KR20060136333A

KR20060136333A - 차동 속도와 무관한 개선된 커플링 장치

Info

Publication number: KR20060136333A
Application number: KR1020060058150A
Authority: KR
Inventors: 존 에이. 그로그
Original assignee: 이턴 코포레이션
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2007-01-02

Abstract

커플링 장치(11; 111)는 클러치 캐비티를 한정하는 회전가능한 하우징(13, 15, 113) 및 그 내에 배치된 클러치 어셈블리(29; 129)를 포함한다. 이 하우징은 어플라이 챔버(37; 137) 및 그 내에 배치된 클러치 어플라이 부재(39)를 한정하여 클러치 어셈블리를 맞물림 내로 바이어스 시킨다. 클러치 어플라이 부재를 위한 가압된 유체 소스는 로터(61; 161)의 회전에 응답하여 가압된 유체를 펌핑하도록 동작될 수 있는 펌핑 소자(59, 61; 159, 161)를 포함한다. 펌핑 챔버를 한정하는 고정식 플래넘 어셈블리(51; 153)가 존재하고, 펌핑 소자는 펌핑 챔버 내에 동작적으로 배치되고, 구동 수단(63; 163)은 회전가능한 하우징(13, 15; 113)의 회전 이동을 상기 펌핑 소자의 로터(61; 161)로 전달하도록 동작되어, 클러치 맞물림이 커플링 입력-대-출력 속도 차에 좌우되지 않도록 한다.

커플링 장치, 클러치 어셈블리, 어플라이 챔버, 로터, 펌핑 소자

Description

차동 속도와 무관한 개선된 커플링 장치{IMPROVED COUPLING DEVICE INDEPENDENT OF DIFFERENTIAL SPEED}

도1은 본 발명에 따라서 행해진 차량 차동 커플링 장치의 축 단면도.

도2는 본 발명에 따라서 공지된 종래 장치로부터 수정되는 커플링 장치의 부분을 상세하게 도시한 도1과 유사한 확대된 분해된 축 단면도.

도3은 본 발명에 사용될 수 있는 제어 시스템의 실시예를 도시하지만 도2와 유사한 더욱 확대된 분해된 축 단면도.

도4는 본 발명의 한 가지 중요한 양상을 도시한, 생략된 플래넘 하우징과 더불어 다소 작은 크기이지만 도2의 선 4-4를 따라서 취해진 횡방향 단면도.

도5는 축 내장형 커플링 장치로서 사용될 수 있는 본 발명의 대안적인 실시예의 축 단면도.

본 발명은 예를 들어 차량 구동 라인에서 토크를 전송하기 위하여 사용되는 유형의 커플링 장치에 관한 것이며, 특히 커플링 장치를 통해서 토크의 전달을 제어하기 위한 유압 동작되는 클러치 어셈블리를 포함한 유형의 이와 같은 커플링 장 치에 관한 것이다.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "커플링 장치"는 입력으로부터 하나 이상의 출력으로 토크를 전달할 수 있는 장치를 포함하는 것으로 이해되는데, 이 장치에는 입력 및 출력 간의 "토크 경로"에 배치되는 클러치 어셈블리가 존재하여 전달된 토크량이 클러치 어셈블리의 맞물림 정도의 함수가 되도록 한다. 본 발명의 범위 내에서, 용어 "커플링 장치"는 기어-형 장치(가령, 차동) 뿐만 아니라 무기어-형 커플링 둘 다를 포함하는 것으로 이해될 것이다.

본 발명이 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에 참조된 미국 특허 5,964,126호의 개시내용에 따라서 커플링 모드와 같은 여러 유형 및 구성의 무기어-형 커플링 장치와 결합하여 사용될 수 있지만, 본 발명은 특히, 본 발명의 양수인에 양도되고 본원에 참조된 미국 특허 5,310,388 및 6,464,056에 도시되고 서술된 일반적인 유형의 기어-형 차량 차동 장치와 결합하여 사용될 때 유용하다. 그러나, 본 발명의 커플링 장치는 이하에 본원에 도시되고 설명될 한 가지 중요한 면에서 상기 참조된 특허의 장치와 상이할 것이다.

상기 참조된 특허의 차동 커플링 장치에서, 입력 (링 기어에 연결된 하우징) 및 출력(액슬 샤프트들 중 한 샤프트) 간에 토크를 전달하도록 동작될 수 있는 클러치 팩이 존재하는데, 클러치 팩의 맞물림 정도는 클러치 어플라이 챔버(clutch apply chamber)에 의해 결정된다. 유압은 클러치 팩에 대한 클러치 어플라이(또는 맞물림) 부재(가령 피스톤)를 바이어스시킨다. 인용된 특허의 차동 커플링 장치는 커플링 장치 입력과 함께 회전하도록 고정된 하나의 로터 및 커플링 장치의 출력과 함께 회전하도록 고정된 다른 하나의 로터를 갖는 제로터 펌프를 포함함으로써, 클러치 어플라이 챔버로 가압된 유체의 흐름이 일반적으로 입력 및 출력 간의 속도 차에 비례하도록 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "클러치 팩"은 다수의 마찰 디스크 형 클러치 팩뿐만 아니라 콘 클러치와 같은 다른 널리 공지된 유형의 클러치 어셈블리들 중 임의의 어셈블리 둘 다를 포함하는 것으로 이해되는데, 여기서 맞물림 정도는 클러치 피스톤 또는 등가의 클러치-맞물림 장치 또는 구조에 대해 작용하는 유압에 비례한다.

