1. 클러치(clutch)

클러치는 엔진의 플라이휠과 변속기 사이에 설치되어 엔진의 동력을 필요에 따라 단속하는 일을 하는 장치로 엔진을 시동할 때나 기어 변속을 할 때에는 엔진과의 연결을 신속히 차단하고, 출발할 때에는 엔진의 동력을 서서히 연결하는 일을 한다. 조작은 운전석에서 페달을 사용하며 클러치는 여러 종류가 있으나 일반적으로 자동차에는 구조가 간단하고 점검과 정비가 편리한 단판식 마찰 클러치가 많고, 클러치는 클러치 본체와 조작 기구로 구성된다. 클러치 본체는 직접 동력을 단속하는 부분으로 클러치판, 압력판, 클러치 스프링, 클러치 커버, 릴리스 레버 등으로 구성되며 클러치는 동력을 전달하는 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.

클러치 종류

1.1. 클러치의 필요성

① 기관을 시동할 때 무부하 상태로 한다.

② 변속기의 기어를 변속할 때 기관의 동력을 일시 차단한다.

③ 관성운전을 하기 위함이다.

1.2. 클러치의 구비조건

① 회전관성이 적어야 한다.

② 동력을 전달할 때에는 미끄럼을 일으키면서 서서히 전달되고, 전달된 후에는 미끄러지지 않아야 한다.

③ 회전부분의 평형이 좋아야 한다.

④ 냉각이 잘 되어 과열하지 않아야 한다.

⑤ 구조가 간단하고, 다루기 쉬우며 고장이 적어야 한다.

⑥ 단속 작용이 확실하며, 조작이 쉬워야 한다.

1.3. 클러치의 종류

(1) 코일 스프링 클러치(coil spring clutch)

클러치 본체는 직접 동력을 단속하는 부분으로 그 구조는 클러치 판, 압력판, 클러치 스프링, 릴리스 레버, 클러치 커버 등으로 되어 있다.

압력판은 클러치 스프링에 의해 플라이휠 쪽으로 작용하여 클러치판을 플라이휠에 압착시키고 클러치판은 압력판과 플라이휠 사이에서 마찰력에 의해 기관의 회전력을 변속기로 전달하는 일을 한다.

코일 스프링 클러치의 구조

(2) 다이어프램 스프링 클러치

다이어프램이 클러치 스프링의 작용과 릴리스 레버의 작용을 겸하는 방식이며, 코일스프링에 비하여 다음과 같은 특징이 있다.

① 각 부품이 원형으로 되어 있어 회전평형이 좋고 압력판에 작용하는 압력이 균일하다.

② 고속에서 원심력에 의한 스프링의 감소가 적다.

③ 클러치판이 어느 정도 마모가 되어도 압력판을 미는 힘의 변화가 적다.

④ 클러치 페달을 밟는 힘이 적게 든다.

다이어프램 스프링은 원둘레 방향으로 놓여진 피벗 링(pivot ring)에 의해 클러치 커버에 결합되어 있다. 따라서 다이어프램 스프링은 피벗 링을 지점으로 하여 스프링 둘레의 끝 부분으로 압력판을 누르고 있다. 작동은 클러치 페달을 밟으면 릴리스 베어링이 다이어프램 스프링의 플랜지 부분을 눌러 주기 때문에 피벗 링을 중심으로 스프링 둘레의 끝 부분과 결합되어 있는 압력판의 리트랙팅(retracting)스프링을 당겨서 클러치가 차단된다.

다이어프램 스프링 클러치 구조

1.4. 클러치 구성부품

(1) 클러치판(Clutch Disc or Clutch Plate)

디스크라고도 하며 압력판과 플라이휠 사이에 설치된다. 클러치판 중심의 허브는 클러치축(변속기 입력 축)의 스플라인에 끼워진다. 클러치판의 양쪽은 페이싱을 부착하여 마찰력을 증가시킨다. 또한 클러치판에는 여러 개의 코일 스프링 또는 고무 스프링 등으로 만든 토션 스프링(비틀림 코일 스프링)은 클러치판이 플라이휠에 접속될 때 회전충격을 흡수하는 일을 한다. 클러치 강철판은 파도 모양의 스프링으로 되어 있으므로 클러치를 급속히 접속시켰을 때 이 스프링이 변형되어 동력전달을 원활히 하는 쿠션 스프링(cushion spring)이 있다. 쿠션 스프링은 클러치판의 편마모, 변형, 파손 등의 방지를 위해 둔다. 라이닝은 대부분 석면을 주재료로 한 것을 사용하고 있으나 최근에는 금속제 라이닝을 사용하기도 한다. 라이닝의 마찰계수는 0.3∼0.5 정도이다. 클러치 라이닝의 구비조건은 다음과 같다.

