차동 잠금

Locking differential
참고 항목: 디퍼렌셜(기계 장치)
미쓰비시 델리카 L400 LWB Diff에 장착된 ARB 공기 잠금식 디퍼렌셜

잠금 디퍼렌셜은 차량에 일반적으로 사용되는 기계적 구성 요소로, 액슬의 양쪽 휠을 공통 축에 있는 것처럼 "잠금"하여 표준 개방형 디퍼렌셜의 주요 한계를 극복하도록 설계되었습니다.따라서 양쪽 휠이 개별적으로 사용할 수 있는 트랙션(또는 트랙션 부족)에 관계없이 양쪽 휠이 일제히 회전합니다.

디퍼렌셜이 잠금 해제되면(오픈 디퍼렌셜), 각 휠이 서로 다른 속도(예: 턴 협상 시)로 회전할 수 있으므로 타이어 긁힘이 방지됩니다.열린(또는 잠금 해제된) 디퍼렌셜은 해당 액슬의 두 휠 각각에 항상 동일한 토크(회전력)를 제공합니다.따라서 휠은 다른 속도로 회전할 수 있지만 한쪽이 완전히 정지해 있고 다른 한쪽이 회전하는 경우에도 동일한 회전력을 가합니다.(동일한 토크, 등회전속도).

이와는 대조적으로, 잠긴 디퍼렌셜은 양쪽 휠의 트랙션 차이에 관계없이 거의 모든 상황에서 동일한 차축의 좌측 및 우측 휠을 동일한 속도로 회전시킵니다.따라서 각 휠은 그 아래의 트랙션이 허용하는 만큼의 회전력을 가할 수 있으며, 각 사이드 샤프트의 토크는 동일하지 않습니다(토크가 동일하지 않고 회전 속도가 동일하지 않음).아래에서 설명하는 자동 사물함에는 예외가 적용됩니다.

디퍼렌셜이 잠기면 개방형 디퍼렌셜에 비해 상당한 트랙션 이점을 얻을 수 있지만, 각 휠 아래의 트랙션이 크게 다를 경우에만 해당됩니다.

위의 모든 사항은 각 액슬의 디퍼렌셜뿐만 아니라 중앙 디퍼렌셜에도 적용됩니다. 상시 4륜 구동 차량에는 각 액슬에 하나씩 3개의 디퍼렌셜이 있으며 프론트 액슬과 리어 액슬 사이에 중앙 디퍼렌셜("트랜스퍼 케이스"라고 함)이 있습니다.

종류들

자동 사물함

자동 잠금 장치는 운전자가 직접 입력하지 않아도 자동으로 잠금 및 잠금 해제됩니다.일부 자동 잠금 디퍼렌셜 설계에서는 트랙션 조건에 관계없이 엔진 동력이 항상 양쪽 휠로 전달되며 코너링 중에 한쪽 휠이 다른 휠보다 더 빨리 회전해야 할 경우에만 "잠금 해제"됩니다.정지 위치가 잠겨 있기 때문에 자동 잠금 해제 디퍼렌셜이라고 하는 것이 더 정확합니다.휠이 디퍼렌셜 캐리어 또는 액슬 전체보다 느리게 회전하는 것은 절대 허용하지 않지만, 휠이 캐리어 속도보다 빠르게 오버구동될 수 있습니다.이러한 유형의 가장 일반적인 예는 이튼사가 만든 디트로이트 로커입니다. 디트로이트 노 스핀이라고도 하며, 이는 디퍼렌셜 캐리어 어셈블리 전체를 대체합니다.도시락 보관함이라고도 하는 다른 장치는 스톡 디퍼렌셜 캐리어를 사용하여 내부 스파이더 기어와 샤프트만 인터록 플레이트로 교체합니다.두 가지 유형의 자동 잠금 장치 모두 동일한 트랙션 조건에서 코너링을 하면서 어느 정도의 디퍼렌셜 휠 속도를 허용하지만, 그렇지 않으면 트랙션 조건이 필요할 때 양쪽 액슬 샤프트를 함께 잠급니다.

