KR100527439B1 - 4륜 구동 차량의 동력전달장치 - Google Patents

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Abstract

효율적으로 4륜 구동을 이룰 수 있도록 하기 위하여, 변속기로부터 출력되는 동력을 전,후륜으로 전달하는 동력 전달부재상에 배치되어 선택적으로 전륜 또는 후륜에 동력을 전달하거나 전,후륜에 동력을 동시에 전달할 수 있도록 단속기능을 수행하는 로터리 커플링 구비하여 이루어지는 4륜 구동 차량의 동력 전달장치에 있어서,
상기 로터리 커플링은, 입력측 부재에 연결되는 하우징과; 출력측 부재에 연결되는 허브 샤프트와; 상기 하우징 및 허브 샤프트 사이에 배치되는 다판 클러치와; 상기 다판 클러치의 단속작동을 전기적으로 제어하는 가압수단을 구비하여 이루어지는 4륜 구동차량의 동력 전달장치를 제공한다.

Description

4륜 구동 차량의 동력전달장치 {POWER TRAIN FOR FOUR WHEL DRIVE}
본 발명은 보다 효율적으로 4륜 구동을 실시할 수 있도록 하여 극한 상황에서 용이하게 탈출할 수 있도록 한 4륜 구동 차량의 동력 전달장치에 관한 것이다.
일반적으로 승용차는 앞바퀴나 뒷바퀴 어느 한쪽에만 구동력을 가지게 하는 2륜 구동구조를 가지고 있다.
이에 반하여 4륜 구동차량은 4바퀴 모두가 구동력을 발휘하게 만든 구조로서 엔진동력이 지표면에 확실하게 전달되어 뛰어난 전천후 주행성능을 갖게 되며 동력전달 방식에 따라 일시 4륜 구동(Part Time 4WD)과 상시 4륜 구동(Full Time 4WD, All Wheel Drive)이 있다.
상기에서 일시 4륜 구동방식은 평상시에는 주행성능을 높이기 위하여 2륜 구동으로 운행하다가 험로나 악천후시 별도의 4륜 구동 전용 트랜스퍼를 이용하여 4륜으로 전환, 강력한 주행력을 발휘할 수 있는 구조이고, 상시 4륜 구동방식 항상 4륜이 구동력을 받는 구조로서 평시나 악천후시에도 안정된 주행이 가능하다는 장점을 갖게 된다.
이러한 4륜 구동 차량은 메카니즘이 복잡하고 차체가 무거우며, 연료 소비가 크고 추월 가속능력이 떨어지며, 차체 중심이 높고 고가라는 단점은 있으나, 직진 안정성 및 코너링 성능이 좋고, 도로 사정이 나쁜 눈길, 빗길등의 험로에서 주행성이 탁월하며, 등판능력이 우수하여 급경사 비탈길에서 뛰어나 성능을 발휘하고, 지면에 4륜 모두 구동력이 전달되어 횡풍에 대한 안정성이 우수한 장점을 가지고 있는 바, 군용차량 및 일반 지프형 차량에 적용되고 있으며, 향후에는 일반 승용차에도 적용될 전망이다.
상기와 같은 4륜 구동차량의 동력 전달계통은 통상적으로 도 1에서와 같이, 엔진(2)에서 발생된 회전 동력이 변속기(4)에서 감속 또는 동속으로 변속이 이루어진 후 전륜(6)을 구동시키고, 일부의 동력은 전륜의 디프렌셜(8)로부터 인출되어 프로펠러 샤프트(10)를 통해 후륜 디프렌셜(12)을 거쳐 후륜(14)을 구동시키는 구성을 갖는다.
그리고 상기 프로펠러 샤프트(10)의 중간부에는 전, 후륜(6)(14) 사이에 회전차가 발생되면, 이를 억제하기 위한 로터리 커플링(16)이 배치된다.
