자동차 입문자를 위한 자동차 작동 원리에 대한 기본 시리즈인 Gearhead 101에 다시 오신 것을 환영합니다.
지난 입문서에서 우리는 구동계의 기본 사항에 대해 논의했습니다. 구동계는 자동차 엔진에서 생성된 회전력을 자동차 바퀴에 전달하여 차량을 움직이는 일련의 부품으로 구성됩니다. 이륜구동(2WD) 자동차로 알려진 대부분의 자동차에서 구동계는 두 개의 바퀴(일명 후륜구동) 또는 두 개의 앞바퀴(전륜구동)에만 동력을 전달합니다. 이 두 바퀴의 움직임으로 자동차가 움직이고 다른 바퀴도 차례로 움직입니다.
대부분의 차량과 대부분의 운전 조건에서 자동차를 움직이는 데 바퀴가 두 개만 있으면 됩니다. 그러나 주행 표면이 눈으로 덮여 있거나 느슨한 모래와 자갈로 구성된 경우 모든 바퀴가 함께 작동하여 차량의 견인력을 높이고 지형을 넘어 이동할 수 있습니다.
사륜구동으로 들어갑니다. 줄여서 4WD입니다.
4WD는 이름에서 알 수 있듯이 엔진 동력을 네 바퀴 모두에 전달하는 일종의 구동계입니다. 4WD는 주로 트럭과 SUV에서 볼 수 있습니다.
4WD에 대해 많이 들어봤고 그것이 자동차에 어떤 역할을 하는지 흐릿하게 생각하지만 실제로 하지 않을 가능성이 큽니다. 그것이 무엇을 의미하는지 또는 어떻게 작동하는지 알고 있습니다. 그래서 오늘의 Gearhead 101에서는 4WD 구동계 시스템의 이점과 작동 원리를 포함하여 기본 사항에 대해 논의합니다. 이 기사의 초점은 시간제 4WD입니다. 왜냐하면 그것은 가장 일반적인 유형의 4WD이기 때문입니다. 다음 시간에는 풀타임 4WD를 살펴보겠습니다.
이것은 이해하기가 꽤 까다로울 수 있습니다. 따라서 두뇌를 4WD로 전환하고 시작하겠습니다.
4WD 작동 방식에 대해 자세히 알아보기 전에 먼저 엔진이 자동차의 네 바퀴에 모두 동력을 공급하기를 원하는 이유를 이해해야 합니다.
Gearhead 101 기사에서 자동차 엔진이 작동하는 방식에 대해 논의했듯이 엔진은 토크라는 회전력을 생성합니다. 구동계(변속기, 구동축 및 차동장치로 구성)는 엔진의 토크를 바퀴로 전달합니다. 바퀴에 토크를 가하면 자동차가 움직입니다.
그러나 실제로 차량을 움직이기 위해 바퀴에 전달된 토크를 얻으려면 타이어가 도로에서 견인력을 가져야 합니다. 타이어 견인력이 없으면 바퀴에 원하는 만큼의 힘을 가해도 아무데도 갈 수 없습니다. 자동차가 같은 위치에 있는 동안 타이어는 정말 빠르게 회전합니다. 이 비효율적인 타이어 회전을 휠 스핀이라고 합니다. . 눈이나 진흙에서 차를 빼내려고 할 때 휠 스핀을 경험했을 것입니다.
그래서 트랙션은 엔진 토크를 차량의 움직임으로 바꾸는 것입니다. 예, 이것은 매우 간단하지만(견인력에서 마찰의 역할에 대해 자세히 설명할 수 있지만 그렇지는 않음) 이것은 좋은 작업 정의입니다.
4WD가 하는 일은 험한 노면에서 운전할 때 견인력을 얻을 수 있는 가능성을 높이는 것입니다. 견인력을 위해 두 개의 동력 바퀴(2WD)에만 의존하는 대신 4개의 움직이는 바퀴가 있어 차량을 계속 움직이게 할 수 있습니다.
예를 들어, 후륜 구동 2WD 차량에 있고 후륜은 진흙 속에 있고 전륜은 마른 땅에 있다고 가정해 보겠습니다. 진흙에서는 견인력이 덜하기 때문에 차가 정지해 있는 동안 뒷바퀴가 빙글빙글 돌기 쉽습니다. 견인력이 있는 곳이기 때문에 앞바퀴가 회전하는 것이 좋습니다.
