KR101530485B1 - 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치 - Google Patents

4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 모터의 회전각도를 정확하게 제어하지 않아도 볼스크류를 이용하여 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 용이하면서도 정확하게 절환을 할 수 있는, 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치에 관한 것으로서,
회전동력을 발생시키는 모터와, 상기한 모터의 회전축에 연결되어 있는 볼스크류과, 상기한 볼스크류에 장착되어 있으며 상기한 볼스크류의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 컨트롤 러그와, 상기한 모터의 회전축과 평행하게 설치되어 있는 시프트 로드와, 상기한 시프트 로드에 장착되어 있으며 핀을 이용하여 상기한 컨트롤 러그와 연결되어 있는 시프트 러그와, 시프트 로드에 장착됨과 동시에 상기한 시프트 러그의 내부에 설치되어 있는 시프트 포크와, 상기한 시프트 포크와 시프트 러그의 사이에 설치되어 있는 웨이팅 스프링과, 상기한 볼스크류와 평행하게 설치되어 있으며 일측에 제1 도그가 형성되어 있는 인풋 샤프트와, 상기한 인풋 샤프트와 대응되어 설치되어 있으며 일측에 제2 도그가 형성되어 있는 드라이브 샤프트와, 상기한 시프트 포크와 결합되어 있으며 상기한 인풋 샤프트의 제1 도그와 상기한 드라이브 샤프트의 제2 도그를 연결되는 분리시키는 슬리브를 포함하여 이루어진다.

