자동차 명칭 이해 (4) : 데후란?

[건성[지수환/오산]]

글 : 이태열(master@4wd.co.kr)

"이차는 데후가 2개야!"

가끔씩 주차 되어있는 우리의 오프로더들을 가리키며 하는 말들입니다. 또 오지에서 길의 상태를 묻는 우리들에게 "데후가 2개인 차는 문제 없어!" 라고도 하죠. 차만 보면 허리를 굽히고 하체부터 들춰 보는 우리 동호인들에게 가장 먼저 눈에 띄는 것이 바로 이 데후 일 것입니다.

수박하고 크기가 비슷하고 모양도 비슷해서 데후=수박통 으로 불리기도 하는 이놈의 정식명칭은 영어로 "Differential", 한국말로 "차동장치(差動장치)입니다. 간략하게 해석하면 "동력의 배분에 차이를 둔다" 쯤이 되겠네요.
자동차가 원활하게 선회를 하기 위한 요 데후는 오프로드에서는 단점으로 작용하는 바, 이를 극복 하기 위한 장치인 "차동제한 장치"는 주요 관심사의 하나 입니다.

근데... 우리는 이 데후의 원리나 작동방법을 잘 모르지는 않을까요?
심지어 데후가 정확히 어떤 부분인지도 모르는 건 아니지 않겠죠?(?? 뭔말인지...)

말은 쉽지만 원리는 참으로 오묘한 이 데후를 풍부한 그림 및 자상한 설명과 함께 속속들이 해부해 보겠습니다. 어려운 용어 같은건 과감히 생략하고 이넘이 뭐하는 넘인지 함 파악해 보자구요.(이 글에서는 줄여서 "Diff"로 부르겠습니다)

Diff를 이해 하기 위해서는 파워트레인의 구조부터 이해 하는 것이 우선 일 것입니다. 파워트레인은 구체적인 장치 하나를 지칭하는 것이 아니라 동력을 전달하는 연결된 장치를 모두 일컷는 용어 입니다.
파워트레인을 좀더 이해 할려면 서스펜션에 대한 이해도 일부 필요 합니다.

조금 더 자동차에 대하여 깊이 이해 하시려는 분은 다행히(^&^) 본 웹진에 풍부한 자료가 준비 되어 있으니 아래의 링크를 참고 하세요.

자동차의 각종 명칭 이해
자동차의 내부 명칭 이해
샤시, 동력전달구조 명칭 이해 1
샤시, 동력전달구조 명칭 이해 2

왼쪽의 그림은 파워 트레인을 간략화 한 그림입니다. 엔진에서 발생한 동력은 그대로 바퀴에 전달 되는 것이 아니라, 클러치(clutch) → 트랜스밋션(transmission) → 추진축(프로펠라 샤프트 propeller shaft) → 차동장치(차동장치 differential) → 구동축(액슬샤프트 axle shaft)를 통하여 비로소 바퀴를 구동 하게 됩니다. 이러한 장치의 연결을 『파워 트레인(power train)』이라 부릅니다. 이러한 파워트레인의 각부분 역할을 간략 하게 설명 하면 다음과 같습니다. 클러치 (clutch) 엔진동력에 접속하는 장치로, 기어 변속 및 출발, 정차 할 때, 엔진의 회전력을 단속 하기 위한 장치 트랜스밋션(transmission) 변속기를 말하며, 엔진의 동력을 노면 상태와 주행 조건등에 적합하게 회전력을 바꾸는 장치. 여러개의 기어를 조합하여 속도를 조절 추진축(프로펠라 샤프트 propeller shaft) 트랜스미션의 회전력을 차동장치에 전달하는 장치 차동장치(차동장치 differential) 추진축의 동력을 차량의 선회상태에 따라 좌우로 배분하는 장치. 구동축(액슬샤프트 axle shaft) 차동장치의 회전력을 바퀴에 직접 전달하는 장치

후륜 액슬의 구조

(그림1)

일단 위의 플래쉬를 유심히 살펴 보세요. 그냥 살펴 보시지만 말고 신호등의 빨간버튼과 파란버튼에 마우스를 올려 놓아 보세요. 주의 깊게 보셨으면 아래의 간단한 결론을 내리실수 있을 겁니다.

1. 어? 자동차가 선회시에 전륜의 두바퀴가 그리는 궤적과 후륜의 궤적은 다르네 !!!
즉, 같은 왼쪽 바퀴 인데도 전륜의 왼쪽 바퀴와 후륜의 왼쪽 바퀴가 그리는 궤적이 서로 다르다.
2. 그리고 좌우측의 궤적도 다르군. 당연히 외측 바퀴가 더 긴 거리를 가야 하네 !!!

