KR101410111B1 - 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치에 관한 것으로, 구동원으로부터 입력축(13)을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축(15)을 통해 출력하는 감속부(3); 상기 출력축(15)을 통해 출력되는 회전 구동력을 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 분배하는 구동 절환부(5); 회전 구동력을 상기 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 절환하도록 상기 구동 절환부(5)를 동작시키는 절환 동작부(7); 상기 구동 절환부(5)를 통해 상기 출력축(15)과 결합된 때 상기 출력축(15)으로부터 출력되는 회전 구동력을 전륜 출력축(15)을 통해 상기 전륜차축으로 전달하는 전륜 출력부(9); 및 상기 구동 절환부(5)를 통해 상기 출력축(15)과 결합된 때 상기 출력축(15)으로부터 출력되는 회전 구동력을 후륜 출력축(15)을 통해 상기 후륜차축으로 전달하는 후륜 출력부(11);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서 구동 절환부를 통해 차량의 주행 여건에 따라 주행모드를 후륜구동, 전륜구동 또는 4륜구동으로 변경할 수 있게 되므로, 필요에 따라 전륜구동만으로 차량을 주행할 수 있어 주행 성능을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

Description

전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치{Four-wheel drive type transfer apparatus capable of front-wheel driving}

본 발명은 4륜구동 변속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기식 변속 트랜스퍼 케이스(EST)와 같은 변속장치에 있어서 구현할 수 있는 주행모드를 후륜구동이나 4륜구동에만 국한하지 않고, 전륜구동으로도 절환할 수 있도록 한 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치 에 관한 것이다.

일반적으로, 지금까지의 전기식 변속 트랜스퍼 케이스와 같은 변속장치는 후륜구동의 주행모드를 갖는 차량에 주로 적용되어 왔으며, 엔진과 변속기로부터 받은 회전 구동력을 운전자의 조작에 따라 후륜 또는 4륜으로 전달하여 차량을 주행하여 왔다.

이러한 4륜구동 변속장치는 도 1에 도면부호 105로 도시된 싱크로 기구 형태의 구동 절환부에 의해 후륜구동과 4륜구동 중 어느 한 쪽의 구동방식을 주행모드로 선택하는 바, 출력축(115)에 연결되는 후륜차축은 상시 회전하도록 되어 있으므로, 후륜구동 시에는 도 1에 도시된 상태를 유지한다. 이때, 연결부싱(137)을 통해 출력축(115) 상에 장착된 구동 스프로킷(135)은 연결부싱(137)이 출력축(115) 상에 미끄럼 접촉하고 있으므로, 출력축(115)과 함께 회전하지 않고 아이들링한다.

한편, 4륜구동으로 주행모드를 변경하는 경우에, 구동 절환부(105)는 슬리브(125)가 전진하여 즉, 도면 상 우측으로 이동하여, 후륜콘(124)과 전륜링(123)에 동시에 스플라인 결합된다. 이때 후륜콘(124)은 허브(121)를 통해 출력축(115)에 연결되어 출력축(115)과 상시로 동기하여 회전하므로, 출력축(115)의 회전 구동력은 구동 스프로킷(135)에 의해 회전하는 전륜 출력축을 통해 전륜차축으로 전달되며, 이에 따라 4륜구동이 구현된다.

따라서, 위와 같은 변속장치를 적용한 4륜구동 차량은 평상 시 후륜구동으로 정상 주행을 하며, 4륜구동 시에는 차량의 4 바퀴가 모두 지면과 접촉하여 동력을 전달하므로, 눈길 등의 미끄러운 지면이나 오프로드, 등판 등과 같은 험로 주행을 할 때 매우 유리하다.

