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[1]
1. 개요
동력원 간의 동력흐름을 끊거나 이어주는 일종의 스위치 역할을 하는 부품이다.흔히 클러치로 불리는 장치로 이것을 이용해 동력을 끊어 변속기의 작동을 원활히 한다. 덕분에 원동기를 정지시키지 않고도 기어비를 변환하거나, 피동 축을 정지, 변경시킬 수 있다. 간단하게 구조를 설명하자면 두 원판이 있는데 한쪽 원판에만 판스프링이 달린것이라고 보면 된다. 스프링을 꾹 누르면 맞물리는 마찰력이 강해지고 스프링을 떼면 맞물리는 마찰력이 약해지는 원리다. 똑같이 닿아있기는 마찬가지지만 스프링을 누르는 세기에 따라서 세게 누르는것과 약하게 누르는것이 가능하다. 수평으로 달린 스프링은 충격흡수용이다.
2. 상세
수동식인 경우, 크게 물림 클러치와 마찰 클러치로 분류되며, 물림 클러치는 돌출된 톱니를 서로 맞물리게 하는 형식으로, 동력의 전달은 확실하지만 직결인지라 저속이 아니면 사용하기 어렵고, 마찰 클러치는 플라이휠과 클러치 판 간의 마찰력을 이용하는 것으로, 자동차에 이용되는 것은 이 형식이다.일반적으로 차량에 사용되는 클러치 부품의 구성 요소로 아래 것들이 있다.
- 클러치 디스크: 클러치 판이라고도 한다. 플라이휠, 프레셔 플레이트 사이에 들어가며 둘과 직접 마찰하며 동력의 전달/차단 시 완충 역할과 엔진 -변속기의 회전 수를 동조한다.
- 프레셔 플레이트(압력판): 통칭 삼발이로 불리는 그것. 평상시 클러치 디스크에 압력을 주어 플라이휠과 함께 접촉하여 동력을 전달한다. 힘을 받으면 내부가 뜨게 되면서 클러치 디스크와 플라이휠, 플레셔 플레이트가 떨어지며 동력을 일시적으로 차단 할 수 있게 한다.
- 릴리스 베어링: 프레셔 플레이트에 균일한 힘을 전달하여 원활히 동력이 차단될 수 있도록 한다.
- 릴리스 포크: 힘을 릴리스 베어링으로 전달한다.
- 추가적으로 클러치 페달, 클러치 마스터 실린더-릴리스(오페라) 실린더, 클러치 부스터(미니백) 등.
엔진의 플라이휠-클러치디스크-프레셔플레이트-변속기 입력 축 순으로 연결되어 있다. 원리는 상단 영상을 참조.
3. 고장 및 수리
수동변속기 차량의 클러치 디스크의 마모가 심해지면 교체가 필요하다. 클러치 디스크는 물리적인 힘(마찰력)을 지속적으로 받는다. 그렇기 때문에 마모가 진행되어 점점 두께가 얇아지게 되고, 한계치까지 마모가 진행되면 클러치는 미트[2]될 수 없다. 클러치 페달을 놓아도 시동은 꺼지지 않지만 차가 나가질 않는다. 흔히 군대에서 차가 퍼졌다고 하는 경우도 이 클러치 디스크 마모 때문인 경우가 많다. 이런 경우에 클러치 디스크의 수명이 다 되었다고 판단하여 클러치 디스크를 교환하게 된다. 교환 시 대부분 마찬가지로 소모성인 릴리스 베어링도 동시 교환하도록 한다.프레셔 플레이트 또한 한계 이상으로 마모되면 교체가 필요하다. 프레셔 플레이트는 삼발이로 많이 불리는 물건으로, 이게 말썽이면 아예 클러치가 떼지질 않아서 차가 시동이 걸리지 않는다. 혹은 시동은 걸리지만 차가 앞으로 튀어나가려고 하거나. 플레이트가 한계 이상으로 마모되면 클러치 판이 플라이휠에서 제대로 떨어지지 않아서 그렇다.
