프롤로그
자동차 용어 중에 상당한 전문성을 필요로 하는 것 중에 대표적인 것이 변속기 관련 용어들입니다. 구조와 특성에 따라 차량의 주행 성능에 지대한 영향을 주는 장치입니다. 이 번 글에서는 자동차 변속기에 대해 알아보도록 하겠습니다.
변속기 (트랜스미션, Transmission)
자동차 변속기는 엔진의 동력을 차량의 주행 상태에 알맞도록 힘과 속도를 조정하여 구동바퀴에 전달하는 장치로 자동차를 전진 또는 후진하도록 하는 역할을 합니다.
후진 기어와 함께 전진 4단, 5단,,, 8단,,,, 12단 등 다양한 기어 단수의 변속기가 차량의 성능과 목적에 맞게 장착됩니다. 트랜스미션을 일본식 발음으로 '미숑'이라는 표현하는 사람들도 있는데 가장 잘 못된 표현입니다.
수동변속기는 운전자가 클러치를 밟아 동력 전달을 잠시 끊은 상태에서 손으로 기어를 변경한 후 다시 클러치를 놓아 연결하는 방식을 말하며 클러치 타이밍을 잘 못 맞추면 시동이 꺼지기도 합니다. 자동변속기는 클러치 동작과 기어 변속까지 자동으로 제어되어 수행되는 변속기이며 클러치 타이밍을 놓쳐 시동이 꺼지는 경우는 발생하지 않습니다.
토크 컨버터 (Torque Converter)
토크 컨버터는 대표적인 자동변속기 방식으로 엔진과 유성기어(Planetary Gear) 사이에서 유체 커플링을 통해 동력을 전달하는 장치입니다. 자동차의 주행 저항에 따라 자동으로 그리고 연속적으로 구동력을 변화시킬 수 있습니다.
오일이 동력 전달을 하는 유체 클러치 방식이므로 완충효과가 있어서 엔진의 급격한 회전수 변화나 토크 충격이 동력 축으로 전달되지 않으며 반대로 노면이나 바퀴에서 생겨나는 충격도 동력축을 통해 엔진으로 전달되지 않아 상대적으로 승차감이 좋습니다.
기계적 체결이 아닌 오일의 저항을 사용하는 방식이므로 기계적 연결을 통한 동력 전달에 비해 동력 손실이 크고 이에 따라 연비가 좋지 않은 단점이 있는데 고속운행 시에는 토크 컨버터를 거치지 않고 직접 동력축과 엔진을 연결하는 록업 클러치(Lockup Clutch)를 사용하여 보완하기도 합니다.
작동 원리 상 주행 과정에서 마찰열에 의한 변속기 오일의 온도 상승이 불가피하므로 성능 저하를 방지하기 위해서는 오일을 식혀주는 쿨러가 반드시 필요하게 됩니다.
듀얼 클러치 (DCT, Dual Clutch Transmission)
약자로 줄여서 DCT로 불리는 듀얼 클러치는 수동변속기와 같은 기계적인 변속 메커니즘을 가지고 있으나 클러치 조작과 기어 변속은 전자 제어되는 변속기로 운전자가 클러치를 밟거나 기어 변속을 할 필요가 없기 때문에 자동변속기입니다.
그러나 토크 컨버터와 같이 유체 클러치가 아닌 기계적인 클러치 방식이므로 자동도, 수동도 아닌 '자동화 수동변속기'라고 부르기도 합니다. DCT는 한 개의 클러치가 맞물려 있을 때 다른 한 개의 클러치가 다른 단으로의 변속을 준비할 수 있어 빠른 변속과 동력 손실이 적어 연비가 좋다는 장점이 있지만 구조가 복잡하여 가격이 비싸고 내구성도 상대적으로 낮습니다.
오일을 사용하는 토크 컨버터 방식보다 동력이 전달되는 느낌이 다소 거칠다는 의견도 있습니다. DCT를 상용화한 포르셰나 아우디 같은 해외 유명 자동차 업체나 동력손실 없는 빠른 변속이 요구되는 스포츠카에 주로 탑재되면서 고급 기술이라는 이미지도 있어 이를 선호하는 운전자들도 많이 있습니다.
DCT는 오일의 작용 유무에 따라 건식과 습식으로 다시 나누어집니다. 건식 DCT 건식은 말 그대로 클러치의 표면이 오일이나 다른 액체에 의해 젖어 있지 않은 상태로 작동하므로 별도의 오일펌프가 필요 없고 구조가 간단하며 크기가 작은 만큼 주로 소형 자동차나 일반차량에 장착됩니다.
오일을 사용하지 않아 상대적으로 냉각에 불리하며 변속 충격 등이 발생할 수 있어 강한 토크를 발휘하는 엔진에는 사용하기 어렵습니다. 습식 DCT 습식 DCT는 변속기 내부의 부품들이 변속기 오일에 의한 윤활 효과와 냉각의 효과를 받어서 강한 토크와 발열에도 부품의 마모가 적습니다.
하지만 오일펌프와 이를 제어하는 밸브, 오일 쿨러 등의 추가 부품들이 들어가므로 중량 증가와 제조단가는 물론 유지보수비도 증가합니다. 따라서 대중적인 자동차보다는 고성능 프리미엄 자동차에 주로 적용됩니다.
무단 변속기 (CVT, Continuously Variable Transmission)
약자로 CVT로 불리기도 하는 무단 변속기는 엔진의 구동력을 받아들이는 구동 풀리와 바퀴로 구동력을 전달하는 피동 풀리, 이 두 개의 풀리가 벨트로 연결되어 동작하는 변속기입니다.
이는 간격에 따라왔다 갔다 하며 기어비가 바뀌는 방식으로 기어비가 자유롭게 변할 수 있고 변속감 또한 부드럽고 연속적이라는 장점이 있지만 가속감을 중요 시하는 운전자들에게는 밋밋하거나 답답할 수 있어 일부 특수한 경우를 제외하면 주로 소형 차량 위주로 적용되었습니다.
