안녕하세요, 짱공 형님들!

오랜만에 돌아온 욘두 입니다.

최근 코로나로 인해 많은 분들이 큰 피해를 입으시고, 또 일상에도 많은 지장이 있으신 줄로 알고 있습니다만,

저는 게임업계에서 일하는지라, 죄송스럽고 미안한 호황에 정신없이 바쁘다 보니 연재가 늦었습니다.

각설하고, 오늘 하루도 무탈하시고 항상 건강하시길 바라며,

오늘의 알아보자 시리즈, 변속기(트랜스 미션, 미션) 시리즈 시작하겠습니다.

(승용 자동차 변속기의 절대 강자, 독일의 ZF)

ZF는 1915년에 '페르디난트 폰 체펠린'이 설립한 부품 제조 회사 입니다.

사명인 ZF는 Zahnrad Fabrik, 즉 톱니바퀴 라는 뜻인데, 한국어로 치자면 톱바 정도 되겠네요.

아시다시피 이 유서깊은 회사는 BMW, 롤스로이스, 폭스바겐, 아우디, 포르쉐, 벤틀리,

재규어, 랜드로버, 애스턴 마틴, 마세라티, 크라이슬러, 닷지, 지프 등

전 세계에 존재하는 거의 대부분의 차량에 변속기를 공급하고 있습니다.

그럼, 본격적으로 변속기의 종류와 그에 대한 간략한 내용을 한번 알아볼까요?

1. 수동 변속기

(아.. 뭔가 기계공학적인 내용이 나오니 벌써부터 머리가 아파 집니다.)

수동 변속기는 크게 슬라이딩 기어 타입, 도그 클러치 타입, 싱크로 메시 타입으로 나뉘어 지지만,

엔진의 동력이 플라이휠에 전달 되고, 클러치를 통해 변속기로, 변속기에서 바퀴로 동력이 전달되는 원리는 같습니다.

자 그러면 수동 변속기의 원리는 무엇 일까요?

클러치를 밟는다 -> 기어를 변속한다 -> 클러치를 뗀다.

이제 이것을 조금 더 자세하게 설명 해보겠습니다.

클러치를 밟는다 - 기어 변속을 위해 클러치를 밟으면 압력판이 눌려지고,

                    이를 통해 클러치가 플라이휠 에서 떨어지게 됩니다.

기어를 변속한다 - 기어 시프트를 조작하면 시프트로드가 움직이게 되며,

                    이를 통해 원하는 단(톱니바퀴)이 체결된다.

클러치를 뗀다 - 눌려졌던 압력판이 정상으로 돌아와 클러치와 플라이휠이 맞물려, 동력이 전달된다.

바로 아래의 그림과 같이 말이죠.

재미있는 것은, 사실 언제 어느때라도 원하는 기어를 넣을 수 있습니다.

예를들어 3단으로 6,000 RPM을 달리고 있을때, 1단도 넣을 수 있죠!

그렇다면? 아래와 같은 재미있는 '머니 쉬프트' 라는 현상이 발생됩니다.

잘못된 기어 변속으로 인해 엔진의 회전수가 한계 회전속도를 넘어가게 되고,

그로 인해 엔진의 피스톤, 실린더, 변속기 등이 모두 박살나게 되는,

그래서 수리비가 무지하게 많이 나와서 이와 같은 이름이 붙여지게 된 것이죠.

(오버 런, 오버 레브, 미스 쉬프트 등의 명칭으로 불리기도 합니다.

최근에는 이를 억제 해주거나 보다 스포티한 주행을 가능하게 하는 레브-매칭

시스템이 기본으로 탑재되어 있는 수동 차량들도 제법 찾아볼 수 있게 되었죠.)

2. 자동 변속기

오늘날에 대부분의 자동차에 달려 나오는, 자동 변속기 입니다.

이와 같은 자동 변속기가 시장의 주류로 선택받게 된 것에는 대표적으로 다음과 같은 이유를 들 수 있습니다.

1. 수동 변속기의 '머니 쉬프트'와 같은 운전 미숙으로 인한 사고를 없앨 수 있다.

2. 수동 변속기에 비해 다단화를 진행하기 쉽다. (8단, 9단, 10단 등 더 좋은 연비를 가져갈 수 있다.)

