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Differential Gear
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1 개요
차동 기어가 필요성과 구조에 대해 설명한 동영상. 무려 1937년작이다!
자동차의 엔진에 연결된 좌우 바퀴의 구동력을 나눠 분배하여, 좌우의 회전을 다르게 해주는 장치이다. 나이가 있는 분들이나 정비소에서 '데후' 또는 '데우'라고 부르는게 바로 이 차동 기어를 말하는 것이다. 아마 영어인 디퍼렌셜 기어의 일본어식 발음에서 넘어온 듯 하다. 차동 기어라고 말하자.... 순화가 필요하다... 차동 기어가 필요한 이유는 자동차가 회전할 때, 회전 방향의 안쪽에 있는 바퀴는 바깥쪽 바퀴보다 회전반경의 반지름이 작게되므로 안쪽바퀴의 회전수가 바깥쪽 바퀴보다 작아야 정상적으로 회전이 가능하기 때문이다. 만약 차동 기어가 없다면 안쪽 바퀴와 바깥쪽 바퀴가 똑같은 회전수로 회전하게 되고, 그로 인해서 극심한 언더스티어가 발생하거나 양쪽바퀴 모두 슬립하게 되어서 차체가 매우 불안정하게 될 것이다. 바퀴가 슬립하면서 타이어의 마모가 심해지는 것은 덤.
2 단점
자동차의 운행에 있어 차동 기어가 당연히 있어야 하지만 이 장치도 단점이 없는 것은 아니다. 차동 기어의 단점은 양쪽 바퀴의 마찰력의 차이가 극단적일 경우 운행이 불가능 할 수도 있다는 점이다. 예를들어 험로를 운행하다가 차량의 한쪽 바퀴만이 웅덩이나 빙판에 빠졌을 경우, 빠지지 않은 쪽의 바퀴는 가만히 있고 웅덩이나 빙판에 빠진 쪽의 바퀴만 열심히 헛바퀴를 돌면서 차량이 출발하지 못하는 것을 보았을 것이다. 웅덩이나 빙판에 빠진 쪽의 바퀴의 마찰력이 작아서 그쪽으로만 엔진의 구동력이 전달되고 반대쪽의 바퀴에는 구동력이 전혀 전달되지 않아서 험로에서 탈출할 수 없는 것이다.
3 단점을 보완하기 위한 장치
3.1 트랙션 컨트롤 시스템
한 쪽의 마찰력이 너무 작을 경우, 그 쪽으로만 구동력이 전달되어서 차량의 출발이 불가능하게 되므로, 마찰력이 작은 쪽의 바퀴에 브레이크를 걸어줌으로서 인위적인 마찰력을 가하고 반대쪽 바퀴에도 구동력이 전달될 수 있도록 해주는 장치이다. 한 쪽 바퀴에 브레이크를 걸어주므로 엔진 출력의 일부가 손실된다는 단점이 있다.
3.2 차동 제한 장치
Limited Slip Differential(LSD)
양쪽의 바퀴의 회전수가 일정 수준 이상으로 차이나게 되면 회전수가 적은 쪽으로 구동력의 일부를 보내서 양쪽 바퀴의 회전수 차이를 일정 수준 이하로 제한하는 장치이다. 험로탈출에도 쓰이긴 하지만 트랙션 컨트롤 시스템, 차체 자세 제어장치와 결합하여 차량 운행시 안정성을 높이는데에도 사용이 된다. 드리프트를 하는 차량에는 필수적으로 달려있다고 생각하면 된다. 이유는 드리프트를 안정적으로 오래하기 위해서는 후륜이 계속 슬립해주어야 하는데 좌우 바퀴의 마찰력이 같을 수는 없으므로 LSD가 장착되지 않으면 한쪽에만 구동력이 몰아져 한쪽바퀴만 슬립하게 되고 그렇게 되면 차량의 스핀 등으로 드리프트를 안정적으로 지속할 수 없기 때문이다. 단점으로는 험로탈출시에 구동력의 일부만 전달되어서 전달된 구동력이 험로탈출하기에 충분하지 않으면 탈출에 실패할 수도 있다는 점이다.
3.3 차동 잠금 장치
Locking Differential(LD)
차동 기어를 아예 잠궈버려서 양쪽 바퀴가 똑같은 회전수로 회전하도록 만들어버리는 장치이다. 수동과 자동이 있는데 수동은 주로 4륜구동차량의 로우기어를 넣었을 때 동작하고, 자동은 좌우 바퀴가 일정수준 이상의 회전수 차이가 날 때 동작한다. 주로 30~40km 이하의 저속에서만 동작하도록 되어 있는데, 고속에서 동작할 경우 좌우 바퀴가 똑같은 회전수로 돌게되어 언더스티어가 극심해져 위험하기 때문이다. 험로탈출 능력은 뛰어나서 구동력이 전달되는 바퀴중에 한쪽 바퀴만 마찰력이 확실하다면 왠만한 험로는 거의 탈출 가능하다고 보면 된다. 단점으로는 구동력이 전달되는 양쪽바퀴가 모두 마찰력이 작다면... 마찰력이 더 작은 한쪽 바퀴가 먼저 슬립함 -> LD가 동작해서 양쪽 바퀴가 똑같이 회전함 -> 양쪽 바퀴 모두 마찰력이 작아서 슬립함 -> 구동축 바퀴가 모두 마찰력이 작아서 그대로 제자리에서 스핀... 즉, 한쪽 바퀴만 빙판길에 올라선 경우에는 LD가 작동하면 안전하게 출발할 수 있지만, 양쪽 바퀴가 모두 빙판길에 있는 경우 LD가 장착되지 않은 차량보다 더 불안정하다.