한적한 고속도로나 도심지 외곽의 자동차 전용도로를 달리면 막힘없는 시원한 주행 덕분에 답답한 가슴이 뻥 뚫린 기분이 들기 마련이다. 이처럼 고속 주행을 하고 있을 때 계기판을 보면, 신기하게도 자동차의 RPM 게이지가 약간 떨어지는 걸 볼 수 있다.

자동차 기어에 0.5단이 존재하는 것도 아닌데, 갑자기 RPM이 떨어지는 이유가 무엇일까?

이러한 현상을 두고 사람들은 ‘락업클러치(Lockup Clutch)’라 부른다. 자동변속기의 단점을 보완해주는 기능으로, 수동변속기처럼 클러치를 붙여서 동력 손실을 줄이는 효율적인 기능이다. 하지만 이런 간단한 설명만으로는 도통 무슨 소리인지 감이 오지 않을 것이다. 락업클러치의 원리는 무엇이며, 이로 인해 우리가 얻을 수 있는 이득은 무엇이 있을까?

락업 클러치란?

주변에서 자동차와 관련된 이야기를 주고받다 “수동 미션이 연비는 훨씬 좋지”라는 이야기를 들어본 적 있을 것이다. 이는 미션 오일 같은 기름(유체)을 이용해 움직이는 자동변속기의 구조상 차이점이다. 물론, 수동변속기 활용이 능숙한 경우에 해당되는 이야기지만 말이다.

수동변속기는 변속 시 기계장치가 물리적으로 연결되기 때문에, 동력 손실이 상대적으로 적다.

예를 들어, A와 B라는 프로펠러가 있다고 가정해보자. 두 프로펠러가 합쳐져 움직이게 되면 A가 10 번 회전할 때 B도 10 번 회전하게 된다. 이 프로펠러를 엔진과 미션으로 바꿔서 생각해보면 엔진이 회전하는 힘이 미션에 최대한 동일하게 전달될 수 있다는 뜻이다.

자동변속기는 수동변속기와 달리 기계장치가 직접적으로 연결되는 방식이 아니라, 엔진의 회전력(토크)을 이용해 미션오일을 순환시킨다. 그리고 그 순환을 통해서 미션으로 동력을 전달한다. 수동 변속기와 비슷한 예시를 들어보겠다.

A와 B라는 프로펠러가 완전히 붙어있지 않은 상태로 움직인다면, A가 10번 회전할 때 B는 이보다 덜 회전할 수 있다. 엔진과 미션으로 바꿔 생각하면 엔진이 회전한 만큼 미션이 돌지 못하기에 수동 변속기에 비해서 더 많은 연료를 사용할 수밖에 없다.

물론, 위의 예시는 차이점을 설명하기 위한 극단적인 비유이며 일부 매체 혹은 연구기관의 실험에 따르면 5~10% 효율 차이를 보이는 것으로 알려졌다.

자동변속기의 이런 문제점을 극복하기 위해서 등장한 방법이 바로 ‘락업 클러치’다. 자동변속기는 일반적으로 유압을 이용해 미션을 움직이지만, 일정한 속도와 회전력으로 움직일 경우 물리적인 클러치를 붙여 엔진의 동력을 곧바로 미션에 전달한다. 이러한 과정을 직접 확인하기는 어렵지만 항속주행 시 RPM 게이지가 낮아지는 부분을 통해 간접적으로 락업 클러치가 작동한다는 것을 알 수 있다.

엔진 회전수보다 미션 회전수가 더 낮기 때문에 실제 속력에 비해 높은 회전수를 갖고 있던 엔진이 회전을 낮추는 것이다.

그렇다고 해서 락업 클러치가 모든 상황에서 작동하지는 않는다. 차량마다 약간의 차이가 있기는 하지만, 몇 가지 선행조건들이 있다. 차량 보호를 위해서 엔진과 변속기 모두 충분히 열을 받은 상태이어야 하며, 적절한 속도 및 엔진 회전이 유지되어야 한다. 또한, 대개 모든 기어에서 가능한 게 아니라 일정한 기어 단수 이상이 되어야 사용이 가하다.

