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[자동차 이야기(23)] 듀얼클러치 변속기

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[자동차 이야기(23)] 듀얼클러치 변속기

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우리가 타고 다니는 자동차는, 주행을 시작할 때에는 낮은 회전속도이지만 강한 회전력(엄밀히는 토크)을 필요로 하며, 속도가 빨라짐에 따라 토크보다는 높은 회전속도를 필요로 하게 된다. 엔진의 회전을 일정하게 유지하면서도 기어(gear)나 벨트 등을 사용하여 적절히 자동차의 속도를 조절해주는 역할을 하는 것이 변속기(트랜스미션)이다. 변속기의 종류와 최근 많은 차종에 적용되고 있는 듀얼클러차 변속기에 대하여 알아보기로 하겠다.

◇ 자동차에 적용되는 있는 변속기에는 어떤 것이 있을까 ?

변속기는 자동차의 주행상태에 따라 엔진의 회전을 적절하게 감소시켜 저속에서 토크를 크게 하거나, 고속 회전으로 바꾸어 속도를 증가시키는 동시에 차량을 후진시키는 데 사용된다. 현재 자동차에 적용되는 변속기의 종류에는 수동변속기, 자동변속기, 무단변속기(CVT), 더블클러치 변속기(DCT) 등이 있다. 현재 변속기로 가장 많이 적용되고 있는 자동변속기는, D레인지를 선택하게 되면 기어 변속이 필요 없어 운전조작이 쉬우며, 초기 구동력이 크고, 가속 및 감속 때의 충격이 적다. 그러나 구조가 복잡하고 가격이 고가이며, 연료소비율이 수동변속기에 비교하여 10% 정도 증가하는 단점과 급발진의 위험이 있다.

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변속기의 종류. 그림=현대자동차

◇ 듀얼클러치 변속기란 무엇인가 ?

듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)는 이름과 같이 클러치가 2개인 수동변속기이다. 겉모습은 자동변속기처럼 보이지만 2개의 수동변속기가 있는 구조이다. 수동변속기에 기반을 두고 있지만 변속기 기어의 변속과 클러치 조작을 변속기 제어유닛(Transmission Control Unit, TCU)이 제어함으로서 자동변속기와 같이, 자동적으로 기어 변속이 가능하도록 한 반자동(semi-automatic) 변속기라고 할 수 있다. 수동변속기와 자동변속기의 장점만을 조합한 자동화된 수동변속기이다.

듀얼클러치 변속기는 자동변속기와 달리 엔진의 동력이 손실되지 않고 구동되기 때문에 주행성능이나 연비가 수동변속기와 같은 수준이며, 강력한 환경 규제에 대응할 수 있고 성능과 편의성을 모두 제공하고 있기 때문에 최근에는 그 사용이 급격하게 늘어나고 있다.

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더블클러치 변속기. 그림=현대트랜시스

듀얼 클러치 변속기는 홀수단과 짝수단 축이 별도로 존재하며 이에 맞는 2개의 클러치가 장착되어 있으므로 예를 들어 1단에서 2단으로 변속되는 경우에 클러치 페달로 동력이 끊어지는 과정이 생략되고 홀수단에 연결되어 있던 동력이 짝수단으로 바로 넘어간다. 폭스바겐의 DSG(Direct Shift Gearbox)의 경우 변속타이밍이 0.04초에 불과하여 매끄럽고 빠른 주행이 가능하다고 알려져 있다.
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더블클러치 외관(ZF)


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더블클러치의 상세 구조. 그림=현대자동차

◇ 듀얼클러치 변속기의 시작은 ?

독일의 폭스바겐이 2003년 골프 4세대 R32 모델에 듀얼클러치 변속기(DCT) 적용을 시작했다. 당시에는 국제 석유파동 이후 연비 강화를 위하여 변속기의 다단화 경쟁을 하고 있던 상황이었고, 레이싱카에 종종 장착되었던 듀얼클러치 변속기를 대량생산 차량에 첫 적용하여 본격적인 시장이 열리게 되었던 것이다.

듀얼클러치의 종류에는 건식과 습식이 있으며, 건식의 경우에는 클러치에 오일이 없는 건조한 상태에서 동작하며 습식의 경우에는 클러치에 오일이 젖은 상태에서 동작한다는 차이점이 있다. 건식 듀얼클러치 변속기는 클러치가 직접 마찰이 이루어지고 공기로만 냉각시켜야 하므로 과열될 가능성이 높고 이 때문에 고출력 자동차에 적용하기에 무리가 있다. 반면에 습식 듀얼클러치 변속기는, 변속기 내부에 충전된 변속기 오일의 압력으로 동작하므로 오일의 냉각관리를 잘 해주면 고출력의 자동차에 적용하는 데에 강점이 있으나 유압을 유지하는 데 엔진의 동력손실이 발생한다는 단점이 있다.

◇ 듀얼클러치 변속기는 어떻게 구성되는가 ? (6단 변속기 기준)

더블클러치 변속기는 우수한 변속감과 높은 편의성을 지닌 자동변속기에 높은 연비와 스포티한 운전이 가능한 수동변속기의 장점을 결합한 차세대 변속기이다. 더블클러치 변속기는 2개의 건식클러치가 있는 변속기로 1/3/5속용 클러치 1개, 2/4/6/R단용 클러치 1개로 구성되어 주행단 클러치가 떨어질 때 반대쪽 클러치를 붙여 변속시간을 획기적으로 줄인 변속기이다.

더블클러치 변속기는 변속레버 및 케이블이 자동변속기와 동일하며, 수동변속기에 필요한 클러치 페달과 컨트롤 부품이 없다.

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더블클러치 변속기의 클러치 시스템. 그림=현대자동차


◇ 듀얼클러치 변속기는 어떻게 작동되는가 ?

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변속기의 종류. 그림=현대자동차

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더블클러치 변속기 내부 구조. 그림=현대자동차

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한상욱 신한대 교수



한상욱 신한대 기계자동차융합공학과 교수