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[RC] 엔진차의 클러치에 대해서

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2002-06-17 13:56:17.0 (61.254.128.98)

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swindler

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엔진차의 클러치에 대해

이 글은 월간 무선 모형 2000년 2월호에 게재되었던 것입니다.

클러치의 세계에 빠져보자!

이 글에서는 클러치에 대해 이야기 해보려고 한다. 이 작은 장치는 무엇이며, 왜 중요할까? 클러치는 엔진에서 구동계로 연결되는 부분이다. 어떤 것은 매우 복잡하고, 어떤 것은 비교적 간단하지만 엔진차의 성능에 미치는 영향은 매우 중요하다. 클러치의 "맞물리는" 작용이 엔진의 필요조건과 노면 상태에 따라 세팅되어 있지 않으면 엔진 세팅이 어려워진다. 반대로, 엔진이 적어도 안정적으로 작동하는 상태여야만 클러치를 세팅할 수 있다. 이것이 RC 레이싱의 묘미인 것이다!

<그래서 할 일은?>

불가능한 일처럼 들릴 수도 있지만, 몇 번 연습하다보면, 클러치 세팅이 자연스럽게 될 것이다. 가장 중요한 것은 엔진이 길들인 상태가 될 때까지, 여유를 두거나 조심스러운 클러치 세팅으로 출발하는 것이다. 일단 엔진이 안정적으로 작동하면 레이스를 위해 세밀하게 엔진을 튜닝하기 전에 클러치에 신경을 써야한다. 그러면 먼저 여러 종류의 클러치에 대해 알아보자.

<클러치의 종류>

모든 생산회사는 당사의 자동차에 가장 적합하다고 생각하는 클러치를 생산한다. 그러나 이러한 클러치들은 대부분 공장에서 나올 때는 적당히 세팅된 상태로 제공된다. 변수가 너무 많기 때문에 "모든 상황에서 완벽한" 클러치를 제공할 수 없기 때문이다. 클러치 세팅에 영향을 미치는 변수들에는:

*접지력
*타이어 지름과 종류
*연료의 니트로 함유량
*고도와 대기 상태
*기어비
*튠드 머플러의 선택
*엔진 자체
등이 있다.

갖고 있는 엔진 타입도 클러치 세팅에 영향을 미칠 수 있다. 똑같은 엔진이라도 (같은 회사의 동일한 제품) 각각의 엔진에 대해 적절하게 세팅하는 것이 좋다. 왜냐하면 각 엔진은 고유의 "특성"을 갖고 있을 수 있기 때문이다. 그렇다고 심각하게 고민할 필요는 없다 -그리 어렵지 않으니 다음의 내용을 주의 깊게 읽어 내려가보자. 현재 RC 자동차에 사용되는 클러치에는 크게 두 가지의 종류가 있다. 가장 많이 사용하는 "원심" 클러치는 핀을 축으로 하는 둘에서 여섯 개의 플라스틱/합성수지로 된 클러치 슈를 사용한다. 이보다 좀 더 복잡한 "축 방향 원심" 클러치는 피코의 싱크로와 서펀트의 센탁스 등과 같은 것이다. 이런 클러치는 1/8, 1/10 의 퓨어 레이싱카에 많이 사용하는 것이다; 요즘에는 1/10 투어링카에도 사용하기도 한다.(그러나 보통 옵션 장치이다.) 일반적인 "원심" 클러치와 "축방향 원심" 클러치 사이의 기본적인 차이는 후자가 원심력을 축 방향의 힘으로 바꿔서, 스프링의 반력을 극복한다는 것이다. 이 힘으로 클러치가 디스크 어셈블리에 맞물리도록 한다. 일반적으로 이러한 복잡한 클러치는 오프 로드에서는 사용되지 않고 있다. 정밀도가 높고 간격이 적은 부품들이 먼지 속에서는 제대로 작동할 수 없기 때문이다.

<원심 클러치의 세팅>

일단은 계속해서 원심 클러치에 초점을 맞추는 것이 좋을 것 같다. 대부분의 고급 클러치들은 세팅법에 대한 자세한 설명서가 첨부되기 때문이다. 그럼 기본적인 원심 클러치 시스템의 구조와 기능에 대해서 이야기해보자:

1) 엔진 플라이휠: 엔진 시동을 위해 사용되고, 엔진을 아이들 상태로 유지한다. 낮은 rpm에서 엔진 사이클이 부드럽게 돌아가도록 하고, 클러치 슈를 위한 피벗 포인트로 작용한다.

