1. 개요
| 후륜 기반 4륜구동 차량의 파워트레인 구조 |
파워트레인은 보통 엔진과 변속기를 하나로 조립하며, 이것의 군용버전을 파워팩이라고 부른다.
다만 파워팩과 파워트레인에는 차이가 있다. 파워팩은 엔진과 변속기를 하나로 합치고, 그것을 한 공간 안에 방해물이 없게 넣어두어 통째로 교체할수 있게 한 반면, 파워트레인은 탑승칸 안쪽까지 변속기가 침범하는 관계로[1] 보통 탑승칸을 먼저 들어낸 뒤 라디에이터를 빼고, 변속기와 엔진을 분리하고 나서야 겨우 엔진을 꺼낼 수 있다. 사실 캡을 들어내고 샤프트를 분리했다면 째로 꺼내도 되지만, 차주들이 대개 돈 문제로 당장 와닿을 정도의 문제나 혹은 조만간 사고를 유발할만한 문제가 있는 부분들만 교체하는 점 등으로 인해 웬만해선 그 부품이 해당하는 부위만 분리하여 개별적으로 탈거한다.
동력 전달 과정의 경우 구동방식별로 차이는 있지만, AWD 기준으로 설명하자면 다음과 같은 순서로 움직이며, 파워트레인이란 이러한 장치를 모두 합쳐서 부르는 말이다.
엔진(Engine)→변속기(Transmission)→트랜스퍼 기어(Transfer gear)→추진 축(Propeller shaft)→차동기어(Differential)→축(Shaft axle)→바퀴(Wheels)
말로 써놓으면 별로 안 어려운 것 같지만 이 파워트레인의 설계에 따라 차량의 성향이 바뀌고, 최종 출력이 달라진다.[2]
2. 구성부
2.1. 과급기(Charger)
2.1.1. 인터쿨러(intercooler)
2.1.2. 터보차저(turbocharger)
2.1.3. 슈퍼차저(supercharger)
2.2. 클러치(Clutch)
2.2.1. 마찰 클러치
2.2.2. 유체 클러치
2.2.3. 장단점
2.3. 변속기 (Transmission)
변속기는 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 장치이다. 변속기는 보통 자동차나 버스같은 이동수단에 주로 많이 이용한다. 변속기의 기능으는 내연기관의 회전토크를 변환시켜 전달하게 하거나 기관의 회전속도를 변화시켜 전달하게 하거나 이동수단이 정차를 할 때 기관의 공전 운전을 가능하게 하고 마지막으로 후진을 가능하게 한다.각 단은 변속기와 엔진이 연결된 입력축과 출력축의 회전수 비율인 변속비(기어비)에 따라 구분한다.
- 변속비>1 감속,토크 증가
- 변속비=1 직결 상태
- 변속비<1 증속,토크 감소
2.3.1. 수동변속기(Manual Transmission)
수동변속기는 자동차의 변속을 운전자가 직접 조작하는 형태의 변속기이다.수동변속기는 변속을 위해 운전자가 직접 조작해야 한다. 클러치를 밟아 자동차의 동력을 끊어 변속기의 레버를 조작하여 원하는 기어의 단수로 맞춘 후에 액셀을 밟아 다시 동력을 발생시키는 과정이다.
20세기에는 통상적인 변속기였고 지금도 몇몇 개발도상국이나 유럽에서 쓰이고 있는 변속기 형태이다.
승용차에는 자동변속기에 밀려 지속적으로 감소하고 있지만 트럭이나 버스같은 상용에서는 아직도 많이 쓰이고 있는 변속기다.
수동 변속기는 클러치를 통해 동력을 받는다. 기어봉을 조작하면 싱크로메시라는 장치가 움직이면서 기어가 맞물리는 형식이다, 축과 축 사이의 기어는 헬리컬 기어를 이용하고 후진을 할 때는 스퍼 기어를 이용하는 경우가 많다.
