구동 계통의 구조

 

 

 

구동 계통의 구조

엔진이 만들어낸 힘을 자동차의 주행 상황에 적합한 회전수와 힘으로 변환해 타이어까지 전달하는 것이 구동 계통의 역할이다. 변속기와 디퍼렌셜 기어, 드라이브 샤프트 등으로 구성되며, 구동 계통의 부품은 전부 튼튼하게 만들어진다.
변속기는 크고 작은 기어를 조합해 엔진이 만든 힘과 회전수를 변환하는 장치다. 발진이나 저속 주행을 할 때는 출력축의 회전수가 낮은 기어를 선택해 힘을 크게 하고, 속도가 상승할수록 회전수가 높아지는 기어를 순차적으로 선택한다. 수동 변속기의 경우, 발진할 때 힘을 천천히 전달하고 기어를 바꿀 때 엔진에서 전달되는 힘을 일시적으로 차단하기 위해 클러치가 변속기의 앞에 설치되어 있다. 변속기에서 디퍼렌셜까지는 프로펠러 샤프트를 통해 동력이 전달된다.
자동 변속기는 그 이름처럼 자동으로 기어를 바꿔주는 변속기다. 클러치 대신 한 쌍의 날개(limpeller)와 ATF (Automatic Transmission Fluid)로 엔진의 회전력을 전달한다. 토크 컨버터를 설치하는 동시에 변속기의 기어 전환도 자동화했다. 최근의 자동 변속기는 전자 제어가 기본이어서 제어의 세밀함이 크게 향상되었으며, MT(Manual transmission : 수동 변속기)와 같은 조작감의 변속 모드를 갖춘 변속기가 일반적이다.
트랜스미션에 전달된 출력은 디퍼렌셜 기어를 경유해 드라이브 샤프트를 거쳐 휠로 전달된다.

 

 

FF 자동차의 구동 계통

FF 자동차는 엔진이 차체 앞쪽에 탑재되고 앞바퀴를 구동하는 방식이기 때문에 구동 계통이 매우 간결하다. 엔진의 힘은 바로 옆에 있는 트랜스 액슬 에 전달되어 그 내부에서 모든 변속 조작이 이루어진다. 디퍼렌셜 기어를 경유해 좌우로 분배된 회전력은 드라이브 샤프트를 통해 휠에 전달된다. 엔진을 가로로 탑재할 경우 크랭크 샤프트에서 구동축까지 전부 방향이 같아 회전력의 방향을 전환할 필요가 없다는 이점이 있다.

 

FR 자동차의 구동 계통

FR 자동차의 경우, 차체 앞쪽에 세로로 탑재된 엔진과 변속기의 출력을 차체 밑에 있는 프로펠러 샤프트로 전달한다. 그리고 뒷바퀴 축의 디퍼렌셜 기어 부분에서 힘의 방향을 90도 변환한 뒤 좌우의 드라이브 샤프트를 통해 훨을 구동한다.

4WD 자동차의 구동 계통

4WD 자동차의 구동 계통은 FF와 FR을 조합한 것 같은 구조다. FF 자동차가 베이스인 4WD는 FF의 구동 계통에 FR의 구동 계통을, FR 자동차가 베이스인 4WD는 FR의 구동 계통에 FF의 구동 계통을 추가한 형태이다. 일반적으로 변속기를 거친 동력은 트랜스퍼 케이스가 앞뒤 바퀴로 분배한다.

 

자동 변속기의 단면도, 오른쪽에서부터 전달된 엔진의 힘이 토크 컨버터를 통해 회전력이 증폭된 뒤 왼쪽의 변속기에서 변속되어 출력된다.

 

 

 

FR 방식은 메커니즘의 관점에서 볼 때 가장 무리가 없는 구조다. 세로로 배치한 엔진에서 발생한 힘은 트랜스미션을 지나긴 프로펠러 샤프트로 이어진다. 그리고 뒷바퀴의 축에 있는디퍼렌셜이 구동력을 좌우로 분배한다. FR 방식은 앞바퀴가조향, 뒷바퀴가 구동 역할을 맡는다.

 

 

 

차체 밑에 사다리꼴 프레임(Ladder frame) 섀시가 있는 4WD자동차는 그곳에 구동 계통이나 서스펜션을 부착한다.

 

 

디퍼렌셜 기어는 좌우 바퀴를 연결하는 사이드 기어와 링 기어 그리고 2개의 피니언 기어를 조합한 구조다. 직진을 할 때는 사이드 기어와 피니언 기어가 일체화된 상태로 회전하지만, 선회를 할 때 한쪽 바퀴가 저항을 받으면 피니언 기어가사이드 기어를 따라 회전해 좌우 바퀴에 회전 차이를 준다.

 

 

 

자동 변속기의 토크 컨버터는 2개의 날개를 마주보게 한 것같은 구조다. 엔진의 힘으로 펌프 임펠러가 회전하면 내부에가득 찬 ATF가 터빈 러너에 힘을 전달한다. 그 안쪽에는 한 방향으로만 회전하는 작은 날개가 달린 스테이터라는 부품이 있어서 회전력을 증폭하는 역할을 한다.

 

 
* 트랜스 액슬(Trans axle) 변속기와 디퍼렌셜 기어를 일체화한 유닛.