본 발명이 관계하는 유형의 차동 커플링 장치에서, 클러치 어플라이 챔버로부터 저압 유체의 저장고 또는 어떤 다른 "소스"까지의 유체 흐름 경로를 제공하고 이 "주" 흐름 경로의 부분으로서 클러치 어플라이 챔버로부터 저압 소스로의 흐름을 제어할 수 있는 일종의 제어 밸브를 제공하는 것이 전형적이다. 이 방식으로, 클러치 어플라이 챔버에서 압력을 제어함으로, "바이어스 토크", 즉 토크가 입력으로부터 출력으로 전달되는 정도를 제어할 수 있다. 펌프 어셈블리가 커플링 장치의 입력 및 출력 간의 속도차를 나타내는 속도로 회전하는 상기 참조된 특허의 차동 커플링 장치에서, 당업자는 어떠한 소정의 속도차(입력 "빼기" 출력)가 발생되어야 비로서 원하는 바이어스 토크를 발생시키기 위하여 클러치 어플라이 챔버에 충분한 압력이 확립된다는 것을 이해할 것이다.

"종래의" 펌프 장치를 포함하지만 본 발명이 관계하는 일반적인 유형의 차동 커플링 장치의 실시예가 Celso L. Fratta, Robert J. Kyle, Keith E. Morgensai, 및 Patrick J. McMillan이 2004년 10월 13일에 출원하여 공동-계류중인 발명의 명 칭이 "Coupling Device And Improved Fluid Pressure System Therefore"인 미국 특허 10/964,134에 도시되고 설명된다. 이 상업적으로 개발된 차동 커플링 장치에서, 커플링 장치에 걸쳐서 대략 150rpm의 차동 속도와 더불어 전형적인 "맞물림 시간"은 약 300밀리초 범위 내에 있는 것으로 관찰된다. 특히 이 장치가 기본적인 트랙션 제어(traction control)를 성취하기 위하여 단지 종래의 "슬립 리미팅" 기능을 수행할 때 이와 같은 반응 시간이 이와 같은 차동 커플링 장치를 위한 많은 애플리케이션에 대해서 충족될 수 있지만, 현재 이와 같은 반응 시간은 명백하게 수용될 수 없다는 것이 많은 다른 잠재적인 애플리케이션들에 존재한다. 예를 들어, 동일한 기본 커플링 장치가 안정 제어 시스템의 부분으로서 사용되면, 필요로 되는 반응 시간(맞물림 시간)은 어떤 곳에선 약 50밀리초의 범위 내인 것이 필요로 되는 것으로 예측된다.

차량 구동 라인에서 차동 커플링 장치를 제공하는 것이 공지되어 있는데, 여기서 이 장치는 수압 동작되는 클러치 및 어플라이 장치를 포함하며, 클러치를 어플라이하기 위하여 사용되는 수압원은 차동 커플링 장치에 대해서 "원격으로" 배치되는 펌프를 갖는데, 이 펌프는 "풀-타임" 드라이브를 갖는다. 예를 들어, 펌프가 차량의 주 구동라인 프롭-샤프트(prop-shaft)를 벗어나서 구동되는 장치가 공지되어 있다. 따라서, 클러치를 작동시키는데 이용가능한 일정한 수압식 에너지원이 존재하지만, 통상 원격 위치에서 장치를 포장하여 설치하는 것을 어느정도 상당히 다루기 힘들게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 실질적으로 개선된 맞물림 성능, 즉 커플링 장치가 맞물림해제 상태로부터 맞물린 상태로 전환할 때까지 시간 기간을 실질적으로 감소시키는 성능을 갖는 개선된 커플링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상술된 목적을 성취하며, 클러치 어플라이 챔버에서 유압의 발생이 커플링 장치의 입력 및 출력 간의 속도차의 존재에 좌우되지 않는 개선된 커플링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 차량이 계속 정지하고 있는 동안에조차도 커플링 장치의 클러치 어셈블리를 맞물리게 하기 위한 포텐셜이 적어도 존재하는 개선된 커플링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 이외 다른 목적은 클러치 캐비티를 한정하는 회전가능한 하우징, 및 클러치 캐비티에 배치되고 상기 하우징과 함께 회전하도록 고정된 제1 클러치 부재 및 입력과 함께 회전하도록 고정되는 제2 클러치 부재를 포함하는 클러치 어셈블리를 포함하는 개선된 커플링 장치를 제공함으로써 성취된다. 이 하우징은 어플라이 챔버를 한정하며, 클러치 어플라이 부재는 상기 어플라이 챔버에 배치되고 상기 어플라이 챔버에서 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크 전달 관계로 제1 및 제2 클러치 부재를 바이어스시키도록 동작될 수 있다. 커플링 장치는 입력 변화에 응답하여 어플라이 챔버 내의 유체 압력을 가변시키도록 동작될 수 있다. 고정식 플레넘 어셈블리(stationary plenum assembly)는 회전가능한 하우징과 동작가능하게 결합되고 이와 협동하여 가압된 유체원 및 어플라이 챔버 간에 배치되는 고압 유체 경로를 한정한다.