Description

4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치{Transfer case for 4 wheel driving vehicle}
이 발명은 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 모터의 회전각도를 정확하게 제어하지 않아도 볼스크류를 이용하여 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 용이하면서도 정확하게 절환을 할 수 있는, 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치에 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 구성이외에 4륜 구동을 위한 트랜스퍼 케이스가 추가로 설치되는 구조로 이루어지며, 상기한 트랜스퍼 케이스는 FR(Front engine Rear drive) 형식 또는 FF(Front engine Front drive) 형식에 따라 분류된다.
도 1은 종래의 FF 형식 4륜 구동차량의 간략 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 FF 형식 4륜구동차량의 구성은, 동력을 발생시키기 위한 엔진에 연결되어 있는 변속기(1)와, 상기한 변속기(1)에 연결되어 있는 전륜 구동축(2a, 2b)과, 상기한 변속기(1)에 연결되어 있는 트랜스퍼 케이스(3)와, 상기한 트랜스퍼 케이스(3)에 연결되어 있는 프로펠러 샤프트(4)와, 상기한 프로펠러 샤프트(4)에 연결되어 있는 전자식 커플링(5)과, 상기한 전자식 커플링(5)에 연결되어 있는 후륜 차동장치(6)와, 상기한 전자식 커플링(5)과 후륜 차동장치(6)에 각각 연결되어 있는 후륜 구동축(7a, 7b)을 포함하여 이루어진다.
상기한 전자식 커플링(5)은 후륜으로 동력 전달 여부를 결정하는 장치로서 다판식 클러치와 전자석이 적용된 고가의 복잡한 구조로 이루어진다.
상기한 트랜스퍼 케이스(3)는 캠을 이용하여 동력을 절환시키는 동력 절환장치를 포함한다.
도 2는 종래의 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 구성도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 구성은, 회전동력을 발생시키는 모터(11)와, 상기한 모터(11)의 회전축(11a)에 연결되어 있는 캠드럼(12)과, 상기한 모터(11)의 회전축(11a)과 평행하게 설치되어 있는 캠축(12)과, 상기한 캠축(12)의 외주면에 설치되어 있으며 상기한 캠드럼(12)과 결합되어 있는 캠(14)과, 상기한 캠(15)에 연결되어 있는 시프트 포크(15)와, 상기한 캠축(13)과 평행하게 설치되어 있는 인풋 샤프트(16)와, 상기한 인풋 샤프트(16)의 외주면에 설치되어 있으며 상기한 시프트 포크(15)와 결합되어 있는 슬리브(17)와, 상기한 인풋 샤프트(16)와 대응되는 위치에 설치되어 있으며 상기한 슬리브(17)에 의해서 인풋 샤프트(16)와 연결 또는 분리되는 하이포이드기어축(18)을 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 종래의 FF 형식 4륜구동차량 및 트랜스퍼 케이스 동력 절환장치의 작용은 다음과 같다.
전륜만 구동되는 2륜 구동모드의 경우에, 엔진(도시되지 않음))에서 발생된 회전동력은 변속기(1)를 통하여 전륜 구동축(2a, 2b)으로 전달되어 전륜이 구동되도록 한다. 이 경우에, 엔진에서 발생된 회전동력이 변속기(1)를 거쳐서 트랜스퍼 케이스(3)로도 전달되지만, 동력 절환장치가 작동되지 않아 인풋샤프트(16)와 하이포이드 기어축(18)이 분리되어 있는 상태이므로 프로펠라 샤프트(4)를 통해 후륜측으로 동력이 전달되지 않는다.
전륜과 후륜이 함께 구동되는 4륜 구동모드의 경우에, 모터(11)가 작동되면 캠드럼(12)과 캠(14)의 작용에 의하여 시프트 포크(15)가 슬리브(17)를 이동시킴으로써 인풋샤프트(16)와 하이포이드 기어축(18)이 연결되도록 함으로써 트랜스퍼 케이스(3)로 전달된 회전동력이 인풋샤프트(16)와 하이포이드 기어축(18)을 거쳐서 프로펠라 샤프트(4)를 통해 후륜측으로 전달되도록 한다.
상기한 전자식 클러치(5)는 차량상태에 따라 자동으로 상기 후륜 차동장치(6)로의 동력 전달여부를 판단하게 되는데, 상기한 전자식 클러치(5)의 동력 연결시 전자석에서 발생한 자력이 다판 클러치간의 마찰력을 일으켜 상기 프로펠러 샤프트(4)와 상기 후륜 차동장치(6)를 기계적으로 체결하게 되며, 이에따라 상기 프로펠러 샤프트(4)의 동력이 상기 후륜 차동장치(6)로 전달되게 된다. 이와 함께, 상기 전자식 클러치(5)의 동력 단절시에는 전자석에서 자력이 발생하지 않게 되고 이에따라 다판클러치간의 마찰력도 발생하지 않게 되어 상기 프로펠러 샤프트(4)와 상기 후륜 차동장치(6)는 기계적으로 단절됨으로써 상기 프로펠러 샤프트(4)의 회전동력이 상기한 후륜 차동장치(6)로 전달되지 않게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치는, 캠방식으로 이루어져서 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 절환하는 경우에 모터의 회전각도를 정확하게 제어하여 캠드럼의 위치를 결정해야 하므로 제어의 안정성이 저하됨과 동시에 동력 절환시에 진동이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터의 회전각도를 정확하게 제어하지 않아도 볼스크류를 이용하여 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 용이하면서도 정확하게 절환을 할 수 있는, 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 회전동력을 발생시키는 모터와, 상기한 모터의 회전축에 연결되어 있는 볼스크류와, 상기한 볼스크류에 장착되어 있으며 상기한 볼스크류의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 컨트롤 러그와, 상기한 모터의 회전축과 평행하게 설치되어 있는 시프트 로드와, 상기한 시프트 로드에 장착되어 있으며 핀을 이용하여 상기한 컨트롤 러그와 연결되어 있는 시프트 러그와, 시프트 로드에 장착됨과 동시에 상기한 시프트 러그의 내부에 설치되어 있는 시프트 포크와, 상기한 시프트 포크와 시프트 러그의 사이에 설치되어 있는 웨이팅 스프링과, 상기한 볼스크류와 평행하게 설치되어 있으며 일측에 제1 도그가 형성되어 있는 인풋 샤프트와, 상기한 인풋 샤프트와 대응되어 설치되어 있으며 일측에 제2 도그가 형성되어 있는 드라이브 샤프트와, 상기한 시프트 포크와 결합되어 있으며 상기한 인풋 샤프트의 제1 도그와 상기한 드라이브 샤프트의 제2 도그를 연결되는 분리시키는 슬리브를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 드라이브 샤프트는 상기한 인풋 샤프트와 동축을 형성하면서 인풋 샤프트의 외주면에 설치되면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 인풋 샤프트의 제1 도그는 치형으로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 드라이브 샤프트의 제2 도그는 치형으로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 인풋 샤프트의 제1 도그의 치형과 드라이브 샤프트의 제2 도그의 치형이 서로 일치하는 순간에 웨이팅 스프링의 탄성력에 의해 슬리브가 드라이브 샤프트의 제2 도그로 이동을 하면 바람직하다.
이 발명은, 모터의 회전각도를 정확하게 제어하지 않아도 볼스크류를 이용하여 2륜 구동모드에서 4륜 구동모드로 용이하면서도 정확하게 절환을 할 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 FF 형식 4륜 구동차량의 간략 구성도이다.
도 2는 종래의 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 사시 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 사시 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 정면 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 2륜 구동모드시의 단면 구성도이다.
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 4륜 구동모드시의 단면 구성도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 사시 구성도이고, 도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 정면 구성도이고, 도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 2륜 구동모드시의 단면 구성도이고, 도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 4륜 구동모드시의 단면 구성도이다.
도 3 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 구성은, 회전동력을 발생시키는 모터(21)와, 상기한 모터(21)의 회전축에 연결되어 있는 볼스크류(22)과, 상기한 볼스크류(22)에 장착되어 있으며 상기한 볼스크류(22)의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 컨트롤 러그(23)와, 모터(21)의 회전축과 평행하게 설치되어 있는 시프트 로드(24)와, 상기한 시프트 로드(24)에 장착되어 있으며 핀(25a)을 이용하여 상기한 컨트롤 러그(23)와 연결되어 있는 시프트 러그(25)와, 시프트 로드(24)에 장착됨과 동시에 상기한 시프트 러그(25)의 내부에 설치되어 있는 시프트 포크(26)와, 상기한 시프트 포크(26)와 시프트 러그(25)의 사이에 설치되어 있는 웨이팅 스프링(27)과, 상기한 볼스크류(22)와 평행하게 설치되어 있으며 일측에 제1 도그(28a)가 형성되어 있는 인풋 샤프트(28)와, 상기한 인풋 샤프트(28)와 동축을 형성하면서 인풋 샤프트(28)의 외주면에 설치되어 있으며 일측에 제2 도그(29a)가 형성되어 있는 드라이브 샤프트(29)와, 상기한 시프트 포크(26)와 결합되어 있으며 상기한 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)와 상기한 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)를 연결되는 분리시키는 슬리브(30)를 포함하여 이루어진다.
상기한 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)와 상기한 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)는 치형으로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치의 작용은 다음과 같다.
전륜만 구동되는 2륜 구동모드의 경우에, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 슬리브(30)는 상기한 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)와 상기한 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)를 연결하지 않은 상태로 있으며, 이 경우에 인풋 샤프트(28)의 회전동력이 드라이프 샤프트(29)로 전달되지 않는다.
전륜과 후륜이 함께 구동되는 4륜 구동모드의 경우에, 모터(21)가 작동되면 볼스크류(22)가 회전하게 됨에 따라 컨트롤 러그(23)가 우측으로 이동을 하게 된다. 이와 같이 컨트롤 러그(23)가 우측으로 이동을 하게 되면, 핀(25a)을 이용하여 상기한 컨트롤 러그(23)와 연결되어 있는 시프트 러그(25)가 이동을 하게 됨에 따라 시프트 포크(26)가 이동을 하게 되고, 따라서 슬리브(30)가 이동을 하게 된다.
인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)와 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)는 치형으로 이루어져 있어서, 슬리브(30)가 이동을 하면서 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)에 걸리게 되는데, 이 때 웨이팅 스프링(27)이 압축되기 시작한다.
웨이팅 스프링(27)의 탄성력이 커지다가 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)의 치형과 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)의 치형이 서로 일치하는 순간에 웨이팅 스프링(27)의 탄성력에 의해 슬리브(30)가 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)로 이동을 함으로써 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 인풋 샤프트(28)의 제1 도그(28a)와 드라이브 샤프트(29)의 제2 도그(29a)가 서로 연결됨으로써 인풋 샤프트(28)의 회전동력이 드라이드 샤프트(29)로 전달된다.
21 : 모터 22 : 볼스크류
23 : 컨틀롤 러그 24 : 시프트 로드
25 : 시프트 러그 26 : 시프트 포크
27 : 웨이팅 스프링 28 : 인풋 샤프트
29 : 드라이브 샤프트 30 : 슬리브

