클러치
클러치(Clutch)는 엔진(engine)과 엔진 플라이휠(Fly Wheel) 뒷면에 부착된 변속기(transmission) 사이에 설치되어 있으며, 엔진과 변속기에 사이에 동력을 차단하거나 연결하여 전달되는 회전력을 단속하는 장치이다.
목차
개요[편집]
클러치는 붙잡는다, 움켜쥔다는 뜻이 있으며, 엔진과 변속기 사이에 설치되어 엔진의 회전력을 구동 바퀴에 전달할 뿐 아니라, 차단하는 역할을 하는 장치이다. 클러치는 동력원간의 동력 흐름을 끊거나 이어주는 일종의 스위치로서, 엔진 시동 시에는 무부하 상태로 하고, 변속 시에는 동력을 차단하여 변속을 쉽게 할 수 있도록 하는 장치이다. 덕분에 원동기(Prime Mover, Motor)를 정지시키지 않고도 기어비를 변환하거나, 피동 축을 정지, 변경시킬 수 있다. 보통 우리가 이야기하는 클러치는 마찰 클러치(Friction Clutch)이다. 마찰 클러치는 플라이휠과 클러치판(Clutch Disc)의 마찰력에 의해 엔진의 동력을 전달하는 장치이다. 클러치 페달(pedal)을 놓으면 클러치 압력판 스프링에 의해 클러치판이 플라이휠에 압착되어 크랭크축과 클러치 축이 함께 회전하므로 엔진의 동력이 전달된다. 또한 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링(Release Bearing)이 릴리스 레버(Release Lever)를 누르게 되어, 압력판(Pressure Plate)이 변속기 쪽으로 이동하여 플라이휠과 접촉되지 않음으로 동력이 차단된다. 클러치는 수동자동차뿐만 아니라 오토매틱 자동차(Automatic Car)에도 존재한다. 자동 클러치(Automatic Clutch)라 하며, 운전자의 운전 조작으로부터 미세한 조작을 요구하는 클러치의 조작을 없애고, 가속페달(accelerator)을 밟는 만큼 출발과 변속이 되도록 만든 장치가 자동 클러치이며 이러한 자동클러치 장치를 적용한 자동차를 오토매틱 자동차라고 부르는 것이다.[1]
역사[편집]
자동차 역사에서 누가 최초의 클러치를 고안했는지 의견이 분분하다. 거의 모든 역사학자들은 클러치가 1880년대 독일에서 개발되었다는 사실에 동의한다. 일부 역사학자들은 고틀리프 다임러(Gottlieb Daimler)와 빌헬름 마이바흐(Wilhelm Maybach)가 클러치 발명에 기여했다고 추정하기도 한다. 다임러와 마이바흐는 내연기관의 발명자인 니콜라우스 오토(Nikolaus Otto) 밑에서 일하면서 서로 알게 되었다. 1882년 두 사람은 자신들의 회사를 설립하였으며 1885년부터 1886년까지 가솔린엔진과 기어를 탑재한 4바퀴 차량을 제조하였다. 1889년 그들은 폐쇄형 4단 기어박스와 기어에 동력을 공급하는 마찰클러치를 개발하였다. 1890년 다임러(Daimler AG)가 시장에 출시한 첫 번째 자동차에는 이러한 장치가 장착되었다.
역할[편집]
클러치는 수동변속기에서 엔진의 동력을 차단하고 연결하는 장치이다. 자동차는 달리기만 하는 것이 아니라 때로는 정차하고, 속도를 줄이기도 하며 방향을 바꾸기도 한다. 클러치는 엔진을 작동하고 있지만, 바퀴로 가는 동력을 차단해 정차하게 하거나, 속도를 올리고 내릴 때 동력 전달을 일시적으로 차단하기도 한다.
- 엔진의 회전력을 변속기에 전달한다.
- 부드러우면서도 떨림이 없는 출발을 가능케 한다.
- 엔진과 변속기 사이의 동력 흐름을 필요할 때마다 일시 중단한다.
- 엔진과 동력전달장치를 과부하로부터 보호한다.
