KR20010059347A - 센터 디프렌셜 - Google Patents

Abstract

피니언 기어 셋트의 배치를 사선 구조로 배열하고, 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재를 개재함으로써 강력한 차동 제한력을 확보함과 동시에, 전,후륜의 접지력에 대한 밸런스를 맞추어 구동 토크를 배분할 수 있도록 하는 센터 디프렌셜을 제공할 목적으로,

엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언에 연결되는 링기어가 일체로 형성된 차동기어 케이스와; 상기 차동기어 케이스의 전후측으로 삽입되어 구동축에 스프라인 결합되고, 외주면에는 헬리컬 기어 치가 형성된 전,후측 사이드 기어와; 상기 차동기어 케이스 내측에 마련된 기어홈을 통하여 상기 전,후측 사이드 기어에 2개를 한 셋트로 하여 치합된 피니언 기어와; 상기 전,후측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이 및 상기 전,후측 사이드 기어 사이에 개재되어 마찰부재로 작용하는 와셔부재로 이루어지는 센터 디프렌셜에서,

상기 차동기어 케이스는 후측에서 전측으로 그 외주면의 직경이 점점 크게 이루어져 그 외주선이 소정각의 사선을 갖도록 이루어지며, 상기 전,후측 사이드 기어는 상기 차동기어 케이스에 대응하여 상기 후측 사이드 기어에서 전측 사이드 기어로 직경이 점점 크게 이루어져 그 치선이 상기 소정각의 사선 방향으로 형성되어 이루어지며, 상기 피니언 기어는 구통 토크 배분비를 다르게 하여 동력 전달을 이루도록 상기 차동기어 케이스와 전,후측 사이드 기어 사이에서 소정각의 사선 방향으로 배치되어 치합되며, 상기 전측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이에는 상기 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재가 개재되어 이루어지는 센터 디프렌셜을 제공한다.

Description

센터 디프렌셜{CENTER DIFFERENTIAL}

본 발명은 자동차의 센터 디프렌셜(Center Differential)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강력한 차동 제한 기능을 가지며, 전,후륜에 구동 토크 배분을 다르게 할 수 있도록 하는 센터 디프렌셜에 관한 것이다.

일반적으로 4륜 구동용 차량은 군용 차량에 의해서 그 유용성이 일반화되었고, 최근 들어서는 지프 차량에만 사용될 수 있다는 고정관념에서 벗어나, 엔진 토크를 충분히 노면에 전달하여 가,감속하는 능력을 높인다는 점과, 고속 주행을 중심으로 일상의 주행 중에도 항상 4바퀴에 구동력을 전달하여 그 주행 안정성을 향상시킨다는 점에서 승용 자동차에 적용하기에 이르렀다.

이러한 4륜 구동용 차량은 엔진의 구동력을 4바퀴에 적절하게 공급하기 위하여 클러치와 변속기 및 차동장치 등을 적용하고 있는데, 상기와 같은 4륜 구동용 차량의 차동장치는 4바퀴의 회전 속도에 차이가 있는 상태를 차동하는 것으로서, 전륜측 좌,우 차륜의 회전 속도차를 차동하기 위한 프론트 디프렌셜과, 후륜측 좌,우 차륜의 회전 속도차를 차동하기 위한 리어 디프렌셜과, 상기 전,후륜의 회전 속도차를 차동하기 위하여 상기 프론트 디프렌셜과 리어 디프렌셜 사이에서 구동축으로 연결되어 구동 토크의 배분과 회전력을 전달하는 센터 디프렌셜로 이루어진다.

한편, 상기한 디프렌셜들은 바퀴가 수렁에 빠지는 등의 4바퀴가 접하고 있는 노면과의 마찰력에 큰 차이가 발생하게 되면, 마찰력이 적은 쪽의 바퀴는 헛돌고, 마찰력이 큰 쪽은 정지하여 적절한 구동 토크의 전달이 이루어지지 않게 됨으로 정상적인 운행이 곤란하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 프론트 및 리어 디프렌셜에는 차동 제한 기능을 추가하여 양 구동 바퀴를 직결함으로서 차동을 억제하여 구동 토크의 전달을 효과적으로 이룰 수 있도록 구성하는 것이 보편적이며, 상기 센터 디프렌셜에도 상기 프론트 및 리어 디프렌셜과 같은 동일한 차동 제한 기능을 추가하여 상기 프론트 및 리어 디프렌셜에 구동력을 전달하는 구동축을 직결하여 구동 토크의 배분 및 회전력 전달을 효과적으로 이룰 수 있도록 하는 추세이다.

