KR100489389B1 - 자동차의 4륜 구동시스템 - Google Patents

자동차의 4륜 구동시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동차의 4륜구동시스템은 차량이 험로 등을 주행하는 경우처럼 앞바퀴와 뒤바퀴의 차동 회전차가 크고 지속되어 로터리 트라이 블레이드 커플링의 다판 클러치 사이에 슬립이 발생되더라도 비스커스 커플링의 험프 기능에 의해 뒷바퀴로 급격한 토크 전달이 이루어지고 앞바퀴 측과 뒷바퀴 측이 직결되어 4륜구동으로 주행되므로 극한 도로에서 탈출할 수 있다.

Description

자동차의 4륜 구동시스템{Four-wheel system of automobile}
본 발명은 자동차의 4륜 구동시스템에 관한 것으로서, 특히 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전차 발생시 상기 회전차를 흡수할 뿐만 아니라, 차량이 험로 등을 주행할 때 앞바퀴 측과 뒷바퀴 측을 직결시켜 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 차동 작용을 저지시키는 자동차의 4륜 구동시스템에 관한 것이다.
일반적으로 4륜 구동시스템은 앞 또는 뒤의 2륜 구동과 4륜 구동 중 어느 하나의 주행 패턴을 선택할 수 있는 방식인 파트 타임 4륜 구동과, 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전차를 흡수하는 장치를 장착하여 앞바퀴와 뒷바퀴 모두에 동력을 전달하는 방식으로 점성 커플링 방식, 센터 디퍼렌셜 방식, 유압 다판 클러치 방식, 프리 러닝 방식등으로 나우어지는 풀 타임 4륜구동으로 대별된다.
여기서, 상기 센터 디퍼렌셜 방식을 채용한 풀 타임 4륜구동시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 주행 상태에 따라 변속기(102)에서 변속된 엔진(100)의 동력이 프론트 디퍼렌셜(104)을 통해 앞바퀴(106)로 전달되고, 상기 프론트 디퍼렌셜(104) 일측에 센터 디퍼렌셜(108)이 장착되어 차량의 선회시 뒷바퀴(110)로도 변속기(102)에서 출력된 동력을 전달하여 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110)의 선회 반경이 다르게 때문에 생기는 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110)의 회전차를 흡수한다.
여기서, 상기 뒷바퀴(110)로 전달되는 엔진(100)의 동력은 리어 디퍼렌셜(112)을 통해 필요에 따라 좌우 뒷바퀴에 분배된다.
그리고, 상기 센터 디퍼렌셜(108)과 리어 디퍼렌셜(112) 사이에는 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110)의 회전차가 발생되면 유체 전단력에 의해 다판 클러치를 마찰시켜 뒷바퀴(110)로 엔진(100)의 동력이 전달되도록 하는 로터리 트라이 블레이드 커플링(120)이 설치된다.
여기서, 상기 로터리 트라이 블레이드 커플링은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 센터 디퍼렌셜(108)로부터 동력을 전달받아 회전되는 제1 중간축(114)과 볼트로 결합되어 함께 회전되는 커플링 케이스(122)와, 상기 커플링 케이스(122) 내측면에 스플라인 결합된 클러치 플레이트(124)와, 상기 클러치 플레이트(124)와 교차되어 배치된 클러치 디스크(126)와, 상기 클러치 디스크(126)가 스플라인 결합되고 상기 리어 디퍼렌셜(112)과 일체로 회전되는 제2 중간축(116)과 연동되게 직렬 연결된 허브 샤프트(128)와, 유체 전단력에 의해 축방향으로 이동되어 상기 클러치 플레이트(124)를 클러치 디스크(126)에 밀착시키는 피스톤(130)과, 상기 피스톤(130)의 후방측에 배치되고 상기 허브 샤프트(128)에 스플라인 결합된 로터(132) 등으로 이루어진다.
여기서, 상기 피스톤(130)과 로터(132) 사이에는 실리콘 오일(G)이 개재되어 있어 상기 커플링 케이스(122)와 로터(132)의 회전차가 발생되어 전단될 때 생기는 유동 저항력으로 상기 피스톤(130)을 축방향 이동시킨다.
이와 같은 4륜 구동시스템은 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110) 사이에 회전차가 생기지 않는 정속 주행되는 경우에 커플링 케이스(122)와 로터(132)의 회전속도가 같아 실리콘 오일(G)이 전단되지 않으므로 엔진(100)의 동력은 프론트 디퍼렌셜(104)을 통해 앞바퀴(106)로 전달되고, 센터 디퍼렌셜(108)을 통해 제 1 중간축(114)에도 전달된다.