이러한 4륜 구동차량의 동력 전달계통에 있어서, 본 발명은 상기 로터리 커플링에 관계하는데, 종래 로터리 커플링은 도 6에서와 같이, 전측 프로펠러 샤프트(100)와 하우징(102)이 연결되고, 상기 하우징(102)내에 배치되는 다수의 플레이트(104) 사이에 배치되는 마찰부재(106)와 로우터(108)는 후측 프로펠러 샤프트(110)와 연결된다.
그리고 상기 로우터(106)의 전측에는 상기 플레이트(104)와 마찰부재(106)를 접촉시켜 그 마찰력에 의하여 전, 후측 프로펠러 샤프트(100)(110)가 일체로 연결되도록 하는 피스톤(112)가 배치되고, 상기 피스톤(112)의 후측 부분과 하우징 (102) 사이의 공간부에는 실리콘 오일(114)가 충진되어 상기 로우터(108)가 실리콘 오일(114)에 잠기게 된다.
이에 따라 정속 주행시와 같은 경우에는 좌우측 전륜 구동에 의한 2륜 구동이 이루어지게 되지만, 가속 및 발진등에 의하여 전,후륜에 회전차가 발생되면, 블레이드를 보유한 상기의 로우터(108)가 회전하면서 실리콘 오일(114)에 유동저항을 발생시켜 피스톤(112)을 전방으로 밀어줌으로써, 다수의 플레이트(104)와 마찰부재(106)로 이루어지는 클러치를 작동시켜 전,후 프로펠러(100)(110)가 일체로 연결되면서 4륜 구동이 이루어지도록 하는 것이다.
그러나 상기와 같은 종래에 있어서는 로터리 커플링의 구조에 의하여 전,후륜에 회전차에 발생되지 않는 한 4륜 구동이 이루어지지 않으며, 단순히 실리콘 오일의 전단력에 의한 압력에만 의존하여 험로 탈출등을 수행하여야 하는 바, 높은 토오크를 요구하는 곳에서는 사용이 곤란하여 대개 경차용으로만 사용할 수 밖에 없다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 필요에 따라 전기적으로 제어하여 로터리 커플링이 동작되도록 함으로써, 효율적으로 4륜 구동을 이룰 수 있는 4륜 구동차량의 동력전달장치를 제공함에 있다.
이를 실현하기 위하여, 본 발명은 변속기로부터 출력되는 동력을 전,후륜으로 전달하는 동력 전달부재상에 배치되어 선택적으로 전륜 또는 후륜에 동력을 전달하거나 전,후륜에 동력을 동시에 전달할 수 있도록 단속기능을 수행하는 로터리 커플링 구비하여 이루어지는 4륜 구동 차량의 동력 전달장치에 있어서,
상기 로터리 커플링은, 입력측 부재에 연결되는 하우징과; 출력측 부재에 연결되는 허브 샤프트와; 상기 하우징 및 허브 샤프트 사이에 배치되는 다판 클러치와; 상기 다판 클러치의 단속작동을 전기적으로 제어하는 가압수단을 구비하여 이루어지는 4륜 구동차량의 동력 전달장치를 제공한다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 적용예를 설명하기 위한 4륜 구동 차량의 동력 전달계통도로서, 이는 상기에서 설명한바와 같이, 엔진(2)에서 발생된 회전 동력이 변속기(4)에서 감속 또는 동속으로 변속이 이루어진 후, 전륜(6)을 구동시키고, 일부의 동력은 전륜의 디프렌셜(8)로부터 인출되어 동력전달부재인 프로펠러 샤프트(10)를 통해 후륜 디프렌셜(12)을 거쳐 후륜(14)을 구동시키는 구성을 갖는다.
그리고 상기 프로펠러 샤프트(10)의 중간부에는 전, 후륜(6)(14) 사이에 회전차가 발생되면, 이를 억제하기 위한 로터리 커플링(16)이 배치되며, 이 로터리 커플링(16)은 중량체이므로 미도시한 차체에 회전 가능하게 지지된다.
이러한 4륜 구동차량에 있어서, 상기 로터리 커플링(16)은 도 2 및 도3 에서와 같이, 입력측 부재에 연결되는 하우징(20)과 출력측 부재에 연결되는 허브 샤프트(22)의 사이에는 공지의 다판 클러치(24)가 배치된다.