"자동차의 메카니즘에 익숙지 않아서 이 그림도 어렵다고! 버럭~~!" 하신다면
자상한 이 필자가 한번 더 설명 드릴께요 ^^

(그림2)

- (A 와 C) 는 같은 왼쪽 바퀴 인데도 선회시에 움직이는 거리가 달라요. (B, D)도 그렇네요.
- (A 와 B) 도 움직이는 거리가 다르네요. (C, D)도 그렇군요.
- 결국 4바퀴가 모두 "그때 그때 달라요"....왜 이래..... ㅡ.ㅡ;

왜 이러냐고 물으시면... 제가 그런 것 아닙니다. ㅠ.ㅠ
일단은 (A, B)의 궤적에 관심을 가져 BoA요. 이정도 궤적의 차이면 U턴시에는 거의 1.5배정도의 거리 차이가 날겁니다. "그림2" 의 E와 G가 바로 Diff입니다. 이넘이 없다면 B 보다 더 먼거리를 움직이는 A는 질질 끌려가는 현상이 나타날겁니다. 이걸 유식하게 말하면 "Tight coner breaking" 현상이 일어 납니다. 그냥 편하게 풀어 말하면 "못따라 오는 넘 질질 끌고 간다"입니다. (군대에서 행군에 뒤 떨어지는 병사는 부축해서 질질 끌고 가죠?)

이제는 Diff가 어케 생긴지는 몰라도 왜 필요 한지는 이해 하시겠죠?
(그래도 모르신다면 ..... GG ㅠ.ㅠ 입니다.....흑흑..)

모든 차는(전륜구동이든 승용이든) 반드시 하나 이상의 Diff를 가져야만 합니다.
"그래서 내차 밑에 박박 기어 들어가 보았더니 수박통 같은거 없다구 버럭 버럭!!!!!" 하시는 분.
죄송 합니다. ^^
모든 차가 수박통 같은 둥근 DIff가 있는 것은 아닙니다. 자동차는 그 어느것보다 빨리 발전 하였기 때문에 Diff도 여러 가지가 생겨 났습니다. 우니모그 같은 특수 차량은 축 늘어진(?) Diff가 걸리적 거린다고 양바퀴쪽에 Diff 역할을 하게 하고 "Portal Axle"이라고 이름 붙였습니다. 전륜이 독립서스펜션인 차량은 Diff가 위쪽에 바짝 붙어서 등속조인트가 구동축(Axle Shaft)역할을 한답니다.

그림2에 F는 모요?

아구 지송! 잊고 지나갈뻔..

사륜구동에는 파트타임(필요 할 때만 수동으로 사륜으로 사용) 하는 방식과 풀타임 사륜방식이 있습니다.(신형스포티지에는 액티브4WD 라고 해서 자동으로 사륜<->이륜이 전환되는 시스템이 있는데 머리 아파지니 패쑤~~)

풀타임 사륜구동은 4바퀴가 항상 동력을 전달 받게 됩니다. 전/후륜 각각의 좌우 바퀴 회전차 A,B 와 C,D는 각각의 Diff 인 E,G로 해결 되었는데 풀타임에서는 전륜 두바퀴(C,D)와 후륜 두바퀴(A,B)가 그리는 궤적이 다르므로 아까 위에서 말한 "못따라 오는넘 질질 끌고 간다"는 현상이 발생 합니다. 그 문제는 해결 하기 위해서 Diff를 하나 더 두었고 그걸 "Center Diff"라고 부릅니다.

이 시점에서 센스 있는 분은 "아 그럼 파트 타임도 사륜 넣고 U턴 하면 "질질.." 현상 발생 하긋네" 라고 생각 하실 겁니다.

네 맞습니다. 그래서 사륜넣고 급코너 돌면 차가 움찔움찔 합니다. 다만 파트타임은 말그대로 필요시에만 사륜을 넣으므로 굳이 "Center Diff"를 장착 하지 않는 것 입니다.

이제는 대체 Diff의 생긴 모습을 함 봐야 겠습니다.
아래 그림3 처럼 생겼습니다.

(그림 3)

"백문이 불여일견" 이라 하거늘...헐...보아도 보아도 이게 왜 그런 작용을 하는지 잘 모르실겁니다.
제가 누굽니까?(누군지 모른다고요. ㅠ.ㅠ)
좋습니다. 하여간 이 쇳덩이가 왜 그런 작용을 하는지 반드시 이해 시키고야 말겠습니다.!!

