듀얼 클러치 변속기

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1 개요

자동화 수동변속기의 하위 개념. 자동화된 수동변속기에 클러치와 구동축이 2개가 되도록 설계한 장치이다.

클러치의 구조에 따라 건식과 습식으로 구분된다. 건식은 오일을 적게 쓰고, 공기의 흐름만으로 클러치를 냉각시키기 때문에 냉각 효율과 내구성이 상대적으로 떨어진다. 게다가 건식은 미션 자체에서 허용하는 토크가 낮다. 대신 건식이 습식보다 구조는 더 단순하고 사이즈가 작아 단가도 낮은 편이며 효율성이 뛰어나다고 한다. 반대로 습식은 오일을 이용하기 때문에 냉각 성능이 훨씬 뛰어나고 토크 허용치가 높아 주로 고성능 차량에 많이 들어가지만, 건식에 비해 사이즈가 더 크고 무겁다. 습식과 건식의 장단점은 서로 대칭되어 있다.

2 상세

파일:Attachment/듀얼 클러치 변속기/info.jpg

위의 그림을 보면 연두색 축과 빨간색 축이 있는데 빨간색 축은 연두색 축 내부에 있다. 이렇게 하나의 축을 다른 축 안에 삽입하는 기술이 DCT의 핵심이다. 각 축에는 클러치가 달려 있다. 위의 그림에서 보듯이 연두색 축과 빨간색 축의 왼쪽 끝단에 클러치가 하나씩 달려 있는 것을 볼 수 있다. 클러치가 두 개 달려 있어서 이름이 듀얼 클러치(dual clutch)다. 이 두 개의 클러치를 엔진축과 연결된 케이스가 감싸고 있다. 하나의 클러치가 이 케이스와 연결되면 해당 클러치와 연결된 축으로 동력이 전달된다. 예를 들어 빨간색 축에 연결된 클러치가 케이스와 이어지면 빨간색 축으로 동력이 전달된다. 위의 동영상을 꼼꼼히 살펴 보시라.

변속기 내부에 1,3,5단(+7단)이 빨간색 축에 달렸고, 반대쪽 2,4,6단이 연두색 축에 달렸다. 만약 1,3,5단으로 변속하고 싶으면 빨간색 축에 붙어 있는 클러치가 케이스에 붙으면 되고 2,4,6단으로 변속하고 싶으면 연두색 축에 붙어 있는 클러치가 케이스에 붙으면 된다. 그리고 각각의 기어에 맞물려 돌아가는 샤프트가 있고, 이 샤프트에 각각 클러치가 연결을 대기한다. 두 개의 클러치는 따로 존재하지만, 하나의 샤프트로 합쳐서 결국엔 드라이브 샤프트로 동력을 전달하게 된다.

동력축이 1,3,5 단용(빨간색 축)과 2,4,6 단용(연두색 축)이 따로 있다는 이야기. 더 간단히 말하면 하나의 변속기처럼 보이지만 실제로는 2개의 변속기(각각 빨간색 축과 연두색 축을 가지는 수동 변속기)가 있다.[1][2]

이것이 각각 교대로 연결되며 기능을 하게 된다. 차가 정지 상태일 때는 1단 기어에 연결된 빨간색 클러치가 준비하고 있고, 액셀 패달을 밟으면 1단 기어에 연결된 빨간색 축에 붙은 클러치가 케이스에 이어져 동력을 전달한다. 이때 2,4,6단 기어 쪽의 2단 기어가 맞물려 있지만 연두색 축에 붙은 클러치는 케이스에 연결되지 않은 채 대기하게 된다.

이때 (운전자에 의해서이든, 자동화 장치에 의해서이든) 쉬프트업을 하게되면 1단 기어에 연결된 빨간색 축의 클러치가 케이스에서 떨어짐과 동시에 2단 기어에 붙은 연두색 클러치가 케이스에 이어진다. 이때 1단 기어는 여전히 1단에 기어가 맞물린 상태이며 쉬프트 다운을 하면 반대로 연두색 축과 연결된 클러치가 떨어지고 빨간색 축과 연결된 클러치가 케이스에 이어져서 바로 1단에 들어가게 된다.

2단 상태에서 가속을 하면 3단 기어비와 겹치는 구간에 들어가게 되고, 그 직전에 1,3,5단 측에서 3단으로 변속이 끝난 상태로 대기한다. 이때 쉬프트업을 하게 되면 3단 기어에 연결된 빨간색 축의 클러치가 케이스에 연결된다. 운전자가 강제로 다운쉬프트를 하려 해도 1단 기어비를 벗어나 있어서 작동하지 않는다.

3단 기어가 준비 중이라도, 감속을 하여 3단 기어비 영역을 벗어나게 되면 빨간색 축의 클러치는 그대로 케이스에 이어진 채 즉시 1단기어로 변속이 된 상태로 대기가 된다. 이때 다운쉬프트를 하면 2단 클러치가 연결 해제됨과 동시에 1단 기어쪽 클러치가 붙는다.