클러치 디스크가 마모되었을 때 나타나는 증상으로, 초기에는 시동을 걸고 기어가 들어간 상태에서 클러치 페달이 거의 다 올라올 때 쯤에 돼서야 차가 움직이려 하거나 동력이 전달되어 떨리기 시작한다. 좀 더 마모가 진행되면, 시동 상태에서 기어 중립 - 클러치 페달을 놓으면 지이이이익 하는 기존의 들어보지 못한 소음이 난다. 그리고 소음의 크기와는 다르게 작은 미세한 떨림이 온다. 상용차나 대형차량은 떨림이 더 심할 수 있다. 중립에서 악셀을 밟으면 그 떨림과 소음이 더 커지거나[3], 오히려 언제 그랬냐는 듯 소음과 진동이 사라진다.[4] 클러치 디스크에서 직접적으로 플라이휠, 프레셔 플레이트와 접촉하는 페이싱이 마모되어 얇아진다. 디스크가 얇아지는 만큼 유격이 늘어나게 되고, 접촉이 불완전 해지면서 생기는 현상이다. 때문에, 불규칙 마모가 아니라면 클러치 페달을 밟았을 때 소음 진동이 사라진다.
마모가 더욱 진행되면, 주행할 때 평상시보다 같은 속도에서 RPM이 더 높게 나오거나 흔히 밟아도 차가 잘 안 나가는 상황이 발생한다. 그리고 클러치 페달을 끝까지 제대로 밟지도 않았는데 왠지 기어가 잘 들어간다. 그래도 아직 차량이 주행 가능한 상태이므로 수리하는데 직접 갈 수는 있는 상황이다. 이때 더 이상 지체하면 안 된다. 수리하지 않고 계속 차량을 운행하면 결국 차가 퍼져버린다. 차가 나가질 않기 때문에 결국 견인으로 가야 한다. 그마저도 견인할 수 있는 도로면 괜찮겠지만 계속 굴리다가 하필 좁은 곳에 주차한다고 반클러치를 써대다 이런 상황에 빠지면 상당히 골치 아파진다. 만약 운행 중 차가 퍼질 정도로 디스크가 마모되면 바로 타력주행 상태[5]가 된다. 일단 시동이 켜져 있으므로 특별한 추가적인 고장 상태가 없다면 핸들이 잠기거나 브레이크에 배력이상 문제가 생기지는 않아 핸들과 브레이크가 정상작동 할테지만, 충돌이나 잠재되어 보이지 않던 추가적인 고장이 발현되어 브레이크까지 고장이 날 경우 엔진 브레이크를 걸 수 없으므로 위험하기 때문에 불안하면 애초부터 견인해 가는 게 안전하다.