그것이 바로 4WD 드라이브가 하는 일입니다.
같은 상황에서 4WD 차량을 타고 있다면 견인력이 높은 표면에 있는 앞바퀴가 엔진에서 동력을 얻어 차를 앞으로 나아갈 수 있습니다.
4WD 트랙션은 위에서 설명한 것보다 약간 더 복잡하며 아래에서 이러한 뉘앙스 중 일부에 대해 알아볼 것이지만 큰 요점은 전반적으로 증가된 트랙션이 4WD의 주요 이점이라는 것입니다.
증가된 힘은 또 다른 이점입니다.
오프로드에서 가파른 언덕을 오르거나 장애물을 넘으려 한다면(이 비디오에서 볼 수 있듯이) 더 많은 견인력뿐만 아니라 바퀴에 더 많은 힘이 전달되기를 원할 것입니다. 4WD가 제공할 수 있습니다.
대부분의 4WD 차량은 Hi 또는 Lo의 두 가지 4WD 범위 사이를 전환할 수 있는 기능을 제공합니다. 4WD-Hi를 사용하면 자갈이나 눈 덮인 도로와 같은 험한 지형을 빠르게 달리면서 차량이 네 바퀴 모두에 동력을 공급할 수 있습니다. 바퀴에 전달되는 전력이 적습니다.
장애물을 극복하기 위해 더 많은 힘이 필요하다면 4WD-Lo로 전환할 것입니다. 바퀴에 더 많은 힘을 주지만 바퀴를 더 느린 속도로 움직여서 장애물을 넘는 것만으로 장애물을 극복할 수 있습니다.
4WD가 유용한 이유를 알았으니 이제 작동 원리에 대해 알아보겠습니다.
파트타임 4WD는 운전자가 필요할 때만 4WD를 켤 수 있는 차량 시스템입니다. 4WD가 장착되지 않은 일반 주행 노면에서는 후방 구동 2WD 차량처럼 작동합니다. 파트타임 4WD 차량의 가장 큰 장점 중 하나는 연비 향상입니다. 네 바퀴 모두에 동력을 공급하려면 두 바퀴에 동력을 공급하는 것보다 더 많은 연료가 필요합니다. 따라서 필요할 때만 4WD를 사용하면 휘발유 비용을 절약할 수 있습니다.
파트타임 4WD 차량은 4WD 작동 시 앞바퀴와 뒷바퀴를 동시에 움직이기 위해 트랜스퍼 케이스, 별도의 프론트 드라이브 샤프트(리어 드라이브 샤프트 외에), 프론트 및 리어 디퍼렌셜 및 잠금 장치를 활용합니다. 허브. 이러한 다양한 부분을 하나씩 살펴보겠습니다.
전송 케이스
트랜스퍼 케이스가 없으면 파트타임 4WD 차량은 2WD 차량이 됩니다.
트랜스퍼 케이스(T-케이스라고도 함)는 엔진 50/50에서 프론트 및 리어 드라이브 샤프트를 통해 리어 및 프론트 액슬로 동력을 분배하는 것입니다. 트랜스퍼는 일반적으로 드라이브 트레인의 트랜스미션 바로 뒤에 있습니다. 
빨간색은 엔진의 전력 흐름을 나타냅니다.
파트타임 4WD 차량의 경우 4WD가 결합되지 않은 상태에서 2WD 차량과 마찬가지로 후륜이 엔진에서 100% 토크를 얻습니다. 이 시나리오의 동력 흐름은 다음과 같습니다. 엔진에서 생성된 동력이 변속기로 이동합니다. 거기에서 출력 샤프트로 이동한 다음 트랜스퍼 케이스로 이동합니다. 트랜스퍼 케이스 내부에서 출력 샤프트는 리어 드라이브 샤프트에 연결됩니다. 리어 드라이브 샤프트는 토크를 리어 디퍼렌셜로 전달합니다. 그런 다음 리어 디퍼렌셜이 바퀴를 회전시켜 자동차를 움직입니다.
괜찮은. 그렇다면 4WD가 일 때 트랜스퍼 케이스는 어떻게 앞바퀴에 동력을 전달합니까? 약혼?
