행복남의 일상

자동차 제동(브레이크) 장치

운동하고 있는 기계의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치를 제동장치·브레이크 장치라고도 부른다. 제동(브레이크) 장치는 자동차·전동차·엘리베이터 따위와 같이 운동하고 있는 기계의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치를 통틀어 일컫는다. 자동차 제동(브레이크) 장치도 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다.

제동장치를 설명하기에는 너무나도 광범위하기에 우리들이 알아야 할 기초적인 내용으로 아래와 같이 단락을 나누어 한 달락식 포스팅을 이어가도록 한다.

목차

1. 제동(브레이크) 장치 일반  https://bch4518.tistory.com/38

2. 유압 브레이크  https://bch4518.tistory.com/39

3. 기계식 브레이크  https://bch4518.tistory.com/45

4. 브레이크 배력 장치  https://bch4518.tistory.com/46

5. 제동력 제한 밸브와 제동력 조절밸브  https://bch4518.tistory.com/49

6. 전자제어 시스템  https://bch4518.tistory.com/51

7. 압축공기(에어) 브레이크  https://bch4518.tistory.com/60

8. 전자제어 압축공기 브레이크 시스템  https://bch4518.tistory.com/62

9. 제3브레이크  https://bch4518.tistory.com/63

그럼 오늘은 자동차의 안전장치에서 없어서는 안 될 아주 중요한 장치인 제동(브레이크) 장치를 큰 구성원에서 일반적인 내용에 대하여 알아보도록 하자.

1. 제동(브레이크) 장치 일반

앞서 정의했듯 브레이크는 주행 중인 자동차의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치이며, 자동차의 고속성에 비추어 매우 중요한 것이다. 브레이크는 운전석에 있는 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더에서 발생된 유압이 가는 튜브를 통해서 각 바퀴에 있는 휠 실린더나 캘리퍼에 전달되어 작동한다.

브레이크에서 가장 일반적인 것은 바퀴와 함께 회전하는 드럼의 안쪽에서 슈가 휠 실린더에 의해 드럼에 압착되어, 마찰을 일으켜 브레이크 기능을 하도록 되어 있는 드럼 브레이크이다. 이 형식은 브레이크를 여러 번 반복 사용하면 마찰열 때문에 드럼이 팽창하여 나중에는 작용하지 않게 된다. 이 결함을 없애기 위해 디스크 브레이크가 고안되었는데, 이것은 바퀴와 함께 회전하는 디스크를 양쪽에서 패드로 압착하여 마찰을 일으키게 되어 있다. 디스크가 공기 속에 회전하여 열을 발산하므로 여러 번 사용해도 기능이 낮아지지 않는다. 그러나 주차(駐車) 브레이크로서의 기능은 약하기 때문에 중요한 앞바퀴만을 디스크로 하고, 뒷바퀴는 드럼으로 한 차가 많다.

디스크 브레이크는 처음에는 경주용 자동차에 사용되었으나, 오늘날에는 승용차에 널리 보급되고 있다. 대형 트럭이나 버스, 대형 승용차, 고성능 차 등에는 브레이크 기능을 향상시키는 한편, 페달을 밟는 힘을 줄이기 위해 기관의 흡기다 기관(吸氣多岐管)의 음압(陰壓)을 이용하는 등의 배력 장치(培力裝置)를 비치한 것도 있는데, 이러한 것을 서보 브레이크(servo brake) 또는 동력 브레이크라고 한다.

브레이크 회로는 예전에는 1계통으로 되어 있어 회로 파이프의 한 곳이라도 파손되면 전체 브레이크가 작용하지 않게 되어 위험하므로, 근래에는 회로를 앞바퀴용과 뒷바퀴용으로 나누어 2계통으로 한 브레이크(2중 회로 브레이크)가 사용된다. 미국의 안전기준이나 국제 스포츠 법전의 부칙 J 항은 이와 같은 이중 브레이크를 요구하고 있다.

자동차에는 이 밖에 주로 뒷바퀴에 작용하도록 된 주차 브레이크도 장치되어 있으며, 계기판 아래나 바닥 위에 있는 레버를 잡아당겨 기계적으로 작동시킨다. 주차 브레이크는 주 브레이크가 작용하지 않을 때 비상 브레이크로도 사용된다. 최근에는 제동 시 바퀴가 지면에서 미끄러지기 시작하면 이를 감지하여 브레이크를 풀어 미끄러짐을 방지하는 ABS(antilocking brake system)가 사용된다.

2. 제동(브레이크) 장치의 구성과 종류

제동(브레이크) 장치는 보통 운전자의 조직력 또는 보조 동력으로 발생한 마찰력을 이용해 자동차의 운동에너지를 열에너지 등으로 바꾸어 제동 작용을 일으키는 방식으로 작동한다.

승용차에는 대부분 마찰식 가운데서도 유압식이 많이 사용되는데, 운전자가 페달을 밟는 힘이 중간 매체인 유압을 거쳐 바퀴의 제동력으로 변환되도록 되어 있다. 승용차와 달리 버스나 트럭 등 대형 차량에는 공기 브레이크가 많다.

크게 나눠보면

① 운전자의 조직력이나 보조 동력 따위를 이용해 제동에 필요한 힘을 발생시키는 제동력 발생 장치로 진공·유압·공기 브레이크 등 보조 동력과 마스터 실린더, 부스터 등이 있다.

② 제동력 발생 장치에서 발생한 힘을 이용해 차량의 속도를 줄이거나, 차량을 직접 정지시키는 제동장치로 드럼·디스크 브레이크 등이 있다.

③ 제동력 발생 장치에서 발생한 힘을 제동장치에 전달하는 부수 장치 등으로 이루어져 있는데 이는 진공펌프와 에어 컴프레서 등이 속한다.

브레이크는 다시 용도에 따라 자동차의 주행 속도를 낮추거나 급정차하는 데 필요한 제동 브레이크, 주차 또는 정차 상태를 유지하거나 비탈길에서 주정차한 자동차가 미끄러지지 않도록 하는 주차브레이크, 비탈길을 내려갈 때 속도를 제어하는 보조 브레이크 따위로 분류된다.

또 마찰 방식에 따라 마찰식과 비 마찰식으로 나뉜다. 마찰식에는 주차·중앙·휠·상용·유압·공기 브레이크 등이 있고, 비 마찰식에는 감속·배기·엔진·전자식·유체식 브레이크 등이 있다.

3. 브레이크의 분류

브레이크는 용도에 따라 주제동 브레이크, 주차 브레이크 및 보조 브레이크(제3 브레이크)로, 사용 에너지에 따라 유압식, 압축공기식, 전기식, 기계식 브레이크로 분류할 수 있다.

① 주제동 브레이크(service brake system)

주제동 브레이크는 자동차의 주행속도를 낮추거나, 경우에 따라 급정차시키는 데 사용된다. 운전자가 발로 조작하는 족동식(足動式)이 대부분이며, 운전자의 조작력은 유압 또는 공기압이라는 중간 매체를 거쳐 차륜의 제동력으로 변환된다.

주제동 브레이크는 제동력이 전/후 차륜 간에 서로 다르게 모든 차륜에 동시에 작용하도록 설계된다. 페달 담력은 일반적으로 승용차에서는 약 500N, 대형 상용차에서는 약 700N을 초과하지 않도록 설계한다. 더 큰 담력이 필요한 경우에는 배력장치(booster)를 이용한다.

② 주차 브레이크(parking brake system)

주차 브레이크는 주차 또는 정차상태를 유지하거나 또는 언덕길에 주/정차한 자동차가 저절로 굴러가지 않도록 하는 기능을 한다. 안전상의 이유 때문에 대부분 기계식을 사용한다. 승용차의 경우, 손 또는 발로 조작하며 케이블 또는 링키지를 통해 작동시키고 요즘엔 전자식도 있다. 주로 1개의 차축에만 설치된다. 주제동 브레이크가 제 기능을 발휘할 수 없을 경우, 주차 브레이크는 보조 브레이크로서의 기능도 수행할 수 있도록 설계되어 있다.

③ 보조 브레이크(retarding brake system)

긴 언덕길을 하향 주행할 때, 주행속도를 제어하는 데 사용되는 브레이크로 주제동 브레이크나 주차 브레이크 이외의 제동장치를 말한다.

와전류 감속기(eddy current retarder), 배기(exhaust) 브레이크, 유압 감속기(hydro-dynamic retarder) 및 공기저항 감속기(air-resistance retarder) 등이 여기에 속한다.

이 외에도 제동 중 차륜의 슬립(slip)을 자동으로 측정, 제동력을 제어하여 차륜의 잠김(lock : 차륜이 회전하지 않고 미끄러지는 상태)을 방지하는 ABS(Anti-lock Brake System) 시스템을 비롯해서, BAS(Braking Assistance System), SBC(Sensortronic Brake System), TCS(Traction Control System), VDC(Vehicle Dynamic Control；ESP 및 DSC) 등 다양한 전자제어 시스템으로 분류할 수도 있다.

4. 제동장치에 관한 법규(발췌)

각 나라마다 제동장치에 대해 법률 또는 규칙에 제한 또는 강제 조항을 두고 있다. 규제 강도의 차이는 있으나 대부분 거의 유사한 내용들이다.

(1) 우리나라의 법규(자동차 안전기준에 관한 규칙 제15조)

① 주(主) 제동장치와 주차 제동장치는 각각 독립적으로 작용할 수 있어야 하며, 주제동장치는 모든 차륜을 동시에 제동하는 구조일 것. 다만 최고 속도가 25km/h 이하의 자동차는 제동장치를 1계통으로 할 수 있다.

② 피견인 자동차의 주제동장치는 견인자동차의 주제동장치와 연동하여 작동하는 구조일 것. 다만, 차량 총중량이 750kgf 이하의 피견인자동차의 경우에는 관성 제동 구조로 할 수 있다.

③ 자동차에는 주제동장치의 제동 기능 결함을 감지할 수 있도록 운전석에서 브레이크액의 기준 유량(공기식의 경우에는 기준 공기압)을 인지할 수 있는 경고 장치를 갖추어야 한다.

④ 견인자동차와 피견인자동차를 연결한 상태에서의 제동장치는 법에 규정된 기준을 만족하여야 한다. 제동능력은 건조하고 평탄한 포장도로에서 측정한다.

주제동장치의 급제동정지거리 및 조작력 기준(제15조 제1항 제10호 관련)

주제동장치의 제동능력 및 조작력 기준(제15조 제1항 제11호 관련)

주차제동장치의 제동능력 및 조작력 기준(제15조 제1항 제12호 관련)

(2) 외국의 법규(예)

ISO 규정 및 EURO 규정 중 일부 내용들을 간략하게 정리한다.

① 3륜 이상의 자동차는 서로 독립된 2계통의 제동장치를 장착하거나, 1계통의 제동장치에 서로 독립된 2개의 조작 장치를 부착하여, 하나가 고장일 경우 나머지 하나를 작동시킬 수 있는 구조일 것.

② 2계통의 제동장치 중 하나는 기계적으로 작동되어야 하며, 주/정차 시 자동차의 구름을 방지하도록 고정할 수 있는 구조일 것. 그리고 기계식 브레이크는 동시에 최소한 2륜 이상을 제동하는 구조일 것.

③ 주제동 브레이크는 주행속도 50km/h에서 제동할 때 평균 2.5m/s2의 제동감속도를, 주차 브레이크는 1.5m/s2의 제동감속도를 얻을 수 있어야 한다.

④ 2축 이상의 피견인자동차에는 평균 제동 감속도가 최소 2.5m/s2 이상인 제동장치를 갖추어야 한다. 그리고 견인자동차에서 피견인자동차를 분리하였을 경우, 피견인자동차는 그 자신이 주차 상태를 유지할 수 있는 구조이어야 한다.

⑤ 피견인자동차가 연결된 상태에서 견인자동차는 법규에 규정된 제동감속도를 얻을 수 있고, 공차 상태에서의 축 중이 3톤(ton) 이하일 경우의 1축 피견인자동차는 별도의 독립된 제동장치를 생략해도 된다.

⑥ 버스(시외)는 차량 총중량 5.5톤 이상, 기타 자동차나 피견인자동차는 차량 총중량 9톤 이상이면, 반드시 제3브레이크(감속 브레이크)를 추가로 장착해야 한다. 감속 브레이크는 구배 7%, 거리 6km의 언덕길을 최대 적재 상태로 주행할 때, 30km/h 이하의 속도를 일정하게 유지할 수 있는 구조일 것.

⑦ 승용 자동차용 피견인자동차가 1축 식이고, 피견인자동차의 중량이 견인 승용 자동차의 공차 상태 중량에 750N을 더한 값의 1/2 이하일 경우(최대 7,500N 이하)는 별도의 제동장치를 설비하지 않고도 승용 자동차로 견인할 수 있다.

⑧ 최고 속도가 50km/h 이상인 자동차의 경우, 주제동 브레이크의 작동상태를 후방 30m에서 확인할 수 있는 적색 등을 설치할 것.

자동차가 법규를 만족하는 상태일지라도 정기적으로 제동장치를 점검하고 또 확인검사를 받아야 한다.

또 ABS 시스템의 장착을 의무화하는 차종(예 : 승합, 버스, 트럭 등)들이 늘어나고 있다.

이상으로 오늘은 제동 장치 첫 번째 시간으로 ‘제동(브레이크) 장치 일반’에 대하여 간단하게 법령과 함께 알아봤다. 다음 시간에는 제동장치 두 번째 시간으로 ‘유압 브레이크’에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 제동 장치의 이해로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

자동차 정비 업소의 현장 용어들

이른 바 ‘현장 용어’라고 불리는 자동차 업계의 은어와 속어가 있다. 간혹 자동차 정비를 의뢰할 때 정비사들이 현장 용어를 쏟아내며 정비 계획을 설명할 때는 여간 난처한 것이 아니다. 상호 간의 원활한 소통을 위해 이런 현장 용어를 사용하는 것을 지양해야 하겠지만 언제까지 그들만 탓할 순 없는 노릇이다. 그래서 현장 용어를 남발하는 정비사를 만났을 때 당황하지 않기 위해 쉬어가는 시간으로 우리들이 현장 용어를 공부해 보자.

1. 자동차 외장(외부)에 사용되는 용어

이미지출처 :네이버

① 밤바

자동차 충돌을 흡수하는 범퍼(Bumper)는 전후로 나뉘어 프런트 범퍼와 리어 범퍼로 나뉜다. ‘밤바’는 범퍼(Bumper)가 와전된 현장 용어다.

② 데루등

데루등은 ‘테일램프’의 일본식 발음에서 유래된 용어다. 흔히 ‘뒷데루’라고 줄여 부르기도 하며 자동차 메이커의 정비지침서 등에는 콤비네이션 램프(Combination Ramp)라고 적혀 있다.

③ 브레끼

브레이크(Brake)를 일컫는 용어로 잘못 쓰이는 말이다.

④ 밋숀, 밋숑

자동차 엔진의 토크를 차축으로 전달하는 변속기 혹은 트랜스미션(Transmission)을 일컫는 말이다.

