KR20190006136A - 차량용 4륜구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 4륜구동장치는 선기어, 캐리어 및 링기어로 구성되어, 상기 선기어가 변속기 출력축과 결합되도록 마련된 유성기어세트; 상기 변속기 출력축과 나란히 구비된 카운터축; 상기 카운터축에 구비되어 시프트포크의 조작력을 전달받아서 상기 카운터축의 길이방향을 따라 슬라이딩되되, 슬라이딩 위치에 따라 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어 중 어느 하나와 선택적으로 결합되도록 마련된 슬리브; 전방출력축을 매개로 프론트디퍼렌셜과 연결되고, 후방출력축을 매개로 리어디퍼렌셜과 연결된 센터디퍼렌셜; 및 상기 카운터축과 상기 전방출력축 또는 후방출력축 중 어느 하나의 사이를 연결하도록 설치된 전달기어유닛;을 포함할 수 있다.

Description

차량용 4륜구동장치 {4 WHEEL DRIVING APPARATUS OF VEHICLE}
본 발명은 야지나 험로를 주행하는 트럭, 군 전술차량, 벌목용 차량 또는 농업용 차량 등에 적합한 차량용 4륜구동장치에 관한 것으로 전륜과 후륜의 회전차에 의한 끌림을 방지한다.
일반적으로 차동 장치는 차량이 커브길을 선회할 경우에 내,외륜의 저항에 따라 외륜을 내륜보다 더 빨리 회전시켜 바퀴가 미끄러지지 않고 원활하게 회전하도록 하는 장치이다.
하지만, 이러한 차동장치는 한쪽 바퀴가 진흙 구덩이에 빠졌을 때, 진흙에 빠진 바퀴로 동력이 모두 빠져나가고, 노면에 접지된 바퀴에는 동력이 전달되지 못하게 하여 차량이 진흙으로부터 탈출하지 못하는 상태를 발생시키게 한다.
차동 제한 장치는 야지 또는 험로 주행의 경우 차동을 제한함으로써, 저항이 적은 쪽의 바퀴 뿐만 아니라 저항이 큰 바퀴에도 동력을 분배하여 주행을 가능하게 하는 장치이다.
종래에 알려진 차동 제한 장치로서 대표적인 것은, 슬립 제한 차동 장치(LSD,Limited Slip Differential)와 노스핀 차동 장치(NSD, No-Spin Differential)를 들 수 있다.
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 10-2003-0033792 A
본 발명은 전륜과 후륜 사이의 회전차에 의해 뒤틀림 현상이 일어나는 것을 방지하면서도, 중립모드를 구현하는 중간변속기가 적용됨으로써, 견인시 변속기에 무리 발생을 방지하는 차량용 4륜구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 4륜구동장치는 선기어, 캐리어 및 링기어로 구성되어, 상기 선기어가 변속기 출력축과 결합되도록 마련된 유성기어세트; 상기 변속기 출력축과 나란히 구비된 카운터축; 상기 카운터축에 구비되어 시프트포크의 조작력을 전달받아서 상기 카운터축의 길이방향을 따라 슬라이딩되되, 슬라이딩 위치에 따라 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어 중 어느 하나와 선택적으로 결합되도록 마련된 슬리브; 전방출력축을 매개로 프론트디퍼렌셜과 연결되고, 후방출력축을 매개로 리어디퍼렌셜과 연결된 센터디퍼렌셜; 및 상기 카운터축과 상기 전방출력축 또는 후방출력축 중 어느 하나의 사이를 연결하도록 설치된 전달기어유닛;을 포함할 수 있다.