개선된 커플링 장치는 가압된 유체원이 로터의 회전에 응답하여 가압된 유체를 펌핑하도록 동작될 수 있는 로터를 포함한 펌핑 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 고정식 플래넘 어셈블리는 펌핑 챔버를 한정하고, 펌핑 소자는 펌핑 챔버 내에 동작가능하게 배치되어 가압된 유체를 고압 유체 경로로 펌핑한다. 구동 수단은 펌핑 소자의 로터에 회전가능한 하우징의 회전 운동을 전달하도록 동작될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상을 따르면, 클러치 캐비티를 한정하는 회전가능한 하우징, 및 상기 클러치 캐비티에 배치되고 하우징과 함께 회전하도록 고정되는 제1 클러치 부재 및 출력과 함께 회전하도록 고정된 제2 클러치 부재를 포함하는 클러치 어셈블리를 포함하는 커플링 장치용 개선된 제어 시스템이 제공된다. 이 하우징은 어플라이 챔버를 한정하고, 클러치 어플라이 부재는 상기 어플라이 부재에 배치되고 상기 어플라이 부재에서 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크 전달 관계로 상기 제1 및 제2 클러치 부재를 바이어스시키도록 동작될 수 있다. 커플링 장치는 가압된 유체원을 포함하며, 상기 소스는 회전가능한 하우징과 동작가능하게 결합되어 구동됨으로써, 제어 밸브 수단은 입력의 변화에 응답하여 어플라이 챔버에서 유체 압력을 변화시키도록 동작될 수 있다. 고정식 플래넘 어셈블리는 회전가능한 하우징과 동작가능하게 결합되고 이와 협동하여 상기 가압된 유체원 및 어플라이 챔버 간에 배치된 고압 유체 경로를 한정한다.

개선된 제어 시스템은 가압된 유체원이 제어 밸브 수단의 입구와 연결되는 유체 출구를 한정하기 위하여 플래넘 어셈블리와 협동하는 것을 특징으로 한다. 제어 시스템은 제어 밸브 수단의 유체 출구 및 입구와 유체 연결되는 포트를 갖는 어 큐뮬레이터를 포함함으로써, 제어 밸브 수단은 회전가능한 하우징의 회전 부재시 입력에 응답하여 어큐뮬레이터로부터 어플라이 챔버로 가압된 유체를 전달하도록 동작될 수 있다

지금부터 본 발명을 제한하는 것이 아닌 도면을 참조하면, 도1은 차량 구동 라인에 사용하기 위한 상기 언급된 특허에 도시되고 설명된 일반적인 유형의 차동 커플링 장치(11)를 도시한 것이다. 예로서, 도1에 도시된 바와 같은 차동 커플링 장치(11)는 전형적으로 인터-휠 리미트된 슬립 차동 장치로서 사용될 수 있다. 용어 "리미트된"의 사용은 입력 및 출력 간의 "슬립"을 단지 감소시킬 수 있는 커플링 장치들뿐만 아니라 자신과 함께 회전하기 위하여 입력에 대해서 출력을 실질적으로 "락"할 수 있는 커플링 장치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 차동 커플링 장치(11)는 주 하우징(13)(이는 또한 "기어 하우징"이라 칭함) 및 허브 하우징(15)을 포함한 하우징을 포함한다. 주 하우징(13) 및 허브 하우징(15)은 다수의 볼트(이중 여러개의 볼트는 참조 번호 "17"로 도1에 부분적으로 도시된다)와 같은 종래 널리 공지된 임의의 적절한 수단에 의해 모두 유지될 수 있다.

도1을 계속 참조하면, 주 하우징(13)은 기어 챔버(19)를 한정하고 그 내에 배치되지만, 단지 예로서, 전형적인 차동 기어 세트가 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 기어 세트의 부분으로서 피스톤 샤프트(23)에 대해서 회전가능하게 설치된 한쌍의 입력 피니언 기어(21)가 포함되는데, 이 피니언 기어(21)는 한쌍의 사이드 기어(25 및 27)과 톱니 맞물린다. 이 실시예에서, 또 다시 예로서, 입력 피니언 기 어(21)(하우징(13 및 15)와 함께)는 커플링 장치(11)로의 "입력"이라고 간주될 수 있는 반면에, 사이드 기어(25 및 27)는 커플링 장치(11)의 "출력"을 포함한다. 특히, 대부분의 다음 설명을 위하여, 사이드 기어(25)는 커플링 장치(11)의 "출력"을 포함하는 것으로 간주될 것이다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 커플링 장치의 최종 "출력"은 사이드 기어(25 및 27)와 스플라인 맞물리는 한 쌍의 액슬 샤프트(간결성을 위하여 본원에선 미도시)이다.