⑤ 샤프트

후륜구동 자동차에서 흔히 볼 수 있는 부품으로 엔진의 토크를 트랜스미션을 통해 리어 디퍼렌셜로 전달하는 구동계의 중요 부품 가운데 하나다. 샤프트는 드라이브 샤프트(Drive Shaft)를 뜻한다.

⑥ 쇼바

자동차가 고르지 않은 노면을 달릴 때 차체로 전해지는 충격을 거르는 장치를 흔히 쇼바라고 한다. 자전거, 모터사이클, 자동차까지 그 범위도 넓게 사용된다. 쑈바는 쇼크 업소버(Shock Absorber)를 뜻하는 일본어 숏쿠아부소바(ショックアブソーバー)를 줄여 부르는 말이다. 일본어가 변형까지 거쳐 쓰이는 말인 만큼 국내에서만 쓰인다.

쇼바는 쇼크 업소버(Shock Absorber)로 부르거나 댐퍼 혹은 완충기가 바른 말이다.

⑦ 마후라

배기가스가 큰 소음 없이 차 밖으로 나오려면 긴 파이프를 지나면서 압력이 낮아져야 한다. 금속으로 만든 이 파이프를 소음기 혹은 배기 머플러(Muffler)라고 한다. ‘마후라’는 머플러의 일본식으로 발음한 것이다.

⑧ 본넷트

보닛(bonnet)의 현장용어로 본넷 또는 본넷트라고 부르고 있다.

⑨ 쎄루 카바

라디에이터 그릴(Radiator Grill)이 표준 명칭이다. 에어컨 컨덴셔 및 라디에이터에서 발생하는 열을 식혀주기 위해 외부 공기를 유입시켜주는 통로 역할을 한다.

⑩ 후렌다

펜더(fender)로 자동차의 바퀴 덮개다. 펜더는 미국에서 사용되는 용어이며, 영국에서는 옛날 자동차의 흙받이가 마치 날개를 편 새와 같다는 뜻에서 윙(wing)이라고 한다. 옛날 차에서는 바퀴를 덮는 흙받이였으나 요즘엔 유선화(流線化)된 차체와 일체화되어 있다.

⑪ 노아다이

로어 암(lower arm)으로 자동차 본체와 바퀴를 연결하는 부품이며, 서스펜션 암(suspension arm)이라고도 부른다. 서스펜션(현가 장치)은 노면에서 발생하는 충격을 완화시키는 역할을 하는데, 스프링 쇼크 업소버, 암 등으로 구성되며, 양쪽 바퀴가 함께 작동하는 일체식, 따로따로 작동하는 독립 현가식으로 나눌 수 있다.

2. 자동차 실내 현장 용어

이미지 출처: 네이버 

① 다시방

계기판, 오디오, 글로브 박스가 모인 ‘대시보드(Dashboard)’의 ‘대시’와 넓적하다는 뜻의 ‘盤(반)’이 합쳐져 경남지방 사투리 ‘다시 방’으로 부른다. 지금은 글러브박스(Globe Box)를 의미하는 뜻으로 통용된다.

② 핸들

스티어링 휠(Steering Wheel)의 틀린 표현으로 ‘핸들’은 자동차의 조향을 위해 직접 운전자가 가장 자주 접하는 부분 가운데 하나다.

③ 메다방

계기판이나 영어로는 인스트루먼트 패널(Instrument Pannel)이 바른 표현이다. 자동차의 엔진 회전계와 속도계 등이 밀집된 곳이다.

④ 기어 레바

변속장치나 변속기를 조작하는 데 사용하는 레버로 표준 명칭은 체인지 레버(Change Lever)다. 자동차 메이커에 따라 부르는 이름이 다른데 시프트 레버나 트랜스미션 컨트롤 디바이스, TGS 레버라고도 부른다.

⑤ 콘솔

콘솔 박스(Console Box)의 줄임말로 실내 수납공간 가운데 하나다.

3. 보닛 안 엔진룸의 부품에 관한 현장 용어

이미지 출처: 네이버 

① 미미

엔진이나 트랜스미션이 발생한 진동이 차체로 전달되는 것을 막는 부품이다. 차체와 맞물리는 장치로 보통 고무와 강철의 조합으로 사용된다. 엔진 양 옆에 사람의 귀처럼 작게 붙은 모양 때문이라는 의견이 있지만, 그 유래가 명확하지도 않은 유령 같은 단어다. 미미는 속어로 엔진 마운트(Engine Mount)라고 불러야 바른말이다.

② 잠바 카바

실린더 헤드와 로커 암, 캠 샤프트 등을 덮고 있는 엔진의 상부 커버를 말한다. 실린더 헤드 커버(head cover)나 로커 암 커버(locker arm cover)라고 부르고 이해하면 된다.

③ 와샤

영어의 일본식 발음 그대로 옮긴 것으로 와서는 와셔(washer)를 의미하고 있다.

④ 빳데리

전기 에너지를 화학 에너지로 바꾸어 전기 애너지를 모아 두었다 전기를 공급하는 부품으로 배터리(Battery)의 일본식 말이다.

⑤ 쎄루모타

시동 버튼을 누르면 엔진이 작동하기 전 ‘드드득’하는 소리를 낸다. 셀프 스타트 모터가 엔진을 잠에서 깨우는 소리다. 셀프 스타트 모터의 음지 용어는 세루모타. 셀프라는 뜻의 세루후(セルフ)와 모터를 뜻하는 모타가 붙어 만들어진 말이다. 쎄루모타는 시동모터인 셀프 모터(Self Motor)의 일본식 발음이다.

⑥ 라지에다, 라제다

라디에이터(Radiator) 혹은 방열기를 줄여 읽은 것이다.

⑦ 후앙

영어 Fan의 일본식 발음으로 콘덴서 블로워(condenser blower) 나 쿨링 팬(cooling fan)이 나 냉각팬이 표준 명칭이다.

⑧ 링구

피스톤 링(piston ring)으로 피스톤의 홈에 끼워서 피스톤과 실린더 내벽간의 기밀을 유지하고 또 실린더 벽의 윤활유를 긁어 내려서 연소실에 들어가지 않게 하기 위해 피스톤의 외주의 홈에 끼워지는 링이다.

⑨ 부란자

플렌저(plunger)로 디젤 엔진의 연료 공급 장치로 압축 압력과 연료분사량을 조절하는 장치다.

⑩ 뷔우다

배전기, 디스트리뷰터(distributor)로 점화플러그에 점화용 고전압을 분배하는 장치. 불꽃 점화기관 내부에서 각 실린더의 점화플러그에 점화용의 고전압 펄스를 순차적으로 전달한다.

⑪ 에바

증발기, 이배퍼레이터(evaporator)로 이배퍼레이터에 들어간 냉매(액체)는 파이프 표면에서 열을 빼앗아 증발한다. 이때 쿨러 팬에 의해 차내의 따뜻한 공기를 이 파이프 사이로 통해서 보내면 공기 중의 열을 빼앗는다. 따라서 나오는 공기는 냉풍이 되어 차내를 시원하게 한다.

⑫ 해또

실린더 헤드(cylinder head)로 실린더와 함께 연소실을 형성하고 흡입·배기 통로를 개폐하는 밸브 기구가 있는 부품이다. 또한 냉각수를 순환시켜 냉각되도록 하는 냉각수 통로인 워터 재킷, 연소실에 불꽃을 튀기는 스파크 플러그도 부착되어 있다.

⑬ 나마가스

블로 바이 가스(blow-by-gas)로 실린더와 피스톤의 기밀 유지가 불완전하거나 심한 녹 때문에 피스톤 둘레의 일부가 녹아서 크랭크케이스로 분출되어 나가는 다량의 열 가스를 말하는데, 차량이 노후되었을 때 특히 많이 발생한다.

⑭ 삼발이

클러치 카바(clutch plate)로 클러치 스프링 힘으로 클러치판을 플라이휠에 압착시켜 클러치판이 변속기 입력 축에 동력을 전달시키게 하는 주철제의 원판.

⑮ 디스크

클러치 판(clutch plate)으로 원판 클러치의 접합면으로 사용되는 것. 마찰 계수가 크고 내마모성을 가진 재료로 만들거나 또는 그와 같은 재료를 라이닝한 것을 말한다.

⑯ 리데나

리테이너(retainer) 또는 실(seal)로 볼 베어링이나 롤러 베어링에서 볼이나 롤이 언제나 같은 간격을 유지하고 기밀을 유지하도록 끼워져 있는 부품을 이른다.

4. 이외 현장 용어

① 대후

엔진의 구동력을 배분하는 디퍼렌셜 기어(Differential Gear)를 일본식으로 읽은 것이다. 차동기어가 바른말이다.

② 활대

차의 롤링을 억제하기 위해 서스펜션이 상하로 움직이는 부위끼리 연결하는 부품이다. 말 그대로 롤을 억누르는 봉이라는 뜻이다. ‘안티 롤바(anti-roll bar)’의 별명은 활대다. 직선 형태가 아니라 활처럼 휜 모양이기 때문에 붙은 이름이다.

③ 앵꼬

“큰일 났다, 연료가 없다. 앵꼬 불떴다.” 누구나 한 번쯤 들어봤을 말이다. 흔히 연료가 다 소진된 상황을 앵꼬라고 표현한다. 어떻게 생긴 말인지에 대해서 크게 두 가지 의견이 있다. 첫 번째는 ‘차가 움직이지 못하는 상태’라는 설이다. 이 말은 아이가 주저앉은 상태를 뜻하는 앵코(えんこ)에서 유래했다고 한다. 두 번째는 엔진 고장을 뜻하는 일본어 엔진 코쇼 (エンジン こしょう)를 줄여서 앵꼬라고 부르기 시작했다는 설이다. 둘 모두 ‘연료 고갈’을 뜻하는 말로 우리나라에서 그 의미가 변형된 단어라고 할 수 있다.

④ 도리까이

타이를 맞바꾸는 작업을 일컫는 말이다. 타이어 맞교환은 정기적으로 대각선 방향에 위치한 타이어끼리 자리를 바꿔주는 것을 권장한다. 상대적으로 빨리 닳는 구동축 타이어에게 쉴 틈을 줄 수 있고, 편마모를 줄일 수도 있다. 이 작업을 도리까이라고 한다. ‘교환’이라는 뜻을 가진 도리까에(とりかえ)가 변형된 말이다.

⑤ 짬푸

다른 차를 이용한 배터리의 전기를 얻는 것이다. 기온이 매우 낮은 날에는 자동차 배터리가 방전될 가능성이 있다. 임시방편으로 다른 차의 배터리를 연결해 전기를 얻거나 충전하기도 하는데, 이를 ‘짬푸’라고 한다. 전력을 다른 데서 끌어온다는 의미로 ‘점프(jump)’라고 이름 붙은 것으로 보인다. 한편 겨울철 방전을 막으려면 블랙박스 상시 녹화 모드를 해제하고, 야외 주차를 피하는 것이 좋다.

⑥ 찜빠

엔진 고장 자동차 성능이 크게 향상된 요즘엔 흔한 일이 아니지만 엔진이 고장을 일으킬 때가 있다. 시동은 걸려있지만 엔진이 정상이 아니라 ‘엔진 부조화’ 될 때 ‘찜빠났다’라고 표현한다. 절름발이 혹은 균형이 맞지 않은 상태를 나타내는 일본어 친바(ちんば)에서 유래했다는 설이 일반적이다.

⑦ 지렁이

도로에서 예리한 물체를 밟으면 타이어에 구멍이 날 수 있다. 공기압이 많이 빠지면 위험하기 때문에 빨리 정비소를 찾아야 한다. 타이어를 통째로 갈아야 하는 상황이 아니라면 붉고 긴 물체로 구멍을 메운다. 생김새 때문에 ‘지렁이’라고 부르지만 정식 명칭은 ‘로우프 본드’다.

⑧ 스베루

미끄러짐이 바른말로 클러치가 동력을 확실하게 전달하지 못하고 미끄러질 때나 자동차가 전진하지 못하고 바퀴만 헛돌적에 하는 말이다.

⑨ 씨다바리

자동차 하체를 일컫는 말로 자동차의 아래 바닥으로 하체 전반을 뜻한다.

⑩ 앤도 볼

타이 로드 앤드 볼 조인트(tie rod end ball joint)로 타이 로드의 끝에 있는 볼과 소켓으로 된 조인트이다.

⑪ 우쭈바리

실내 내장재, 도어 트림(door trim)으로 도어 패널을 감싸는 부재(部材)를 이른다. 패널 전체를 감싸는 풀 트림과 패널 일부가 노출되어 있는 하프 트림이 있다. 구조에 따라 도어 패널에 트림을 붙이기만 한 넓적한 도어 트림과 암 레스트 등을 일체로 성형한 성형(成形) 도어 트림으로 나누어진다. 실내 장식뿐 아니라 차음(遮音), 흡읍(吸音), 충돌할 때 승객 보호 등의 기능을 가진다.

⑫ 후까시

가속으로 악셀러레이터 페달을 밞음을 말한다.

⑬ 화케이스

트랜스퍼 케이스(transter case)로 부변속기(副變速機)로서, 엔진의 동력을 모든 차축과 바퀴에 전달하기 위해 변속기 옆에 설치한 장소를 이른다. 구동력을 더욱 증가시키기 위한 감속 장치도 포함되어 있다.

이상으로 자동차 정비 현장에서 사용되고 있는 자동차에 관련된 현장 용어들을 잠시 쉬어가는 차원에서 알아봤습니다. 중요하지 않은 현장 용어들이지만 그래도 모르는 것보다는 알고 있는 것이 자동차 관리에 도움 될 것이다. 잘 활용하고 이해하여 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

LSD에 대해서 더 상세히 알아보자

앞서 몇 번을 설명했듯 디퍼렌셜 기어는 자동차가 직진만 하지 않고 선회를 해야 하기 때문에 반드시 필요한 부품이다.

디퍼렌셜이 없어도 자동차는 선회는 할 수 있지만 지금처럼 부드럽고 안정적으로 선회를 한다는 것은 구조적으로 불가능하다.

자동차가 선회할 때는 반드시 내외 측 바퀴 사이에 회전차가 발생하게 되고 이때 디퍼렌셜에서 내외 측의 회전차를 허용해주지 않으면 자동차는 안정적으로 선회할 수 없게 되는 것이다.

자동차가 직진만 하고 있는 상태에서는 일반적으로 좌우 바퀴에는 회전차가 없는 상태가 유지되는데 이때 디퍼렌셜 내부의 피니언 기어는 공전만 하게 되고, 사이드 기어는 드라이브 샤프트와 연결되어 좌우로 동력을 동일하게 전달하게 된다.

그러나 선화를 하면서 좌우 바퀴에 회전차가 발생하게 되면 (외측의 바퀴가 회전속도가 빨라지게 됩니다.) 내측의 바퀴가 속도가 느려지면서 저항을 받게 되는데 이때 발생하는 반력에 의해 디퍼렌셜 내부의 사이드 기어 와 피니언 샤프트의 회전차가 발생하면서 피니언 기어가 축 방향으로 회전하게 된다. 이로 인해서 내측 바퀴에 연결된 사이드 기어 쪽에 걸리던 반력만큼 외측 바퀴와 연결된 사이드 기어가 더 빠르게 회전하게 되어 내 외측 바퀴의 회전차가 허용되게 되는 것이다.

