 제2위치로 스위치하기 위해, 및 펌프(4)의 경사판을 다시 제로 변위로 선회시키기 위해 작동된다(도7B를 참조). 상기 경사판을 다시 제로 변위로 선회시키기는 것은, t4의 시간에서 유압 회로(8)로부터 축압기(6a,6b)가 뒤이어 분리되는 동안 펌프(4) 내의 캐비테이션을 피하기 위함이다(아래를 참조). 상기 엔진(3) 내의 연료 분사 및 점화는 t3의 시간에서 시작될 수 있다. T3의 시간과 t4의 시간 사이에서 경사판을 다시 제로 변위로 선회시키는 데에 필요한 파일럿 압력은 현재 엔진(3)에 의해 구동되고 파일럿라인(11b,11c)을 통해 유압 액츄에이터(12)에 유동적으로 연결되는 충전 펌프(14)에 의해 제공된다(도5를 참조). 그러므로, 파일럿 압력 포트(PP) 및 유압 액츄에이터(12) 사이의 유체 연결은 시작-정지 밸브(SSV)를 폐쇄함으로써 t3의 시간에서 방해될 수 있다(도5 및 도7A를 참조). T3의 시간과 t4의 시간 사이에서 펌프(4)의 유압 변위α 의 점차적인 감소로 인해, 상기 축압기(6a,6b)가 방전하는 속도는 t3의 시간과 t4의 시간 사이에서 약간 감소한다(도7B를 참조).
t4의 시간에서 상기 유압 변위α가 제로에 맞춰졌을 때(도7B를 참조), 축압기(6a,6b)는 밸브(HPB,LPA)를 폐쇄함으로써 유압 회로(8)로부터 유동적으로 분리된다(도6 및 도7A를 참조). 또한, 격리밸브(IVA,IVB)는 상기 모터(5)를 펌프(4)에 유동적으로 연결하기 위해 t4의 시간에서 개방되고, 그럼으로써 엔진(3)으로부터의 기계 에너지가 유압 회로(8)를 통해 차량 출력(9)으로 전달되는 것을 허용한다.
하이드로스태틱 펌프(4)에 대하여 최적화된 선회 각도는 여러 요인에 따라 달라진다. (이러한) 추세는 하이드로스태틱 펌프(4)의 토크(T)를 최대화하기 위해 선회 각도 α펌프 를 최대화하는 것이어야 하지만, 이 또한 공식에(T~ α펌프 ·(pHP-pLP), “~”는 “비례”를 나타낸다) 따라 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b)의 충전 상태에 의존한다. 게다가 t2, t3 및 t4의 시간들은 무엇보다도 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b)의 충전 상태, 엔진(3)의 관성, 엔진(3)의 저항, 펌프(4)의 효율과 같은 몇몇 요인에 의존한다.
위에서 언급된 방법 및 장치는 고압 축압기(6a) 및 저압 축압기(6b) 내에 저장된 에너지를 사용하여 어떻게 엔진을 멈추고 재작동을 하는지 상세히 알려준다. 위에서 언급된 방법 이외에도, 아래에서 묘사되는 복수의 상태들은 상기 엔진(3)이 어떻게, 언제 멈추고 재작동될 수 있는지를 결정할 때 사용된다.
상기 엔진(3)은 다음의 상태에 기초하여 정지될 수 있다:
상기 엔진(3)을 정지하는 것은 다른 입력 소스들보다도 특히 핸들, 적어도 하나의 페달, 적어도 하나의 조이스틱, 적어도 하나의 레버, 및 적어도 하나의 버튼의 사용을 통해 측정될 수 있는 조작자로부터의 입력에 기초한다. 시간에 기초하는 원리는 엔진(3)이 정지될 수 있는지를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 시간에 기초하는 원리의 비제한적인 예시는, 상기 엔진(3)이 아이들링 상태이고 정해진 시간 동안 조작자로부터 아무 명령이 없을 때 엔진(3)이 정지할 수 있다는 것이다.
