KR20100094639A - 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 관한 것으로서, 엔진으로부터 전달되는 구동력을 고속 및 저속과, 2,4륜 구동으로 가변하여 제어할 수 있는 액츄에이터를 종래 대비, 단일개로 줄여 구동되도록 함으로써, 트랜스퍼 케이스의 제작 공정을 줄이는 동시에 제작 단가를 낮출 뿐만 아니라, 중량 감소를 도모할 수 있으며, 변속 패턴을 단순화하여 조작성을 향상시킬 수 있는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다.

트랜스퍼 케이스, 액츄에이터, 캠샤프트, 제1캠, 제2캠, 경사형 돌기

Description

단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스{Single actuator type transfer case}

본 발명은 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진으로부터의 동력을 고속 및 저속과 2,4륜 구동으로 가변하여 제어할 수 있도록 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다.

일반적으로, 4바퀴 차량은 구동방식에 따라서 2륜구동 방식과 4륜구동 방식으로 나눌 수 있다.

우선, 2륜구동 방식의 차량에 대하여 설명하면, 2륜구동 차량은 엔진과 변속기의 위치가 실제 구동륜의 위치에 따라 FR(Front Engine Rear Drive), FF(Front Engine Front Drive), RR(Rear Engine Rear Drive) 방식 등으로 나눌 수 있다.

이 중에서 RR 방식은 오늘날 일반적인 승용, SUV 타입의 차량보다는 스포츠카 등에만 쓰이고 있으며, 일반적으로 2륜구동 방식의 차량은 크게 FF와 FR 방식으로 볼 수 있다.

이러한 FF 방식과 FR 방식의 차량은 엔진과 변속기가 모두 차량의 앞쪽에 설치되는 반면, 그 배치가 상이하다. 그리고 FR방식의 차량은 일반적으로 엔진과 변속기가 차량의 전후 방향을 따라 배치되고 변속기로부터 추진축을 통해서 후륜까지의 동력전달이 가능한 구조를 가지며, FF 방식은 엔진과 변속기가 보통 차량의 측방향으로 배치되어 변속기와 일체로 이루어진 디퍼런셜(Differential)을 통해서 전륜으로 동력전달이 되는 구조를 갖게 된다.

다음으로, 4륜구동 방식의 차량에 대하여 설명하면, 엔진의 구동력을 4바퀴에 적절하게 공급하기 위하여 클러치와 변속장치 및 디퍼런셜 등을 적용하고 있으며, 상기 변속장치의 변속 방식에 따라 수동조작에 의해 전륜으로 가는 동력을 단속하는 파트 타임(part time)방식과, 항상 4륜 구동 상태를 유지하는 풀 타임(full time: 혹은 상시사륜)방식으로 구분 가능하다.

이러한 4륜구동 방식의 차량용 동력전달장치는 엔진과, 주행 상태에 따라 기어비의 변화를 주기 위한 변속기와, 상기 변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 주축과, 이 주축을 통해 전달되는 동력을 전륜과 후륜으로 분배함과 동시에 고속과 저속의 2가지 변속비를 보조적으로 갖는 일종의 보조변속기로서의 트랜스퍼 케이스가 구비된다.

그런데, 이러한 트랜스퍼 케이스는 고속 및 저속과 토크 분배를 제어하기 위하여 한 쌍의 모터구동 방식을 사용하게 되는 바, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 액츄에이터(100)에 연결된 캠을 통해 드럼 클러치(110)에 압력을 가할 수 있는 볼램프(120) 메커니즘과 고속 및 저속의 전환을 위한 포크(130)를 제어할 수 있도록 되어 있으며, 보조 액츄에이터(140)는 고속 및 저속과 드럼 클러치(110)의 구동여부를 선택하게 된다.

즉, 상기 메인 액츄에이터(100)의 회전에 따라 보조 액츄에이터(140)는 캠샤프트에 장착된 하이-로우 전환용 슬리브를 이동시켜 포크(130)를 구동시킬 것인지 혹은 볼램프(120)를 구동시킬 것인지를 선택하는 기능을 하게 되는 것이다.