문제는 선회 중 가속을 해서 바퀴가 노면을 박차고 가속을 해야 할 때 오픈 디퍼렌셜 구조로는 동력이 모두 저항이 적은 쪽 바퀴 쪽으로 몰리게 되어 가속이 어려워지고 내측 바퀴의 스핀만 유발되는 현상이 발생하게 된다. 이런 오픈 디퍼렌셜의 약점을 해소하는 것이 바로 LSD로 오늘은 LSD를 조금 더 깊이 있게 알아보도록 하자.

1. LSD의 종류와 특성

우선 첫 번째로 살펴볼 LSD는 바로 토크 감응형 LSD의 대표적인 모델인 다판 기계식 LSD입니다.

① 다판식 LSD는

좌우 바퀴의 노면 상태나 하중의 변화로 트랙션에 차이가 발생하면 그로 인해 발생되는 저항으로 디퍼렌셜의 피니언 기어에 힘이 가해지면서 내부의 프랙션 디스크와 프랙션 플레이트가 붙으면서 마찰력을 발생시켜 차동을 제한하는 방식을 취하고 있다.

이때 프랙션 디스크와 플레이트 디스크의 재질이나 개수에 따라 작동 질감과 성능에서 차이가 발생하게 된다. 또한 피니언 기어에 전달되는 저항에 의해 위상이 바뀌면서 디스크를 밀어주는 캠의 위상을 작동 방향에 따라 다르게 함으로서 1웨이, 1.5웨이, 2웨이 같은 LSD의 특성이 만들어질 수 있다.

쉽게 말해서 1WAY는 한쪽 방향으로만 차동 제한이 작동하는 방식이고, 2웨이는 양방향으로 차동을 제한하는 방식이며, 1.5웨이는 양방향으로 차동을 제한하되 양측의 제한 특성에 차이를 두는 방식을 말한다.

여기서 말하는 양방향이란 회전하는 방향을 말하는 것이 아니라 구동 토크가 나오는 상태와 코스트 상태를 말한다. 즉 구동 토크가 나오는 상태는 악셀을 밟는 상황이고, 코스트 상태는 악셀을 뗀 상태이다.

초기의 다 판 식 LSD는 주로 2웨이가 주로 사용되었지만 지금은 대부분 1.5웨이가 주류를 이루고 있다.

또한 일반적인 주행 중에는 회전차를 어느 정도 허용해 주어야 부드러운 주행이 가능하기 때문에 피니언에 걸리는 양측 바퀴의 반력 차가 적을 때에는 오픈 디퍼렌셜처럼 차동 제한을 하지 않고 회전차를 허용하게끔 하고 있다.

이런 특성을 설계하기 위해 다판식 LSD에는 이니셜 토크를 제어할 수 있는 프리로드 스프링의 레이트로 조절을 하기도 하고, 디스크를 밀어주게 되는 프레셔 링의 캠 각도를 설계하기도 한다.

②토르센 타입 LSD

토르센 A 타입의 LSD는 기본적으로 앞서 설명한 다판 기계식 LSD와 달리 디스크 구조물이 없고 대신, 독립적으로 설치된 사이드 기어의 양측에 반력 차이가 커지면 회전차가 발생하면서 엘리먼트 기어를 역방향으로 회전시키면서 기어에 걸리는 힘에 의해 반력이 높은 쪽으로 동력을 전달하는 특성을 가지고 있다.

그러나 엘리먼트 기어가 고정되어 있지 않고 좌우 바퀴 사이에 반력 차이가 발생하면 사이드 기어가 엘리먼트 기어를 회전시키려는 힘이 발생하면서 두 개의 엘리먼트 기어가 서로 반대 방향으로 회전을 하면서 사이드 기어를 상대적으로 회전속도가 느린 쪽으로 밀면서 차동을 제한하는 토르센 B 타입도 있다.

그리고, 4륜 구동에서 센터 디퍼렌셜로 사용되는 경우의 토르센 C 타입의 LSD는 플래닛 터리 캐리어 전체를 회전시키는 동력에 의해 모든 기어를 일정한 속도로 회전시키도록 하면서 선기어와 링 기어의 회전 차이에 의해 플래닛터리 캐리어와 플래닛터리 기어 사이에 마찰력이 발생하면서 차동 제한 기능을 수행하게 된다.

③ 슈퍼 LSD

앞서 소개한 LSD보다 저렴한 가격에 간단한 구조를 가진 LSD이다.

이름만 봐서는 슈퍼라는 말이 붙어있어 성능이 좋은 LSD로 잘못 알아듣는 경우가 있는데 슈퍼 LSD의 슈퍼는 슈퍼마켓에서 따온 이름이라고 한다. 마치 슈퍼마켓에서 사듯이 쉽게 장착할 수 있고 성능도 그저 그렇다는 뜻에서 슈퍼 LSD라고 한다는 것이다.

슈퍼 LSD는 가성비를 고려해서 설계된 LSD이기 때문에 성능이 뛰어나지는 않지만 저렴한 가격에 괜찮은 차동 제한 효과를 낼 수 있다.

일반적인 오픈 디퍼렌셜에 약간의 부품의 추가와 변경만으로 구현이 가능하기 때문에 탑재성도 뛰어난 것이 장점이지만 대응 토크가 낮아서 출력이 낮은 차량에 주로 사용되는데 주로 저출력의 자연흡기 엔진을 탑재한 차량에 사용되기 때문에 실질적인 LSD 효과를 크게 기대하기는 어렵다.

④ 비스커스 커플링 타입의 LSD

토크 감응형 LSD와 달리 회전차 감응형 LSD의 대표적인 타입으로는 비스코스 커플링 타입의 LSD가 있습니다.

앞서 소개한 토크 감응형과 달리 회전차 감응형으로 비스코스 커플링 자체가 실제 기어의 결합이 없기 때문에 토크를 전달하는 매개가 필요하다.

비스코스 커플링 구조에서 토크를 전달하는 역할을 하는 매개체로는 실리콘 오일 같은 점성유체가 사용된다. 내부에 얇은 플레이트를 여러 장 겹쳐놓고 그 사이에는 높은 점도를 가진 실리콘 오일을 채워 넣어서 입력 축의 연결된 플레이트가 회전하면 플레이트 사이에 채워진 오일에 의해 플레이트를 돌리는 회전력이 전달되어 마지막 출력축에 연결된 플레이트를 회전시켜 동력을 전달하는 방식이다.

이때 토크 전달력은 오일의 점도와 내부 충전율 그리고 플레이트의 재질에 따라 차이가 생기게 된다.

비스코스 커플링은 가혹하게 사용될 경우 내부 오일의 온도 상승이나 충전율에 따라서 내부 공기의 팽창으로 효율이 저하될 수 있기 때문에 이를 해결하기 위해 사양에 따라서 오일의 점도와 충전율, 플레이트의 재질과 형상을 다르게 설계하게 되는 것이다.

비스코스 커플링은 그 자체가 LSD는 아니기 때문에 기계식 LSD에 비스코스 커플링을 클러치 팩으로 결합한 구조로 설계하여 LSD로 사용하고 좌우 바퀴의 회전차가 발생할 때 단순히 비스코스 커플링의 토크 전달에만 의지하지 않고 펌프 디스크를 이용해서 유압을 증대시켜 차동 제한 성능을 높이는 경우도 있다.

⑤ 전자식 LSD

최근에는 LSD에 전자제어 시스템을 더한 전자식 LSD가 보편화되어 있다. 전자식 LSD의 가장 큰 장점은 간단한 구조에서 높은 성능을 낼 수 있다는 점과 다양한 응용을 통해 스마트한 동력 배분이 가능하다는 점이다.

전자식 LSD에는 디퍼렌셜 내부에 제동을 걸기 위한 기구가 추가되는데 초기에는 액추에이터와 솔레노이드가 디퍼렌셜 외부에 설치되었지만 최근에는 디퍼렌셜 내부에 탑재하고 있다.

필요에 따라 솔레노이드가 작동하면 차동 기능이 활성화되고, 작동하지 않을 때에는 오픈 디퍼렌셜이 되는 방식인데 오픈 디퍼렌셜과 LSD의 장점을 모두 이용할 수 있는 장점이 있다.

게다가 전자식 LSD의 록을 제어하기 위해 정밀한 계산과 수행이 가능한 컨트롤러와 정밀한 알고리즘을 가진 소프트웨어가 탑재되며, 이를 적절하게 수행하기 위한 다양한 센서들이 탑재되면서 매우 정밀한 차동 제한을 수행하게 되고, 이를 통해 매우 안정적이고 뛰어난 트랙션과 주행 퍼포먼스를 낼 수 있게 되었다.

이런 전자식 LSD의 최신 모델 중 하나가 바로 BMW Xdrive에 적용된 토크 팩터링 기능을 수행하는 일렉트로닉 토크 팩터링 기구입니다.

전자식 LSD가 개발되고 발전하면서 오늘날의 LSD는 뛰어난 응답성, 높은 탑재성, 폭넓은 적용 범위, 이질감 없는 주행성능, 범용성 및 전체적인 성능 면에서 기계식 LSD를 거의 완벽하게 대체하고 있다.

물론, 아직도 기계식 LSD의 원초적인 퍼포먼스 때문에 여전히 기계식 LSD를 사용하는 경우도 있지만 이미 토털 퍼포먼스와 밸런스에서 전자식 LSD는 기계식 LSD의 성능을 한참 뛰어넘었으며, 간혹 기계식 LSD를 쓰더라도 전자식을 겸용해서 사용하고 있다.

2. 디퍼렌셜(Differential)과 LSD(Limited Slip Differential)

눈길이나 빗길 같은 미끄러운 노면의 상황보다는 코너링 중의 성능적인 측면에 초점을 맞춰 내용을 정리했다.

자동차를 주행하다 보면 바퀴마다 노면 상태가 다르거나 코너링으로 인해 좌우 바퀴의 회전차가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해서 디퍼렌셜(Differential)이란 장치가 존재한다

디퍼렌셜의 가장 큰 역할 두 가지를 보면 하나는 토크 분배 그리고 다른 하나는 좌우 바퀴의 속도 차이를 허용하도록 하는 것이다.

자동차에는 많은 종류의 디퍼렌셜이 존재하지만 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다.

일반적인 차량에 많이 사용되는 Open Differential과 고성능 차량에서 주로 볼 수 있는 LSD(Limited Slip Differential)이다.

Open Differential의 큰 특징은 좌우 바퀴의 회전수 차이를 허용시켜준다는 데 있다. 예를 들어 코너링을 돌 때나 노면의 상태에 따라 좌우 바퀴의 트랙션이 다른 경우 각각의 바퀴의 회전수는 다르게 되어야 주행할 수 있다. 하지만 좌우 바퀴의 회전수가 다르다 하더라도 전달되는 토크 분배가 달라지는 것은 아니다.

Open Differential는 Pinion Gear가 기계적으로 맞물려서 계속 같은 힘으로 Drive Shaft를 밀기 때문에 좌우 토크는 거의 일정하게 50:50이 유지된다. 하지만 바로 이 점이 Open Differential에서 성능을 제한시키는 단점이 되기도 한다.

예시

실제 주행에서는 다양한 요소들에 의해 훨씬 복잡하기 때문에 단순한 개념 이해하면 좋을 것이다. 쉬운 설명을 위해 단위를 제외하고 단순한 임의의 숫자로만 정리한다. 또한 계산상의 편의를 위해 중력가속도는 10m/s2로 보도록 한다.

마른 노면과 타이어 사이의 마찰계수는 1, 슬립이 발생한 경우 마찰계수는 0.5라고 가정하며 마찰계수는 하중과 상관없이 일정하다고 가정한다.

각 바퀴별로 100kg의 하중을 지탱하고 있다면 수직항력은 1000N이고 마른 노면과 타이어의 마찰계수는 1이라고 하였기 때문에 휠 토크로 인해 타이어에서 노면으로 전달 가능한 힘의 최대치는 1000N이 될 것이다.

직진 주행 중에는 각 바퀴별로 1000N씩 좌우 바퀴 모두 합하여 총 2000N의 힘을 노면으로 전달할 수 있다.

코너링 시의 자동차를 생각해보자.

코너링을 돌기 시작하면 횡가속도에 의해 하중이동이 발생하게 된다. 만일 1g의 횡가속도가 가해졌을 때 좌에서 우로 40%의 하중이동이 발생하게 된다면 좌측 타이어에는 60kg의 하중이 그리고 우측 타이어에는 140kg의 하중이 걸리게 된다. 그렇게 된다면 좌측 타이어가 슬립 없이 회전할 수 있는 힘의 한계는 600N 그리고 우측 타이어의 힘의 한계는 1400N이 된다.(타이어와 노면은 기계적으로 맞물려 있는 것이 아니기 때문에 엔진에서 나온 토크가 1000N의 힘을 노면으로 전달한다 하더라도 타이어와 노면의 마찰력이 600N밖에 되지 않는다면 600N 이상의 힘을 낼 수 없다.) 하지만 Open Differential에서는 좌우 토크가 50:50으로 유지되기 때문에 우측 타이어 역시 600N 이상의 힘을 노면으로 전달할 수 없다.

이 상황에서 슬립이 발생하기 전 좌우 바퀴 모두 합하여 최대 1200N의 힘밖에 노면으로 전달하지 못한다. 직진인 상황에 비해 많이 줄어들게 되는 것이다.

이 상황에서 운전자는 더 빠르게 코너를 돌기 위해 악셀을 더 밟는다고 가정해보자. 600N 이상의 힘이 타이어에 전달되게 된다면 안쪽 타이어는 슬립이 발생하게 된다. 바깥쪽 타이어는 1400N까지 버틸 수 있기 때문에 슬립 발생 없이 회전할 수 있다.

일반적으로 슬립이 발생했을 때 타이어와 노면 사이의 마찰력은 줄어들기 때문에 예를 들어 0.5의 마찰계수를 갖는다고 가정해보자. 그렇다면 슬립이 발생한 좌측 타이어에서 노면으로 전달 가능한 힘은 600 X 0.5 = 300N이다. 같은 토크가 우측에도 전달되기 때문에 좌우 측 전달 가능한 최대 힘은 합해서 600N밖에 되질 않는다. 슬립이 발생함으로 인해 전달 가능한 토크가 줄어들게 되는 것이다.

결국은 Power 측면에서 본다면 Open Differential은 접지력이 살아 있는 바퀴로 Power를 전달하는 것이 아니라 접지력을 잃은 바퀴 쪽으로 Power를 전달하게 되는 것이다.

Power = Torque x RPM으로 나타낼 수 있기 때문에 이 공식을 생각해 보면 좀 더 이해하기가 쉽다.

만일 위의 상황에서 LSD가 장착되어 있다고 가정해보자. (본 포스팅에서는 다양한 LSD의 특징보다는 기본 개념만 설명하도록 한다.)

