자동차 클러치 종류와 작동 원리: 마찰, 유압, 원심, 전자기 클러치 등 10가지 유형 분석

클러치는 자동차의 핵심 부품 중 하나로, 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 여러 종류로 제작됩니다. 이전 수업에서 클러치는 구동축에서 피동축으로 동력 전달을 연결/차단하는 기계 장치라고 설명했습니다. 두 축이 있는데, 하나는 엔진 또는 동력원(구동 부재)에 연결되고, 다른 축은 일을 하는 동력 출력을 제공합니다.

오늘은 다양한 클러치 종류와 작동 원리를 살펴보겠습니다.

참고: 마찰 용접이란? 응용, 장단점

다양한 클러치 종류

다양한 클러치 종류와 작동 방식:

• 마찰 클러치(Friction clutch)
• 유압 클러치(Hydraulic clutch)
• 원심 클러치(Centrifugal clutch)
• 반원심 클러치(Semi-centrifugal clutch)
• 원뿔 클러치(Cone clutch)
• 다이어프램 클러치(Diaphragm clutch)
• 전자기 클러치(Electromagnetic clutch)
• 도그 앤 스플라인 클러치(Dog and spline clutch)
• 진공 클러치(Vacuum clutch)
• 프리휠 유닛 클러치(Freewheel unit clutch)

각각 자세히 알아보겠습니다!

마찰 클러치(Friction Clutch)

마찰 클러치는 단판 클러치와 다판 클러치 두 가지로 나뉩니다.

단판 클러치(Single clutch plate)

현대 경량 차량에서 가장 흔하고 널리 쓰이는 클러치입니다. 엔진에서 변속기 입력축으로 토크/동력 전달. 이름대로 판이 하나입니다. 이 판은 클러치 플레이트 스플라인에 장착되며, 양면에 마찰면을 가진 얇은 금속 디스크입니다.

다판 클러치(Multiple clutch plate)

이름대로 여러 클러치 판을 사용해 엔진 플라이휠과 마찰 접촉을 만듭니다. 엔진축과 변속기축 사이 동력 전달. 마찰면 개수가 클러치 토크 전달 용량을 결정합니다. 이 클러치 판은 엔진축과 기어박스축에 장착됩니다. 작동 방식은 단판 클러치와 같으며 클러치 페달을 밟으면 작동합니다. 레이싱카, 대형 상용차, 모터사이클 등 고토크 전달에 사용됩니다.

다판 클러치는 건식(Dry)과 습식(Wet) 두 종류로 나뉩니다. 오일 욕조에서 작동하면 습식 클러치, 오일 없이 작동하면 건식 클러치입니다. 습식 클러치는 자동 변속기와 연계해 흔히 사용됩니다.

유압 클러치(Hydraulic clutch)

유압 클러치 작동 원리는 진공 클러치와 같습니다. 차이점은 유압 클러치는 오일 압력으로, 진공 클러치는 진공으로 작동한다는 점입니다. 주요 부품: 어큐뮬레이터, 제어 밸브, 펌프, 피스톤 실린더, 리저버.

유압 클러치 작동 시 오일 리저버에서 펌프로 어큐뮬레이터로 오일 공급. 펌프는 엔진과 함께 작동하고 어큐뮬레이터는 제어 밸브를 통해 실린더와 연결. 제어 밸브는 기어 레버 장착 스위치로 작동. 피스톤은 링키지 메커니즘으로 클러치와 연결.

참고: 유압 프레스에 대해 알아야 할 모든 것

운전자가 기어 변속을 위해 기어 레버를 잡으면 스위치가 제어 밸브를 열어 압력 오일이 실린더로 들어갑니다. 오일 압력이 피스톤을 앞뒤로 움직여 클러치를 분리시킵니다.

운전자가 기어 레버를 놓으면 스위치가 열려 제어 밸브가 닫히고 클러치가 결합됩니다.

원심 클러치(Centrifugal Clutch)

다른 클러치가 스프링 힘을 이용하는 것과 달리 원심력을 이용해 클러치를 결합합니다. 엔진 속도에 따라 자동 작동해 클러치 페달이 필요 없습니다.

장점: 운전자가 어떤 기어에서든 엔진 스톨 없이 정차 가능. 가속 페달만 밟으면 어떤 기어에서든 쉽게 출발 가능.

원심 클러치 작동은 B에 피벗된 무게추 A로 구성됩니다. 엔진 속도 증가 시 원심력으로 무게추가 날아갑니다. 원심력이 벨 크랭크 레버를 작동시켜 판 C를 누릅니다. 판 C 움직임이 스프링 E를 강하게 눌러 클러치 판 D를 플라이휠에 스프링 G를 눌러 밀착시킵니다. 이로써 클러치 결합.

스프링 G는 저속(약 500rpm)에서 클러치 분리를 돕고, 스톱 H가 무게추 이동을 제한합니다.

참고: 수동 및 자동 변속기 시스템 작동 원리

반원심 클러치(Semi-centrifugal Clutch)

원심력과 스프링 힘을 함께 사용해 결합 상태 유지. 레버, 클러치 스프링, 압력판, 마찰 라이닝, 플라이휠, 클러치 판으로 구성. 레버와 스프링이 압력판에 균등 배열. 스프링은 정상 엔진 속도에서 토크 전달, 원심력은 고속에서 토크 전달 보조.

