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변속기에 대한 모든 것

자동차에 없어선 안 될 변속기. 수동 혹은 자동으로만 구분하는가? 그 안에서도 여러 형태로 나뉜다. 변속기에 대한 모든 것을 알아보자

2021.02.24

토크컨버터 변속기의 내부 모습

 

토크컨버터

가장 일반적인 자동변속기의 유형으로 유체를 사용해 토크를 변환하는 방식이다. 금속 기어를 맞물려 힘을 전달하는 게 아니라 유체의 유동 에너지로 힘을 전달한다. 토크컨버터는 하우징 내에 펌프 및 터빈, 스테이터가 밀봉돼 있고 동작 유체로 채워졌다. 그러니까 엔진의 힘으로 하우징 안의 오일을 휘저으면 그 유동 에너지를 따라 반대편의 터빈도 함께 돌아가는 방식이다. 선풍기 앞에 바람개비를 가져다 대면 바람개비가 돌아가는 원리와 같다. 유체로 힘이 전달되기 때문에 기계적 마모가 없고, 발진 과정이 유연하다는 장점이 있다.

 

 

체인 드라이브

변속기 기술이 무르익기 전 사용하던 변속기다. 여러 기어를 체인으로 엮어놓은 형태인데 그 모습이 자전거 변속기와 비슷하다. 먼저 엔진의 힘은 베벨기어를 통해 90°로 전환되고 여러 체인을 통해 구동축으로 힘을 보내는 방식이다. 체인 드라이브 방식은 빠른 속도보다 묵직한 힘을 내는 데 유리했다. 그래서 주로 화물차에 쓰이곤 했다.

 

싱크로메시를 갖춘 수동변속기

 

싱크로메시

수동 변속을 수월하게 하는 장치다. 초기 자동차에 들어간 수동변속기를 조작하려면 노련한 운전실력을 갖췄어야 했다. 동력을 전달하기 위해 기어를 맞물리려면 기어의 회전속도가 동일해야 했기 때문이다. 기어의 회전속도가 동일한 변속 시점을 맞추지 못하면 톱니바퀴 갈리는 소리와 함께 덜컥거리는 변속 충격을 전한다. 싱크로메시는 기어 회전속도를 운전자 대신 맞추는 역할을 한다. 원추형 원판을 서로 마찰시켜 회전속도를 일치시킨 뒤 동력을 전달하는 것이다. 싱크로메시는 1929년 캐딜락이 가장 먼저 도입했고, 1950년쯤부터 널리 쓰이기 시작했다.

 

 

도그 클러치

도그 클러치는 싱크로메시가 등장하기 이전의 클러치라고 보면 된다. 톱니바퀴 모양이 개의 이빨처럼 생겨 ‘도그’라는 명칭이 붙었다. 도그 클러치는 마찰 클러치와 달리 기어를 직접적으로 맞물려 동력을 전달한다. 때문에 변속은 즉각적이다. 다만 기어 회전속도를 맞춰야 하며, 변속 시 큰 충격과 소음을 전한다. 지금은 일반 승용차에는 도그 클러치가 거의 사용되지 않지만 경주차나 토크가 큰 상용차에는 아직 사용되고 있다.

 

 

듀얼클러치(DCT)

말 그대로 클러치가 두 개 달려 있는 방식이다. 하나의 클러치는 홀수 기어를 담당하고 또 다른 클러치는 짝수 기어를 맡는다. 1단에서 2단으로 변속하면 홀수 기어 담당 클러치는 곧바로 3단 변속을 기다린다. 그리고 마저 시프트업을 하게 되면 짝수 클러치가 4단 변속 준비를 마친다. 미리 다음 기어와의 연결을 준비하기 때문에 변속 과정은 즉각적이다. 또 두 개의 클러치 중 하나는 항상 엔진과 연결돼 있기에 동력 손실이 적다는 장점을 가졌다.

 

 

드래그 레이스 변속기

드래그 경주차는 변속기도 남다르다. 폭발적인 힘에 대응해야 하기에 특수 기어 박스가 필요하다. 예리코 및 렌코, 리치먼드 퍼포먼스와 같은 변속기 업체가 주로 드래그 경주차용 변속기를 제작한다. 순간적으로 뿜어지는 강력한 토크를 감당할 뿐만 아니라 스로틀을 해제하지 않고도 빠른 변속이 가능한 게 특징이다. 동력 전달이 끊이지 않도록 하기 위함이다. 하나의 기어 레버로 순차적 변속을 하는 타입도 있지만, 여러 개의 기어 레버를 단계별로 조작하는 유형도 있다.

 

 

시퀀셜 변속기

주로 경주차에 들어가는 변속기로 순차적 변속만 가능한 시스템이다. 시프트업과 다운을 할 때 한 단계 이상을 건너뛸 수 없고, 단계적으로 변속이 이뤄진다. 모터사이클 변속기를 생각하면 이해가 쉽다. 우선 시퀀셜 변속기는 조작 방식이 매우 단순하다. 기어 레버를 당기면 업 시프트, 내리면 다운 시프트. 주로 도그 클러치가 조합되기 때문에 변속도 즉각적이다. 출발과 정차 시에만 클러치를 조작하고 주행 중에는 클러치 조작 없이 변속할 수 있다. 다만 시퀀셜 변속기 역시 변속 충격과 소음이 크다.

 

 

브린(Brinn) 2단 변속기

더트 트랙 경주차에 주로 쓰는 변속기다. 타원형 코스를 반복적으로 도는 경주이므로 변속이 잦지 않다. 때문에 브린 2단 변속기처럼 간단한 변속기가 효율적이다. 비교적 단순한 구조를 가져 내구성이 좋을 뿐만 아니라 정비에도 용이하다. 물론 변속도 빠르고 무게도 가볍다. 한마디로 단순함이 강점인 변속기.

 

 

팁트로닉

팁트로닉은 운전자가 기어 레버나 패들시프트를 통해 변속할 수 있는 자동변속기다. 일반적인 자동변속기는 자동차 스스로 변속하지만, 팁트로닉 시스템이 더해지면 수동 모드로 다룰 수 있다. 주행의 재미를 더하고 엔진 브레이크를 이용해 내리막길에서 속도를 제어할 수 있는 장점이 있다. 1990년 포르쉐가 911에 처음 팁트로닉 시스템을 사용했고, 지금은 여러 자동차 제조사가 이와 유사한 변속 시스템을 사용하고 있다.

 

 

무단변속기(CVT)

무단계 자동변속기다. 여러 기어가 들어가지 않기 때문에 구조는 단순하다. 두 개의 풀리(도르래)를 하나의 금속 벨트로 연결한 구조다. 풀리 하나는 엔진에 연결되고 다른 하나는 구동축에 연결된다. 변속비는 가변하는 풀리의 폭에 따라 바뀐다. 폭이 넓어지면 벨트의 접촉 지름이 작아지고, 반대로 풀리의 폭이 좁아지면 접촉 지름이 커지는 방식이다. 무단변속기는 이런 벨트의 접촉 지름 변화로 지속적이고 스텝이 없는 변속을 가능하게 한다. 변속 충격이 없을뿐더러 동력 전달이 중단되지 않는다는 장점을 가졌다.

 

 

 

 

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CREDIT

EDITOR : 안정환PHOTO : 각 제조사 제공

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