① 마찰계수가 알맞아야 한다.

② 마멸에 견디는 성질 및 열에 견디는 성질이 커야한다.

③ 온도 변화에 따른 마찰계수 변화가 없어야 한다.

클러치판

(2) 변속기 입력축(또는 클러치 축)

변속기 입력축은 클러치판이 받은 기관의 동력을 변속기로 전달하며, 축의 스플라인 부분에 클러치판 허브의 스플라인이 끼워져 길이 방향으로 미끄럼운동을 한다. 앞 끝은 플라이 휠 중앙부분에 설치된 파일럿 베어링에 의해 지지되고, 뒤끝은 볼 베어링에 의해 변속기 케이스에 지지되어 있다.

변속기 입력축의 구조

(3) 압력판(Pressure Plate)

압력판은 다이어프램 스프링 또는 클러치 스프링의 장력으로 클러치판을 플라이휠에 압착시키는 일을 한다. 클러치판과의 접촉면은 정밀 다듬질되어 있고 뒷면에는 코일스프링 형식에서는 스프링 시트와 릴리스 레버 설치부분이 마련되어 있다. 또 압력판과 플라이휠은 항상 함께 회전하므로 동적 평형이 잘 잡혀 있어야 한다.

압력판, 릴리스 레버, 클러치 스프링

(4) 클러치 스프링(Clutch Spring)

클러치 커버와 압력판 사이에 설치되어 압력판에 압력을 가하는 스프링으로 6∼20개 정도의 코일 스프링이나 막 스프링이 사용된다. 다이어프램 스프링은 건식 단판 클러치에 주로 사용되는 것으로, 다이어프램 스프링 자신이 스프링과 릴리스 레버의 역할을 겸하고 있다. 스프링에 따라 분류하면 코일 스프링형식, 다이어프램 스프링형식, 크라운 프레서 스프링형식 등이 있다.

(5) 릴리스 레버(Release Lever)

엔진의 동력을 차단할 때에는 릴리스 베어링으로부터 힘을 전달 받아 압력판을 후퇴시킨다. 레버의 높이가 서로 다르면 자동차가 출발할 때 진동을 일으키는 원인이 된다.

(6) 클러치 커버(clutch cover)

클러치 커버는 압력판, 다이어프램 스프링(코일 스프링형식에서는 릴리스 레버, 클러치 스프링) 등이 조립되어 플라이휠에 함께 설치되는 부분이다. 그리고 코일 스프링형식에서는 릴리스 레버의 높이를 조정하는 나사가 설치되어 있다.

1.5. 클러치 조작기구

클러치 조작 기구에는 클러치페달, 페달의 조작력을 릴리스 포크로 전달하는 부분, 릴리스 포크 및 릴리스 베어링 등으로 구성되어 있고, 페달 조작력 전달방법에는 기계식과 유압식이 있다.

(1) 클러치 페달(clutch pedal)

클러치 페달은 페달의 밟는 힘을 감소시키기 위해 지렛대 원리를 이용한다. 설치방법에 따라 펜던트형(pendant type)과 플로어형(floor type)이 있다. 자유간극(또는 유격)은 클러치 페달을 밟은 후부터 릴리스 베어링이 릴리스레버(또는 다이어프램 스프링의 핑거)에 닿을 때까지 페달이 이동한 거리이며 클러치의 미끄러짐을 방지한다. 자유간극이 너무 적으면 클러치가 미끄러지며, 미끄럼으로 인하여 클러치판이 과열되어 손상된다. 자유간극이 너무 크면 클러치 차단이 불량하여 변속기 기어를 변속할 때 소음이 발생하고 기어가 손상된다. 따라서 페달의 자유간극은 기계식의 경우는 20∼30mm, 유압식은 6∼10mm 정도이고, 자유간극 조정은 기계식은 클러치 링키지에서 하고, 유압식은 푸시로드로 조정을 한다.

펜던트형 플로어형 클러치페달의 자유간극

(2) 릴리스 포크(release fork)

릴리스 포크는 릴리스 베어링 칼라에 끼워져 릴리스 실린더의 운동을 전달받아 릴리스베어링에 페달의 조작력을 전달하는 작용을 한다. 

릴리스 포크의 구조

(3) 릴리스 베어링(release bearing)

릴리스 베어링은 페달을 밟았을 때 릴리스 포크에 의하여 변속기 입력 축 길이 방향으로 이동하여 회전 중인 릴리스 레버(또는 다이어프램 스프링 핑거)를 눌러 기관의 동력을 차단하는 일을 한다. 릴리스 베어링은 스러스트 볼(thrust ball) 베어링이 내장되어 있는 케이스로 되어 있으며 베어링 칼라에 압입되어 있다.

