동력 전달 장치

🟡 클러치(Clutch)

클러치는 엔진과 변속기 사이에 설치되어 엔진의 동력을 변속기에 전달하거나 차단하는 역할을 한다.

 

✅ 필요성

1. 시동시 엔진을 무부하 상태*로 유지하기 위해서 필요

    * 엔진 무부하 상태: 공회전, 시동을 켜 둔 상태로 차를 세워놓고 대기시키는 것.

       부하가 없다 = 저항이 없다 = 모멘트가 없다

2. 엔진의 동력을 차단하여 기어 변속이 원활하게 이루어지도록 하기 위해서 필요

3. 엔진의 동력을 차단하여 자동차의 관성 주행이 되도록 하기 위해서 필요

 

 

✅ 클러치의 종류

• 마찰 클러치: 플라이 휠과 클러치 판의 마찰력에 의해 엔진의 동력이 전달된다.
• 유체 클러치(토크 컨버터): 유체 에너지를 이용하여 엔진의 동력을 전달 또는 차단하는 역할을 한다.
• 전자 클러치: 전자석의 자력을 엔진의 회전수에 따라 자동으로 증감시켜 엔진의 동력을 전달 또는 차단한다.

 

✅ 유체 클러치

유체의 흐름을 이용하는 형태의 클러치. 엔진에서 전달되는 동력을 유체의 운동 에너지로 변환하여 변속기에 전달한다.

 

🔅 유체 클러치의 구조

• 펌프 or 임펠러: 크랭크 축에 연결되어 엔진이 회전하면 유체 에너지를 발생시킨다.
• 터빈 or 런너: 변속기 입력축 스플라인에 접속되어 있으며, 유체 에너지에 의해 회전한다.
• 가이드 링: 유체의 와류에 의한 클러치 효율이 저하되는 것을 방지한다.

 

 

🔅 유체 클러치의 특성

• 펌프 임펠러와 터빈 런너의 회전 속도가 동일할 때 전달 토크는 0이 된다.
• 속도비 0 (터빈 런너 정지)인 상태를 '스톨 포인트'라 한다.
• 속도비가 증가함에 따라 효율이 증대된다. (input speed 대비 output speed가 얼마나 나왔는가?)
• 유체 클러치의 동력 전달 효율은 95~98% 정도이다.
• 터빈 런너의 회전 속도에 관계없이 항상 토크비는 1:1이다.
• 유체 클러치 효율은 터빈 런너의 회전수에 비례한다.
• 유체 클러치 효율은 속도비 0.95~0.98 부근에서 최대가 된다.

 

 

✅ 토크 컨버터(Torque Converter)

엔진에서 전달되는 동력을 유체의 운동 에너지로 변환시킨다. 유체 클러치 + 스테이터 = 토크 컨버터, 회전력 증대

 

🔅 토크 컨버터의 구조

• 펌프 or 임펠러: 크랭크 축에 연결되어 엔진이 회전하면 유체 에너지를 발생시킨다.
• 터빈 or 런너: 변속기 입력축 스플라인에 접속되어 있으며, 유체 에너지에 의해 회전한다.
• 가이드 링: 유체의 와류에 의한 클러치 효율이 저하되는 것을 방지한다.
• 스테이터: 펌프 임펠러와 터빈 런너 사이에 설치되어 터빈 런너에서 유출된 오일의 흐름 방향을 바꾸어 펌프 임펠러에 유입되도록 한다.

---> 유체 클러치의 일종으로서, 기능과 형상은 비슷하지만 내부에 있는 '스테이터(stator)'라는 장치를 통해서 동력 손실을 막고 가속을 하는 기능을 가지고 있다.

 

 

<동력 전달 순서>

플라이 휠 -> 커버 -> 임펠러 -> 터빈 -> 변속기

(토크 컨버터 내부에서는 '임펠러 -> 터빈 -> 스테이터-> 임펠러' (반복))

cf) 프론트 커버와 임펠라는 기계적, 물리적으로 연결되어 있으며 터빈은 기계적으로 케이싱, 임펠러와 분리되어 있음. 따라서 임펠라가 우선적으로 동력을 받게 되고, 유체 카풀링(fluid coupling)의 기능으로 터빈이 동력을 전달받게 된다.