그런데, 이와 같은 종래의 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스는 한 쌍의 액츄에이터(100,140)를 이용하는 구조로 되어 있어 비용 상승의 주요 원인으로 작용하게 되며, 중량 증가 등으로 인한 효율 감소 및 제어 로직 상의 복잡성 등의 문제점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 단일 개의 액츄에이터를 이용하여 전후륜의 토크 제어와, 고속 및 저속의 기어비를 동시 제어할 수 있도록 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 주축과 동일선상에서 엔진 동력의 전달이 이루어지도록 배치되는 구동 입력축 및 후륜 출력축과;

상기 구동 입력축에 장착된 유성기어 세트 및 상기 후륜 출력축에 장착된 드럼 클러치와;

상기 주축의 동력 전달이 이루어지지 않도록 배치되며 상기 드럼 클러치와 선택적으로 탈착되는 전륜 구동 스프로킷과;

상기 유성기어 세트 및 전륜 구동 스프로킷 사이에서 주축선상을 따라 좌,우 이동 가능하도록 장착되어 그 연결 상태를 가변하는 하이-로우 전환용 슬리브와;

상기 주축과 구동 입력축 사이의 하부에 이와 평행하게 배치되는 동시에 체인을 통해 전륜 구동 스프로킷과 연결되는 전륜 출력축과;

상기 드럼 클러치와 하이-로우 전환용 슬리브에 연결되어 각각 고속 및 저속과, 2,4륜 구동으로 가변하여 제어하는 동력전달수단과;

상기 동력전달수단에 연결되어 이를 구동하는 단일개의 액츄에이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 동력전달수단은 상기 액츄에이터에 연결되는 캠샤프트와;

상기 캠샤프트상에 구비되어 전,후륜의 토크를 제어하는 전,후륜가변 연결수단 및 고속 및 저속의 기어비를 제어하는 하이-로우 가변 연결수단에 상기 액츄에이터의 구동력을 각각 단계적으로 전달하는 제1 및 제2캠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전,후륜가변 연결수단은 상기 제2캠의 구동력이 드럼 클러치에 전달되어 상기 전륜 구동 스프로킷과 선택적으로 탈착되도록 하되, 제2캠의 회전력을 전달받아 전진 구동하는 파일롯트 피스톤과, 상기 파일롯트 피스톤의 구동을 통한 유압의 압축력이 이송되는 실린더 및 배관과, 상기 배관을 통해 전달된 유압의 압축력이 드럼 클러치의 구동으로 연결되도록 하는 작동 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 하이-로우 가변 연결수단은 상기 제1캠의 구동력이 하이-로우 전환용 슬리브에 전달되어 유성기어 세트와 선택적으로 결합되는 하이-로우 전환용 포크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2캠은 하이-로우 전환용 포크 및 파일롯트 피스톤이 왕복 운동할 수 있도록 경사형 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하이-로우 전환용 포크 및 파일롯트 피스톤은 회전하는 제1 및 제2캠의 경사형 돌기에 밀착되어 좌,우 이동하는 제1 및 제2캠롤러가 구비된 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 의하면, 구동수단인 액츄에이터를 하나로 줄여 제작 공정을 간단하게 함으로서 제작 단가를 낮춤은 물론, 중량 감소를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 변속 패턴을 단순화하여 조작성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 자동차용 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스는, 엔진과 변속기가 차량의 전후 방향을 따라 배치되고 변속기로부터 추진축을 통해서 후륜까지의 동력전달이 가능한 FR방식의 차량에 적용되는 것으로서, 주변속기의 일측에 설치되어 전,후륜으로 전달되는 엔진의 동력을 분배하기 위하여, 엔진으로부터의 동력을 변속기를 통하여 전달받는 주축(10)과 동일선상에서 구동 입력축(11) 및 후륜 출력축(12)이 서로 동력 전달이 이루어지도록 배치되며, 상기 주축(10)과 구 동 입력축(11) 사이의 하부에는 이와 평행하게 전륜 출력축(13)이 배치된다.

상기 구동 입력축(11)상에는 유성기어 세트(20)가 장착되고, 그 후방에는 상기 주축의 동력 전달이 이루어지지 않도록 배치되어 있는 전륜 구동 스프로킷(14)이 장착되며, 그 사이에는 하이-로우 전환용 슬리브(16)가 주축선상을 따라 좌,우로 이동 가능하도록 장착되어 그 연결 상태를 가변하게 된다.