사이드 기어(25 및 27)는 상술된 좌, 우 액슬 샤프트를 수용하도록 적응되는 직선의 내부 스플라인(25S 및 27S)의 세트를 한정함으로써, 차동 커플링 장치(11)는 본 발명의 일부를 형성하지 않는 널리 공지된 방식으로 액슬 샤프트에 의해 토크를 결합된 차량 구동 휠(또한 미도시)에 전달한다. 그러나, 본원에 서술되고 도시된 구조는 단지 예이고 본 발명은 각종 다른 유형의 커플링 장치 구조에 사용될 수 있다는 것을 명백하게 이해하여야 한다.

도1를 계속해서 참조하면, 주 하우징 내(13)에 클러치 팩(29)가 배치되는데, 이 클러치 팩은 도2에 (비록 부분적으로) 더욱 상세하게 도시된 바와 같이 널리 공지된 바와 같이 주 하우징(13)에 의해 한정된 내부 스플라인의 세트와 스플라인 맞물리는 다수의 외부 디스크(31)를 포함한다. 게다가, 클러치 팩(29)은 널리 공지된 방식으로 외부 디스크(31)와 인터리빙되는 다수의 내부 디스크(33)를 포함하는데, 이 내부 디스크(33)는 커플링 소자(35)와 스플라인 맞물린다. 이 커플링 소자(35)는 좌측 액슬 샤프트와 스플라인 맞물리게 되도록 적응되는 내부 스플라인(35S)의 세트를 한정함으로써, 커플링 소자(35)가 본 실시예에서 사이드 기어(25)와 함께 회전하도록 고정되는데, 이는 이와 같은 스플라인 장치 또는 심지어 커플링 소자(35)의 존재 그 자체는 본 발명에 필수적인 것이 아니라는 것을 알 수 있다.

허브 하우징(15)은 주 하우징(13)의 인접 부분과 협동하여 클러치 어플라이 챔버(37)를 한정하고, 클러치 피스톤(39)은 클러치 어셈블리 챔버(37) 내에 배치되어 그 내에서 축방향으로 이동한다. 이와 같은 장치의 당업자에게 공지된 바와 같이, 클러치 어플라이 챔버(37)에서 유체 압력의 변화는 클러치 피스톤(39)에 의해 클러치 팩(29)에 이가되는 축방향 힘을 변화시켜 "바이어스 토크"를 변화시키는데, 즉 커플링 장치(11)의 입력으로부터 출력(사이드 기어(25 또는 27) 중 어느 하나)으로 클러치 팩(29)을 통해서 전달되는 토크를 변화시킨다.

도1과 관련하여 지금부터 도2를 참조하면, 허브 하우징(15)은 허브부(41)를 포함하고, 전형적으로, 주 하우징(13) 및 허브부(41)는 한쌍의 테이퍼링된 롤러 베어링 세트(43 및 45) 각각에 의해 정지식 외부 차동 하우징(본원에 미도시) 내에서 회전가능하게 지지되는데, 이들 세트의 외부 레이스는 간결성을 위하여 도면으로부터 생략된다. 커플링 장치(11)로의 직접적인 회전 입력은 전형적으로 주 하우징(13) 및 허브 하우징(15)의 플랜지를 정합시킴으로써 형성되는 방사상으로 신장하는 플랜지부(47)에 설치되는 링 기어인데, 이 링 기어는 개구(48)를 통고하는 다수의 볼트와 같은 임의의 적절한 수단에 의해 플랜지 부(47)에 부착된다. 따라서, 지금까지 서술된 모든 구조는 전형적으로, 차량의 나머지에 대해서 정지되는 외부 차동 하우징에 대해서 회전한다.

도1 및 도2를 계속 참조하면, 허브부(41)에 대한 주변 관계에서 배치되는 것 은 일반적으로 플래넘 어셈블리(51)이다. 도2에 최적으로 도시된 바와 같이, 플래넘 어셈블리(51)는 전형적으로 "그라운드"심볼에 의해 도1에 개요적으로 도시된 바와 같이 외부 차동 하우징 내에서 고정되는(정지)되는 플래넘 하우징을 포함한다. 이 플래넘 하우징(53)은 당업자에게 널리 공지된 방식으로 차동 하우징 내에 포함되는 유체 저장고 아래로 신장되는 입구부(55)를 포함한다. 저장고로부터 입구부(55)를 통해서 위로 이끌리는 유체는 환형 입구 챔버(57)로 들어간다.

지금부터 도2 및 도4를 참조하면, 본 발명의 한 가지 중요한 양상이 도시된다. 플래넘 하우징(53) 내에는 편심적 하우징 소자(58), 내부적으로-이맞물린 외부 로터(internally-toothed outer rotor)(59) 및 외부적으로-톱니모양의 내부 로터(61)을 포함하는 제로터 기어 세트이다. 내부 로터(61)는 스플라인 커넥션(63)에서 허브부(41)의 외부 원통형 표면과 스플라인 맞물려, 차동 커플링 장치(11)가 회전할 때마다 내부 로터(61) 및 외부 로터(59)가 회전하도록 하는데, 이는 전형적으로 반드시 그렇치 않지만 제로터 펌프(58, 59, 61)이 차량이 이동할 때마다 유체를 펌핑한다는 것을 의미한다. 본 발명이 스플라인 커넥션(63)에 의해 허브부(41)에 의해 구동되는 내부 로터(61)와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 이것이 본 발명을 제한하는 것이 아니고 본 발명의 범위 내에서 내부 로터(61)가 키 및 키웨이 또는 프레스-피트 관계 (press-fit relationship)와 같은 각종 장치 또는 임의의 다른 적절한 장치를 사용하여 구동될 수 있다는 것이 명백하다.