주로 공업사로 불리는 규모가 큰 정비소에서 교환하게 된다. 작업 시, 변속기를 차에서 탈거-안에 있는 클러치 디스크 및 베어링을 신품으로 교환[6]-분해했던 부품들 재조립 및 정밀 조정-마지막 테스트를 거친다. 이런 과정을 거치다 보면 평균적으로 3시간 이상의 시간이 소모된다. 정비하게 까다롭게 설계된 차량이나 대형차량의 경우 당연히 작업 시간은 더욱 늘어나고, 체력 소모가 상당하며 위험하다. 그래서 어중간한 저녁이나 점심에는 바로 당일날 수리가 안 될 수 있다. 예약을 하고 방문하는 것이 좋다.[7]
클러치 디스크를 교환하고 나면 클러치 페달이 매우 부드럽게 밟힌다. 사실 클러치가 뻑뻑하고 무겁게 느껴지는 이유는 클러치 디스크의 마모가 상당히 진행되어 그만큼 엔진과 기어의 연결을 위해 압력판에 더 큰 압력이 가해지기 때문이다. 주범은 대개 잦은 반클러치 사용과 저단 기어로 변속 시 적절치 못한 RPM 보정으로 인한 클러치 마모이다. 1종보통 면허시험에 사용되는 1톤 트럭[8]은 대개 정지 상태에서도 충분한 토크가 나올 뿐만 아니라 클러치 디스크의 내구성도 좋은 편이라서 반클러치를 쓸 일이 거의 없는 한편[9], 소형차들은 클러치 디스크가 상대적으로 얇고, 적용되는 엔진[10]의 특성상 토크도 상대적으로 약하기 때문에 반클러치 사용이 불가피하다.[11] 그렇기에 차가 움직이기 시작하거든 클러치를 조금 빨리 떼는 연습을 하도록 해야 한다. 변속 충격을 피하기 위해서 반클러치를 섞어서 변속하는 것도 사실 클러치 수명에 매우 좋지 않은데, 승차감이 나빠질지언정 클러치는 빨리 뗄수록 좋다. 저단으로의 강제적인 변속이 아닌 이상 이런다고 해서 차량의 파워트레인이 손상되는 일은 거의 없다. 고단 기어로 변속 시 충격은 그냥 당연한 것으로 받아들이자. 차종마다 편차는 있지만, 어차피 경험이 쌓이면 변속 충격도 없고 클러치에 큰 무리를 주지 않을 정도의 타이밍에 대한 감이 생긴다. 수동 초보 운전자들이 초기에 클러치 고장으로 공업사를 자주 찾는 주된 원인이기도 하다.
클러치 디스크 교환에 대한 것으로 위 작성 내용은 일반적인 승용차 기준이므로, 대형차나 군용차량은 차이점이 있으니 너무 맹신하진 말 것.
디스크를 교환하려면 차고가 높은 차량이 아닌 이상 차를 확실히 들어올릴 수 있는 리프트, 변속기를 제거할 수 있는 변속기용 잭 혹은 체인 블록, 디스크 장착 시 필요한 정렬 공구 등 전용 공구와 장비를 가지고 있어야 한다. 게다가 상당히 위험하고 건강에도 무지 나쁘다. 위에는 단순하게 작성했지만 실제로 작업시 각 부품의 구성 요소와 원리는 기본적으로 알아야 하며, 풀고 조여야 하는 볼트의 사이즈도 제각각이라 위치를 잘 파악해야 하고, 주변에 걸리적 거리는 것들을 다 정리하려면 생각보다 복잡한 작업 과정을 거쳐야 한다. 작업 후 나오는 고품도 석면을 품고 있어 건강에 좋지 않고, 무엇보다 처리하기가 곤란하다. 일반 쓰레기 버리듯이 버리면 큰일난다. 길게 썼지만 장비를 갖추고 있는 전문가가 아니라면 직접 교환은 비추천한다. 그냥 공업사 가서 작업하는 것만 봐도 엄두가 안 난다.
이륜차용 클러치 교환은 그냥 엔진 오일을 빼내고, 클러치 커버를 열어 디스크를 교환한 뒤 가스켓을 다시 덮으면 그만이지만, 몇몇
4. 종류
보통 자동차에는 단판 클러치를 이용하지만, 고성능 차량이나 고출력 차량의 경우엔 복판 클러치나 대구경 클러치를 쓰는 경우가 있다. 또한 이륜차는 작은 구경의 클러치로 높은 회전수를 전달해야 하기 때문에 다판 클러치를 쓴다.클러치 룸에 오일이 차 있는가 아닌가에 따라 습식 클러치와 건식 클러치로 구분된다. 이륜차는 일반적으로 엔진 오일 하나로 변속기/클러치에까지 오일이 들어간다. 이륜차용 엔진 오일이 따로 있는 이유 중 하나. 그러나 두카티에서는 건식 클러치를 사용하는 모델을 시판하기도 하여 튜닝으로 클러치 커버에 구멍을 뚫고 클러치 판에 직접 커버를 달아서 회전하는 클러치를 보이게 만들기도 한다. 물론 동작에는 아무런 문제가 없다.