구조는 간단한데 설명이 더 어렵다. 그리고, 그놈의 급발진에서도 자유롭지 못한 지에 대한 여부도 추가 바람(...)

3 장점

이렇듯 2개의 변속기가 번갈아 움직임으로써 얻을 수 있는 이점은 어느 쪽 클러치던 간에 거의 항상 엔진과 연결된 상태가 유지된다는 점이다. 즉 동력 손실을 줄일 수 있다. 그리고 DCT는 기계적으로는 수동변속기에 더 가깝다. 유체 커플링(토크컨버터)를 사용하는 자동변속기보다는 기어끼리 직접 맞물리는 수동변속기가 연비가 좋기 때문에 DCT도 당연히 연비가 좋다.

또한 DCT는 기어 변속이 변속의 지시 이전에 여유롭게 이루어질 수 있다. 클러치 미트도 한쪽에서 떨어지는 동시에 반대쪽이 붙으면 될 뿐, 클러치 동작 자체가 미친 듯이 빠를 필요가 없다. 애초에 따로 따로 움직이니 실제로는 연결되어 가는 기어가 먼저 움직이지만 붙어있는 기어가 미세하게 먼저 떨어지는 것이다. 즉, 기어가 1단에서 2단으로 올라갈 때 기어는 이미 2단을 준비중이고 클러치 이동만으로 변속되기 때문에 변속이 빠르고 부드럽다.

4 단점

아무래도 클러치가 한 개 더 들어가고 구동용 액츄에이터 등도 추가되어야 하기 때문에 기계적으로 단순한 기존 수동변속기보다는 내구성이 떨어진다.[3] 즉 동일한 엔진의 출력을 DCT로 감당하려면 수동변속기의 클러치보다 단순계산으로 2배의 용량을 감당해야 한다. 구동축 역시 2중계통으로 복잡해지며 각각의 축을 보다 더 굵게 만들어야 한다. 종동축 역시 2개로 늘어나지만 각 축마다 매칭되는 기어 숫자는 종동축별로 나눠가지게 되므로 기어 숫자는 늘어나지 않는다. 즉 전반적으로 복잡해지면서 중량 증가가 일어날만한 요인은 있으나 항간에 알려진 것 처럼 수동변속기에 비해 2배로 커지거나 무거워지거나 하지는 않는다.

그리고 구조가 복잡하니만큼 비싸다. 수입차라면 설상가상. 한 번 고장났다 하면 천만원 이상의 수리비는 각오해야 한다. 보증기간이 끝난 중고 독일차를 싸게 산 사람들이 여기에 제일 많이 데인다. 이건 비단 한국에서만 욕먹는게 아니라, 세계적으로 DSG 차량들을 기피하는 요인이 됐다. 가장 피를 많이 보는게 독일 대중차 브랜드인 폭스바겐.[4]

5 적용 차종

현재 상용화된 듀얼 클러치 변속기는 다음과 같다. 폭스바겐의 DSG와 포르쉐의 PDK가 유명하다. 많은 회사들이 대중적으로 적용하는 추세다.

  • BMW M DCT: M Double Clutch Transmission
  • 포드 PowerShift
  • 마세라티 DuoSelect
  • 메르세데스-벤츠 SPEEDSHIFT
  • 미쓰비시 TC-SST: Twin Clutch Sport Shift Transmission
  • 폭스바겐 DSG: Direct Shift Gearbox[5] 미국의 파워트레인 제작사인 보그워너(BorgWarner)와 합작하여 만든다.[6]
  • 혼다 DCT : 2륜차 모델 중 VFR, NC700 계열, CTX 등이 있다. 대한민국에서는 모터사이클 모델인 NC700D 인테그라만 있다. 최근 AfricaTwin DCT모델이 대한민국에 정식수입됨.
자동차에도 7단 DCT인 i-DSD(Honda SPORT HYBRID Intelligent Dual Clutch Drive)를 개발하여 피트 하이브리드, 베젤 하이브리드(수출명 HR-V)를 시작으로 프리드, 오딧세이로 점차 확대중. 연비향상을 위한 하이브리드 전용 미션인데 직분사에 VTEC기술까지 아낌없이 들어간 엔진독분에 스포츠 모드시 미친듯한 가속력을 보여준다
  • 현대자동차 DCT(Double Clutch Transmission): 6단 변속기는 현대위아에서, 7단 변속기는 현대다이모스에서 생산하며 둘 다 건식이다. 건식 6단은 벨로스터 1.6리터 GDi 자연흡기 모델에만 장착된다. 2015년부터 현대자동차에서 적극적으로 밀고 있는 건식 7단은 엑센트 1.6 디젤, 벨로스터 1.6 터보, 아반떼 AD 1.6 터보(아반떼 스포츠)/1.6 디젤, LF 쏘나타 1.6 터보/1.7 디젤, i40 1.7 디젤, i30 1.6 디젤, 투싼 1.7 디젤, 카렌스 1.7 디젤(2015년 6월부터), 4세대 스포티지 1.7 디젤, 2세대 K5 1.6 터보/1.7 디젤에 달리며 앞으로 적용 차량을 늘려나갈 계획이다. 아이오닉 1.6 가솔린 하이브리드에는 현대자동차에서 하이브리드 전용으로 설계했다는 6단 DCT가 적용되었다.[7][8] 현대 7단 DCT의 경우 1~3단의 저단 영역에서 변속시 충격이 상당히 큰 반면, 기존의 토크컨버터방식 변속기에 비해 차이가 없거나 오히려 더 부드럽게 느끼는 사람도 있다.
  • 기아자동차 DCT(Double Clutch Transmission) : K5, K3, 프라이드, 니로 등. 특징은 현대자동차와 동일하다.
  • 르노삼성자동차 게트락 DCT : SM5 D, SM5 TCE, QM3(이상 6단), SM6(가솔린 7단, 디젤 6단)에 적용하고 있다. QM3의 6단 DCT는 토크컨버터 방식에 비해 변속충격이 많이 느껴지는 편이다.
  • 볼보 I-Shift Dual Clutch : 듀얼 클러치 변속기를 트럭에 최초로 적용한 케이스다. 신형 FH에 탑재되어 판매되고 있다.

