KR20180000905A - 4륜구동 차량용 부변속기 - Google Patents

4륜구동 차량용 부변속기 Download PDF

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Abstract

2륜구동에서 4륜구동으로의 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량의 부변속기에 있어서, 변속기의 동력이 입력되는 입력축; 상기 입력축으로부터 동력을 전달받는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 구비되어, 상기 입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달하되, 입출력 속도 차이에서 발생되는 충격을 제거하기 위한 충격제거수단이 구비된 절환수단;을 포함하는 4륜구동 차량용 부변속기가 소개된다.

Description

4륜구동 차량용 부변속기 {POWER TAKE-OFF UNIT FOR 4 WHEEL DRIVING VEHICLE}
본 발명은 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시, 입출력 속도차에 의한 충격 발생으로 절환장치 액추에이터의 손상을 방지하기 위한 4륜구동 차량용 부변속기에 관한 것이다.
통상적으로, 2륜 구동차량은 엔진, 변속기의 장착위치와 실제 구동륜의 위치에 따라 FR(Front engine Rear drive) 형식 또는 FF(Front engine Front drive) 형식으로 구분된다.
2륜 구동차량이 주행을 하는 경우에 필요로 하게 되는 구동력은 승객과 화물을 실은 상태에서 도로상황 및 주행속도 등에 의해 크게 변화하므로 이에 대응하기 위해서 엔진과 구동바퀴 사이에서 토크를 변화시키는 장치를 필요로 하는데, 이와 같이 토크를 변화시키는 장치를 변속기라고 하며, 상기한 변속기는 수동변속기(manual transmission)와 자동변속기(automatic transmission)로 나눌 수 있다.
상기한 수동변속기와 자동변속기를 포함하는 변속기는 일반적으로 1단, 2단, 3단, 4단, 5단, 후진단의 6개단의 변속을 할 수 있도록 구성되는데, 4륜구동(4 Wheel Drive, 4WD) 차량에서는 이와 같은 6개단의 변속을 위한 구성이외에 4륜 구동을 위한 부변속기가 추가로 설치되는 구조로 이루어진다.
도 6은 통상적인 4륜구동 차량용 부변속기가 장착된 차량을 간략하게 도시한 블록도이다. 상기 도면을 통해 동력의 흐름을 살펴보면, 동력을 발생시키기 위한 엔진(100)과 상기 엔진(100)의 동력을 전륜(800)과 후륜(400)으로 전달하는 변속기(200)가 마련된다. 상기 변속기(200)에는 입력축(500), 절환수단(900) 및 출력축(600)으로 구성된 부변속기(1000)가 구비되어, 상기 변속기(200) 통해 입력된 동력을 상기 부변속기(1000)의 입력축(500)을 통해 상기 출력축(600)으로 전달하고, 상기 출력축(600)으로 전달된 동력은 출력축(600)과 90도로 결합된 피니언기어(700)를 통해 추진축(300)을 거쳐 후륜(400)으로 전달되는 것이다.
그러나 종래의 경우, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시 상기 부변속기(1000)를 통해 동력이 후륜(400)으로 전달되게 하는데, 입출력 속도의 차이에 의해 충격이 발생(블로킹, Blocking)되어 절환수단(900)내 액추에이터(950)의 손상이 발생되는 문제가 발생되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 20-0287042 Y1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시 입출력 속도차에 의한 충격이 발생되지 않도록 하면서도, 충분한 절환력을 확보할 수 있는 4륜구동 차량용 부변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 4륜구동 차량용 부변속기는 2륜구동에서 4륜구동으로의 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량의 부변속기에 있어서, 변속기의 동력이 입력되는 입력축; 상기 입력축으로부터 동력을 전달받는 출력축; 및 상기 입력축과 출력축 사이에 구비되어, 상기 입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달하되, 입출력 속도 차이에서 발생되는 충격을 제거하기 위한 충격제거수단이 구비된 절환수단;을 포함한다.
상기 절환수단은, 상기 입력축에 마련된 슬리브; 상기 슬리브를 시프팅시키는 시프트포크; 상기 시프트포크에 구동력을 제공하는 액추에이터; 상기 액추에이터에 연결되어 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 리드스크류; 및 상기 리드스크류의 외측에 이중으로 권취된 충격제거수단;으로 구성될 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 구비된 내측 코일스프링 및 상기 내측 코일스프링과 반경방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 구비된 외측 코일스프링으로 구성되어, 코일스프링이 겹을 형성하도록 구비될 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 길이방향으로 양측으로 더 돌출될 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 권취수가 더 적을 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 피치가 더 작을 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 외측의 코일스프링이 내측의 코일스프링 보다 상기 액추에이터측으로 더 돌출되도록 설치되어, 상기 액추에이터의 회전에 의한 상기 리드스크류의 이동시 외측의 코일스프링이 내측의 코일스프링 보다 먼저 가압될 수 있다.
상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되고, 상기 코일스프링의 단부에는 상기 코일스프링의 단부가 지지되는 지지부재가 구비되어, 상기 리드스크류의 이동시 상기 지지부재가 가압되어 상기 코일스프링이 압축될 수 있다.
