필요에 따라 수동조작으로 전후륜을 기계적으로 직결하는 방식으로서, 4륜이 마찰계수가 같은 노면에 있을 때는 전후륜 구동력 분배는 동적 하중 분배에 비례하고, 어느 한쪽이 슬립해도 타이어의 그립력에 해당하는 구동력이 분배된다.
엔진 종치의 FF차의 경우 생산 코스트면 에서 매우 유리하고 및 주행시 보통의 도로에서는 2WD로 하면 동력손실이 적어 경제적인 운행이 가능하다.
그러나, 전후륜의 구동축이 같은 회전을 하기 때문에 내륜차에 의해 타이어와 노면사이에 강제슬립이 생기는 "타이트 코너브레이크 현상"이 발생하여 타이어 마모가 증가하고 연비가 악화된다.
■ 풀타임 방식
엔진동력을 항상 4륜에 전달하는 방식으로 기구가 복잡하여 고가이고 연비가 나쁜 단점이 있었으나, 최근에는 FF차가 대부분이고,엔진연비도 향상되었으며, 험로 및 가혹한 사용조건 뿐만 아니라, 포장도로에서도 안정성이 입증되어 많이 실용화되고 있다.
전후륜 구동력 전달 메카니즘 차이에 따라서, 구동력을 전후륜에 항상 일정한 비율로 분배하는 "고정분배식"과 노면상황 및 주행상태에 따라서 구동력분배를 가변으로 하는 "가변분배방식"이 있다.
■ 고정분배식
2WD에서 차동기어가 선회시 좌우 구동륜의 진행거리 차이를 흡수하여 회전수를 변화시키는 것처럼, 풀타임 4륜구동장치에서는 중앙 차동기어장치를 두어 전륜과 후륜이 진행한 거리의 차이에 맞추어 회전수를 흡수하고, 전후륜에 일정한 비율로 구동력을 분배하는 방식이다.
분배비율은 최대구동력 확보 및 휠 스핀 방지를 위하여 전후륜의 동적하중 배분에 거의 비례하여 설정되는 것이 일반적이며,차동기어에는 베벨기어나 유성기어가 사용된다.
또, 2WD에서 좌우 구동륜 차가 큰 경우 차동기어를 제한하는 것처럼, 전후륜 한쪽이 공회전하면 변속레버의 스위치로 중심 차동기어장치를 고정하여 전후륜이 같이 회전하게 함으로써, 차를 움직이게 한다.
■ 가변분배식 (Torque split type)
전후륜 회전차에 따라 구동력을 자동적으로 분배하며, "비스커스 드라이브(Viscous drive) 방식"과 "유압 다판클러치 방식"으로 크게 나뉜다.
이것들을 단독으로 전후 구동계에 배치하거나, 차동제한 기구로서 차동기어에 병렬로 배치하여 전후륜으로의 구동력 분배를 가변으로 하게된다
이들 방식은 주행상태에 따라서 전후륜으로 구동력을 분배시키는 기능 외에 타이어 슬립한계를 높여서 주행 및 조정 안정성, 제동 안정성, ABS제어성을 향상시키는 기능을 한다.
마찰클러치를 이용한 토크 감응식, 전후륜 회전차에 따라 차동제한 토크가 증감되는 회전속도차 감응식, 전자제어에 의해 차동제한 토크를 가변 제어하는 방식이 있으며, 어느 것이나 차동제한 토크를 발생시켜 저속회전측의 전달토크를 증대시키는 작용을 한다.
■ 고정 분배식 4WD
풀타임 방식으로 채용된 차동기구 중에서 여기서는 차동 제한기구를 병용하지 않는 방식의 차동기능과 구동력 분배비를 설명한다.
□ 베벨 기어식
차량의 목적이나 성격으로부터 등 토크 분배가 필요한 동시에 지름 방향의 치수에 제약이 있을 때나 종감속 장치용 차동기어와의 공용화에 의한 신뢰성 확보등의 이유에서 스트레이트 베벨기어가 사용된다.
<구성>
입력은 디프렌샬 케이스이고 전륜 출력은 베벨기어의 사이드기어(Rf)이며 후륜 출력요소는 베벨기어의 사이드기어(Rr)이다.
< 잇수 선정>
피니언 기어는 10-11, 사이드기어는 14-25가 일반적이다. 피니언을 등간격으로 배치하는 잇수 조건은 좌우 사이드 기어의 잇수의 합이 피니언 개수의 정수배가 되지 않으면 안된다.
□ 유성기어식
심플 플래너터리식이나 듀얼 플래너터리식은 일반적으로 차량 목적이나 성격등으로 부터 일정한 비율의 토크 분배가 필요한 동시에 축방향의 크기에 제약이 있을 때 등에 채용되는 일이 많다.
<구성>
심플 플래너터리식은 입력은 캐리어이고 전륜 출력은 선기어이며 후륜 출력요소는 링기어이고 듀얼 플래너터리식은 입력은 링기어이고 전륜 출력은 캐리어이며 후륜 출력요소는 선기어 이다.
