KR101408635B1

KR101408635B1 - 4륜 구동 차량용 부변속기

Info

Publication number: KR101408635B1
Application number: KR1020130090506A
Authority: KR
Inventors: 박현오
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-06-17

Abstract

본 발명에 따르면, 일단이 차동기어의 디퍼렌셜 케이스에 결합되어 상시 회전하며, 원주면에 지지링이 고정설치된 인풋 샤프트; 상기 인풋 샤프트의 타단에 일체로 결합되는 허브기어; 상기 허브기어의 외주면에 슬라이딩 가능하게 맞물리되, 일측 외주면에 캠구르브가 형성되고, 타측 외주면에 외측으로 돌출 고정된 래치가 설치되며, 타측 단부에 도그 클러치가 설치되는 슬리브; 상기 지지링의 일측과 상기 슬리브의 일측 단부 사이에 개재되어 상기 슬리브를 탄성 지지하는 제1리턴스프링; 상기 슬리브의 도그 클러치와 체결 가능한 키이가 구비되며, 프로펠러 샤프트와 연결되는 하이포이드 기어; 상기 슬리브의 외측에 고정설치되는 고정축과, 상기 고정축에 핀결합되어 좌우 회동 가능한 수평바와, 상기 수평바의 일단 내측으로 돌출되어 상기 캠구르브에 삽입될 시 상기 슬리브를 수평 이동시키는 구속핀과, 상기 수평바의 타단 내측으로 돌출되어 상기 래치를 구속하기 위한 후크로 구성되는 리턴암; 및 일단이 상기 수평바의 타단 외측에 고정설치되되 타단이 상기 수평바의 후크 대향면에 접촉되어 상기 후크를 탄성 지지하는 제2리턴스프링;을 포함하는 4륜 구동 차량용 부변속기가 제공된다.

Description

4륜 구동 차량용 부변속기 {Power take-off unit for 4 wheel driving vehicle}

본 발명은 4륜 구동 차량용 부변속기에 관한 것이다.

일반적으로 2륜 구동차량은 엔진, 변속기의 장착위치와 실제 구동륜의 위치에 따라 FR(Front engine Rear drive) 형식 또는 FF(Front engine Front drive) 형식으로 구분된다.

2륜 구동차량이 주행을 하는 경우에 필요로 하게 되는 구동력은 승객과 화물을 실은 상태에서 도로상황 및 주행속도 등에 의해 크게 변화하므로 이에 대응하기 위해서 엔진과 구동바퀴 사이에서 토크를 변화시키는 장치를 필요로 하게 되는데, 이와 같이 토크를 변화시키는 장치를 변속기라고 하며, 상기한 변속기는 수동 변속기(manual transmission)와 자동 변속기(automatic transmission)로 크게 나뉘어진다.

상기한 수동변속기와 자동변속기를 포함하는 변속기는 일반적으로 1단, 2단, 3단, 4단, 5단, 후진단의 변속을 할 수 있도록 구성되는데, 4륜구동(4 Wheel Drive, 4WD) 차량에서는 이와 같은 변속을 위한 구성 이외에 4륜 구동을 위한 부변속기가 추가로 설치된다.

종래의 4륜 구동 차량용 부변속기는, 2륜 구동 중 4륜 구동 변속 시에 모터 엑츄에이터에 전류를 인가하여 모터를 회전시키면 모터의 회전운동이 캠을 통해 직선 운동으로 변환되어 변속포크를 움직여서 슬리브의 도그 클러치가 하이포이드기어의 키와 체결되어 4륜을 위한 동력이 전달된다.

이와 같은 종래의 4륜 구동 차량용 부변속기에 의하면, 2륜 구동 중 4륜 구동 변속시 블록킹 현상(변속중에 슬리브의 도그 클러치와 하이포이드기어의 키가 서로 맞닿아 변속이 안되는 현상)으로 변속 지연이 발생되며, 변속 하중을 모터가 부담하게 되어 모터의 내구성에 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 변속지연을 방지할 수 있는 4륜 구동 차량용 부변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 4륜 구동 차량용 부변속기는,

일단이 차동기어의 디퍼렌셜 케이스에 결합되어 상시 회전하며, 원주면에 지지링(11)이 고정설치된 인풋 샤프트(10);

