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KR20210142166A - 차량용 동력 유닛 및 차량용 동력 유닛을 동작시키는 방법 - Google Patents

차량용 동력 유닛 및 차량용 동력 유닛을 동작시키는 방법 Download PDF

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KR20210142166A
KR20210142166A KR1020217034457A KR20217034457A KR20210142166A KR 20210142166 A KR20210142166 A KR 20210142166A KR 1020217034457 A KR1020217034457 A KR 1020217034457A KR 20217034457 A KR20217034457 A KR 20217034457A KR 20210142166 A KR20210142166 A KR 20210142166A
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KR
South Korea
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transmission
electric motor
drive
drive unit
internal combustion
Prior art date
Application number
KR1020217034457A
Other languages
English (en)
Inventor
로저 폴만
클라우스 레이프니츠
클라우스 뮬바우어
키라쉬 삽제바리
안드레아스 리델
다니엘 쇠넨베르거
Original Assignee
비테스코 테크놀로지스 저머니 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비테스코 테크놀로지스 저머니 게엠베하 filed Critical 비테스코 테크놀로지스 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 차량(F)용 구동 유닛(1)으로서, - 내연 엔진(2), - 적어도 하나의 전기 모터(3), 및 - 내연 엔진(2)과 전기 모터(3)에 대해 각각 별도의 입력 샤프트(E1, E2)를 갖는 변속기(4)를 포함하고, 전기 모터(3)는 변속기(4)의 출력 유닛(5)에 고정 결합되고, 전기 모터(3)와 출력 유닛(5) 사이의 동력 흐름은 변속기(4)가 중립 위치(N)에 있을 때 중단되지 않는, 구동 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 종류의 구동 유닛(1)을 동작시키는 방법에 관한 것이다.

Description

차량용 동력 유닛 및 차량용 동력 유닛을 동작시키는 방법
본 발명은 차량용 구동 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 구동 유닛을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
차량용 구동 유닛, 예를 들어, 하이브리드 구동 유닛, 및 이를 동작시키는 방법은 일반적으로 종래 기술에 알려져 있다.
본 발명은 종래 기술과 관련하여 개선된, 특히 차량용 컴팩트한 구동 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한 이러한 구동 유닛을 동작시키기 위한 적절한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구동 유닛과 관련하여, 본 목적은 청구항 1에 제시된 특징에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 방법과 관련하여, 본 목적은 청구항 10에 제시된 특징에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명의 유리한 구성은 종속 청구항에 제시된다.
차량용 본 발명에 따른 구동 유닛은 내연 엔진, 적어도 하나의 전기 모터 및 변속기를 포함하며, 변속기는 내연 엔진과 전기 모터에 대해 각각 별도의 입력 샤프트를 갖는다. 여기서, 전기 모터는 변속기의 출력 유닛에 고정 결합되며, 여기서 변속기가 중립 위치에 있을 때 전기 모터와 출력 유닛 사이의 동력 흐름이 중단되지 않는다.
구동 유닛은 차량용 하이브리드 구동부로 구성되고, 내연 엔진이 변속기로부터 기능적으로 결합 해제될 때 차량은 순수 전기적 동작을 할 수 있다. 전기 모터가 출력 유닛에 고정 결합되는 것에 의해, 전기 모터를 변속기에 기능적으로 결합하기 위한 클러치 요소가 필요하지 않다. 다시 말해, 전기 모터는 결합 해제 유닛 없이 출력 유닛에 직접 강하비(step-down ratio) 결합된다. 따라서 변속기는 단순하고 컴팩트한 형태로 생산될 수 있어서 구동 유닛이 기존의 구동 유닛보다 비용 효율적이다. 또한, 변속기는 기존의 하이브리드 구동부의 변속기보다 더 적은 구조 공간이 필요하다.
일 예시적인 실시예에 따르면, 변속기는 차량의 모든 런치 과정(launch process) 동안 중립 위치에 있다. 따라서 차량은 모든 런치 과정 동안 필수적으로 전기적으로 구동된다. 이것은 차량의 런치 과정 동안 내연 엔진을 기능적으로 결합시키기 위한 소위 런치 클러치가 필요치 않다는 이점을 갖는다. 이는 변속기의 컴팩트한 설계를 더욱 촉진한다. 또한, 차량이 특정 속도 이상으로 내연 엔진에 의해 구동될 때, 내연 엔진에 의해 생성된 토크는 전기 모터에 의해 생성된 토크에 중첩될 수 있다. 다시 말해, 전기 모터에 의해 생성된 토크는 동작 동안 내연 엔진을 부스트하는 데, 즉, 보조하는 데 사용될 수 있다.