상기 유성기어세트의 선기어는 일측면에 상기 변속기 출력축이 결합되고, 타측면에 삽입홈이 형성되어 상기 카운터축이 삽입되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 카운터축의 일단은 상기 유성기어세트의 선기어 삽입홈에 베어링으로 고정되고, 타단은 하우징에 회전가능하도록 고정된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 슬리브의 일단에는 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어의 내주면과 선택적으로 결합되는 연결부가 형성되고, 타단에는 외주면에 상기 시프트포크가 결합되어 조작력을 전달받는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 캐리어의 일측 내주면은 상기 연결부의 외경보다 크게 형성되고, 타측 내주면은 상기 선기어의 내주면 및 연결부와 동일한 크기로 형성되며, 상기 슬리브의 연결부는 외주면이 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어와 치합되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 주행모드가 고속모드일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 선기어와 결합되도록 조작되는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량이 주행모드가 저속모드일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 캐리어와 결합되도록 조작되는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량이 중립상태일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어와 결합되지 않도록 상기 슬리브에 조작력을 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센터디퍼렌셜은 NSD(No Slip Differential)로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전달기어유닛은, 상기 카운터축에 구비된 구동기어와, 상기 카운터축과 평행하게 배치된 연결축 상에 구비된 카운터기어와, 상기 전방출력축 또는 후방출력축 상에 구비된 피동기어로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 4륜구동장치에 따르면 중립모드를 구현하는 중간변속기가 변속기에 구비되어, 견인시 변속기에 과도한 회전력이 전달되어 변속기가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, NSD를 중간변속기에 적용하여 앞차축과 뒤차축 간의 회전차에 의해 뒤틀림현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 4륜구동장치를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중립모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저속모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 4륜구동장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 4륜구동장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중립모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저속모드로 구동될 경우의 차량용 4륜구동장치 작동을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 차량용 4륜구동장치는 선기어(113), 캐리어(115) 및 링기어(117)로 구성되어 상기 선기어(113)가 변속기 출력축(350)과 결합되도록 마련된 유성기어세트(110); 상기 변속기 출력축(350)과 나란히 구비된 카운터축(120); 상기 카운터축(120)에 구비되어 시프트포크(140)의 조작력을 전달받아서 상기 카운터축(120)의 길이방향을 따라 슬라이딩되되, 슬라이딩 위치에 따라 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115) 중 어느 하나와 선택적으로 결합되도록 마련된 슬리브(130); 전방출력축(410)을 매개로 프론트디퍼렌셜(400)과 연결되고, 후방출력축(510)을 매개로 리어디퍼렌셜(500)과 연결된 센터디퍼렌셜(150); 및 상기 카운터축(120)과 상기 전방출력축(410) 또는 후방출력축(510) 중 어느 하나의 사이를 연결하도록 설치된 전달기어유닛;을 포함할 수 있다.
즉, 전륜들 사이에 구비된 프론트디퍼렌셜(400)과 후륜들 사이에 구비된 리어디퍼렌셜(500) 사이를 연결하는 축 상에 센터디퍼렌셜(150)을 포함하는 본 발명의 4륜구동장치를 마련함으로써, 전방출력축(410)과 후방출력축(510) 사이에 회전차로 인해 비틀림이 발생하여 타이어 끌림 현상이나 차량 내구수명이 저하되는 현상을 방지한다.
이때, 본 발명의 차량용 4륜구동장치는 엔진(200)의 동력을 전달받기 위해 변속기 출력축(350)과 연결되고, 상기 변속기 출력축(350)으로부터 전달받은 동력을 유성기어세트(110)를 거쳐 센터디퍼렌셜(150) 측으로 전달함으로써, 엔진(200) 또는 모터(300)의 구동력을 차륜 측으로 그대로 전달하거나 감속하여 전달할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에서 센터디퍼렌셜(150)과 연결된 전방출력축(410) 또는 후방출력축(510) 중 어느 하나와 카운터축(120)이 전달기어유닛을 매개로 연결되는데, 상기 카운터축(120)과 유성기어세트(110) 사이를 선택적으로 연결시키도록 슬리브(130)가 마련된다.
상기 슬리브(130)는 카운터축(120) 상에 항시 치합되지만, 카운터축(120)의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능하도록 마련되고, 상기 시프트포크(140)가 슬리브(130)의 슬라이딩 위치를 조작하도록 마련된다.
이때, 시프트포크(140)는 승객의 물리적인 조작에 의해 직접적으로 이동되도록 마련될 수도 있고, 별도의 액츄에이터와 연결되어 승객의 스위치조작에 따라 액츄에이터 구동량이 제어됨으로써 슬라이딩 이동되도록 마련될 수도 있다.
따라서, 중립상태에서 슬리브(130)가 유성기어세트(110)와 카운터축(120) 사이의 연결을 해제함으로써, 차량이 견인될 경우에 차륜을 통해 변속기(300) 측으로 무리한 회전력이 전달되어 변속기 부품이 파손되거나 고장나는 현상을 방지할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113)는 일측면에 상기 변속기 출력축(350)이 결합되고, 타측면에 삽입홈이 형성되어 상기 카운터축(120)이 삽입되도록 마련될 수 있다.
즉, 유성기어세트(110)의 선기어(113)는 변속기 출력축(350)을 통해 엔진(200)의 동력을 전달받도록 마련되고, 카운터축(120)은 유성기어세트(110)와 선택적으로 연결되어 동력을 전달받기 위해 인접한 위치에 마련될 필요가 있다.