도4와 관련하여 지금부터 도2 및 도3을 참조하면, 플래넘 하우징(53)(이는 도4에서 생략된다)이 한쌍의 아치형 키드니-형 유체 챔버(65 및 67)를 한정하는 것 을 도시하는데, 이 챔버 각각은 입구 체크 밸브(69)를 통해서 환형 입구 챔버(570로부터의 입구 유체(도3에서 화살표로 도시)를 수용할 수 있는데, 이에는 유체 챔버(65 및 67) 각각과 결합되는 체크 밸브들(69) 중 하나가 존재한다. 차동 커플링 장치(11)로의 입력이 회전되어 로터(59 및 61)를 회전시키는데, 유체는 입구 챔버(57)로부터 유체 챔버(65 또는 67)과 결합되는 체크 밸브들(69) 중 어느 밸브를 통과하여 이끌리는데, 이 챔버는 제로터 기술에서 널리 공지된 볼륨 챔버에 대해서 용어 "신장"과 같이 로터(59 및 61) 간에 한정된 "신장하는" 볼륨 챔버로 개방된다.

로터(59 및 61)는 또한 제로터 기술에서 널리 공지된 용어처럼 "수축" 볼륨 챔버를 규정하고, 가압된 유체는 이로부터 이에 인접한 유체 챔버(65 또는 67)로 전달되고 이로부터 플래넘 하우징에 의해 한정되고 허브부(41)의 원통형 외부 표면을 둘러싸는 내부 그룹(71)(도3 참조)에 전달된다. 내부 그루브(71)의 양측 상에는 실링 부재(S)가 존재하는데, 이 실링 부재(S)의 구성에 관한 상세 사항은 본 발명의 범위를 넘지만, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에 참조된 상기 언급된 공동-계류중인 미국 특허 10/964,134로부터 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다.

플래넘 하우징(53)에 의해 한정된 내부 그루브(71)는 허브부(41)의 원통형 외부 표면에 대해 개방되는 일반적으로 축방향 유체 경로(73)와 일정하게 개방 유체 연결되어 있다. 유체 경로(73)는 허브부(41)에 의해 한정되고 클러치 어플라이 챔버(37)와 개방 유체 연결되어 있다. 따라서, 커플링 장치(11)의 입력의 양방향 회전을 위하여, 가압된 유체는 제로터 기어 세트의 출력으로부터 클러치 어플라이 챔버(37) 내로 전달된다.

지금부터 도2 및 도3을 참조하면, 다음 논의를 위하여 차동 커플링 장치(11)가 전진 구동 방향으로 회전하고 이에 다라서 키드니-형 유체 챔버(65)가 제로터 펌프의 가압된 출구를 포함한다라고 추정할 것이다. 커플링 장치(11)의 서술된 동작 모드에서, 가압된 유체는 유체 챔버(65)로부터 플래넘 하우징(53)에 의해 한정된 래디얼 유체 경로(75)(도2 참조)를 통해서 차동 커플링 장치(11) 외부에 있는 것으로서 본원의 도2 및 도3에 개략적으로 도시된 유체 도관(77)으로 전달되지만, 이는 명백히 본 발명의 필수적인 특징이 아니라 도3의 외부 제어 회로의 도시 및 설명을 용이하게 하기 위하여 도시된 것이다.

지금부터 도3을 참조하면, 유체 도관(77)은 체크 밸브(79)를 포함함으로써, 유체 챔버(65)가 제로터 펌프의 입구측이 되도록 장치(11)가 동작할 때 가압된 유체가 유체 도관(77)을 통해서 키드니 형 유체 챔버(65) 내로 흐르지 않도록 한다. 플래넘 하우징(53)은 또한 키드니-형 유체 챔버(67)와 유체 연결되는 래디얼 유체 경로(81)를 한정한다. 이 유체 경로(81)는 체크 밸브(79)에 대해서만 서술된 목적을 위하여 체크 밸브(85)를 포함하는 유체 도관(83)과 연결된다.

유체 도관(77 및 83)은 서로에 연결되고 어큐뮬레이터(87)의 포트(이는 "입구" 및 "출구"로서 작용한다)와 유체 연결된다. 제어 회로 내의 어큐뮬레이터(87)의 존재는 첨부된 청구항들 중 하나 이상에서 특히 언급된 범위를 제외하면 본 발명의 필수적인 특징이 아니지만, 대신 차동 커플링 장치(11) 및 이를 위한 제어 시스템의 확장된 기능 캐퍼빌러티의 일부를 주로 도시하기 위하여 도3의 제어 회로에 포함됨으로써, 본 발명에 결합된다.