변속기는 특히 다수의 변속기 기어비를 갖는 기어휠 구동식 자동 수동 변속기로 구성된다. 자동 수동 변속기는 비교적 간단한 기계적 구조와 우수한 효율을 특징으로 한다. 또한, 변속기 기어비의 수는 종래 기술에 비해 감소될 수 있다. 이러한 방식으로 구성된 구동 유닛의 경우, 예를 들어, 4개의 변속기 기어비로도 기존의 구동 유닛에 비해 구동 편의성 저하 없이 충분하다. 2개의 또는 3개의 변속기 기어비도 생각할 수 있다.
변속기는 내연 엔진에 기능적으로 결합된, 특히 운동 측면에서 결합된 구동 샤프트를 더 포함한다. 구동 샤프트와 평행하게 카운터 샤프트(countershaft)가 배치되고, 카운터 샤프트는 특히 기어휠을 통해 구동 샤프트와 맞물릴 수 있다. 평행하게 배치된 카운터 샤프트에 의해, 변속기의 동력 흐름에서 구동 샤프트의 회전 속도가 감소될 수 있고 토크가 증가될 수 있다. 여기서 카운터 샤프트는 출력 유닛을 직접 구동할 수 있는 기어휠 구동 최종 변속비를 포함한다. 출력 유닛은 예를 들어 차량의 구동 휠용, 예를 들어, 전방 구동 휠용 액슬 구동 샤프트를 구동하는 차동 변속기이다.
변속기는 적어도 하나의 변속기 기어비를 변속하기 위한 적어도 하나의 도그 클러치(dog clutch)를 더 포함한다. 도그 클러치는 간단하고 비용 효율적인 형태로 생산될 수 있으며, 구동 유닛의 변속기의 간단하고 컴팩트한 구성을 촉진한다.
또한, 전기 모터는 카운터 샤프트를 통해 출력 유닛에 결합된다. 따라서 전기 모터는 내연 엔진에 결합된 구동 샤프트와 독립적으로 출력 유닛을 구동할 수 있다.
다른 실시예에서, 전기 모터는 제1 변속기 기어비를 위해 적어도 하나의 도그 클러치에 의해 출력 샤프트에 회전 가능하게 맞물려 연결 가능한 기어휠을 통해 카운터 샤프트에 연결된다. 따라서 전기 모터는 이미 내연 엔진에 사용되는 변속기 부품에 의해 카운터 샤프트에 결합된다. 변속기 부품을 다수 사용하면 변속기의 구조 공간 요건을 더욱 감소시킨다.
여기서, 제1 변속기 기어비를 위해 기어휠은 적어도 하나의 도그 클러치가 개방 상태에 있을 때 구동 샤프트에 대해 회전 가능하다. 특히, 도그 클러치가 개방 상태에 있을 때 제1 변속기 기어비의 기어휠로부터 구동 샤프트로 동력이 전달되지 않고, 이 상태에서 내연 엔진이 변속기로부터 기능적으로 결합 해제된다. 이에 의해 제1 변속기 기어비를 위해 기어휠은 내연 엔진을 변속기에 결합시키는 데에도 사용되고 전기 모터만을 변속기에 결합시키는 데에도 사용될 수 있다. 따라서 전기 모터는 또한 도그 클러치가 일시적으로 개방되는 변속 과정 동안 구동 조립체의 기능을 수행할 수 있다. 이에 의해 고가의 동기화 유닛을 생략하면서 견인력의 중단 없이 변속할 수 있다.
전기 모터와 출력 유닛의 결합은 소위 강하비에 의해 더 수행되며, 이 경우 변속기의 동력 흐름 방향으로 회전 속도는 감소되지만 전달 토크는 증가한다. 이를 위해, 전기 모터의 회전 속도와 출력 유닛의 회전 속도 사이의 변속비의 크기는 1보다 크다. 이에 의해 전기 모터의 회전 속도를 최적의 런치 동작에 필요한 휠 회전 속도로 상승(step-up)시킬 수 있다. 또한, 기어비 변경 동안 견인력의 중단 없이 전기 모터에 의해 토크 강하를 보상할 수 있다.
