[자동차 상식] 오프로드는 물론 서킷에서도 필요한..디퍼렌셜 락은?

[데일리카 김현훈 기자] 우리가 차를 타고 달리는 과정에서는 평탄한 도로만을 만나지는 않는다. 특히, 요즘과 같은 혹한기 중 경사로에서 마주하는 빙판길은 운전자를 곤란하게 만든다.

폭설이 도심을 덮치는 시기, 도로에는 미처 녹지 못한 눈에 같힌 자동차를 흔히 볼 수 있다. 다른 차량을 통해 구난을 받거나, 사람들이 차를 밀고 당기는 모습도 뉴스를 통해 적잖이 목격할 수 있다.

이럴 때 유용하게 작동할 수 있는 차동 기어 장치는 험로 탈출에 중요한 역할을 하지만, 근래에는 서킷에서의 스포츠 주행과 드리프트 등, 고성능차를 위한 핵심 기술로 활용되고 발전하는 추세다.

■ 차동 기어 장치란?

디퍼렌셜 기어(differential gear)로도 불리는 차동 기어 장치는 장착 위치에 따라 센터 디퍼렌셜, 리어 디퍼렌셜, 전륜 디퍼렌셜로 구분된다.

이는 차량의 선회 주행 시 바퀴의 구동력을 제어해 주행 안정성을 높이는 장치로, 이를 통해 주행 안정성을 높이는 데에 그 목적이 있다.

자동차가 코너에 진입할 때 안쪽 타이어는 헛돌게 되고 바깥쪽 타이어는 끌려가며 서로의 회전을 방해 하는데, 차동 기어는 양쪽 바퀴에 독립적인 동력을 전달하는 역할을 한다.

그러나 차동 기어 장치가 없다면, 안쪽 바퀴와 바깥쪽 바퀴는 똑같은 회전수로 회전하게 되고, 그로 인해서 극심한 언더스티어가 발생하거나 양쪽 바퀴 모두 미끄러지게 되어 차체가 매우 불안정한 상태로 이어진다.

다만, 특정 한 쪽 바퀴만이 진흙이나 모래 구덩이 등 저마찰 구간에 빠지게 될 경우, 해당 바퀴로만 구동력이 집중되는 점은 차동 기어 장치의 단점이다.

■ 차동 제한 장치란?

통칭 LSD(Limited Slip Differential)로 불리는 차동 제한 장치는 앞서 언급된 차동 기어의 단점을 보완, 바퀴 회전 수의 차이를 일정 수준 이하로 제한한다.

무리한 액셀러레이터 전개 상황에서 차동 기어가 작동할 경우, 특정 바퀴가 필요 이상으로 회전하는 상황이 발생, 자칫 위험한 상황으로 전개될 수 있기 때문인데, 이 때문에 차동 제한 장치는 스포츠 주행과 험로 탈출에 적극적인 역할을 한다.

차동 제한 장치는 이 상황에 모든 동력이 그 바퀴에 집중되지 않도록 막아주고, 바퀴의 회전 수가 일정 수준 이상으로 차이가 발생하면, 회전 수가 적은 쪽으로 구동력의 일부를 전달, 동일한 동력 배분이 가능하도록 돕는다.

최근엔 전자식 차동 제한장치(E-LSD)가 적용되는 추세다. 이는 구동중인 바퀴를 실시간으로 파악, 상황에 따른 엔진의 동력까지 조절해 전달하는 기능으로, 선회 능력이 중요시 되는 고성능차에 장착 빈도가 높은 편이다.

사륜구동 차량 및 상용차에 적용되는 차동 제한 장치는 트랙션 컨트롤 시스템, 차체 자세 제어장치와 결합하여 차량 운행시 안정성을 높이는데 사용되기도 한다.

■ 차동 잠금 장치란?

차동 잠금 장치는 디퍼렌셜 락(LD:Locking Differential)이라고도 불린다. 이는 개별적인 구동력을 갖는 디퍼렌셜 기어의 작동을 제한하는 장치로, 양쪽 바퀴의 구동을 동일하게 고정시킨다.

좌우의 바퀴가 동일한 구동력과 동일한 토크에 의해 회전하는 만큼, 각 바퀴는 허용하는 최대치 만큼의 견인력을 발휘할 수 있는 것도 특징이다. 때문에 험로를 탈출해야 하는 상황과 무언가를 견인해야 하는 상황에서의 출력은 극대화 된다.

차동 잠금 장치는 수동과 자동방식으로 구분된다. 수동 방식은 사용자가 직접 디퍼렌셜 기어 작동을 제한시키는 장치이며, 자동식은 바퀴가 일정 회전수 이상 차이가 나면 자동으로 잠기는 방식이다.

차동 잠금 장치는 특정 바퀴의 접지가 확실할 경우, 험로 탈출에 유용하다는 점이 강점으로 꼽힌다. 다만, 빙판길 등 노면이 미끄러운 상황에서는 좌우 바퀴의 회전차가 다르다고 인식, 갑자기 차동 기어가 잠겨 큰 사고로 이어질 수 있는 단점이 존재한다.

최근의 신차들은 세 장치를 함께 적용해 각각의 장단점을 보완 개선하는 형태로 발전시키고 있는 추세다.

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