즉, 상기 하우징(20)의 내륜 기어부에는 다수의 클러치 플레이트(26)가 배치되고, 상기 클러치 플레이트(26) 사이에는 상기 허브 샤프트(22)의 외륜 기어부에 배치되는 마찰부재(28)가 배치되며, 상기 허브 샤프트(22)에는 선택적으로 클러치 플레이트(26)와 마찰부재(28)를 접촉시켜 마찰력을 발생시키는 피스톤(30)이 배치된다.
그리고 상기 피스톤(30)의 후측에는 이의 피스톤(30)을 선택적으로 밀어줄 수 있는 가압부재(32)를 포함하는 가압수단이 형성되는데, 상기 가압부재(32)는 허브 샤프트(22)상에 회전 가능하게 배치되며, 후측에는 기어부(34)가 형성된다.
상기 기어부(34)는 차체에 고정되는 모터(36)의 피니언(38)과 치합되어 상기 모터(34)의 구동에 따라 상기 가압부재(32)를 회전시키게 된다.
또한, 상기 가압부재(32)와 피스톤(30) 사이에는 클램핑 볼(40)이 배치되는데, 이의 클램핑 볼(40)은 도 4에서와 같이 가압부재(32)와 피스톤(30)이 서로 마주하는 면에 방사상으로 다수 형성되는 홈(42)(44)에 삽입된다.상기에서 피스톤(30)및 가압부재(32)에 형성되는 홈(42)(44)의 형상은 어떤 형상으로 제한되지 않고, 양 홈(42)(44)의 내부에 클램핑 볼(40)을 수용할 수 있는 형태이면 어느 형태로든 다양하게 구성할 수 있다.그리고 상기와 같은 로터리 커플링(16)은 외주측에 로터리 커플링(16)의 회전을 간섭하지 않는 케이스(46)가 배치되며, 이의 케이스(16)는 차체측(48)에 고정되고, 상기 케이스(46)의 차체 고정과 상기 케이스(16)내에서 로터리 커플링 (16)이 회전하는 구조는 일반적인 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.이와 같은 로터리 커플링(16)을 도 1과 같은 상태로 적용한 상태에서 정상적인 운전상태에서는 도 3에서와 같이, 로터리 커플링(16)이 작동하지 않는 상태에서 2륜 구동이 이루어지게 된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 피스톤(30)이 허브 샤프트(22)상에 슬라이딩 가능하게 스플라인 결합되고, 가압부재(32)가 허브 샤프트(22)상에 회전 간섭없이 배치되며, 이들 피스톤(30)과 가압부재(32)의 마주하는 면에 형성된 클램핑 홈(42)(44)에 수용되어 클램핑 볼(40)이 수용되어 있는 바, 상기 피스톤(30)이 회전하게 되면, 그 회전력이 상기 홈(42)(44)에 수용되어 있는 클램핑 볼(40)을 매개로 하여 가압부재(32)에 전달하게 되는데, 이때 가압부재(32)에는 아무런 부하가 작용하지 않는 자유 상태이므로 함께 회전하면서 2륜 구동이 이루어지게 되는 것이다.그러나, 미도시한 전자제어유닛에서 차량의 각 부분에 배치되어 있는 센싱수단으로부터 정보를 입수하여 4륜 구동이 요구되는 상황에서는 상기 모터(36)를 제어하여 기어부(32)를 구동시키면, 이에 일체로 형성되어 있는 가압부재(32)가 회전하면서 피스톤(30)과 가압부재(32)에 형성된 홈(42)(44)과 클램핑 볼(40)의 상호 작용에 의하여 피스톤(40)을 밀어주게 된다.즉, 상기에서 센싱수단이라고 함은 공지에서와 같이 휠 각각에 배치되어 있는 휠 센서를 지칭하며, 상기 각 휠 센서로부터 입력되는 신호를 전자제어유닛에서 비교 판단하여 전,후륜의 회전속도차이가 발생되면 상기 모터(36)를 구동 제어하여 기어부(32)를 구동시키게 된다.그러면 가압부재(32)의 회전이 상기 피스톤(30) 보다 빠르게 회전하게 되며, 이의 회전력이 클램핑 볼(40)을 통해 피스톤(30)으로 전달하게 되는데, 이의 경우 피스톤(30)은 허브 샤프트(22)와 일체로 회전함으로써, 가압부재(32)와 동일한 회전속도로 회전할 수 없게 되므로 피스톤(30)과 가압부재(32)의 회전차가 발생된다.