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차와 자동차 회사/자동차 기술

[자동차] 고성능차량에 사용되는 도그 클러치란


수동 변속기의 도그 클러치와 싱크로나이져 클러치



도그 클러치란 단어. 혹시 들어 보셨나요



도그 클러치는 수동 변속기에 사용되는 클러치의 한 종류로, 기술적인 측면만 본다면 초기 자동차에 등장했던 꽤나 오래된 테크놀러지 입니다



근래에 나온 자동차들은 싱크로메쉬 (클러치)라는 기구를 사용하고 있지요.



출처 : www.gopixpic.com




어래? 예전에 나온 기술이라면서 고사양, 튜닝차량에 사용된다고요



우선 ‘클러치란 기구에 대해 좀 살펴보지요.

 


클러치는 동력을 끊었다 연결했다 하는 장치입니다. 동그란 마찰판 두 개로 구성되며, 닿으면 엔 크랭크 샤프트 회전을 출력축 쪽으로 전달 해 주게 됩니다. 



출처 : world.honda.com




 스키장의 리프트를 예로 들어 볼까요



출처 : www.pura-aventura.com




리프트는 멈춰 있는 사람을 움직이는 벨트에 올려놓기 위해 '의자' 라는 동력전달 매개체를 사용합니다



0이었던 사람의 속도가, 사람이 의자에 앉는 행동으로 인해, 리프트 벨트의 속도와 같아지면서 이동이 시작됩니다.



리프트의 동력이 사람에게 전달되는 과정이며, 


사람을 '자동차 바퀴', 


벨트를 '자동차 엔진'이라고 하면, 


의자가 바로 '클러치'가 되는 셈이지요.



출처 : www.dualski.com





정상에 도착하면 마찬가지 일이 일어납니다.



사람이 의자에서 일어나면, 리프트는 더이상 사람을 밀어내지 않고 떨어져 나가 홀로 내려갑니다.



사람과 의자가 분리되면, 즉 클러치가 단락되면, 리프트의 동력이 사람으로 전달되지 않고 차단됩니다.




출처 : www.skimarmot.com





그런데, 리프트의 속도는 자동차와 비해서 많이 느린 편입니다.



리프트의 속도를 높이면, 탑승장에 대기 중인 사람이 의자에 걸려 넘어질 수 있기 때문인데요.



리프트의 속도가 빠르면서도, 사람을 안전하게 탑승시키는 방법은 없을까요?



출처 : ekstrabladet.dk



 

 왜 없겠습니까. ㅋ 당연히 있지요. 바로 완충장치를 장착하는 겁니다.




출처 : en.wikipedia.org




6-8인승 고속 리프트라고 해서, 탑승장 바닥의 매트가 움직이는 리프트가 있었던 것을 기억 하실 겁니다



리프트의 빠른 속도를 맞추기 위해, 사람을 움직이는 벨트 위에 올려 놓아, 리프트의 빠른 속도와 '동기화'를 시키는 장치입니다.



리프트와 사람의 상대속도차가 적어지므로, 보다 손쉽게 리프트에 탈 수 있게 되지요.



출처 : www.skiresort.info




이게 바로 싱크로메쉬의 원리입니다.



자동차의 속도가 점점 빨라지면서 수동 변속기의 조작도 점점 어려웠는데



기어간의 속도를 맞추는 '싱크로메쉬'란 녀석이 개발 되면서, 보다 손쉽게 변속이 가능해 졌던 거지요.



출처 : forums.pelicanparts.com

 




싱크로메쉬의 메커니즘을 보면 다음과 같습니다.




빠르게 돌고 있는 엔진쪽 기어,


그리고 느리게 돌고 있는 자동차쪽 기어,


두 기어의 속도차를 맞추기 위해 싱크로나이져라는 녀석이 달립니다.


운전자가 변속을 하는 순간, 


싱크로나이저의 링이 변속할 기어쪽에 미리 접근해서 붙게 됩니다


기어에 붙은 싱크로링이 마찰로 인해 돌게 됩니다.