2) 클러치 슈: 맞물림을 향상시키기 위해 사용된다. 엔진 파워를 구동계에 전달한다. 클러치 하나에 두 개부터 여섯개 정도의 슈가 있다. (주의- 많은 것이 반드시 좋은 것은 아니다, 단지 다를 뿐이다.)

3) 클러치 너트: 크랭크축이나 록킹 콘(엔진의 크랭크축과 플라이 휠 사이에 들어가는 부품)에 대해 플라이휠을 타이트하게 조이기 위해 사용된다. 어떤 경우에는, 클러치 베어링과 클러치벨이 장착되는 파일럿 샤프트를 조이기도 한다. 베어링과 벨이 크랭크축의 특정한 파일럿에 일직선으로 놓여있는 경우도 있다.(이런 것은 SG 혹은 파일럿 스타일의 크랭크라고 부른다)

4) 클러치 베어링: 클러치 벨은 크랭크나 클러치 너트 아답타 위에 설치되면, 이 클러치 베어링에 붙어서 회전하게 된다.

5) 클러치 벨: 클러치 벨에 접촉해있는 기어 이빨과 하우징은 보통 이빨 배열에 따라 여러 가지가 있어서 노면 상태에 알맞는 기어비를 선택할 수 있다. 플라이 휠에 고정되어있는 클러치 슈는 클러치 벨의 안쪽에서 구동계에 동력을 전해준다.

6) 클러치 스프링: 전부는 아니지만 많은 원심 클러치에서 원심력을 제어하기 위해 여러 종류의 스프링 장치를 사용한다. 원심력으로 슈가 팽창되어 클러치 벨에 맞닿게 된다.

<클러치 세팅의 기본>

회사마다 클러치 시스템이 다양하기 때문에, 어쩔 수 없이 일반적인 내용을 위주로 설명해야겠다. 그러니까 독자가 독창성을 발휘하면서 클러치 세팅에 대한 몇 가지 규칙들을 적용시키도록 한다.
우선 주의할 몇 가지:
* 클러치 세팅을 하기 전에 적어도 여분으로 하나나 둘의 클러치 슈 세트와 스프링 한 세트를 반드시 구입하도록 한다(마모용으로 생각하면 되고, 어쨌든 여분을 두는 것이 좋다).
* 키트에 들어있는 지시사항을 신중하게 따른다.
* 슈가 올바른 방향으로 장착되어있는지 확인한다. 대개(99%정도), 구멍이 있는 클러치 슈의 고정단이 슈의 주 모서리이고, 가늘고 구멍이 없는 끝이 자유단이다. 모든 종류의 자동차 엔진은 (플라이휠을 봤을 때) 반시계 방향으로 작동한다는 사실에 주의해야한다.

이제 슈가 올바른 방향으로 장착되었는지 확인하는 방법이다. 플라이휠에 얼굴을 대고, 플라이퓔을 돌려서 피벗 핀 하나를 12시 방향으로 놓는다. 왼손으로 슈 하나의 주모서리와 (사용한다면) 핀 위에 있는 스프링을 12시 방향으로 설치한다. 자유단은 오른손 방향을 향하거나, 2시나 3시 방향에 위치한 핀들 향하고 있어야 한다. 이제 슈가 올바른 방법으로 장착됐는지 확인할 수 있을 것이다. 그리고 같은 방법으로 계속해서 나머지를 장착하면 된다.
*베어링과 클러치 벨을 설치해야 하는 시기를 확인하라. 클러치 벨은 슈로부터 아무런 저항없이 자유롭게 돌아갈 수 있어야 한다. 저항이 있으면, 무엇인가 잘못된 것이고, 클러치가 제대로 작동할 수 없다. 따라서, 클러치 벨에 적당히 심을 넣어서 끝단이 너무 많이, 혹은 너무 적게 움직이지 않도록 한다.(벨이 샤프트에서 안팎으로 움직일 수 있는 것이 자유롭게 움직이는 것이다).
대부분의 키트에는 클러치 벨의 틈새를 조절하기 위한 여분의 심이 한 봉지 들어있다. 이 심들을 베어링 내부와 클러치 너트 사이나 베어링 외부와 클립/스크류 어셈블리 사이에 넣어서 클러치 벨을 엔진에 고정시킨다. 이런 방법은 정확한 셋팅은 아니지만, 클러치 벨이 플라이 휠에 마찰할 수 없게 한다. 마찬가지로, 벨을 플라이 휠에서 떨어뜨려 놓으면, 클러치 슈에 접하지 않게 된다. 적어도 0.25에서 0.4mm (대략 명함 두께에서 종이 성냥 커버 두께 정도)의 틈새를 두는 것이 좋다.