또한, 상기 후륜 출력축(12) 상에는 전륜 구동 스프로킷(14)과 선택적으로 탈착 가능하게 구동되는 드럼 클러치(30)가 구비되어 있다.

상기 드럼 클러치(30)는 통상의 마찰판(31) 및 반작용판(32)에 의해 토크 전달이 가능한 클러치 팩으로서, 상기 반작용판(32)의 일측에는 후술하는 파일롯트 피스톤(45)의 작동에 의한 발생 유압에 의해 그 반작용판(32)을 상기 전륜 구동 스프로킷(14) 방향으로 밀도록 작동 피스톤(33)이 구비되어 있다.

그리고, 상기 전륜 출력축(13) 상에는 전륜 출력 스프로킷(15)이 일체로 형성되며, 이 전륜 출력 스프로킷(15)은 상기 구동 입력축(11) 상에 결합되어 있는 전륜 구동 스프로킷(14)과 체인(17)을 매개로 연결되어 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 구동 입력축(11) 및 전륜 출력축(13) 사이에는 2개의 캠(42,43)이 축선 상에 장착되어 있는 캠샤프트(41)를 회전 구동시키되, 토크 분배 제어를 위하여 압력센서(미도시)에서 측정된 압력을 토대로 연산된 토크 전달률에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하는 단일개의 액츄에이터(40)가 구비되어 있다.

상기 캠샤프트(41) 상에 구비되어 있는 제1 및 제2캠(42,43)은 각각 고속 및 저속과, 2,4륜 구동으로 가변하여 제어하는 동력전달수단인 원통캠으로서, 원통 표면에 경사형 돌기(42a,43a)가 형성되어 제1 및 제2캠(42,43)이 회전하면 그 경사형 돌기(42a,43a)에 의해 하이-로우 가변 연결수단인 하이-로우 전환용 포크(44)와 전,후륜가변 연결수단인 파일롯트 피스톤(45)이 캠샤프트(41)에 평행하게 왕복 운동을 하도록 되어 있다.

이때, 상기 원통캠의 경사형 돌기(42a,43a)에 의해 상기 하이-로우 전환용 포크(44) 및 파일롯트 피스톤(45)이 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 하이-로우 전환용 포크(44) 및 파일롯트 피스톤(45)에는 경사형 돌기(42a,43a)에 밀착 가능하도록 된 제1 및 제2캠롤러(44a,45a)가 구비되어 있다.

상기 제1캠(42)에 의해 작동하는 상기 하이-로우 전환용 포크(44)는 상기 하이-로우 전환용 슬리브(16)에 연결되어 있으며, 상기 제2캠(43)에 의해 작동하는 파일롯트 피스톤(45)은 작동 유압이 상기 드럼 클러치(30) 내에 작용되도록 배관(47)을 통해 연통되어 있는 실린더(46) 내에 삽입되어 있다.

따라서, 상기 하이-로우 전환용 포크(44)의 구동을 통해 이와 맞물려 있는 하이-로우 전환용 슬리브(16)가 유성기어 세트(20)의 선기어와 캐리어를 선택적으로 체결하면서 엔진 동력이 고속 및 저속으로 전환되어 후륜 출력축(12)으로 전달될 수 있게 된다.

또한, 상기 파일롯트 피스톤(45)의 전진 구동을 통해 작동 피스톤(33)에까지 도달되어 있는 유압을 압축하게 되어 그 작동 피스톤(33)의 작동에 의한 마찰판(31) 및 반작용판(32)의 압착으로 드럼 클러치(30)에 토크를 분배하게 되고, 상 기 드럼 클러치(30)와 연결된 전륜 구동 스프로킷(14)에 토크를 분배하여 그 토크가 체인(17)을 통해 전륜 출력축(13)으로 전달될 수 있게 된다.