- 엔진의 회전진동을 플라이휠과 함께 감소시킨다.[2]
구비 조건[편집]
- 엔진과 구동계 사이의 동력 단속 즉, 전달 및 차단이 확실하게 돼야 한다.
- 발진 및 변속 시 접속이 원활하고, 이상음의 발생이 없어야 한다.
- 단속 시 발생하는 마찰열에 대한 방열성이 충분하고 내구성이 양호해야 한다.
- 엔진의 회전 변동을 적절하게 흡수하고 저감해야 한다.
- 구조가 간단하고 고장이 적으며 정비성이 좋아야 한다.[3]
작동 원리[편집]
클러치는 평소에는 클러치판이 플라이휠과 붙어 있다가 클러치 페달을 밟으면 클러치판이 플라이휠에서 떨어지며 엔진과 변속기의 연결을 분리해 동력을 차단하게 된다. 이때 기어(gear)를 움직여 변속할 수 있도록 한다. 클러치는 엔진의 크랭크축과 일체가 되어 회전하는 플라이휠의 뒷면에 클러치 커버(Clutch Cover)가 장치된다. 그리고 커버 안에 압력판, 클러치 스프링(Clutch Spring), 릴리스 레버 등이 조립되어 있다. 클러치 축은 크랭크축의 중심에 설치된 파일럿 베어링(Bearing)과 변속기의 베어링에 의해 지지가 되어 있으며, 변속기의 구동 기어와 일체로 회전한다. 클러치판은 클러치 축에 스플라인으로 결합하여 있으며, 플라이휠의 회전을 클러치 축을 통해서 변속기로 전달하는 작용을 한다. 압력판은 평상시에는 클러치 스프링에 의해 클러치판을 플라이휠에 밀어붙이고 있다. 그러나 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링이 릴리스 레버의 선단을 누르므로 레버의 지렛대 작용에 의해 압력판이 클러치판으로부터 뒤로 물러나게 되고, 플라이휠, 클러치판 및 압력판의 각 마찰 면에 틈새가 생기게 되므로 동력이 클러치 축에 전달되지 않게 되며 단속하게 된다.[4]
- 브레이크 페달 → 링크 → 케이블 → 릴리스 포크 → 릴리스 베어링 → 릴리스 레버 → 압력판이 뒤쪽으로 움직임 → 클러치판은 플라이휠과 압력판 사이에서 압착이 해제되어 플라이휠과 압력판은 크랭크축과 같이 회전하고 클러치판은 회전 차단됨[3]
주행, 정차, 변속 등 주행 상황에 따라 클러치를 사용하는 순서나 방법도 차이가 있다. 차량을 멈추고자 할 때는 브레이크로 속도를 줄인 다음 정차하기 직전에 클러치를 밟고 브레이크를 밟는다. 다시 차를 출발시킬 때는 브레이크에서 밟을 떼서 가속페달을 약간만 밟아준다. 동시에 클러치에서 서서히 발을 뗀다. 이때 갑작스럽게 클러치 페달에서 발을 떼면 시동이 꺼질 수 있다. 주행 중 속도를 높이거나 후진을 하는 등 기어 변경이 필요할 때에는 클러치 페달을 끝까지 밟은 다음 기어를 변경하고, 가속페달을 밟으면서 클러치에서 발을 떼면 된다.[5]
종류[편집]
- 마찰 클러치 : 마찰 클러치는 플라이휠과 클러치판의 마찰력에 의해 엔진의 동력을 전달하는 클러치이다.
- 건식 클러치 단판식 : 한 장의 클러치판을 압력판으로 엔진의 플라이휠에 압착시켜 동력을 전달한다.
- 습식 클러치 : 클러치판이 오일에 잠겨져 있는 클러치이다. 주로 자동 변속기 내부에서 많이 사용한다.
- 원추 클러치 : 원뿔면의 마찰에 의해 회전력을 단속하는 클러치로서 부하 상태에서도 탈착이 되고 소음이 없이 원활하게 작동을 한다. 주로 동기 물림식 변속기의 기어에 설치된 싱크로나이저 링의 접촉과 차단에 의해서 변속기 출력축에 동력을 전달 또는 차단하는 클러치를 말한다.