트랜스퍼 케이스 내부에는 일련의 기어와 체인이 있습니다. 4WD가 결합되면 기어가 서로 맞물려 체인이 전면 구동축에 연결된 기어를 움직입니다. 프론트 드라이브 샤프트는 리어 드라이브 샤프트와 동일한 속도로 회전하기 시작하여 프론트 디퍼렌셜에 토크를 전달한 다음 토크를 프론트 휠에 전달합니다. 팔. 4WD.
여전히 약간 혼란스럽다면 이 다이어그램을 통해 프론트 액슬과 리어 액슬 모두에 엔진 토크를 전달하는 트랜스퍼 케이스의 역할을 큰 그림으로 이해할 수 있습니다.
프론트 및 리어 드라이브 샤프트를 동기화하는 기어 외에도 대부분의 파트타임 4WD 시스템의 트랜스퍼 케이스에는 4WD일 때 차량을 낮은 범위로 변속할 수 있는 기어 세트가 있습니다. 앞서 언급했듯이 이를 통해 차량은 앞바퀴와 뒷바퀴 모두에 추가 토크(파워)를 전달할 수 있습니다. 그러나 속도를 희생시키면서 추가 전력을 얻을 수 있습니다. 4WD Lo에 있을 때 차량은 최대 15mph까지만 갈 수 있습니다.
전면 구동축
4WD 차량도 엔진 동력을 앞바퀴로 보내기 때문에 앞바퀴굴림이 필요합니다. 프론트 드라이브 샤프트는 트랜스퍼 케이스를 프론트 디퍼렌셜에 연결합니다. 4WD가 결합되면 트랜스퍼 케이스는 프론트 및 리어 드라이브 샤프트 사이에서 토크를 50/50으로 분할합니다. 프론트 드라이브 샤프트는 리어 드라이브 샤프트와 동일한 속도로 회전하여 토크를 프론트 디퍼렌셜로 전달합니다. 그런 다음 프론트 디퍼렌셜은 액슬 샤프트를 통해 그 동력을 프론트 휠로 전달합니다.
차이
우리는 드라이브 트레인의 기본에 대한 기사에서 차동에 대해 이야기했습니다. 2WD 차량의 경우 단일 차동 장치는 프론트 또는 리어 액슬의 중앙에 있습니다(차가 전륜구동인지 후륜구동인지에 따라 다름). 구동축의 동력은 차동장치를 통해 각 바퀴로 전달되어 회전합니다. 4WD 차량에서는 네 바퀴 모두에 동력이 공급되기 때문에 두 바퀴가 필요합니다. 차동 장치 — 하나는 프론트 액슬용이고 다른 하나는 리어 액슬용입니다.
그러나 차동 장치는 단순한 전력 송신기가 아닙니다. 이것을 "차동"이라고 하는 이유는 내부의 기어가 단일 차축의 바퀴가 다른 으로 움직일 수 있도록 하기 때문입니다. 속도. "내 바퀴가 언제 다른 속도로 움직일까요?"라고 생각할 것입니다. 글쎄, 일반적인 경우는 모퉁이를 돌 때마다입니다. 우회전할 때 안쪽 바퀴(오른쪽 바퀴)가 바깥쪽 바퀴(왼쪽 바퀴)보다 더 적은 거리를 이동합니다. 안쪽 바퀴를 따라잡으려면 바깥쪽 바퀴가 약간 더 빠르게 회전해야 합니다. 디퍼렌셜이 이를 가능하게 합니다. 두 바퀴 사이에 단단한 연결이 있었다면 차축이 계속 움직이기 위해 안쪽 타이어가 미끄러지거나 건너뛸 필요가 있었습니다. 차동 장치의 작동 방식에 대한 비디오 데모를 보려면 다음을 시청하십시오.
4WD 차량의 프론트 및 리어 디퍼렌셜은 각 차축의 오른쪽 및 왼쪽 바퀴가 서로 다른 속도로 움직일 수 있도록 하여 회전 시 바퀴가 미끄러지거나 미끄러지는 것을 방지합니다.
그것은 충분히 쉬워 보이지만 파트 타임 4WD 차량의 차동 장치는 원하는 견인력에 따라 놀라 울 정도로 복잡해질 수 있습니다. 게다가 차동 장치 덕분에 바퀴가 다른 속도로 회전하는 경우 실제로는 사실이 아닙니다. 4WD. 예, 혼란스럽다는 것을 압니다. 여기서 잠시 후 정리하겠습니다.