추가적으로 또는 선택적으로, 상기 엔진(3)은 축압기(6a,6b)의 충전 상태에 기초하여 정지될 수 있다. 제동 조작에 따라, 상기 저압 축압기(6b)가 기충전 압력보다 약간 더 큰 최소 압력에 있는 동안 고압 축압기(6a)가 충전된다는 것이 상기에서 논의되어 왔다. 그러나, [적어도 차량의 운동 에너지 및 축압기(6a,6b)에 저장된 에너지의 양에 기초하는] 제동 조작의 시작 부분에서 이용 가능한 에너지에 의존하기 때문에, 이러한 사항이 항상 그런 것은 아니다. 결과적으로, 상기 엔진(3)은 축압기(6a,6b) 내에 엔진을 재시작하기 위한 충분한 에너지가 저장되어 있을 때만 정지될 수 있다. 또한, 조작자로부터의 입력 조건은 충족되지만 상기 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 지나치게 낮다면, 상기 엔진(3) 및 하이드로스태틱 펌프(4)는 축압기(6a,6b) 내에 에너지를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 과정 이후에, 축압기(6a,6b)에 대한 충전 상태는 충족되고 엔진(3)은 정지될 수 있다.
상기 엔진의 정지에 대해 위에서 묘사된 원리는 도8에서 개략적으로 도시되어 있다. 도8의 16에서, 상기 엔진(3)은 예를 들어 아이들링 상태에 있다. 17에서, 만약 상기 엔진(3)이 일정 시간(Tstop)동안 아이들링 상태에 있고 조작자가 일정 시간(Tstop)동안 아무런 입력도 제공하지 않는다면, 상기 방법은 18로 진행한다. 18에서, 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 결정된다. 더 구체적으로, 상기 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 위에서 언급된 대로 축압기(6a,6b) 내에 저장된 유압 에너지를 사용하여 엔진을 재시작하는 데에 필요한 역치 충전 상태와 같은지 또는 그 이상인지가 결정된다. 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 역치 충전 상태 이하라는 것이 발견된다면, 상기 방법은 19로 진행한다. 19에서, 축압기(6a,6b)들은 충전된다. 즉, 상기 엔진(3)은 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 역치 충전 상태와 같거나 그 이상이 될 때까지 유압 유체를 저압 축압기(6b)에서부터 고압 축압기(6a)로 옮기도록 펌프(4)를 구동한다. 축압기(6a,6b)의 충전 상태가 역치 충전 상태와 같거나 그 이상이 될 때, 상기 방법은 엔진(3)이 정지되는 20으로 진행한다.
상기 엔진(3)은 다음의 두 조건 중 하나의 발생에 기초하여 재시작된다:
- 조작자로부터의 입력 : 만약 상기 조작자가 시스템에 임의의 입력을 제공한다면, 상기 과정은 엔진(3)을 재시작하기 위해 수행되어야 한다.
- 전기 배터리의 충전 상태 - 만약 전기 배터리의 충전 상태가 재시작 과정에 필요한 모든 작동을 보장하기 위한 최소 역치에(무엇보다도, 차량의 복수의 라이트(lights) 또는 센서의 사용의 결과와 같은) 가까워진다면, 상기 재시작 과정은 자동적으로 시작된다.
상기 엔진의 재시작에 대해 위에서 묘사된 원리는 도9에서 개략적으로 도시되어 있다. 도9의 21에서 엔진(3)은 꺼진다. 상기 엔진(3)이 꺼진 동안, 1개 이상의 입력 장치 및 배터리의 충전 상태가 관찰된다. 만약 22에서, 조작자가 입력 장치의 적어도 하나를 통해 입력을 제공하거나, 또는 23에서, 배터리의 충전 상태가 역치값에 도달하거나 역치값 이하로 떨어진다면, 도1 내지 도7과 관련하여 위에서 언급된 엔진(3)의 시동을 거는 방법은 25에서 엔진이 켜질때까지 24에서 개시된다.