똑같이 1g의 코너링 중에 하중이동이 발생하여 좌측에는 60kg, 우측에는 140kg의 하중이 걸린다고 가정하고 마른 노면에서의 마찰계수가 1이라고 가정했으므로 코너링으로 인한 좌우 바퀴 회전수 차이가 적다고 가정한다면 휠 토크로 인해 노면으로 전달되는 힘이 600N이 될 때까지 LSD는 Open Differential처럼 동작할 것이다. 즉 안쪽 휠에서 슬립이 발생하기 전까지 토크 분배는 거의 50:50을 유지할 것이다.

하지만 운전자가 더 가속하여 휠에서 노면으로 전달하는 힘이 600N을 넘어서게 되면 안쪽 바퀴는 슬립이 발생하고 좌우 바퀴에서는 속도 차가 더 크게 발생한다. 좌우 바퀴의 속도 차가 생기기 시작하면 LSD는 속도 차이가 나는 것을 제한하면서 접지력이 높은 바퀴 쪽으로 토크를 더 전달할 수 있도록 돕는다.

이상적인 Torque Bias Ratio를 가져서 좌측 바퀴는 600N까지, 우측 바퀴는 1400N까지 힘을 나눌 수 있다면 엔진에서 나온 토크를 효율적으로 전달할 수 있는 것이다. 그렇게 된다면 좌우 측 바퀴에서 노면으로 전달 가능한 전체 힘은 2000N이 된다. 앞서 살펴본 Open Differential의 전달 가능한 전체 토크가 1200N인 것에 비해 훨씬 효과적으로 휠에서 노면으로 힘을 전달할 수 있는 것이다.

지금까지 예시를 통해 Open Differential과 LSD의 차이점에 대해 알아보았는데, LSD는 단순히 코너를 빠르게 돌기 위해 사용하는 것이 아니라 일상 주행에서 눈길이나 빗길과같이 한쪽 바퀴의 트랙션을 잃었을 경우 좌우 바퀴에 전달해야 하는 Power를 효율적으로 배분하는데도 사용된다.

이어지는 포스팅에서는 이니셜 토크, 1-Way, 1.5-Way, 2.0-Way 등과 같은 LSD와 관련된 내용들에 대해 계속해서 다뤄보도록 하자.

3. LSD에 대한 이해

LSD에는 다양한 종류가 있다. LSD의 종류를 크게 나누어 본다면 Viscous LSD, Clutch Type LSD, Torsen LSD, Helical LSD 등이 있으며, 각 LSD들은 기본 역할은 비슷하나 동작 방식에 따라 다른 특징을 갖고 있다.

이런 다양한 LSD 중에서 가장 흔하게 볼 수 있는 클러치 타입 LSD에 대해 어떠한 종류가 있고 어떠한 용도로 사용되는지 등에 대해서 먼저 정리해 보도록 한다.

클러치 타입 LSD는 다른 LSD에 비해 비교적 간단한 구조를 갖는다. 차량이 가속 또는 감속을 하게 되면 프레 셔링(Pressure Ring)이 좌우 측에 있는 클러치를 누르게 되고 그로 인해 양쪽 바퀴의 차동이 제한되게 된다.

운전자가 가속페달을 밟게 되면 스파이더 기어의 샤프트가 이동하면서 좌우에 있는 프레셔 링을 누르게 되고 그로 인해 좌우에 있는 클러치를 누르면서 LSD가 동작하게 됩니다.

이러한 구조 때문에 클러치 타입 LSD는 바퀴의 회전차가 발생해서 LSD가 동작하는 것이 아니라 자동차가 가속할 때는 항시 동작하는 구조를 갖다.

클러치 타입 LSD는 크게 3종류로 나누어 볼 수 있는데요, 1 Way, 1.5 Way, 2 Way로 나누어집니다.

이렇게 나누어지는 이유는 각각의 구조를 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.

① 1Way의 프레 셔링

프레 셔링(Pressure Ring)에 있는 캠(Cam) 각을 보게 되면 한쪽으로만 각도가 있고 다른 한쪽은 막혀 있는 것을 알 수 있습니다.

즉 자동차가 가속하게 되면 클러치가 눌리게 되면서 LSD가 동작하지만 감속 중에는 LSD가 동작하지 않는다. 감속 중에는 Open Diff처럼 동작하게 되는 것이다.

② 2 Way의 프레 셔링

프레 셔링에 있는 캠 간을 보게 되면 양쪽 모두 같은 모양으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

자동차가 가속하는 경우와 감속하는 경우 모두 스파이더 기어의 샤프트가 프레 셔링을 양쪽으로 밀게 되어 바퀴의 회전수 차이를 억제한다. 즉 자동차가 가속할 때 그리고 감속할 때 똑같이 LSD가 동작하게 되는 것이다.

③ 1.5 Way의 프레 셔링

프레 셔링에 있는 캠 각을 보면 양쪽이 다른 모양을 갖는다.

한쪽은 낮은 캠 각을 갖지만 다른 한쪽은 높은 캠 각을 갖는다. 자동차가 가속을 하게 되면 샤프트가 낮은 캠 각 쪽의 프레 셔링을 밀게 되어 LSD가 더 많이 동작하게 하고, 감속을 하게 되면 샤프트가 높은 캠 각 쪽의 프레 셔링을 밀게 되어 LSD가 덜 동작하게 하는 것이다. 가속 시와 감속 시 좌우 바퀴를 Lock 시키는 %에 차이가 발생한다.

즉 가속하는 경우, 감속하는 경우보다 LSD를 더 많이 동작하도록 하기 때문에 위와 같이 1.5 Way란 이름이 붙는다.

클러치 타입의 LSD가 이렇게 다양한 종류를 갖는 것은 각 방식마다 다른 주행특성을 갖기 때문입니다.

따라서 2 Way가 제일 좋고 1 Way가 제일 좋지 않다.라는 것이 아니라 운전하는 환경에 적절한 LSD를 선택하여 사용하는 것이 필요하다.

이렇듯 1 Way 및 1.5 Way는 일반적인 주행이나 트랙 주행에서 주로 사용되고, 2 Way의 경우는 주로 드리프트나 랠리 등에 사용된다. (FF 차량의 경우 랠리를 제외하고는 주로 1Way나 1.5Way를 사용한다.)

이상으로 2회에 걸쳐 LSD에 대하여 기초적인 내용 알아봤습니다. 자동차를 달리고 멈추게 하는 장치와 디퍼렌셜 기어 와 LSD 같이 안전하게 차량을 제어할 수 있게 하는 장치들이 있다는 것에 대하여 알아봤다. 이렇듯 운전자의 안전운전을 위해 자동차에 숨어 있는 기계적인 특성이나 기술들을 알아서 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

자동차 LSD 이해하기

자동차가 선회할 때는 반드시 내외 측 바퀴 사이에 회전차가 발생하게 되고 이때 디퍼렌셜에서 내외 측의 회전차를 허용해주지 않으면 자동차는 안정적으로 선회할 수 없게 되는 것이다. 이렇듯 디퍼렌셜 기어는 자동차가 직진만 하지 않고 선회를 해야 하기 때문에 반드시 필요한 부품이다. 디퍼렌셜이 없어도 자동차는 선회는 할 수 있지만, 지금처럼 부드럽고 안정적으로 선회를 한다는 것은 구조적으로 불가능한 것이다.

자동차가 직진만 하고 있는 상태에서는 일반적으로 좌우 바퀴에는 회전차가 없는 상태가 유지되는데 이때 디퍼렌셜 내부의 피니언 기어는 공전만 하게 되고, 사이드 기어는 드라이브 샤프트와 연결되어 좌우로 동력을 동일하게 전달하게 된다.

그러나 선화를 하면서 좌우 바퀴에 회전차가 발생하게 되면 (외측의 바퀴가 회전속도가 빨라지게 됩니다.) 내측의 바퀴가 속도가 느려지면서 저항을 받게 되는데 이때 발생하는 반력에 의해 디퍼렌셜 내부의 사이드 기어 와 피니언 샤프트의 회전차가 발생하면서 피니언 기어가 축 방향으로 회전하게 된다. 이로 인해서 내측 바퀴에 연결된 사이드 기어 쪽에 걸리던 반력만큼 외측 바퀴와 연결된 사이드 기어가 더 빠르게 회전하게 되어 내 외측 바퀴의 회전차가 허용되게 되는 것이다.

문제는 선회 중 가속을 해서 바퀴가 노면을 박차고 가속을 해야 할 때 오픈 디퍼렌셜 구조로는 동력이 모두 저항이 적은 쪽 바퀴 쪽으로 몰리게 되어 가속이 어려워지고 내측 바퀴의 스핀만 유발되는 현상이 발생하게 된다. 이런 오픈 디퍼렌셜의 약점을 해소하는 것이 바로 LSD다.

1. 차동 제한 장치 LSD

겨울철, 주행 중 눈이 녹아 얼어붙은 빙판길을 조심해야 할 계절이다. 빙판길에 빠져 한쪽 바퀴가 헛돌며 빠져나오지 못한 경험을 가진 자들이 있을 것이다. 흔한 상황은 아니지만 이러한 상황에 처하면 당황하게 되고, 평소 대처 방법을 알고 있더라도 쉽게 빠져나오지 못하는 경우가 많다. 이러한 상황이 발생되는 이유는 차동 기어이며, 이를 극복하는 데 도움을 주는 장치인가 'LSD(차동 제한 장치)'이다.

차동 제한 장치 LSD는 'Limited Slip Differential'의 약자로 차동 제한 장치라고도 하며, 한쪽 바퀴가 미끄러지거나 헛돌고 있을 때 해당 바퀴에만 구동력이 쏠리지 않도록 막아주고, 좌우 바퀴에 같은 동력을 보내주는 장치이다.

자동차가 회전할 때 엔진의 동력을 좌우 구동 바퀴에 차이를 두고 전달하는 장치를 '디퍼렌셜 기어', 차 동장치라고 하고, 차동 장치(디퍼렌셜 기어)는 평상시에 좌우 바퀴에 동일한 토크를 전달합니다. 하지만 한 쪽 바퀴가 진흙탕, 모래 등에 빠지거나 얼음과 같이 미끄러운 노면에 있을 경우에는 토크가 작게 걸리는 쪽에 동력을 집중하기 때문에 바퀴가 헛돌며 빠져나올 수 없게 된다. 이때 LSD의 장치가 있는 자동차라면 LSD는 디퍼렌셜 기어의 작동을 제한해 한 쪽 바퀴에 쏠리는 구동력을 다른 쪽 바퀴로 전달함으로써 이러한 상황을 극복할 수 있도록 하는 장치가 LSD이다.

2. LSD가 필요한 상황은?

일반적으로 코너 구간에서 감속하는 것이 상식이지만, 갑작스러운 급커브 구간을 만나게 되거나 노면이 미끄러운 경우에는 마찰력이 일정하지 않다. 특히 급제동이 필요한 상황에서는 LSD가 주행 안전성을 높여주기도 한다. 물론 무리하게 가속 페달을 밟는 것이 위험할 수 있겠지만 빠른 제동 후 가속을 하는 것으로 LSD가 제 역할을 하게 해주면 양측 바퀴에 안정된 구동력을 전달할 수 있다.

LSD는 모터스포츠에서 빼놓을 수 없는 장치다. 서킷을 주행하는 레이싱카들의 격렬한 질주를 보면 바퀴에서 연기가 날 정도의 극한 상황을 보게 된다. 이런 상황에서는 한 쪽 바퀴가 붕 뜨기도 하고, 급격한 코너링을 하는 것은 다반사다. 이때 LSD가 없다면 랩타임이 느려지거나 사고가 발생할 위험이 있다. 완벽한 코너링과 선회 중 탈출을 위한 가속을 제대로 할 수 있도록 해주는 것이 바로 LSD인 것이다.

드리프트 상황을 떠올리면 좀 더 잘 알 수 있다. 드리프트는 뒷바퀴가 미끄러지도록 유도하는 것이다. 똑같이 힘을 주었더라도 미세한 차이로 인해 양쪽의 마찰력은 달라질 수 있다. 이렇게 되면 어느 한 쪽으로 동력이 쏠려 스핀이 발생하고 만다. 하지만 LSD는 양쪽 바퀴에 같은 동력을 전달해 스핀 없이 드리프트를 성공하도록 해준다.

즉, LSD는 바퀴의 움직임을 의도적으로 제한해야 하는 상황에서 양측 바퀴에 동일한 구동력을 전달해 운전자 스스로 차량을 통제할 수 있도록 해주는 장치인 것이다.

3. LSD로 차동 제한을 통해 동력을 향상시키는 메커니즘

LSD를 간단하게 정의하면 구동 중인 바퀴 사이에서 회전차를 단속하는 역할을 하는 디퍼렌셜을 말한다.

일반적인 차량에 적용되는 오픈 디퍼렌셜의 경우에는 구동 바퀴 사이의 회전차를 제어하는 데 있어서 타이어에 걸리는 그립이 적은 쪽에 회전이 증대되는 구조를 가지고 있다.

가령, 선회를 할 때 구동 바퀴 중 선회 중인 원의 내측 휠은 회전속도가 느려지고, 외측 휠은 상대적으로 회전속도가 빨라지게 되는데 오픈 디퍼렌셜은 이런 상황에 구동 바퀴의 회전 차이를 허용하기 때문에 부드러운 주행이 가능하다.

기본적으로 오픈 디퍼렌셜은 구동력이 발생되는 휠에 모두 동일한 토크를 전달하다가 구동 바퀴 사이의 그립에서 차이가 발생하게 되면 그립이 적은 쪽으로 구동 토크가 몰리게 돼서 위와 같이 선회를 하는 중에 가속을 하게 되면 하중이 낮은 선회 중 내측 휠은 스핀을 하게 되고, 반대로 하중이 걸리는 선회 중 외측 휠은 구동 토크가 손실되는 현상이 발생하기 때문에 선회 중 가속에 필요한 구동력이 발생하기 어려워지게 된다.

또한, 직진 주행 중이라고 가정해도 진 흙탕길에서 한쪽 바퀴가 빠졌을 때 탈출을 위해 가속을 해도 진흙에 빠져 그립이 낮은 바퀴에만 동력이 전달돼서 헛돌게 되고, 단단한 노면에 지탱 중인 나머지 바퀴에는 동력이 제대로 전달되지 않아서 탈출이 어려운 상황에 빠지게 된다.

LSD는 이런 상황에서 디퍼렌셜 내부에서 헛도는 측에 제동을 걸어줌으로써 동력을 분배해주는 역할을 하게 된다. 말하자면 LSD도 동력을 배분하는 기능을 가지고 있는 것이다.

쉽게 말해서 LSD를 사용함으로써 더 높은 트랙션과 구동력을 얻을 수 있게 되고, 이는 더 빠른 코너링과 더 쉬운 험로 탈출은 물론이고, 더 안전한 주행에도 LSD는 폭넓게 기능을 발휘할 수 있다.

LSD는 작동 방식에 따라 부하에 따라 작동하는 토크 감응형과 회전속도의 차이에 감응하는 회전차 감응형 등이 있다.