그러나, 예를 들어 후륜이 모두 진흙에 빠져 헛도는 등 후륜 슬립이 발생하면, 후륜 구동 시에는 당연히 주행이 곤란하게 되고, 4륜구동 시에도 엔진에서 출력되는 회전 구동력이 후륜차축과 전륜차축으로 분산되므로, 차량 주행이 곤란하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래의 4륜구동 차량에서 주행모드를 후륜구동 및 4륜구동 뿐만 아니라 전륜구동으로 변경할 수 있도록 함으로써, 주행 여건이나 상황에 따라 전륜구동만으로 차량을 주행할 수 있게 하여 주행 성능을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동원으로부터 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축을 통해 출력하는 감속부; 상기 출력축을 통해 출력되는 상기 감속부의 회전 구동력을 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 분배하는 구동 절환부; 상기 감속부에서 출력된 회전 구동력을 상기 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 절환하도록 상기 구동 절환부를 동작시키는 절환 동작부; 상기 구동 절환부를 통해 상기 출력축과 결합된 때 상기 출력축으로부터 출력되는 회전 구동력을 전륜 출력축을 통해 상기 전륜차축으로 전달하는 전륜출력부; 및 상기 구동 절환부를 통해 상기 출력축과 결합된 때 상기 출력축으로부터 출력되는 회전 구동력을 후륜 출력축을 통해 상기 후륜차축으로 전달하는 후륜출력부;를 포함하여 이루어지는 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치를 제공한다.

또한, 상기 구동 절환부는 상기 절환 동작부의 절환포크에 의해 동작되어, 전륜, 후륜, 또는 4륜 구동 중 어느 하나의 구동방식에 의해 상기 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 회전 구동력을 전달하는 싱크로 기구인 것이 바람직하다.

또한, 상기 싱크로 기구는, 상기 출력축과 동축상으로 동기 회전하도록 결합된 허브; 상기 허브 일측에 상대 회전 가능하게 장착되되, 상기 전륜 출력축과 동기 회전하도록 결합된 전륜콘; 상기 허브 타측에 상대 회전 가능하게 장착되되, 상기 후륜 출력축과 동기 회전하도록 결합된 후륜콘; 및 상기 절환 동작부에 의해 축방향으로 이동하여 상기 허브를 상기 전륜콘 및/또는 후륜콘에 동기 회전하도록 결합시키는 슬리브;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치에 의하면, 차량의 주행 여건이나 상황에 따라 구동 절환부를 절환 동작시켜 주행모드를 후륜구동, 전륜구동 또는 4륜구동으로 변경할 수 있게 되므로, 후륜이 모두 슬립되는 주행 상황에서도 전륜구동만으로 차량을 주행할 수 있어 주행 성능을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 4륜구동 변속장치의 구동 절환부를 도시한 부분 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 4륜구동 변속장치의 종단 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 구동 절환부를 후륜구동 모드로 개략 도시한 모식도.
도 4는 도 2에 도시된 구동 절환부를 4륜구동 모드로 개략 도시한 모식도.
도 5는 도 2에 도시된 구동 절환부를 전륜구동 모드로 개략 도시한 모식도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 변속장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 변속장치는 차량의 트랜스퍼 케이스로서 폭넓게 적용될 수 있는 바, 도 2에 도면부호 1로 도시된 것처럼 크게 감속부(3), 구동 절환부(5), 절환 동작부(7), 전륜 출력부(9), 및 후륜 출력부(11)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 감속부(3)는 엔진 등 구동원으로부터 변속기를 거쳐 입력축(13)으로 전달되는 회전 구동력을 감속하는 부분으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 일련의 유성기어 조립체로 이루어진다. 따라서, 입력축(13)을 통해 감속부(3)로 전달된 회전 구동력은 절환 동작부(7)의 감속포크(29)에 의해 감속 동작이 이루어진다. 따라서, 감속포크(29)에 의해 유성기어 슬리브(31)가 전진한 때, 캐리어(33)와 연동시켜 출력축(15)에서 출력되는 회전 구동력을 감속하게 되는 바, 이와 같은 유성기어 방식의 감속부(3) 구조는 관련 기술분야에서 이미 잘 알려져 있는 것이므로, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 구동 절환부(5)는 위와 같이 감속부(3)를 거쳐 출력축(15)을 통해 전달되는 회전 구동력을 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 분배하는 부분으로,

도 2에 도시된 바와 같이, 출력축(15) 말단에 설치되어, 출력축(15) 밑에 있는 전륜 출력부(9)와, 앞쪽에 있는 후륜 출력부(11)로 출력축(15)을 연결하는 바, 절환 동작부(7)의 절환포크(27)에 의해 동작되어, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼 전륜, 4륜, 또는 후륜 구동 중 어느 하나의 구동방식에 의해 전륜 출력부(9) 및 후륜 출력부(11)를 통해 전륜차축 및/또는 후륜차축으로 회전 구동력을 전달한다. 이를 위해 구동 절환부(5)는 다양한 종류의 동력 절환수단에 의해 구현될 수 있으나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 싱크로 기구(5)가 채용된다.