<잇수 선정>
유성기어는 복수개의 피니언이 맞물리는 점에 작용하는 하중을 분담하기 위하여 장치의 콤팩트화가 가능하지만 기어의 조립성이나 회전중의 동적 밸런스를 고려해서 피니언의 배치와 개수, 각 기어의 잇수를 선정할 필요가 있다.
■ 가변 분배식 4WD
비스커스 트랜스미션이나 유압 다판 클러치를 단독으로 배치하는 방식과 고정분배비를 차동기어의 차동제한 기구를 병렬로 배치하는 방식의 구동력 분배이다.
□ 비스커스 트랜스미션식
<기능>
변속기의 출력을 전륜(또는 후륜)에 직접 전달하고 후륜(또는 후륜)에 비스커스 트랜스미션을 통해 전달하는 경우 저마찰 도로에서의 직접 구동륜의 슬립이나 선회시에 전륜이 후륜보다도 빨리 회전하여 회전 속도차가 생기면 비스커스 트랜스미션내의 실리콘 오일의 전단 응력에 의해 전달토크가 발생하고 후륜( 또는 전륜)에 토크를 전달한다.
전륜의 회전이 기어로 트랜스퍼 기어로 전달되면 비스커스 커프링을 이용하여 후륜에 구동력을 전달한다. 고정분배식에서 사용되는 중앙 차동기어 장치가 없으로므로 구조가 간단하며 기존 FF차에의 적용도 비교적 간단하다.
비스코스 커플링은 점성유체(실리콘 오일)의 전단저항을 이용하여 토크를 전달하는 일종의 점성 클러치로서 엔진 회전이 직접 전달되지만 부드러운 회전이 가능하다.
<특징>
주행중 전륜이 미끄러운 노면에서 공전하는 경우 전후륜 회전수 차이에 따라서 후륜의 구동력을 강하게 하여 주행이 가능하게 한다.
선회시 4개의 바퀴 모두에서 코너링포스가 발생하므로 전륜구동차에서 발생하는 언더스티어링 현상과 후륜구동차에서 발생하는 오버스티어링 현상이 없어지고, 뉴튜럴 스티어링이 가능해져 안정된 조향성능이 확보된다.
< 전달 토크 용량설정>
추진축상에 배치하는 방식은 낮은 마찰 도로에서의 발진성능이 충분히 확보 될 수 있도록 토크 용량을 설정하면 높은 마찰 도로에서의 극저속의 큰 조향각 선회시에 타이트 코너 브레이크 현상이 발생하기 쉬우므로 이를 피하기 위해 용량을 적게 하면 고성능 엔진차량에서는 낮은 마찰 도로의 급발진 시에 직결 측의 구동륜 슬립이 과다하게되어 조정성이나 안정성이 손상되기 쉽기 때문에 일반적으로 회전차가 20-40rpm 일 때 전달 토크에 의해 생기는 보타력의 증가나 차실 내의 부밍노이즈 등이 어떤 허용값 이내로 되도록 선정한다.
□ 유압 다판 클러치식
<기능>
변속기의 출력을 전륜 또는 후륜에 직접 전달하고 후륜 또는 전륜에 유압 다판 클러치를 통해 전달하는 방식이다.
후륜에 유압다판 클러치를 통해 전달하는 경우 전륜이 후륜 보다 빨리 회전하도록 했을 때 변속기 토크, 전륜 토크 ,후륜 토크, 유압 다판 클러치의 전달토크 관계가 성립한다.
<전달 토크 용량의 선정>
토크 용량은 최대 구동력이 발휘될 수 있도록 등판이나 가속시의 차량의 중심 이동을 고려하여 설정하지만 전후류의 하중분배나
유압 다판 클러치를 전후 구동력의 어느 쪽에 배치하는가에 의해서도 용량 설정에 차이가 발생한다. 일반적으로 유압실에 공급되는 서보 유압의 제어 폭은 유압제어장치 등에 의해 제약에 의해 소정의 값이 정해지기 때문에 설정에 용량에 충분한 여유가 있으면 서보 유압의 제어폭에 대한 클러치를 누르는 힘의 변화량이 크게 되어 전달 토크 용량의 제어 정확도가 저하되고 타이트 코너링 브레이크 현상을 피하는 제어가 어렵다.
한편 용량이 부족하면 최대 구동력의 저하 및 페이싱의 융착이나 마멸의 원인도 되기 때문에 차량 목적이나 성격 등을 고려해서 설정한다.
□ 차동기구와 차동 제한 기구의 조합 방식
유성기어의 각 입출력요소 사이에 비스커스 커플링이 부착된 차동제한 기구를 전후 차축 사이, 변속기 출력축과 후륜 출력축사이 변속기 출력 축과 전륜 출력축 사이에 배치하여 사용한다.