따라서, 카운터축(120)이 유성기어세트(110)의 선기어(113) 삽입홈에 삽입된 상태로 마련됨으로써, 변속기 출력축(350)과 나란히 마련되면서도 유성기어세트(110)와 인접한 위치에 구비될 수 있다.
이때, 상기 카운터축(120)의 일단은 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113) 삽입홈에 베어링으로 고정되고, 타단은 하우징에 회전가능하도록 고정될 수 있다.
즉, 카운터축(120)은 유성기어세트(110)와는 별도로 자유회전하면서도 선기어(113) 삽입홈 내부에 삽입되어 고정되어야 한다. 따라서, 카운터축(120)은 베어링을 매개로 삽입홈에 고정되도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 차량용 4륜구동장치는 유성기어세트(110), 카운터축(120), 슬리브(130), 시프트포크(140) 및 센터디퍼렌셜(150)을 하우징으로 감싸도록 마련될 수 있는데, 카운터축(120)의 타단 역시 고정될 필요가 있는바, 하우징에 베어링을 매개로 고정연결될 수 있다. 이때, 변속기 출력축(350), 전방출력축(410) 및 후방출력축(510)은 하우징을 관통하여 내부의 구성들과 연결될 수 있다.
한편, 상기 슬리브(130)의 일단에는 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115)의 내주면과 선택적으로 결합되는 연결부(133)가 형성되고, 타단에는 외주면에 상기 시프트포크(140)가 결합되어 조작력을 전달받는 삽입부(135)가 형성되도록 마련될 수 있다.
즉, 본 발명에서 슬리브(130)는 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115)와 결합되는 부분과 슬라이딩 이동되도록 시프트포크(140)로부터 조작력을 전달받는 부분으로 구성된다.
이때, 상기 캐리어(115)의 일측 내주면은 상기 연결부(133)의 외경보다 크게 형성되고, 타측 내주면은 상기 선기어(113)의 내주면 및 연결부(133)와 동일한 크기로 형성되며, 상기 슬리브(130)의 연결부(133)는 외주면이 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115)와 치합되도록 마련될 수 있다.
즉, 유성기어세트(110)의 선기어(113)의 내주면과 캐리어(115) 타측의 내주면은 상기 슬리브(130)의 외주면과 서로 치합가능하도록 가공됨으로써, 슬리브(130)는 카운터축(120) 상에서의 이동 위치에 따라 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115)로부터 동력을 전달받을 수 있다.
한편, 캐리어(115)의 일측 내주면은 연결부(133)의 외경보다 크게 형성되어, 연결부(133)가 캐리어(115)의 일측 내주면과 마주하도록 슬리브(130)가 슬라이딩될 경우에 유성기어세트(110)와 카운터축(120)이 서로 분리되어 자유회전한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 하겠다.
구체적으로 본 발명에서 차량용 4륜구동장치에 있어서, 차량의 주행모드가 고속모드일 경우, 상기 시프트포크(140)는 상기 슬리브(130)의 연결부(133)가 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113)와 결합되도록 조작된다.
도 2에 도시된 바와 같이 슬리브(130)는 연결부(130)가 선기어(113)의 삽입홈 내주면에 치합되도록 슬라이딩 이동됨으로써, 변속기 출력축(350)으로부터 전달되는 동력을 선기어(113), 슬리브(130), 카운터축(120), 전달기어유닛을 거쳐 전방출력축(410) 또는 후방출력축(510) 중 어느 하나의 순서로 전달시킬 수 있다.
따라서, 변속기 출력축(350)의 회전속도가 출력축으로 1:1 비율로 전달되어 차량 고속주행모드를 구현할 수 있다.
차량이 중립상태일 경우, 상기 시프트포크(140)는 상기 슬리브(130)의 연결부(133)가 상기 유성기어세트(110)의 선기어(113) 또는 캐리어(115)와 결합되지 않도록 상기 슬리브(113)에 조작력을 가할 수 있다.
상기 캐리어(115)의 일측 내주면은 슬리브(130)의 연결부(133) 외경보다 크게 형성되기 때문에, 슬리브(130)의 연결부(133)를 도 3에 도시된 바와 같이 캐리어(115) 일측 내주면과 마주하도록 슬라이딩 이동시키면 카운터축(120)이 유성기어세트(110)로부터 자유 회전하는바 동력전달이 이루어지지 않는다.
따라서, 중립상태에서 차량이 견인될 경우, 차륜으로부터 전달되는 회전력이 변속기(300)로 전달되는 것을 차단하여 변속기(300)에 무리가 발생하여 고장이나 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 차량이 주행모드가 저속모드일 경우, 상기 시프트포크(140)는 상기 슬리브(130)의 연결부(133)가 상기 유성기어세트(110)의 캐리어(115)와 결합되도록 조작될 수 있다.