<클러치-세팅 팁>

클러치가 적절하게 세팅되었는지를 알아볼 수 있는 방법이 몇 가지 있다.
*시동을 걸고 바퀴를 땅에서 들었을 때, 엔진이 아이들(공회전) 상태에서 바퀴가 전혀 돌아가지 않아야 한다. 바퀴가 돌아가면, 엔진이 너무 높은 회전수로 공회전해서 슈가 클러치벨과 맞닿거나, 슈/스프링이 잘못 장착되거나 조절된 것이다.
* 천천히 스로틀을 열었을 때 바퀴가 서서히 맞물리기 시작해서 돌아가는 것을 볼 수 있어야 한다.
* 차를 땅 위에 올려놓고, 스로틀을 완전히 열었을 때 클러치는 잠깐 동안만 미끄러져야 한다.
* 클러치는 스로틀을 열자마자 바로 완전히 맞닿아서는 안된다. TIP: 수동 변속기 자동차를 운전해 봤다면, 알 수 있을 것이다: 정지 신호를 받고 다시 차를 출발시킬 때, 스로틀을 열면서 발을 클러치에서 부드럽게 떼지 않고, 갑작스럽게 뗀다고 상상해보자. 엔진이 자신의 출력대에 도달해서 차를 가속시킬 수 있는 지점까지 rpm이 올라가지 전까지는, 차가 꼼짝 못하고 큰 소리를 낼 것이다. (혹은 시동이 꺼질 것이다.)
또 다른 극단적인 경우는, 다시 정지 신호를 받았을 때 스로틀을 한껏 열고 클러치는 부분적으로 떼는 경우이다. 마찬가지로, 클러치가 무지막지하게 미끄러지고, 엔진은 움직이지만 차는 그리 빨리 움직이지 않을 것이다. 계속해서 그 상태를 유지하면, 클러치는 타버리고, 엔진에 손상을 입힐 가능성도 있다.
이러한 예는 RC 카에서도 마찬가지이다. 도를 넘기지 않고 적절한 슬립을 갖는 것이 중요하다. RC 카의 문제점은 실차와 같은 클러치 조절이 불가능하다는 것이고, 따라서 적절한 타협점을 찾아내야 한다. 이것으로 왜 같은 장비들을 갖춘 똑같은 차에서도 어떤 차는 더 파워풀하고 빨라 보이는지 설명할 수 있다 - 클러치 세팅을 잘했기 때문이다.

<커다란 의문: 클러치가 제대로 세팅이 되었는지 어떻게 알 수 있을까? >

어떻게 설명해야할지 확신할 수는 없지만, 클러치가 너무 무겁거나 빨리 맞물리면, 자동차는 우리가 흔히 "찐빠"라 불리는 상태가 된다. 즉, 완만한 코너나 롤에서 스로틀을 완전히 열었을 때, 엔진이 잠시 멈추었다가 파워밴드에 도달한 듯이 소생하게 된다. 소리나는 대로 쓰면, "부우우우우우와아아아아아앙!"( 오디오 포맷이라면, 굉장한 사운드 효과다!) 이런 현상은 대개 잘못 세팅된 카뷰레이터의 경우와 혼동된다. 내가 보아온 차들 중 이러한 문제점을 갖고 있는 것은 클러치가 너무 무겁거나 빨리 맞물리는 경향이 있었다.
클러치를 어떻게 조절해야 하는지 정확하게 말하고 싶지만 키트마다 다르고 주어지는 상황이 다양하다. 내가 할 수 있는 일은 클러치가 작동되는 기본 이론과 클러치를 조절하는 기본적인 방법들을 제공하는 것이다. 반복해보자: 이와 관련해서 경험상 한 두개 여분의 슈 세트를 사는 것이 좋다. 한두 세트를 못쓰게 만들었다고 해서 화내지 말고, 세가지 요점을 마음에 두고 일반적인 지식들을 이용하면, 성공할 수 있을 것이다.