6 여담

상기했듯 내구성이 다소 떨어지기 때문에 서킷 레이싱 같은 극한 상황에서 과열로 뻗는 DCT도 많다. 폭스바겐 골프나 랜서 에볼루션 등이 주요 사례. 그래서 레이싱카의 경우 보다 간단하게 그냥 클러치 1개짜리 자동화 수동변속기를 사용하며, 클러치와 기어 작동 속도 자체를 높이는 개량을 한다. 물론 이 방법은 변속 충격과 클러치 미트의 충격을 제어하기 어렵다는 단점이 있지만, 레이싱카는 닥치고 속도와 안정성일 뿐 승차감은 논외이므로 큰 문제가 되지 않는다.

그리고 DCT가 "수동변속기의 변종"으로 홍보되는 일이 많아 2종 자동 면허로 DCT 차량을 운전해도 되는 건지 헷갈려하는 사람이 간혹 있다. 정답은 "문제 없다"이다. 자동/수동의 구분 기준은 클러치 페달의 유무에 따라 갈린다. 즉, 변속 과정에 운전자의 개입이 필수냐 아니냐만을 따질 뿐, 기계적 구조와는 무관하다는 뜻.[9]한마디로 공돌이의 기준 말고 김여사님 기준으로 자동변속기면 OK. 어차피 일반인들 눈에는 PRND로 기어가 박혀있으면 무조건 자동이다.
  1. ↑ 정확히 말하면 2개의 변속기라기 보단, 일반적인 2축 수동변속기에서 짝수단과 홀수단을 분리한 3축식 수동변속기에 각 축마다 클러치의 지름을 다르게 하여 장착되어 있다.
  2. ↑ 3축식 수동변속기는 보그워너와 아우디가 개발하여 아우디 TT에 최초로 사용되었다.
  3. ↑ 하지만 근래에는 웬만한 양산형 차량이면 다 이쪽이 쓰이는 경우가 많다. 예로 부가티 베이론의 1,001마력, 베이론 슈퍼스포트의 1,200마력과 매치되는 변속기는 듀얼 클러치 변속기다.
  4. ↑ 최초로 양산차에 적용시킨 회사이기도 하고, 그룹내에서 5/6/7에 건식/습식, 2WD/4WD, FF/FR/MR/RR 등등 온갖 바리에이션이 존재하는지라 논란도 가장 많을수밖에 없긴 하다. 폭스바겐은 한국에서도 건식 7단 미션의 리콜을 한 적이 있다. 사유는 합성유의 흡습성으로 인해 수분이 발생, 쇼트(...)로 인해 오작동하며 리콜 방법은 미션오일을 광유로 교환하는 것이었다. 오일 규격은 왜 만든 거냐
  5. ↑ 아우디 S-트로닉, 포르쉐 PDK: Porsche Doppel(2중의)-kupplungs(클러치)-getriebe(변속기), 람보르기니 E-기어랑 부가티, 벤틀리, 스코다, 세아트도 포함.
  6. ↑ 보그워너는 체어맨 W의 AWD 시스템을 공급하는 회사다.
  7. ↑ 알려진 바에 의하면 벨로스터 GDi 자연흡기와 아이오닉에 들어간 6단은 LuK, 7단은 Valeo 사의 시스템을 이용한다고 한다.
  8. ↑ DCT 개발자와의 인터뷰에 의하면 아예 처음부터 동사의 U2 1.7 디젤 엔진의 최대토크인 34.7kmf.m에 맞춰 미션을 설계한 덕에, 건식임에도 불구하고 허용토크가 상대적으로 높아지게 되었다.
  9. ↑ 그래서 AMT도 국내에서는 자동변속기로 갈린다.