건식 클러치는 내구성이 약하고,[12] 한 번에 전달할 수 있는 토크에 한계가 있으나 전달 효율이 좋은 반면에, 습식 클러치는 내구성이 좋고 과열 위험 또한 적으며 미끄러지면서도(반클러치) 어느 정도 큰 토크를 전달할 수 있지만, 전달 효율이 건식보다 떨어진다. 또한 오일이 더 들어가는 만큼 전체 무게도 무거워진다.
5. 기타
수동변속기 문서에도 나와 있지만, 수동 차량들은 대부분 클러치 없이도 변속과 운행이 가능하다.[13] 물론, 원래 그렇게 만들어졌다기보다는, 엔진의 회전 속도와 각 기어에 해당하는 구동 축의 속도가 근접하다면 기어가 부드럽게 맞물리는 특성을 이용한 일종의 편법 비슷한 것에 가까운데, 습관적으로 이렇게 운행하다가는 기어 박스에 데미지를 적립할 가능성이 높으므로 그냥 소모성 클러치 부품에 문제가 생겼을 때 공업사까지 차를 어찌어찌 끌고 가기 위한 최후의 방법 정도로 이해하면 된다. 몇몇 자동차 관련 유튜버들이 이런 식으로 운행해도 차량에 문제를 주지 않는다고 말하면서 실제로 노클러치 변속을 시전하기는 하지만, 대부분의 정비사/제조사들은 이런 식의 주행을 절대 권장하지 않는다. 쇼맨십으로 돈을 버는 유튜버들의 운전 실력은 좋을지 몰라도 그들이 자동차 기계공학에 대한 전문가는 아니다.법적으로 자동/수동 여부를 판가름하는 것은 변속기의 기계적인 구조가 아니라 클러치 페달이 존재하고, 이를 운전자가 왼발로 직접 조작하느냐가 기준이기 때문에 기계적 구조는 수동변속기와 같지만 페달 없이 차량이 스스로 변속을 하는 자동화 수동변속기, DCT 차량도 A/T 면허 조건이 붙은 운전면허로도 운전할 수 있다. 애초에 자동면허 자체가 왼발이 불편한 장애인을 위한 한정면허이기 때문.
스카니아의 한국 법인 스카니아코리아그룹이 출시한 프리미엄 중형 트럭 P280이 클러치 온 디맨드를 적용 자동변속기 모델에 클러치 페달을 최초로 탑재하였다. #
자동변속기의 도입과 전기차 시대의 개막으로 잊혀져 가던 클러치를 급발진 방지 목적으로 다시 도입하자는 목소리가 있다. 수동차량, 즉 클러치가 있는 차량에서는 단 한건의 급발진 사고도 발생하지 않았다. 클러치의 구조상 엔진에서 구동계통으로 이어지는 동력을 완전히 차단할 수 있기 때문에 클러치가 있는 메뉴얼 차량에서는 급발진이 발생할 가능성이 없기 때문이다. 따라서 급발진에 대처하기 위해 자동변속기나 전기차에 '킬스위치'를 도입하자는 목소리가 있는데 이들 차량에 클러치를 적용하고 운전자들에게 긴급 상황에 대처하기 위한 교육을 시키면 상당수 급발진 상황에서 운전자를 보호할 수 있을 것으로 보인다. 클러치 관련 기술은 이미 성숙된 기술이기 때문에 비교적 저렴한 비용에 완성된 기술로 도입할 수 있는 것도 장점이다. 그러나 급발진을 부정하는 자동차회사 입장에서는 비상용스위치를 장착한다는 것은 비상상황(급발진)이 일어난다고 가정하는 것이기 때문에 킬스위치 도입에 부정적이며 도입은 요원하다.[14]
6. 관련 문서
[1]
클러치 페달을 밟은 상태, 즉 클러치가 동력흐름에 개입한 상태가 'disengage'상태이다. 전류 스위치의 열림/닫힘 개념이라 생각하면 편하다.