* 클러치 세팅시, 무게나 표면적을 줄이게 된다. 이 때, 한 번 잘라낸 것은 다시 되돌릴 수 없다.
* 시간을 투자하라; 좋은 결과를 얻기까지 여러 번 시도해야 할 수도 있다. 클러치가 너무 빨리 혹은 너무 늦게 맞물리는 극단적인 경우 사이에서 계속해서 부분적인 수정을 해야할 수도 있다.
* 한번 단계적인 변화를 경험하면 너무 극단적으로 가지 않도록 제대로 된 소리/느낌이 어떤 것인지 알 수 있게 될 것이다.
*이것은 아무리 반복해도 만족스럽지 못할 것 같다; 많은 것이 좋은 것이 아니다

<이제 클러치가 작동하는 기본적인 원리에 대해 알아보자!>
이게 바로 기다리던 것이죠, 맞나요?
1) 플라이 휠과 슈는 엔진의 크랭크축에 연결되어 있어서 축과 같은 속도로 회전한다.
2) 클러치벨은 기어와 맞물려 있고, 기어는 구동계(변속기, 디퍼런셜, 차축, 휠, 등)와 맞물려있다.
3) 클러치의 맞물림을 세팅하고 영향을 미치는 다섯 가지 기본적인 것이 있다. 맞물림에 가장 영향을 미친다고 생각하는 것부터 순서대로 적어놓았다.

A: 슈의 무게
B: 원심력에 저항하는 스프링 인장력(사용된다면)
C: 슈의 (곡면을 따른)표면적
D; 슈와 클러치벨 사이의 틈새
E: 슈의 마찰 성질

지금까지 "원심"이라는 단어를 많이 사용했다; 왜냐하면, 원심력과 마찰력이 클러치가 작동하도록 하는 요인이기 때문이다.
사실 매우 간단하다; 엔진 rmp이 올라갈수록, 원심력을 받은 클러치 슈의 자유단이 밖으로 뻗어나간다.(돌멩이를 실 끝에 묵고 공기 중에 돌리는 것과 마찬가지이다.) 그 결과, 슈가 클러치 벨 내부에 닿고, 엔진이 빨리 돌아갈수록 클러치는 점점 더 강하게 클러치 벨에 눌린다.
슈가 엔진과 같은 rpm으로 돌아간다는 것을 기억해보면, 슈가 클러치 벨의 내부 표면을 긁으면서 벨을 돌리게 되고, 이렇게 해서 기어를 돌리고 차가 앞으로 나갈 수 있는 것이다. 슈는 베어링과 마찰 성질을 모두 갖고 있는 특수한 소재로 만들어진다. 엔진이 파워밴드에 도달해서 구동계의 회전이 빨라질 때까지 벨의 저항을 이기면서 미끄러져야 하기 때문이다. 맞물림이 너무 빨리 일어나게 되면 엔진은 멈추게 되고, 너무 느리게 일어나면 클러치가 과도한 마찰과 열로 타버리게 된다.
클러치가 더 천천히 맞물리도록(높은 rpm에서)조작하면, 슬립을 높여서 성능을 향상시킬 수도 있다. 그렇다면, 클러치는 어떻게 조작해야할까? 슈가 무거울수록 클러치의 맞물림이 빨라지고 더 강하게 된다는 것을 기억해야 한다. 슈를 가볍게 하거나 클러치의 맞물림을 느리게 하기 위해 가장 일반적으로 사용하는 방법은 슈의 자유단을 공작용 칼로 조금 깎아내는 것이다. 신중하게 한번에 아주 조금씩만 깎아내야 한다.
이제 시험주행을 해보자 - 차가 더 빨리 가속되는가? 아니면 "부우우우와아아아" 상태가 되는가? 그렇다면, 조금 더 깎아내도록 한다 - 이미 언급했듯이 반복해서 여러 번 실패를 경험해보아야 하는 문제이다. 결국, 차가 더 시끄러운 소리와 높은 rpm으로 출발하겠지만, 더 이상 가속되지 않게 된다면 - 슈를 너무 많이 깎아낸 것이다. 이제 당신은 여러 단계의 클러치 슬립을 겪어보았다. 바라던 대로, 이제 "제대로된" 소리의 느낌을 알게되었을 것이다. 나중에는 찾고 있는 단계를 알고, 너무 많이 깎아내서 슈 세트를 버려야 하는 경우도 없게 될 것이다.
대충 성능 향상이 보이면, 즉시 반복 작업/실험을 그만둘 수도 있다. 그러나 조금 더 투자하면 더 빨리 숙력된 세팅법을 익힐 수 있게 된다. 단, 주의할 것은 엔진이 과속으로 회전하는 듯이 보이는 경우이다 - 이 때는, 바로 멈추어야지 그렇지 않으면 엔진에 손상을 입힐 수 있다. 또 하나의 주의사항은 자유단을 너무 많이 깎아내지 말라는 것이다. 그럴 경우, 슈의 표면적은 너무 많이 줄어 들게 되고, 그 결과 슈의 수명이 짧아지거나 접지력이 높은 노면에서 슬립을 일으킬 수 있다.