상기 리드스크류와 시프트포크 사이에는 포크샤프트가 마련되어, 상기 시프트포크의 이동을 보조할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 4륜구동 차량용 부변속기에 따르면, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시 입력축과 출력축의 체결 충격을 제거할 수 있는 효과가 있다. 더구나, 구조를 단순화함으로써, 중량 및 원가를 절감하는 효과가 있다. 또한, 절환수단의 액추에이터 해제 작동 중 입력축과 슬리브의 도그클러치 백테이퍼에 의한 추력발생시 그 충격을 완화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 전자식 부변속기가 적용될 경우, 절환수단은 액추에이터에 의해 입력축과 출력축의 체결 및 해제 기능 수행으로 추진축의 회전 손실을 차단하여 차량의 연비 개선에 기여할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환 시작을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 B를 상세히 도시한 도면.
도 4는 도 1의 A-A선 단면도로서, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환 완료를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 C를 상세히 도시한 도면.
도 6은 4륜구동 차량용 부변속기가 장착된 차량을 간략하게 도시한 블록도.
도 7은 종래 단일스프링이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 충격제거수단이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기를 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환 시작을 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 B를 상세히 도시한 도면이다. 도 4는 도 1의 A-A선 단면도로서, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환 완료를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 C를 상세히 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 4륜구동 차량용 부변속기가 장착된 차량을 간략하게 도시한 블록도이고, 도 7은 종래 단일스프링이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프이며, 도 8은 본 발명의 충격제거수단(910,920)이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프이다.
2륜구동모드와 4륜구동모드를 모두 구현할 수 있는 차량의 경우에는 통상적으로 도 6에 도시한 것과 같이, 엔진(100), 변속기(200), 부변속기(1000), 추진축(300), 전륜(800) 및 후륜(400)의 구성을 갖는다. 본 발명은 상기 부변속기(1000) 중에서도 특히 부변속기(1000)에 마련된 절환수단(900)에 관한 것으로서, 상기 절환수단(900)의 동작시 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 체결시 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 회전속도 차이에서 발생되는 충격을 제거하기 위한 충격제거수단(910,920)에 관한 것으로서, 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환 시 입출력 속도 차이에 의해 발생되는 충격으로 절환수단(900)의 액추에이터(950)가 파손되는 것을 방지하고, 절환력을 확보할 수 있는 구성에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 4륜구동 차량용 부변속기는 2륜구동에서 4륜구동으로의 절환시, 엔진(100) 및 변속기(200)로부터 전달되는 동력을 추진축(300)을 통해 후륜(400)으로 전달하는 4륜구동 차량의 부변속기에 있어서, 변속기(200)의 동력이 입력되는 입력축(500); 상기 입력축(500)으로부터 동력을 전달받는 출력축(600); 및 상기 입력축(500)과 출력축(600) 사이에 구비되어, 상기 입력축(500)의 동력을 상기 출력축(600)으로 전달하되, 입출력 속도 차이에서 발생되는 충격을 제거하기 위한 충격제거수단(910,920)이 구비된 절환수단(900);을 포함한다. 상기 출력축(600)은 링기어일 수 있다. 상기 리드스크류(960)와 시프트포크(940) 사이에는 포크샤프트(980)가 마련되어, 상기 시프트포크(940)의 이동을 보조할 수 있다.
또한, 상기 절환수단(900)은, 상기 입력축(500)에 마련된 슬리브(930); 상기 슬리브(930)를 시프팅시키는 시프트포크(940); 상기 시프트포크(940)에 구동력을 제공하는 액추에이터(950); 상기 액추에이터(950)에 연결되어 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 리드스크류(960); 및 상기 리드스크류(960)의 외측에 이중으로 권취된 충격제거수단(910,920);으로 구성된다. 상기 액추에이터(950)는 모터일 수 있다.
도 2 내지 도 5를 통해 상세하게 살펴보도로 한다.
2륜구동모드에서는 상기 변속기(200)의 동력이 상기 후륜(400)으로는 전달되지 않도록 상기 입력축(500)과 출력축(600)은 연결되지 않은 상태이다. 그러나 4륜구동모드로의 구동이 필요한 경우, 상기 입력축(500)과 출력축(600)이 연결되어 상기 엔진(100)의 동력이 입력축(500)을 통해 상기 출력축(600)으로 동력이 전달되고, 상기 출력축(600)으로 전달된 동력은 상기 출력축(600)과 연결된 피니언기어(700)에 의해 추진축(300)을 통해 후륜(400)으로 전달된다.