하지만 먼저 4WD를 가능하게 하는 마지막 구성 요소인 잠금 허브에 대해 이야기해 보겠습니다.
잠금 허브
2WD 차량에서 자동차의 뒷바퀴는 허브에 볼트로 고정됩니다. 이것은 엔진으로 구동될 때 차축이 바퀴를 회전할 수 있도록 합니다. 앞바퀴가 자유롭게 회전합니다.
하지만 파트타임 4WD 차량에 4WD가 작동할 때 엔진의 동력이 전달될 수 있도록 앞바퀴를 허브에 연결하기를 원합니다. 4WD일 때는 앞바퀴를 프론트 액슬에 볼트로 고정하고 2WD일 때는 볼트로 고정하지 않는 이 문제를 어떻게 해결합니까?
잠금 허브.
대부분의 시간제 4WD 차량에는 앞바퀴에 잠금 허브가 있습니다. 4WD가 결합되지 않은 경우 잠금 허브가 차축을 분리합니다. 그들은 자유롭게 회전하고 자동차의 뒷바퀴는 차량을 움직이는 모든 작업을 수행합니다. 4WD가 결합되면 잠금 허브가 앞 바퀴를 앞 차축에 고정하여 엔진에서 토크를 얻을 수 있도록 합니다. 
수동 잠금 허브
구형 4WD 차량에는 수동 잠금 허브가 표준이었습니다. 차에서 내려 허브가 잠길 때까지 앞바퀴의 손잡이를 돌려야 합니다. 최신 4WD 차량에서는 버튼을 누르면 잠금 허브가 자동으로 맞물립니다.
자, 4WD 디퍼렌셜 및 트랙션과 관련하여 앞서 언급한 문제와 4WD 차량에서 바퀴가 다른 속도로 회전하는 것이 사실이 아닌 이유로 돌아가 보겠습니다. 4WD.
4WD의 주요 이점은 견인력이 낮은 노면에서 견인력이 증가한다는 점을 기억하십시오. 더 많은 바퀴가 도로에 힘을 실어주므로 바퀴가 견인력이 높은 지점에 부딪혀 차를 계속 움직이게 할 가능성이 높아집니다.
그러나 차량에 사용되는 가장 일반적인 유형의 차동 장치(개방형 차동 장치)가 작동하는 방식은 4개의 바퀴가 모두 엔진에서 동력을 얻더라도 4WD의 견인력 향상 기능을 완전히 제거할 수 있습니다. 이 문제와 가능한 해결책을 살펴보겠습니다.
개방형 차동장치는 정상적인 주행 조건에서 훌륭합니다. 그러나 두 바퀴 사이에서 동력을 분배하는 방식 때문에 트랙션이 낮은 주행 조건에서 문제가 됩니다. 두 바퀴 사이에 균등하게 동력을 분배하는 대신 열린 차동 장치가 저항이 가장 적은 경로를 따라 양 바퀴에 동력을 분배합니다. . 견인력이 끔찍합니다.
왜?
2WD 차량에서 이것을 경험했을 가능성이 있으므로 살펴보겠습니다.
눈 덮인 진입로를 따라 후방 구동 2WD 자동차를 운전하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 왼쪽은 눈으로 덮여 있지만 오른쪽은 마른 포장 도로입니다. 마른 노면에서 오른쪽 뒷바퀴가 차를 앞으로 나아가게 하는 견인력이 충분하기 때문에 이것이 문제가 되지 않을 것이라고 생각할 것입니다. 하지만 당신은 틀릴 것입니다.
개방형 차동장치가 있는 자동차에서는 오른쪽 뒷바퀴가 아무도 움직이지 않을 것입니다. 힘. 오픈 디퍼렌셜은 저항이 가장 적은 경로를 따라 차축 전체에 동력을 분배한다는 것을 기억하십시오. . 그리고 이 상황에서 저항이 가장 적은 바퀴는 눈 위를 달리는 바퀴, 즉 왼쪽 바퀴입니다. 그래서 모든 토크는 왼쪽 바퀴로 보내질 것입니다. 하지만 거기에는 견인력이 없기 때문에 차가 정지된 상태에서 빙글빙글 도는 것뿐입니다.