이 때, 상기 로터리 트라이 블레이드 커플링(120)은 마찰 작용이 이루어지지 않으므로 뒷바퀴(110)로의 동력 전달이 이루어지지 않아 뒷바퀴(110)는 단지 차속에 의해서만 회전되어 차량은 2륜구동으로 주행된다.
그러나, 차량의 선회시 또는 가속/발진시에는 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110)에 회전차가 발생되므로 로터리 트라이 블레이드 커플링(120)에 내재된 실리콘 오일(G)이 전단되어 유동 저항력이 생기고, 이로 인해 피스톤(130)이 가압력을 받아 축방향으로 이동되어 클러치 플레이트(124)를 클러치 디스크(126)에 밀착시킨다.
이와 같이 클러치 플레이트(124)와 클러치 디스크(126)가 마찰 작용되면 제1 중간축(114) 및 커플링 케이스(122), 클러치 플레이트(124)를 통해 엔진의 동력이 클러치 디스크(126)에 전달되고, 이 동력을 허브 샤프트(128)가 받아 회전되면서 리어 디퍼렌셜(112)을 통해 뒷바퀴(110)로 동력을 전달하면 앞바퀴(106)와 뒷바퀴(110)의 회전차가 상쇄된다.
그러나, 종래 기술에 따른 4륜 구동시스템은 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전차 발생시 앞바퀴 측과 뒷바퀴 측을 직결시키는 것이 아니라 실리콘 오일의 유동 저항에 의해서 클러치 플레이트와 클러치 디스크를 마찰시키면서 회전차를 흡수한다.
따라서, 차량이 요철로 등의 극한 도로 상태에서 주행중 일 때 앞바퀴의 한쪽바퀴 또는 양쪽바퀴가 공전하여 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전차가 계속 발생하면 상기 클러치 플레이트와 클러치 디스크 사이에 슬립이 발생하여 뒷바퀴로의 원활한 토크 분배가 이루어지지 않으므로 더 이상 자동차가 움직이지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량이 험로 등을 주행시 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전차를 흡수할 뿐만 아니라 회전차가 계속 발생하면 앞바퀴와 뒷바퀴를 직결시키는 4륜 구동시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 4륜 구동시스템은 변속기에서 변속된 엔진의 동력을 전달받아 선회시에 전후륜 각각의 선회반경이 다르기 때문에 생기는 타이어 회전의 차이를 흡수하도록 상기 엔진의 동력을 분배하는 센터 디퍼렌셜과, 상기 센터 디퍼렌셜의 일측에 설치되어 전후륜의 회전차가 발생되면 유체전단력에 의해 다판 클러치를 마찰시켜 후륜으로 엔진의 동력이 전달되도록 하는 로터리 트라이 블레이드 커플링과, 험프 기능을 통해 후륜으로의 급격한 토크 전달이 가능하도록 한 비스커스 커플링으로 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 4륜 구동시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 비스커스 커플링이 장착된 로터리 트라이 블레이드 커플링의 상세도이다.
상기 본 발명에 따른 자동차의 4륜구동시스템은, 차량의 주행상태에 따라 엔진(1)의 동력을 변속시키는 수동변속기(2)와 연결되어 상기 변속된 동력을 필요에 따라 전륜(6)에 분배하는 프론트 디퍼렌셜(4)과, 상기 프론트 디퍼렌셜(4)과, 상기 프론트 디퍼렌셜(4)의 일측에 장착되어 수동변속기(2)에서 변속된 엔진의 동력을 전달받아 선회시에 전,후륜(6, 10) 각각의 선회반경이 다르기 때문에 생기는 전,후륜(6, 10) 회전 차이를 흡수하도록 상기 엔진(1)의 동력을 후륜(10)으로 분배하는 센터 디퍼렌셜(8)과, 상기 센터 디퍼렌셜(8)의 일측에 설치되어 전,후륜(6, 10)의 회전차가 발생되면 유체전단력에 의해 다판 클러치를 마찰시켜 후륜(10)으로 엔진의 동력이 전달되도록 하는 로터리 트라이 블레이드 커플링(20)과, 상기 전,후륜(6, 10)의 회전차가 크고 지속적으로 발생되어 상기 로터리 트라이 블레이드 커플링(20)의 다판 클러치 사이에서 슬립이 발생되더라도 험프 기능을 통해 후륜(10)으로의 급격한 토크 전달이 가능하도록 한 비스커스 커플링(30) 등으로 이루어진다. 그리고, 상기 후륜(10)으로 전달되는 엔진(1)의 동력은 리어 디퍼렌셜(112)을 통해 필요에 따라 좌우 후륜(10)에 각각 분배된다.
