KR20140043679A - 윤활 조절되는 트랜스퍼 케이스 - Google Patents

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필리프 에브너
요하네스 크베엔베르거
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마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
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Abstract

본원 발명은 입력 샤프트, 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트를 가지고, 그리고 입력 샤프트를 통해서 도입되는 구동 모멘트를 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트로 선택적으로 분배하기 위한, 클러치를 가지는 토크 전달 장치를 구비하는 분배 기어 메커니즘에 관한 것이고, 체인 드라이브 또는 기어 스테이지들이 토크 전달 장치와 제 2 출력 샤프트 사이에서 활성화되고, 하부 코그(cog)가 윤활 오일을 가지는 오일 섬프 내에 결합되고 그리고 윤활 오일이 체인 또는 기어 스테이지들에 의해서 상부 코그의 방향을 따라 오일 섬프로부터 이송될 수 있고, 윤활 오일을 수집하기 위해서 오일 저장부가 제공되며, 배출구 개구부가 오일 섬프 내로 개방되고 그리고 클러치를 활성화시킬 수 있는 조정 메커니즘을 통해서 제어될 수 있다.

Description

윤활 조절되는 트랜스퍼 케이스{TRANSFER CASE WITH A REGULATED LUBRICATION}
본원 발명은, 입력 샤프트, 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트를 가지고, 그리고, 토크 전달 장치를 가지는 분배 기어 메커니즘에 기초하며, 토크 전달 장치는 입력 샤프트를 통해서 도입되는 구동 모멘트를 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트로 선택적으로 분배하기 위한 클러치를 가지며, 체인 드라이브 또는 기어 스테이지들이 토크 전달 장치와 제 2 출력 샤프트 사이에서 활성화되고, 하부 코그(cog; 기어의 이)가 윤활 오일을 가지는 오일 섬프(sump) 내에 결합되고 그리고 윤활 오일이 체인 또는 기어 스테이지들에 의해서 상부 코그의 방향을 따라 오일 섬프로부터 이송될 수 있고, 윤활 오일을 수집하기 위해서 오일 저장부가 제공되며, 조정 메커니즘에 의해서 폐쇄될 수 있는 배출구 개구부가 상기 오일 섬프 내로 개방된다.
모터 차량 내의 분배 기어 메커니즘들은 2개의 차량 차축들(axles)로 구동 모멘트를 가변 분배하는 역할을 한다. 이를 위해서, 분배 기어 메커니즘이 입력 샤프트, 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트를 구비한다. 입력 샤프트가 모터 차량의, 예를 들어, 내연 기관의 드라이브 유닛에 연결된다. 제 1 출력 샤프트가, 특히 제 1 차축 차동장치(differential)를 경유하여 모터 차량의 제 1 차축에, 예를 들어, 후방 차축에 연결된다. 제 2 출력 샤프트는, 특히 제 2 차축 차동장치를 경유하여, 모터 차량의 제 2 차축에, 예를 들어, 전방 차축에 연결된다.
분배 기어 메커니즘은, 제 1 출력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트로 선택적으로 분배하기 위해서 클러치를 가지는 토크 전달 장치를 더 포함하고, 상기 분배 기어 메커니즘의 구동 모멘트는 입력 샤프트를 통해서 도입된다. 예를 들어, 제 1 출력 샤프트가 입력 샤프트와 일체로 형성될 수 있고 또는 입력 샤프트에 대해서 서로 상대적으로 회전되지 않게(rotationally fixed) 연결되며, 마찰 클러치는 입력 샤프트를 선택적으로 제 2 출력 샤프트에 또한 가변적으로 커플링시킨다. 그 대신에, 예를 들어, 토크 전달 장치가 중간 차축 차동 기어 메커니즘을 포함할 수 있을 것이고, 마찰 클러치가 입력 샤프트와 2개의 출력 샤프트들 중 하나 사이에서(또는 양 출력 샤프트 사이에서) 활성화되어, 중간 차축 차동 기어 메커니즘을 가변적인 방식으로 선택적으로 차단할 수 있을 것이다.
입력 샤프트 및 제 2 출력 샤프트가 일반적으로 상이한 높이들에 배열되고, 오프셋 드라이브가 토크 전달 장치와 제 2 출력 샤프트 사이에 제공된다. 이러한 오프셋 드라이브는, 체인을 통해서 연결된 하부 스프로켓 및 상부 스프로켓을 가지는 체인 드라이브로서 형성될 수 있다. 하부 스프로켓은 제 2 출력 샤프트와 서로 상대적으로 회전되지 않게 커플링된다. 상부 스프로켓은 토크 전달 장치의 출력 요소와 서로 상대적으로 회전되지 않게 커플링된다. 그 대신에 연결이 기어 스테이지들을 통해서 생성된다.
