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DCT(Dual Clutch Transmission, 듀얼 클러치 트랜스 미션)의 역사
DCT(Dual Clutch Transmission, 듀얼 클러치 트랜스 미션)은 2차 세계 대전으로 인해 개발이 시작됐다. 프랑스 육군 기술자 '아돌프케그레스'가 처음 아이디어를 제시했으며 이후 프로토 타입이 제작되기까지 수십 년이라는 시간이 걸렸다. 1980년 영국의 자동차 부품 업체인 '오토모티브프로덕트'가 포드 피에스타, 레인저, 푸조 205 등에 탑재되는 듀얼 클러치 트랜스미션을 선보였다.
※Automotive Products, AP : 일반적으로 'AP'로 약칭되는 오토모티브 프로덕트는 1920년 'Edward Boughton(에드워드 보튼)', 'Willie Emmott(윌리엄 에모트)', 'Denis Brock(데니스 브록)'이 설립한 자동차 산업 부품 회사다. 유럽에 남겨진 군용 트럭 함대에 서비스를 제공하기 위해 미국산 부품을 수입 및 판매하기 위해 설립되었다. 이 회사는 영국 최고의 클러치 및 브레이크 제조업체이자 공급업체가 되었으며 1970년대 말까지 자동차 부품 시장을 장악했다.
AP는 자동 변속기 개발에 있어서 'British Motor Corporation(BMC)'와 긴밀한 기술 제휴를 맺었다. 이 협업에서 가장 주목할만한 제품 중 하나는 MINI, BMC/BL과 같이 소형 모델에 사용된 고유의 AP 자동변속기였다. 이 사업체는 1986년 BBA(British Belting and Asbestos)에 인수되었고 1995년 관리 컨소시엄에 매각되었다.
영국 자동차 산업의 쇠퇴와 유럽 제조업체와의 경쟁 심화로 AP의 판매량은 매우 감소되었다. 영국의 레밍턴 스파라는 마을에서 사업이 해체될 때까지 점차 축소되었으며 주요 자동차 부문은 2000년 'Delphi Automotive Systems(델파이)'에 매각되었다. 이렇게 AP의 역사는 1920년도에 처음 시작하여 2000년도에 매각되면서 그 역사를 끝마쳤다.
'Volkswagen Group(폭스바겐)' 산하에 있는 AUDI(아우디)는 스포츠 콰트로 S1 랠리카에 DCT(Dual Clutch Transmission)을 적용했다. 이후 듀얼 클러치 트랜스미션은 폭스바겐을 통해 본격적으로 대중화되기 시작한다. 폭스바겐의 경우 2003년 'GOLF R32(골프)' 모델에 적용하면서 세계 최초로 양산 차량에 6단 듀얼 클러치 미션을 적용했다. 폭스바겐에서는 이 듀얼 클러치 미션을 DSG(Direct Shift Gearbox)라고 명칭을 붙였으며 2011년 기준 350만 대의 듀얼 클러치 미션을 판매하는 데 성공했다.
DCT(Dual Clutch Transmission, 듀얼 클러치 트랜스 미션)의 작동원리
듀얼 클러치 트랜스 미션은 두 개의 클러치를 가졌기 때문에 이런 명칭을 사용한다. 운행 중에 운전자가 조작할 필요가 없다는 점에서 자동변속기의 개념이 내포되어 있지만 기본적인 원리는 수동 변속기를 기반으로 한다는 점이다. 또한 전 세계의 각 브랜드마다 듀얼 클러치 미션을 부르는 명칭은 아주 다양하다. 폭스바겐은 DSG, 포르쉐는 PDK, 닛산은 DCT, 미츠비시는 SST라는 명칭을 사용한다.
듀얼 클러치 트랜스 미션은 자동변속기 틀 안에 두 개의 수동변속기가 장착된다고 생각하면 이해가 쉽다. 전체적인 내부 구조는 수동변속기에 가까우나 자동화 변속이 가능하므로 '수동 변속 자동화 변속기'라고 생각하면 된다. 일반적인 수동 변속기는 엔진의 힘이 전달되는 입력 축과 그 힘을 최종적으로 바퀴로 전달하는 출력축을 하나씩 가진다. 반면 듀얼 클러치 트랜스 미션은 1, 3, 5단 홀수 기어가 놓인 출력축과 2, 4, 6단 짝수 기어가 놓인 출력축을 지닌다.
듀얼 클러치 트랜스 미션은 수동 개념이 먼저고 자동 개념이 그 뒤에 이어지는 형식이다. 그러므로 듀얼 클러치 트랜스 미션을 제대로 이해하면 수동 변속기의 원리부터 짚고 넘어가야 한다. 엔진 피스톤이 왕복운동을 하면서 폭발력으로 얻어진 동력이 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축의 회전운동으로 전환된다. 이렇게 전달된 회전 운동은 플라이 휠, 크랭크 축의 출력축으로 전달된다. 클러치 페달을 밟으면 유압식 압력이 클러치 압력판을 플라이 휠과 멀어지게 하고 반대로 놓으면 가까워지면서 동력이 전달된다.
엔진 동력은 기어박스(트랜스 미션)로 전달되고 메인 샤프트와 레이 샤프트에 있는 기어들이 서로 맞물리면서 돌아가는 구조를 가지고 있다. 변속은 도그 클러치를 통해 이루어지는데 1단에서 도그 클러치가 왼쪽으로 움직인다면 2단에서는 오른쪽으로 움직이게 된다. 엔진 동력이 트랜스미션으로 전달되고 변속된 동력은 마지막으로 차동장치로 전달된 후 자동차 바퀴를 굴려주는 역할을 한다.