이와 같이 차동 기능을 갖는 상기 디프렌셜 중에서, 일반적인 센터 디프렌셜은, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언(미도시)에 연결되는 링기어(51)가 일체로 형성된 차동기어 케이스(52)의 전후측으로 전,후측 사이드 기어(53,54)가 삽입되어 구동축(미도시)에 스프라인 결합되고, 상기 전,후측 사이드 기어(53,54)의 외주면에는 헬리컬 기어 치(55)가 형성된다.

또한, 상기 차동기어 케이스(52) 내측에 마련된 기어홈(56)을 통하여 상기 전,후측 사이드 기어(53,54)에 2개를 한 셋트로 하는 4개의 피니언 기어 셋트(57)가 치합되고, 상기 피니언 기어 셋트(57)는 동축에 롱 헬리컬 기어(58,63)와 숏 헬리컬 기어(59,62)가 형성되며, 한 셋트를 이루는 2개의 피니언 기어(60,61)는 서로 반대로 맞대어 배치되어 제1피니언 기어(60)의 롱 헬리컬 기어(58)와 숏 헬리컬 기어(59)는 제2피니언 기어(61)의 숏 헬리컬 기어(62) 및 롱 헬리컬 기어(63)와 서로 치합된다.

이때 상기 한 셋트를 이루는 2개의 피니언 기어(60,61)는 각각의 롱 헬리컬 기어(58,63)가 상기 전,후측 사이드 기어(53,54)에 각각 치합된다.

그리고 상기 전,후측 사이드 기어(53,54)와 차동기어 케이스(52) 사이에는 각각 엔드 와셔(64)가 개재되며, 상기 전,후측 사이드 기어(53,54) 사이에는 센터 와셔(65)가 개재되어 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 센터 디프렌셜의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 직진 주행시에는 전,후측 사이드 기어(53,54) 사이에 회전 속도차가 발생하지 않으므로 피니언 기어들(60,61)의 자전 없이, 전,후측 사이드 기어(53,54)와 차동기어 케이스(52)가 일체로 회전하게 된다.

또한, 차동 주행시에는 전,후측 사이드 기어(53,54) 사이에 회전 속도차가발생하여 피니언 기어들(60,61)이 상호 역회전하면서 회전차를 흡수하게 되는데, 상기 차동기어 케이스(52)에 대하여 고속측은 상기 피니언 기어들(60,61)의 공전만큼 증속되고, 저속측은 감속됨으로 차동이 실현되어 기존의 디프렌셜과 동일한 작동 원리로 작동이 이루어진다.

그리고, 차동 제한시에는 전,후륜의 노면 마찰계수가 다르거나, 노면의 이상 조건에 의해 상기 전,후륜의 부하에 불균형이 생기는 경우, 상기 전,후측 사이드 기어(53,54)의 구동은 상호 영향을 주어 각 사이드 기어(53,54)와 피니언 기어들(60,61) 사이에 치합 반력을 발생시키게 되는데, 상기 치합 반력은 헬리컬 기어의 치면에 대해 축방향 추력으로 작용한다.

이에 따라 상기 사이드 기어(53,54)는 와셔(64,65)를 밀면서 마찰이 발생하게 되고, 또한, 피니언 기어들(60,61)도 상기 반력에 의해 차동기어 케이스(52) 내부면과 마찰이 발생하여 내부 기어들(즉, 사이드 기어와 피니언 기어)이 차동기어 케이스(52)와 일체로 직결됨으로 프론트 및 리어 디프렌셜(미도시)에는 동일한 구동 토크 배분 및 회전력 전달을 이루는 차동 제한이 이루어지게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 센터 디프렌셜은 전,후측 사이드 기어의 직경이 동일하게 구성되고, 이에 따라 피니언 기어도 수평하게 배열되어 장착됨으로 차동 제한 주행시에 필요한 만큼의 강력한 차동 제한력을 확보하기에는 상기 내부 기어와 차동기어 케이스 내부면과의 마찰 면적이 부족하다는 문제점이 있으며,

또한, 차종에 따라 다르게 나타나는 전,후륜의 접지력에 대한 밸런스를 맞추기 위해서 상기 전,후륜에 전달되는 구동 토크의 배분을 달리하는 것이 바람직함에도 불구하고, 상기 구동 토크의 배분비가 50:50으로 고정되어 상기 센터 디프렌셜의 운동 능력의 영역을 확대할 수 없다는 문제점 등을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 피니언 기어 셋트의 배치를 사선 구조로 배열하고, 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재를 개재함으로써 강력한 차동 제한력을 확보함과 동시에, 전,후륜의 접지력에 대한 밸런스를 맞추어 구동 토크를 배분할 수 있도록 하는 센터 디프렌셜을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 센터 디프렌셜의 측 단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 센터 디프렌셜의 측 단면도이다.