특히, 토크 감응형이나 회전차 감응형은 탑재성이 좋아서 많은 차량들에 사용되고 있는데 토크 감응형은 반응속도를 중시하는 스포츠카 같은 퍼포먼스 차량에 주로 사용되며, 작동 시 이질감이 적고 부드러운 회전 감응형은 주로 일반 승용차량에 사용되고 있다.

그렇다면, 회전차 감응형과 같은 자연스러운 작동 감어 토크 감응형 같은 빠른 반응속도를 겸비한 LSD가 있다면 좋을 것이다. 그래서 개발된 것이 바로 액티브 제어형 LSD이다. 쉽게 말해서 전자식 LSD다.

그러면 지금부터 종류별로 LSD의 특징들을 살펴보도록 하자.

이미지출처: 네이버

4. LSD의 종류

① 다판클러치 방식(Multi plate LSD)

다판클러치 방식은 좌우 구 동측 사이에 클러치를 배치해 구동력이 발생하면 그 힘으로 클러치를 작동시켜 디퍼렌셜 작동을 제한하는 방식이다. 효과가 강력하고 빠른 방식으로 레이싱용으로 많이 사용한다.

② 토르센(Torsen) 방식

토르센은 토크를 감지하는 토크 센싱(torque-sensing)에서 나온 말로, 6개의 평기 어가 달린 웜과 2개의 웜 기어로 구성되어 있다. 이 방식은 기어가 움직일 때 생기는 마찰력을 이용해 속도가 빠른 쪽의 차축은 감속하고, 느린 쪽의 차축은 가속하도록 해, 빠른 쪽에는 적은 토크가 걸리고 느린 쪽에는 많은 토크가 걸려 균형을 이루게 하는 방식이다. 단판클러치 방식에 비해 효과는 약하지만 부드럽게 작동하고 소음이 없어 양산형 차량의 순정품으로 사용된다.

③ 비스코스 커플링(Viscous coupling) 방식

오일의 점성에 의해 힘을 전달하는 비스코스 커플링의 특성을 이용한 방식이다. 디스크 판어 회전할 때 윤활유가 회전을 방해하면서 디퍼렌셜 작동을 제한하는 것으로, 부드럽게 움직이기 때문에 일반 운전자도 무리 없이 사용할 수 있지만 온도에 민감한 윤활유 특성상 과열되면 효과가 떨어질 수 있다.

이상으로 LSD에 대하여 아주 기초적인 것을 알아봤습니다. 다음 시간엔 좀 더 깊이 있게 LSD를 알아보도록 하겠습니다.

자동차에는 달리고 멈추게 하는 장치를 비롯해 디퍼렌셜 기어 와 LSD 같이 안전하게 차량을 제어할 수 있게 하는 장치들이 있다. 이렇듯 운전자의 안전운전을 위해 자동차에 숨어 있는 기계적인 특성이나 기술들을 알아 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

자동차의 구동방식에 대한 이해

보통 자동차의 퍼포먼스를 평가할 때 엔진과 미션에 대해서는 많이들 관심을 가지는 편이지만 실제로 자동차의 주행 특성과 성향을 파악할 수 있는 구동방식에 대해서는 대부분 크게 관심이 갖지 않는다.

오늘의 자동차의 구동방식에 대해서 기본적인 이해를 구하고 이를 통해 보다 명확하게 자동차의 본질을 파악하는 데 도움이 되었으면 하는 마음으로 포스팅을 합니다.

우선, 자동차의 구동방식에 대해서 다루려면 자동차의 동력이 엔진에서 변속기(미션) 통해 구동 바퀴로 전달되기까지의 구조를 파악해보자.

자동차의 동력전달장치의 크게 엔진-미션-구동 바퀴의 휠로 이루어지게 된다. 그러나 이 구조 안에서 세부적으로 들어가면 아주 복잡한 과정을 거치게 되는데 오늘 다루게 될 주요 내용은 이 중에서 엔진이 앞에 배치된 상태에서 전륜 측 휠을 구동하게 되는 전륜구동 (FF) 방식과 후륜 휠을 구동하게 되는 후륜구동 (FR) 방식에 대해서 다루도록 한다.

1. 전륜구동 (FF) 방식

첫번째로 다루게 될 전륜구동 (FF) 방식의 경우 기본적으로 엔진과 트랜스미션 및 디퍼런셜이 일체화에 가깝게 구성된 구조를 보이고 있다.

전륜 구동 방식 (이미지출처: 네이버)  

위의 그림에서 보시다시피 전륜구동 방식의 동력 전달 계통의 구조는 상당히 복잡하고 오밀조밀한 형태를 보이고 있다.

전륜구동 방식의 동력 전달 계통의 구조물 사이에는 조향 계통이 추가되어야 하기 때문에 더욱더 복잡한 구조를 보일 수밖에 없다.

전륜구동 방식은 일견 상당히 오밀조밀하고 복잡하게 보일 수도 있지만 파워가 전달되는 경우가 짧고, 구동 계통의 경로가 간단해지기 때문에 쉽게 구동력을 전달하는 구조를 만들 수 있다는 장점이 있다.

또한, 위의 그림에서도 보시다시피 전륜구동 방식의 동력 전달 구조에서는 후륜이 동력과 전혀 무관하게 배치되어 있는 것을 볼 수 있는데요.

이로 인해서 전륜구동 방식의 경우 전체적으로 차량의 중량이 앞쪽에 집중될 수밖에 없기 때문에 앞쪽이 무거워지게 된다.

전륜구동 방식에서는 엔진에서 발생된 동력은 트랜스미션을 전달되게 되고, 트랜스미션에서 감속된 동력은 디퍼렌셜 기어를 거치면서 앞바퀴 좌우로 전달되게 된다.

후륜구동과 달리 디퍼렌셜 기어가 트랜스미션 내부에 위치하도록 하는 것이 일반적이며, 디퍼렌셜 기어에서 바로 등속 조인트로 연결되기 때문에 프로펠러 샤프트가 필요 없게 된다.

등속 조인트는 주행 중 서스펜션의 상하 운동의 영향을 받아서 샤프트의 각도가 변하게 되는데, 여기에 전륜 측의 경우 조향까지 해야 하기 때문에 허브 쪽에서도 조향이 각에 따라 각도가 바뀌게 된다.

이에 대응하기 위해 등속 조인트는 Constant Velocity Universal Jonit를 채택하고 있으며 이때 앞서 설명한 대로 서스펜션의 상하 운동에 의한 각도 변화에 대응하기 위해 보통 일반적으로는 디퍼렌셜 쪽에 연결되는 쪽에는 접동 식을 채택하고 있으며, 조향으로 인한 각도 변화까지 대응해야 하는 허브 쪽에는 고정식을 채택하고 있다.

접동식 조인트에는 여러 가지 종류가 있는데 트리포드 타입의 조인트는 3개의 롤러를 사용하는 방식으로 되어 있고, 접동 저항이 적은 것이 장점이다.

트리포드 타입의 조인트는 프랑스의 자동차 메이커들이 많이 쓰는 것으로 알려져 있는데 QM5도 르노 차량이라서 그런지 트리포드 타입이다.

트리포드 타입 조인트는 각도가 어느 정도 이상 기울어지게 되면 진동이 쉽게 전달되는 특성이 있고, 축 방향으로 진동이 가속화돼서 차량의 진동을 증폭하는 특성이 있는 것이 단점이다.

그래서 트리포드 타입 접동식 조인트도 저 진동 타입으로 개선하기 위해 중앙의 롤러가 기울어지지 않도록 하는 형태로 진화가 되면서 진동 특성을 개선한 방식도 있는데 QM5의 등속 조인트는 바로 이 저진동 타입의 트리포드 타입의 접동식 조인트가 적용되어 있다.

그리고 등속 조인트에는 윤활용 그리스를 도포한 상태로 고무 부츠로 보호하고 있는데 이 부츠가 손상돼서 조인트 안의 그리스가 빠져나가 손상이 돼서 등속 조인트를 교환하는 경우가 종종 있다.

전륜구동 방식에서는 엔진룸에 엔진이 가로 배치가 되고 엔진 옆에 트랜스미션이 일체화되어 부착되면서 트랜스미션이 차체의 중앙에 있는 것이 아니라 한쪽에 치우쳐 있기 때문에 어쩔 수 없이 등속조인트 드라이브 샤프트의 좌우 길이가 달라지고, 이 때문에 토크 스티어라는 현상이 발생한다.

토크 스티어는 가속을 할 때 엔진의 동력이 휠로 전달되는 과정에서 드라이브 샤프트의 좌우 길이가 다름으로서 생기는 휠 파워의 차이가 발생하면서 차체가 한쪽 방향으로 쏠리는 현상을 말한다.

전륜구동 방식의 약점 중 하나였던 토크 스티어 현상을 기술적으로 해결하기 위해 전륜구동이면서도 엔진을 세로로 배치하는 방식도 고안이 되었고, 지금은 대부분의 경우 드라이브 샤프트의 좌우 길이를 같게 함으로서 토크 스티어를 해결하고 있다.

그럼에도 불구하고 전륜구동은 아직도 약간의 토크 스티어 현상을 일으키고 있는데 이것은 가속을 통해 휠에 파워가 전달될 때 등속 조인트의 기울기의 차이, 조향과 동시에 이루어지는 상황에서 좌우 타이어의 그립의 차이 등의 여러 가지 변수로 인해 토크 스티어가 발생하고 있다. 그래서 지금의 전륜구동 방식은 드라이브 샤프트의 길이를 같게 하고, 조인트의 각도 변화의 영향을 적게 받는 고성능의 등속 조인트의 개발 등으로 토크 스티어는 상당히 미미한 정도로 줄어든 상태다. 스티어링 기어의 배치와 기술적인 향상으로 전륜구동의 구조적 약점이었던 토크 스티어는 지금에 와서는 거의 해소되었다고 봐도 될 정도로 미미한 수준으로 줄어든 것이다.

앞서 잠깐 언급한 전륜구동 방식 차량의 엔진을 세로로 배치하는 경우는 드문 경우이나 대표적인 차종으로는 스바루, 아우디 등이 전륜구동이면서 엔진을 세로로 배치하는 형태를 채택하고 있다.

전륜구동에서 엔진을 가로로 배치하는 것은 엔진의 크랭크축과 트랜스미션의 출력축 및 드라이브 샤프트 (등속조인트)가 서로 평행한 구조를 가지게 되는 것인데, 엔진을 세로로 배치하게 되면 등속 조인트와 트랜스미션이 결과적으로 직각을 이루게 되기 때문에 동력의 방향을 바꿔주어야만 하게 된다.

이를 위해서 전륜구동이면서 엔진이 세로로 배치되는 엔진에서는 트랜스미션 내부의 디퍼렌셜에서 출력을 90도 방향으로 전환해서 등속조인트로 전달하게 된다.

전륜구동 방식에서 차량의 운동성은 구동과 조향을 모두 전륜에서 담당하기 때문에 전륜에 걸리는 부담이 커지게 되지만 대신 구동과 조향이 일치하기 때문에 조작이 편해지고 미끄러운 노면에서 비교적 주행과 선회가 쉬워지는 장점이 있다.

또한, 엔진룸의 설계와 케빈의 설계를 독립적으로 할 수 있기 때문에 플랫폼을 공유하기가 쉬워지고 생산성이 향상되며, 동력 전달 계통이 짧아지기 때문에 효율이 증가하는 장점도 있다.

단점이라면 역시 차체의 중량이 앞쪽에 집중될 수밖에 없어서 운동성이 떨어지고 큰 동력을 사용할 때에는 구동력이 휠에서 손실되기 쉽다는 것이 단점이다.

2. 후륜구동 방식(FR)

후륜 구동 (이미지출처: 네이버) 

앞에 엔진을 둔 후륜구동 (FR) 방식은 위의 그림에서 보시다시피 전륜구동에는 없는 프로펠러 샤프트가 앞쪽에서 뒤쪽까지 연결된 것을 보실 수 있다.

또한 후륜구동 방식의 엔진은 전륜구동 방식과 달리 기본적으로 세로로 배치가 되어서 트랜스미션이 엔진의 크랭크축과 평행하게 위치하면서 프로펠러 샤프트를 통해 후륜 휠에 연결된 디퍼렌셜 기어로 연결되고, 디퍼렌셜 기어에서는 프로펠러 샤프트에서 전달된 동력의 방향을 90도 전환해서 좌우 휠로 전달하게 된다.

프로펠러 샤프트는 트랜스미션을 통해 전달된 동력을 후륜 쪽의 디퍼렌셜에 전달하기 위한 드라이브 샤프트인데 일반적인 드라이브 샤프트를 사용하지 않고 프로펠러 샤프트로 구성하는 이유는 진동과 소음을 저감하기 위해서다.

프로펠러 샤프트는 기본적으로 여러 개의 드라이브 샤프트로 구성되며, 그 사이에 공진점을 정하고 등속 조인트와 같은 형태의 Constant Velocity Universal Jonit 혹은 카르단 조인트를 설치하게 된다.

그리고 각각의 조인트 사이에는 센터 베어링 서포트를 두어 차체에 고정하게 된다.

차체가 큰 후륜구동 기반의 4륜 구동 차량의 경우는 트랜스미션에서 리어 디퍼렌셜로 이어지는 프로펠러 샤프트 외에 트랜스퍼 케이스에서 전륜 디퍼렌셜로 이어지는 프로펠러 샤프트까지 적용되는 경우도 있다.

앞서 소개한 전륜구동과 달리 후륜구동에서는 구동과 조향이 각각 뒷바퀴와 앞바퀴로 구분되어 있다.

이 때문에 전륜구동 방식보다는 프런트 쪽의 구조가 좀 더 간결하고, 후륜까지 이어진 동력 전달 계통의 중량으로 차체의 무게 앞뒤 무게 밸런스가 전륜구동 방식보다 안정적으로 구성이 되게 된다.

덕분에 후륜구동 방식의 경우에는 전륜에 보다 복잡한 구조의 서스펜션을 배치하는 것도 가능하기 때문에 전륜구동 방식에서 널리 사용하는 맥퍼슨 스트럿 방식이 아닌 더블 위시 본 같은 복잡한 형태의 서스펜션을 프런트에 배치하기가 보다 수월하다.

전륜구동과 마찬가지로 후륜구동에서도 독립식 서스펜션이 적용된 경우 후륜 측 디퍼렌셜에서 좌우 휠로 연결되는 등속 조인트 각도 등의 영향으로 좌우 휠에 전달되는 파워의 편차를 줄이기 위해 등속 조인트의 성능이 개선되어 왔다. 서스펜션이 좌우 일체형인 경우에는 디퍼렌셜과 좌우 드라이브 샤프트가 직선으로 고정되어 있다.

후륜구동 방식은 아무래도 전륜구동 방식보다는 전체적으로 차량의 중량이 조금 더 나갈 수밖에 없고, 동력 전달 계통이 길어지기 때문에 손실을 감수해야 하며, 미끄러운 노면에서 구동과 조향을 동시에 할 때 구동 방향과 조향 방향이 엇갈리면서 주행이 어려워지는 단점이 있지만 전체적인 차량의 중량 밸런스가 좋고, 파워를 지면에 전달하는 구동력을 더 크게 실현할 수 있기 때문에 고출력 엔진을 적용하기가 더 쉬워지며, 차량의 운동성이 좋아지게 된다.