(그림 4)
(본 그림은 오래 보면 머리가 복잡해져서 멀미가 날 수도 있으므로
명칭만 대충 보고 지나 갈 것을 권장 함)

그림3의 피니언기어와 링기어를 설명 드립니다. 피니언과 링기어는 회전을 감속 시키는 역할과 운동 방향을 바꾸는 일을 합니다.
엔진의 고속왕복운동은 크랭크축에서 회전운동으로 바꾸어져서 트랜스밋션으로 전달 됩니다. 트랜스밋션은 적절한 기어비에 의하여 감속 되어 위의 피니언기어를 회전 시킵니다.
피니언기어의 회전은 링기어로 전달 되고, 링기어는 운동방향을 바꾸어 Diff케이스를 통채로 회전 시킵니다. 이때 Diff 케이스에 연결 된 Axle Shaft가 회전 하면서 바퀴에 구동을 전달 합니다. 피니언기어와 링기어의 기어비는 1:N("최종감속비" 라고 부릅니다)이므로 여기서도 또 감속이 일어 납니다. 트랜스 밋션에서 모든 감속을 할 경우 트랜스 밋션의 크기가 너무 커지는 것을 방지 할 수 있게 되었네요.

아직은 Diff가 어떤 원리에 의하여 작동 하는지는 모르지만 왜 필요 한지 3가지 이유는 분명 하여졌습니다.

1. 회전반경의 차이에 따른 좌우, 또는 앞뒤의 선회거리차를 보상 하여 선회를 원활하게 한다.
2. 운동 방향을 바꾼다.
3. 최종 감속 기능을 한다.

Diff의 원리를 이해 하기전에 아래의 플래쉬를 감상 하여 주십시오. "STRAIGHT"와 "TURN" 버튼을 몇 번만 클릭 하면 Diff의 작동 방법은 이해가 가실 겁니다. 직진시에는 양쪽이 동일속도로 회전을 하지만 선회 시에는 왼쪽이 좀더 빠르게 돌고 오른쪽은 그 만큼 적게 회전 함을 아실수 있습니다.

(그림5)

그러나 우리는 아직도 Diff의 원리에 대해서는 모르고 있습니다. 필자가 Diff의 원리를 이해 하였을 때 단순한 운동역학 하나에 모든 것이 담겨 있다는 것에 많이 놀랐습니다. Diff는 자동차역사 1백년 동안 크게 바뀌지 않은 부품 중의 하나입니다.

이렇게 설명 해도 복잡하고 어렵게 느끼실 분이 계실 겁니다.
이글 내용이 결코 쉬운 것은 아니니 당연한 것입니다. 그렇지만... 아마도 ^^.... 필자의 자상한 설명 덕에 많이 이해는 하셨으리라 자찬해 봅니다. -.-

이번 글 에서는 Diff의 작동방법과 필요성에 대해서만 언급한 것으로 마치겠습니다.
계속 해서 다음 기사에서 작동원리와 차동장치가 오프로드에서 단점이 되는 이유 및 차동제한 장치등에 대하여 논하도록 하겠습니다.

여기까지 차분히 글 읽어 주신 독자분들께 감사 드립니다.

[미트매니아(오상현. 경기화성)]

좋은글 감사요

[건성[지수환/오산]]

^^ 감사는요..무슨.. 저도 차체에 대해서 잘 몰라서 필요할때 마다 볼려구..요기 게시판에 몰래 옮겼는걸요..ㅎㅎ 이거 안지웠으면 좋겟네요..ㅋ..

[일학(이진호,김포)]

ㅎㅎ 지우기는 요~ 저와 MS가족들에게 아주 좋은 정보가 될겁니다. 좋은 정보 감사 드리구요.앞으로도 좋은 정보 많이 부탁 드립니다.

[F B I 전승운]

좋은 게시물이네요. 스크랩 해갈게요~^^

[박노목(soundspy)]

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[천공(임홍진,충남)]

원본 게시글에 꼬리말 인사를 남깁니다.

[소나기]

쌍용무쏘의 경우 차량 구동 / 즉 마력에 비해 적당하지만```차량 무게에 비하면 뒤 대우가 작습니다```그레서 접촉사고시 자주 고장이 발생하빈다```

[수녀꼬신땡초(김인철경북경산)]

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[Nice무S(안재현.부천)]

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[찜캐리(김용노)]

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