상기 인풋 샤프트(10)의 타단에 일체로 결합되는 허브기어(20);

상기 허브기어(20)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 맞물리되, 일측 외주면에 캠구르브(31)가 형성되고, 타측 외주면에 외측으로 돌출 고정된 래치(32)가 설치되며, 타측 단부에 도그 클러치(33)가 설치되는 슬리브(30);

상기 지지링(11)의 일측과 상기 슬리브(30)의 일측 단부 사이에 개재되어 상기 슬리브(30)를 탄성 지지하는 제1리턴스프링(40);

상기 슬리브(30)의 도그 클러치(33)와 체결 가능한 키이(51)가 구비되며, 프로펠러 샤프트와 연결되는 하이포이드 기어(50);

상기 슬리브(30)의 외측에 고정설치되는 고정축(61)과, 상기 고정축(61)에 핀결합되어 좌우 회동 가능한 수평바(62)와, 상기 수평바(62)의 일단 내측으로 돌출되어 상기 캠구르브(31)에 삽입될 시 상기 슬리브(30)를 수평 이동시키는 구속핀(63)과, 상기 수평바(62)의 타단 내측으로 돌출되어 상기 래치(32)를 구속하기 위한 후크(64)로 구성되는 리턴암(60); 및

일단이 상기 수평바(62)의 타단 외측에 고정설치되되 타단이 상기 수평바(62)의 후크(64) 대향면에 접촉되어 상기 후크(64)를 탄성 지지하는 제2리턴스프링(70);을 포함하여 구성된다.

상기 캠구르브(31)는, 곡면진 홈 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 하이포이드 기어(50)는, 2륜 구동 중 4륜 구동으로 변속 필요시 뒷바퀴의 회전이 상기 프로펠러 샤프트를 통해 전달되어 회전가능한 것을 특징으로 한다.

상기 제2리턴스프링(70)은, 제1리턴스프링(40) 보다 큰 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 수평바(62)의 일단 외측에 고정설치되는 바디(81)와, 상기 바디(81)에 슬라이딩 가능하게 수용되되 단부가 상기 수평바(62)의 구속핀(63) 대향면에 접촉되어 상기 구속핀(63)을 하향 회동시킬 수 있는 축(82)을 포함하는 솔레노이드장치(80)를 더 포함하여 구성된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 4륜 구동 차량용 부변속기에 의하면, 브로킹 현상을 방지하며, 스프링의 탄성력을 이용한 변속 응답성을 향상시켜 변속지연을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량용 부변속기의 2륜 구동 상태를 보인 개략도,
도 2는 도 1의 상태에서 4륜 변속 진행 중의 상태를 보인 도면,
도 3은 도 2의 상태에서 4륜 변속이 완료된 상태를 보인 도면,
도 4는 도 3의 상태에서 2륜 변속 진행 중의 상태를 보인 도면 및
도 5는 도 4의 상태에서 2륜 변속이 완료된 상태를 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량용 부변속기에 대해 상세하게 살펴본다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 차량용 부변속기는,

상기 허브기어(20)는 상기 인풋 샤프트(10)의 직경보다 크게 형성된다.

또한, 상기 슬리브(30)는 내주면이 상기 허브기어(20)의 외주면에 형성된 치에 맞물림되도록 대응하는 치가 형성되며, 슬라이딩 가능하게 결합된다. 상기 슬리브(30)의 캠구르브(31)는 곡면진 홈 형상으로 이루어지고, 상기 래치(32)는 상기 슬리브(30)의 반경 방향 외측으로 설치되며, 상기 도그 클러치(33)는 상기 래치(32)와 인접한 위치에 배치되며 상기 슬리브(30)의 이동방향으로 연장 설치된다.

상기 제1리턴스프링(40)과 상기 제2리턴스프링(70)은 코일스프링 형상으로 설치되며, 상기 제2리턴스프링(70)은 제1리턴스프링(40) 보다 큰 탄성계수를 갖는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 하이포이드 기어(50)는 90도 각도를 이루면서 결합되어 상기 프로펠러 샤프트에 회전동력을 전달하는 피니언 기어(도시 생략)와 연결된다.