따라서, 상기와 같은 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시 후륜(400)에 동력을 전달하기 위하여, 상기 입력축(500)과 출력축(600)을 상기 슬리브(930)가 연결하게 된다. 상기 슬리브(930)는 상기 액추에이터(950)의 구동에 의해 이동되는 상기 리드스크류(960)에 의해 가압되는 상기 시프트포크(940)에 의해 상기 입력축(500)과 출력축(600)이 동기화되도록 시프팅되는 것이다.
또한, 상기와 같은 동작시, 상기 입력축(500)과 출력축(600) 간의 속도 차에 의한 충격을 방지하기 위하여 상기 충격제거수단(910,920)이 마련된다. 상기 충격제거수단(910,920)은 상기 리드스크류(960)의 외측에 이중으로 권취된다. 상기 충격제거수단(910,920)의 양단에는 상기 충격제거수단(910,920)이 지지되는 지지부재(970)가 마련될 수 있다. 도 1 내지 도 5를 통하여 상기 충격제거수단(910,920)에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
상기 충격제거수단(910,920)은 복수의 코일스프링일 수 있다. 상기 충격제거수단(910,920)은 상기 리드스크류(960)의 외주면을 따라 구비된 내측 코일스프링(910) 및 상기 내측 코일스프링(910)과 반경방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 구비된 외측 코일스프링(920)으로 구성되어, 코일스프링이 길이방향이 아닌 반경방향으로 겹(이중)을 형성하도록 구비된다. 따라서, 종래에 상기 충격제거수단(910,920)이 단일 코일스프링으로 구성되던 것에 대비하여 충격흡수량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 내측 코일스프링(910)은 상기 외측 코일스프링(920) 보다 길이방향으로 양측으로 더 돌출되도록 설치될 수 있다. 그러므로 상기 리드스크류(960)의 이동으로 인한 상기 지지부재(970)의 가압시, 상기 외측 코일스프링(920)이 먼저 압축되고, 어느 정도 압축이 진행된 후에는 상기 내측 코일스프링(910)도 함께 압축됨으로써, 상기 내측 코일스프링(910)과 외측 코일스프링(920)에 흡수된 압축에너지에 의해 체결력이 증대되어 상기 시프트포크(940)가 상기 슬리브(930)를 보다 잘 시프팅할 수 있게 되어, 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 속도차이에 의한 충격을 제거함과 동시에 상기 입력축(500)과 출력축(600)을 빠르고 안정적으로 체결할 수 있게 된다.
또한, 상기 충격제거수단(910,920)은 상기 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 권취수가 더 적게 구성할 수도 있고, 상기 내측 코일스프링(910)이 외측 코일스프링(920) 보다 피치가 더 작도록 구성할 수도 있다.
특히, 상기한 바와 같이, 상기 외측 코일스프링(920)이 상기 내측 코일스프링(910) 보다 먼저 압축되게 하기 위하여, 상기 외측 코일스프링(920)은 상기 내측 코일스프링(910) 보다 상기 액추에이터(950)측으로 더 돌출되도록 설치된다. 따라서, 상기 액추에이터(950)의 회전에 의한 상기 리드스크류(960)의 이동시 외측의 코일스프링이 내측의 코일스프링 보다 먼저 가압됨으로써, 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 체결시 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 속도 차에 의한 충격을 제거하고, 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 체결력을 증대시키는 효과가 있다.
또한, 상기 코일스프링의 단부에는 상기 코일스프링의 단부가 지지되는 지지부재(970)가 구비된다. 따라서, 상기 리드스크류(960)의 이동시 상기 지지부재(970)가 가압되어 상기 내측 코일스프링(910) 및 외측 코일스프링(920)이 압축된다. 반대의 경우에는 상기 리드스크류(960)의 이동시 상기 지지부재(970)가 가압 해제되어 상기 내측 코일스프링(910) 및 외측 코일스프링(920)이 압축 해제된다. 상기 지지부재(970)는 상기 시프트포크(940) 내에 마련될 수 있다.
도 7은 종래 단일스프링이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 충격제거수단(910,920)이 장착된 경우 충격력 감소를 나타내는 그래프이다. 도 7 내지 도 8을 살펴보면, 종래 단일스프링이 장착된 경우에는 상기 입력축(500)과 출력축(600)의 체결에 따른 최초 충격력 감소가 나타나는 시점이 D지점(약 8 정도)인 것에 반해, 본 발명의 상기 충격제거수단(910,920)인 이중 코일스프링이 구비된 경우에는 최초 충격력 감소가 나타나는 시점이 E지점(약 4 정도)로서, 체결에 따른 충격력 감소의 효과가 현저한 것을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같은 4륜구동 차량용 부변속기는 2륜구동모드에서 4륜구동모드로의 절환시 입력축(500)과 출력축(600)의 체결 충격을 제거하고 구조를 단순화함으로써, 중량 및 원가를 절감하는 효과가 있다. 또한, 절환수단(900)의 액추에이터(950) 해제 작동 중 입력축(500)과 슬리브(930)의 도그클러치 백테이퍼에 의한 추력발생시 그 충격을 완화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 전자식 부변속기(1000)가 적용될 경우, 절환수단(900)은 액추에이터(950)에 의해 입력축(500)과 출력축(600)의 체결 및 해제 기능 수행으로 추진축(300)의 회전 손실을 차단하여 차량의 연비 개선에 기여할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 엔진 200 : 변속기
300 : 추진축 400 : 후륜
500 : 입력축 600 : 출력축
700 : 피니언기어 800 : 전륜
900 : 절환수단 910 : 내측 코일스프링
920 : 외측 코일스프링 930 : 슬리브
940 : 시프트포크 950 : 액추에이터
960 : 리드스크류 970 : 지지부재
980 : 포크샤프트 1000 : 부변속기