본 발명에 따른 구동 유닛을 동작시키는 방법의 경우, 출력 유닛을 구동하기 위한 동력은 변속기가 중립 위치에 있을 때 전기 모터로부터만 전달된다. 따라서 내연 엔진이 변속기에 기능적으로 결합되지 않을 때 차량을 순수 전기적으로 구동하는 것이 가능하다. 여기서, 결합 해제 유닛 없이 강하비를 통해 전기 모터를 출력 유닛에 직접 결합하는 것을 통해 간단한 방식으로 변속기로부터 내연 엔진을 기능적으로 결합 해제하고 이에 따라 구동 조립체로서 전기 모터만을 결합시킬 수 있다.
본 방법의 일 실시예에 따르면, 변속기는 모든 런치 과정 동안 중립 위치에 놓이며, 0보다 큰 지정된 속도로부터 진행하여 출력 유닛을 구동하기 위한 동력은 내연 엔진으로부터 전달된다. 따라서 차량의 모든 런치 과정이 전기적으로 구동되기 때문에, 내연 엔진을 변속기에 기능적으로 결합하기 위한 런치 클러치를 생략할 수 있다. 이에 의해 종래 기술과 관련하여 감소된 구조적 공간 요건으로 변속기를 컴팩트하고 단순하게 설계할 수 있어서 보다 비용 효율적인 구동 유닛을 제조할 수 있다.
내연 엔진은 런치 과정 후에 더 높은 속도를 위한 구동 조립체로 사용된다. 여기서, 0보다 큰 지정된 속도로부터 진행하여 내연 엔진은 출력 유닛을 구동하기 위한 동력이 내연 엔진으로부터 추가적으로 또는 배타적으로 전달되도록 변속기 기어비에 의해 카운터 샤프트에 결합된다. 변속 과정 동안, 전기 모터는 구동 조립체의 기능을 계속 수행할 수 있어서 변속 동안 토크 강하를 거의 피할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 아래에서 더 상세하게 논의된다.
도 1은 구동 유닛을 갖는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2는 차량용 구동 유닛을 개략적으로 도시한다.
상호 대응하는 부분은 모든 도면에서 동일한 참조 부호로 표시된다.
도 1은 구동 유닛(1)을 갖는 차량(F)을 크게 단순화된 형태로 도시한다. 도 2는 내연 엔진(2), 전기 모터(3), 변속기(4) 및 출력 유닛(5)을 갖는 차량(F)의 구동 유닛(1)을 개략적으로 도시한다.
구동 유닛(1)은 차량(F)용, 특히, 자동차용 하이브리드 구동부를 형성하고, 예를 들어, 횡 방향으로 또는 길이 방향으로 설치된 전방 장착 구동 조립체를 갖는 전방 장착 구동부로 또는 후방 장착 구동부로 사용될 수 있다. 차량(F)은 예를 들어 승용차, 오프로드 차량, 다용도 차량 또는 오토바이이다.
도시된 예시적인 실시예에서, 구동 유닛(1)은 구동 조립체로서 내연 엔진(2)과 전기 모터(3)를 갖는다. 내연 엔진(2)과 전기 모터(3)는 각각 전용 입력 샤프트(E1, E2)를 통해 변속기(4)에 결합된다. 전기 모터(3)는 출력 유닛(5)에 고정 결합되고, 여기서 전기 모터(3)와 출력 유닛(5) 사이의 동력 흐름은 변속기(4)가 중립 위치(N)에 있을 때 중단되지 않는다.
또한, 내연 엔진(2)용 입력 샤프트(E1)에 결합되고 입력 샤프트와 동축으로 연장되는 변속기(4)의 구동 샤프트(A)는 전기 스타터 발전기(6)에 결합되고, 스타터 발전기는 내연 엔진(2)을 시동 걸고, 동기화를 보조하며, 차량(F)의 동작 동안 발전기로 사용된다. 여기서, 구동 유닛(1)은 예를 들어 소위 P1 배열 및 P3 배열의 조합을 갖는 병렬 하이브리드 구동부를 형성한다.
이 배열의 지정은 구동 유닛(1) 내 전기 모터(3)의 설치 위치에 의존한다. 도시된 예시적인 실시예에서 전기 모터(3)가 변속기(4)의 출력에 직접 결합되기 때문에(아래에서 보다 상세한 설명 참조), P3 배열이 존재한다. P1 배열과의 조합은 구동 샤프트(A)에 고정 연결된 추가 전기 스타터 발전기(6)에서 비롯된다.