 

 

🔅 토크 컨버터의 특성

• 토크의 증배
• 엔진의 회전력에 의한 충격과 회전 진동이 유체에 의해 흡수 및 감쇠
• 유체 충돌 손실은 속도비 0.6~0.7에서 가장 적음
• 속도비가 0일 때, 토크비가 가장 크고 회전력이 최대가 됨
• 클러치점 이상의 속도비에서 토크비는 1이 됨

 

 

🔅 토크 컨버터의 성능곡선

 

클러치 포인트 이후로는 임펠라와 터빈의 속도가 같아지게 되면서 토크의 증배는 사라지고 토크비는 선형적인 그래프 형상을 띄게 된다. 여기서 스톨 토크는 엄청난 속도로 stator에 유체를 전달하게 되면서 발생하는 최대의 토크를 의미한다.

 

 

✅ 댐퍼(락업) 클러치 토크 컨버터

토크 컨버터는 펌프 임펠러와 터빈 런너의 회전차(엔진 스피드와 터빈 스피드의 차이)에 의해 엔진의 동력이 변속기에 전달되기 때문에 펌프 임펠러와 터빈 런너의 회전이 동일해져서 slip에 의한 손실이 커져서 마찰 클러치에 비해 약 10% 정도의 동력 전달 효율이 저하된다.

댐퍼(락업) 클러치는 펌프 임펠러와 터빈 런너를 직결시켜 동력 전달 효율 및 연비를 향상 시킨다.

 

🔅 댐퍼(락업) 클러치의 특성

• 엔진의 동력을 기계적으로 직결시켜 변속기 입력축에 직접 전달
• 펌프 임펠러와 터빈 런너를 기계적으로 직결시켜 slip을 방지
• 락업(lock up)이 해제되었을 때 동력 전달 순서는 '기관 -> 프론트 커버 -> 펌프 -> 터빈 -> 출력축'
• 댐퍼(락업) 클러치 컨트롤 밸브: 자동차 속도의 변화에 대응하는 거버너 압력(유압)으러 제어

 

 

 

 

🟡 변속기(Transmission)

자동차의 엔진에서 발생하는 동력을 바퀴까지 전달하기 위한 장치. 엔진과 함께 묶어서 '파워트레인'을 구성한다.

 

- 구동기어(driving gear): 엔진에서 발생된 동력이 크랭크 축을 지나 변속기에서 증/감속 되기 전 단계인 입력축(input)

- 피동기어(driven gear): 입력축에서의 동력을 전달 받는 기어

 

변속비 > 1: 감속
변속비 = 1: 직결
변속비 < 1: 증속

 

구동축보다 피동축 기어의 잇수가 적으면 가속 / 구동축보다 피동축 기어의 잇수가 많으면 감속 & 토크 증가

 

P는 동력, T는 토크, w는 각속도

엔진의 동력이 일정하게 전달된다고 가정했을 때, 회전속도가 느려지면 (감속: 변속비>1) 토크가 커지고 회전 속도가 빨라지면 (가속: 변속비<1) 토크가 작아진다.

따라서, 동력이 같은 상황에서도 속도가 빠를 수도 있고 토크가 강할 수도 있는 것.

 

 

✅ 자동 변속기(Auto Transmission - AT)

유체 클러치(Fluid Coupling) 기반의 자동 변속기를 의미한다. 

 

 

 

🟡 정속 주행 장치(Cruise control system)

✅ 기능

가속 페달을 밟지 않고도 운전자가 원하는 차량속도로 주행할 수 있는 기능

 

✅ Cruise control system이 일시 취소되는 원인

- 브레이크 ON

- AT 차량에서 변속레버의 위치가 P 또는 N에 놓였을 때

- 차량 속도가 40km/h 이하에서는 정속 주행 해제

- 정상 크루즈 작동 중 실제 차속이 기억 차량 속도보다 17.5km/h 이상 차이가 나게 감속 되었을 때