도 4는 종래 기술에 따른 센터 디프렌셜의 내부 피니언 기어와 사이드 기어의 치합된 상태를 도시한 사시도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 센터 디프렌셜은 엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언에 연결되는 링기어가 일체로 형성된 차동기어 케이스와; 상기 차동기어 케이스의 전후측으로 삽입되어 구동축에 스프라인 결합되고, 외주면에는 헬리컬 기어 치가 형성된 전,후측 사이드 기어와; 상기 차동기어 케이스 내측에 마련된 기어홈을 통하여 상기 전,후측 사이드 기어에 2개를 한 셋트로 하여 치합된 피니언 기어와; 상기 전,후측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이 및 상기 전,후측 사이드 기어 사이에 개재되어 마찰부재로 작용하는 와셔부재로 이루어지는 센터 디프렌셜에서,

상기 차동기어 케이스는 후측에서 전측으로 그 외주면의 직경이 점점 크게 이루어져 그 외주선이 소정각의 사선을 갖도록 이루어지며, 상기 전,후측 사이드 기어는 상기 차동기어 케이스에 대응하여 상기 후측 사이드 기어에서 전측 사이드기어로 직경이 점점 크게 이루어져 그 치선이 상기 소정각의 사선 방향으로 형성되어 이루어지며, 상기 피니언 기어는 구통 토크 배분비를 다르게 하여 동력 전달을 이루도록 상기 차동기어 케이스와 전,후측 사이드 기어 사이에서 소정각의 사선 방향으로 배치되어 치합되며, 상기 전측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이에는 상기 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재가 개재되어 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 한 셋트를 이루는 피니언 기어는 동축의 양단에 롱 헬리컬 기어와 숏 헬리컬 기어가 형성된 2개의 피니언 기어가 서로 반대로 배치되어 하나의 피니언 기어의 롱 헬리컬 기어와 숏 헬리컬 기어가 다른 하나의 피니언 기어의 숏 헬리컬 기어 및 롱 헬리컬 기어와 각각 치합되어 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 피니언 기어의 롱 헬리컬 기어는 상기 전측 또는 후측 사이드 기어에 각각 치합되어 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 차동 제한 부재는 상기 전측 사이드 기어에 S자 형상으로 절곡되어 장착되는 다수개의 인너 디스크와; 상기 인너 디스크 사이에 배치되어 상기 차동기어 케이스에 상기 인너 디스크의 S자 형상과 동일하게 절곡되어 장착되는 다수개의 아웃터 디스크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 센터 디프렌셜의 측 단면도이고, 도 2는 상기 도 1의 A-A선에 따른 단면도로서, 본 발명은 엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언(미도시)에 연결되는 링기어(1)가 일체로 형성된 차동기어 케이스(3)의 전후측으로 전,후측 사이드 기어(5,7)가 삽입되어 구동축(미도시)에 스프라인 결합되고, 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)는 그 외주면에 헬리컬 기어 치(9)가 형성되어 이루어진다.

상기 차동기어 케이스(3)내측에 마련된 기어홈(11)에는 2개를 한 셋트로 하는 4개의 피니언 기어 셋트(13)가 삽입되어 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)에 치합되고, 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)와 차동기어 케이스(3)사이에는 엔드 와셔(15)가 개재되며, 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)사이에는 센터 와셔(17)가 개재되어 마찰부재로 작용하게 된다.

상기에서 차동기어 케이스(3)는 후측에서 전측으로 그 외주면의 직경이 점점 크게 이루어져 그 외주선(19)이 소정각(α)의 사선을 갖도록 이루어진다.

이에 따라, 상기 차동기어 케이스(3)내에 형성되는 기어홈(11)의 배치도 사선 방향으로 비스듬히 이루어지고, 따라서 상기 피니언 기어 셋트(13)는 소정각(α)을 가지고 상기 기어홈(11)에 삽입되어 상기 차동기어 케이스(3)내에서 사선 방향으로 배치되게 된다.