플래넘 하우징(53)에 의해 한정된 내부 그루브(71)는 유체 경로(91)에 의해 상술된 바와 같은 클러치 어플라이 어셈블리(370 및 외부 유체 도관(89) 둘 다와 연결된다. 유체 경로(91)는 도3의 평면도에 도시되지 않음으로, 단지 점선으로만 도3에 표시된다. 그러므로, 차동 커플링 장치(11)가 동작할 때의 임의의 시점에서, 이 회전 방향이 발생되는 것과 관계없이, 유체 도관(89) 및 유체 경로(91)는 어플라이 챔버(37)에 압력을 나타내는 압력을 포함한다.

도3을 참조하면, 유체 도관(77 및 89)의 접합부와 연결되는 입구(94) 및 유체 도관(89)과 연결(이로 인해, 어플라이 챔버(37)와 연결)되는 출구들 중 한 출구를 3개의 위치, 3가지 방식의 솔레노이드-동작되는 제어 밸브(93)가 도시되어 있다. 제어 밸브(93)의 다른 출구는 전형적으로 외부 차동 하우징(본원에 도시되지 않음) 내의 섬프 영역(sump region)을 포함할 수 있는 시스템 저장고(R)로서 본원에 표시된 저압 유체 "소스"와 연결된다.

차동 커플링 장치(11)의 동작이 지금부터 설명될 것이다. 차량이 이동하고 주 하우징(13)이 회전할 때마다, 허브부(41)는 로터(59 및 61)를 구동시킴으로써 유체 도관(83)에 의해 체크 밸브(85)를 통해서 제어 밸브(93)의 입구(94)로 연결되는 유체 경로(81)에서 가압된 유체를 발생시킨다. 제어 밸브(93)로의 입력(95)(DCU로부터의 신호)에 응답하여, 가압된 유체는 밸브(93)를 통해서 전달되고 나서, 유체 도관(89)에 의해 유체 경로(91)로 그리고 내부 그루브(71)로 전달된다. 도3에서 알 수 있는 바와 같이, 제어 밸브(93)는 밸브의 2개의 극단 위치들 간에서 "무한적 으로 가변"됨으로써, 내부 그루브(71)에서(또한 클러치 어플라이 어셈블리(37)에서)압력은 어떤 곳에서도 펌프 출력 압력(경로(81)에서 압력) 및 저장고 압력(또는 어떠한 "저" 압력으로 구성되어도)간에서 조정될 수 있다.

본 발명의 한 양상을 따르면, 도3의 제어 시스템에 어큐뮬레이터의 존재는 커플링 장치(11)가 관련되는 차량의 임의의 이동에 앞서 맞물림 성능을 커플링 장치(11)에 제공한다. 제어 밸브(93)가 신호(95)의 부재시 스프링 바이어스될 때 입구(94)로부터의 흐름을 차단하는 성능 및 체크 밸브(79 및 85)의 존재로 인해, 가압된 유체는 어큐뮬레이터(87) 내에 유지된다. 그 후, 심지어 입력(하우징(13))의 회전 부재로 인해, 제어 밸브(93)는 상술된 바와 같이 어큐뮬레이터(87)로부터 내부 그루브(71)로 저장된 유체 압력의 일부를 전달하도록 작동될 수 있다. 이 방식으로, 심지어 차량이 정지상태에 있는 동안 커플링 장치(11)는 맞물릴 수 있고, 그 후, 토크를 전달할 수 있다.

상술된 바와 같이, 도1 내지 도4에 도시된 본 발명의 실시예는 전형적으로 인터-휠 차동 커플링 장치로서 사용되지만, 도5를 참조하면, 도1 내지 도4의 커플링 장치와 구조적으로 다소 상이하지만 동일한 발명의 개념을 이용한 동일한 일반적인 원리들을 토대로 동작하는 본 발명의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 도5에 도시된 대안적인 실시예에서, 이 소자들은 "100"을 넘는 참조 번호들이 병기되고 제1 실시예의 소자들에 대응하는 도5의 대안적인 실시예에서 이들 소자들은 도일한 참조 번호 더하기 "100"으로 병기될 것이다.

그러므로, 도5에서, 입력 샤프트(103)과 스플라인 맞물리는 입력 조인트 부 재(101)를 포함하는 차동 커플링 장치(111)가 도시되어 있다. 입력 샤프트(103)는 확대된 허브부(141) 및 더욱 확대된 주 하우징(113)을 포함한다. 주 하우징(113) 내에는 본원에 더욱 자세하게 설명되지 않은 클러치 팩(129)이 배치된다. 클러치 팩(129)은 입력(입력 샤프트(103) 및 주 하우징(113))으로부터 구동 토크를 출력 샤프트(본원에 도시되지 않음) 스플라인 맞물리도록 배치되는 내부 스플라인(135S)의 세트를 한정하는 출력 커플링 소자(135)로 전달하도록 동작될 수 있다. 출력 샤프트는 전형적으로 후방 구동축과 같은 장치에 입력 드라이브를 제공한다.