3. 수동 변속기에 보다 부드럽고 매끄러운 주행이 가능하다.

그렇다면 이 자동 변속기와 수동 변속기의 구조적인 큰 차이점은 무엇일까요?

바로, '토크 컨버터'에 있습니다.

한번쯤 '토크 컨버터' 라는 단어에 대해 들어보셨을 겁니다.

직역하자면 '회전력 변환기' 쯤 되는 이 녀석의 역할은,

수동 변속기의 '플라이휠+클러치+압력판'을 셋트로 묶은것과 비슷한 역할을 하게 됩니다.

다만, 물리적으로 연결되었다 떨어졌다 하는 클러치와 다르게 이 토크 컨버터는 '유체의 힘',

즉 '미션 오일'에 의해 엔진의 동력을 변속기에 전달해준다는 차이점이 존재합니다.

대략적인 원리와 작동방식은 다음의 영상을 살펴 보실까요?

우측의 빨간색 프로펠러는 물리적으로 연결되어 있고, 좌측의 녹색 프로펠러는 연결되어 있지 않습니다.

그 안에는 유체(오일)가 들어있는 상태이며, 빨간색 프로펠러를 돌리면 유체(오일)에 의해

녹색 프로펠러가 함께 돌아가는 모습을 볼 수 있죠.

때문에 이와 같은 토크 컨버터를 사용하는 자동 변속기의 경우,

엔진오일과 더불어 이 '미션 오일'의 주기적인 관리와 교체가 더욱 중요합니다.

일반적인 수동 변속기의 미션 오일은 '윤활' 역할만을 하는 것에 비해

자동 변속기의 미션 오일은 '윤활+작동'의 역할을 동시에 하기 때문이지요.

변속시 울컥거림, 떨림 등의 증상이 미션 오일에 문제가 있을 수 있다는 좋은 예 입니다.

(여담으로, 오늘날 자동 변속기의 P-R-N-D의 순서는 1965년 미국에서 만들어진 표준 순서 입니다.

이전에는 자동 변속기의 순서가 자동차 제조사마다 제각각이라, 사고가 많았다고 하네요!)

3. DCT(Dual Clutch Transmission)

어라, 위에서 보았던 수동 변속기의 이미지와 매우 흡사한데요?

네, 맞습니다. 수동 변속기와 DCT의 차이점은 압축해서 2가지 뿐입니다.

1. 수동 변속기의 클러치는 1개 이지만, DCT의 클러치는 2개(Dual) 이다.

2. 수동 변속기는 사람이 변속하지만, DCT는 TCU(Transmission Control Unit)가 담당한다.

(DCT 옆에 붙어있는 이 조그만 녀석이 자동차의 변속을 담당해준다.)

수동 변속기와 자동 변속기의 장점을 결합한 이 멋진 녀석은 자동 변속기에 비해 더욱 빠른 변속 속도를 보여 주면서,

수동 변속기 만큼 연비가 좋은, 두 마리 토끼를 한번에 잡은 녀석입니다.

자동 변속기에 비해 더욱 빠른 변속 속도를 보여주는 이유는,

두개의 클러치가 짝수와 홀수단을 각각 담당하고 있기 때문입니다.

때문에 A 클러치가 1, 3, 5, 7단을 담당하고 있을 때 B 클러치는 R, 2, 4, 6단을 담당하면 되므로,

A클러치가 3단으로 체결되어 동력을 전달 중일때, B 클러치는 2단 또는 4단을 미리 준비하고 있기 때문이지요.

그리고 앞서 설명 드렸던 자동 변속기의 '토크 컨버터' 방식으로 인한 동력 손실이 없기 때문에

수동 변속기에 버금가는 연비를 보여줄 수 있는 것이지요.

(토크 컨버터는 물리적으로 연결된 것이 아닌 유체의 힘으로 동력을 전달하기 때문에

물리적인 연결에 비해 보다 많은 동력손실이 일어나게 됩니다.)

비슷한 맥락으로 메르세데스-벤츠에서 만들고 있는 MCT(Multi Clutch Transmission)도

이와 동일한 원리를 가지고 있다고 생각하시면 되겠습니다.

(왼쪽으로 수 많은 클러치들이 보인다.)

4. CVT(Continuously Variable Transmission)

'지속적으로 변화하는 변속기' 라는 의미의 CVT 입니다.