때문에 락업 클러치가 작동 중인 상태를 유지하기 위해서는 운전자의 많은 집중이 필요하다. 적절한 주행속도와 엔진 회전속도를 유지하기 위해서는 일정한 힘으로 엑셀을 밟아야 하는데, 힘 조절을 못해 가속페달을 힘주어 밟거나 반대로 발을 떼버리면 자동차가 속도가 변할 수 있다고 판단해 바로 클러치의 접촉을 끊고 변속 모드로 전환된다. 흔히 좋은 연비를 위해 발컨이 필요하다는 게 이런 이유에서다.

ZF미션과 락업 클러치

락업 클러치의 가장 큰 장점은 엔진의 회전력을 미션에 곧바로 전달할 수 있어, 동력 효율이 향상되며 이를 통해 연료의 소모량을 줄인다. 자동변속기 특유의 부드러운 주행 질감과 더불어 부족했던 효율성이 개선되면서 굳이 수동 미션을 고집할 필요가 없어진 것이다.

또한, 다단 기어에 고르게 락업 클러치를 적용하면, 수동변속기처럼 즉각적인 체결감을 줄 수도 있다. 예를 들어 8단과 같이 다단 기어를 가진 자동변속기가 1단부터 8단까지 모든 기어에서 기계적인 클러치가 작동한다면, 변속이 이뤄지는 시기마다 약간의 변속 충격이 발생한다. 이를 통해 자동미션임에도 불구하고 수동변속기의 신속한 체결감을 느낄 수 있게 된다.

위의 두 장점을 가장 잘 보여주는 변속기 제조사로 독일의 ZF가 있다. ZF의 변속기 중 널리 알려진 제품으로 8단 자동변속기가 있는데, 스포츠 세단의 대명사 BMW에서 가장 선호하는 변속기다.

ZF의 8단 자동변속기는 1단부터 8단까지 모든 기어 단수에 락업 클러치를 활용하며 이를 통해 뛰어난 동력 효율을 선보인다. 과거 “3시리즈 디젤 모델은 기름냄새만 맡아도 가는 차다.”라는 이야기가 있는데, 엔진의 우수함과 더불어 ZF 변속기의 뛰어난 성능이 이러한 명성에 일조한 것이다. 저단부터 물리적인 클러치가 작동하다 보니, 일반적인 자동변속기보다 효율이 좋을 수밖에 없다.

또한 ZF 특유의 “탁!” “탁!” 움직이는 미션의 체결감도 모든 기어 단수에 적용된 락업 클러치 덕분이다. 즉, ZF제 변속기와 같은 성능과 감성을 구현하려면, 세밀한 락업 클러치 구성과 정확한 변속 타이밍, 그리고 이를 버틸 내구성이 수반되어야 한다. 요즘은 다른 변속기 제조사에서도 ZF와 같이 최대한 많은 단수에서 락업 클러치를 적용하고 있으며, 이를 통해 연비 개선과 주행성능 개선에 힘쓰고 있다.

에디터 한마디

연비를 절약하는 자동차의 기능 중 가장 많이 알려진 기능은 퓨얼 컷이다. 주행 중 운전자가 가속페달에서 발을 떼면 연료를 차단하는 기능으로, 연비를 아끼는 자동차 상식의 단골 주제다. 그리고 퓨얼 컷만큼 자주 활용되는 기능으로 오늘 살펴본 락업 클러치가 있다.

간혹 운전을 하다 보면 공인 연비보다 잘 나오는 연비에 놀랄 때가 있을 것이다. 이 경우 락업 클러치를 떠올리며 보다 효율적인 운전을 해 보는 것은 어떨까? 하루하루 도로에 쏟는 유류 비용이 만만치 않으니 말이다.