풀타임 4WD는 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전 속도 차이를 흡수합니다.
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자동차가 선회할 떄 좌우 구동륜의 회전속도 차이는 디퍼렌셜 기어가 해결하는데, 4WD는 네 바퀴 모두의 선회 반경이 다르기 떄문에 앞뒤 바퀴(좌우 앞바퀴의 평균과 좌우 뒷바퀴의 평균)사이에서도 회전 속도 차이가 발생합니다. 따라서 4WD는 이 문제도 해결해야합니다.
센터 디퍼렌셜 기어
해결 방법에는 여러가지가 있는데, 가장 알기 위운것은 차동 톱니바퀴 장치인 디퍼렌셜기어를 사용하는 것입니다. 이런 디퍼렌셜 기어를 센터 디퍼렌셜 기어라고하며, 베벨기어를 이용한 제품 외에 유성기어를 이용한 제품을 쓰기도 합니다. 변속기의 출력이 센터 디퍼렌셜 기어에 전달되고 여기에서 앞뒤 구동륜의 디퍼렌셜 기어 이상으로 디퍼렌셜 기어의 약점이 큰 영향을 끼치기 때문에 LSD나 전자 제어로 센터 디퍼렌셜 기어의 차동을 제한할 때가 많습니다.
전자 제어로 작동하는 센터 디퍼렌셜 기어는 주행상황에 맞춰 전후의 토크 배분을 바꿈으로써 4WD의 주행성능을 더 높입니다.
전자 제어 4WD
센터 디퍼렌셜 기어를 사용하지 않고 컴퓨터 제어로 누르는 힘을 바꿀 수 있는 습식 다판 클러치를 사용해 동력을 배분하는 전자 제어 4WD도 있습니다. 전후 중에서 한쪽 구동륜이 기본이 되고 반대쪽 구동륜에 동력을 배분하는 구조이기 때문에 50 : 50 ~ 100 : 0으로 배분할 수 있습니다. 주행 상황에 맞춰 토크 배분을 바꿀 수 있어 4WD 특유의 주행 성능으 더욱 높일 수 있습니다.
풀타임 4WD
이런 4WD는 항상 네바퀴에 구동력을 발생시키기 때문에 풀타임 4WD라고 합니다. 힘으로 주행이나 눈길 주행을 중시하는 자동차나 주행성능을 높이고 싶은 스포츠형 자동차에 많이 씁니다.
- 센터 디퍼렌셜식 풀타임 4WD : 센터 디퍼렌셜 기어로 차동할 수 있게 만들고 앞뒤에 동력을 배분합니다. 각각의 동력은 앞뒤 바퀴의 디퍼렌셜 기어에 전달되어 사륜구동으로 주행합니다.
- 전자 제어 토크 배분식 풀타임 4WD : 기본형이 FR이며, 습식 다판 클러치를 통해 앞바퀴에도 동력을 배분합니다. 컴퓨터 제어로 앞바퀴에 배분하는 동력을 조절할 수 있습니다.
스탠바이 4WD
스탠바이 4WD는 일반적인 자동차에 많이 쓰이는 사륜구동 방식입니다. 평상시에는 2WD 주행을 하다가 4WD 주행을 하는편이 주행 성능이나 안전성을 높일 수 있을 때 4WD 주행으로 자동 전환됩니다. 2WD 상태로 대기하는 4WD라고 해서 이런 명칭이 붙었습니다.
전자 제어 등을 이용하지 않고 주행 상황에 따라 수동적으로 4WD 전환이 되기 때문에 패시브 4WD라고도 합니다.
스탠바이 4WD는 FF를 바탕으로 만드는 경우가 많습니다. 프런트 디퍼렌셜 기어에 전달되는 회전이 베벨기어에도 전달되어 추친축에서 리어 디퍼렌셜 기어로 보내지는데, 중간에 회전차 감응형 토크 전달 장치가 설치되어 있습니다. 각종 토크 전달 장치가 있지만, 가장 많이 사용하는 것은 비스커스 커플링입니다. 이 커플링을 사용한 스탠바이 4WD를 비스커스 4WD라고 부르기도합니다.
토크 전달 장치의 입력측에는 변속기로부터 앞바귀와 똑같은 속도의 회전이 전달되며, 출력측에는 뒷바퀴와 똑같은 속도의 회전이 전달됩니다. 직진 주행처럼 앞뒤 바퀴에 회전 속도 차이가 없는 상태에서는 토크가 전달되지 않지만, 선회처럼 회전 속도에 차이가 발생하면 토크가 전달되어 4WD 주행이 됩니다.
즉, 선회를 할때나 자동차의 움직임이 불안정할 때면 4WD로 안전하게 주행할 수 있습니다.
참고로 자동차 제조사의 카탈로그에는 스탠바이 4WD가 풀타임 4WD로 소개되어 있는 경우가 있습니다. 엄밀히 말하면 2WD가 될 때도 있지만, 노면 상황은 각 부분마다 다르기 때문에 실제 주행에서 앞뒤 바퀴의 회전속도가 차이나지 않는 상황은 거의 없습니다. 그래서 스탠바이 4WD를 풀타임 4WD라고 말할 수도 있습니다.
- 변속기의 출력은 프런트 디퍼렌셜 기어오 베벨기어로 구성된 트랜스퍼를 통해 추진축에 전달됩니다. 추진축의 중간에는 회전차 감응형 토크 전달 장치가 설치되어 있습니다.
- 스탠바이 4WD의 작동은 직진시 엔진의 힘이 전달되고 있는 바퀴로 앞뒤 바퀴에 회전 속도 차이가 없을 때는 2WD 주행이고 선회 시 노면 위를 구르고 있는바퀴로 앞뒤 바퀴에 회전속도 차이가 있으면 4WD 주행입니다.
트로이달 CVT
1999년 닛산이 세계 최초로 시판 자동차에 탑재한 CVT를 트로이달(toroidal) CVT라고 합니다. 당시 벨트식 CVT는 큰 토크를 전달할 수 없었기 때문에 소형 자동차에만 쓸 수 있었는데, 트로이달 CVT는 큰 토크를 전달할 수 있어 대형 자동차에도 탑재할 수 있었습니다. 독특한 곡면을 그리는 원뿔 모양의 디스크 두 장을 마주 보게 하고 그 사이에 롤러를 배치합니다. 그리고 이 롤러의 각도를 조정해 디스크와의 접촉 위치를 바꿈으로써 변속을 합니다.
큰 기대를 모았던 CVT이지만, 비용이 높고 전달 효율이 낮다는 약점이 있었습니다. 이 약점을 개선하기 위해 연구 개발을 진행했지만 그 사이에 벨트식 CVT도 발전해 큰 토크에 대응할 수 있는 제품이 등장했고, 결국 2005년을 마지막으로 생산이 종료됐습니다.
트로이달 CVT의 원리
원뿔 모양의 디스크와 롤러로 변속을 합니다. 큰 토크를 전달할 수 있지만 효율이 나쁩니다.
- 입력 (엔진쪽)
- 토크 컨버터
- 오일 펌프
- 전후진 전환기
- 입력 디스크
- 파워롤러
- 출력 디스크
- 부축
- 출력 (추진축 쪽)