<그 밖의 세팅 방법>

이미 여러 번 클러치의 자유단을 깎아냈는데, 슬립이 조금 더 필요하다고 느낄 때, 그러나 더 이상 클러치 자유단을 잘라내고 싶지 않을 때에 대해 이야기해보자. 걱정할 필요는 없다, 안쪽면(클러치 너트 주위에 맞물리는 면)을 조금 깎아내서 슈를 가볍게 할 수도 있다. 이런 방법으로, 마모되는 표면을 줄이지 않고 클러치 슈의 무게를 줄일 수 있다.
어떤 클러치 시스템에는 조절이 가능한 스프링이나 여러 가지 인장력을 갖는 스프링이 있는 경우도 있는데, 높은 인장력을 갖는 스프링은 슈의 무게를 줄이는 것과 같은 효과를 발휘한다 - 클러치가 완전히 맞물리기 위해서는 높은 rpm이 필요하다. 슈와 벨 사이의 틈새를 넓히면 가속력이나 코너 탈출시에 요구되는 펀치를 증가시킬 수 있다. 이것은 맞물림이 시작되기 전, 시간을 지연시키거나 공회전 rpm(free-rpm)을 높이는 것으로 가능하다; 회전수가 더 높아야 슈가 클러치에 닿게 된다.
이러한 방법은 좀 어렵고 슈 이면을 많이 깎아내야 한다. 또 스프링 조절을 더 많이 해야 할 수도 있다. 복잡하기 때문에, 이러한 조정 방법은 반드시 숙련자들만 하는 것이 좋다.
마지막 세팅 방법은 슈의 재질이다. 대부분의 제조회사에서는 한가지 타입의 슈만 생산하지만, 무겐 오프로드 버기와 같이 두 가지 재질의 슈를 생산하는 곳도 있다 - 하나는 흰색이고 다른 하나는 검은색인데, 각각 다른 마찰계수를 보인다.
마지막: 온로드 카는 노면이 비교적 일정하기 때문에 슬립을 좀 더 주어야할 수도 있다. 그러나 오프로드 버기나 트럭의 경우에는 이것이 오히려 해가 될 수도 있다. 노면이 급격히 변하므로 주의가 필요하다. 오프 로더들은 좀더 신중할 필요성이 있는데, 대개 울퉁불퉁한 노면을 통과하거나 점프를 하기 위해 클러치를 빨리 맞물려야 할 경우가 많기 때문이다. 이렇게 하면 직선 가속에서 손해를 감수하는 대신 주행성은 더 나아진다.
그럼 이 글이 클러치에 대한 궁금증을 해소시켰기를 바란다.

## 출처 : http://my.netian.com/~esman/

[바로가기 링크] : http://coolx.net/board/hobby/17/0


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