여기서 하나의 피니언 기어 셋트(13)는 동일축(21)의 양단에 롱 헬리컬 기어(23)와 숏 헬리컬 기어(25)가 형성된 2개의 피니언 기어(27,29)가 서로 반대로 맞대어 배치되고, 제1 피니언 기어(27)의 롱 헬리컬 기어(23)와 숏 헬리컬 기어(25)가 제2 피니언 기어(29)의 숏 헬리컬 기어(25) 및 롱 헬리컬 기어(23)와 각각 치합되어 이루어지며, 상기 각 피니언 기어(27,29)의 롱 헬리컬 기어(23)는상기 전측 또는 후측 사이드 기어(5,7)에 각각 치합되어 이루어진다.

이와 같이, 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)는 상기 사선 방향으로 배치된 피니언 기어 셋트(13)와 치합되도록, 상기 후측 사이드 기어(7)에서 전측 사이드 기어(5)로 직경이 점점 크게 이루어져 그 치선(31)이 소정각(α)의 사선 방향으로 형성되어 이루어진다.

즉, 전,후측 사이드 기어(5,7)로의 구동 토크 배분비를 전측 사이드 기어(7)의 직경을 크게 하여 높게 설정되도록 구성함으로서 차량의 전방 하중이 많이 나가는 전륜 구동(FF) 타입의 차종에 적용 가능한 것으로, 전륜측으로 하중이 많이 걸리는 차량의 차륜 접지력에 대한 밸런스를 상기 구동 토크의 배분비를 달리함으로서 차량의 주행 안정성을 확보하며, 이에 따라, 종래 구동 토크 배분비가 50:50으로 고정된 센터 디프렌셜의 운동 능력의 영역을 확대할 수 있게 되며, 차륜 접지력에 대응하는 주행성을 확보 할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 전측 사이드 기어(5)의 전방에서 상기 전측 사이드 기어(5)와 차동기어 케이스(3) 사이에는 차동 제한 부재(39)가 구성된다.

상기 차동 제한 부재(39)는 상기 전측 사이드 기어(5)에 2개의 인너 디스크(41)가 장착되고, 상기 차동기어 케이스(3)에는 2개의 아웃터 디스크(43)가 상기 인너 디스크(41)와 소정의 간격을 가지며 장착된다.

이때, 상기 인너 디스크(41)와 아웃터 디스크(43)는 측단면이 S자 형상의 플레이트로 이루어진다.

이상과 같은 구성을 갖는 센터 디프렌셜의 작동은 먼저, 직진 주행시에는전,후측 사이드 기어(5,7)사이에 회전 속도차가 발생하지 않으므로 피니언 기어 셋트(13)의 자전 없이, 전,후측 사이드 기어(5,7)와 차동기어 케이스(3)가 일체로 회전하게 된다.

이때, 전측 사이드 기어(5)와 후측 사이드 기어(7)는 그 평균 직경이 일정한 비율로 다르게 형성되어 전측 사이드 기어(5)를 통하여 프론트 디프렌셜(미도시)로 전달되는 토크와 상기 후측 사이드 기어(7)를 통하여 리어 디프렌셜(미도시)로 전달되는 토크의 구동 토크 배분비는 전측과 후측이 서로 다르게 이루어진다.

또한, 차동 주행시에는 전,후측 사이드 기어(5,7)사이에 회전 속도차가 발생하여 피니언 기어 셋트(13)가 상호 역회전하면서 회전차를 흡수하게 되는데, 상기 차동기어 케이스(3)에 대하여 고속측은 상기 피니언 기어 셋트(13)의 공전만큼 증속되고, 저속측은 감속됨으로 차동이 실현되어 기존의 디프렌셜과 동일한 작동 원리로 작동이 이루어진다.

그리고, 차동 제한시에는 전,후륜의 노면 마찰계수가 서로 다르거나, 노면의 이상 조건에 의해 상기 전,후륜의 부하에 불균형이 생기는 경우, 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)의 구동은 상호 영향을 주어 각 사이드 기어(5,7)와 피니언 기어 셋트(13) 사이에 치합 반력을 발생시키게 되는데, 상기 치합 반력은 헬리컬 기어의 치면에 대해 축방향 추력으로 작용한다.

이에 따라 상기 전,후측 사이드 기어(5,7)는 엔드 및 센터 와셔(15,17)를 밀면서 마찰이 발생하게 되고, 또한, 피니언 기어 셋트(13)도 상기 반력에 의해 차동기어 케이스(3)내부면과 마찰이 발생하며, 이와 동시에, 상기 차동 제한 부재(39)의 인너 디스크(41)도 S자 형상의 특징에 의해 상기 축방향의 추력에 의해 전진하여 상기 아웃터 디스크(43)와의 마찰 면적이 서서히 증대되어 접촉하게 됨으로서 상기 전측 사이드 기어(5)와 상기 차동기어 케이스(3)가 상기 차동 제한 부재(39)에 부드럽게 직결된다.