아래에서 보다 상세히 설명되는 변속기(4)는 종래 기술에 알려진 자동 수동 변속기, 특히 확실히 맞물리는 변속 요소를 갖는 다수의 비의 스퍼 기어 변속기에 기초한다.
도시된 변속기(4)에서는 소위 카운터 샤프트(V)가 구동 샤프트(A)와 평행하게 이어지도록 배치되고, 카운터 샤프트는 동시에 변속기(4)의 출력 샤프트를 형성하고, 2개의 기어휠(Z1, Z2)로 구성된 최종 변속비를 통해 출력 유닛(5)을 직접 구동한다. 출력 유닛(5)은 예를 들어 자동차의 구동 휠용, 예를 들어, 전방 구동 휠용 액슬 구동 샤프트를 구동하는 차동 변속기이다.
다수의 기어휠(Z3 내지 Z6)이 구동 샤프트(A)에 배치되고, 이 기어휠은 카운터 샤프트(V)에 배치된 기어휠(Z7 내지 Z10)과 쌍을 이루는 방식으로 항상 맞물리고, 따라서 상이한 기어비로 상이한 변속비를 제공한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 변속기(4)는 4개의 변속기 기어비(G1 내지 G4)를 갖는다. 대안적으로, 변속기(4)는 또한 4개 미만의 변속기 기어비(G1 내지 G4), 예를 들어, 2개 또는 3개의 변속기 기어비(G1 내지 G4)를 가질 수 있다. 4개 초과의 변속기 기어비(G1 내지 G4)도 생각할 수 있다.
각각의 기어휠 쌍에서 기어휠(Z3 내지 Z10) 중 각 경우에 하나의 기어휠은 대응하는 샤프트, 즉 구동 샤프트(A) 또는 카운터 샤프트(V)에 회전 가능하게 맞물려 배치되고, 기어휠(Z3 내지 Z10) 중 다른 기어휠은 대응하는 샤프트에서 자유롭게 회전하고 축 방향으로 고정된 방식으로 배치된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 제4 변속기 기어비(G4)를 위한 기어휠 쌍은 구동 샤프트(A)에 고정 배치된 기어휠(Z6)(고정 기어라고도 함)과, 카운터 샤프트(V)에 느슨하게 배치된 기어휠(Z10)(아이들러 기어라고도 함)을 포함한다. 구동 샤프트(A)에 고정 배치된 기어휠(Z6)은 또한 스타터 발전기(6)의 입력 샤프트(E3)에 연결된 기어휠(Z11)과 항상 맞물린다. 느슨하게 배치된 기어휠(Z10)은 특히 카운터 샤프트(V)의 샤프트 구획(V1)에 배치되고, 이 샤프트 구획은 예를 들어 중공 샤프트의 형태이고, 카운터 샤프트(V)에 회전 가능하게 맞물려 축 방향으로 변위 가능한 방식으로 체결되는 제1 도그 클러치(K1)를 포함한다.
제3 변속기 기어비(G3)를 위한 기어 쌍은 구동 샤프트(A)에 고정 배치된 기어휠(Z5)과, 카운터 샤프트(V)에 느슨하게 배치된 기어휠(Z9)을 포함한다. 느슨하게 배치된 기어휠(Z9)은 마찬가지로 카운터 샤프트(V)의 제1 도그 클러치(K1)를 포함하는 추가 샤프트 구획(V2)에 배치된다.
제2 변속기 기어비(G2)를 위한 기어휠 쌍은 기어휠(Z4)을 포함하고, 기어휠(Z4)은 구동 샤프트(A)에 느슨하게 배치되고, 예를 들어, 구동 샤프트(A)의 중공 샤프트 형태의 구동 샤프트 구획(A1)에 배치된다. 상기 구동 샤프트 구획(A1)은 제2 도그 클러치(K2)를 포함한다. 제2 변속기 기어비(G2)를 위한 기어휠 쌍은 카운터 샤프트(V)에 고정 배치된 기어휠(Z8)을 더 포함한다.