  • 장점: 도로 상황이 변할 경우 자동 작동, 체결 또는 해제를 위한 정지 기능이 필요합니다.
  • 단점: 타이어 마모 증가 및 운전 거동에 대한 현저한 영향코너링 시 어느 하프 액슬이 분리될지는 드라이브라인에 의해 적용되는 토크 방향에 따라 달라집니다.토크 방향이 역전되면 드라이브라인의 속도가 갑자기 내측에서 외측 액슬로 바뀌면서 타이어가 삐걱거리는 소리와 함께 강한 저크가 발생합니다.코너링 시 자동 로커는 트랙션이 [1]초과되면 즉시 파워 오버스티어로 전환되는 무거운 언더스티어를 특징으로 합니다.

일부 다른 자동 잠금 장치는 휠 슬립이 발생한 후 잠길 때까지 개방형 디퍼렌셜로 작동합니다.이러한 유형은 일반적으로 차량 속도 및 휠 슬립을 모니터링하기 위해 내부 가바나(governal governor)를 사용합니다.예를 들어, Eaton Corporation에 의해 개발되어 1973년에 GM의 라운드 라인 C/K 시리즈 픽업 및 [2]유틸리티를 위해 도입된 Eaton Automatic Differential Lock(ADL)이 있습니다.이튼 ADL은 GM도 이튼도 그 이름으로 부르지 않았음에도 불구하고 때때로 Gover-Lock으로 잘못 불리고 있습니다.Gover-Lock은 몇 년 동안 인기를 얻었던 출처를 알 수 없는 비공식적인 이름이다.이튼과 GM은 모두 이 이름이 어디서 유래된 것인지 알지 못하며, 이튼은 과거에도 몇 차례 Gover-Lock의 [3]이름을 밝히려고 시도했지만 실패했다.이전 Eaton ADL 설계의 업데이트된 버전은 현재 Eaton mLocker 메카니컬 디퍼렌셜 잠금으로 알려진 Eaton에서 여전히 제공됩니다.

일부 다른 자동 로커는 높은 토크가 가해질 때까지 개방 디퍼렌셜로 작동하며, 이때 잠깁니다.이 스타일은 일반적으로 마찰력이 매우 높은 내부 기어 시스템을 사용합니다.그 예로는 초기 Volkswagen에서 사용 가능한 ZF 슬라이딩 핀과 캠 유형이 있습니다.

선택 가능한 사물함 MRT

프론트 및 리어 선택 가능한 잠금 디퍼렌셜을 갖춘 Dodge 파워 왜건

선택 가능한 잠금 장치를 통해 운전자가 운전석에서 디퍼렌셜을 자유롭게 잠그고 잠금 해제할 수 있습니다.이것은 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다.

  • 압축 공기(공기압).
  • "Ox Locker"에 사용되는 케이블 작동 메커니즘.
  • 전자 솔레노이드 및 Eaton의 "ELocker"와 같은 (전자장)하지만 OEM 업체들도 전자 사물함을 제공하기 시작했습니다.닛산 전기 사물함은 프론티어(나바라)와 엑스테라에서 옵션 장비로 판매되고 있다.포드는 F시리즈와 레인저 트럭에 전자 후방 사물함을 제공한다.토요타는 현재 Tacoma 및 4Runner(TRD 오프로드 및 TRD Pro 트림만 해당)에 후방 e-Locker를 제공하지만, 과거 Land Cruiser와 같은 차량에는 전방 및 후방 e-Locker를 제공했습니다.
    • 장점: 디퍼렌셜이 "개방형" 디퍼렌셜로 작동하여 주행성과 조작성을 향상시키고 필요할 때 풀 잠금 기능을 제공합니다.
    • 단점: 기계적으로 복잡하고 고장날 부품도 많습니다.일부 사물함은 체결을 위해 차량을 정지해야 합니다.다가올 지역에 대한 인적 상호작용과 미래지향적 사고방식이 필요합니다.미숙한 운전자는 로커가 필요 없는 지형에서 디퍼렌셜을 잠긴 상태로 둘 때 드라이브라인 구성 요소에 엄청난 부하를 가하는 경우가 많습니다.