클러치 팩(129)에 인접하여 주 하우징(113)은 클러치 어플라이 챔버(137)를 한정하도록 하우징(113)과 협동하는 클러치 피스톤(139)이 배치되는 피스톤 챔버를 한정한다. 제1 실시예와 동일한 방식으로, 클러치 어플라이 챔버(137) 내의 가압된 유체는 클러치 팩(129)과 맞물려, 챔버(137) 내의 압력 레벨은 커플링 장치(111)의 바이어스 토크를 결정하도록 한다. 제1 실시예와 동일한 방식으로 허브부(141)를 둘러싸면, 환형 입구 챔버(157)를 한정하는 플래넘 하우징(153)이 존재하는데, 이 챔버로부터 유체는 편심 하우징 부재(158) 내에 배치되는 제로터 기어 펌프의 신장하는 볼륨 챔버로 이끌린다. 신장하는 볼륨 챔버는 내부적으로-톱니모양의 로터(159) 및 외부적으로-톱니모양의 로터(161) 간에서 한정된다. 제1 실시예와 동일한 방식으로, 외부적으로-톱니모양의 내부 로터(161)는 스플라인 커넥션(163)에 의해 입력 샤프트(103)와 맞물려 구동된다.

플래넘 하우징(153)은 래디얼 경로(105) 및 축방향 경로(173)에 의해 클러치 어플라이 챔버(137)와 연결되는 환형 내부 그루브(171)를 한정한다. 내부 그루 브(171)는 또한 솔레노이드 동작되는 압력 제어 밸브(193)와 연결됨으로써, 차동 커플링 장치(111)가 구동될 때마다, 제로터 펌프는 어플라이 챔버(137)에서 가압된 유체를 발생시키고 챔버(137) 내의 실제 압력(및 이로 인한 클러치 팩(129)에서 맞물림 정도 또는 토크 바이어스)은 압력 제어 밸브(193)로 전달되는 입력 신호에 비례하는데, 압력 제어 밸브(193)로의 입력 신호가 감소됨에 따라서 입구(107)가 도3에 도시된 시스템 저장고(R)과 같은 저압 유체 소스에 개방되도록 한다는 것을 이해하여야 한다.

압력 제어 밸브들 중 단지 하나(193) 만이 도5에 도시되었지만, 당업자는 커플링 장치(111)가 원하는 대로 신속하게 응답하도록 하기 위하여, 도5에 도시된 바와 같이 입구(107)에 대해서 동일한 위치에 2개 이상의 밸브들(193)이 각각 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제2 실시예의 차동 커플링 장치(111)는 도3에 도시된제어 회로 및 시스템과 결합하여 사용되지만, 도시를 간단히 하기 위하여, 이는 도5의 실시예로부터 생략되었다는 점에 유의하여야 한다. 그러므로, 제2 실시예에서, 제어 회로의 부분으로서 어큐뮬레이터가 포함되어, 압력 에너지가 상술된 바와 같이 저장되도록 하고 제2 실시예는 또한 심지어 차량 이동이 발생되기 전에 맞물릴 수 있도록 한다.

제로터 펌프의 당업자는 본 발명의 다른 실시예를 동작시 제로터 펌프의 입구측 상에서 캐비테이션을 방지하는데 적절한 수단(가령 체크 밸빙 등)을 제공할 필요가 있다는 것을 인지할 것이고 당업자는 적절한 "캐비티 방지" 수단을 선택하여 본 발명의 각 버전을 위한 수단을 미세 동조시키는 것을 충분히 인지할 것이라 고 여겨진다.

본 발명이 상술한 명세서에 더욱 상세하게 설명되었고, 본 발명의 각종 변경들 및 수정들이 본 명세서를 읽고 이해함으로써 당업자들에게 명백하게 될 것이다. 모든 이와 같은 변경들 및 수정들은 이들이 청구범위 내에 있는 한 본 발명에 포함된다.

본 발명의 커플링 장치는 개선된 맞물림 성능, 즉 커플링 장치가 맞물림해제 상태로부터 맞물린 상태로 전환할 때까지 시간 기간을 실질적으로 감소시키는 성능을 갖는다.

Claims

클러치 캐비티를 한정하는 회전가능한 하우징(13, 15; 113); 상기 클러치 캐비티에 배치되고 상기 하우징(13, 15; 113)과 함께 회전하도록 고정되는 제1 클러치 부재(31); 및 출력(25;l35)과 함께 회전하도록 고정되는 제2 클러치 부재(33)를 포함하는 클러치 어셈블리(29; 129)를 포함하는 커플링 장치(11;111)로서, 상기 하우징은 어플라이 챔버(37; 137) 및 상기 어플라이 챔버(37; 137)에 배치되고 상기 제1(31) 및 제2(33) 클러치 부재를 상기 어플라이 챔버(37; 137)에서 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크 전달 관계로 바이어스시키도록 동작될 수 있는 클러치 어플라이 부재(39)를 한정하며; 상기 커플링 장치(11; 111)는 상기 가압된 유체 소스 및 입력 변화들에 응답하여 상기 어플라이 챔버(37; 137)에서 유체 압력을 가변시키도록 동작될 수 있는 제어 밸브 수단을 포함하고; 상기 회전가능한 하우징(13, 15; 113)과 동작적으로 결합되고 이와 협동하여 상기 가압된 유체 소스 및 상기 어플라이 챔버(37) 간에 배치된 고압 유체 경로(73, 173)을 한정하는 고정식 플래넘 어셈블리(51; 153)를 포함하는, 커플링 장치(11; 111)에 있어서,

