센터 디퍼렌셜

[저귤러]

센터 디퍼렌셜은 주로 1/8 랠리카에 쓰이는 고급물품이지요.

그런데 이것이 어떻게 쓰이는지 궁금해졌습니다. 미국에 내셔널 퍼블릭 래디오(NPR)이라고 교육방송같은 래디오가 있는데 Car Talk이라고 늙은 형제가 자동차에 관한 문제를 전화로 듣고 해결해주는 코메디 같은 방송이 있습니다. 거기에서 그러더군요. 4륜구동 (4x4)보다는 AWD가 눈이나 얼음길에서는 훨씬 좋다고요.

그때는 듣고도 생각을 안한것 같습니다. 그런데 지금 생각해보니 센터 디퍼렌셜 때문인것 같습니다. 제 와이프가 덩치에 안맞게 혼다 패스포트 6기통 짜리를 몰고 있었는데, 차라리 눈에서 4륜을 다 돌리는 것이 제가 모는 13년 된 전륜구동 토요타 보다 못한것 같은때가 한두번 있었습니다. 흐흐...13년 전에 나온 엘란트라와 거의 같은 차인데 아직도 문제없이 잘 굴러간답니다. 싸구려차라 전기문제가 있을수도 없고, 수동변속이라 변속 문제도 없고, 기름만 넣으면 잘 간답니다. 다만 에어콘이 없어서 여름엔 죽음입니다.

그러고 나서 생각을 해보니 4X4라는 것은 항상 4륜에 구동력이 전해지는것이 아니고, 파트타임으로 보통 후륜 2개만 굴러가다가 4륜이 필요할 경우에는 버튼을 누르면 4바퀴가 전부 다 돌아가기 시작하는 것이죠. 그런데 센터 디퍼렌셜이 없다면, 앞바퀴 축과 뒷바퀴 축이 똑같이 1:1 로 굴러가기 때문에 얼음길에서 확실히 문제가 됩니다.

직진을 한다면 아무런 문제가 없지만, 방향을 틀게되면 4바퀴가 각각 돌아가는 정도가 달라진다는 것은 상식이지요. 뭐 그래서 알씨에서도 흔히 후륜에 디퍼렌셜이 하나, 전륜에도 하나 있습니다. 그런데 전동 알씨에는 흔하지 않지만 1/8 오프로드 차들에게는 센터 디퍼렌셜이 하나 더 있지요. 무언고하니 차가 오른쪽으로 돈다면 오른쪽 뒷바퀴를 축으로해서 도는것과 마찬가지입니다. 오른쪽 뒷바퀴는 가장 적게 돌고, 왼쪽 뒷바퀴는 좀 더 많이 돌고, 앞바퀴 둘은 전체적으로 뒷바퀴 두개 보다 많이 돌지만 오른쪽으로 방향을 틀면 왼쪽 앞바퀴가 오른쪽 앞바퀴보다 더 많이 돌지요. 따라서 가장 적게도는 순서대로 라면 오른뒷, 왼뒷, 오른앞, 왼앞 순서가 됩니다. 억지로 숫자를 먹이자면 오른쪽으로 핸들을 완전히 꺾어서 돌때 바퀴가 도는 비율은 오른뒷 1, 왼뒷 1.5, 오른앞, 1.6, 왼앞 1.8 정도의 비율이 될까요? 그러면 평균적으로 뒷쪽은 1.25, 앞쪽은 1.7 정도로 앞바퀴 축이 더 많이 돌지요.

뒷축에서 오른쪽 왼쪽 서로 차이가 나는것은 뒷축의 디퍼렌셜이 해결을 해주지요. 또 마찬가지로 앞축에서 오른쪽과 왼쪽이 차이가 나는것은 앞축의 디퍼렌셜이 해결을 해줍니다. 그런데 앞축과 뒷축의 차이를 해결을 해주는것은...전동 차량에는 잘 없는 센터 디퍼렌셜입니다. 다음 달이면 13살이 되는 제차는 전륜이라 구동바퀴가 전륜 2개입니다. 그리고 후륜은 그냥 딸려서 굴러가는 바퀴이니 빙판에서 살살 가면 4바퀴가 각각 다른 비율로 굴러갈 수 있으니 잘 가지요. 그런데 와이프 4x4 에 사륜을 걸고 가면 커브를 틀때 미끄러지는 것입니다. 센터 디퍼렌셜이 없는 차인 모양입니다. 뒷축이 1바퀴 돌때 앞축이 1.6 바퀴 돌아야 된다면 센터 디퍼렌셜이 없으면 앞축이든지 뒷축이든지 똑같이 1:1로 굴러 갈테니 앞축이던 뒷축이던 한쪽이 땅에서 미끄러져야만 되는것이지요. 그러니 차라리 빙판에서는 2륜으로 살살 가는 쪽이 더 잘 가는 것 같습니다.

타미야 험머(만타레이 새시)를 보면 모터가 뒤에 있는 기어박스에 붙어있고, 그 기어박스에서 바로 직통으로 샤프트를 통해서 앞쪽 기어박스로 연결이 되어 있습니다. 앞바퀴 축과 뒷바퀴 축이 연결이 되어있고 앞바퀴가 10바퀴 돌면 뒷바퀴도 10바퀴 돌게 되어있습니다. 센터 디퍼렌셜이 없으니 할 수 없지요.