또한 상기 시스템은 예를 들어 주유체라인(7a,7b) 및 펌프 제어밸브 및 축압기(6a,6b)와 연관된 밸브에 대하여 대응되는 명령을 반대로 하여 반대되는 구성으로 실행될 수 있다.
여기에서 언급된 개념은 추가적인 온/오프의 도입 및 제어와 바이패스 밸브에 의해 압력 피드백을 갖춘 전기-유압 파일럿 펌프 또는 유압식 파일럿 펌프에(완전한 유압 제어 또는 자동 제어를 구비하는) 적용될 수 있다.
여기에서 언급된 개념은 파워허브(2)의 모터 격리 부분(2c) 없이 적용될 수 있다. 엔진 시동 시퀀스 동안 차량의 브레이크를 걸기 위해서는, 정상적으로 폐쇄된 하이드로스태틱 모터(또는 모터들)(5)를 구비하는 것 또는 상기 모터(5)를 제로 변위 위치로 명령하는 것, 및/또는 상기 차량의 브레이크를 기계적으로 거는 것이 필요하다.
위에서 언급된 토크 변조는 고압 축압기(6a)로부터의 흐름을 감소시키기 위해 고압 축압기들 및 주유체라인(7a, 7b) 사이에 비례밸브를 삽입함으로써 이루어질 수 있고, 하이드로스태틱 펌프(4)를 최대 변위로 선회시킴으로써 이루어질 수 있다.
1 : 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인
3 : 내연기관
4 : 제1유압 변위 장치
5 : 제2유압 변위 장치
6a : 고압 유압 축압기
6b : 저압 유압 축압기
8 : 유압 회로

Claims (15)

  1. 제2유압 변위 장치(5)와 유체 교류를 하고 가변적인 유압 변위를 구비하고 내연 기관(3)에 구동적으로 연결된 제1유압 변위 장치(4)를 포함하는 유압 회로(8);
    상기 유압 회로(8)에 선택적으로 유동적이게 연결되고, 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b)를 포함하는 유압 축압기 조립체; 및
    상기 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 제어하도록 맞춰지고, 상기 유압 축압기 조립체 및/또는 유압 회로(8)와 유체 교류를 하는 유압 액츄에이터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 액츄에이터(12)는 파일럿 압력 부분(2a)을 통해 상기 유압 축압기 조립체 및 유압 회로(8)와 유체 교류를 하고,
    상기 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 유압 회로(8) 내의 최대 유압 압력과 유압 축압기 조립체 내의 최대 유압 압력 중 가장 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 셔틀밸브(SV1, SV2, SV3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 셔틀밸브(SV1, SV2, SV3)에 의해 선택된 최대 압력을 파일럿 압력으로 감소시키도록 맞춰진 감압밸브(10)를 추가로 포함하고,
    상기 감압밸브(10)는 유압 압력을 유압 액츄에이터(12)에 제공하거나 또는 선택적으로 제공하기 위하여 유압 액츄에이터(12)에 유동적으로 또는 선택적으로 유동적이게 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 회로(8)는 제1유압 변위 장치(4)의 제1유체포트를 제2유압 변위 장치(5)의 제1유체포트로 유동적으로 또는 선택적으로 유동적이게 연결하는 제1주유체라인(7a)을 포함하고,
    상기 유압 회로(8)는 제1유압 변위 장치(4)의 제2유체포트를 제2유압 변위 장치(5)의 제2유체포트로 유동적으로 또는 선택적으로 유동적이게 연결하는 제2주유체라인(7b)을 포함하며,
    상기 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 제1주유체라인(7a) 내의 유압 압력과 제2주유체라인(7b) 내의 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 제1셔틀밸브(SV1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 고압 유압 축압기(6a) 내의 유압 압력과 저압 유압 축압기(6b) 내의 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 제2셔틀밸브(SV2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  6. 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일럿 압력 부분(2a)은 상기 제1셔틀밸브(SV1)에 의해 선택된 유압 압력과 제2셔틀밸브(SV2)에 의해 선택된 유압 압력 중 더 큰 유압 압력을 선택하도록 맞춰진 제3셔틀밸브(SV3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관(3)에 구동적으로 연결된 충전 펌프(14)를 추가로 포함하고,
    상기 충전 펌프(14)는 상기 내연기관(3)이 충전 펌프(14)를 구동할 때 상기 유압 액츄에이터(12)에 파일럿 압력을 제공하거나 또는 선택적으로 제공하기 위해 유압 액츄에이터(12)와 유체 교류를 하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2유압 변위 장치(5)를 제1유압 변위 장치(4)로부터 선택적으로 유동적이게 분리하도록 맞춰진 및/또는 상기 유압 축압기 조립체가 상기 유압 회로(8)에 유동적으로 연결되었을 때 상기 제2유압 변위 장치(5)를 유압 축압기 조립체로부터 선택적으로 유동적이게 분리하도록 맞춰진 한 쌍의 격리밸브(IVA,IVB)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1).