요즘에는 전륜구동 방식의 경우에도 엔진을 케빈에 가깝게, 혹은 일부 케빈 쪽으로 들어가는 형태의 프런트 미드십 형태로 설계되는 경우가 있어서 중량 밸런스가 더 좋아졌기 때문에 과거보다 훨씬 더 높은 출력의 전륜구동 방식 차량도 쉽게 운전이 가능해졌으며, 서스펜션과 타이어의 성능이 향상되면서 구동력도 크게 향상이 되어서 대부분의 일반 차량들은 전륜구동 방식을 선호하는 경우가 많아졌다.

따라서 출력이 아주 큰 경우가 아니라면 굳이 손실이 큰 후륜구동을 고집할 필요가 적어진 것이다.

3. 4륜 구동

그리고 최근에는 4륜 구동에 대한 관심이 크게 높아졌는데 4륜구동에서도 전륜구동 기반의 4륜과 후륜구동 기반의 4륜이 상이한 구조를 보여주고 있습니다.

사실, 전륜구동 방식에서 4륜 구동 방식으로는 전환은 아주 간단합니다.

대표적인 전륜구동 베이스의 4륜 구동 차량을 꼽으라면 역시 벤츠의 소형차에 적용된 4매틱이나 아우디의 소형차에 적용된 콰트로 시스템, 그리고 4륜 구동 차량의 고성능 퍼포먼스하면 떠오르는 차량 중에 미쓰비시의 랜서 에볼루션이 있다.

전륜구동 베이스에서 시작되었기 때문에 앞서 소개했던 전륜구동의 구조와 비슷하지만 후륜으로 동력을 전달하는 프로펠러 샤프트가 추가되고, 트랜스미션에서 전달되는 동력을 전륜과 후륜으로 나누어서 보내야 하기 때문에 센터 디퍼렌셜이 추가된 트랜스퍼 케이스에서 전륜으로 전달하는 프런트 디퍼렌셜을 통해 전륜으로 동력을 전달하고 후륜으로는 트랜스퍼 케이스의 센터 디퍼렌셜에서 보내는 방식의 형태를 가지고 있습니다.

전륜구동형 4륜 구동 시스템에서 후륜으로 동력을 보내지 않을 때나 동력을 분배할 때에는 센터 디퍼렌셜에서 후륜을 분배되는 동력을 제어하면 되는 것이다.

4륜 구동 (이미지출처: 네이버) 

반대로 후륜구동 베이스의 4륜 구동 시스템은 기본적으로 트랜스미션에서 프로펠러 샤프트를 통해 후륜으로 동력을 전달하기 때문에 중간에 전륜으로 동력을 분배할 장치가 필요하게 된다.

이를 위해서 트랜스미션에 센터 디퍼렌셜과 트랜스퍼 케이스를 두고 이를 통해 전륜으로 전달될 동력을 분배하는 형태를 보여주고 있다.

전륜구동형 4륜 구동과 달리 트랜스퍼 케이스에서 전륜 방향으로 분배된 동력은 다시 전륜 쪽에 배치된 등속 조인트에 전달되기 위해 별도의 전륜용 디퍼렌셜을 거쳐서 동력을 전달하게 된다.

4륜 구동 구조 중에서 센터 디퍼렌셜이 없는 직결 형태의 4륜 구동도 있지만, 4륜을 모두 직결로 연결하게 되면 선회 시 4륜의 회전차를 보상할 방법이 없어지기 때문에 각각의 휠은 선회 시의 회전 차에 의해 각각 슬립이 발생하게 되어 브레이크 현상이 발생하게 된다.

즉, 센터 디퍼렌셜은 이런 디렉트 브레이크로 인한 타이트 턴 브레이킹 현상을 해소하기 위해 필요한 장치인 것이다.

대신 직결식 4륜 구동 시스템은 험로 주파 능력이 뛰어나기 때문에 보통 직결식 4륜 구동 시스템에서는 온 오프 기능을 탑재해서 평상시에는 2륜 구동으로 주행을 하다가 험로 주파와 같은 특별한 경우에만 4륜 구동으로 전환해서 사용하는 방식을 사용하고 있으며, 센터 디퍼렌셜이 추가된 4륜 구동 시스템에서는 한 후륜의 속도 차를 보상할 수 있기 때문에 일상적인 상시 4륜 구동으로 사용이 가능하며, 센터 디퍼렌셜에 LSD를 적용해서 한 후륜의 휠이 구동하지 못하거나 스핀 할 때 차동을 제한하는 기능을 더해서 주행성능을 향상시키고 있습니다.

센터 디퍼렌셜에는 단판 클러치나 비스코스 커플링, 토르센 타입의 여러 가지 방식이 사용되는데 여기에 전자제어식 클러치 방식을 적용해서 상황에 따라 4륜 구동의 배분을 결정하고 필요하다면 직결로 작동할 수도 있게 한다.

이렇게 자동차의 구동방식에 대하여 앞 시간에 이어 조금 더 깊이 있게 알아봤습니다. 이번 시간에 알아본 자동차 구동방식이 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다. 다음 시간엔 자동차의 디퍼렌셜 기어 와 LSD에 대하여 다루어 보도록 하겠습니다.

차동기어(디퍼렌셜 기어) 란?

차동기어를 영어로는 디퍼렌셜 기어(Differential Gear)이다. 그런데 정비 현장에서는 차동기어라고 얘기하지 않고 대후 또는 대우라고 부른다. 이 차동기어의 기본 정의는 기어에 연결된 바퀴의 구동력을 나눠 분배함으로써, 좌우 바퀴의 회전을 다르게 해주는 기어라고 할 수 있다.

이 차동기어를 디퍼렌셜 기어라 하고, 이 디퍼렌셜 기어를 윤활하는데 필요한 오일이 바로 디퍼렌셜 오일이다.

차동기어를 정비 현장이나 연세가 있는 분들은 대후 또는 대우라고 잘못된 일본어식으로 부르고 있다. 저는 일단 차동기어라고 정의하고 포스팅을 합니다.

동양트랙터 T431 앞 차동기어 분해 사진

1. 차동기어(디퍼렌셜 기어)의 원리

차동기어가 필요한 이유는 자동차가 회전을 한다면 회전하는 방향의 안쪽 바퀴의 이동거리보다 바깥쪽 바퀴의 이동거리가 더 길다. 그래서 바퀴의 회전수가 양쪽이 같다면, 분명히 슬립이나 언더스티어(understeer)가 난다.

왜냐하면 회전수가 같다는 것은 타이어의 이동거리가 같다는 뜻인데 실제로 이동한 거리는 바깥쪽이 더 길거나 회전하는 방향의 안쪽이 더 짧기 때문에 바퀴의 크기가 차이가 나야 한다는 것이다. 그런데 바퀴의 크기가 틀리게 장착을 하여 운행한다는 것은 현실적으로 불가능하다는 것을 모두 잘 알고 있을 것이다. 그리고 똑같은 바퀴의 크기로 전자와 같이 회전을 한다면 슬립이나 언더스티어가 발생하면서 바퀴의 편마모가 발생하게 되는 많은 문제점을 발생하게 된다.

이렇듯 차동기어가 없을 때 발생하는 현상을 볼 수 있는 예가 바로 열차이다. 열차가 회전을 하게 되면 쇠끼리의 마찰음을 내면서 회전하게 된다. 이는 차동기어의 부재로 인하여 좌우 회전수 조절이 되지 않아서 레일과 바퀴가 마찰하며 생기는 소리다. 그래서 이런 단점을 보완하기 위하여 차동기어를 장착하여 사용하는 것이다.

2. 차동기어(디퍼렌셜 기어)의 단점

장점이 있으니 물론 단점도 있다. 바퀴 양쪽의 마찰력의 차이가 극명하게 다를 때 차동기어가 한쪽으로만 단독으로 작용할 수도 있기 때문이다. 늪지대, 눈길, 빙판 등등 접지력(마찰력)이 예측 불가능하고 상시로 변할 경우 이 차동기어는 제 기능을 하지 못하게 된다. 가끔 웅덩이나 빙판에 한쪽 바퀴만 빠진 자동차를 보면 접지되어있는 바퀴는 가만히 있고 힘을 받지 않는, 즉, 마찰력이 없는 쪽의 바퀴만 헛도는 경우가 바로 그것이다.

이것이 바로 구동력이 양쪽으로 균일하게 전달되지 않을 때 생기는 문제점이다. 그래서 이런 단점을 커버할 방법으로 ‘트랙션 컨트롤 시스템(Traction control system, TCS)’이라는 것이 있고, 또한 차동 제한 장치(limited slip differential, LSD)가 있으며, 차동 잠금장치(differential lock system)라는 것도 있다. 세상에 완벽한 것이 있을 수도 있겠지만 대부분은 완벽하지 못하기에 이러한 보완 장치가 반드시 있어야 하는 것이다.

기아 2.5T 트레이드 베어링 파손으로 차동기어 분해된 모습

3. 차동기어의 단점 바퀴의 헛돌음을 방지하는 차동 제한 장치 LSD

겨울철, 주행 중 눈이 녹아 얼어붙은 빙판길을 조심해야 할 도로다. 빙판길에 빠져 한쪽 바퀴가 헛돌며 빠져나오지 못한 경험을 가진 운전자들이 있을 것이다. 흔한 상황은 아니지만 이러한 상황에 처하면 당황하게 되고, 평소 대처 방법을 알고 있더라도 쉽게 빠져나오지 못하는 경우가 많다. 이러한 상황이 발생되는 이유는 차동기어 때문이며, 이를 극복하는 데 도움을 주는 장치가 'LSD(차동 제한 장치)'이다.

차동 제한 장치 LSD는 'Limited Slip Differential'의 약자로 차동 제한 장치라고 불리며, 한쪽 바퀴가 미끄러지거나 헛돌고 있을 때 해당 바퀴에만 구동력이 쏠리지 않도록 막아주고, 좌우 바퀴에 같은 동력을 보내주는 장치이다.

자동차가 회전할 때 엔진의 동력을 좌우 구동 바퀴에 차이를 두고 전달하는 장치를 ‘차동기어(디퍼렌셜 기어)’ 장치라고 하고, 차동기어(디퍼렌셜 기어) 장치는 평상시에 좌우 바퀴에 동일한 토크를 전달한다. 하지만 한 쪽 바퀴가 진흙탕, 모래 등에 빠지거나 얼음과 같이 미끄러운 노면에 있을 경우에는 토크가 작게 걸리는 쪽에 동력을 집중하기 때문에 바퀴가 헛돌며 빠져나올 수 없게 된다. 이때 LSD의 장치가 있는 자동차라면 LSD는 차동기어의 작동을 제한해 한 쪽 바퀴에 쏠리는 구동력을 다른 쪽 바퀴로 전달함으로써 이러한 상황을 극복할 수 있도록 하는 장치가 LSD이다.

4. 차동기어와 LSD에 대한 이해

자동차에 차동기어(디퍼렌셜)가 사용되는 가장 큰 목적 중 하나는 자동차가 선회할 때 좌우 바퀴 차가 발생하기 때문이다. 바깥쪽 바퀴 회전수가 안쪽 바퀴 회전수보다 높아야 자동차는 부드럽게 회전할 수 있는 것이다.

만일 좌우 바퀴의 회전차를 허용하지 않는다면, 운전자가 아무리 조향한다 하더라도 자동차는 직진을 하려고 할 것이다.

뒤 차축은 조향이 되지 않을뿐더러 나란히 정렬되어 있기 때문에 바퀴 회전차가 없다고 한다면 자동차가 향하고 있는 방향으로 계속 직선으로만 가려고 할 것이다.

다시 말하면 원래 운전자가 의도한 궤적보다 더 크게 돌려고 하는 언더스티어(understeer) 성향의 주행특성을 보이는 것이다.

자동차가 감속 시에 LSD가 동작하는 것은 코너 진입에 영향을 끼칠 뿐 아니라 고르지 않은 노면(좌우 바퀴의 접지력이 다른 경우)을 달리는 차량의 경우 브레이킹 성능에도 영향을 끼치기 때문에 랠리 차량 같은 경우 상황에 따라 다른 종류의 LSD를 사용하기도 한다.

특정 용도에 특정 방식의 LSD를 쓰면 유리한 점은 존재하지만 반드시 해당 LSD만 사용해야 한다는 정답은 존재하지 않는다. 운전자의 드라이빙 스타일에 맞는 LSD를 고르거나 해당 차량의 언더스티어/오버스티어를 조절하기 위해 LSD를 고르는 경우도 존재하는 것이다.

따라서 LSD를 고르는데 100% 완벽한 정답은 없다는 것을 알아두면 좋을 것 같다.

5. 차동기어 (디퍼렌셜, 데후) 오일 교환의 시기는?

자동차를 뒤에서 보면 수박만 한 통이 양쪽 바퀴 사이의 가운데로 차동기어 박스가 존재하며 그 안에 오일이 들어가는데 이 오일은 차동기어오일로 주기적으로 교환이 필요한 소모품이다.

그럼 대후 오일이라고 많이들 알고 있는 차동기어(디퍼렌셜 기어) 오일의 교환주기와 시기에 대하여 알아보자.

차동기어오일은 차종마다 차이가 있지만 보통 약 50,000 km 정도에서 교환하면 되고, 오일 규격을 정확히 판단하고 규격에 맞는 오일을 교환하여야 한다.

차동기어 배유 코크 볼트 끝부분은 자석으로 되어있어서 차동기어 내에서 돌아다니는 쇳가루들을 한곳에 모아 붙게 해준다. 오일 교환 시 이 볼트 끝의 자석에 얼마나 많은 쇳가루가 붙어있느냐를 보면 대략적인 차동기어의 컨디션을 알 수 있다.

쇳가루가 조금 붙어있는 모습

많은 운전자들이 엔진오일 교환 주기는 잘 지키지만 내 차에 차동기어(디퍼렌셜 기어)에 오일이 들어가는지 모르는 운전자들도 있다. 차동기어는 힘을 많이 받는 기어로 오일 관리를 하지 않으면 차동기어 와 베어링 등의 장치가 윤활 역할을 못하기 때문에 소음이 발생하다가 망가지게 된다.

보통 60,000 km 정도에서 윙윙, 웅웅 하는 소리가 나는데 이를 무시하고 운행하다가 나중엔 더 큰 고장으로 이어져 차동기어를 영원히 못쓰게 된다.

‘차동기어의 오일 교환 시기’에 있어서 여기저기 틀린 시기가 많이들 있지만 차동기어오일은 자체 용량도 많지 않기에 비용이 많이 발생하지도 않으니 2년 또는 50,000 km 정도를 기준으로 하여 점검하고 교환 관리해주는 것이 장기적으로 볼 때 올바른 차동기어의 관리 방법 일 것이다.

