KR20010059755A - 토크 감응식 차동제한장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 토크 감응식 차동제한장치는 차동제한장치의 성능치수인 TBR(Torque Bias Ratio)이 높지 않아 강력한 차동제한 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 있기 때문에,

드라이브 기어가 결합되는 디프 케이스와, 디프 케이스 안쪽 좌우에 설치되어 양측 바퀴로 회전력을 전달하는 헬리컬 타입의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어에 치합됨과 동시에 상기 디프 케이스의 내면에 치합되며 상호 치합된 커플형 피니언 기어와, 상기 사이드 기어의 선단부에 접촉되도록 설치되어 상기 사이드 기어와의 마찰을 통해 차동제한 토크를 발생시키는 엔드 와셔로 구성된 토크 감응식 차동제한장치에 있어서, 상기 디프 케이스의 내면과 일측 사이드 기어 사이에 사이드 기어의 추력에 의해 차동제한 기능을 수행하는 다판 클러치가 설치됨으로써,

평상시에는 헬리컬 타입 차동제한장치 수준의 TBR을 유지하여 스티어링 성능을 우수하게 유지하고 험로탈출시에는 다판 클러치 디스크 타입 차동제한장치를 상회하는 TBR을 얻을 수 있도록 하여 험로탈출이 용이해지는 토크 감응식 차동제한장치에 관한 것이다.

Description

토크 감응식 차동제한장치 { Torque bias limited slip differential }

본 발명은 양측 바퀴에 속도차를 발생시켜 원활한 방향회전이 가능하도록 하는 차동장치의 작동을 제한하는 차동제한장치에 관한 것으로서, 특히 장치 내부에서 발생되는 마찰력에 의한 토크를 이용하여 차동작용을 제한하는 토크 감응식 차동제한장치에 관한 것이다.

일반적으로 차동장치는 자동차의 선회 주행시 내륜과 외륜의 속도차를 발생시키는 것으로서, 차량의 원활한 방향전환이 가능하도록 함과 아울러 노면이 고르지 못한 지형에서 자동차의 주행 안정성이 확보되도록 하고 있다. 차동제한장치는 차동장치의 내부에 설치되어 차동작용을 제한함으로써 험로 탈출이나 무리한 공회전이 발생되지 않도록 하고 있다. 승용차의 차동제한장치는 주로 비스코스 커플링 방식이 사용되고 있으나, 최근에는 중량 및 단가 측면에서 유리한 토크 감응 방식이 사용되기도 한다.

종래의 토크 감응식 차동제한장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 드라이브 기어가 결합되는 디프 케이스(11)와, 디프 케이스(11) 안쪽 좌우에 설치되어 양측 바퀴로 회전력을 전달하는 헬리컬 타입의 사이드 기어(12)와, 상기 사이드 기어(12)에 치합됨과 동시에 상기 디프 케이스(11)의 내면에 치합되며 상호 치합된 커플형 피니언 기어(13)와, 상기 사이드 기어(12)의 선단부에 접촉되도록 설치되어 상기 사이드 기어(12)와의 마찰을 통해 차동제한 토크를 발생시키는 엔드 와셔(14)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 토크 감응식 차동제한장치는 양측 바퀴에 걸리는 부하가 발생될 경우 차동 기능을 수행함과 동시에 과다한 차동작용이 일어나지 않도록 차동제한 기능을 수행하고 있다.

자동차가 직선주로를 주행하는 경우 디프 케이스(11)와 피니언 기어(13) 및 사이드 기어(12)는 일체가 되어 회전되며, 그에 따라 좌우측 차륜에는 동일한 회전력이 인가되어 차량은 직선으로 주행하게 된다. 좌우륜의 노면 마찰계수가 다르거나 급격한 선회 등에 따라 좌우측 차륜의 부하에 불균형이 발생되면 좌우측 차륜에 연결된 사이드 기어(12)의 구동이 서로 영향을 주어 각 사이드 기어(12)와 피니언 기어(13) 사이에 치합반력이 발생된다. 따라서, 피니언 기어(13)는 공전과 동시에 자전을 수행하여 좌우측 사이드 기어(12) 사이에서 회전력을 전달하게 되며, 좌우측 사이드 기어(12)의 회전속도는 서로 달라지게 된다. 결과적으로 운전자가 선회조작을 하면 선회시에는 내륜측과 외륜측의 회전속도가 달라져 내륜측은 디프 케이스(11)에 비해 느린 속도로 회전되고 외륜측은 디프 케이스(11)에 비해 빠른 속도로 회전되어 차량이 선회하게 된다.

