[[자동차 이론.!]]무단 변속기(CVT)란?

[wany(김재완)]

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무단 변속기는 국내에서는 1999년 대우 자동차가 마티즈 E3CVT를 새로 출시하면서 처음 등장 하였다. 그리고 얼마전 탄생한 옵티마에 새롭게 ssCVT가 출시 되면서 국내에서도 무단 변속기를 장착한 차량들이 많이 등장할 것으로 예상 된다.

그럼 무단 변속기는 어떤 원리로 움직이는지 알아보록 하자.

무단변속기(Continuously Variable Transmission, CVT)는 변속작동(Shifting)이 자동으로 이루어 진다는 점에서 일종의 자동변속기(Automatic Transmission, A/T)라 할 수 있겠으나, 한 변속비 상태에서 다른 변속비 상태로 단계적으로 변속되는 통상의 자동변속기(Conventional A/T, Step A/T)와는 달리 무단변속기는 한 변속비에서 다른 변속비로 연속적으로 변속됨으로 해서 통상의 자동변속기와는구분된다.

즉, 수동 변속기나 자동변속기에서 얘기하는 1단 이니 2단이니 하는 개념이 없고 다만 최저 변속비와 최대 변속비가 얼마 라는 극한 값만을 가지고 있다.

아래 그림을 보면 좀 더 쉽게 이해가 가시리라 생각 된다.

일반적인 변속 방식	CVT의 변속 방식

기존에 사용되는 자동차 엔진은 통상 엔진의 회전수가 800-7000RPM에서 움직이게 된다. 차량마다 다르겠지만 대개 3000-6000RPM에서 엔진은 최대 출력을 내게 되어있다.

엔진의 이러한 회전 변화폭이 있으므로 가속함으로써 생기는 엔진의 변화폭을 출력축에 전달하기 위해 클러치 장치를 이용하여 변속이라는 것을 하게 된다.

이러한 과정때문에 변속을 위해 엔진축과 출력축이 잠시 떨어지면서 변속하는 시점에서 엔진의 회전수가 낮아지면서 엔진의 공회전, 엔진 출력의 손실, 급한 조작시 변속충격등이 생긴다.

허나 무단 변속기는 변속단수가 여러단으로 구성되어 있어 기존의 변속기와 같이 변속 순간에 엔진 회전수가 낮아지지는 않는다.

또한 무단변속기는 원추형 가변폴리를 사용하여 기어비를 자동변속함에 있어 최적의 엔진 출력을 최적으로 출력축에 전달하게 됨으로써 성능의 향상 및 연비를 높일수 있게 되는것이다.


즉 무단 변속기는 자동 변속기와 달리 변속 충격이 없고 운전방법은 자동 변속기와 동일하며 연비는 수동변속기와 동일 내지는 약간 우수한 특징을 가지고 있다.

또한 기존의 변속을 위한 1단부터 5단까지의 각 단계를 사용하는것이 아니고 일정 범위내에서 연속적으로 무한한 변속을 할 수 있으며 액셀의 조작만으로 변속이 이루어지므로 승차감이 좋아지고 연비나 가속성능이 향상되며, 자동변속기보다 부품수가 적어 생산의 원가도 절감 할 수 있으며 차량 주행 조건에 맞도록 변속되어 동력 성능이 향상된다.

	발진 및 저속시 엔진축의 홈폭이 넓어져 벨트와의 접촉반경이 작아지고 반대로 타이어축의 접촉반경은 크게 되어 엔진의 회전을 더욱 크게 타이어에 전달해서 순조롭게 발진한다.
	가속 및 감속시 엔진축 및 출력축 모두 홈폼이 변화하여 변속되므로 변속 쇼크가 없으며 기어 변속에 의한 손실도 없어 빠르고 브드럽게 가감속이 이루어진다.
	고속 주행시 엔진축 및 출력축의 홈폭이 저속시와 반대로 작용하여 엔진 회전수를 작게 보전하여 연료를 절약하면서도 효울적으로 고속 주행이 가능하다.