프론트 및 리어 액슬에 오픈 디퍼렌셜을 사용하는 4WD 차량에서도 이와 같은 일이 발생합니다. 같은 눈 덮인 진입로 시나리오를 사용합시다. 눈 덮인 차도를 달릴 수 있도록 4WD를 연결했습니다. 트랜스퍼 케이스는 프론트 및 리어 디퍼렌셜에 동일한 양의 전력을 보내고 있습니다. 당신은 생각합니다. "왼쪽의 눈은 전혀 문제가 되지 않을 것입니다! 나는 오른쪽에 충분한 견인력이 있고 양쪽 바퀴가 움직이고 있습니다!”
그러나 4WD의 차동 장치는 개방형 차동 장치입니다. 그리고 개방형 디퍼렌셜은 저항이 가장 적은 경로를 따라 액슬 전체에 동력을 분배합니다. 눈 덮인 왼쪽이 저항이 가장 적습니다. 무슨 일이 일어나는지 맞춰보세요?
모든 동력은 왼쪽 바퀴로 이동하여 제자리에서 회전하는 반면 오른쪽 바퀴는 차량을 진입로 바닥에 남겨두는 러그 뭉치처럼 거기에 앉아 있습니다. 당신의 4WD는 당신의 열린 차동장치에 의해 무력해졌습니다.
절대 두려워하지 마. 이 문제에 대한 해결책이 있습니다. 하나는 개방형 차동장치를 제한된 슬립 차동장치로 교체하는 것입니다. The second is to replace the open differential with a locking differential on the front or rear axle (or for even more traction, both).
Let’s take a look at each of these solutions.
Limited slip differentials (LSDs) work a lot like open differentials. The difference is instead of sending all the torque to the wheel with the least amount of traction (like with open differentials), LSDs send some of the power to the wheel that actually has traction. It does this automatically, without any input from the driver.
So let’s revisit our snowy driveway scenario, now with LSDs on both the front and rear axles. You’ve got the 4WD engaged. The transfer case is sending an equal amount of power to the front and rear LSDs. The left wheels hit the snowy part. Instead of all the power going to the left side — like would happen if you had open differentials — the LSDs send some of the power to the right wheels that have more traction, allowing your car to move forward.
Limited slip differentials definitely improve traction compared to open differentials. For most 4WD scenarios, LSDs are all you need for adequate traction. But LSDs still don’t provide optimal traction because some of the power is still going to the wheels with less traction. There’s still a chance of wheel slip.
The other downside of LSD is that traction is unpredictable with them. The LSD sends power to the wheel with less traction, but the power isn’t supplied continuously. It’s re-routed to the other wheel as the gripping wheel begins to slip. This can cause the vehicle to pull to one side when traction is reduced. Basically, it can cause a bumpy and uneven ride.
Locking differentials takes things to another level by forcing each wheel on an axle to get the same amount of power, no matter the traction differences on each wheel. This gives a wheel that may have more traction a better chance of moving the car in a low traction situation.
Locking differentials are usually driver engaged, but there are 4WD vehicles that have auto-locking differentials.
Depending on the vehicle, a locking differential can be just on the rear axle with an open or limited slip differential on the front or you could have locking differentials on both the front and rear axles.
A 4WD vehicle that has two locking differentials provides true 4WD — all four wheels turn with the same amount of power no matter the situation. Even if the wheels on one side of your vehicle are completely off the ground, the wheels that are still on the ground will still continue to get a steady amount of torque.
Dual locking differentials are typically only used on 4WD vehicles that do extreme off-roading like driving over boulders and what not. For most average folks, just having 4WD that has LSDs on both the front and rear axles or a rear-locking differential with a front LSD will be enough.
This video gives great examples of what traction on a 4WD looks like with open differentials, limited slip differentials, and locking differentials:
Driving with 4WD takes some know-how. It should only be used when you’re facing low-traction driving situations. If you use it when traction is great (like on dry pavement), your overland adventure will be cut short by a detour to the mechanic.
To understand why this is so, you need to understand the battle that’s going on between the left and right wheels as well as between the front and rear wheels when making a turn. 
When a car turns, each wheel has to travel a different distance to make the turn.