이것을 해결하기 위해서 타미야에서는 토크 스플리터를 따로 별매하지요. 저는 아직 구하지 못해서 실제로 어떻게 되는지는 알수 없습니다만, 제 생각에는 원웨이 플레이트식 볼 베어링을 써서 앞축이 뒷축보다 조금 더 굴러갈 수 있는것을 허용하지 않을까 하고 추측하고 있습니다. 그러면 커브길을 돌아갈 때 뒷 바퀴들이 10 바퀴 도는 동안 앞바퀴들은 더 많이 돌 수 있도록 허용하는 것이지요.

물론 이것은 험머 새시만의 해결책입니다. 1/8 짜리 엔진 오프로드 버기들은 주로 중앙에 센터 기어박스가 있고, 거기에서 디퍼렌셜을 통해서 앞 뒤의 기어박스로 구동력이 전달되지요. 일반 버기들은 앞, 뒤, 센터 디퍼렌셜이 모두 일반적인 베벨(우산)기어입니다. 대신 디퍼렌셜이 밀폐형으로 되어있어서 뻑뻑한 그리스를 쓰면 디퍼렌셜이 적게 움직이고, 물 같은 그리스를 쓰면 쉽게 움직이지요. 문제는 쉽게 움직이면 그만큼 언로딩이 쉬워진다는 것입니다.

일반 전동 알씨카들은 밀폐식 디퍼렌셜이 아니라서 언로딩은 누구나 다 경험 해보셨을 겁니다. 차 바닥이 돌에 걸려서 구동바퀴 하나가 땅에서 떠 버리면 공중에 붕 떠있는 바퀴만 씽씽 돌아가고 진작 땅에 닿아있는 바퀴는 힘없이 움직이지도 않는 현상이지요. 구동바퀴를 한쪽을 잡고 모터를 돌리면 반대쪽 바퀴만 두배로 빨리 돌아가는 것도 같은 디퍼렌셜이 있기 때문에 생기는 현상입니다. 구동바퀴가 다 땅에 닿아서 양쪽 바퀴가 다 충분히 접지력이 있을때는 일반 디퍼렌셜 보다 더 좋은 디퍼렌셜이 있을 필요도 없습니다. 하지만 실제로는 한쪽 바퀴가 접지력을 잃는 현상이 자주 있고, 그러면 정작 땅에 닿은 바퀴가 돌아가야하는데 디퍼렌셜 덕분에 안돌아가는 것이 문제죠.

이것을 어느 정도 막기 위한 것이 밀폐형 디퍼렌셜에 뻑뻑한 그리스를 쓰는것입니다. 그럼 그 뻑뻑함 때문에 땅에 닿은 바퀴에도 힘이 좀 전해지는 것이죠. 리미티드 슬립 디퍼렌셜(LSD)의 효과를 노리는 것이지요. 실차에서는 이렇게 그리스 같은걸 쓰는걸 비스커시티 디퍼렌셜이라고 하는 것 같습니다. 일본차인 수바루등에서 일부 쓰이는 것으로 알고 있습니다. 디퍼렌셜 옆에 구멍난 디스크가 여러 장이 겹쳐져있고, 뻑뻑한 그리스 때문에 일반 디퍼렌셜만 있을때 같이 무한정으로 디퍼렌셜이 돌아가지 않고 뻑뻑하게만 돌아가도록 하는것 같습니다. 어떤 리미티드 슬립 디퍼렌셜은 디스크들을 스프링이 눌러주어서 디퍼렌셜이 무한정으로 돌아가는 것을 막는것 같습니다.

물론 실차에서는 이렇게 까지 할 필요도 없습니다. 요즘은 ABS 브레이크가 많아서 바퀴에 센서가 있습니다. ABS 브레이크란 급 브레이크를 밟았을때 바퀴가 다 서버리면 바퀴는 움직이지 않지만 차는 끼이익 하고 계속 움직이는 것을 막기 위해서 차는 가고 있지만 바퀴가 아예 돌지 않고 있으면 브레이크를 풀어주고 일초에 몇십번씩 브레이크를 걸었다 말았다 하는 것입니다. 이렇게 하면 그냥 미끄러지는 것보다는 짧은 거리에서 차를 세울수가 있지요.

이 기술을 역 이용해서 바퀴가 빙판에서 미끌어져서 헛돌고 있다면 헛도는 바퀴에 자동으로 브레이크를 걸어주는 것입니다. 일렉트릭 스테빌리티 콘트롤이라고도 하지요. 이것도 말이 되는게 바퀴가 하나 공중에 떠서 헛돌고 있는데 그 바퀴에 브레이크를 걸어주면 땅에 닿아있는 바퀴에 모든 힘이 다 전달되어서 튀어나갑니다. BMW등 고급 차량에만 쓰였지만 ABS가 일반화 되면서 많은 차량에 보편화 되고 있는 기술입니다. 한바퀴가 일단 잠깐 미끄러지고 난 후에야 효과가 있는 것이라서 썩 좋은 기술은 아닙니다. 지금은 차가 운전성을 잃고 오른쪽으로나 왼쪽으로 길 밖으로 튀어나가게 되면 컴퓨터가 브레이크를 각기 다르게 적용해서 차를 바르게 해주지요. 수바루에서는 리미티드 슬립 디퍼렌셜과 스테빌리티 콘트롤을 같이 쓰기도 합니다. 물론 바퀴 하나 하나에 브레이크가 없는 알씨 차량에는 해당 사항이 없는 기술입니다.