스풀

스풀은 2개의 차축을 링 기어에 직접 연결하는 장치입니다.좌우로 구별이 없기 때문에 스풀을 장착한 차량은 타이어를 번갈아 짖게 되고 비나 눈이 오는 날씨에는 관리가 불가능해질 수 있습니다.스풀은 보통 [4]노상에서 주행하지 않는 경기용 차량을 위해 예약되어 있다.

미니 스풀은 스톡 캐리어를 사용하여 도시락 보관함과 설치 방식이 비슷하며 디퍼렌셜의 내부 부품만 교체합니다.풀 스풀은 캐리어 어셈블리 전체를 하나의 기계 부품으로 교체합니다.풀 스풀은 액슬을 잠그는 가장 강력한 수단이지만 휠 속도를 전혀 구분할 수 없으므로 영향을 받는 모든 드라이브라인 구성 요소에 높은 부하가 걸립니다.

오픈 디퍼렌셜의 내부 스파이더 기어도 함께 용접하여 잠긴 액슬을 만들 수 있습니다. 용접 프로세스는 용접된 구성 요소의 야금학적 구성을 심각하게 손상시키고 응력을 받으면 장치가 고장 날 수 있으므로 이 방법은 권장되지 않습니다.

단점들

자동 잠금 디퍼렌셜은 표준 디퍼렌셜만큼 원활하게 작동하지 않기 때문에 타이어 마모 증가의 원인이 되는 경우가 많습니다.일부 구형 자동 잠금 디퍼렌셜은 차량이 선회할 때 잠금 및 잠금 해제 시 딸깍 소리 또는 쾅하는 소음이 나는 것으로 알려져 있습니다.이것은 많은 운전자들에게 짜증나게 한다.자동 잠금 디퍼렌셜은 특히 로커가 프론트 액슬에 위치한 경우 차량의 조향 능력에도 영향을 미칩니다.고마찰(저슬립) 노면에서 어느 정도 회전하는 동안 타이어가 긁히는 것 외에도, 잠긴 차축은 언더스티어를 유발하며, 프론트 액슬에 사용되는 경우 차량을 회전시키는 데 필요한 스티어링 힘이 증가합니다.또한 디퍼렌셜을 자동으로 잠그면 열린 디퍼렌셜이 한쪽 휠을 회전시키고 다른 한쪽 휠을 고정하는 동시에 동력을 전달하지 못하는 얼음에서 제어력을 상실할 수 있습니다.이것의 예로는 미끄러운 경사면에 옆으로 주차된 차량이 있습니다.두 휠이 모두 회전하면 차량이 트랙션을 중단하고 경사로 아래로 미끄러집니다.

대체 수단

LSD(Limited-Slip Differential)는 표준 디퍼렌셜과 잠금 디퍼렌셜 사이의 타협으로 간주됩니다. LSD는 보다 부드럽게 작동하며, 표준 디퍼렌셜에 비해 트랙션이 가장 높은 휠에 약간의 추가 토크를 전달하지만 100% [5]잠글 수는 없습니다.