상기 하이포이드 기어(50)는 2륜 구동 중 4륜 구동으로 변속 필요시 뒷바퀴의 회전이 상기 프로펠러 샤프트를 통해 전달되어 회전가능하게 이루어진다. 즉, 상기 하이포이드 기어(50)의 회전은 ECU에서 리어 커플링을 결합(Engage)시켜 차량 운행 시 발생되는 뒷바퀴의 회전을 리어엑슬에서 상기 프로펠러 샤프트를 거쳐 전달된다.

상기 리턴암(60)의 구속핀(63)과 후크(64)는 일정 간격으로 배치되어 상기 슬리브(30)를 향해 돌출되게 설치된다. 아울러, 상기 리턴암(60)의 고정축(61)은 상기 수평바(62)의 일단보다 타단에 가까운 지점에 위치하여 상기 제2리턴스프링(70)의 스프링력을 보완하며, 상기 후크(64)가 상기 슬리브(30)의 래치(32)를 보다 견고하게 구속할 수 있도록 한다.

본 발명은, 상기 수평바(62)의 일단 외측에 고정설치되는 바디(81)와, 상기 바디(81)에 슬라이딩 가능하게 수용되되 단부가 상기 수평바(62)의 구속핀(63) 대향면에 접촉되어 상기 구속핀(63)을 하향 회동시킬 수 있는 축(82)을 포함하는 솔레노이드장치(80)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 리턴암(60)의 고정축(61)과 상기 제2리턴스프링(70) 및 상기 솔레노이드장치(80)의 바디(81)는 공히 부변속기 케이스(도시 생략)에 고정설치되어 지지된다.

이하, 도면을 참조하여 상술한 본 발명 4륜 구동 차량용 부변속기의 작용에 대해 살펴본다.

먼저, 도 1은 2륜 구동 상태를 보인 도면으로서, 엔진의 구동력은 변속기로 전달되어 일단이 차동기어의 디퍼렌셜 케이스에 결합된 인풋 샤프트(10)가 상시 회전하게 된다. 이때, 슬리브(30)의 래치(32)가 리턴암(60)의 후크(64)에 구속 및 제1리턴스프링(40)에 의해 압축된 상태이며, 따라서 인풋 샤프트(10)의 회전력은 하이포이드 기어(50)로 전달되지 않는다.

이와 같은 2륜 구동 상태에서 4륜 구동 변속 명령이 내려지면, 도 2에 도시된 바와 같이 솔레노이드장치(80)의 축(82)이 전진(화살표 참고) 이동하여 제2리턴스프링(70)의 탄성력을 이기고 리턴암(60)의 구속핀(63)을 반시계 방향으로 회전시키며, 구속핀(63)을 캠구르브(31)에 삽입시키게 된다. 이와 동시에, 슬리브(30)의 래치(32)가 리턴암(60)의 후크(64)로부터 구속이 해제된다. 따라서, 슬리브(30)는 압축되어 있던 1리턴스프링(40)의 탄성력에 의해 우측 방향으로 일정거리 슬라이딩하며, 도그 클러치(33)가 하이포이드 기어(50)의 키이(51)와 인접하게 위치하게 된다. 아울러, 변속시의 블록킹 현상을 방지하기 위해 ECU에서 리어 커플링을 결합(Engage)시켜 차량 운행 시 발생되는 뒷바퀴의 회전을 리어엑슬에서 상기 프로펠러 샤프트를 거쳐 하이포이드 기어(50)로 회전력을 전달하여 인풋 샤프트(10)와의 회전수를 일치시키도록 한다.

이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드장치(80)의 축(82)이 제자리에 돌아오면 슬리브(30)는 제2리턴스프링(70)의 탄성력에 의해 원위치(수평) 상태로 돌아온다. 이때, 슬리브(30)의 캠구르브(31)에 삽입되어 있던 리턴암(60)의 구속핀(63)이 들려 빠져 나가면서, 슬리브(30)는 1리턴스프링(40)의 탄성력에 의해 이동하여 도크 클러치(33)가 하이포이드 기어(50)의 키이(51)와 체결됨으로써 인풋 샤프트(10)의 회전력은 피니언 기어를 통해 프로펠러 샤프트로 전달되어 4륜 구동상태가 된다.