이상으로 차동기어인 디퍼렌셜 기어(Differential Gear)에 대하여 기초적인 내용을 알아봤습니다. 자동차와 차동기어를 관리하는 데 도움 되어 원활한 자동차 관리와 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

타이밍벨트 [timing belt] 와 타이밍체인

타이밍 벨트란 크랭크축에 장착된 타이밍 기어 와 캠축에 장착된 타이밍기어를 연결해 캠 축을 회전시키는 역할을 하는 벨트다.

기어 와 맞물리는 톱니(cog) 가 있어 이붙임 벨트 또는 코그 벨트라고도 한다. 엔진에서 가장 중요한 부품 가운데 하나다.

엔진에 흡입되는 공기와 연료의 혼합기가 연소할 때 배기가스의 흡입·배기가 제대로 이루어지도록 크랭크축의 회전에 따라 일정한 각도를 유지하며, 밸브의 열림과 닫힘을 가능하게 하는 캠축을 회전시키는 역할을 한다. 그밖에 오일펌프와 같은 보조 기기를 구동하는데도 이용이 된다.

타이밍을 이루는 종류는 코크형 고무벨트, 쇠로 만든 체인, 기어 형식도 있다. 고무로 만든 타이밍벨트는 2000년대 이후의 거의 모든 일반 승용차량에 적용되었고, 2010년 이후의 승용차엔 체인 형식 사용되고 있으며 아직까지 많은 전달 힘이 필요한 대형차량은 기어 형식을 적용하고 있다.

고무로 만들어진 자동차의 타이밍벨트는 노후되면 서서히 갈라지기 시작하다가 어느 순간 끊어진다. 타이밍벨트가 끊어지면 실린더 헤드, 실린더 블록까지 손상을 입기 때문에 막대한 수리비를 지출해야 하는 타이밍벨트와 체인에 대하여 알아보자.

이미지출처: 네이버

1. 타이밍벨트의 구조와 특성

자동차를 운행하는 운전자 중에 생소한 사람도 있겠지만, 한 차량을 10만 km를 운행하신 분들이라면 대부분 들어봤을 타이밍벨트는 소모품 중에서 값비싼 금액이 들어가는 부분으로 승용 및 소형차에는 두 가지 종류의 고무 재질로 된 벨트 제품과 체인으로 된 제품으로 나뉘게 된다.

고무타입의 벨트는 일정 주기마다 교체를 해주어야 하는 소모품이다. 차량마다 조금씩 차이는 있지만 타이밍 연결 부분이 끊어지면 엔진에 심각한 물리적 타격을 주기에 일반 고무벨트는 80,000 km에서 100,000km에 고장력 벨트는 150,000 km에 체인은 200,000km에 교환을 권장하고 있다. 무심코 넘겼다가는 교체 비용의 몇 배에 해당하는 금액이 발생이 되는 것은 물론 차량에 탑승한 모든 이들에게 엄청난 위험요소이기 때문에 꼭 끊어지기 전에 미리 점검하여 교환을 해야 한다.

또한 타이밍벨트가 느슨해지면 점화 시기가 부정확해지고, 엔진 출력이 저하된다. 또 끊어질 경우에는 시동이 꺼져 운행이 불가능하고, 실린더 헤드가 손상되는 따위의 여러 위험이 생기게 된다. 특히, 운행 중에 벨트가 끊어질 경우에는 응급조치도 불가능하기 때문에 권장 주행거리가 넘으면, 특별한 변화가 없더라도 교환해 주거나 정비를 받는 것이 좋다.

타이밍벨트를 교환할 때는 워터펌프를 비롯해 각종 관련된 부품과 벨트도 함께 교환하는 것이 좋다. 이는 이들의 부품 수명이 타이밍벨트와 비슷하기 때문이다.

2. 타이밍벨트 점검 시기

간혹 카센터나 정비 업소에서 차량 점검 시 보닛을 열어보고 타이밍벨트가 교체가 안됐다고 이야기를 하는 정비사를 만나면 끊어지면 수리비가 요구되는 부분이기에 거짓으로 겁을 주는 악덕 정비사를 만난 이들도 있을 것입니다. 그런데 타이밍은 타이밍 커버를 분해하지 않고는 확인할 수 있는 부분이기에 보닛만 열고는 절대 육안으로는 볼 수가 없어 점검이 되지 않는다.

다시 말해 타이밍벨트는 엔진의 일부 부품을 탈거해야만 확인할 수 있기에 운전자가 혼자서 벨트의 갈라짐이나 장력 상태를 직접 점검하는 것이 어렵다는 점을 잊지 말자. 타이밍벨트는 차량마다 정기 점검 주기가 다르기 때문에 본인 차량의 정기 점검 주기를 숙지했다가 사전에 예방 정비를 하도록 하자.

벨트가 끊어졌는지를 확인하려면, 먼저 시동이 커진다. 시동이 커진 후 크랭킹은 되나 시동은 걸리지 않는다. 타이밍벨트의 커버를 연 뒤 스타터 모터가 회전할 때 캠축 기어가 같이 도는지 돌지 않는지를 보면 된다. 같이 돌면 끊어지지 않은 것이고, 같이 돌지 않으면 끊어진 것이다.

타이밍벨트의 수명은 차종과 운전자의 습관에 따라 달라지지만 평균적으로 주행 거리 60,000~80,000km과 120,000~150,000km 정도 된다. 사실 일반 운전자들이 타이밍벨트의 노후화 정도를 스스로 판단하기란 그리 쉽지 않은 일이다. 그러므로 주행 거리 40,000km 초과 시, 2년 정도 주기로 정비소를 방문하여 타이밍벨트 점검을 의뢰하는 것이 바람직하다. 정비소를 방문했을 때 정비사가 타이밍벨트의 갈라짐을 육안으로 확인시켜 줄 경우 곧바로 교환을 하는 것이 더 큰 비용의 소모를 예방하는 길이다. 참고로 타이밍벨트 교환은 작업 시간이 오래 걸리고 난도가 높아 숙련된 정비사가 아니면 하기 어려운 작업이다.

3. 타이밍벨트의 점검 방법

아무래도 타이밍의 점검은 일반적으로 쉽게 확인이 불가능한 위치에 있는 만큼, 자동차 정비에 대해 일가견이 있는 사람이 아니라면 정비소에 가서 정확한 점검을 받는 것이 좋다.

① 타이밍벨트의 점검 방법은 손으로 눌러봤을 때 탄성과 치형의 상태를 확인해서 탄성이 없거나 치형이 갈라지면 교환을 해줘야 한다.

② 타이밍벨트의 탄성은 손가락으로 벨트를 눌렀을 때 1.5cm 정도 늘어나면 무난하다고 할 수 있다.

③ 타이밍벨트의 커버를 열어서 스타트 모터가 회전할 때 캠축 기어가 함께 돌아간다면 끊어지지 않고 잘 돌아가고 있다고 할 수 있다.

④ 타이밍벨트는 다른 부품들과는 다르게 고속주행할 때 끊어지는 경우가 많다. 그러니 고속주행을 자주 하는 운전자라면 평소에 주기적으로 점검해주는 것이 바람직하다.

⑤ 타이밍벨트의 교환주기와 점검을 지키지 않고 무리하게 운행을 한다면 실린더 헤드는 물론, 실린더 블록까지 손상이 되어 엄청난 수리비가 나올 수 있는 만큼 적절한 관리와 지속적인 점검만이 사고와 위험으로부터 예방할 수 있는 방법이다.

4. 타이밍벨트는 예방점검 만이 답이다.

타이밍벨트는 끊어지기 전까지는 특별한 고장 증상이 발생하지 않는다. 하지만 벨트가 느슨해지면서 점화 시기가 부정확해지고, 엔진 출력이 떨어질 수 있다. 그러나 이러한 현상은 타이밍벨트가 아닌 다른 부품의 문제일 수도 있기 때문에 타이밍벨트 점검을 지나칠 수도 있다. 만약을 대비해 점화나 출력에 이상이 있다고 느껴질 경우에는 타이밍벨트 점검도 함께 받는 것이 좋다.

타이밍벨트가 끊어지면 엔진 밸브가 작동하지 않게 되고, 밸브와 피스톤 헤드가 서로 부딪히며 실린더와 헤드의 변형 혹은 파손으로 이어질 수 있습니다. 사전에 점검하고 교체하지 않을 경우에 더 많은 수리 비용이 발생할 수 있다. 특히 고속 주행 중 타이밍벨트가 끊어지게 되면 부품이 받는 충격은 더욱 커져 손상의 정도가 심해지며 주행 중 갑작스레 시동이 꺼져 위험하다.

5. 타이밍벨트 교환 시기

타이밍벨트의 교체주기는 자동차의 종류나 운전자의 운전습관마다 다를 수 있기 때문에 일반적으로 차량 구입 시 제공되는 차량 취급 설명서를 참고하는 것이 바람직하다

일반 재질의 고무로 제작된 타이밍벨트는 통상 엔진 작동 방식과 상관없이 40,000km마다 점검을 하고, 가솔린 차량은 80,000km마다, 디젤 차량의 경우는 120,000km마다 교체하도록 권장을 하고 있지만 평상시 과속이나 급출발, 급가속 등의 운전습관이 있을 경우에는 그전에 타이밍벨트가 끊어질 수도 있다. 그래서 가솔린은 60,000~80,000km, 디젤은 100,000~120,000km 정도가 되면 별다른 변화가 없더라도 꼭 정비소에 들러서 타이밍벨트의 상태를 점검하거나 교환해 주는 것이 좋다.

운행 중 순간적으로 타이밍벨트가 끊어져 헤드가 망가져 교체해야 하고, 오일 팬도 재생 불량으로 교체, 기타 부품 들을 전부 수리해야 하는 경우도 생기므로, 큰 비용이 발생하기도 하는 것이 타이밍벨트의 끊어짐이다.

타이밍벨트의 종류에 따른 교체 시기

① 타이밍벨트 : 고무 소재의 타이밍벨트는 6만~8만 km마다 교체

② 고강성 벨트 : 12만~15만 km마다 교체

③ 체인벨트 : 일반적으로 반영구적으로 사용이 가능하다고 한다. 하지만 주행 환경에 따라 컨디션은 달라질 수 있기에 통상 20만 km에서 점검을 권장하고 있다. 끊어짐은 반영구적이라 해도 늘어져 느슨해지면 성능이 떨어질 수 있어 정기적인 점검 필요하다.

[참고] 중국산 짝퉁 타이밍벨트가 과거에 국내에 유통된 적이 있었다. 짝퉁 벨트는 아라미드 섬유가 거의 쓰이지 않아 쉽게 끊어지는 단점을 가지고 있다. 안전과 직결되는 핵심 부품은 가격을 떠나 믿을 수 있는 메이커나 순정 부품을 사용하도록 해야 한다.

6. 타이밍벨트 교체 시 함께 교체해야 할 부품

타이밍벨트를 교환할 때는 주변 부품들도 함께 교환해 주는 게 좋다. 작은 차이는 있을 수 있겠지만 주변 관련 부품도 벨트의 수명과 대체로 비슷하기 때문에 한 번 교환할 때 다 같이 갈아주는 것이 자동차 관리에 도움이 될 수 있다.

타이밍벨트 교환 시 함께 교환하는 주변 부품들로는 워터펌프, 크랭크 각 센서 등, 부동액, 외부 벨트, 오토텐션과 아이들 베어링 등 벨트 회전에 관계하는 베어링 세트 등이 있고 차종별로 아이들 베어링이나 몇 가지 부속품이 차이가 날수 있으나 이 부품들의 수명이 타이밍벨트와 비슷하고 교환 시 탈거하는 부품이 많아 공임이 많이 들어가기 때문에 타이밍벨트 교환 시 함께 교환하도록 권장하는 것이다.

타이밍벨트는 예방 정비가 답이다. 전조증상도 없다고 보는 것이 맞다. 아무래도 일반적으로 쉽게 확인이 불가능한 위치에 있는 만큼, 정비소에 들러서 정확한 점검을 받는 것이 좋다.

7. 타이밍벨트 교환주기 타이밍체인 차종 확인하라

국내 차종에서 타이밍체인을 사용한 차종 (2013년 이후의 승용차나 소형승합과 화물 차량은 대부분 타이밍체인을 사용하였다, 그래서 이 전 차량들만 나열합니다.)

현대자동차 - 뉴클릭, 엑센트(신형), 아반떼 HD, 아반떼 MD, 베르나(디젤) i3O, ,벨로스터, NF 쏘나타(디젤 제외), YF 쏘나타, 2004년식 이상의 스타렉스(CRDI 모델들-포터, 리베로), 그랜저TG(Q270 모델은 제외), 그랜저 HG, 제네시스, 에쿠스(3천 cc, 3500cc, 4500cc는 제외), 하이브리드 모델, 투싼ix(2.0모델만), 제네시스 쿠페 등이다.

기아자동차 - 프라이드(경유), 쎄라토, 포르테, 쏘울, 로체(디젤 제외), K5, K7(2700cc 모델 제외- 그랜저TG와 동일), 오피러스(2700cc 제외), 카니발 R, 뉴 쏘렌토, 쏘렌토R, 스포티지R, 모하비, 더 프레스티지 K7, 로체 이노베이션, 올 뉴모닝 등이 있다.

쉐보레 또는 대우자동차 - 스파크(마티즈 크리에이티브), 젠트라 x(1.2모델), 토스카(L6), 스테이츠맨, 베리타스, 크루즈(11년 3월식 이후 디젤만), 매그너스 L6이다.

르노삼성 자동차와 쌍용자동차는 전 차종 타이밍이 체인 방식이다. 혹 정보가 다르거나 부족하면 이 있다면 댓글 달아주시면 수정하겠습니다.

8. 타이밍벨트 교체 시 댐퍼풀리를 꼭 교체해야 하는가?

댐퍼 풀리는 크랭크축에 연결되어 외부 벨트를 걸쳐 발전기, 에어컨 컴프레서, 파워펌프를 구동시켜주는 부속품이다.

풀리 댐퍼, 댐퍼 풀리로 알려져 있고 크랭크축 앞쪽에 설치되어 있으며 풀리로 동력을 전달하며 진동을 감소시키는 역할을 한다. 댐퍼풀리가 파손되면 동력 전달이 제대로 되지 않아 벨트가 제대로 돌아가지 않고 파워 핸들에도 영향을 미쳐서 핸들이 무거워지는 현상이 발생할 수 있다.

댐퍼 풀리는 쇠와 쇠 사이에 고무로 연결되어있다. 댐퍼풀리가 오래되면 고무 부분이 경화되고 크랙이 진행되었으면 운행상의 지장이 있기 때문에 교환을 권유한다.

고무 재질의 경화와 균열이 발생하게 되고 한계에 이를 경우 허브와 풀리 부분이 분리가 될 수 있는데 크랭크축이 회전하여도 풀리가 제대로 작동하지 않게 되므로 벨트의 구동이 불량하거나 소음을 유발하게 된다. 그리고 마찰이 증가하여 열이 발생하니 엔진 룸에서 연기가 나는 증상으로 이어질 수도 있는 부분이다.

보통 타이밍벨트를 교체할 때 이 댐퍼풀리 교체를 많이 하게 되는데 꼭 해야 하는지 궁금해하는데, 이 부품은 무조건 적인 교환이 아닌 상태를 점검하여 이상이 있을 경우 함께 교환하는 것이 좋다.

