듀얼클러치

듀얼클러치(DCT; Dual Clutch Transmission)는 다중 속도 변속기 시스템 중의 한 가지로서, 홀수 기어 세트와 짝수 기어 세트를 대상으로 두 개의 클러치를 사용한다. 듀얼클러치 변속기라고도 한다. 디자인은 각각의 클러치가 달린 2개의 개별 수동변속기가 하나의 하우징에서 하나의 유니트에서 작동하는 구조로 되어 있다. 자동차 응용에서 DCT의 기능은 자동변속기와 같이 운전자의 변속 조작이 필요없이 자동으로 변속이 이루어지게 한다.

개요

듀얼클러치는 2개의 수동변속기가 1개의 하우징에 들어 있는 구조로 변속기 기어의 변속과 클러치 조작을 변속기 제어유닛(Transmission Control Unit, TCU)이 자동변속기와 유사하게 추진하여 자동 기어 변속이 가능한 변속기 종류이다. 수동변속기와 자동변속기의 장점이 결합되었다.

듀얼클러치는 자동변속기와 달리 엔진 동력의 손실이 없이 구동되기 때문에 주행 성능이나 연비가 수동변속기와 같은 수준이다. 듀얼클러치의 종류에는 건식과 습식이 있으며, 건식의 경우에는 클러치에 오일이 없는 건조한 상태에서 동작하며 습식의 경우에는 클러치에 오일이 젖은 상태에서 동작한다는 차이점이 있다.

2003년에 독일의 폭스바겐에서 골프 R32 모델에 양산 적용을 시작하였으며 개발 취지는 국제 석유파동 이후 변속기 경쟁 상황에 비추어 레이싱카에 탑재되던 듀얼클러치를 승용차에 도입함으로서 따라오는 연비 강화의 효과를 경쟁력으로 하자는데 있었다.

폭스바겐에 이어 2005년에 부가티, 2007년에 닛산, 2008년에 페라리, 2009년에 포르쉐 등 제조사들이 DCT를 적용하였으며 그 뒤로 혼다, 미쓰비시, 포드, 지리 등 제조사들이 DCT를 적용하였다.

듀얼클러치 제조사들로는 미국의 보그워너(BorgWarner), 독일의 게트락(Getrag)(후에 마그나(Magna)로 상호변경), 독일의 LuK, 영국의 리카르도(Ricardo), 독일의 ZF 프리드리히하펜(ZF Friedrichshafen) 등이 있다.

미국 시장연구와 관리 컨설팅업체 글로벌 마켓 인사이트(Global Market Insights)가 2021년 6월에 발표한 연구결과에 따르면 듀얼클러치 2020년 시장규모는 309.8억 달러를 돌파하였고 2021년부터 2017년 사이에 종합평균성장율(CAGR: Compound Annual Growth Rate)이 4.9%로 될거라는 전망이었다. DCT 시스템은 다른 변속 시스템 대비 신속한 변속과 낮은 동력 손실 및 탁월한 연비 성능을 갖고 있으며 기존에 경주차나 스포츠카에 제한되어 있다가 승용차로 적용 영역을 확장하고 소비자들이 나날이 자동차의 규격과 도로 성능에 관심을 가지고 있음에 따라 시장 볼륨이 늘어날 전망이다. 예상되는 2027년 듀얼클러치 시장규모는 416.8억 달러 수준이다.

역사

듀얼 클러치 변속기의 개념은 1939년에 프랑스의 군대 엔지니어 아돌프 케그레세(Adolphe Kégresse)가 발명하였다. 변속기는 시트로엥 트락숑 아방(Citroën Traction Avant)의 적용을 목적으로 개발이 추진되었으나 실용 모형(working model)이 개발 완료되기 전에 케그레세의 자금 사정으로 더 추진되지 못했다.

양산에 진입한 첫 번째 DCT는 1950년대 말기에 영국의 스미스 인더스트리앤루츠(Smiths Industries and Rootes)에서 개발한 이지드라이브 유니트(Easidrive unit)였으며 1961년에 영국의 자동차 제조사 힐맨(Hillman)에서 출시한 패밀리카 힐맨 밍크스(Hillman Minx)에 탑재되어 소개되었다. 이 DCT는 아날로그 전자 장치와 시리즈 솔레노이드(solenoid) 그리고 두 개의 전자기 클러치를 이용하여 기어변속을 실현하였다. 이지드라이브 힐맨과 싱거(Singer) 모델에서 옵션으로 소개되었으나 장치의 신뢰성 문제로 인해 대부분 전통 수동변속기로 대체되었다.

1970년대 말에 포르쉐(Porsche)는 터보차지 엔진의 기어 변속을 추진할 때 DCT가 부스트를 떨어뜨리는 현상을 방지할 수 있다는 판단에 따라 경주용으로 DCT의 개발을 시작하였다. 콤팩트한 변속기 제어용 전자 장치들이 실용화됨에 따라 포르쉐는 1983년에 그의 르망 경주차(Le Mans racing car) 모델 "포르쉐 956"에 프로토 타입으로 DCT를 탑재하였다. 1985년에 포르쉐 962 C 르망 경주차에 DCT를 탑재하고 처음으로 경기에 진출하였으며 1986년에 월드 스포츠카 챔피언십(World Sportscar Championship)에서 최우승을 따냈다. DCT변속기는 1985년에 아오디 스포츠 콰타로 S1 그룹의 B 경주차에도 탑재되었다.