따라서, 본 실시예에서는 구동 절환부와 싱크로 기구가 동일한 의미로서 하나의 도면부호 5로 표시되는 바, 상기 싱크로 기구(5)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 허브(21), 전륜콘(23), 후륜콘(24), 및 슬리브(25)를 포함하여 구성된다.

여기에서, 먼저 허브(21)는 도시된 것처럼, 출력축(15)의 말단에 동축상으로 장착되는 바, 동기 회전하도록 일체로 결합된다.

또한, 전륜콘(23)은 도면 상으로 허브(21)의 좌측에 즉, 출력축(15)의 축방향으로 뒤쪽에 허브(21)에 대해 상대 회전이 가능하도록 장착된다. 따라서, 슬리브(25)에 의한 허브(21)와의 결합이 해제된 때, 허브(21)의 회전과는 상관없이 아이들링하게 된다. 그러나, 전륜콘(23)은 전륜 출력부(9)의 구동 스프로킷(35)과 연결부싱(37)을 통해 동축상으로 직결되는 바, 전륜 출력부(9)의 전륜 출력축(15)과 동기하여 회전하도록 되어 있다.

또한, 후륜콘(24)은 도면 상으로 허브(21)의 우측에 즉, 출력축(15)의 축방향으로 앞쪽에서 마찬가지로 허브(21)에 대해 상대 회전 가능하게 장착되는 바, 슬리브(25)가 이동하여 슬리브(25)를 통한 허브(21)와의 결합이 해제되면, 허브(21)와 함께 회전하지 않게 된다. 그러나, 후륜콘(24)도 마찬가지로 후륜 출력부(11)와는 직결되어 있으므로, 후륜콘(24)과 동축상으로 연결된 후륜 출력부(11)의 후륜 출력축(15)은 후륜콘(24)과 동기하여 회전하게 된다.

끝으로, 슬리브(25)는 허브(21)와 전륜콘(23) 및/또는 후륜콘(24)을 동기 회전하도록 결합하는 링체로서, 도시된 것처럼, 허브(21) 및 전륜콘(23)과 후륜콘(24)의 외주면에 스플라인 결합되는 바, 외주면 중앙에 걸림홈(39)이 원주방향으로 함입되어 이 걸림홈(39)에 끼워지는 절환포크(27)의 걸림돌기(51)에 의해 출력축(15)의 축방향으로 전후 이동하도록 되어 있다. 따라서, 슬리브(25)는 도 3에 도시된 것처럼, 허브(21)와 후륜콘(24)에 물렸을 때, 후륜차축으로만 회전 구동력을 전달하여 후륜구동에 의한 주행모드를 구현한다. 또, 슬리브(25)는 도 4에 도시된 것처럼, 전륜콘(23), 허브(21), 후륜콘(24)에 차례로 물린 때, 전륜 및 후륜 모두에 회전 구동력을 전달하여 4륜구동 모드를 구현하며, 도 5에 도시된 것처럼 전륜콘(23)과 허브(21)에 물린 때는 전륜으로만 회전 구동력을 전달하여 전륜구동에 의해 주행이 이루어지도록 한다.

상기 절환 동작부(7)는 구동 절환부(5)를 동작시키는 부분으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 감속부(3) 및 구동 절환부(5)의 일측에 평행하게 설치된다. 따라서, 절환 동작부(7)는 구동 절환부(5)의 구동모드 절환을 일으켜 감속부(3)에서 출력된 회전 구동력이 전륜차축 및/또는 후륜차축 중 선택된 차축으로 출력되도록 하는 바, 도 2에 도시된 것처럼, 절환구동모터(41), 절환캠(43), 및 절환포크(27)를 포함하여 이루어지며, 감속포크(29)를 더 포함한다.

