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자동차 4개의 타이어는 자동차가 회전중에는 저마다 다른 궤적을 따라 움직이고 있다. FR과 FF차의 경우 구동바퀴외의 2개 타이어는 (FR의 경우는 전륜, FF의 경우는 후륜)좌우가 연결되어 있지 않기 때문에 문제가 없지만 구동되는 2개의 타이어는 같은 엔진의 회전력을 전달받기 때문에 좌우가 연결되어 있다.
만일 이 좌우바퀴가 아래 그림과 같이 1개의 축으로 연결되어 있다면 직진시나 회전시에는 좌우타이어는 같이 회전하므로 타이어는 미꺼러질 수가 있다. 우천도로나 눈길에서는 어느정도 주행 가능할까?
노면상태가 좋은 아스팔트등에서는 타이어는 그립상태가 좋아, 변속시와 기어에 걸리는 부압이 줄어들게 된다. 이와같이 회전시나 노면의 요철에 따라 좌우 타이어의 구르는 거리가 다를 경우 좌우바퀴에 적절하게 회전차이를 부여하는 장치를 디프렌샬이라고 부른다.
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일반적으로 데후라고 부르는 이 기구는 FR차용과 FF차용에서는 외관이 크게 차이가 난다.
FR차에서는 엔진이 종치로 장착되고 있다는 것은 앞에서도 언급하였지만, 그 회전은 보통 자동차를 앞에서 볼때 우측으로 회전하므로 타이어의 회전방향과 일치하도록 하기 위해서는 90도 각도를 변경하는 것이 필요하다.
그것에 비해 많은 FF차에서는 엔진을 횡치로 장착하고 있으므로 데후는 트랜스미션내에 조립되어 있고 엔진의 회전방향과 타이어의 회전방향이 일치하도록 각도를 변환시킬 필요가 있다.
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| [FR차용 디프렌샬] |
[FF차용 디프렌샬] |
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FR차용 디프렌샬에 대한 구조를 설명하면 프로펠라샤프트의 회전은 우선 디프렌샬의 드라이브 피니언기어를 회전시킨다.
드라이브 피니언 기어에는 링기어가 조립되어 있다.
이 링기어는 회전방향을 변화시키며, 동시에 트랜스미션에서 감속된 회전력을 더욱 감소시켜 큰 토르크를 얻을 수 있도록 해주는 기능을 가지고 있다. 이때문에 드라이브 피니언 보다도 3~5배 정도 많은 기어수르 가지고 있다.
디프렌샬에 의한 감속은 트랜스미션에 의한 감속과는 별도로 2차감속, 또는 종감속이라 부르며, 트랜스미션의 변속비와 디프렌샬의 감속비를 곱한 수치를 총감속비라 부른다.
링기어가 직접 차축(액슬샤프트)을 회전시키는 것은 아니며, 디프렌샬케이스를 회전시킨다.
이 케이스의 내부는 좌우측의 회전차이를 발생시키는 기구(차종장치)가 조립되어 있다.
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그러면 디프렌샬에서는 어떻게하여 좌우바퀴에 회전수의 차이를 부여하는가?
옆의 그림은 차종장치의 개요도이다.
이 그림을 사용하여 순서대로 생각해 보도록 하자.
- 드라이브피니언이 회전하면 링기어가 회전한다.
- 링기어에는 디프렌샬케이스가 부착되어 있어 링기어와 같이 회전한다.
- 디프렌샬게이스에는 피니언샤프트가 관통하고 있어 케이스와 동시에 피니언샤프트가 회전한다.
- 피니언샤프트에는 디프렌샬 피니언이 조립되어 있으며, 이 디프렌샬 피니언기으는 피니언 샤프트와 동시에 회전(공전)하든지, 피니언샤프트를 축으로 자전하는 것이 가능하다.
- 사이드기어는 액슬샤프트에 의해 타이어와 직결되어 있다.
또한 사이드기어는 디프렌샬 피니언과 기어로 구성되어 있다.
따라서 좌우타이어에 회전수의 차이가 없는 직진상태에서는 링기어 → 케이스 → 피니언샤프트 → 디프렌샬피니언 공전 → 사이드기어 좌우 동회전 순서로 전달된다.
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다음은 우측으로 회전하는 경우를 생각해 보면 링기어와 케이스 또는 피니언샤프트의 회전은 직진시와 동일하며 좌우바퀴의 회전반경 차이 때문에 좌측바퀴가 우측바퀴보다 많이 회전해야 하므로, 디프렌샬피니언이 자전하며, 우측사이드기어를 역회전시킨다.
실제로 주행중에 좌우측 바퀴가 역으로 회전하는 일이 없는것은 이와같이 차종이 이루어질 때 피니언샤프트가 링기어와 동시에 회전하며, 디프렌샬피니언이 공회전하고 있기 때문이다.
그때문에 우측의 사이드기어는 좌측보다 늦게 회전하므로 실제로는 앞쪽 방향으로 회전하게 된다.
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이와같이 디프렌샬은 좌우 타이어에 적절한 회전차를 부여하고 있지만 디프렌샬이 부착되어 있기 때문에 발생하는 부조화도 있다.
예를 들면 노견에 눈이 쌓여 있는 도로에서 한쪽 바퀴가 노견을 달리는 상태로 정지하거나, 출발한다면 눈위를 달리는 타이어가 공전현상을 일으켜 출발할 수 없는 경우가 있다.
이것은 아스팔트보다 눈위에서 타이어의 노면저항이 적으며, 회전이 용이하기 때문에 디프렌샬에 의한 차종작용으로 엔진의 회전력이 모두 눈위의 타이어로 전달되어, 아스팔트위의 타이어는 정지한상태가 되기 때문이다.
이와같은 경우에는 체인을 감아주거나 미끄러지는 타이어 밑에 모포등을 깔아 탈출할 수 있지만 원래부터 차동작용을 어느정도 제한하는 기구를 갖춘 디프렌샬도 있다.
이와 같은 디프렌샬을 논 슬립 디프렌샬, 또는 리미티드슬립 디프렌샬 (LSD : LIMITED SLIP DIFFERENTIAL)이라고 부른다.
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