- 자동 클러치 : 클러치 페달의 조작 없이 동력을 전달하거나 차단하는 클러치이다.
- 유체 클러치 : 영어로는 플루이드 커플링이라 한다. 도넛 모양으로 생긴 케이스 안에 날개를 가진 바퀴를 마주 보게 조합한 후 오일을 채우고 한쪽 펌프 날개를 회전시키면 오일의 힘에 따라 다른 쪽 터빈 날개도 회전하는 구조로 된 장치이다.
- 토크 컨버터 : 유체를 사용하여 동력을 전달하는 장치로서 토크(torque)를 증폭하는 기능이 있다. 컨버터는 변환기의 의미로서 엔진의 회전력 토크를 변속기 입력축에 전달하는 클러치 기능을 하며 토크 변환율은 2~3:1이다. 도넛 모양의 케이스 내에 마주 보는 임펠러(Impeller)를 1조로 하여 오일을 채워 엔진의 동력으로 회전하는 펌프 임펠러, 터빈 러너(Turbine Runner) 및 임펠러와 러너 사이에 스테이터를 선취하고 오일 흐름을 조정하여 펌프 임펠러의 유압을 높이는 것이 특징이다.
- 전자식 클러치 : 클러치의 일종으로서 전자석이 철분을 흡착하는 성질을 이용한 것이다. 변속 시프트 레버에 스위치를 설치하고 통상적으로 전기를 통전 시켜 연결한 클러치가 변속을 위하여 변속 레버에 접촉되면 차단되도록 한 것이다. 클러치의 간극에 철분을 넣어 만든 디스크를 설치하여 자력에 따라 고정되는 현상을 이용한 것이다.[3]
분류[편집]
- 클러치
- 마찰 클러치
- 단판 클러치
- 건식
- 코일 스프링식
- 다이어프램 스프링식
- 건식
- 다판 클러치
- 건식
- 습식
- 단판 클러치
- 유체 클러치
- 유체 커플링
- 토크 컨버터
- 전기 클러치
- 자성 분체식
- 전자 디스크식[2]
- 마찰 클러치
유격[편집]
클러치 유격이란 클러치 페달을 밟았을 때 페달에 힘을 가하지 않아도 자유롭게 움직이는 양을 말한다. 즉, 클러치 페달을 2~3회 밟은 후 손가락으로 눌렀을 때 무거워지는 저항까지의 거리를 말한다. 클러치 페달의 유격이 너무 적을 경우 클러치 압력판과 클러치 릴리스 베어링과의 간극이 작아져 클러치 페달을 살짝 밟고 있는 반 클러치가 되어 클러치 페달을 거의 떼어야만 차량이 출발하는 현상이 나타나며 클러치판이 조기 마모될 수 있다. 반대로 페달의 유격이 많게 되면 클러치의 끊어짐이 나쁘게 되어 기어변경이 나쁘게 된다. 그래서 클러치 페달을 약간만 떼어도 출발이 이루어지므로 안전운전에 방해가 된다.[2]
구성부품[편집]
- 클러치 본체 : 클러치 본체는 직접 동력의 단속을 하는 부분으로 클러치판, 압력판, 클러치 스프링, 클러치 커버 등이 있으며, 이들 부품을 부착시키기 위한 플라이휠과 클러치 축으로 구성된다. 압력판은 클러치 스프링에 의해 클러치판을 플라이휠에 압착시키는데 클러치 작용 시 클러치판과의 사이에서 미끄럼이 생기므로 내마멸성 내열성 열 전도성이 좋은 특수주철을 사용하며 접촉면은 평면으로 정밀하게 가공되어 있다.[2]
- 클러치 스프링 : 클러치 스프링(Clutch Spring)은 클러치 커버와 압력판 사이에 설치되어 압력판에 압력을 발생시키는 작용을 한다.
- 코일 스프링 형식 : 코일 스프링 형식은 몇 개의 코일 스프링을 클러치 압력판과 클러치 커버 사이에 설치한 것이다.