여기에서, 절환구동모터(41)는 캠축(45)의 일단에 결합되어 절환캠(43)을 회전시킨다. 절환캠(43)은 절환구동모터(41)에 의해 회전하면서, 외주면에 가공된 안내홈(47)에 끼워진 절환포크(27) 및 감속포크(29)를 전후 이동시킴으로써, 절환포크(27)에 의해서는 싱크로 기구(5)를, 감속포크(29)에 의해서는 감속부(3)를 각각 동작시킨다. 또한, 절환포크(27)는 위와 같이 절환캠(43)에 의해 포크 지지축(49)을 따라 전후 이동하면서, 싱크로 기구(5)를 절환동작시키는 바, 이를 위해 슬리브(25)의 걸림홈(39)에 삽입되는 걸림돌기(51)가 내주면 일측에 돌출되어 있다. 마찬가지로, 감속포크(29)도 그 말단에 걸림돌기(53)가 돌출되어 유성기어 슬리브(31)에 삽입되므로, 캠축(45) 회전 시 안내홈(47)의 프로파일을 따라 이동함으로써, 감속부(3)의 감속 동작을 작동 또는 해제한다.

상기 전륜 출력부(9)는 위에서 설명한 바와 같이, 구동 절환부(5)에서 출력되는 회전 구동력을 전륜차축으로 전달하는 전동부분으로, 도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 출력축(15)과 일정거리 떨어져 나란하게 설치되어 전륜차축으로 이어진 전륜 출력축(15)과, 연결부싱(37)을 통해 연결된 전륜콘(23)과 함께 출력축(15) 상에 상대 회전 가능하게 장착되는 구동 스프로킷(35), 그리고 전동체인(55)에 의해 구동 스프로킷(35)에 연결되도록 전륜 출력축(15)에 동기 회전하도록 장착되는 종동 스프로킷(36)을 포함하여 이루어진다. 따라서, 전륜 출력부(9)는 구동 절환부(5)를 통해 출력축(15)과 결합된 때, 출력축(15)으로부터 출력되는 회전 구동력을 전륜 출력축(15)을 통해 전륜차축으로 전달한다.

상기 후륜 출력부(11)도 위에서 설명한 바와 같이, 구동 절환부(5)에서 출력되는 회전 구동력을 후륜차축으로 전달하는 전동부분으로, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 출력축(15)과 동축상으로 후륜콘(24)에 연결된 후륜 출력축(15)과 이 축을 회전 가능하게 지지하는 지지 베어링 등으로 이루어지는 바, 구동 절환부(5)를 통해 출력축(15)과 결합된 때, 출력축(15)으로부터 출력되는 회전 구동력을 후륜 출력축(15)을 통해 후륜차축으로 전달한다.

이제, 위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 4륜구동 변속장치(1)에 의하면, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 구동 절환부(5)의 절환동작에 따라 주행모드를 후륜, 4륜, 전륜 3가지 모드로 구현할 수 있게 된다.

이 중에서 먼저, 도 3에 도시된 후륜구동에 의한 주행모드를 구현하기 위해서는, 절환 동작부(7)의 절환구동모터(41)가 작동하여 절환캠(43)을 통해 절환포크(27)를 동작시킨다. 이때, 절환포크(27)가 포크 지지축(47) 위에서 전진하여 도 3의 우측으로 이동하면, 절환포크(27)에 의해 구동 절환부 즉, 싱크로 기구(5)의 슬리브(25)가 도 3에 도시된 것처럼 우측으로 전진한다. 이에 따라, 구동 절환부(5)의 허브(21)와 후륜콘(24)이 동기 회전하도록 하나로 결합되며, 따라서 출력축(15)을 통해 허브(21)로 전달된 회전 구동력은 후륜콘(24)을 통해 그대로 후륜 출력축(15)으로 전달되어 후륜차축으로 최종 전달됨으로써, 후륜구동을 달성하게 된다.

다음에, 도 4에 도시된 4륜구동을 구현하기 위해서는, 절환구동모터(41)가 역회전하여 절환캠(43)을 역회전시키며, 이때 절환포크(27)도 포크 지지축(49)을 따라 후퇴한다. 이에 따라, 절환포크(27)에 걸려 있는 슬리브(25)도 후퇴하여 도 3의 좌측으로 이동하게 되며, 도 4에 도시된 것처럼 구동 절환부(5)의 중앙에 위치하게 된다. 이 위치에서 슬리브(25)는 후륜콘(24) 및 허브(21)는 물론, 전륜콘(23)에 스플라인 결합됨으로써, 싱크로 기구(5) 전체 즉, 슬리브(25), 허브(21), 전륜콘(23), 및 후륜콘(24)이 모두 함께 동기 회전하게 된다. 따라서, 전륜콘(23)에 연결된 전륜 출력부(9)를 통해서 전륜차축으로, 또 후륜콘(24)에 연결된 후륜 출력부(11)를 통해서 후륜차축으로 동시에 회전 구동력을 전달하여 4륜구동을 달성하게 된다.