제1 변속기 기어비(G1)를 위한 기어휠 쌍은, 구동 샤프트(A)에 느슨하게 배치되고, 마찬가지로 구동 샤프트(A)의 제2 도그 클러치(K2)를 포함하는, 추가 구동 샤프트 구획(A2)에 배치된 기어휠(Z3)과, 또한 카운터 샤프트(V)에 고정 배치된 기어휠(Z7)을 포함한다.
도그 클러치(K1, K2)는 변속기 기어비(G1 내지 G4)를 변속하는 역할을 한다. 여기에서, 도그 클러치(K1, K2)는 각각 구동 샤프트(A) 또는 카운터 샤프트(V)에 회전 가능하게 맞물려 각각 배치된 제1 도그 요소(K1.1, K2.1)를 갖는다. 특히, 제1 도그 요소(K1.1, K2.1)는 구동 샤프트(A) 또는 카운터 샤프트(V)와 맞물려 회전하지만 구동 샤프트(A)에 대해 또는 카운터 샤프트(V)에 대해 각각 축 방향으로 변위 가능하도록 배치된다.
도그 클러치(K1, K2)는 각각 2개의 제2 도그 요소(K1.2, K2.2)를 더 가지며, 이 2개의 제2 도그 요소는 각각 구동 샤프트(A)와 카운터 샤프트(V)에서 제1 도그 요소(K1.1, K2.1)와 반대쪽에 동축으로 배치된다. 또한, 제2 도그 요소(K1.2 및 K2.2)는 각각 기어휠(Z9, Z10 및 Z3, Z4)과 단일 부품으로 형성된다. 즉, 예를 들어, 하나의 도그 클러치(K2)의 제2 도그 요소(K2.2)는 제1 변속기 기어비(G1)의 기어휠(Z3)과 단일 부품으로 형성된다. 상기 도그 클러치(K2)의 다른 제2 도그 요소(K2.2)는 제2 변속기 기어비(G2)의 기어휠(Z4)과 단일 부품으로 형성되고, 다른 도그 클러치(K1)의 제2 도그 요소(K1.2)는 제3 변속기 기어비(G3)의 기어휠(Z9)과 단일 부품으로 형성된다. 다른 도그 클러치(K1)의 다른 제2 도그 요소(K1.2)는 제4 변속기 기어비(G2)의 기어휠(Z10)과 단일 부품으로 형성된다.
기어휠(Z3, Z4)을 향하는 제1 도그 요소(K2.1)의 표면은 각각 다수의 도그 톱니(더 자세히 설명하지 않음)를 갖는다. 마찬가지로, 각각 제1 도그 요소(K2.1)를 향하는 제2 도그 요소(K2.2)의 표면에는 도그 톱니가 서로 맞물릴 수 있도록 다수의 대응하는 도그 톱니가 형성된다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 2개의 도그 클러치(K1, K2)는 개방 상태에 있는 것으로 도시되어 있다. 즉, 변속기(4)는 중립 위치(N)에 있으며, 여기서 변속 가능한 기어휠(Z3, Z4) 중 어느 것도 구동 샤프트(A)에 연결되어 있지 않고, 변속 가능한 기어휠(Z9, Z10) 중 어느 것도 카운터 샤프트(V)에 연결되어 있지 않다. 따라서, 내연 엔진(2)으로부터 구동 샤프트(A)로 동력이 전달되지 않는다. 따라서 내연 엔진(2)은 변속기(4)에 기능적으로 결합되지 않고 따라서 변속기(4)에 운동 측면에서 결합되어 있지 않다.
제1 변속기 기어비(G1)의 변속을 위해, 제2 도그 클러치(K2)는 제1 변속기 기어비(G1)를 위해 기어휠(Z3)의 방향으로 이동된다. 그 결과, 제1 변속기 기어비(G1)의 기어휠(Z3)과 단일 부품으로 형성된 제2 도그 요소(K2.2)의 도그 톱니와, 제1 도그 요소(K2.1)의 도그 톱니는 서로 상호 맞물리게 된다. 그 결과, 제1 변속기 기어비(G1)를 위해 기어휠(Z3)은 제2 도그 클러치(K2)에 의해 구동 샤프트(A)에 회전 가능하게 맞물려 연결되어, 카운터 샤프트(V)가 제1 변속기 기어비(G1)를 위한 기어휠 쌍에 의해 기어휠(Z1, Z2)에 기능적으로 연결되고 운동 측면에서 이 기어휠(Z1, Z2)에 결합된다. 변속기(4)는 이제 제1 기어비 위치로 변속되었다.