분배 메커니즘이 그 자체의 오일 섬프를 필요로 하지 않도록 하기 위해서, 체인 드라이브의 체인이 오일 이송 장치로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 하부 스프로켓이 윤활 오일로 충진된 오일 섬프와 결합되며, 윤활 오일이 체인에 의해서 상부 스프로켓의 방향을 따라서 오일 섬프로부터 이송된다. 체인 드라이브의 상단부에서, 윤활 오일이 체인으로부터 비산되고(flung off) 그리고, 예를 들어, 포획(capture) 장치에 의해서 포획될 수 있고 그리고 그로부터 윤활 지점들(예를 들어, 마찰 클러치 및 베어링들)의 방향으로 안내될 수 있다.
공지된 분배 기어 메커니즘들의 하나의 단점은, 오일 섬프와 결합되는 하부 스프로켓, 또는 오일 섬프를 통해서 유도되는 하단부 기어 스테이지로 인해서, 바람직하지 못한 튐(splash) 손실들이 발생된다는 것이고, 다시 말해서 오일 섬프 내에서 발생되는 항력 모멘트(drag moment)가 분배 기어 메커니즘의 효율을 저하시킨다는 것이다. 또한, 결과적으로, 오일 섬프 내의 윤활 오일의 온도가 증가되며, 그에 따라 윤활 오일의 냉각 효과가 저하된다.
WO 2012/038022는 오일 섬프 내로 개방된 오일 저장부 내의 배출구 개구부를 가지는 분배 기어 메커니즘을 개시하고, 여기에서 체인이 오일 저장부의 배출구 개구부에 배열되며, 그에 따라 체인은 오일 저장부 내에 수집된 윤활 오일의 오일 섬프 내로의 배출 유동에 대해서 초크 작용을 한다(chokes). 여기서, 액추에이터는 클러치에 연결되지 않는다.
모터 차량의 에너지 효율에 대한 요구가 지속적으로 증가되고 있다는 점을 고려할 때, 본원 발명의 목적은 전술한 타입의 분배 기어 메커니즘을 생성하는 것으로서, 그러한 분배 기어 메커니즘은, 오일 내의 체인 드라이브의 튐으로 인한 손실들이 적은, 그리고 오일 펌프의 이중적(dual) 이용으로 인한 단순한 구성을 허용하는, 견고하고(robust) 신뢰할 수 있는 구성을 가진다.
바람직하게, 상기 목적은, 오일 준위 제어를 위한 조정 메커니즘 및 클러치가 수압 작동식 메커니즘에 의해서 동시에 활성화될 수 있다는 점에서 달성된다.
바람직하게, 수압 작동식 메커니즘이 오일 섬프이고, 그 흡입 측부가 조정 메커니즘(1)에 연결된다. 오일 섬프가 일방향 밸브를 통해서 조정 메커니즘에 연결되는 것이 바람직하다.
스프링에 의해서 또한 활성화될 수 있는 플랩(flap) 상에서 작용하는 액추에이터를 조정 메커니즘이 포함하는 것이 바람직하다.
본원 발명은 바람직한 실시예들 및 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로서 이하에서 설명된다.
도 1은 폐쇄 메커니즘을 가지는 분배 기어 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 2는 제 1 페이즈(phase)에서 수압식 메커니즘의 제 1 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 제 2 페이즈에서 수압식 메커니즘의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 폐쇄 메커니즘의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 분배 기어 메커니즘이 2-피스 하우징을 구비하고, 그러한 2 피스 중 하나의 절반부(11)만이 도시되어 있다. 하우징 절반부(11)가 플랜지 면(13)을 가지고, 상기 플랜지 면 상에는, 장착 상태에서, 다른 하우징 절반부(미도시)의 연관된 플랜지 면이 놓이게 된다. 입력 샤프트(15)가 롤러 베어링(미도시)에 의해서 회전가능하게 하우징 내에 장착되고 그리고 제 1 출력 샤프트(17)와 일체로 형성된다. 또한, 제 2 출력 샤프트(19)가 하우징 내에 회전가능하게, 입력 샤프트(15)(이하에서, 입력 샤프트(15))에 대해서 오프셋되고 평행하게 장착된다. 입력 샤프트(15)는 억지 끼워 맞춤(force fit)에 의해서 모터 차량의 드라이브 유닛에 대해서, 예를 들어 내연 기관과 연관된 메인 기어 메커니즘의 출력 요소에 대해서 연결된다. 제 1 출력 샤프트(17)가 예를 들어 억지 끼워 맞춤에 의해서 모터 차량의 후방 차축의 차축 차동장치에 연결되는 한편, 제 2 출력 샤프트(19)가 억지 끼워 맞춤에 의해서 모터 차량의 전방 차축의 차축 차동장치에 연결된다. 마찰 클러치(미도시)에 의해서, 공지된 방식으로, 입력 샤프트(15)를 통해서 도입된 구동 모멘트의 일부가 제 2 출력 샤프트(19)로 그에 따라 모터 차량의 전방 차축으로 선택적으로 전송될 수 있다.
