자동차 변속기는 엔진에서 만들어지는 동력을 바퀴로 전달하는 동력 전달 장치입니다. 영어로는 트랜스미션(Transmission), 줄여서 미션이라고도 하죠. 변속기는 주행 상황에 따라 바퀴의 회전수를 변환하여 엔진에 무리를 주지 않고 차량의 성능과 동력 효율을 개선하는 역할을 하는데요.
오늘은 엔진과 더불어 자동차 운행에 핵심 부품이라고 할 수 있는 변속기의 특징과 종류부터 전기차에 들어가는 감속기에 대해서 알아보겠습니다.
수동변속기와 자동변속기 차이점은?
수동변속기(Manual Transmission)는 클러치를 밟으면서 운전자가 손으로 변속 레버를 조작해 기어 단수를 조정하는 변속기를 뜻합니다. 흔히 ‘스틱’이라고 부르며 경주용 자동차나 트럭, 버스 같은 대형차에 많이 사용되고 있습니다.
수동변속기는 클러치 디스크와 클러치 압력판을 직접 맞물리기 때문에 동력 전달 효율이 높고 엔진 출력이 바로 전달돼 반응성이 뛰어난데요. 구조가 단순하고 부피가 작아 작은 차에 넣기가 용이하고, 고장이 쉽게 안 난다는 점, 연비와 출력이 좋고, 탄소 배출을 줄일 수 있다는 점도 장점입니다.
하지만 변속을 위해 클러치를 밟고 변속 레버를 조작하는 과정이 번거롭고, 가속과 감속 때 충격과 소음이 비교적 크다는 단점이 있습니다. 클러치 조작에 따른 불편함 때문에 국내에서는 수동변속기를 장착한 승용차를 거의 찾아볼 수 없지만, 운전의 재미를 즐기거나 동력 낭비를 최소화하기를 원하는 운전자들에겐 여전히 선호되고 있습니다.
자동변속기(Automatic Transmission)는 운전자의 조작 없이 주행 상황에 맞춰 자동으로 구동력을 변환합니다. 엔진과 변속기가 기계적으로 연결되지 않고 미션오일로 가득 찬 ‘토크컨버터’를 통해 동력을 전달하는데요.
토크컨버터의 내부는 플라이휠에 연결된 컨버터 하우징과 펌프, 변속기축과 여기에 연결된 터빈으로 구성되는데, 구동 원리는 마주 보는 두 개의 선풍기와 같습니다. 플라이휠과 토크컨버터가 회전하면 펌프가 맞은편의 터빈에 오일을 보내고, 이 오일에 의해 터빈이 회전하는 원리죠.
자동변속기는 기어 변속이 필요 없기 때문에 조작이 간편하고, 초기 구동력이 크며, 가속이나 감속 시에 충격이 적습니다. 특히 주행감이 우수해 승용차에 가장 많이 사용되고 있죠. 현재 우리가 타는 내연기관 승용차에는 5~8단 정도의 자동변속기가 탑재되어 있습니다.
듀얼클러치변속기(DCT)와 무단변속기(CVT)
수동변속기의 효율과 자동변속기의 편리함이 합쳐진 하이브리드 형태가 바로 듀얼클러치변속기(Dual-Clutch Transmission)입니다. 하나의 기어박스에 두 개의 수동변속기가 들어있다고 보면 되는데요. 홀수단과 짝수단을 위한 클러치가 별도로 마련되어 있고, 이 클러치가 미리 대기하고 있다가 번갈아 가며 다음 변속에 유기적으로 대응하기 때문에 변속 속도가 빠르고 동력 전달 효율도 좋습니다.
듀얼클러치변속기는 내부 구조에 따라 건식과 습식으로 나눌 수 있습니다. 건식은 단판 클러치를 사용하며, 변속 시 발생하는 마찰열을 공냉식으로 식히는 방식입니다. 습식은 오일이 7~8L 들어가며 이 오일을 순환해 여러 장으로 구성된 다판 클러치를 냉각하는 방식입니다.
듀얼클러치변속기는 구조가 복잡하고 정교한 전자제어 시스템을 요구하기 때문에 생산단가가 상대적으로 높아 대부분 고성능 모델에 탑재되고 있습니다.
자동변속기의 하나인 무단변속기(Continuously Variable Transmission)는 이름처럼 별도의 기어 단수가 없는 변속기를 말합니다. 기어와 기어가 서로 맞물리는 방식이 아니라 엔진과 구동축에 연결된 두 개의 풀리(Pulley, 도르래)를 벨트나 체인으로 연결하는 방식인데요. 각각의 풀리 직경을 가변할 수 있게 만들어 상황에 맞춰 일정 범위 내에서 단수를 연속적으로 조정할 수 있습니다.
CVT는 기어 변속 시 충격이 없어 부드러운 주행이 필요한 자동차에 주로 장착되며, 주행 시작부터 끝까지 최적의 기어비를 구현할 수 있어 연비가 좋습니다. 이에 따른 탄소 배출 저감 효과가 뛰어나며, 패키징을 작고 가볍게 만들 수 있어 경차나 소형차에 탑재하기도 용이합니다.
전기차 주행 성능을 높여주는 감속기
힘의 크기를 0~10으로 둔다면 내연기관차는 0에서 10까지 힘을 끌어올리기 위해 엑셀을 밟고 일정 시간 동안 기다려야 합니다. 반면 전기차는 엑셀을 밟는 순간 10까지 최대 토크가 나오고 모터의 허용 회전 범위가 내연기관차보다 2~3배 이상 높기 때문에 변속기 대신 감속기(Decelerator)가 필요합니다.
감속기는 모터의 회전수를 줄여 토크를 높여주는데요. 자전거를 타고 언덕을 올라갈 때 기어를 낮추면 속도는 느리지만 언덕길을 쉽게 오를 수 있는 것과 비슷한 원리입니다.
감속기와 함께 전기차의 전력 효율을 높이는 부품은 현대트랜시스가 세계 최초로 개발한 ‘전기차 전용 AWD 디스커넥터 구동 시스템(DAS: Disconnector Actuator System)’입니다. DAS는 주행 환경에 맞춰 모터와 구동축을 분리하거나 연결해 이륜구동과 사륜구동 방식을 자유롭게 전환하는 장치로, 대표적으로 현대자동차 ‘아이오닉5’에 탑재되었습니다.
현대트랜시스는 전 세계에서 유일하게 변속기 풀 라인업을 갖춘 파워트레인 전문 기업으로 자동변속기, 수동변속기, 듀얼클러치변속기, 무단변속기, 하이브리브변속기 등을 생산하고 있습니다. 특히 세계적인 환경 규제 강화에 맞춰 하이브리드, 전기차, 수소전기차 등 친환경차에 들어가는 전동화 파워트레인까지 라인업을 지속적으로 확대하고 있습니다.
지금까지 내연기관차와 전기차에 들어가는 다양한 종류의 변속기와 감속기에 대해서 알아보았는데요. 좋은 운전 습관만큼 자동차에 들어가는 부품을 잘 알고 이를 제대로 관리하는 것도 중요합니다. 현대트랜시스는 앞으로도 다양한 변속기와 감속기를 개발하여 여러분의 자동차 생활을 더욱 즐겁고 편안하게 만들겠습니다.
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