As we discussed earlier, when a car is making a turn, the outside wheel has to go further than the inside wheel. To keep up with the inside wheel, the outside wheel must spin slightly faster. The open and limited slip differential makes this possible.
However, if the two wheels were locked and moving at the same speed together (like what happens when you engage a locking differential), the inside tire would need to skid or skip in order for the axle to keep moving. This isn’t a problem on dirt or snow covered roads. There’s less traction in these driving situations, so tires can slide without experiencing too much wear or tear.
It becomes a problem when you try to make a similar turn on dry pavement with the differential locked. Remember, the outside wheel wants to go fast to keep up with the inside wheel, but because it’s locked with the inside wheel, it can’t. To keep up, it has to skid, but because there’s a lot of traction on pavement, this skidding chews the crap out of your outside tire. That hard skidding on pavement also places a great deal of stress on your axle shafts.
So 4WD driving takeaway #1:If your 4WD vehicle has an option to lock one or both of your differentials, never do it on dry pavement. You’ll just wear out your tires and possibly damage your axles.
When you’re making a turn, there’s also a battle going on between your front and rear wheels. The wheels on the front axle have to travel a longer distance than the rear wheels. To keep up with the rear wheels during a turn, the front wheels must spin slightly faster. If they don’t, the rear wheels will need to be able to skid and slide in order for the axle shafts to keep moving.
This isn’t a problem with 2WD vehicles because the non-driving axle allows the front wheels to freely spin faster than the rear wheels. Turning becomes a problem when you engage 4WD.
As you recall, when you engage 4WD, the transfer case locks the front and rear drive shafts together. They send the same amount of power, or RPM, to the front and rear differentials. Forcing the front and rear drivetrains to work together like this creates a battle between the two when you’re making a turn with 4WD engaged. The front wheels need to go faster to keep up with the rear wheels, but the transfer case and front drive shaft are telling the front wheels to go the same speed as the rear wheels. This creates tension between them.
One way to relieve this tension is to let the rear tires slip and slide a bit. And that’s what happens in low traction situations like dirt or snow because they provide the needed “give” to allow your front wheels to slip and slide when making a turn.
But when your 4WD vehicle is making a turn on dry pavement with lots of traction, that “give” doesn’t exist. The tires can’t slip and slide. So this creates a tug-of-war between the front wheels and the front drivetrain. When making a turn the front wheels are forced by good traction and geometry to rotate faster than the rear wheels. But the front drive shaft is delivering the same RPM as the rear drive shaft is to the rear wheels. The front drive shaft is basically telling the front wheels “Hey! Go the same speed as everyone else!” while the front wheels themselves are saying “Nope!”
Imagine a bar that’s connected to a rotating gear at each end. The gears spin the bar in the same direction, but one end is spinning it at a faster speed than the other. That’s basically what’s happening between your wheels and front driveshaft. 
A visual of what happens to your front drivetrain whenever you make a turn on pavement with the 4WD engaged.
This battle between the front wheels and the front drive shaft stresses all the parts on the front drive train, from the axles to the transfer case. Gears along the front drivetrain and in the transfer case start binding and jamming together. This is called “drivetrain binding” or “wind-up” and it can seriously jack up your 4WD drivetrain.
You’ll know you’ve got a case of drivetrain binding if the car is jerking around a lot when you’re driving, and if it’s impossible to disengage the 4WD and shift back to 2WD. You can sometimes “unwind” your drivetrain wind-up by slowly driving backwards, but it doesn’t work all the time. If you made a particularly fast turn in 4WD on dry pavement, the tension it causes can cause the weakest links in your front drive train to break — u-joints, differential gears, transfer case gears, drive shafts, etc.
Lest you think you can get away with driving in 4WD on pavement, but just go straight, take heed. Different tire pressures on your wheels can also cause this wind-up even when driving straight on pavement in 4WD. Take a look at what happened to this guy’s transfer case after accidently driving straight in 4WD on the freeway.
So 4WD driving takeaway #2:Never engage your 4WD on dry pavement. You’ll just jack-up your drivetrain.
자, 여기 있습니다. A primer on how part-time 4WD works. I hope it was helpful. Even if you never purchase a 4WD vehicle, you’ll at least know what people are talking about next time 4x4s come up in conversation. In our next edition of Gearhead 101, we take a look at how full-time 4WD, as well as AWD, works.