최근에는 현대와 기아에서도 이 변속기를 적극 채용하며 이전에 비해 대중적인 변속기가 되었죠.

원리는 생각보다 간단합니다.

엔진의 구동력을 받아들이는 '구동 풀리'와 바퀴로 구동력을 전달하는 '피동 풀리'를

'벨트'로 연결하여 엔진의 동력을 전달하는 방식이죠.

그래서 이 구동 풀리와 피동 풀리는 원뿔 모양과 비슷하게 만들어 토크의 양을 줄이거나 늘릴 수 있게 해줍니다.

(조금 과장된 것은 맞습니다만, 위와 같은 이미지를 생각하시면 쉽습니다.)

그런데 얼핏 이러한 원뿔 모양의 풀리와 벨트로 토크를 변화시킬 수 있을까? 하는 의문도 드는데요.

어렸을 적 14단, 21단 자전거를 타보신 기억이 있으신가요?

이 14단, 21단 자전거에서 기어를 바꾸게 되면 각각의 기어에 맞물려 있던 벨트가 위치를 바꾸어

언덕길을 올라갈때는 페달을 밟는 만큼 힘이 들어갈 수 있게 만들어 주었죠.

(이와 같은 다단 자전거를 생각하면 이해가 된다.)

이전에는 닛산을 필두로한 일본 회사들이 CVT를 애용 했으나,

최근에는 현대와 기아 뿐 아니라 하이브리드 등 연비를 중시하는 차량에 점차 확대되고 있습니다.

벨트가 양쪽의 풀리에 항상 체결되어 있기 때문에, 변속으로 인한 동력 손실이 없기 때문이지요.

뿐만 아니라 예전에는 기술력의 한계로 인해 벨트가 끊어지는 등, 안정성에 있어 문제가 많았으나

최근에는 소재의 고급화, 기술력의 발전으로 인해 이와 같은 문제는 상당부분 해소 되었습니다.

5. 감속기

(전기차에 장착되는 감속기의 종류들)

전기차에는 위에서 열거된 수동, 자동, DCT 등의 변속기는 달려 있지 않지만,

거의 동일한 역할을 수행하는 '감속기' 라는 녀석이 장착되게 됩니다.

아시다시피, 전기차의 모터는 그 특성상 처음부터 최대 토크를 발휘하게 되어 있는데요.

차를 출발할 때 마다 이와 같은 최대 토크를 조절하기란 운전자에게 여간 불편한 일이 아니죠.

때문에 이 최대 토크를 적정한 수준에 맞추어 바퀴에 전달하기 위한 감속기가 달려 있으며,

이 감속기의 역할은 '변속기'와 비교했을때 거의 동일한 역할을 수행한다고 봐도 되겠습니다.

6. 마치며

오늘도 작성하고 보니 글만 길고 더럽게 재미없는 글이 완성 되었습니다!

사실 오늘날의 변속기는 종류를 불문하고 대부분이 높은 기술력을 갖추었기 때문에

자동차 구입시 명시된 매뉴얼의 오일 교체 주기만 맞추어주시면 큰 문제는 없을 겁니다.

다만, 엔진의 출력과 관계된 튜닝을 하시는 분들(칩 튠, 맵 튠 등)이 절대로 간과해서 안되는 사실이 있는데요.

튜닝을 하고자 하는 차량에 자동 변속기가 달려 있다면, 해당 변속기의 '허용 토크'를 확인해보셔야 합니다.

제조사들은 보통 차량 단가의 문제로 인해 순정 출력을 살짝 상회하는 출력만 견뎌낼 수 있는 변속기를 사용하곤 하는데요,

예를들어 순정 차량의 엔진 토크가 40kgf.m 이라면 변속기의 허용 토크는 50kgf.m 정도로 말이죠.

튜닝으로 인해 이 변속기의 허용 토크를 넘기지 않는 만큼의 조정만 해주시는 것이 좋겠습니다.

물론, 이는 제조사에서 보증하는 행위가 아니며

무분별한 튜닝은 주변의 운전자들에게도 피해를 줄 수 있다는 사실을 명심해 주세요!

오늘도 긴 글 읽어 주셔서 감사 드리고,

항상 안전운전 하시고 행복하고 건강한 짱공 형님들 되시길 바랍니다 :)