즉, 도 4와 같이 슬리브(130)의 연결부(133)가 캐리어(115)의 타측 내주면에 치합되도록 슬라이딩 이동됨으로써, 변속기 출력축(350)으로부터 전달되는 동력을 선기어(113), 캐리어(115), 슬리브(130), 카운터축(120), 전달기어유닛, 전방출력축(410) 또는 후방출력축(510)의 순으로 전달함으로써, 유성기어세트(110)를 통해 동력을 감속시킬 수 있다.
이에 따라, 차량 저속모드로 구동될 경우에는 차량 동력이 감속되어 더 강한 토크로 차량을 구동시킬 수 있어, 차량이 험지를 원활하게 주행하도록 유도할 수 있다.
한편, 상기 센터디퍼렌셜(150)은 NSD(No Slip Differential)로 구비될 수 있고, 상기 전달기어유닛은, 상기 카운터축(120)에 구비된 구동기어와, 상기 카운터축(120)과 평행하게 배치된 연결축(125) 상에 구비된 카운터기어와, 상기 전방출력축(410) 또는 후방출력축(510) 상에 구비된 피동기어로 구성될 수 있다.
즉, 전달기어유닛은 회전방향을 그대로 유지시키기 위해 3개의 기어들로 구비되고, 중간의 동력을 전달하는 기어가 고정될 수 있도록 하우징에는 연결축(125)이 자유회전하도록 고정 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 4륜구동장치에 따르면 중립모드를 구현하는 중간변속기가 변속기에 구비되어, 견인시 변속기에 과도한 회전력이 전달되어 변속기가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, NSD를 중간변속기에 적용하여 앞차축과 뒤차축 간의 회전차에 의해 뒤틀림현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
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: 중간변속기 110: 유성기어세트
113: 선기어 115: 캐리어
117: 링기어 120: 카운터축
125: 연결축 130: 슬리브
133: 연결부 135: 삽입부
140: 시프트포크 150: 센터디퍼렌셜
200: 엔진 300: 변속기
400: 프런트디퍼렌셜 410: 전방출력축
500: 리어디퍼렌셜 510: 후방출력축

Claims (10)

  1. 선기어, 캐리어 및 링기어로 구성되어, 상기 선기어가 변속기 출력축과 결합되도록 마련된 유성기어세트;
    상기 변속기 출력축과 나란히 구비된 카운터축;
    상기 카운터축에 구비되어 시프트포크의 조작력을 전달받아서 상기 카운터축의 길이방향을 따라 슬라이딩되되, 슬라이딩 위치에 따라 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어 중 어느 하나와 선택적으로 결합되도록 마련된 슬리브;
    전방출력축을 매개로 프론트디퍼렌셜과 연결되고, 후방출력축을 매개로 리어디퍼렌셜과 연결된 센터디퍼렌셜; 및
    상기 카운터축과 상기 전방출력축 또는 후방출력축 중 어느 하나의 사이를 연결하도록 설치된 전달기어유닛;을 포함하는 차량용 4륜구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유성기어세트의 선기어는 일측면에 상기 변속기 출력축이 결합되고, 타측면에 삽입홈이 형성되어 상기 카운터축이 삽입되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 카운터축의 일단은 상기 유성기어세트의 선기어 삽입홈에 베어링으로 고정되고, 타단은 하우징에 회전가능하도록 고정된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브의 일단에는 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어의 내주면과 선택적으로 결합되는 연결부가 형성되고, 타단에는 외주면에 상기 시프트포크가 결합되어 조작력을 전달받는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 캐리어의 일측 내주면은 상기 연결부의 외경보다 크게 형성되고, 타측 내주면은 상기 선기어의 내주면 및 연결부와 동일한 크기로 형성되며,
    상기 슬리브의 연결부는 외주면이 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어와 치합되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    차량의 주행모드가 고속모드일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 선기어와 결합되도록 조작되는 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    차량이 주행모드가 저속모드일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 캐리어와 결합되도록 조작되는 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    차량이 중립상태일 경우, 상기 시프트포크는 상기 슬리브의 연결부가 상기 유성기어세트의 선기어 또는 캐리어와 결합되지 않도록 상기 슬리브에 조작력을 가하는 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터디퍼렌셜은 NSD(No Slip Differential)로 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전달기어유닛은,
    상기 카운터축에 구비된 구동기어와, 상기 카운터축과 평행하게 배치된 연결축 상에 구비된 카운터기어와, 상기 전방출력축 또는 후방출력축 상에 구비된 피동기어로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 4륜구동장치.
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