상대속도가 0이 되는 순간 엔진축 싱크로링 - 출력축 기어가 연결됩니다.


변속이 완료됩니다.





속도차가 크니 리프트 탑승장의 벨트갖은 속도 완충재가 달려있는 구조입니다.


세 기구는 삼각형 모양의 이빨을 가지고 있어 쉽게 맞물릴 수 있게 되어 있지요.


백문이 불여일견. 아래 동영상을 보면 쉽게 이해가 가실 겁니다.






싱크로타입이 확실히 편하지요? 하지만 여기도 등가교환의 법칙이 적용됩니다


편리함을 추구하면 반드시 잃는 것이 있습니다


바로 동력손실입니다




싱크로링이 마찰로 회전 되므로, 


엔진 내는 100의 힘이 싱크로링에서 5정도 까먹고, 


변속기에 95만큼만 전달됩니다.





(중간 유통과정이 길어지면 가격이 비싸지는 한우를 생각해 보세요 쩝쩝)



 


반면 도그 클러치는 싱크로메쉬라는게 아얘 없습니다.


그냥 밖으로 불룩 튀어나와 있는 '도그 기어가, 


변속될 기어쪽에 파고 들어가 '순간적'으로 회전을 동기화 시킵니다. 


드드드득 하다가 어느순간 쑥 하고 맞아 들어가는 구조이지요.





이것도 백문이 불여일견, 아래 그림을 보시면 쉽게 이해가 가실겁니다. 


마치 개의 이빨처럼 생겼다고 해서 '도그클러치' 라는 이름이 붙었습니다.





anasalam.blogspot.com



www.mazdas247.com




초당 70 바퀴 돌고 있는 기어와, 


초당 140 바퀴 돌고 있는 기어를 


'싱크로나이저' 없이 갑자기 서로 연결 시킨다고 생각해 보세요;;;





당연히 변속시 충격이 크고 변속이 잘 되지 않는 불편함이 있습니다만...




이건 다시 말하면, 운전자가 세밀하게 변속만 잘 해주면, 


5만큼의 동력손실 없이 엔진의 힘을 고스란히 이용할 수 있는 소리도 됩니다.




상당히 오래된 기술임에도 불구하고, 


도그클러치가 고성능 레이스카에 자주 사용되는 이유가 바로 여기에 있는 것이죠.



출처 : thekentuckyaccidentattorney.com



 

심지어 최첨단 자동차 기술이 사용되는 F1에서도, 도그클러치 방식의 변속기가 사용되고 있습니다.



‘F1의 변속기는 수동인가요 자동인가요라는 포스팅에서 잠깐 언급한 적이 있습니다만, 



F1의 경우 최적의 rpm을 찾아 변속을 해주는, 전자제어 방식의 도크클러치를 사용 하거든요. (관련 포스팅





이크 두서없이 너무 주절주절 늘어 놓은 것 같아요.


그래도 마무리는 깔끔히 정리해야줘. 


오늘의 세 줄 결론을 내려 본다면,



도그 클러치는 고속으로 회전하는 두 기어를 끼워 맞춤(?) 해 주는 치합 방식임.


자동차가 탄생했을 무렵부터 존재한 오래된 기술로, 


변속이 까다롭지만, 동력손실이 없다는 장점 때문에 모터스포츠에서 많이 사용 중임.


 



(다른 포스팅을 보려면 클릭하세요)



  • 막둥씨 2015.02.12 18:37 신고

    클러치도 종류가 있었군요.ㅋ 흥미롭게 보고 갑니다~

  • H 2018.10.25 01:21

    싱크로나이저 링과 단기어에 접합되있는 싱크로나이저 콘에 의한 마찰 동력손실은 실렉터 슬리브가 싱크로나이저 콘의 톱니에 들어가기 전까지만 손실되는 거 아닌가요? 슬리브가 싱크론 허브하고 단기어에 연결되면 더 이상 마찰에 의한 회전이 아닌 접합되어 회전되는거 아닌가요?