제2 변속기 기어비(G2)의 변속을 위해, 예를 들어, 제2 도그 클러치(K2)의 제1 도그 요소(K2.1)가 차량(F)이 주행하는 동안 제2 변속기 기어비(G2)를 위해 기어휠(Z4) 방향으로 이동되고, 제2 변속기 기어비(G2)의 기어휠(Z4)과 단일 부품으로 형성된 제2 도그 요소(K2.2)의 도그 톱니와, 제1 도그 요소(K2.1)의 도그 톱니는 서로 상호 맞물리게 된다. 그 결과, 제2 변속기 기어비(G2)를 위해 기어휠(Z4)은 제2 도그 클러치(K2)에 의해 구동 샤프트(A)에 회전 가능하게 맞물려 연결되어, 카운터 샤프트(V)가 제2 변속기 기어비(G2)를 위한 기어휠 쌍에 의해 기어휠(Z1, Z2)에 기능적으로 연결되고 특히 운동 측면에서 이 기어휠(Z1, Z2)에 결합된다. 변속기(4)는 이제 제2 기어비 위치로 변속되었다.
제3 및 제4 변속기 기어비(G3, G4)의 변속을 위해, 전술한 절차는 제1 도그 클러치(K1)와 유사한 방식으로 이루어진다.
기존의 구동 유닛(1)의 경우, 예를 들어, 도그 클러치(K1, K2)에서 측방에 배치된 싱크로나이저 링 형태의 동기화 유닛은 원활한 변속 과정을 실현하기 위해 사용된다. 기어비의 맞물림 전에, 상기 동기화 유닛은 대응하는 기어휠(Z1 내지 Z13)의 회전 속도를 대응하는 샤프트의 회전 속도로 조정한다. 이러한 동기화 유닛은 본 발명에 따른 구동 유닛(1)의 경우에 생략될 수 있다.
또한, 구동 유닛(1)에 고정 결합된 것으로 인해, 전기 모터(3)는 변속 과정에서 차량(F)의 구동을 수행함으로써 변속 과정 동안 일반적으로 발생하는 토크 강하를 보상할 수 있다. 이를 위해, 전기 모터(3)는 카운터 샤프트(V)에 직접 연결될 수 있어서, 변속기(4)의 최종 변속비를 포함하고 출력 유닛(5)을 구동하는 기어휠(Z1, Z2)에 직접 연결될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 자세히 설명한다.
전기 모터(3)는 예를 들어 전기 견인 기계이다. 전기 모터(3)는 별도의 입력 샤프트(E2)를 통해 변속기(4)에 기계적으로 연결된다. 이를 위해, 변속기(4)는 기어휠(Z12, Z13)을 포함하는 중간 기어휠 쌍을 포함한다. 기어휠(Z13)은 제1 변속기 기어비(G1)의 기어휠(Z3)과 항상 맞물리고, 기어휠(Z3)은 구동 샤프트(A)에 배치되고, 카운터 샤프트(V)에 배치된 제1 변속기 기어비(G1)의 기어휠(Z7)과 항상 맞물린다.
제2 도그 클러치(K2)가 개방 상태에 있는 경우, 변속기(4)는 중립 위치(N)에 있고, 내연 엔진(2)은 변속기(4)에 기능적으로 결합되어 있지 않다. 즉, 동력 전달은 전기 모터(3)로부터 카운터 샤프트(V)로 직접 발생하고, 카운터 샤프트는 기어휠(Z1, Z2)에 의해 최종 변속비를 통해 출력 유닛(5)을 구동한다. 다시 말해, 전기 모터(3)는 내연 엔진(2)이 변속기(4)에 기능적으로 결합되어 있지 않은 한, 출력 유닛(5)을 직접 구동한다.
따라서 전기 모터(3)는 변속기(4)에 고정된 변속비로 고정 연결되고, 여기서 구동 조립체로서 전기 모터(3)만이 변속기(4)에 연결되어 있는 한, 변속기 기어비(G1 내지 G4)의 변속은 불가능하다.
변속비는 구동 조립체, 이 경우, 전기 모터(3)의 회전 속도와, 출력 유닛(5)의 회전 속도의 몫으로 결정된다. 변속비의 크기가 1보다 크면, 이는 소위 강하비라고 하며, 이 경우 변속기(4)의 동력 흐름 방향으로 회전 속도가 감소하지만, 전달 토크는 증가한다. 도시된 구동 유닛(1)의 예시적인 실시예에서, 전기 모터(3)는 강하비에 의해 출력 유닛(5)에 결합된다.