한편, 도 3의 4륜 구동 상태에서 2륜 구동 변속 명령이 내려지면, 도 4에 도시된 바와 같이 솔레노이드장치(80)의 축(82)이 다시 전진(화살표 참고) 이동하여 제2리턴스프링(70)의 탄성력을 이기고 리턴암(60)의 구속핀(63)을 반시계 방향으로 회전시키며, 구속핀(63)을 캠구르브(31)에 삽입시키게 된다. 이와 동시에, 슬리브(30)의 래치(32)가 리턴암(60)의 후크(64)로부터 구속이 해제된다. 따라서, 슬리브(30)는 구속핀(63)에 의해 좌측 방향으로 슬라이딩하며, 도그 클러치(33)가 하이포이드 기어(50)의 키이(51)와 체결 해제된다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 솔레노이드장치(80)의 축(82)이 제자리에 돌아오면 제1리턴스프링(40)보다 탄성계수가 큰 제2리턴스프링(70)의 탄성력에 의해 후크(64)가 회동하면서 슬리브(30)의 래치(32)를 끌어 당기면서 구속하게 된다. 따라서, 슬리브(30)는 좌측 방향으로 더 슬라이딩 되어 인풋 샤프트(10)의 회전력이 프로펠러 샤프트로 전달되지 않는 2륜 구동상태가 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 4륜 구동 차량용 부변속기에 의하면, 브로킹 현상을 방지하며, 스프링의 탄성력을 이용한 변속 응답성을 향상시켜 변속지연을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims

일단이 차동기어의 디퍼렌셜 케이스에 결합되어 상시 회전하며, 원주면에 지지링(11)이 고정설치된 인풋 샤프트(10);
상기 인풋 샤프트(10)의 타단에 일체로 결합되는 허브기어(20);
상기 허브기어(20)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 맞물리되, 일측 외주면에 캠구르브(31)가 형성되고, 타측 외주면에 외측으로 돌출 고정된 래치(32)가 설치되며, 타측 단부에 도그 클러치(33)가 설치되는 슬리브(30);
상기 지지링(11)의 일측과 상기 슬리브(30)의 일측 단부 사이에 개재되어 상기 슬리브(30)를 탄성 지지하는 제1리턴스프링(40);
상기 슬리브(30)의 도그 클러치(33)와 체결 가능한 키이(51)가 구비되며, 프로펠러 샤프트와 연결되는 하이포이드 기어(50);
상기 슬리브(30)의 외측에 고정설치되는 고정축(61)과, 상기 고정축(61)에 핀결합되어 좌우 회동 가능한 수평바(62)와, 상기 수평바(62)의 일단 내측으로 돌출되어 상기 캠구르브(31)에 삽입될 시 상기 슬리브(30)를 수평 이동시키는 구속핀(63)과, 상기 수평바(62)의 타단 내측으로 돌출되어 상기 래치(32)를 구속하기 위한 후크(64)로 구성되는 리턴암(60); 및
일단이 상기 수평바(62)의 타단 외측에 고정설치되되 타단이 상기 수평바(62)의 후크(64) 대향면에 접촉되어 상기 후크(64)를 탄성 지지하는 제2리턴스프링(70);을 포함하는 4륜 구동 차량용 부변속기.
제 1항에 있어서, 상기 캠구르브(31)는,
곡면진 홈 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량용 부변속기.
제 1항에 있어서, 상기 하이포이드 기어(50)는,
2륜 구동 중 4륜 구동으로 변속 필요시 뒷바퀴의 회전이 상기 프로펠러 샤프트를 통해 전달되어 회전가능한 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량용 부변속기.
제 1항에 있어서, 상기 제2리턴스프링(70)은,
제1리턴스프링(40) 보다 큰 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량용 부변속기.
제 1항에 있어서,
상기 수평바(62)의 일단 외측에 고정설치되는 바디(81)와, 상기 바디(81)에 슬라이딩 가능하게 수용되되 단부가 상기 수평바(62)의 구속핀(63) 대향면에 접촉되어 상기 구속핀(63)을 하향 회동시킬 수 있는 축(82)을 포함하는 솔레노이드장치(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 차량용 부변속기.