2.3.2. 자동변속기
자동변속기(automatic transmission),자동차의 기어비를 자동으로 바꾸어주는 변속기를 말한다. 수동변속기와 달리 엔진과 변속기 사이에 클러치가 없으며 자동변속기가 달린 자동차는 액셀과 브레이크만 가지고 있다.수동변속기에 비해 더 난이도가 쉅고 클러치가 없으므로 매번 발을 시도때도 없이 눌러야 하는 번거로움이 없다.다만 수동변속기에 비해 구조가 복잡하고 유지와 보수는 쉅지 않다.
레인지의 주요기능
- P(Parking):주차할 때 사용하는 레인지, 시동이 걸려 있어도 차가 움직이지 않는다.
- R(Reverse):후진할 때 사용한다.
- N(Neutral):정차할 때 사용한다. 중립일 때는 동력이 전달되지 않는다.
- D(Drive):주행할 때 사용한다. 자동변속기가 속도에 따라 기어를 자동으로 변속한다.
2.3.3. 듀얼 클러치 변속기
듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission (DCT)는 수동변속기의 효율성 그리고 자동변속기의 편리성을 합쳐서 만든 변속기이다.두개의 클러치가 홀수 기어와 짝수 기어에 연결된 형태로 되어있다. 하나의 클러치가 그 단의 기어를 넣으면 다른 클러치가 대기를 하고 있는 형식이다. 그리고 두개의 클러치가 교대로 빠르게 변속되는 원리이다.
듀얼 클러치 변속기의 장점으로 토크컨버터에서 오는 변속 손실이 거의 없고 수동변속기보다 더 빠르게 변속이 가능하다.
단점으로 당연히 구조가 복잡한 만큼 비싸다.
듀얼 클러치 변속기의 종류로는 건식 클러치 타입이 있고 습식 클러치 타입이 있다.
2.3.4. 무단 변속기
무단변속기(Continuously Variable Transmission)는 자동변속기의 일종이며 특징은 단수가 없다.즉 최소 변속비부터 최대 변속비까지 자동으로 변속하는 변속기인 것이다.무단 변속기의 작동 방식은 벨트 구동 방식으로 두개의 도르래가 벨트로 연결되어 동력을 전달한다. 동력의 크기는 도르래의 지름을 조절해서 조작한다.
저속일 때는 바퀴축의 도르래를 엔진축의 도르래보다 지름의 길이를 길게 만들어 힘의 크기를 늘린다. 고속에서는 바퀴축의 지름을 작게 만들어 빠르게 회전하게 만든다.
무단 변속기는 엔진의 회전력을 유지하면서 에너지 효율을 극대화해 연비가 좋고 변속 충격이 거의 없다. 그리고 유지 비용이 적게 들고 고장률이 낮다.
2.4. 종감속장치 (Reduction Gear)
2.4.1. 위치
2.4.2. 역할
2.4.3. 기어 종류
2.5. 차동기어 (Differential Gear)
2.5.1. 필요성
2.5.2. 원리
2.5.3. 문제점
2.6. LSD
2.6.1. 필요성 & 역할
2.6.2. 종류
3. 구동방식
3.1. 2륜구동
3.1.1. FF
3.1.2. FR
3.1.3. MR
3.1.4. RR
3.2. 4륜구동
3.2.1. AWD
3.2.2. 4WD
[1] 그래서 내화격벽(방화벽)을 거기에 맞춰 안쪽으로 침범하게 구부려 만들고, 그 위에 보통 콘솔박스와 변속레버를 설치하는 것이다.[2] 차량의 중량과 운용환경및 방식에 따라 크게 달라지는 요구스펙에 따라서 엔진의 출력 및 토크를 정하고, 거기에 따라서 기어비와 샤프트의 규격과(특히 비틀림에 대한 내성이 매우 중요하다. 운행 도중 엔진의 힘과 동륜에 걸리는 마찰력 등으로 인해 발생되는 회전속도 차이를 못버티고 꽈배기마냥 배배 꼬여버리면 위험할 수도 있으니까) 바퀴의 규격을 정하게 되며, 이것을 반대로 말하자면 상술한 것처럼 파워트레인의 설계에 따라 차량의 성향이나 최종 출력 등이 달라지게 되는 것이다.