이와 같이 회전차가 발생되면 회전 전달의 매개체인 클램핑 볼(40)이 피스톤(30)과 가압부재(32)에 형성된 홈(42)(44)의 경사면과 접촉되면서 피스톤(30)과 가압부재(32)를 강제로 밀어내는 힘으로 작용하게 되지만 가압부재(32)는 허브 샤프트(22)에서 회전만 가능하게 배치되고, 피스톤(30)은 슬라이드 가능하게 결합되어 있기 때문에 결국은 피스톤(30)이 도4 및 도5 에서와 같이 다판 클러치(24)측으로 밀리면서 클러치 플레이트(26)를 밀어주어 마찰부재(28)와 마찰되면서 로터리 커플링(16)이 작동되도록 함으로써, 4륜 구동이 가능하게 되는 것이다.
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이러한 4륜 구동상태는 차량의 운전 조건에 따라 전자제어유닛에서 모터(32)를 계속 제어함으로써, 4륜 구동상태를 유지할 수 있는 것이며, 4륜 구동 상태를 해제하고자 할 때에는 모터(32)에 인가되는 제어 전류를 차단하면 로터리 커플링(16)은 본래의 상태로 복귀되어 2륜 구동만이 가능해지는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전,후륜의 동력 전달부재 사이에 배치된 로터리 커플링을 차량의 운행 조건에 따라 전자제어유닛에서 전기적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 효율적으로 4륜 구동을 이룰 수 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 적용부위를 나타내기 위한 4륜 구동차량의 동력 전달계통도.
도 2는 본 발명에 의한 로터리 커플링의 단면도.
도 3은 도 2의 개략도.
도 4는 본 발명의 작동을 설명하기 위한 요부를 발췌도.
도 5는 로터리 커플링의 연결 상태를 보인 도면.
도 6은 종래 로터리 커플링의 개략도이다.

Claims (3)

  1. 변속기로부터 출력되는 동력을 전,후륜으로 전달하는 동력 전달부재상에 배치되어 선택적으로 전륜 또는 후륜에 동력을 전달하거나 전,후륜에 동력을 동시에 전달할 수 있도록 단속기능을 수행하는 로터리 커플링 구비하여 이루어지는 4륜 구동 차량의 동력 전달장치에 있어서,
    상기 로터리 커플링은, 입력측 부재에 연결되는 하우징과;
    출력측 부재에 연결되는 허브 샤프트와;
    상기 하우징 및 허브 샤프트 사이에 배치되는 다판 클러치와;
    차량의 운전 상태에 따라 상기 다판 클러치를 제어하여 단속작동이 이루어지도록 가압수단을 구비하여 이루어지되,
    상기 가압수단은 선택적으로 클러치 플레이트와 마찰부재를 접촉시켜 마찰력을 발생시키는 피스톤과;
    상기 피스톤의 후측에 배치되어 선택적으로 밀어줄 수 있는 가압부재와;
    상기 가압부재에 일체로 형성되는 기어부를 전자제어유닛의 제어에 따라 구동시켜 주는 모터와;
    상기 피스톤과 가압부재 사이에 배치되어 상기 가압부재의 회전에 따라 가압부재를 밀어주는 클램핑 볼을 포함하여 이루어지는 4륜 구동차량의 동력 전달장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 클램핑 볼은 상기 피스톤과 가압부재가 서로 마주하는 면에 방사상으로 다수 형성되는 홈 사이에 삽입됨을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 동력 전달장치.
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