이때, 헬리컬 타입으로 형성된 사이드 기어(12)는 디프 케이스(11)와 다른 속도로 회전되므로 사이드 기어(12)에는 축방향의 추력이 발생되며, 그에 따라 사이드 기어(12)가 엔드 와셔(14)를 밀게 되어 둘 사이에 마찰이 발생되고 피니언 기어(13)의 반력에 의해 디프 케이스(11)와 피니언 기어(13) 사이에도 마찰이 발생된다. 이 마찰에 의해 발생된 토크가 피니언 기어(13)의 회전을 저지하여 차동제한 기능을 수행하게 된다.

여기서 차동제한용 토크를 발생시키는 마찰 부위를 살펴보면 다음과 같다. 즉, 사이드 기어(12)의 단면과 엔드 와셔(14) 사이의 마찰, 피니언 기어(13)의 치선과 디프 케이스(11) 간의 내부 마찰, 피니언 기어(13)의 단면과 디프 케이스(11) 사이의 마찰, 헬리컬 타입으로 형성된 기어간의 마찰 등에 의해 차동제한용 토크가 발생된다.

상기와 같이 구성된 종래의 토크 감응식 차동제한장치는 기존의 승용차에 적용된 비스코스 커플링 방식의 차동제한장치에 비해 중량 및 단가 측면에서 우수하여, 응답성이 우수하고 ABS와의 간섭도 적어 스티어링 성능이 좋은 이점이 있다.

그러나, 상기한 종래의 토크 감응식 차동제한장치는 차동제한장치의 성능치수인 TBR(Torque Bias Ratio)이 높지 않아 강력한 차동제한 기능을 발휘하지 못하는 문제점이 있다.

즉, 헬리컬 타이브이 기어를 사용하는 토크 감응식 차동제한장치는 시스템의 원리에 따른 제약으로 TBR이 2.5:1을 상회하기가 어려우며, 그에 따라 험로탈출 등 강력한 차동제한기능이 요구되는 경우에는 큰 효과를 발휘하지 못하게 된다. 그렇다고 해서 TBR이 우수한 방식만을 고집할 수도 없다. TBR이 우수한 방식으로는 다판 클러치 디스크 방식이 있으며, 이 방식의 차동제한장치는 TBR을 높이기 위해서 프리 로드 스프링이 설치되고, 다판 클러치 디스크 방식의 차동제한장치의 특성상 핸들링 조작이 쉽지 않아 전륜구동차량에 적용하기는 곤란하다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 헬리컬 기어 방식 차동제한장치의 여러 장점은 살리면서도 험로 탈출에 필요한 고 TBR을 얻을 수 있도록 하는 새로운 형태의 토크 감응식 차동제한장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 토크 감응식 차동제한장치가 도시된 구성도,

도 2는 도 1의 "A-A" 단면이 도시된 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 토크 감응식 차동제한장치가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 디프 케이스 52 : 사이드 기어

53 : 피니언 기어 54 : 엔드 와셔

55 : 다판 클러치 55a : 이너 디스크

55b : 아우터 디스크

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 드라이브 기어가 결합되는 디프 케이스와, 디프 케이스 안쪽 좌우에 설치되어 양측 바퀴로 회전력을 전달하는 헬리컬 타입의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어에 치합됨과 동시에 상기 디프 케이스의 내면에 치합되며 상호 치합된 커플형 피니언 기어와, 상기 사이드 기어의 선단부에 접촉되도록 설치되어 상기 사이드 기어와의 마찰을 통해 차동제한 토크를 발생시키는 엔드 와셔로 구성된 토크 감응식 차동제한장치에 있어서, 상기 디프 케이스의 내면과 일측 사이드 기어 사이에 사이드 기어의 추력에 의해 차동제한 기능을 수행하는 다판 클러치가 설치된 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 토크 감응식 차동제한장치는 도 3에 도시된 바와 같이 드라이브 기어가 결합되는 디프 케이스(51)와, 디프 케이스(51) 안쪽 좌우에 설치되어 양측 바퀴로 회전력을 전달하는 헬리컬 타입의 사이드 기어(52)와, 상기 사이드 기어(52)에 치합됨과 동시에 상기 디프 케이스(51)의 내면에 치합되며 상호 치합된 커플형 피니언 기어(53)와, 상기 사이드 기어(52)의 선단부에 접촉되도록 설치되어 상기 사이드 기어(52)와의 마찰을 통해 차동제한 토크를 발생시키는 엔드 와셔(54)와, 상기 디프 케이스(51)의 내면과 일측 사이드 기어(52) 사이에 설치되고 사이드 기어(52) 사이의 회전차가 일정 이상이 되는 경우 사이드 기어(52)의 추력에 의해 작동되어 차동제한 기능을 수행하는 다판 클러치(55)로 구성된다.