정상 엔진 속도에서 동력 전달이 낮으면 스프링이 클러치 결합 유지. 가중 레버는 압력판에 압력 가하지 않음. 고속에서 동력 전달이 높으면 무게추가 날아가 레버가 압력판에 압력 가해 클러치 단단 결합. 이 클러치 스프링은 덜 단단한 스프링으로 운전자 조작 부담 감소.

원뿔 클러치(Cone Clutch)

마찰면이 원뿔 모양으로 두 면이 토크 전달. 엔진축에 암원뿔(Female cone)과 수원뿔(Male cone) 존재. 수원뿔은 스플라인 클러치축에 장착돼 슬라이드. 원뿔 부분에 마찰면.

클러치 결합 시 스프링 힘으로 수원뿔 마찰면이 암원뿔과 접촉. 클러치 페달 밟으면 수원뿔이 스프링 힘 반대 방향으로 슬라이드해 클러치 분리.

장점: 마찰면에 작용하는 수직력이 축방향 힘보다 큼. 단점: 수원뿔이 암원뿔과 결합돼 분리 어려움. 약간 마모돼도 수원뿔 축방향 움직임 영향받아 결합 어려움.

참고: 자동차 클러치에 대해 알아야 할 모든 것

다이어프램 클러치(Diaphragm Clutch)

원뿔 스프링인 다이어프램이 압력판에 압력 가해 클러치 결합. 스프링은 크라운 또는 핑거 타입으로 압력판에 부착.

엔진 동력이 크랭크축에서 플라이휠(마찰 라이닝 포함)로 전달. 압력판은 클러치 판 뒤에 위치해 압력 가함.

작동 시 다이어프램(원뿔 스프링)이 눌리면 외부 베어링이 플라이휠 쪽으로 이동. 플라이휠이 다이어프램 스프링 누르면 압력판이 뒤로 밀려 판 압력 제한돼 클러치 분리. 클러치 페달 놓으면 압력판과 다이어프램 스프링이 원위치로 돌아와 클러치 결합.

장점: 릴리스 레버 불필요(스프링이 역할 대체). 클러치 분리 유지 시 무거운 페달 압력 불필요. 페달 밟아 분리할 때 코일 스프링 압력이 더 증가하는 구조.

전자기 클러치(Electromagnetic Clutch)

전기적으로 작동하지만 동력 전달은 기계적. 기계적 링키지 없이 제어돼 빠르고 부드러운 작동. 리모컨으로 원거리 조작 가능.

배터리에서 전기 공급. 클러치 플라이휠에 권선 코일. 전류 통과 시 전자기장 발생해 압력판 결합. 전원 차단 시 분리.

전자기 클러치에는 기어 레버에 클러치 릴리스 스위치 있어 기어 변속 시 운전자 조작 가능. 이 스위치는 권선 전류 차단으로 분리 유발.

도그 앤 스플라인 클러치(Dog and Spline Clutch)

기어와 축 연결 또는 축 간 잠금용. 주요 부품: 외부 치아 가진 도그 클러치, 내부 치아 가진 슬라이딩 슬리브. 두 축은 같은 속도로 회전하며 슬립 없음. 두 축 연결 시 결합, 슬라이딩 슬리브가 스플라인축 뒤로 물러나 구동축과 접촉 없으면 분리. 수동 변속기 차량에 주로 사용돼 다른 기어 잠금에 도움.

참고: 수동 변속기 시스템에 대해 알아야 할 것들

진공 클러치(Vacuum Clutch)

엔진 매니폴드 기존 진공 이용. 리저버, 논리턴 밸브, 피스톤 진공 실린더, 솔레노이드 밸브로 구성. 리저버가 논리턴 밸브 통해 흡기 매니폴드와 연결. 진공 실린더가 솔레노이드 밸브 통해 리저버와 연결. 솔레노이드 배터리 전원 공급. 회로에 기어 레버 부착 스위치. 운전자 기어 변속 위해 기어 레버 잡으면 스위치 작동.

솔레노이드 활성화돼 밸브 당겨 진공 실린더 한 쪽과 리저버 연결. 진공과 리저버 사이 통로 열림. 압력 차이로 진공 실린더 피스톤 앞뒤 이동. 피스톤 움직임 링키지로 클러치 전달돼 분리. 기어 레버 조작 안 하면 스위치 열려 스프링 힘으로 클러치 결합 유지.

프리휠 유닛(Freewheel unit)

스프링 클러치, 원웨이 클러치, 오버러닝 클러치라고도 함. 자전거 변속기처럼 한 방향으로만 동력 전달. 기어박스 뒤에 위치. 메인 샤프트가 플래니터리 기어 오버드라이브 시 메인 샤프트에서 출력축으로 동력 전달해 출력축 구동. 허브와 아우터 레이스 포함. 허브에 내부 스플라인으로 변속기 메인 샤프트 연결. 허브 외부 표면에 12개 캠으로 12개 롤러를 케이지에 넣어 아우터 레이스와 사이에 유지. 아우터 레이스는 오버드라이브 외부축에 스플라인 결합.

이상으로 "다양한 클러치 종류와 작동 원리"를 다뤘습니다. 지식을 얻으셨다면 댓글, 공유, 추천 부탁드립니다. 감사합니다!