이를 위해서, 체인 드라이브(21)가 마찰 클러치와 제 2 출력 샤프트 사이에서 활성화되고, 상기 마찰 클러치의 제 1 부분이 입력 샤프트(15)에 대해서 서로 상대적으로 회전되지 않게 연결되고 그리고 상기 마찰 클러치의 제 2 부분이 체인 드라이브(21)의 상부 스프로켓(23)에 대해서 서로 상대적으로 회전되지 않게 연결된다. 상부 스프로켓(23)이 체인(25)을 통해서 하부 스프로켓(27)에 연결된다. 하부 스프로켓(27)이 제 2 출력 샤프트(19)에 대해서 서로 상대적으로 회전되지 않게 연결된다.
하부 스프로켓(27) 및 상기 하부 스프로켓(27) 상에 놓이는 체인(25)의 일부가 오일 섬프(31) 내로 결합되고, 상기 오일 섬프는, 그 하단부 영역 내에서, 하우징 절반부(11)를 형성하고 그리고 윤활 오일의 일부로 충진되고, 상기 윤활 오일은 분배 기어 메커니즘의 성분들을 윤활 및/또는 냉각하는 역할을 하고, 특히 상기 마찰 클러치의 플레이트들을 윤활 및 냉각하는 역할을 한다. 분배 기어 메커니즘의 동작 중에, 오일 섬프(31) 내의 윤활 오일이 체인(25)에 의해서 상부 스프로켓(23)의 방향으로 체인 도관(29)을 따라서 이송될 수 있다. 상부 스프로켓(23)의 영역에서, 이송된 윤활 오일이 예를 들어 비산되거나 긁어서 제거(scraped off)될 수 있고, 이어서 윤활 오일이 적절한 공급 장치를 통해서, 예를 들어 채널을 통해서, 상기 마찰 클러치로 그리고, 적용가능한 경우에, 추가적인 윤활 지점들(예를 들어, 베어링)로 공급된다.
오일 섬프(31)에 더하여, 오일 저장부(33)가 도시된 하우징 절반부(11) 내에 형성된다. 오일 저장부(33)는, 상기 마찰 클러치(및, 적용가능한 경우에, 베어링들)의 적절한 윤활 및 냉각 후에, 적절한 복귀 장치(예를 들어, 채널 또는 라인)를 통해서 오일 저장부(33) 내로 완전히 또는 대부분 안내되는 윤활 오일을 수집하는 역할을 한다. 오일 저장부(33)는 하부 스프로켓(27)의 회전 축(A)과 관련하여 오일 섬프(31)에 대해서 방사상으로 오프셋되어 배열된다.
본원 발명에 따른 해결책을 위한 하나의 조건은, 분배 기어 박스 내의 클러치가 공통(common) 오일 펌프에 의해서 동작되고 그에 따라 "클러치 폐쇄" 및 "오일 섬프 내의 오일 준위의 증가"라는 2가지 기능들이 소통 압력 조건들에서 동시에 실시된다.
도 2는 연결부(2)를 통해서 오일 펌프(9)에 연결된 클러치(10)를 구비하는 수압식 메커니즘의 구조를 도시한다.
이러한 오일 펌프(9)의 흡입 측부는 차단(shut-off) 메커니즘(1) 상으로 작용하는 액추에이터(7)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 차단 메커니즘은 스프링(8)에 대항하여(against) 폐쇄되는 플랩(6)으로 이루어진다. 플랩은, 스프링 장력하에서, 오일 섬프(31)에 대하여 하우징(11)의 오일 저장부를 폐쇄한다. 클러치(10)와 오일 저장부(33) 사이의 과압 밸브(3)를 통해서 유입 라인에 대해서 병렬인 연결이 이루어진다.
만약 클러치(10)에서 모멘트가 요구되지 않는다면, 오일 펌프(9)가 도면에 도시된 방향으로 동작될 수 있고 그에 따라 흡입 측부의 방향으로 클러치(10)로부터 오일을 펌핑할 수 있다. 흡입 측부에 배열된 일방향 밸브는 흡입 측부에서의 압력 축적을 허용하고, 그에 따라 오일 펌프가 차단 메커니즘(1)에 대해서 액추에이터(7)를 동작시킨다. 그에 따라, 오일 섬프(31) 내의 오일 준위가 낮은 반면, 하우징(11) 내의 오일 준위가 높다. 결과적으로, 오일 섬프 내의 튐 손실들이 최소화된다. 적은 오일만이 이송되나, 클러치가 개방되고 윤활을 필요로 하지 않는 경우에는, 이러한 것이 필수적이지 않다.