(a) 상기 가압된 유체 소스는 상기 로터의 회전에 응답하여 가압된 유체를 펌핑하도록 동작될 수 있는 로터(61; 161)를 포함하는 펌핑 소자(59, 61;159,161)를 포함하며;

(b) 상기 고정식 플래넘 어셈블리(51; 153)는 펌핑 챔버를 한정하고, 상기 펌핑 소자(59, 61; 159, 161)는 상기 고압 유체 경로(73; 173)으로 가압된 유체를 펌핑하도록 상기 펌핑 챔버 내에 동작적으로 배치되는데;

(c) 상기 펌핑 소자의 상기 로터(61; 161)에 상기 회전가능한 하우징(13, 15;113)의 회전 이동을 전달하도록 동작될 수 있는 구동 수단(63; 163)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회전가능한 하우징(13, 15; 113)은 외부 원통 표면을 한정하는 허브부(41;141)를 포함하고 상기 고정식 플래넘 어셈블리(51; 153)는 상기 허브부(41;141)의 상기 외부 원통 표면에 대한 주변 관계에 배치되는 커플링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 플래넘 소자(59, 61; 159, 161)의 상기 로터(61, 161)는 상기 허브부(41, 141)의 상기 외부 원통 표면에 대한 주변 관계에 배치되며, 상기 구동 수단은 내부 톱니(63, 163)를 한정하는 상기 로터(61; 161)를 포함하고 상기 외부 원통형 표면은 메이팅 톱니를 한정하는 커플링 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 고압 유체 경로(73;173)는 상기 허브부(41;141)의 상기 외부 원통형 표면에 의해 한정되는 개구를 포함하며, 상기 고압 유체 경로(73; 173)는 상기 개구로부터 일반적으로 축방향으로 상기 어플라이 챔버(37;137)로 신장하는 커플링 장 치.
제 1 항에 있어서,

상기 펌핑 소자는 내부적으로-톱니모양의 외부 로터(59; 159)를 포함하고, 이와 톱니가 맞물린, 상기 구동 수단(63; 163)에 의해 구동되는 상기 로터를 포함한 외부적으로-톱니모양의 내부 로터(61; 161)를 포함하는 제로터 기어 세트(59, 61; 159, 161)을 포함하는 커플링 장치.
클러치 캐비티를 한정하는 회전가능한 하우징(13, 15; 113); 상기 클러치 캐비티에 배치되고 상기 하우징(13, 15; 113)과 함께 회전하도록 고정되는 제1 클러치 부재(31) 및 출력(25;l35)과 함께 회전하도록 고정되는 제2 클러치 부재(33)를 포함하는 클러치 어셈블리(29; 129)를 포함하는 커플링 장치(11;111)용 제어 시스템으로서, 상기 하우징은 어플라이 챔버(37; 137) 및 상기 어플라이 챔버(37; 137)에 배치되고 상기 제1(31) 및 제2(33) 클러치 부재를 상기 어플라이 챔버(37; 137)에서 가압된 유체의 존재에 응답하여 토크 전달 관계로 바이어스시키도록 동작될 수 있는 클러치 어플라이 부재(39)를 한정하며; 상기 커플링 장치(11; 111)는 상기 회전가능한 하우징과 동작가능하게 결합되고 이에 의해 구동되는 상기 가압된 유체 소스(59, 61; 159, 161) 및 입력 변화들에 응답하여 상기 어플라이 챔버(37; 137)에서 유체 압력을 가변시키도록 동작될 수 있는 제어 밸브 수단(93; 193)을 포함하고; 상기 회전가능한 하우징(13, 15; 113)과 동작적으로 결합되고 이와 협동하여 상기 가압된 유체 소스 및 상기 어플라이 챔버(37) 간에 배치된 고압 유체 경로(73, 173)을 한정하는 고정식 플래넘 어셈블리(51; 153)를 포함하는 커플링 장치(11; 111)용 제어 시스템에 있어서,

(a) 상기 가압된 유체 소스(59, 61; 159, 161)는 상기 플래넘 어셈블리와 협동하여 상기 제어 밸브 수단(93; 193)의 입구(94)와 유체 연결되는 유체 출구(81, 83)를 한정하며,

(b) 상기 제어 시스템은 상기 유체 출구(81, 83) 및 상기 제어 밸브 수단의 상기 입구(94)와 유체 연결되는 포트를 갖는 어큐뮬레이터(87)를 더 포함함으로써, 상기 제어 밸브 수단은 상기 입력에 응답하여 상기 회전가능한 하우징(13, 15; 113)의 회전 부재시에 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 어플라이 챔버(37; 137)로 가압된 유체를 전달하도록 동작될 수 있는 커플링 장치용 제어 시스템.