클러치 열전달 모델은 식 3.63에 의한 에너지 합 및 대류의 냉각효과, 클러치 열용량, 윤활유 온도로 구성된다. Simulation X를 통해 구성된 열전달 모델은 그림 3.30과 같다.
클러치 열전달 모델의 작동을 확인하기 위해 클러치 사양이 rfo=120 mm, rfi=80 mm, h=0.18 mm 이고 공급되는 유체의 온도가 35℃일 때 그림 3.31과 같이 입력속도가 1500 rpm, 제어압력이 2.5 bar로 3초부터 13초까지 피스톤에 가해지는 조건으로 해석을 수행 하였다. 클러치에 공급되는 유량은 총 9 LPM으로 하였으며, 마찰면의 홈, 간극 및 클 러치 외부로 배출되는 유량은 그림 3.32와 같다. 클러치 제어 압력이 상승하면 마찰면 간극이 줄어들게 되며 마찰면 간극으로 공급되는 유량은 0이 되고 홈으로 공급되는 유 량과 마찰면 외부로 배출되는 유량이 증가하게 된다. 이때 그림 3.33과 같이 드래그 토 크로 인한 에너지 손실은 0이 되고 마찰에 의한 에너지가 발생하게 된다. 압력이 하강 하면 다시 마찰면 간극으로 유량이 공급되면서 드래그 토크가 발생한다. 이러한 과정에 서 클러치 마찰면 및 유체 온도는 그림 3.34와 같이 상승한다. 초기 시작 시점에서 온 도가 완만하게 상승하는 것은 드래그 토크의 영향이다. 유체 출구 온도는 압력 하강 시 급격하게 낮아지는데, 이는 마찰면에 공급되는 유량이 상승하기 때문이다. 유체 출구 온도의 변화에 따라 유체 특성 온도도 바뀌게 되며 이에 따라 유체 특성이 그림 3.35와 같이 바뀌게 된다.
Fig. 3.30 Heat transfer simulation model
Fig. 3.31 Input speed and control pressure of the clutch for a simulation
Fig. 3.32 Simulation results of flow rates in the simulation
Fig. 3.33 Simulation results of generated powers in the simulation
Fig. 3.34 Simulation results of temperatures in the simulation
Fig. 3.35 Simulation results of fluid characteristics in the simulation
제 4 장 해석 모델 검증을 위한 시험장비 개발
4.1 개요
클러치에 대한 대표적인 시험기준 및 방법으로는 SAE에서 제시하는 SAE J1646, J2487∼J2490 가 있다. 이러한 시험들은 SAE#2로 불리는 클러치 특성 시험기를 통해 수행된다. SAE#2는 관성에너지를 이용한 시험기로 그림 4.1(a)와 같은 형태로 구성되어 있다. SAE#2는 클러치 마찰특성 시험인 μPVT 시험(J2490)과 관성에너지 단계에 따른 마찰 성능 시험(J2487/J2488), 클러치 내구시험(J2489)을 수행할 수 있는 장비로 모터에 장착된 관성을 회전시켜 관성에 에너지를 저장시키고 이를 클러치 작동을 통해 소진시 킨다. 이때 출력축에서 나타는 토크형상과 감소하는 속도형상은 클러치의 마찰특성을 나타낸다. 클러치 마찰특성은 그 자체로 클러치 시스템을 대표하는 특성이기 때문에 클 러치 피로내구, 열적 파손시험에서 한계 수명이 어느 시점에서 나타나는지 판단하는 지 표로도 활용된다. SAE#2의 최대 장점은 클러치 하우징이 고정되어 있어 분리판 온도 측정이 수월하다는 것과 에너지 관점에서 성능시험이 가능하다는 것이다. 따라서 대부 분의 연구에서는 클러치 해석모델의 검증을 위해 SAE#2를 이용하거나 비슷한 개념의 시험장비를 이용하였다. Johnson (1984)은 미끄럼 마찰 시 클러치 마찰면의 온도를 측정 하기 위해 엔진-변속기로 구성된 시험장비를 이용하였으며 구성된 시험장비는 그림 4.2 와 같다. 해당 시험기의 변속기 입력축은 엔진과 연결되어 있으며 출력축은 고정되어 있어 클러치 온도 측정이 용이하도록 구성되어 있다. Payvar (1991), Maki (2003) 및 Ivanović (2009) 등도 마찬가지로 출력축이 고정된 형태의 시험기를 채택하였다.
(a) Schematic cross section (b) Test cycle (SAE J1646) Fig. 4.1 Illustration of the concept of SAE #2 clutch tester and test cycle
Fig. 4.2 Clutch testing machine (Johnson, 1984)
Fig. 4.3 Cross section view of a wet clutch tester (Payvar, 1991)