릴리스 베어링의 종류에는 앵귤러 접속형, 볼 베어링형, 카본형 등이 있으며 대개 영구 주유방식(oilless bearing)이므로 솔벤트 등의 세척제 속에 넣고 세척해서는 안 된다.

릴리스 베어링

1.6. 클러치 조작방식

(1) 기계식의 클러치

기계식 조작 기구는 케이블을 통하여 페달의 조작력을 릴리스 레버에 전달하도록 되어 있으며, 릴리스 레버는 클러치 하우징에 한 끝을 고정하여 지렛대 작용에 의해 릴리스 베어링을 누르는 작용을 한다.

기계식                                                                     유압식

(2) 유압식 클러치

유압식 클러치 조작 기구는 유압에 의해 릴리스 레버를 밀게 되어 클러치 페달의 조작력을 가볍게 하고 마스터 실린더, 릴리스 실린더 및 연결 파이프로 구성되어 있다. 클러치 페달을 밟으면 마스터 실린더에 유압이 발생하고 이 유압은 파이프를 통해 릴리스 실린더에 압송되어 릴리스 레버를 밀게 되어 클러치의 작동이 이루어진다.

1) 유압식 클러치의 장점

① 마찰이 작아 클러치 페달 조작력이 작아도 된다.

② 클러치 조작이 신속하다.

③ 기관과 클러치 페달의 설치위치를 자유롭게 할 수 있다.

2) 유압식 클러치의 단점

① 구조가 복잡하다.

② 오일이 누출되거나 공기가 침입하면 조작이 불가능하다.

3) 마스터실린더(master cylinder)

마스터실린더의 구조는 위쪽에는 오일탱크가 있고 그 내부에 피스톤, 피스톤 컵, 리턴스프링 등이 조립되어 있다. 작동은 클러치 페달을 밟으면 푸시로드가 피스톤을 밀어 유압을 발생시켜 릴리스 실린더로 보낸다. 페달을 놓으면 피스톤은 리턴스프링 장력으로 제자리로 복귀하고, 릴리스 실린더로 보내졌던 오일이 리턴구멍을 거쳐 오일탱크로 복귀한다.

마스터실린더

4) 릴리스 실린더(release cylinder ; 슬레이브 실린더)

릴리스 실린더는 마스터 실린더에서 보내 준 유압을 피스톤과 푸시로드에 작용하여 릴리스 포크를 미는 작용을 한다. 또 릴리스 실린더에는 유압 회로 내에 침입한 공기를 배출시키기 위한 에어 블리더가 있다.

릴리스 실린더

1.7. 클러치 용량

(1) 클러치 용량

클러치 용량이란 클러치가 전달할 수 있는 회전력의 크기이며, 일반적으로 기관 회전력의 1.5∼2.5배 정도이다. 클러치 용량이 너무 크면 클러치가 기관 플라이휠에 접속될 때 기관이 정지되기 쉬우며, 반대로 너무 작으면 클러치가 미끄러져 클러치판의 라이닝 마멸이 촉진된다.

(2) 클러치가 미끄러지지 않을 조건

Tfr C

T: 클러치 스프링 장력(kgf)

f : 클러치판의 평균 반지름(m)

r : 클러치판과 압력판 사이의 마찰계수

C : 기관 회전력(kgf-m)

1.8. 클러치의 정비

(1) 클러치가 미끄러지는 원인

① 클러치 페달의 유격(자유간격)이 작다.

② 클러치 판에 오일이 묻었다.

③ 마찰 면(라이닝)이 경화되었다.

④ 클러치 판 압력판이 마멸되었다.

⑤ 클러치 스프링의 자유고가 감소되고 장력이 작다.

(2) 클러치 미끄러짐의 판별 사항

① 연료 소비량이 커진다.

② 등판 시 클러치판의 타는 냄새가 난다.

③ 클러치에서 소음이 발생한다.

④ 자동차의 증속이 잘 되지 않는다.

(3) 클러치 차단이 불량한 원인

① 클러치 페달의 유격이 크다.

② 릴리스 포크가 마모되었다.

③ 릴리스 실린더 컵이 소손 되었다.

④ 유압 장치에 공기가 혼입되었다.

(4) 클러치를 차단하고 공전 시 또는 접속 시 소음의 원인

① 릴리스 베어링이 마모되었다.

② 파일럿 베어링이 마모되었다.

③ 클러치 허브 스플라인이 마모되었다.