이와 같이, 상기한 차동 제한 부재(39)와 와셔(15,17) 및 피니언 기어 셋트(13)의 치면 등이 상기 차동기어 케이스(3)와 마찰됨에 따라 상기 내부 기어들(즉, 사이드 기어와 피니언 기어)이 차동기어 케이스(3)와 일체로 직결됨으로 프론트 및 리어 디프렌셜(미도시)에 동일한 회전력을 전달하는 차동 제한 작동을 이루게 되는 것이다.

여기서 상기 피니언 기어 셋트(13)는 중심축에 대해 소정각(α)의 사선 방향으로 배치한 구조로서, 차동기어 케이스(3)의 기어홈(11) 내에서 표면 접촉 면적이 증가하여 상기 헬리컬 기어의 치합 반력에 의해 발생되는 추력을 받아 상기 기어홈(11) 내면에서 마찰 접촉하게 되면, 방사 방향으로의 마찰 토크가 증대되며, 이는 상기한 차동 제한 부재(39)의 작동과 함께, 더욱 강력한 차동 제한력을 발생시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 센터 디프렌셜은 피니언 기어 셋트의 배치를 사선 구조로 배열하고, 이에 따라 전,후측 사이드 기어의 반경도 각각 상이하게 구성하며, 상기 전측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이에 상기 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재를 구성함으로서, 상기 차동 제한 부재의 작동과 함께, 피니언 기어와 차동기어 케이스의 기어홈 내주면 사이의 마찰 면적이 넓어져 보다 강력한 차동 제한력을 확보할 수 있게 되며, 동시에 각 차륜의 노면과의 접지력에 대응하는 구동 토크를 배분할 수 있게 되어 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있게 되는 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 엔진으로부터의 회전력을 전달하는 구동 피니언에 연결되는 링기어가 일체로 형성된 차동기어 케이스와; 상기 차동기어 케이스의 전후측으로 삽입되어 구동축에 스프라인 결합되고, 외주면에는 헬리컬 기어 치가 형성된 전,후측 사이드 기어와; 상기 차동기어 케이스 내측에 마련된 기어홈을 통하여 상기 전,후측 사이드 기어에 2개를 한 셋트로 하여 치합된 피니언 기어와; 상기 전,후측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이 및 상기 전,후측 사이드 기어 사이에 개재되어 마찰부재로 작용하는 와셔부재로 이루어지는 센터 디프렌셜에 있어서,

   상기 차동기어 케이스는 후측에서 전측으로 그 외주면의 직경이 점점 크게 이루어져 그 외주선이 소정각의 사선을 갖도록 이루어지며,

   상기 전,후측 사이드 기어는 상기 차동기어 케이스에 대응하여 상기 후측 사이드 기어에서 전측 사이드 기어로 직경이 점점 크게 이루어져 그 치선이 상기 소정각의 사선 방향으로 형성되어 이루어지며,

   상기 피니언 기어는 구통 토크 배분비를 다르게 하여 동력 전달을 이루도록 상기 차동기어 케이스와 전,후측 사이드 기어 사이에서 소정각의 사선 방향으로 배치되어 치합되며,

   상기 전측 사이드 기어와 차동기어 케이스 사이에는 상기 헬리컬 기어의 추력에 의해 작동하는 차동 제한 부재가 개재되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 센터 디프렌셜.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 한 셋트를 이루는 피니언 기어는

   동축의 양단에 롱 헬리컬 기어와 숏 헬리컬 기어가 형성된 2개의 피니언 기어가 서로 반대로 배치되어 하나의 피니언 기어의 롱 헬리컬 기어와 숏 헬리컬 기어가 다른 하나의 피니언 기어의 숏 헬리컬 기어 및 롱 헬리컬 기어와 각각 치합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 센터 디프렌셜.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 피니언 기어의 롱 헬리컬 기어는

   상기 전측 또는 후측 사이드 기어에 각각 치합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 센터 디프렌셜.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 차동 제한 부재는

   상기 전측 사이드 기어에 S자 형상으로 절곡되어 장착되는 다수개의 인너 디스크와;

   상기 인너 디스크 사이에 배치되어 상기 차동기어 케이스에 상기 인너 디스크의 S자 형상과 동일하게 절곡되어 장착되는 다수개의 아웃터 디스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 센터 디프렌셜.