도시된 예시적인 실시예에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 변속기(4)는 런치 클러치를 갖지 않는다. 따라서, 차량(F)은 런치 과정 동안 전기 모터(3)에 의해 필수적으로 구동된다. 특정 구동 속도로부터 진행하여, 제1 변속기 기어비(G1)는 내연 엔진(2)이 변속기(4)에 기능적으로 연결되도록 맞물릴 수 있다. 변속기(4)에 고정 연결된 것으로 인해, 전기 모터(3)는 항상 상기 변속기에 연결되고, 따라서 런치 과정에 추가하여 변속 과정 동안 차량(F)에 대한 구동 조립체로서 일시적으로 사용될 수 있다. 또한, 차량(F)의 후진 과정은 전기 모터(3)에 의해 구동되어 변속기(4)의 후진 기어비도 마찬가지로 생략될 수 있다.
런치 클러치를 생략하고 예를 들어 동기화 유닛 및 후진 기어비와 같은 고가의 변속기 부품을 생략하면 구동 유닛(1)을 특히 컴팩트하게 설계할 수 있고, 여기서, 특히 변속기(4)는 종래 기술과 관련하여 단순화되고 따라서 보다 비용 효율적인 형태로 제조될 수 있다. 전기 모터(3)를 구동 조립체로 일시적으로 사용함으로써 구동 편의성이 거의 제한되지 않거나 전혀 제한되지 않는다. 이는 특히 전기 모터(3)에 의해 차량(F)이 전기적으로 동작하여, 편한 런치 과정을 경험할 수 있고 거의 토크 강하 없이 변속할 수 있다는 점에서 달성된다.
전기 모터(3)가 제1 변속기 기어비(G1)를 위한 기어휠 쌍을 통해 출력 유닛(5)에 연결될 수 있다는 사실에 의해 컴팩트한 디자인을 더 촉진할 수 있다. 특히, 구동 샤프트(A)에 느슨하게 배치된 기어휠(Z3)은 변속기(4)의 변속 요소로 사용되고, 또한 전기 모터(3)를 출력 유닛(5)에 연결하기 위한 중간 휠로 사용된다. 따라서 내연 엔진(2)에 이미 존재하는 이 변속기 부품은 전기 모터(3)로부터 출력 유닛(5)으로 동력을 전달하는 데 사용될 수 있다.
또한, 구동 샤프트(A)에 느슨하게 배치된 기어휠(Z3, Z4)과 대향 배치된 출력 유닛(5)의 배열로 인해, 차량(F)의 휠 세트 폭이 감소될 수 있다. 이에 의해 또한 전기 모터(3)를 위한 중간 기어로서 기어휠(Z3)을 사용할 수 있다.
카운터 샤프트(V)에 느슨하게 배치된 제3 및 제4 변속기 기어비(G3, G4)의 기어휠(Z9, Z10)의 배열에 의해, 구조적 공간의 이유 때문에 그리고 변속기(4)의 필요한 변속비를 실현하기 위해 스타터 발전기(6)를 직접 연결할 수 있다.
설명된 구동 유닛(1)은 대안적으로 직렬 하이브리드 구동부로서도 사용될 수 있다. 여기서, 전기 모터(3)와 출력 유닛(5) 사이의 동력 흐름은 내연 엔진(2)이 동작 및 실행 동안 변속기(4)가 중립 위치(N)에 있을 때 중단되지 않으며, 여기서 내연 엔진(2)은 출력 유닛(5)으로부터 결합 해제되고, 차량(F)의 배터리(도시되지 않음)는 스타터 발전기(6)에 의해 충전된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스타터 발전기(6)는 또한 전기 모터(3)에 직접 에너지를 제공할 수 있다.
스타터 발전기(6)는 마찬가지로 여기서 변속 동작 동안 내연 엔진(2)의 회전 속도를 동기화하기 위해 사용된다. 따라서 기계적 동기화 요소는 여기서 생략될 수도 있고, 구조적 공간의 감소 및 변속기(4)의 비용 감소 및 또한 변속 손실의 감소가 가능하다.
