차동제한 장치(LSD : Limited slip differential)
1. 개요
차동기어장치는 자동차가 커브를 선회할 때 반드시 있어야 하는 장치이기는 하나 때로는 자동차 주행에 불편을 가져오기도 한다.
예를 들어 한쪽바퀴가 진흙탕길에(m가 적은 노면일 때) 빠졌을 때에 한쪽바퀴는 노면의 저항을 받으나 진흙탕길에 빠진 바퀴는 거의 저항을 받지 못하기 때문에 노면측 바퀴에는 동력이 전달되지 않고 빠진 바퀴만이 공전하여 주행하지 못하게 된다.
이와 같은 경우 차동기어 장치의 작용을 정지시키면 진흙탕길에서 빠져 나올수 있기 때문에 근래에는 각종 자동차에 차동제한 장치가 사용되고 있다.
2. 기능 및 장점
-.기능
좌.우 구동륜 전.후륜사이에는 한쪽이 마찰계수가 낮은 노면상에 있거나 바퀴하중이 감소하여 미끄러지면 차동장치만으로는 그 기능으로부터 총구동력이 감소하여 주행불능이 될 가능성이 있기 때문에 본래의 차동기능을 제한하는 것에의해 구동력을 확보하기 위한 장치가 차동제한장치이다.
-.장점
a. 직진 안정성 향상 : 좌우 바퀴에 토크를 알맞게 배분
b. 선회시 가속성능 향상 : 급선회시 외측바퀴와 내측바퀴에 알맞도록
토크 배분
c. 거친 노면에서 가속성, 직진성,주파성 향상
d. 구동륜의 타이어 슬립이 적으므로 타이어 수면연장
3. 작동메커니즘에 따른 분류
차동제한토크발생시켜 저속회전측의 전달토크를 증대시키는 것으로써 다음과 같은
종류가 있다.
ㄱ. 토크 감응식
피니언 샤프트부의 캠기구에 의해 스러스트힘으로 마찰클러치를 밀어 압착하거나 웜기어 물릴때의 잇면 마찰력을 이용한다.
a. 차동기어의 양쪽사이드 기어와 디퍼런셜 케이스사이에 마찰클러치를 설치하고
캠기구 등으로 클러치 판을 눌러대는 방식
b. 웜기어식
토르센(토크센싱 torque sensing을 의미한다) 디퍼런셜은 구동기어와 맞물림
톱니면과 각 회전 접동부에 발생하는 마찰력을 이용하여 차동제한 토크를 발생
시키는 것으로써 기어의 제원인 비틀림각,압력각이나 접동부를 선정함으로써
차동제한토크가 결정된다.
ㄴ. 회전속도차 감응식
좌.우 또는 전.후륜 사이에 회전 속도차이가 생기면 차동제한토크가 회전 속도차
에 따라 증감되는 형식으로 비스커스 커플링이나 유압식 커플링등이 이용되고
있다. 여기서는 일정한 배분비를 갖는 차동기어에 의해 회전속도차 감응식의
차동제한기구를 부설한다.
ㄷ. 전자제어식
전자제어로 차동제한토크를 연속가변제어 하는 방식으로 유압다판클러치를
누르는 힘을 제어하는 방식이 이용되고 있으며 여기서는 일정한 분배비를 갖는
차동기어에 유압다판클러치식의 차동제한기구를 부설하는 경우에 한정한다.
4. 구동륜 슬립(drive wheel slip)
타이어와 노면간의 접착력(adhesion force)보다 구동력(driving force)이 과대해 구동륜이 헛도는 현상을 말하며 흔히 구동륜스핀(drive wheel spin)이라고도 한다.
-.제동시 차륜의 블록킹(blocking)에 의한 슬립은 수동적슬립(passive slip)이라고 하고
-.구동륜의 슬립은 능동적 슬립(active slip)이라 한다.
ㄱ. 구동륜 스핀현상은 다음과 같은 경우에 발생한다.
-.한쪽 또는 양쪽 구동륜이 모두 미끄러운 노면(빙팡길 등)을
주행할 때
-.커브주행중 급 가속시
-.등판 발진시
-.급가속시 등
ㄴ. 구동륜 스핀을 하면 자동차의 주행 안전성이 저하됨은 물론 타이어
와 동력전달계의 마모를 촉진시키게 된다.
특히 후륜 구동 방삭의 고출력 자동차의 경우
커브 선회시에는 오버스티어링현상이 그리고 급가속시에는
선회력(cornering force)의 손실로 요잉토크가 발생된다.