Claims (5)

  1. 회전동력을 발생시키는 모터와, 상기한 모터의 회전축에 연결되어 있는 볼스크류와,
    상기한 볼스크류에 장착되어 있으며 상기한 볼스크류의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 컨트롤 러그와,
    상기한 모터의 회전축과 평행하게 설치되어 있는 시프트 로드와,
    상기한 시프트 로드에 장착되어 있으며 핀을 이용하여 상기한 컨트롤 러그와 연결되어 있는 시프트 러그와,
    시프트 로드에 장착됨과 동시에 상기한 시프트 러그의 내부에 설치되어 있는 시프트 포크와,
    상기한 시프트 포크와 시프트 러그의 사이에 설치되어 있는 웨이팅 스프링과,
    상기한 볼스크류와 평행하게 설치되어 있으며 일측에 제1 도그가 형성되어 있는 인풋 샤프트와,
    상기한 인풋 샤프트와 대응되어 설치되어 있으며 일측에 제2 도그가 형성되어 있는 드라이브 샤프트와,
    상기한 시프트 포크와 결합되어 있으며 상기한 인풋 샤프트의 제1 도그와 상기한 드라이브 샤프트의 제2 도그를 연결되는 분리시키는 슬리브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 드라이브 샤프트는 상기한 인풋 샤프트와 동축을 형성하면서 인풋 샤프트의 외주면에 설치되는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 인풋 샤프트의 제1 도그는 치형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 드라이브 샤프트의 제2 도그는 치형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 인풋 샤프트의 제1 도그의 치형과 드라이브 샤프트의 제2 도그의 치형이 서로 일치하는 순간에 웨이팅 스프링의 탄성력에 의해 슬리브가 드라이브 샤프트의 제2 도그로 이동을 하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동차량의 트랜스퍼 케이스의 동력 절환장치.
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