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[오토저널] 자동차용 자동변속기 및 DCT의 재제조 기술

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2020-03-20 11:01:21

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친환경자동차 및 하이브리드자동차, 전기자동차의 지속적인 보급과 더불어 최근에는 수소연료전지자동차의 보급이 증가하고 있으며 특히, 공해를 덜 유발하는 하이브리드자동차와 전기자동차는 고장 발생시에 정비 및 부품, 수리비가 기존 친환경자동차(내연기관을 사용)보다 휠씬 비싸다는 것은 누구나 알고 있는 사실이다. 그 이유는 부품가격이 높고 하이테크의 기술인력이 정비를 함으로써 공임이 높다는 것이 일반적이다.

 

하이브리드 자동차와 전기자동차는 기존 내연기관 자동차와 동등한 수준의 동력성능을 확보하기 위하여 자동변속기 중 CVT(Continuously Variable Transmission), 감속기(변속기 등)를 사용하고 있으며 기존 내연기관 자동차에서는 고가의 자동변속기의 다단화 대신에 DCT(Dual Clutch Transmission 또는 Double Clutch Transmission이라 하며 본 고에서는 DCT라 한다)를 사용하고 있다.

 

자동차에 사용되는 변속기는 다양한 차종 및 자동차 메이커들이 다양하게 적용하고 있어서 어느 것이 우수하다고 직접적으로 평가하는 것은 어렵다고 본다.

 

배터리를 동력원으로 하는 하이브리드 자동차의 보급이 10여년 정도 지났기 때문에 배터리의 수명을 확보하기 위한 배터리 성능 복원을 위한 재제조 기술이 향후에는 반드시 필요할 것으로 예상되며 선진국인 일본에서는 하이브리드 자동차용 배터리의 성능 복원 재제조 기술이 보급되고 있으며 일부 업체에서 추진하고 있으나 우리나라의 경우는 아직 본격적인 재제조를 실시하지 못하고 있으며 재제조 기술 확보가 절실히 필요하다고 생각한다.

 

또한 전기자동차의 경우에도 충돌사고 등 예상치 못한 사고로 인한 배터리의 재사용과 성능 복원을 위한 재제조 기술 확보가 사실상 매우 미흡한 실정이며 현재는 ESS (Energy Storage System)용으로 사용하고 있으나 이 또한 재활용을 위한 배터리의 모듈이 자동차 메이커별 차종별 크기, 형태, 용량이 다양하여 해체 및 성능 복원하는데 많은 어려운 문제점을 가지고 있다고 본다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 향후 차종별 메이커별 배터리의 모듈, 용량의 표준화가 필요할 것으로 본다. 하지만 자동차 메이커의 특성을 고려할 경우 표준화는 매우 어렵다고 예상된다. 따라서, 배터리의 성능 복원을 비롯하여 배터리의 재제조를 위해서는 상호 공감대가 형성되어야 한다고 생각되며 언젠가는 이에 대한 배터리 성능 복원을 위한 재제조 사업(배터리 탈거, 배터리 고장진단, 배터리 셀 교환, 배터리 셀 충전, 배터리 모듈 장착, BMS(Battery Management System)등)이 신규 사업으로 등장할 것으로 예상해 본다.

 

친환경자동차의 자동변속기와 DCT에 대한 동력전달장치에 대한 재제조 기술에 대한 시급한 표준화 또는 품질인증 추진이 절실히 필요하다고 생각한다. 현재는 자동변속기 4,5단만 품질인증 규격과 시험방법이 한국산업표준으로 관련 시험법이 제정되어 있으나 아직 자동변속기의 일부분에만 국한되어 있어서 이에 대한 체계적인 품질인증 규격안 개정과 산업표준 개정이 필요하다고 본다. 특히, 필드에서 고장이 자주 발생하는 DCT의 경우에는 아직 품질인증규격 조차도 제정되어 있지 못하여 시급히 이에 대한 품질인증규격 신규 제정 및 시험방법 등 재제조를 위한 구체적이고 체계적인 기준 마련을 위한 기반구축 또는 기술 개발이 필요하다고 본다.

 

자동변속기의 구성은 토크컨버터, 오일펌프, 클러치류, 브레이크류, 유성기어장치류, 밸브바디(솔레노이드 밸브 포함), 전자제어장치 입출력 센서, 스위치로 구성되어 있어 종합적인 재제조를 위한 토크컨버터, 오일펌프, 유성기어를 포함한 종합적인 품질인증 규격 보완이 필요하다고 본다.

 

아니면 자동변속기의 구성 핵심 부품에 대해서만이라도 토크 컨버터와 오일펌프를 포함한 재제조품질인증 규격과 시험방법을 제정하여 자동변속기 재제조업체에 다양한 길을 제시하여 재제조업체의 기술력 향상과 고용 창출 등 신시장 진출에 길을 마련해주어야 할 것으로 생각한다.

 

특히 토크컨버터의 경우 댐퍼클러치의 마찰재 슬립에 의한 동력손실을 복원하는 재제조 기술과 클러치류, 브레이크류의 마찰재와 플레이트의 변형, 마모 등을 포함한 재제조 기술 보급 확산이 절실히 필요하다고 보며 변속충격의 원인의 하나인 밸브바디의 유로의 막힘과 스풀밸브류의 이상 작동과, 변형 등에 대한 재제조 기술 개발이 필요한 시점이라고 판단된다.