댐퍼풀리 근접 사진입니다. 중간에 있는 충격완화 고무가 부서져서 문제가 되기 직전사진 신품 댐퍼풀리

댐퍼풀리의 파손은 엔진과 파워핸들, 발전기 시스템 등 차량 상태에 영향을 끼칠 수 있기 때문에 타이밍벨트 교체가 아니더라도 차에서 이상한 쇠소리, 마찰음이 발생하게 되면 정비소에 방문하여 점검을 받아야 한다.

이상으로 타이밍벨트에 대하여 알아봤다. 사람도 신체 부위에 따라 큰 병이 발견되기 전까지 별다른 증상을 보이지 않아 일정 나이를 기준으로 반드시 검진해야 할 항목을 만들듯, 자동차도 사용하는 기간에 따라 노후되는 부품들이 있다. 또한 부품이 끊어지거나 수명을 다할 때까지 특별한 증상을 보이지 않기도 한다. 따라서 미리 점검하고 교체 시기에 맞춰 부품 교체를 진행해야 자동차도 오랫동안 안전하게 이용할 수 있다는 점을 기억하면서 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

구동 벨트 [ drive belt] (후항, 외부, 걷벨트)

구동 벨트는 엔진 폭발에 의한 크랭크샤프트의 회전력을 회전이 필요한 다른 부품에 전달하는 고무벨트이다. 단면을 보면 ‘V’자 형태이기 때문에 흔히 브이 벨트(V belt)라고 부르는데, 사실 최근에는 ‘V’자보다 평면 모양의 구동 벨트를 많이 사용하고 있다.

보닛을 열면 엔진 옆에 보이는 허리띠 같은 벨트가 엔진 옆에서 돌아가는 것을 볼 수 있는데 이를 구동 벨트(외부 벨트, 걷벨트)라 한다. 일반적으로 차를 갖고 계신 분들은 한 번쯤 교환해본 부품일 수 있다.

이 구동 벨트는 워터펌프와 냉각팬, 파워펌프, 발전기를 같이 작동시켜주는 부품이다. 보통 교환주기는 차량마다 다르지만 40,000km ~ 80,000km 사이에 교환을 하는데, 교환하는 이유는 특수 고무 재질이지만 시간이 지나면서 고무가 경화하게 되고 갈라지게 되어 끊어지기 때문이다.

벨트가 끊어지면 냉각수가 원활하게 돌지 못해 엔진은 과열이 되고, 파워펌프의 불능으로 핸들이 무거워지고, 발전기가 배터리를 충전하지 못해 전자부품이 작동하지 못하면서 시동이 꺼지게 된다.

차량 100대를 놓고 본다면 실제 교환주기를 지나쳐 구동 벨트가 끊어지는 경우는 5대 미만으로 예방 정비를 통해서 교환을 하는 부품이다.

1. 구동 벨트 변색

구동 벨트는 마찰 면이 있고 계속 회전을 하면서 열을 발생하게 된다. 초기에는 검은색이었던 벨트의 색깔이 시간이 지나감에 따라 가죽 벨트처럼 갈색으로 변하고 그 이후에는 다시 타버린 것처럼 중간중간에 거뭇하게 색이 바래게 된다.

구동 벨트는 앞서 말했듯이 고무 재질로 되어있어 고무 특성상 지간이 지나면서 경화되면서 굳고 크랙이 발생하게 된다. 벨트에 크랙이 발생해도 당장 끊어지는 것은 아니지만 변색되고 크랙이 발생하는 시점을 구동 벨트 교환 시점으로 잡는 것이 좋다. 보통의 경우는 권장 교환 km에 맞춰 교환을 하지만 부품마다 운전자의 습관에 따라 바뀌기 때문에 교환주기가 긴 부품의 경우는 사전 문제가 보일 무렵 바로 교환하는 것을 추천한다.

엔진 룸 내부의 구동 벨트 위치

2. 구동 팬(후항,외부,걷)벨트

팬벨트는 엔진의 크랭크샤프트의 회전에서 동력을 얻어 자동차를 구동하는데 필요한 엔진의 부속장치인 발전기, 워터펌프, 에어컨 컴프레서, 파워펌프를 구동시키는 벨트라고 할 수 있다. 팬벨트 관리가 늦어져 벨트가 끊어지게 되면 벨트로 구성되는 모든 기능들이 마비가 된다. 팬벨트가 없어나 끊어지게 되면, 오버히트가 발생할 수 있으며, 워터펌프가 회전하지 않게 되면 발전기도 회전하지 않게 되므로 이로 인해 배터리의 소모 전력을 충전해 주지 못하게 된다.

따라서 차량이 주행 중이라고 해도 충전되는 전기량이 없으므로 배터리의 전기도 모두 소모되며 결국 주행이 불가능해지는 현상이 발생한다.

즉, 다시 말해 팬벨트는 워터펌프를 구동하여 엔진의 과열을 방지해주고, 차량에서 소모되는 전기를 발생시켜 주는 발전기를 구동시키는 역할을 하므로, 팬벨트의 일상점검은 매우 중요한 부분이며, 특히 장거리 주행에 앞서서 정비소에 들어가 점검이 꼭 필요하다.

3. 엔진룸에서 귀뚜라미 우는소리가 난다면 팬벨트 이상

팬벨트가 느슨해지면 발전기와 워터펌프의 구동 능력을 저하시키므로 발전능력과 엔진의 냉각 능력을 저하시키는 원인이 된다. 반대로 장력이 너무 커서 팽팽하면 발전기와 워터펌프의 베어링 손상을 가져올 수 있으므로 팬벨트의 장력 점검이 무엇보다 중요하다.

가속 페달을 힘껏 밟는 순간 "끼이익"하는 소리가 나는 경우가 있다. 이는 벨트의 장력이 느슨해지면서 엔진 초기 시동 시 또는 급가속 시 벨트의 미끄러짐 현상이 발생하여 이상음이 발생하게 될 수 있다. 이때는 벨트의 장력을 조정해야 한다.

4. 계기판 충전 경고등에 불이 들어오면 팬벨트와 발전기 점검

병이 오면 몸이 아프듯, 자동차는 문제가 생기면 자신의 상태를 알리기 위해 신호를 보낸다. 그 신호 채널의 대표적인 것이 계기판이다. 계기판의 경고등만 잘 살펴도 큰 고장 혹은 이로 인한 사고를 예방할 수 있다. 운전자들이 접하는 가장 흔한 고장이 자동차 배터리 모양의 충전 경고등이다. 이 충전 경고등이 들어오면 어떻게 해야 하는지, 어떤 부분을 점검해야 하는지 살펴보자.

① 무리한 운행은 금물

충전 경고등은 이름 그대로 배터리 충전 계통에 문제가 생긴 것이다. 배터리는 시동이 걸린 후에는 사용 전력이 많지 않으면, 운행 중에 거의 사용되지 않는다. 따라서 충전 경고등에 불이 들어온 상황에서 계속 운전을 해야 할 상황이라면, 오디오, 에어컨이나 히터와 같은 전기 소모 기기들을 끄고, 파워 윈도와 같이 전기로 작동되는 장치의 사용을 최소화하는 것이 현명하다. 이렇게 소비하는 전력량을 줄이면서 재빨리 안전한 곳에 정차를 하여 안전조치를 취하고 점검을 하는 것이 요령이다.

② 구동벨트 확인하기

보닛을 열고 눈으로 봤을 때 구동 벨트가 끊어지거나 헐거워진 경우에는 절대로 운행을 하면 안 된다. 구동 벨트는 냉각시스템과도 연결되어 있어서 더 큰 고장을 초래할 수 있다. 과거에는 구동 벨트가 나뉘어 있어 끊어지거나 헐거워진 벨트만 묶어서 임시로 운행했지만 지금은 원벨트 타입이 대부분이므로 안전한 곳에서 긴급출동 서비스를 이용하는 것이 가장 현명하다.

구동 벨트에 의해 자동차에 전기를 공급하는 발전기

③ 발전기 확인하기

충전 경고등을 일찍 발견했다면 발전기에 문제가 있는 경우가 많다. 발전기에서 배터리로 보내는 충전 전압이 13.5V~14.5V, 출력 전류는 신품 발전기 용량의 70% 이상이면 정상이다. 전압이 일정하지 않다면 발전기의 레귤레이터 부분의 문제다. 하지만 대부분 발전기와 일체형이기 때문에 교체가 불가피하다.

5. 구동 벨트를 점검하는 방법으로는 두 가지가 있다.

① 첫째, 고무벨트의 옆면을 플래시로 비춰 봤을 때 갈라짐이 있는지 관찰하는 방법이다. 약간이라도 갈라짐이 있다면 얼마 가지 않아 벨트가 끊어질 가능성이 높으니 곧바로 새것으로 교체하는 것이 더 큰 비용의 지출을 막는 길이다.

② 둘째, 차량에 시동을 건 상태에서 벨트의 소음으로 확인하는 방법이다. 보통 차에서 ‘찌지 찍~’ 소리가 나면 벨트 계통에 문제가 있는 것으로 판단할 수 있으며, 이런 경우에는 벨트의 장력이나 노화 여부, 베어링의 유격 등을 점검해 봐야 한다.

구동 벨트는 차종에 따라 3개 또는 2개인 경우가 대부분이지만, 최근 출시되는 차량들은 엔진의 정숙성, 내구성 향상을 위해 구동 벨트를 하나로만 설계하고 있다. 흔히 벨트 3종 세트라고 부르는 구동 벨트는 다음과 같다.

① 팬 벨트 : 크랭크축-워터 펌프-발전기

② 에어컨 벨트 : 크랭크축-에어컨

③ 파워 벨트 : 워터 펌프-파워 스티어링 펌프

최근에는 브이 벨트보다 평평한 단면에 4개 또는 7개의 보강 라인이 들어간 리브 벨트(rib belt)가 많이 사용된다.

 3벨트 타입의 6PK2005 규격의 구동 벨트 구조

6. 구동 벨트 점검하기

구동 벨트의 수명과 교환시기는 차종에 따라서 다르지만 평균 주행 거리 30,000~50,000km 이상 운행한 차량이라고 볼 수 있다. 때론 1000,000km 이상에서 교환한 경우도 있다. 눈으로 보았을 때 고무 상태 갈라짐과 파손이 있고 시동을 걸거나 주행 시 엔진룸 쪽에서 우는소리 같은 벨트 소음이 나는 경우는 팬벨트의 노화, 균열이 발생할 수 있으므로 바로 확인하는 것이 좋다. 직접 확인하는 것이 어렵다면 정비 센터를 방문해 점검을 받아보는 것을 권장한다.

또한 구동 벨트를 교체할 때는 텐셔너, 아이 들러의 유격, 작동 상태를 반드시 점검하고 필요한 경우 함께 교체하는 것이 좋다.

 이미지출처: 네이버 

① 엄지손가락을 이용하여 약 조금 센 힘 8~10kg의 힘으로 구동 벨트를 수직으로 힘껏 누른다. 이때 12~20mm 정도 처짐(장력)이 있으면 정상이다.

구동 벨트의 장력이 너무 강하면 벨트와 연결되어 있는 부품의 베어링 마모를 촉진시키고, 반대로 장력이 약하면 엔진의 힘이 구동 벨트를 통해 다른 부품으로 충분히 전달되지 못하기 때문에 발전기의 출력이 불량해지거나 에어컨의 성능 저하 등이 발생할 수 있다.

② 구동 벨트의 손상이 발생했는지, 노후로 인한 균열(크랙)은 없는지 육안으로 점검한다.

③ 구동 벨트는 운전자가 혼자서 교체하기 어려우므로 손상이나 균열이 발생했다면 가까운 자동차 정비소를 방문하여 점검을 받아야 한다.

7. 그 외 구동 벨트에 연결된 부품 점검과 관리법

①오토 텐셔 너와 아이 들러 베어링

구동 팬벨트의 기본 재질이 고무이기 때문에 사용 조건이나 노화에 따라 길이의 변화가 발생할 수 있다. 그래서 최근 출시되는 자동차들은 오토 텐셔 너를 장착, 구동 팬벨트의 장력을 자동으로 조절할 수 있게 만들고 있다.

아이 들러는 정비 현장에서 아이들 베어링이라고도 부르는데, 벨트의 장력을 유지하기 위해 사용하는 베어링이다.

왼쪽이 신품 오른쪽이 구품의 구동 벨트

구동 벨트를 탈거 후 색상을 비교한 사진입니다. 이렇게 보니 엄청 심한 것 같지만 사실 이 정도는 양호한 편이다. 이유는 안쪽 면에 크랙이 하나도 없었기 때문입니다. 그렇기에 구동 벨트를 교환할 때는 육안으로 확인이 가능하므로 세심하게 확인하는 것이 좋다.

② 워터펌프

예전 차량의 경우 4만 km 정도에 구동 벨트(걷벨트)를 많이 교체 했었는데 요즘은 교환주기가 길어져 두배 이상도 가는 경우가 많이 있다. 이 차량은 워터펌프에서 미세한 냉각수 누수와 소음으로 구동 벨트 교체시 같이 교환을 했다.

워터펌프 교환 왼쪽이 신품 오른쪽이 구품

워터펌프는 구동 벨트의 힘을 받아 냉각수의 순환을 돕는 역할을 하고 있다. 예전 차량의 경우 보통 타이밍벨트를 교환할 때 세트로 많이 교환하지만 요즘 차량의 경우 벨트가 체인으로 되어 있어 교환 시기를 놓치는 경우가 많이 있는데 보통은 10만 km 전후로 교환하게 된다. 이 부품 또한 교환주기가 긴 부품 중 하나로 문제가 있어 교환하는 부품이 아닌 예방 차원에서 교환하는 부품 중 하나다.

③워터펌프 교환 후에 냉각수 교체

워터펌프를 탈거하게 되면 냉각수가 다 빠지게 되고 이 작업에는 냉각수 교체는 필수이다. 냉각수는 엔진의 열을 식혀주는 아주 중요한 요소 중 하나다. 초기에 들어간 부동액은 교환주기가 20,000km에서 60,000km 사이다. 이 또한 차량과 운전자 습관에 따라 이렇게 교환주기가 차이가 나게 되는데 냉각수 보조 탱크의 색상이나 라디에이터 캡을 열어 부유물과 색상을 보고 교체주기를 결정하게 된다.

또한 요즘 이슈가 있는 냉각수가 엔진으로 유입되는 차체 결함도 있어서 일주일에 한번 적어도 한 달에 한 번 정도는 보닛을 열어 냉각수나 기타 액체로 된 케미컬 제품의 상태를 확인하는 것이 좋다.

이상으로 구동(후항, 외부, 걷) 벨트에 대하여 알아봤다. 구동 벨트는 끊어지면 차량의 운행이 불가하기에 사전점검과 정비를 통해 미리미리 교환하는 것을 추천하는 것이다.

철저한 사전점검과 사전 정비로 원활한 자동차 관리로 안전운전과 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

다음 시간엔 타이밍벨트와 체인에 대하여 알아보겠습니다.