- 다이어프램 스프링 형식 : 다이어프램 스프링 형식은 코일 스프링 형식의 릴리스 레버와 코일 스프링 역할을 동시에 하는 접시 모양의 다이어프램 스프링을 사용하고 있다.[6] 다이어프램은 코일 스프링에 대비하여 다음과 같은 특징이 있다.
- 각 부품이 원형으로 되어 있어 회전 평형이 좋고 압력판에 작용하는 압력이 균일하다.
- 고속회전 시 원심력에 의한 스프링 감소가 적다.
- 클러치 페이싱이 어느 정도 마모가 되어도 압력판을 미는 힘의 변화가 적다.
- 클러치 페달을 밟는 힘이 적게 든다.[7]
- 클러치 커버 : 클러치 커버(Clutch Cover)는 압력판, 다이어프램 스프링 등이 조립되어 플라이휠에 함께 설치되는 부분이다. 그리고 코일 스프링 형식에서는 릴리스 레버의 높이를 조정하는 스크루가 설치되어 있다.[6] 클러치 커버로는 오번형, 반원심형, 아우터레버형, 이너레버형, 다이어프램형 등이 있다.[7]
- 클러치판 : 클러치판(Clutch Disc)은 클러치 디스크라고도 하며 압력판과 플라이휠 사이에 설치된다. 엔진의 동력을 변속기 입력축을 통해 변속기로 전달하는 마찰판이다. 구조는 원형 강철판의 가장자리에 마찰물질로 된 페이싱이 리벳으로 설치되어 있고, 중심 부분에는 허브가 있으며 그 내부에 변속기 입력축을 끼우기 위한 스플라인이 파여 있다. 클러치판 중심의 허브는 변속기의 입력축인 클러치 축의 스플라인에 끼워진다. 클러치판의 마찰 면 양쪽에는 페이싱(Facing)을 부착하여 마찰력을 증가시킨다. 클러치 페이싱은 적당한 마찰계수인 0.3~0.5를 가져야 하고, 내마모성, 내구성이 뛰어나야 하며 온도에 의한 마찰계수의 변화가 적어야 하므로, 석면 직물에 마찰 조정제를 섞은 후 수지나 고무 등의 조합제로 굳혀서 만들고, 쿠션판을 통하여 클러치판에 결합한다.[2]
- 페이싱 : 마찰계수 0.3~0.5
- 비틀림 스프링 : 클러치 접속 시 회전 충격 흡수
- 쿠션 스프링 : 클러치판 비틀림 편마모 방지
- 허브 : 변속기 입력축 스플라인으로 연결
- 허브 플렌지
- 리벳[3]
- 변속기 입력축 : 변속기 입력축(Transmission Input Shaft)은 클러치 축이라고도 하며, 클러치판이 받은 엔진의 동력을 변속기로 전달하고, 축의 스플라인 부분에 클러치판 허브의 스플라인이 끼워져 클러치판이 길이 방향으로 미끄럼 운동을 한다.[6]
- 압력판 : 압력판(Pressure Plate)은 다이어프램 스프링의 장력으로 클러치판을 플라이휠에 압착시키는 일을 한다. 클러치판과의 접촉면은 정밀 다듬질 되어 있고 뒷면에는 코일 스프링 형식에서는 스프링 시트와 릴리스 레버 설치 부분이 마련되어 있다. 또한, 압력판과 플라이휠은 항상 회전하므로 동적 평형이 잘 잡혀 있어야 한다.[6] 통칭 삼발이로 불리며, 평상시 클러치판에 압력을 주어 플라이휠과 함께 접촉하여 동력을 전달한다. 힘을 받으면 내부가 뜨게 되면서 클러치판과 플라이휠, 압력판이 떨어지며 동력을 일시적으로 차단 할 수 있게 한다.[8]
- 코일 스프링 형식 : 압력판, 코일 스프링, 클러치 커버, 릴리스 레버, 릴리스 레버 높이 조정 볼트