 

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<그림 1>은 자동변속기 차량의 고장 상태를 부품별로 나타낸 것이며 <그림 2>는 자동변속기의 댑퍼클러치의 작동에 따른 동력손실을 나타낸 것이고 <그림 3>은 솔레노이드 밸브에 대한 각종 고장현상의 한 일례를 나타낸 것이다. 이와 같은 사례에서 알 수 있듯이 자동변속기의 토크컨버터의 댐퍼클러치를 비롯한 마찰재의 재제조 기술 개발과 품질인증규격과 시험방법 등 재제조 품질 성능 향상을 위한 노력이 필요하다고 본다.

 

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다음은 향후 DCT에 대한 재제조 기술 개발 보급 필요성에 대하여 살펴보고자 한다. DCT에는 습식과 건식이 있으며 자동차 메이커와 부품회사에서는 선진국과의 기술 격차 해소를 위해서 점점 DCT를 보급하려고 한다. 현재 필드에서는 DCT에 대한 고장 발생이 빈번하여 고장 수리가 빈번히 발생되고 있어서 이에 대한 재제조 기술 개발도 필요한 시점이 왔다고 본다.

 

DCT는 기어변속기 홀수단(1, 3, 5, 7), 짝수단(2, 4, 6, R)으로 되어 있어서 변속 기어 방식은 기존 수동변속기와 각종 헬리컬 기어로 되어 있으며 변속을 자동변속기와 같이 액츄에이터를 통해서 기어변속기 이루어진다. 특히 DCT의 핵심 부품은 Clutch Pack으로서 매우 복잡한 구조로 구성되어 있어 클러치 팩에 대한 성능 복원을 위한 재제조를 위한 기술 개발이 절실히 필요하다고 본다.

 

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<그림 4>는 DCT의 구조 일부를 나타낸 것이다. <그림 5>는 DCT의 전체적인 구성도를 나타낸 것이다. 특히 DCT에서 재제조를 위한 기술개발은 듀얼 클러치라고 판단되며 듀얼 클러치에는 클러치 팩이 있어서 이러한 팩을 구성하는 각 핵심요소 부품에 대한 성능 복원과 재제조 기술 개발이 절실히 필요하고 본다.

 

클러치 팩에서 클러치의 마찰재 재제조를 위해서는 마찰재의 가공면과 조도, 마찰계수, 마찰재와 플레이트 사이의 간극 조정 등 다양한 재제조를 위한 하이테크 기술이 필요하다고 보며 <그림 6>은 클러치 디스크와 클러치 플레이트 주조를 나타낸 것이다.

 

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<그림 7>은 클러치 디스크의 상세한 부분을 나타낸 것이며 기존 자동변속의 클러치 디스크와는 다른 형태와 홈을 가지고 있어서 오일 흐름성을 양호하게 작동되도록 되어 있는 특징을 가지고 있어서 성능 복원과 변형 복원, 재제조를 위해서는 특별한 기술 개발과 복원 기술이 필요하다고 본다.

 

<그림 8>은 클러치 팩의 재제조를 위하거나 성능 복원을 위해서 필요한 요소 부품의 예를 나타낸 것이며 이는 자동차 메이커별, 부품회사별 다소 차이는 있을 것으로 본다. 향후 DCT성능 복원과 재제조 기술 개발을 위해서는 이러한 핵심 요소 부품 하나 하나에 많은 신경을 써야 한다고 생각한다. 현재는 보급 수량이 많지 않아서 그 시급성이 없다고 할 수 있지만 조만간에 DCT에 대한 재제조 기술 확산이 일어날 것으로 예상되므로 재제조업체에서 소비자들의 요구와 시장 현황을 예의 주시하여 시급히 재제조 기술 개발이 필요하다고 생각한다.

 

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본 재제조 기술에서는 자동변속기와 DCT에 대한 일반적인 성능 복원과 재제조를 위한 기술적 요소에 대하여 살펴보았지만 이외에도 상당한 요소부품들에 대한 재제조 기술들이 필요하다고 보며 정부와 관련 사업체에서는 이러한 성능 복원과 재제조 기술 개발로 사업 영역 확장 필요성을 제안하고자 한다.

 

재제조업체에서는 고부가가치 사업 영역을 확장하면서 신규 고용인력 창출과 대학측에서는 재제조 산업체에서 필요로 하는 인력 양성과 사회맞춤형 인력 보급이 절실히 필요하다고 본다.

 

또한, 이외에도 앞서 언급했듯이 배터리의 성능 복원과 배터리에 대한 재제조를 위한 기반 구축과 선진국과의 재제조 기술 격차 해소를 위해서는 배터리 재제조 기술 개발 보급이 필요하다고 본다. 특히, 자동차의 지능화, 전장화 등 편의 위주와 자율주행자동차 등장을 대비하여 전동식 조향장치에 대한 재제조 품질인증 규격과 시험평가방법 개발이 필요한 시점이 왔다고 본다.

 

여기에서는 주로 자동변속기와 DCT의 클러치 팩에 대해서만 간단히 살펴보았다. 향후에는 자동변속기의 토크컨버터, 오일펌프를 비롯한 자동변속기의 종합적인 재제조 품질인증 규격 재제정 및 시험평가방법 제정, DCT의 클러치 팩, 전기자동차용 배터리 모듈, 전동식 조향장치 등에 대한 고부가가치 확보가 가능한 부품류들에 대하여 재제조 기술 개발 보급과 여기에 맞는 재제조 기술 개발 보급이 필요하며 신규 고용을 위한 인력양성 사업도 절실히 필요할 것이라고 판단된다. 

 

글 / 나완용 (신성대학교)

출처 / 오토저널 2019년 3월호 (http://www.ksae.org)  

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