이때, 상기 하이-로우 전환용 포크(44) 및 파일롯트 피스톤(45)을 구동시키는 제1 및 제2캠(42,43)은 액츄에이터(40)의 회전 각도에 따라 그 작동 순서를 달리하도록 되어 있는 바, 1단계로 오토모드(2H→4H) 구간의 작동을 위해 액츄에이터(40)의 회전 각도를 일정 각도 회전시켜 파일롯트 피스톤(45)이 구동할 수 있도록 되며, 2단계로 4륜 감속변환모드(4H→4L) 구간의 작동을 위해 1단계의 액츄에이터(40) 회전 각도보다 더 회전시켜 하이-로우 전환용 포크(44)가 구동할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 상기 하이-로우 전환용 포크(44) 및 파일롯트 피스톤(45)이 각각 시간차를 두고 작동하는 것은 상기 제1 및 제2캠(42,43)의 경사형 돌기(42a,43a)의 경사면 시작점이 제2캠(43)이 먼저 제2캠롤러(45a)를 밀고, 다음 단계에서 제1캠(42)이 제1캠롤러(44a)를 밀 수 있도록 서로 다른 위치에 형성되어 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 파일롯트 피스톤(45)의 단면적과 작동 피스톤(33)의 단면적의 비에 의해 클러치의 수직 압착력에 대한 증폭 효과를 얻을 수 있으며, 상기 원통캠의 경사형 돌기(42a,43a)의 형상에 따라 클러치의 압착력 증대 효과를 도모할 수 있다.

한편, 미설명부호 48은 상기 파일롯트 피스톤(45)이 제2캠(43)에 의해 작동 한 후 원상태로 리턴되도록 하는 리턴 스프링을 나타낸다.

이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 대한 작동을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스의 오토모드(2H→4H) 구간의 작동상태를 나타내는 작동도이며, 도 3은 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스의 4륜 감속변환모드(4H→4L) 구간의 작동상태를 나타내는 작동도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 일반 도로 주행시의 2륜 고속 구동(2H)으로 트랜스퍼 케이스를 조절하게 되는 바, 변속기를 통하여 주축으로 전달되는 엔진 동력은 주축(10)에서 고속의 엔진 동력 그대로 구동 입력축(11)에 전달되고, 다시 구동 입력축(11)에서 유성기어 세트(20)을 거쳐 후륜 출력축(12)으로 전달된다.

이때, 상기 유성기어 세트(20)의 선기어(미도시)와 하이-로우 전환용 슬리브(16)가 치합되면서 엔진 동력이 후륜 출력축(12)에 전달되어 후륜측 2륜 고속 구동(2H)이 이루어지게 된다.

이러한 2륜 고속 구동(2H)에서, 험로 등을 주행하게 되어 상기 트랜스퍼 케이스를 오토모드인 4륜 고속 구동(4H)으로 전환하고자 할 경우, 엔진 구동력이 후륜 출력축(12)에 전달되는 상태에서, 액츄에이터(40)를 구동시켜 캠샤프트(41)를 회전시키게 되면 그 캠샤프트(41) 상에 고정되어 있는 제1 및 제2캠(42,43)이 회전하게 되는데, 상기 캠샤프트(41)의 일정 회전 구간에서 상기 제2캠(43)이 먼저 제2캠롤러(45a)를 밀어 파일롯트 피스톤(45)이 전진 구동하게 되고, 이로 인하여 작동 피스톤(33)까지 채워져 있는 저장유를 압축하게 되면 그 유압은 엔진 구동력에 의 해 회전하고 있는 드럼 클러치(30)를 전륜 구동 스프로킷(14)과 결합되도록 하여 그 엔진 구동력이 체인(17)을 통해 전륜 출력축(13)에 전달되므로 4륜 고속 구동(4H)이 이루어지게 된다.

또한, 상기 4륜 고속 구동(4H)에서, 상기 트랜스퍼 케이스를 4륜 감속변환모드(4H→4L)인 4륜 저속 구동(4L)으로 전환하고자 할 경우, 액츄에이터(40)를 구동시켜 캠샤프트(41)의 회전 각도를 상기한 오토모드 구간보다 더 회전시키게 되면 제1캠(42)이 제1캠롤러(44a)를 밀어 하이-로우 전환용 포크(44)가 하이-로우 전환용 슬리브(16)를 유성기어 세트(20)의 선기어에서 이탈시켜 캐리어(미도시)와 치합되도록 한다.