또한, 스타터 발전기(6)에 의해, 크랭크샤프트 스타터, 특히 크랭킹 모터 및 기존의 교류 발전기 모두를 생략할 수 있다. 특히, 구동 샤프트(A)에 고정 배치된 제4 변속기 기어비(G4)의 기어휠(Z6)을 통해 스타터 발전기(6)를 내연 엔진(2)의 구동 샤프트(A)에 연결함으로써, 스타터 발전기(6)는 필요한 변속비와 구조적 공간을 고려하여 최소한의 추가 부품으로 변속기(4)에 통합될 수 있다.
1: 구동 유닛
2: 내연 엔진
3: 전기 모터
4: 변속기
5: 출력 유닛
6: 전기 스타터 발전기
A: 구동 샤프트
A1, A2: 구동 샤프트 구획
E1, E2, E3: 입력 샤프트
F: 차량
G1 내지 G4: 변속기 기어비
K1, K2: 도그 클러치
K1.1, K1.2: 제1 도그 요소
K2.1, K2.2: 제2 도그 요소
N: 중립 위치
V: 카운터 샤프트
V1, V2: 샤프트 구획
Z1 내지 Z13: 기어휠

Claims (11)

  1. 차량(F)용 구동 유닛(1)으로서,
    - 내연 엔진(2),
    - 적어도 하나의 전기 모터(3), 및
    - 상기 내연 엔진(2)과 상기 전기 모터(3)에 대해 각각 별도의 입력 샤프트(E1, E2)를 갖는 변속기(4)
    를 포함하되, 상기 전기 모터(3)는 출력 유닛(5)에 고정 결합되고, 상기 전기 모터(3)와 상기 출력 유닛(5) 사이의 동력 흐름은 상기 변속기(4)가 중립 위치(N)에 있을 때 중단되지 않는, 구동 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변속기(4)는 상기 차량(F)의 모든 런치 과정(launch process) 동안 중립 위치(N)에 있는, 구동 유닛(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변속기(4)는 다수의 변속기 기어비(G1 내지 G4)를 갖는 기어휠 구동식 자동 수동 변속기로 구성된, 구동 유닛(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 변속기(4)는,
    - 상기 내연 엔진(2)에 기능적으로 결합된 구동 샤프트(A),
    - 상기 구동 샤프트(A)에 평행하게 배치되고, 상기 구동 샤프트와 맞물릴 수 있고, 출력 유닛(5)을 직접 구동할 수 있는 기어휠 구동 최종 변속비를 포함하는 카운터 샤프트(V), 및
    - 적어도 하나의 변속기 기어비(G1 내지 G4)를 변속하기 위한 적어도 하나의 도그 클러치(dog clutch)(K1, K2)
    를 더 포함하는, 구동 유닛(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 전기 모터(3)는 상기 카운터 샤프트(V)를 통해 상기 출력 유닛(5)에 결합되는, 구동 유닛(1).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전기 모터(3)는 제1 변속기 기어비(G1)를 위해 상기 적어도 하나의 도그 클러치(K2)에 의해 상기 구동 샤프트(A)에 회전 가능하게 맞물려 연결 가능한 기어휠(Z3)을 통해 상기 카운터 샤프트(V)에 연결되는, 구동 유닛(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 변속기 기어비(G1)를 위해 상기 기어휠(Z3)은 상기 적어도 하나의 도그 클러치(K2)가 개방된 상태에 있을 때 상기 구동 샤프트(A)에 대해 회전 가능한, 구동 유닛(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 모터(3)의 회전 속도와 상기 출력 유닛(5)의 회전 속도 사이의 변속비의 크기는 1보다 큰, 구동 유닛(1).
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 샤프트(A)는 전기 스타터 발전기(6)에 결합되는, 구동 유닛(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 구동 유닛(1)을 동작시키는 방법으로서, 상기 출력 유닛(5)을 구동하기 위한 동력은 상기 변속기(4)가 중립 위치(N)에 있을 때 상기 전기 모터(3)로부터만 전달되는, 구동 유닛을 동작시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    - 상기 변속기(4)는 모든 런치 과정 동안 중립 위치(N)에 있고,
    - 0보다 큰 지정된 속도로부터 진행하여 상기 내연 엔진(2)은 변속기 기어비(G1)를 통해 결합되고, 상기 출력 유닛(5)을 구동하기 위한 동력은 상기 내연 엔진(2)으로부터 전달되는, 구동 유닛을 동작시키는 방법.
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