무단변속기는 지금까지 슬리핑 클러치 신드롬 이라는 현상이 최대 단점 이였다. 액셀러레이터를 밟으면 엔진이 최고 회전대까지 치솟고 속도가 높아질 때까지 고속에 머무는 데, 반대로 가속페달에서 발을 떼면 회전수는 급격히 떨어지므로 엔진회전 속도와 차량의 속도의 차이에서 생기는 반응이 일반 트랜스미션에 익숙한 운전자에게 어색하게 느껴진다는 것이다.

또한 트랜스미션은 엔진의 출력을 그대로 전해 주는 역할을 해야 하는데, 만약 엔진의 출력이 높으면 이러한 엔진의 출력을 뒷받침해줄 만한 무단 변속기가 필요한데 현재는 2500cc 엔진까지 장착이 가능하며, 3000cc 엔진에 맞는 무단변속기를 개발중에 있다. 그래서 초기 무단변속기가 경차 및 1500cc의 정도 차량에 많이 장착했었다.

무단 변속기는 사실 근래에 나온 최첨단 메커니즘은 아니다. 1886년 Benz에서 동사의 최초 대량 생산 가솔린 엔진 차량에 장착했던 고무벨트와 가변풀리를 이용한 CVT가 자동차용으로 실용화된 최초의 CVT인 것으로 알려지고 있다

그후로 네덜란드의 DAF사가 고무벨트와 가변풀리를 사용하여 바리오매틱이라는 이름으로 50년대말에 첫선을 보이고 그후 볼보 340과 360에도 장착된 적이 있었으나. 그당시 사용되던 오토 트랜스 미션과 비교할때 변속 충격이 없다는 장점뿐 내구성에 문제가 있어 연비와 환경 오염등의 문제가 비교적 가벼웠던 그 당시 사용되었던 3단 자동 변속기와의 경쟁에서 뒤지면서 크게 대중화 되지 않았다.

1960년대 중반에 Dr. Hub Van Doorne가 고안한 금속벨트와 가변풀리(Metal Belt and Variable Pulley)를 사용한 CVT가 발표되었으나, 이 무단변속기 역시 동력 전달 용량(Power Transmission Capacity)이 충분하지 못하여 즉시 상업화를 이룰 수 없었다.

그러다가 1970년대 두번의 오일쇼크를 겪으며 연비에 대한 인식이 바뀌고 환경오염에 대한 인식의 변화로 배기 가스에 대한 규제를 점차 강화하여 새로운 변속기에 대한 필요가 대두 되었다.

기존의 변속기에도 기어를 좀더 다단화 하거나 기어비를 조금만 바꾸어도 출력이나 연비의 상승, 또는 배기 가스 규제를 벗어 날수 있지만 이에 따르는 변속기 중량의 문제, 원가의 상승, 조작의 복잡성등의 이유로 현재는 특별한 경우를 제외하고는 수동은 5단, 자동은 4단이 보편적으로 사용하고 있는 실정이다.

무단 변속기가 가졌던 처음의 문제점등은 소재 및 생산 기술의 발달로 해결할 수 있게 되자 무단 변속기에 대한 연구 개발이 활발하게 되어, 80년대 후반에 실용화 되어 유럽과 일본을 중심으로 많이 사용되고 있으며 건식 복합벨트를 이용한 것으로 DC 모터를 전자 제어해 이루어지는 건식 복합벨트(마티즈에 적용) 방식과 원추형 가변폴리의 홈에 V자형 금속벨트를 거는 방식의 금속벨트 방식이 있다.

이번에 기아에서 나온 스텝트로닉스 스포츠 모드 무단 변속기는 중형급인 2000cc 엔진에 무단 변속기를 장착 했음을 물론 국내최초로 수동변속기 감각의 스텝트로닉스 스포츠모드 기능을 접목시킨 시스템이라 할 수 있다.



[꼭대기로 슈슈슉~~~]