즉, 엔진의 구동력이 하이-로우 전환용 슬리브(16)에 의해 유성기어 세트(20)의 선기어에서 단절되는 대신, 캐리어를 통해 후륜 출력축(12)에 전달되는 바, 상기 유성기어 세트(20)의 캐리어를 통해 동력이 감속되어 전달되므로 4륜 저속 구동(4L)이 이루어지게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스의 오토모드(2H→4H) 구간의 작동상태를 나타내는 작동도,

도 3은 본 발명에 따른 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스의 4륜 감속변환모드(4H→4L) 구간의 작동상태를 나타내는 작동도,

도 4는 종래의 자동차용 트랜스퍼 케이스를 나타내는 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 주축 11 : 구동 입력축

12 : 후륜 출력축 13 : 전륜 출력축

14 : 전륜 구동 스프로킷 15 : 전륜 출력 스프로킷

16 : 하이-로우 전환용 슬리브 17 : 체인

20 : 유성기어 세트 30 : 드럼 클러치

31 : 마찰판 32 : 반작용판

33 : 작동 피스톤 40 : 액츄에이터

41 : 캠샤프트 42 : 제1캠

43 : 제2캠 44 : 하이-로우 전환용 포크

45 : 파일롯트 피스톤 46 : 실린더

47 : 배관 48 : 리턴 스프링

Claims (8)

1. 주축과 동일선상에서 엔진 동력의 전달이 이루어지도록 배치되는 구동 입력축 및 후륜 출력축과;

   상기 구동 입력축에 장착된 유성기어 세트 및 상기 후륜 출력축에 장착된 드럼 클러치와;

   상기 주축의 동력 전달이 이루어지지 않도록 배치되며 상기 드럼 클러치와 선택적으로 탈착되는 전륜 구동 스프로킷과;

   상기 유성기어 세트 및 전륜 구동 스프로킷 사이에서 주축선상을 따라 좌,우 이동 가능하도록 장착되어 그 연결 상태를 가변하는 하이-로우 전환용 슬리브와;

   상기 주축과 구동 입력축 사이의 하부에 이와 평행하게 배치되는 동시에 체인을 통해 전륜 구동 스프로킷과 연결되는 전륜 출력축과;

   상기 드럼 클러치와 하이-로우 전환용 슬리브에 연결되어 각각 고속 및 저속과, 2,4륜 구동으로 가변하여 제어하는 동력전달수단과;

   상기 동력전달수단에 연결되어 이를 구동하는 단일개의 액츄에이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동력전달수단은 상기 액츄에이터에 연결되는 캠샤프트와;

   상기 캠샤프트상에 구비되어 전,후륜의 토크를 제어하는 전,후륜가변 연결수단 및 고속 및 저속의 기어비를 제어하는 하이-로우 가변 연결수단에 상기 액츄에이터의 구동력을 각각 단계적으로 전달하는 제1 및 제2캠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전,후륜가변 연결수단은 상기 제2캠의 구동력이 드럼 클러치에 전달되어 상기 전륜 구동 스프로킷과 선택적으로 탈착되도록 하되, 제2캠의 회전력을 전달받아 전진 구동하는 파일롯트 피스톤과, 상기 파일롯트 피스톤의 구동을 통한 유압의 압축력이 이송되는 실린더 및 배관과, 상기 배관을 통해 전달된 유압의 압축력이 드럼 클러치의 구동으로 연결되도록 하는 작동 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
4. 제3항에 있어서,

   상기 실린더는 그 내측에 파일롯트 피스톤이 제2캠에 의해 작동한 후 원상태로 리턴되도록 리턴 스프링이 장착된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
5. 제2항에 있어서,

   상기 하이-로우 가변 연결수단은 상기 제1캠의 구동력이 하이-로우 전환용 슬리브에 전달되어 유성기어 세트와 선택적으로 결합되는 하이-로우 전환용 포크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2캠은 하이-로우 전환용 포크 및 파일롯트 피스톤이 왕복 운동할 수 있도록 경사형 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
7. 제6항에 있어서,

   상기 하이-로우 전환용 포크 및 파일롯트 피스톤은 회전하는 제1 및 제2캠의 경사형 돌기에 밀착되어 좌,우 이동하는 제1 및 제2캠롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 경사형 돌기는 액츄에이터의 회전 각도에 따라 각각의 캠롤러가 시간차를 두고 왕복 운동 가능토록 그 경사면의 시작점이 서로 다른 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스.

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