[2]
접촉, 결속. 클러치 페달을 놓아서 엔진의 동력을 변속기로 전달하는 것.
[3]
마모가 좀 더 진행된 경우.
[4]
마모가 진행되어 막 영향을 미치기 시작할 때. 악셀을 놓으면 다시 증상이 나타날 수 있다.
[5]
기어를 중립에 두고 관성으로 주행하는 상태.
[6]
이때 오염물(주로 마모되어 흩날리는 디스크의 가루 등) 제거와 윤활용 그리스 도포 등 추가 작업이 있다.
[7]
아직 퍼지지 않아 자력으로 갈 수 있는 경우 당연히 수리하러 가는 것을 제외하고 운행하면 안 된다. 시동도 안 거는 것이 좋지만, 배터리 충전 등 피치 못하게 해야 한다면 계속 클러치 페달을 밟고 있어야 한다. 중립에 둬도 클러치는 접촉하니까.
[8]
이전에는 디젤엔진이었는데 디젤 모델이 단종되어 T-LPDI 엔진을 쓴다.
[9]
다만, 이 상황에서도 원활한 도로주행에서는 반클러치 사용이 불가피하다. 특히, 차량에 어느 정도 적재가 되어 있거나 약간의 경사 혹은 평지에서도 클러치만 부드럽게 뗀다고 해서 차량이 부드럽게 운행되긴 불가능에 가깝다.
[10]
대부분의 소형차들은
가솔린 엔진이나 LPG 엔진이 적용되고 있다. 물론
디젤 엔진이 적용되어 있는 소형차도 있기는 하지만.
[11]
특히,
스파크나
다마스와 같이 토크가 낮은 차량들은 평지에서도 반클러치 사용이 원활한 주행에 도움이 된다.
[12]
우스갯소리로 클러치 한 번 잡을 때마다 몇백 원씩 나간다고 한다.
[13]
이를
노클러치 혹은 클러치리스 시프팅이라 한다.
[14]
만약 전기자동차에 클러치 페달을 도입하게 될 경우 발생할 수 있는 또다른 난점은 내연기관 자동차의 경우 승용 목적의 차량에 엔진이 두개 이상인 경우는 없었으므로 구동축 하나에 클러치 하나만 있었으면 되었지만, 전기자동차의 경우 전력 효율과 다양한 주행환경 속에서 상황에 따라 각각의 바퀴에 들어가는 동력을 분산하여 더 큰 힘이 필요한 바퀴에 동력을 밀어주는 등의 주행 제어를 위해 모터가 전•후륜에 1개 이상 들어가는 경우가 많기에 클러치를 각각의 모터에 하나씩 설치해야 된다는 것이다. 이 경우 종래의 페달을 밟으면, 그 힘으로 물리적인 작용을 통해 동력을 차단하던 기계적인 방식의 클러치와는 달리 페달을 밟으면 신호를
ECU로 전송해 각각의 모터에 달린 클러치에게 전기적 신호를 가해서 동력을 차단하게 하는 전자적인 방식이 반 강제될 수 밖에 없다는 것이다. 현재 급발진 의심 사고의 대다수 운전자들과 수 많은 운전자들이 ECU 오류에 의한 차량 결함을 호소 및 우려하고 있다는 점에서 봤을때 과연 전자적으로 제어되는 클러치를 믿을 수 있는가에 대한 의문이 있을 수 있다. 따라서 만약 제조사가 클러치 페달을 전기자동차에 도입하게 된다면 제조사의 입장에서는 이에 따르는 또 다른 소비자의 불신과 의문을 어떻게 잠재울 수 있을지가 관건이 될 수도 있을 것으로 보인다.