- 막 스프링 형식 : 압력판, 다이어프램 스프링, 피벗링, 클러치 커버, 리벳
- 반 원심력 형식 : 압력판, 코일 스프링, 클러치 커버, 릴리스 레버, 릴리스 레버 높이 조정 볼트, 릴리스 레버 바깥쪽에 원심추 부착[3]
- 릴리스 레버 : 릴리스 레버(Release Lever)는 코일 스프링 형식에서 릴리스 베어링의 힘을 받아 압력판을 움직이는 작용을 하며, 이 레버의 높이가 서로 다르면 자동차가 출발할 때 진동을 일으키는 원인이 된다.[6]
- 릴리스 베어링 : 릴리스 베어링(Release Bearing)은 프레셔 플레이트에 균일한 힘을 전달하여 원활히 동력이 차단될 수 있도록 한다.[8] 클러치 하우징의 클러치 축의 슬리브에 조립되며, 릴리스 포크에 의해 클러치 축 방향으로 움직이면서 릴리스 레버를 눌러 클러치를 개방시키는 작용을 한다. 릴리스 베어링은 칼라에 스러스트 볼 베어링이 들어 있는 케이스가 압압 되어 있으며, 그리스로 윤활 된다. 베어링의 종류로는 앵글러 접촉형, 볼 베어링, 카본형 베어링 등이 있다.[3]
- 릴리스 포크 : 릴리스 포크(Release fork)는 힘을 릴리스 베어링으로 전달한다.[8]
- 클러치 조작기구 : 클러치 조작기구는 클러치 페달의 조작력을 클러치 본체에 전달하는 것이며, 릴리스 베어링, 릴리스 포크 및 페달의 조작력을 릴리스 포크로 전달하는 기구 등으로 구성되어 있다.
- 케이블식 클러치 : 케이블식 조작기구는 그림과 같이 페달의 조작력을 릴리스 레버에 전달하게 되어 있으며, 릴리스 레버는 클러치 하우징에 한끝을 고정하여 지렛대 작용에 의해 릴리스 베어링을 누르는 작용을 한다. 이 형식은 클러치를 조작하는 페달의 밟는 힘이 크기 때문에 운전자를 피곤하게 하므로 거의 사용하지 않는 형식이다. 클러치 페달, 클러치 케이브, 릴리스 포크와 베어링, 클러치 커버 등으로 구성된다.
- 유압식 클러치 : 유압식 조작기구는 클러치 페달의 조작력을 가볍게 하기 위해 마스터 실린더, 릴리스 실린더 및 연결 파이프, 릴리스 포크와 베어링 등으로 구성되어 있다. 클러치 페달을 밟게 되면 마스터 실린더에 유압이 발생하고 이 유압은 파이프를 통해 릴리스 실린더에 압송된다. 릴리스 실린더는 이 유압에 의해 릴리스 레버를 밀게 되어 클러치의 작동이 이루어진다.[2]
기능[편집]
- 엔진의 토크를 변속기에 전달해야 한다.
- 클러치는 엔진 전체의 유효 회전속도 범위에 걸쳐서, 어떠한 주행상황에서도 필요한 회전력을 변속기에 전달해야 한다. - 부드럽게 변속과 발진이 이뤄져야 한다.
- 발진시 미끄럼마찰로 인해 회전하는 플라이휠과 정지상태인 변속기 입력축 사이에 회전속도를 일치시킨다. - 빠르고 고장이 없는 기어변경이 가능해야 한다.
- 변속해야 할 부품들을 동기화시키기 위해서는 엔진과 수동변속기 사이를 확실히 단절시켜줘야 한다. - 비틀림 진동을 감쇄시킬 수 있어야 한다.
- 엔진에서 폭발행정이 주기적으로 반복됨에 따라 크랭크축에는 비틀림 진동이 발생한다. 클러치판의 비틀림 감쇄 기구가 비틀림 진동을 완화하는 역할을 한다. 이로 인해 변속기 소음이나 진동을 최소화할 수 있다. - 엔진과 동력전달장치의 부품을 과부하로부터 보호할 수 있어야 한다.