듀얼 클러치 트랜스 미션의 구동원리는 원척적으로 수동변속기와 같다. 다만 듀얼이라는 명칭을 사용한 것과 같이 2개의 축이 존재한다. (1-3-5) 번 홀수 기어를 회전시키는 축을 빨강, (2-4-6) 번 짝수 기어를 회전시키는 축을 파란색 축이라고 가정해보자. 1단으로 주행하면 엔진에서 온 동력이 클러치 1을 통해 빨강 축에 전달되고 1번 기어가 기어비만큼 토크를 높여 구동축에 전달한다. 2단으로의 변속 시점이 다가오면 클러치 2를 통해 2번 기어 옆 도그 클러치가 움직여 동력이 전달된다.
DCT(Dual Clutch Transmission, 듀얼 클러치 트랜스 미션)의 현황
자동차 산업에서 가장 예민하고 과민 반응하는 부분이 바로 '다운사이징'이다. 자동차에서의 '다운사이징'하는 목적은 성능 유지 및 개선을 하면서 크기와 무게를 줄이는 것이다. 여기서 핵심 요소는 바로 출력과 연비다. 한국 자동차산업연구소의 연구 자료에 의하면 다운사이징 기술과 트렌드에는 5가지 요소가 있다고 언급했다. 그중 하나가 바로 연비를 높여주는 변속기인 '듀얼 클러치 트랜스미션'이 개발된 이유다.
듀얼 클러치 트랜스미션의 가장 큰 장점은 빠로 빠른 기어 변속이다. 일반 변속기는 변속을 하려면 클러치가 동력을 완전히 끊어야 한다. 하지만 수동 자동화 변속기의 특징을 살려 동력을 완전히 단절시키는 과정이 생략된다. 1단 기어가 물린 상태에서 이미 다른 축에 놓인 2단 기어가 준비 중이다. 이에 따라서 변속기 훨씬 빠르고 효율적이기 때문에 연비 성능 부분에서 상당히 우수한 면을 보여준다.
듀얼 클러치 트랜스미션의 단점은 정지 상태에서 출발이 붕 뜬다는 점이다. 자동변속기의 토크 컨버터는 순간적으로 토크를 증대시켜 출발이 경쾌하며 부드럽고 순조롭다. 하지만 구조상 클러치 마찰면도 작고 부치와 무게가 크기 때문에 출발할 때 세밀한 컨트롤과 적절한 엔진 제어를 통해 충분한 토크를 얻어야 한다. 듀얼이라는 명칭답게 2개씩 들어가기 때문에 매우 복잡한 구조 때문에 정비 난이도도 높고 어렵다는 특징이 있다.
듀얼 클러치 트랜스 미션은 크게 건식과 습식 방식으로 분류된다. 건식은 수동변속기와 같은 구조의 클러치를 갖고 있는 겨우다. 즉, 유압을 위한 오일펌프나 배관이 불필요하기 때문에 구조가 간단하고 부피다 작다. 하지만 최대 토크 허용 범위가 높지 않다는 단점을 가지고 있다. 반면 습식은 자동변속기의 토크 컨버터처럼 유압을 이용해 작동한다. 최대 토크 허용 범위가 높아 고성능 모델에 자주 쓰이지만 구조가 매우 복잡하며 생산단가가 높다는 특징을 가지고 있다.
듀얼 클러치에 가장 관심이 많은 국가는 바로 유럽 지역이다. 유럽 사람들은 수동 변속기의 효율성에 익숙하다는 점이 가장 큰 원인으로 꼽히고 있다. 대한민국과 같이 과속 방지턱, 과도한 감시 카메라, 교통 체증이 높은 도심 구조가 매우 적은 편이기 때문에 수동 변속기에 대한 이질감이나 반감이 없는 편이다. 일상 속에서 이미 자리 잡은 수동변속기는 유럽 사람들에게 당연하게 여겨지는 수준이라 편리함까지 잡아주는 듀얼 클러치 트랜스미션을 좋아할 수밖에 없다.
반면 미국과 일본 메이커들은 상대적으로 듀얼 클러치 트랜스 미션 시장에 대해 매우 소극적인 태도를 보이고 있다. 미국은 아직도 부드러운 자동변속기가 대세이며 일본은 CVT(무단 변속기)를 밀어붙이고 있다. 하지만 미국은 포드를 중심으로 점차 듀얼 클러치 트랜스미션을 확대 적용하고 있으며 일본 또한 일부 스포츠 모델에 조금씩 적용하고 있다.
우리나라 현대의 경우도 벨로스터 모델을 통해 최초로 6단 DCT를 선보였다. 르노 자동차도 터보 엔진과 6단 DCT가 조합된 SM5 TCE를 선보였다. 이후 현대차는 비밀리에 새로운 DCT 개발을 진행했고 그 결과 현대 7단 DCT를 개발하는 데 성공했다. 현대는 DCT를 개발하면서 핵심 부품 및 제어 로직에 대해 개발 국산화를 성공시켰고 관련 특허 145건을 출원했다. 이 7단 DCT는 i40, i30, 벨로스터, 투싼 등에 탑재되었다.
DCT 등장으로 수동 변속기와 자동 변속기는 나아갈 길을 잃어가고 있다. 토크 컨버터 자동 변속기가 9단, 10단 등 다단화로 엄청난 변화를 일으켜 맞서고 있지만 DCT도 가만히 제자리만 있지 않고 다단화 개발을 계속해서 진행 중이다. 단수가 높아지면 연비가 개선되기 때문에 이들의 경쟁은 무수히 진행될 수밖에 없다. 혼다는 신형 NSX 모델에 9단 DCT를 적용했고 폭스바겐은 10단 DCT를 개발 중이다. 결국 글로벌 자동차 시장에서 이 경쟁을 불꽃 튀는 전쟁을 일으킬 수밖에 없는 항목이다.
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