상기 다판 클러치(55)는 상기 사이드 기어(52)의 외주면에 부착된 이너 디스크(55a)와, 상기 이너 디스크(55a)와 소정의 간극을 유지하도록 상기 디프케이스(51)의 내면에 부착된 아우터 디스크(55b)가 교대로 다수 배치된 형태로 형성되며, 사이드 기어(52)의 추력에 의해 이너 디스크(55a)와 아우터 디스크(55b)가 인게이지 되어 디프 케이스(51)로부터의 동력을 곧바로 사이드 기어(52)에 전달하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 토크 감응식 사이드 기어는 보통때에는 스티어링 성능이 우수한 헬리컬 타입의 차동제한 구조를 유지하고 험로탈출과 같이 고 TBR이 요구되는 경우에는 다판 클러치 구조가 인게이지되어 양륜을 거의 직결 상태로 함으로써 험로탈출을 용이하게 한다.

직진시에는 디프 케이스(51)와 사이드 기어(52)가 일체로 회전하게 되므로, 차동장치를 구성하는 각 기어는 자전하지 않고 공전만 하게 된다. 선회시와 같이 차동작용이 필요한 경우에는 피니언 기어(53)가 공전과 동시에 자전되어 양륜의 회전차를 흡수함으로써 부드러운 차동을 유지하게 된다. 만약, 차동제한 기능이 필요한 경우에는 디프 케이스(51) 내부에 설치된 헬리컬 기어 세트의 마찰력을 이용하여 차동제한 기능을 수행하며, 이에 따라 차량은 스티어링 성능이 향상된 운동성을 보여 준다. 결과적으로 평상시에는 종래의 토크 감응식 차동제한장치 수준의 TBR인 2.5:1을 상회하지 않음으로써 스티어링 성능에 대하여 최적상태를 유지하게 된다.

그러나, 한쪽의 차륜이 웅덩이에 빠지는 등, 험로에서 주행하는 경우에는 험로탈출을 위해 다판 클러치(55)가 작동된다. 즉, 험로 주행시 양륜의 회전차가 급격히 커지게 되면 사이드 기어(52)가 엔드 와셔(54)쪽으로 최대한의 추력을 발생시키게 된다. 따라서, 일정한 간극을 유지하고 있는 이너 디스크(55a)와 아우터 디스크(55b)가 서로 인게이지되며, 그 결과로 디프 케이스(51)로부터의 동력이 사이드 기어(52)로 직접 전달된다. 이때는 부드러운 선회 등의 능력이 필요없기 때문에 다판 클러치(55)를 구성하는 디스크들(55a)(55b)이 완전히 연결될 때 양륜은 거의 직결 상태가 되고, 그 결과로 험로탈출이 용이해 진다.

물론, 스티어링 성능을 확보하기 위해서 평상시에는 사이드 기어의 추력이 어느 정도 발생되더라도 다판 클러치(55)의 디스크들(55a)(55b)이 서로 인게이지 되지 않도록 적당한 디스크 간극을 유지하는 것은 필수적이다.

여기서 다판 클러치(55)의 거동을 살펴보면, 양륜 사이에 일정 이상의 회전차가 발생되지 않을 경우에는 디스크들(55a)(55b)이 서로 인게이지되지 않아 부드러운 선회가 가능하도록 하되, 일정 이상의 회전차가 발생되면 디스크들(55a)(55b)이 서로 인게이지되어 충분한 TBR을 얻을 수 있도록 한다

이와 같이, 본 발명에 의한 토크 감응식 차동제한장치는 평상시에는 헬리컬 타입 차동제한장치 수준의 TBR을 유지하여 스티어링 성능을 우수하게 유지하고 험로탈출시에는 다판 클러치 디스크 타입 차동제한장치를 상회하는 TBR을 얻을 수 있도록 하여 험로탈출이 용이해지는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 드라이브 기어가 결합되는 디프 케이스와, 디프 케이스 안쪽 좌우에 설치되어 양측 바퀴로 회전력을 전달하는 헬리컬 타입의 사이드 기어와, 상기 사이드 기어에 치합됨과 동시에 상기 디프 케이스의 내면에 치합되며 상호 치합된 커플형 피니언 기어와, 상기 사이드 기어의 선단부에 접촉되도록 설치되어 상기 사이드 기어와의 마찰을 통해 차동제한 토크를 발생시키는 엔드 와셔로 구성된 토크 감응식 차동제한장치에 있어서,

   상기 디프 케이스의 내면과 일측 사이드 기어 사이에 사이드 기어의 추력에 의해 차동제한 기능을 수행하는 다판 클러치가 설치된 것을 특징으로 하는 토크 감응식 차동제한장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다판 클러치는 상기 사이드 기어의 외주면에 부착된 이너 디스크와, 상기 이너 디스크와 소정의 간극을 유지하도록 상기 디프 케이스의 내면에 부착된 아우터 디스크가 교대로 다수 배치된 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 토크 감응식 차동제한장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 다판 클러치는 상기 사이드 기어 사이에 소정 이상의 회전차가 발생될경우에만 작동되도록 한 것을 특징으로 하는 토크 감응식 차동제한장치.