그런데 이것도 좋지만 한 술 더 떠서 1/8 버기에는 톨슨 (토크센싱을 줄여서 톨슨)디퍼렌셜이라는 기계식 리미티드 슬립 디퍼렌셜을 씁니다. 물론 실차에도 쓰이고요. 이것은 기계식으로 나사같은 벌레(웜)기어를 써서 디페렌셜 때문에 한쪽 바퀴가 8바퀴쯤 돌면 다른쪽 바퀴는 무조건 1바퀴 돌도록 되어있는 디퍼렌셜 기어입니다. 바퀴가 하나 공중에 떠서 8바퀴를 헛바퀴 돌면 땅에 있는 바퀴는 무조건 한바퀴 돌기 때문에 뻑뻑한 그리스처럼 땅에 있는 바퀴도 돌게 되어있는 것입니다. 물론 비율은 기어를 어떻게 깎는가에 따라 달라집니다. 6:1로 할수도 있고, 10:1로 할 수도 있겠지요. 폭스바겐 파삿과 새로 나오는 AWD 골프 같은 차들이 센터 디퍼렌셜은 이 기계식 톨슨 디퍼렌셜을 쓰고 있는것으로 알고있습니다. 1/8 버기에도 톨슨 디퍼렌셜을 씁니다만 하나당 $100정도 하기 때문에 한차에 3개를 쓰면 36만원입니다. 뻑뻑한 그리스가 훨씬 더 경제적이지요.

그런데 수바루나 폭스바겐 파삿을 선전하는 것을 보면 바퀴가 미끄러지면 안미끄러지는 쪽으로 자동적으로 힘이 전달 된다는것은 이해가 안갑니다. 물론 전자식 일렉트로닉 스타빌리티 콘트롤을 이야기하는것 같지는 않습니다. 뻑뻑한 그리스를 쓰는 식의 비스커시티 리미티드 슬립 디퍼렌셜은 급전진할때 앞쪽에 힘이 적게 들어가니까 당연히 땅에 밀려있는 뒸쪽이 힘을 더 받겠지요.

그 말일까요? 톨슨 센터 디퍼렌셜이 8:1 비율이라면 앞쪽 두바퀴가 진흙에 빠져서 8바퀴 헛돌면 뒷쪽 두바퀴는 1바퀴 돈다는 뜻일텐데, 그렇다고 전진할때도 뒤로 더 힘이 많이 들어가는걸까요? 여기서 말하는 힘은 바퀴회전이 적다는 토크를 말하는 걸까요?

사실은 와이프차가 기름도 엄청먹고 (1갤런에 12마일 = 3.7 리터에 19.2km = 리터당 5km) 무슨 엔진에 센서 몇개가 맛이 가서 차가 진동이 심해서 고치려니 500만원이나 들고 고쳐도 보장을 해준다고 해서 팔고 싼차를 사는것이 경제적이라 싼차를 수바루 포레스터로 샀습니다. 차고칠 돈이 없어서 팔고 좀 더 싼 차로 새차를 샀다는 말이 안되는 상황입니다. 여긴 인건비가 장난이 아니래서 보증기간 지나면 파는게 좋지요.

이차에 센터 디퍼렌셜이 리미티드 슬립 디퍼렌셜이라는더 어떤건지 모르겠습니다. XS모델 부터는 후륜에도 리미티드 슬립 디퍼렌셜이 있는데, 가정 형편상 가장 싼 X 모델이라서 센터만 LSD가 있는걸 샀습니다. 그래서 센터 디퍼렌셜에 대해서 곰곰히 생각하게 되었는데 생각하면 할수록 헷갈리는것이 리미티드 슬립 디퍼렌셜인것 같습니다.

[nowing(노윙)]

언제봐도 저귤러님의 글은 훌륭하십니다. 짝짝짝...^^

[저귤러]

노윙님께서 그런 말씀해주시니 감사합니다. 좀 심각한 메니어들만 읽지 않을까 하고 생각하고 있답니다. 제가 대학 다닐 때 까지만 해도 만화랑 숙제 빼고는 때려도 글 읽기가 싫었는데 이렇게 장황하게 쓰다니 제가 생각해도 황당하답니다.

[Nrimbo]

읽긴 읽었는데....초보자인 저에게는 전부 이해가 되진 않네요..그래도 대략적인건 이해했습니다,.그거만으로도 큰 지식에 도움이 되네요

[rcmania]

멋집니다...간만에 잠수풀고 와서 이런 교육적인 글을 보게될줄은 몰랏네요 ^^