여기서, 상기 로터리 트라이 블레이트 커플링(20)은, 상기 센터 디퍼렌셜(8)과 제1 중간축(14)으로 연결되어 엔진의 동력을 전달받는 클러치 케이스(22)와, 상기 클러치 케이스(22) 내부에 축방향 이동 가능하게 스플라인 결합된 다수개의 클러치 플레이트(24)와, 상기 클러치 플레이트(24)와 교차되어 배치된 클러치 디스크(26)와, 상기 클러치 디스크(26)가 스플라인 결합되고 리어 디퍼렌셜(12)과 제2 중간축(16)으로 연결된 허브 샤프트(28)와, 유체 전단력에 의해 상기 클러치 플레이트(24)를 클러치 디스크(26)에 밀착시키는 피스톤(29)과, 상기 허브 샤프트(28)와 일체로 회전되면서 전륜(6)과 후륜(10)의 회전차 발생시 피스톤(29)과의 사이에 개재된 실리콘 오일(G)에 유체 전단력을 발생시키는 로터(27) 등으로 이루어진다.
그리고, 상기 허브 샤프트(28)는 제1 중간축(14)과 대향하는 끝단이 상기 클러치 케이스(22)와의 사이에 설치된 베어링(21)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 제2 중간축(16)과는 조인트에 의해 연결되어 있다.
다음, 상기 비스커스 커플링(30)은 전륜(6) 측과 연결되어 엔진의 동력에 의해 회전되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 등간격으로 설치되어 일체로 회전되는 다수개의 아우터 플레이트(32)와, 상기 아우터 플레이트(32)와 교차되게 배치되어 아우터 플레이트(32)와의 사이에 개재된 유체, 즉 실리콘 오일(G)에 전단력이 생기면 축방향으로 이동되는 인너 플레이트(34)와, 상기 인너 플레이트(34)가 축방향 이동 가능토록 스플라인 결합되고 후륜(10) 측과 연결되어 후륜(10)의 회전력에 의해 회전되는 인너 샤프트로 이루어진다.상기 비스커스 커플링의 케이스는, 상기 로터리 트라이 블레이트 커플링(20)의 클러치 케이스(22)가 상기 아우터 플레이트(32)를 향해 연장되게 형성됨으로써 이루어질 수 있다. 또한, 상기 비스커스 커플링의 인너 샤프트는 상기 로터리 트라이 블레이트 커플링(20)의 허브 샤프트(28)가 상기 인너 플레이트(34)를 향해 연장되게 형성됨으로써 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 아우터 플레이트(32) 사이에는 클러치 케이스(22) 내부에 부착된 스페이서 링(36)이 배치되어 아우터 플레이트(32)의 등간격을 유지시킨다.
이와 같은 비스커스 커플링(30)은 전륜(6) 측과 연결되어 회전되는 아우터 플레이트(32)와 후륜(10) 측과 연결되어 회전되는 인너 플레이트(34) 사이에 회전차가 발생되면 실리콘 오일(G)의 점성에 의해 상대적으로 회전 속도가 큰 쪽의 점성 토크가 상대적으로 회전 속도가 작은 쪽으로 전달되면서 상대 회전차를 상쇄시킨다.
여기서, 상기 점성 토크를 비스커스 토크라고 하며 상기 차동 회전차가 클수록 비스커스 토크도 커진다.
그리고, 상기 전륜(6)과 후륜(10)의 차동 회전차가 크고 또한 지속적으로 발생되면 시간 경과에 따라 실리콘 오일(G)의 온도가 상승하면서 팽창하므로 압력이 높아져 상기 비스커스 토크가 급격히 상승하고, 인너 플레이트(34)의 전후에서 생기는 압력차에 의해 인너 플레이트(34)가 축방향 이동되어 아우터 플레이트(32)에 밀착되면서 아우터 플레이트(32)와 인너 플레이트(34)가 직결된다.