Claims (9)

  1. 2륜구동에서 4륜구동으로의 절환시, 엔진 및 변속기로부터 전달되는 동력을 추진축을 통해 후륜으로 전달하는 4륜구동 차량의 부변속기에 있어서,
    변속기의 동력이 입력되는 입력축;
    상기 입력축으로부터 동력을 전달받는 출력축; 및
    상기 입력축과 출력축 사이에 구비되어, 상기 입력축의 동력을 상기 출력축으로 전달하되, 입출력 속도 차이에서 발생되는 충격을 제거하기 위한 충격제거수단이 구비된 절환수단;을 포함하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절환수단은,
    상기 입력축에 마련된 슬리브;
    상기 슬리브를 시프팅시키는 시프트포크;
    상기 시프트포크에 구동력을 제공하는 액추에이터;
    상기 액추에이터에 연결되어 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 리드스크류; 및
    상기 리드스크류의 외측에 이중으로 권취된 충격제거수단;으로 구성된 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 구비된 내측 코일스프링 및 상기 내측 코일스프링과 반경방향으로 소정의 거리만큼 이격되어 구비된 외측 코일스프링으로 구성되어, 코일스프링이 겹을 형성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 길이방향으로 양측으로 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 권취수가 더 적은 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 내측의 코일스프링이 외측의 코일스프링 보다 피치가 더 작은 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되되, 외측의 코일스프링이 내측의 코일스프링 보다 상기 액추에이터측으로 더 돌출되도록 설치되어, 상기 액추에이터의 회전에 의한 상기 리드스크류의 이동시 외측의 코일스프링이 내측의 코일스프링 보다 먼저 가압되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 충격제거수단은 복수의 코일스프링으로서, 상기 리드스크류의 외주면을 따라 겹을 형성하여 구비되고, 상기 코일스프링의 단부에는 상기 코일스프링의 단부가 지지되는 지지부재가 구비되어, 상기 리드스크류의 이동시 상기 지지부재가 가압되어 상기 코일스프링이 압축되는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 리드스크류와 시프트포크 사이에는 포크샤프트가 마련되어, 상기 시프트포크의 이동을 보조하는 것을 특징으로 하는 4륜구동 차량용 부변속기.
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