끝으로, 도 5에 도시된 전륜구동을 구현하기 위해서는, 절환 동작부(7)의 절환구동모터(41)가 재차 역회전하여 절환캠(43)을 통해 절환포크(27)를 좀 더 후퇴시키며 이때, 절환포크(27)도 포크 지지축(47)을 따라 후퇴하여 슬리브(25)를 도 4의 위치보다 좀 더 좌측으로 이동시켜 도 5의 상태가 되도록 한다. 따라서, 구동 절환부(5)의 허브(21)와 전륜콘(23)이 동기 회전하게 되며, 이에 따라 출력축(15)을 통해 허브(21)로 전달된 회전 구동력은 전륜콘(23)을 통해 구동 스프로킷(35)으로 전달되어 전동체인(55)을 통해 종동 스프로킷(36)을 회전 구동시키며, 종동 스프로킷(36)과 동기 회전하는 전륜 출력축(15)이 회전하면서, 전륜차축으로 회전 구동력을 전달하여 결과적으로 전륜구동을 달성하게 된다.

그리고 나서, 위와 역순으로 구동 절환부(5)를 동작시키면, 4륜구동과 후륜구동을 차례로 재구현할 수 있게 된다.

1 : 변속장치 3 : 감속부
5 : 구동 절환부(싱크로 기구) 7 : 절환 동작부
9 : 전륜 출력부 11 : 후륜 출력부
13 : 입력축 15 : 출력축
17 : 전륜 출력축 19 : 후륜 출력축
21 : 허브 23 : 전륜콘
24 : 후륜콘 25 : 슬리브
27 : 절환포크 29 : 감속포크
31 : 유성기어 슬리브 33 : 캐리어
35 : 구동 스프로킷 36 : 종동 스프로킷
37 : 연결부싱 39 : 걸림홈
41 : 절환구동모터 43 : 절환캠
45 : 캠축 47 : 안내홈
49 : 포크 지지축 51, 53 : 걸림돌기
55 : 전동체인

Claims (3)

1. 구동원으로부터 입력축을 통해 입력되는 회전 구동력을 감속하여 출력축을 통해 출력하는 감속부;
   상기 출력축을 통해 출력되는 상기 감속부의 회전 구동력을 전륜차축 또는 후륜차축 중 적어도 어느 하나로 분배하는 구동 절환부;
   상기 감속부에서 출력된 회전 구동력을 상기 전륜차축 또는 후륜차축 중 적어도 어느 하나로 절환하도록 상기 구동 절환부를 동작시키는 절환 동작부;
   상기 구동 절환부를 통해 상기 출력축과 결합된 때 상기 출력축으로부터 출력되는 회전 구동력을 전륜 출력축을 통해 상기 전륜차축으로 전달하는 전륜출력부; 및
   상기 구동 절환부를 통해 상기 출력축과 결합된 때 상기 출력축으로부터 출력되는 회전 구동력을 후륜 출력축을 통해 상기 후륜차축으로 전달하는 후륜출력부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동 절환부는 상기 절환 동작부의 절환포크에 의해 동작되어, 전륜, 후륜, 또는 4륜 구동 중 어느 하나의 구동방식에 의해 상기 전륜차축 또는 후륜차축 중 적어도 어느 하나로 회전 구동력을 전달하는 싱크로 기구인 것을 특징으로 하는 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 싱크로 기구는,
   상기 출력축과 동축상으로 동기 회전하도록 결합된 허브;
   상기 허브 일측에 상대 회전 가능하게 장착되되, 상기 전륜 출력축과 동기 회전하도록 결합된 전륜콘;
   상기 허브 타측에 상대 회전 가능하게 장착되되, 상기 후륜 출력축과 동기 회전하도록 결합된 후륜콘; 및
   상기 절환 동작부에 의해 축방향으로 이동하여 상기 허브를 상기 전륜콘 또는 후륜콘 중 적어도 어느 하나에 동기 회전하도록 결합시키는 슬리브;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전륜구동이 가능한 4륜구동 변속장치.

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