DCT를 일반 승용차에 도입한 양산 모델은 2003년에 폭스바겐에서 출시한 폭스바겐 골프 R32 모델이다.

제조사

보그워너(BorgWarner)

보그워너에서 첫 번째 양산 DCT를 제조하여 폭스바겐이 2003년에 출시한 "골프 R32" 모델에 적용하였으며 후에 대량의 DCT를 생산하여 폭스바겐 브랜드에 적용시켰다. DCT를 적용한 닛산 GT-R 스포츠카에도 다양한 부품을 제공하였으며 다른 몇개 제조사들에도 변속기 풀세트와 습식 클러치 그리고 메카트로닉(mechatronic) 제어 모듈을 제공하였다.

게트락(Getrag)

게트락은 2008년부터 DCT 생산을 시작하였으며 BMW, 다치아(Dacia), 닷지(Dodge), 페라리(Ferrari)를 포함한 제조사들에 공급하였다. 게트락 7DCL750은 7속 DCT이며 고성능 엔진을 대상으로 디자인되었으며 750N.m의 토크 출력을 가지고 있다. 2009년 페라리 458, 2014년 메르세데스-AMG GT, 2017년 포드 GT와 같은 중앙부 엔진 배치 스포츠카에 적용되었다.

LuK - (섀플러 테크놀로지스 AG(Schaeffler Technologies AG & Co. KG))

LuK는 독일의 베어링 제조사로서 자동차, 항공기와 산업용 베어링을 주력 사업으로 추진한다. 2008년부터 생산한 DCT를 폭스바겐에 공급하였으며 몇 종의 낮은 토크 출력의 소형차에 적용시켰다.

리카르도(Ricardo)

리카르도는 영국의 글로벌 엔지니어링 회사이다. 7속 DCT의 디자인과 개발을 추진하여 2005년-2015년 부가티 베이론(Bugatti Veyron)에 적용시켰다. 터보차지 16 실린더 엔진에 1,250N.m의 토크 출력을 제공하였다.

ZF 프리드리히하펜(ZF Friedrichshafen)

ZF 프리드리히하펜은 독일의 변속기 시스템, 스터링, 액슬, 전장부품, ADAS 등의 자동차 부품 제조사이다. 이들은 7속 DCT를 개발하여 포르쉐에 공급하였다.

적용 사례

2003년에 폭스바겐 R32 모델에 동심원 배치 방식으로 두 개 습식 클러치를 배치한 6속 DCT(모델 코드 DQ250)를 탑재하여 소개한 뒤에 이어 6속 DCT가 몇 해 동안 폭스바겐과 아오디의 다양한 모델에 적용되었으며 2008년에 두 개의 건식 클러치를 나란히 배치한 7속 DCT(모델 코드 DQ200)가 생산되었다. 폭스바겐은 연비가 6속 수동변속기 대비 6% 줄고 전통 자동변속기 대비 20% 줄었다고 소식을 전했다. DCT 변속기는 폭스바겐, 아오디, 세아트(SEAT), 스코다(Skoda), 부가티 등 업체들에서 마케팅이 추진되었으며 대부분은 DSG(Direct-Shift Gearbox) 사양으로 추진하고 아오디만은 S-Tronic 사양으로 추진하였다.

고성능차에서의 적용은 부가티에서 2005년에 7속 DCT를 탑재한 부가티 베이론(Bugatti Veyron)을 출시하면서 시작되었고 기타 제조사들은 2007년에 닛산 GT-R, 2008년에 페라리 캘리포니아(Ferrari California), 2008년에 미쓰비시 랜서 에볼루션X(Mitsubishi Lancer Evolution X)와 2009년 포르쉐 911로 이어 나갔다.

2009년 혼다 VTR1200F는 처음으로 DCT를 적용한 모터사이클이다. 혼다는 DCT를 적용한 2018년 모델 골드윙(Gold Wing)에 이어 아프리카 트윈(Africa Twin), 레블 1100(Rebel 1100)과 2020년 모델 NC750X에도 DCT를 적용하였다.

2010년에 아이스크림 냉장차 미쓰비시 후소(Mitsubishi Fuso)에 6속 Duonic 변속기를 적용하여 첫 번째로 DCT를 적용한 트럭으로 되었다.

2012년에 혼다의 Acura ILX에 8속 DCT를 적용한 토크 컨버터(torque converter, 유압방식을 적용한 변속기)를 탑재하여 저속 주행, 흔들림 제거의 개선을 시도하고 어떤 경우에 DCT가 저속에서 동작할 때 떠는 현상의 개선을 시도하였다. MG HS, 지리 빈웨(Geely Binyue)를 비롯한 많은 중국의 자동차 모델에도 토크 컨버터가 적용되었다.

참고자료

• "Dual-clutch transmission", Wikipedia
• 올댓파츠, 〈듀얼클러치 미션이란〉, 《네이버 블로그》, 2018-04-09
• 〈듀얼 클러치 변속기〉, 《나무위키》
• 한상욱, 〈듀얼클러치 변속기〉, 《글로벌이코노믹》, 2020-02-05

같이 보기

• 변속기
• 수동변속기
• 자동변속기
• 무단변속기

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