만약 클러치에서 모멘트가 다시 요구된다면, 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프의 작동 방향이 다시 반전되고, 흡입 라인 내의 압력이 강하되고 그리고 액추에이터가 비활성화된다. 만약 이제 클러치가 활성화되거나 스위칭된다면, 오일 펌프(9)가 클러치(10)의 방향으로 오일을 펌핑하고, 그에 따라 클러치가 폐쇄된다.
클러치의 방향을 따른 펌프 파워로 인해서, 흡입 라인 내의 압력이 강하되고 그리고 액추에이터(7)가 비활성화된다. 차단 메커니즘(1)이 오일 포획 챔버와 오일 섬프 사이의 연결을 개방한다. 수집된 오일이 체인 또는 코그로 유동하고 그리고 이제 클러치의 냉각 및 성분들의 윤활을 위해서 이용될 수 있다.
반대 회전 중에 모터-펌프 유닛이 과부화되지 않도록 하기 위해서, 그리고 개방 방향으로의 펌프의 신뢰가능한 회전을 보장하기 위해서, 오버플로우 장치가 액추에이터의 피스톤 상에 제공될 수 있다. 도 4의 상부 부분은 오버플로우 장치를 도식적으로 도시한다.
오버플로우하는 오일이 오일 저장부로 직접적으로 유도될 수 있고 또는 목표화된(targeted) 방식으로 공급하고자 하는 성분들 또는 필터로 유도될 수 있다. 후자의 실시예가 도면에서 추가적으로 도시되어 있지는 않다. 만약 플랩의 스프링이 충분히 높은 배압을 생성한다면, 그러한 압력이 클러치의 재폐쇄 및 클러치의 모멘트 축적을 지원할 수 있다.
도 4의 하부 부분에 도시된 바와 같이, 플랩 액추에이터 상의 피스톤이 펌프의 방향을 따른 이동-의존형(travel-dependent) 오일 유동(35)을 허용한다면, 일방향 밸브가 생략될 수 있을 것이다.
1 폐쇄 메커니즘
2 클러치 공급부
3 과압 밸브
4 전기 모터
5 일방향 밸브
6 플랩
7 액추에이터
8 스프링
9 오일 펌프
10 클러치
11 하우징 절반부
13 플랜지 표면
15 입력 샤프트
17 제 1 출력 샤프트
19 제 2 출력 샤프트
21 체인 드라이브
23 상부 스프로켓
25 체인
27 하부 스프로켓
29 체인 도관
31 오일 섬프
33 오일 저장부
34 오버플로우
35 오일 스트림

Claims (8)

  1. 입력 샤프트(15), 제 1 출력 샤프트(17) 및 제 2 출력 샤프트(19)를 가지고, 그리고, 토크 전달 장치를 가지는 분배 기어 메커니즘으로서, 토크 전달 장치는 상기 입력 샤프트를 통해서 도입되는 구동 모멘트를 상기 제 1 출력 샤프트 및 상기 제 2 출력 샤프트로 선택적으로 분배하기 위한 클러치(10)를 가지고, 체인 드라이브 또는 기어 스테이지들이 상기 토크 전달 장치와 상기 제 2 출력 샤프트 사이에서 활성화되고, 하부 코그가 윤활 오일을 가지는 오일 섬프(27)에 결합되고 그리고 윤활 오일이 체인 또는 기어 스테이지들에 의해서 상부 코그의 방향을 따라 상기 오일 섬프로부터 이송될 수 있고, 윤활 오일을 수집하기 위해서 오일 저장부(33)가 제공되며, 조정 메커니즘(1)에 의해서 폐쇄될 수 있는 배출구 개구부(35)가 상기 오일 섬프(31) 내로 개방되는, 분배 기어 메커니즘에 있어서,
    상기 조정 메커니즘(1) 및 상기 클러치(10)가 수압 작동식 메커니즘(9, 4)에 의해서 동시에 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수압 작동식 메커니즘이 오일 펌프(9)이고, 상기 오일 펌프의 흡입 측부가 상기 조정 메커니즘(1)에 연결되는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 펌프(9)가 일방향 밸브(5)를 통해서 상기 조정 메커니즘에 연결되는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘이, 상기 플랩(6)에 작용하는 액추에이터(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터(7)가, 오버플로우 장치(34)를 포함하는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버플로우 장치(34)가 오버플로우되는 오일을 분리된 컨테이너로 또는 소비처로 직접적으로 유도하는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랩이 스프링(8)에 대항하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 액추에이터(7)의 피스톤이 상기 오일 펌프의 방향으로 피스톤-이동-의존형 오일 스트림(35)을 제공하는 것을 특징으로 하는 분배 기어 메커니즘.
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