이번 포스팅에서는 자동차의 동력을 전달하고 차단하는 역할을 하는 클러치에 대해 정리해보겠습니다.
자동차 클러치란?
클러치는 엔진과 변속기 사이에 장착되어 변속기에 전달되는 엔진의 동력을 필요에 따라 연결하고 차단하는 장치입니다. 엔진 시동을 걸때나 기어 변속을 할 때는 엔진과의 연결을 차단하고 주행 할 때는 엔진과 변속기 연결을 유지하여 동력을 구동 바퀴에 전달합니다. 클러치에 의해 엔진의 동력을 필요에 따라 연결하거나 차단 하기 때문에 자동차는 정지 상태에서 진동없이 부드럽게 출발을 할 수 있습니다. 또한 과부하가 발생 하더라도 엔진과 변속기의 손상을 방지 할 수 있죠.
오늘날 대부분의 자동차는 자동변속기를 사용하기 때문에 운전자가 클러치를 직접 조작 하지 않지만 과거에는 1종 보통 면허를 취득 할 때처럼 클러치 페달로 상황에 따라 조작을 했는데요, 엔진 시동을 걸거나 주행중 변속을 해야할 때 클러치 페달을 밟아 변속기에 전달되는 동력을 차단시키고 반대로 주행 시에는 클러치 페달을 놓아 동력을 연결 시킵니다.
클러치가 전달할 수 있는 토크 용량은 보통 엔진의 최대 토크 보다 1.5 ~ 2.5배 정도입니다. 용량이 너무 크면 클러치 조작이 어렵고 동력 연결 시 충격으로 인해 엔진이 정지하기 쉬우며 반대로 용량이 너무 작으면 클러치가 미끄러져 동력을 충분히 전달할 수 없고 발열량이 커져 페이싱이 쉽게 마모 될 수 있습니다. 클러치 설계 시에는 (1)엔진의 변속기와 장치와 단속이 용이하고 조작이 원활해야함 (2)관성 모멘트가 작고 전달 토크가 커야함 (3) 클러치의 재료가 방열성이 크고 연속적인 단속에 과열되지 않아야함 을 만족해야 합니다.
클러치의 종류
클러치는 크게 세 가지 타입, 마찰 클러치, 유체 클러치, 전자식 클러치로 분류 할 수 있습니다.
마찰 클러치(friction clutch) 는 플라이휠과 클러치판의 마찰력을 이용하여 엔진의 동력을 전달하는 방식으로, 마찰 패드를 통해 동력을 전달하고 차단 시에는 패드를 분리하여 엔진의 회전력을 제어합니다. 마찰 클러치는 건식 클러치와 습식 클러치로 나눌 수 있습니다. 건식 클러치는 건조한 클러치판이 플라이휠과 접촉하여 동력을 전달하는 방식으로 구조가 간단하고 큰 동력을 확실하게 전달할 수 있는 것이 특징이며, 습식 클러치는 오일 안에 있는 클러치판을 접속시켜 동력을 전달하는 방식으로 구조는 복잡하지만 작동이 원활하고 마찰면을 보호할 수 있는 것이 특징입니다.
유체 클러치(Fluid clutch)는 유체인 오일을 이용한 클러치로 주로 자동 변속기에 많이 쓰이는 방식입니다. 케이스 안에 오일을 채우고 터빈 (날개)를 서로 마주 보게 설치하여 엔진 구동력으로 한 쪽을 돌리면 다른 쪽 날개도 돌아가는 원리로 유체를 회전시켜 동력을 전달 합니다. 클러치 페달을 밟으면 -> 푸시 로드를 밀어 마스터 실린더에 힘을 가해 오일을 압축하고 - > 압축된 오일이 마스터 실린더에서 유압관을 통해 서보 실린더로 이동하여 푸시 로드를 밀고 -> 푸시 로드는 클러치 포크를 작동시켜 클러치 연결을 끊습니다.
전자식 클러치(electromagnetic clutch)는 전자 코일의 자화 작용에 의하여 동력을 전달하는 클러치입니다. 회전하는 2개의 철제 원판 한 쪽에 전자석을 설치하여 전류를 주입하면 다른 쪽 원판이 자력에 의해 함께 회전하게 되는데, 이를 이용하여 전류를 ON, OFF 하여 함으로써 동력을 연결하고 차단 시키죠. 오토 클러치의 일종으로 클러치 페달은 없고 기어 레버를 작동하면 저절로 전류가 흐르는 마이크로 스위치로 조작합니다.
클러치의 주요 구성품
클러치의 종류에 따라 다르겠지만, 주요 구성품은 어떤 것이 있는지 살펴보겠습니다.
압력판과 플라이휠 사이에 설치되는 클러치판은 클러치 축에 스플라인으로 결합되어 있으며 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 마찰판입니다. 구조는 원형 강철판의 가장자리에 마찰물질로 된 라이닝(또는 페이싱)이 리벳으로 설치되어 있고, 중심부분에는 허브가 있으며 그 내부에 변속기 입력축을 끼우기 위한 스플라인이 파져 있다. 클러치판의 마찰력을 증가시키기 위해 양쪽에 페이싱이 부착되어 있습니다.
클러치 축(변속기 입력축)은 크랭크축의 중심의 파일럿 베어링과 변속기의 베어링에 설치되어 있으며, 클러치판이 엔진으로부터 받은 회전력으로 결합된 스플라인을 통해 변속기에 전달하는 역할을 합니다. 변속기의 구동기어와 일체로 회전합니다.
압력판은 클러치 스프링의 힘으로 클러치판을 플라이휠에 압착시켜 동력을 전달하는 장치입니다. 평상시에는 클러치 스프링에 의해 클러치 디스크를 플라이휠에 밀고 있다가 클러치 페달을 밟으면 압력판이 클러치 디스크로부터 뒤로 물러나면서 플라이휠, 클러치 디스크 및 압력판의 각 마찰면에 틈새가 생겨 동력 전달이 차단됩니다. 압력판은 플라이휠과 함께 회전하므로 동적 평형이 잡혀 있어야 하며, 클러치 접촉 시 클러치판과 마찰이 발생하므로 내마멸성, 내열성, 열전도성이 좋은 소재를 사용하여 제작합니다.
클러치 커버와 압력판 사이에 설치되어 있는 클러치 스프링은 압력판에 압력을 발생시키는 역할을 합니다. 클러치 스프링의 종류는 6∼20개 정도의 코일 스프링과 접시모양의 다이어프램 스프링이 있습니다.
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