트랙션 컨트롤 시스템은 또한 잠금 디퍼렌셜의 추가 또는 교체용으로 많은 최신 차량에 사용됩니다.예를 들어 다음과 같습니다.폴크스바겐의 전자차동잠금장치(EDL), 오펠의 TC+는 오펠 아스트라G(2001년) 등에 처음 장착됐다.이것은 실제로는 디퍼렌셜 록이 아니라 각 휠에서 작동합니다.센서는 휠 속도를 모니터링하며, 한쪽이 다른 쪽보다 분당 지정된 회전수(예: 100회전) 이상 회전하는 경우(예: 미끄러짐) 트랙션 컨트롤 시스템이 일시적으로 휠 속도를 제동합니다.이렇게 하면 다른 [6]휠로 더 많은 동력이 전달되지만 EDL 옵션이 없는 차량과 동일한 개방형 디퍼렌셜이 사용됩니다.모든 구동 휠이 트랙션을 잃으면 스로틀 컨트롤이 자동으로 적용될 수 있습니다.전자식 트랙션 컨트롤 시스템은 ABS(안티 브레이크 시스템)와 통합될 수 있으며, ABS(안티 브레이크 시스템)는 제동 시 유사한 작용을 하며 일부 유사한 구성 요소를 사용합니다.이러한 시스템은 최신[when?] Nissan Pathfinder, Land Rover Defender, Land Rover Freelander, McLaren P1 및 McLaren 650s에 사용됩니다.

적용들

  • 견인차, 지게차, 트랙터 및 중장비와 같은 일부 유틸리티 차량은 특히 부드럽고 진흙투성이이거나 울퉁불퉁한 노면에서 주행할 때 트랙션을 유지하기 위해 잠금 디퍼렌셜을 사용합니다.사물함은 농기구와 군용 트럭에서 흔히 볼 수 있다.일부 팜 트랙터에는 운전자의 발뒤꿈치로 밟아 디퍼렌셜을 잠글 수 있는 페달이 있습니다.
  • 디퍼렌셜 잠금 기능은 드리프트 스포츠에서도 제한 슬라이딩 디퍼렌셜의 대안으로 사용할 수 있습니다.
  • 오프로드에서 주행하는 4륜 구동 차량은 느슨하거나 진흙탕 또는 바위투성이의 지형에서 주행할 때 끼이지 않도록 잠금 디퍼렌셜을 사용하는 경우가 많습니다.잠금 디퍼렌셜은 심각한 오프로드 주행에 필수적인 장비로 간주됩니다.이러한 차량의 대부분은 중앙 디퍼렌셜(프론트 액슬과 리어 액슬 사이), 리어 디퍼렌셜과 프론트 디퍼렌셜 또는 이 세 가지 조합에 잠금 디퍼렌셜이 있습니다.또한 일부 "비유틸리티" 4륜 구동 차량(예: 미쓰비시 쇼군)에 차동 잠금 장치를 사용하여 액슬 회전의 상대적 부족(수직 휠 이동)을 보완합니다.오프로드 주행에는 휠이 울퉁불퉁한 노면에서도 접지 상태를 유지할 수 있도록 많은 양의 관절이 바람직하지만, 이로 인해 고속 주행 시 차체가 과도하게 롤링되고 스티어링이[vague] 흐릿해질 수 있습니다.이러한 4x4는 종종 조음과 핸들링 사이의 타협으로 설계된 서스펜션 시스템을 갖추고 있습니다.관절이 제한적일 경우 거친 지형에 의해 액슬의 휠 하나가 지면에서 들어 올려져 모든 휠의 트랙션이 손실될 수 있습니다(모든 동력은 자유롭게 회전하는 휠로 이동).이러한 타협점을 보완하기 위해 리어 잠금 디퍼렌셜이 제공되는 경우가 많습니다. 휠이 지면에서 들어올려진 경우 잠금 디퍼렌셜이 작동하여 지면에 남아 있는 휠을 구동할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ "How auto lockers work". Leisure Wheels. 2016-12-24. Retrieved 2021-11-22.
  2. ^ "1974 Chevy/GMC Pickups". www.73-87.com. Retrieved 2012-06-24.
  3. ^ "Randy's Ring & Pinion". www.thedieselpage.com. Retrieved 2012-05-24.
  4. ^ "Standard Carriers, Positraction & Limited Slips, Locking Differentials, Spools and Mini-Spools". www.ringpinion.com. Retrieved 2012-08-29.
  5. ^ "Differential Spotters Guide". www.miata.net.
  6. ^ "VAG four-wheel drive systems and brand names".