- 과도한 토크 전달은 클러치 슬립에 의해 방지된다.[4]
클러치 관련 이상 증상 및 정비 포인트[편집]
- 차에서 나무 타는 냄새가 날 때 : 주행 중 차에서 나무 타는 냄새가 난다면 클러치판을 교환해야 한다. 클러치판은 주로 4만~6만 km 주행거리에서 점검을 받는 것이 좋다. 클러치 페달을 밟았을 때 전보다 무거운 느낌이 든다면 마찰재 마모가 심해진 것이기 때문에 클러치판을 교환하는 것이 좋다.
- 엔진은 정상이나 속도가 나지 않을 때 : 클러치판 마모가 심하면 클러치 압력판이 디스크를 밀어주지 못해 플라이휠의 회전 운동이 디스크에 연결되지 않아 엔진 동력이 변속기로 전달되지 않는다. 따라서 엔진은 정상적으로 운동을 하고 있지만 차가 잘 나가지 않는다면 클러치판 마모와 압력판 마모를 의심할 수 있으며 교환이 필요하다.
- 클러치 접속 시 진동과 소음이 발생할 때 : 클러치판 페이싱 오일이 원인일 수 있다. 또한, 페이싱의 접속 불량이나 플라이휠, 압력판에 크랙이나 깨진 클러치의 부품으로 인해 떨림이 발생할 수 있다. 또한 운전 중 클러치 페달이 떨리는 것은 클러치판이 휘거나 엔진과 중심선이 일직선 위에 있지 않을 때 진동과 소음이 발생하기도 한다. 클러치 사용 중 소음과 진동의 또 다른 원인은 플라이휠의 마모이다. 플라이휠은 엔진의 회전력을 바퀴에 전달하는데, 구조상 클러치판이 접촉하는 마찰 면이 있고 그사이에 압력판이 존재하고, 압력판과 플라이휠은 함께 회전한다. 그 때문에 압력판의 마찰로 플라이휠이 마모되면 회전출력이 고르지 않아 차체 떨림과 소음이 발생할 수 있다.[5]
각주[편집]
- ↑ 〈클러치(Clutch)는 무엇인가?〉, 《티스토리》, 2018-06-19
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 김경수, 〈클러치(Clutch)란?〉, 《다음 블로그》, 2007-08-02
- ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 〈클러치 구조 및 작동원리〉, 《강주원 자동차 홈》
- ↑ 4.0 4.1 Avraham Kim, 〈(자동차샤시&바디) 4. 클러치 Clutch〉, 《네이버 블로그》, 2016-12-24
- ↑ 5.0 5.1 금호타이어, 〈클러치 조작은 어렵다? 클러치 조작법과 정비 포인트를 알아보자!〉, 《금호타이어 블로그》, 2017-12-04
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 리뷰담 리뷰담, 〈수동변속기 클러치 시스템의 구성부품과 점검요소〉, 《티스토리》, 2019-06-09
- ↑ 7.0 7.1 웹친구, 〈클러치의 이해〉, 《네이버 블로그》, 2006-12-07
- ↑ 8.0 8.1 8.2 〈클러치〉, 《나무위키》
참고자료[편집]
- Avraham Kim, 〈(자동차샤시&바디) 4. 클러치 Clutch〉, 《네이버 블로그》, 2016-12-24
- 〈클러치(Clutch)는 무엇인가?〉, 《티스토리》, 2018-06-19
- 김경수, 〈클러치(Clutch)란?〉, 《다음 블로그》, 2007-08-02
- 〈클러치 구조 및 작동원리〉, 《강주원 자동차 홈》
- 금호타이어, 〈클러치 조작은 어렵다? 클러치 조작법과 정비 포인트를 알아보자!〉, 《금호타이어 블로그》, 2017-12-04
- 리뷰담 리뷰담, 〈수동변속기 클러치 시스템의 구성부품과 점검요소〉, 《티스토리》, 2019-06-09
- 웹친구, 〈클러치의 이해〉, 《네이버 블로그》, 2006-12-07
- 〈클러치〉, 《나무위키》
같이 보기[편집]
