[논문]습식 DCT의 드래그 토크 저감을 위한 클러치 패드 유로 설계

조정희; 한준열; 김우정; 장시열

doi:10.9725/kstle.2017.33.2.71

[국내논문] 습식 DCT의 드래그 토크 저감을 위한 클러치 패드 유로 설계
A Study on the Wet Clutch Pattern Design for the Drag Torque Reduction in Wet DCT System 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.33 no.2, 2017년, pp.71 - 78

조정희 (국민대학교 자동차공학 전문대학원) , 한준열 (국민대학교 자동차공학 전문대학원) , 김우정 (현대파워텍(주)) , 장시열 (국민대학교 자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The drag torque in the wet clutch system of a dual clutch transmission system is investigated because it is relatively high, up to 10 of the total output torque of the engine, even when the clutch is in the disengagement state with zero torque transfer. Drag torque results from the shear resistance of the DCTF between the friction pad and separator plate. To reduce the drag torque for ensuring fuel economy, the groove pattern of the wet clutch friction pad is designed to have a high flow rate through the pattern groove. In this study, four types of groove patterns on the friction pad are designed. The volume fraction of the DCTF (VOF) and hydrodynamic pressure developments in the gap between the friction pad and separator plate are computed to correlate with the computation of the drag torque. From the computational results, it is found that a high VOF and hydrodynamics increase the drag torque resulting from the shear resistance of the DCTF. Therefore, a patterned groove design should be used for increasing the flow rate to have more air parts in the gap to reduce the drag torque. In this study, ANSYS FLUENT is used to solve the flow analysis.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 일반적으로 많이 사용하는 waffle 형태의 마찰재(firction pad) 그루브(groove)에서 풀림 상태일 때 유량을 크게하며, 유동저항을 작게하기 위한 Y형상의 유로를 설계하였으며, 이 Y형상을 비대칭(AY) 및 곡률 형태(RY)로 수정한 형태의 그루브 패턴에서의 드래그 토크 해석을 수행하였다. 이 때 비대칭과 곡률 형태는 회전 방향을 고려하여 설정하였다.

제안 방법

본 연구는 습식 DCT의 클러치 팩에서 클러치 풀림 상태에서 마찰판의 그루브 패턴에 따른 드래그 토크 변화를 해석하였다. 기본 패턴은 일반적으로 많이 사용하는 와플 타입이고, DCTF를 신속히 배출하여 드래그 토크를 저감할 수 있는 유로를 설계한 Y, AY, RY 타입의 마찰판 패턴을 설계하였다.
이 때 비대칭과 곡률 형태는 회전 방향을 고려하여 설정하였다. 해석 방법은 계산영역의 격자요소에서 DCTF-공기 비율에 따른 VOF(volume fraction) DCTF와 공기의 비율을 고려한 해석을 진행하였으며, 상용 CFD 프로그램 FLUENT를 이용하였다.

대상 데이터

유동해석을 위해 필요한 모델링은 분리판과 마찰재 사이에 존재하는 DCTF와 공기를 대상으로 하였으며 CFD를 수행하기 위하여 격자 생성을 하였으며, 그 형태는 Fig. 7에 나타내었다.

성능/효과

1. 습식클러치에서 일반적으로 많이 쓰이는 와플타입과 본 연구에서 고안한 Y, AY, RY 타입을 비교했을 때 추가로 유로를 형성한 모델에서 와플타입보다 드래그 토크가 감소하는 경향을 확인하였다.
2. 이것은 마찰판과 분리판 틈새에서 변속기유가 신속히 배출되게 함으로서 DCTF에의한 전단 저항을 감소시키는 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DCT의 변속 제어는 어떠한 방식을 취하는가?	DCT는 홀수 및 짝수 단을 분리시켜 동력전달을 하며, 변속시점 선택등의 변속제어를 홀수단과 짝수단을 교대로 체결하는 방식을 취한다. 즉, 홀수 단이 체결 되어 있다면 짝수단의 클러치 팩은 체결을 위해 준비 하고 있는 형태이다.
	DCT의 홀수 단이 체결 되어 있을 경우, 짝수단은 어떠한 형태를 취하는가?	DCT는 홀수 및 짝수 단을 분리시켜 동력전달을 하며, 변속시점 선택등의 변속제어를 홀수단과 짝수단을 교대로 체결하는 방식을 취한다. 즉, 홀수 단이 체결 되어 있다면 짝수단의 클러치 팩은 체결을 위해 준비 하고 있는 형태이다. 따라서 DCT 클러치팩의 관점에서 본다면 홀수단은 체결상태(engagement)이고 짝수 단은 항상 풀림(disengagement) 상태로, 또는 그 반대의 조합으로 작동된다.
	드래그 토크를 줄이는 설계가 필요한 이유는 무엇인가?	따라서 DCT 클러치팩의 관점에서 본다면 홀수단은 체결상태(engagement)이고 짝수 단은 항상 풀림(disengagement) 상태로, 또는 그 반대의 조합으로 작동된다. 이러한 작동조건에서 풀림 상태에 있는 클러치 팩의 해당하는 단속클러치는 변속기유(dual clutch transmission fluid, DCTF)의 점성에 의한 드래그 토크는 경우에 따라서 최대 엔진 동력의 10%까지 발생하게 된다. 이러한 이유로 변속 기가 동력을 전달하지 않는 상태에서 발생되는 이러한 드래그 토크를 최소화 해야 한다. 따라서 DCT의특성상 항상 풀림상태에 있는 클러치 팩이 존재하여, 드래그 토크를 줄이는 설계가 필요하다[2].

참고문헌 (5)

Kim, H. Y., Jang, S. Y., Kim, W. J., Shin, S. C., "Analysis of Dynamic Behaviors of Transmission Fluid Flim in Wet Clutch Pad according to Patterned Grooves", J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 30, No. 2, pp. 92-98, 2014.
Lee, S. H., Jang, S. Y., Kim, W. J., Cho, S., "Study of Flow Behaviors in the Groove Patterns of Wet Clutch Pad", J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 2013, No. 10, pp. 108-109, 2013.
Ivanovi？, V., Herold, Z., Deur, J., Hancock, M. et al., "Experimental Characterization of Wet Clutch Friction Behaviors Including Thermal Dynamics", SAE Int. J. Engines, Vol. 2, No. 1, pp. 1211-1220, 2009, doi: 10.4271/2009-01-1360.

상세보기
Iqbal, S., Al-Bender, F., Pluymers, B., Desmet, W., "Mathmatical Model and Experimental Evaluation of Drag Torque in Disengaged Wet Clutches", ISRN Tribol., Vol. 2013, doi:10/5402/2013/206539.
Kitabayashi, H., Li, C., Hiraki, H., "Analysis of the Various Factors Affecting Drag Torque in Multiple- Plate Wet Clutches", SAE Int. J. Engines 2003-01-1973, 2003.

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