  9. 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 내연기관(3)을 정지하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    정해진 시간 동안 1개 이상의 입력 장치 중 적어도 하나를 통해 어떠한 입력 명령도 제공되지 않을 때, 유압 축압기 조립체의 충전 상태를 결정하는 단계; 및
    만약 정해진 충전 상태가 역치 충전 상태 이하라면:
    상기 유압 축압기 조립체의 충전 상태가 역치 충전 상태와 동일하거나 그 이상이 될 때까지 상기 유압 축압기 조립체를 충전한 다음 상기 엔진(3)을 정지하는 단계;
    만약 정해진 충전 상태가 역치 충전 상태와 동일하거나 그 이상일 때:
    상기 엔진(3)을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 직렬 유압 하이브리드 드라이브라인(1)의 내연기관(3)의 시동을 거는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    상기 엔진(3)에 구동적으로 연결된 제1유압 변위 장치(4)에 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b)를 유동적으로 연결하는 단계; 및
    상기 제1유압 변위 장치(4)를 통해 유압 유체를 상기 고압 유압 축압기(6a)로부터 저압 유압 축압기(6b)로 옮김으로써 제1유압 변위 장치(4)를 통해 내연기관(3)을 가속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방법은
    상기 고압 유압 축압기(6a) 및/또는 저압 유압 축압기(6b)를 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 제어하도록 맞춰진 유압 액츄에이터(12)에 유동적으로 연결하는 단계; 및
    상기 유압 액츄에이터(12)를 통해 유압 유체를 상기 고압 유압 축압기(6a) 및/또는 저압 유압 축압기(6b)로부터 유압 액츄에이터(12)로 옮김으로써 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 변경하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 변경하는 단계는 상기 고압 유압 축압기(6a) 및 제1유압 저압 유압 축압기(6b)를 제1유압 변위 장치(4)에 유동적으로 연결하기 전에 변위 장치(4)의 유압 변위를 논제로(non-zero) 변위로 설정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 내연기관(3)이 제1유압 변위 장치(4)를 통해 가속되었을 때, 유압 액츄에이터(12)를 통해 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 제로 변위로 설정하는 단계; 및, 이어서,
    상기 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b)를 제1유압 변위 장치(4)로부터 유동적으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1유압 변위 장치(4)의 유압 변위를 제로 변위로 설정하는 단계는 충전 펌프(14)를 통해 유압 액츄에이터(12)에 파일럿 압력을 제공하는 것을 포함하고, 상기 충전 펌프(14)는 내연기관(3)에 구동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항 내지 제14항에 있어서, 상기 방법은:
    전기 에너지 저장 장치의 충전 상태가, 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b)를 제1유압 변위 장치(4)에 유동적으로 연결하는 데에 필요한 및/또는 고압 유압 축압기(6a) 및 저압 유압 축압기(6b) 중 적어도 하나를 유압 액츄에이터(12)에 유동적으로 연결하는 데에 필요한 역치 충전 상태 이하로 떨어질 때 상기 방법을 개시하는 것을 포함하는 방법.
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