여기서, 비스커스 토크가 급격히 상승하고 아우터 플레이트(32)와 인너 플레이트(34)가 밀착되는 것을 험프(hump)현상이라고 한다.
따라서, 차량이 선회하거나 가속/발진시에는 상기 전륜(6)과 후륜(10)의 회전차가 작고 또한 단시간에 발생되므로 유체의 전단력에 의해 상기 로터리 트라이 블레이트 커플링(20)의 클러치 플레이트(24)와 클러치 디스크(26)의 마찰 작용과, 상기 비스커스 커플링(30)의 아우터 플레이트(32)와 인너 플레이트(34) 사이에서 발생되는 비스커스 토크에 의해 전륜(6)과 후륜(10)의 회전차가 흡수된다.
그리고, 차량이 험로 등을 주행할 때처럼 전륜(6)과 후륜(10)의 회전차가 크고 또한 지속적으로 발생되는 경우에는 로터리 트라이 블레이드 커플링(20)의 클러치 플레이트(24)와 클러치 디스크(26)에 슬립이 생겨 상기 클러치 플레이트(24)와 클러치 디스크(26)를 통해 후륜(10)으로 엔진의 동력이 전달되지 못하더라도, 상기 비스커스 커플링(30)에서 나타나는 험프 현상에 의해 상기 비스커스 토크가 급상승하고 비스커스 커플링(30)의 아우터 플레이트(32)와 인너 플레이트(34)가 직결되므로 후륜(10)으로 동력 전달이 이루어짐으로써 차량은 4륜구동으로 주행되면서 험로 등을 탈출할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차의 4륜구동시스템은 차량이 험로 등을 주행하는 경우처럼 앞바퀴와 뒤바퀴의 차동 회전차가 크고 지속되어 로터리 트라이 블레이드 커플링의 다판 클러치 사이에 슬립이 발생되더라도 비스커스 커플링의 험프 기능에 의해 뒷바퀴로 급격한 토크 전달이 이루어지고 앞바퀴 측과 뒷바퀴 측이 직결되어 4륜구동으로 주행되므로 극한 도로에서 탈출할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 4륜구동시스템의 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 로터리 트라이 블레이드 커플링의 상세도,
도 3은 본 발명에 따른 4륜 구동시스템의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 비스커스 커플링이 장착된 로터리 트라이 블레이드 커플링의 상세도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
20 : 로터리 트라이 블레이드 커플링 22 : 클러치 케이스
24 : 클러치 플레이트 26 : 클러치 디스크
28 : 허브 샤프트 30 : 비스커스 커플링
32 : 아우터 플레이트 34 : 인너 플레이트

Claims (4)

  1. 변속기에서 변속된 엔진의 동력을 전달받아 선회시에 전후륜 각각의 선회반경이 다르기 때문에 생기는 타이어 회전의 차이를 흡수하도록 상기 엔진의 동력을 분배하는 센터 디퍼렌셜과, 상기 센터 디퍼렌셜의 일측에 설치되어 전후륜의 회전차가 발생되면 유체전단력에 의해 다판 클러치를 마찰시켜 후륜으로 엔진의 동력이 전달되도록 하는 로터리 트라이 블레이드 커플링과, 험프 기능을 통해 후륜으로의 급격한 토크 전달이 가능하도록 한 비스커스 커플링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 4륜구동시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스커스 커플링은 전륜 측과 연결되어 엔진의 동력에 의해 회전되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 등간격으로 설치되어 일체로 회전되는 다수개의 아우터 플레이트와, 상기 아우터 플레이트와 교차되게 배치되어 아우터 플레이트와의 사이에 개재된 유체에 전단력이 생기면 축방향으로 이동되는 인너 플레이트와, 상기 인너 플레이트가 축방향 이동 가능하게 설치되고 후륜 측과 연결되어 후륜의 회전력에 의해 회전되는 인너 샤프트로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 4륜 구동시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비스커스 커플링의 케이스는 상기 센터 디퍼렌셜과 연결된 상기 로터리 트라이 블레이드 커플링의 클러치 케이스가 아우터 플레이틀 향해 연장되어 구비되고,
    상기 인너 샤프트는 상기 후륜과 연결된 상기 로터리 트라이 블레이드 커플링의 허브 샤프트가 인너 플레이트를 향해 연장되어 구비된 것을 특징으로 하는 자동차의 4륜구동시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체는 실리콘 오일인 것을 특징으로 하는 자동차의 4륜구동시스템.
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