트랜스미션이라고도 하는 변속기는 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 변속장치를 말한다. 일반적인 자동차용 내연기관은 일정한 속도에서 최대 토크를 발휘한다. 그런데 자동차는 처음 달리기 시작할 때에는 더 강한 토크와 낮은 회전을 필요로 하며, 속도가 빨라짐에 따라 토크보다도 회전속도를 필요로 한다.
엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 기어를 사용하여 자동차가 출발할 때에는 회전속도를 줄임과 동시에 토크를 늘려주고, 속도가 빨라짐에 따라 회전을 높이는 역할을 하는 것이 변속기이다. 이번 시간에는 변속기의 종류와 각각의 특징을 정리했다.
수동변속기
선택기어식 변속기라고도 한다. 사람들이 흔히 `스틱`이라고 부르는 변속기가 수동변속기다. 과거 일반 자동차 시장에서 가장 보편적인 변속기였다. 지금도 여전히 오토바이나 트럭, 버스 등 대형차에서는 가장 보편적으로 사용되고 있다.
자동차는 일정 속도로 전진만 하는 것이 아니라 때로는 엔진의 동력전달을 끊어야 하고, 후진하려고 회전방향을 바꾸기도 한다. 이러한 동력전달을 단속하는 장치를 클러치라고 한다. 클러치를 발로 조정하면서 운전자가 손으로 변속 레버를 직접 조작하는 변속기가 수동변속기이다.
수동변속기는 자동변속기에 비해 구조적으로 단순하기 때문에 고장이 적고 무게가 가볍다. 일반적으로 같은 모델의 차량일 경우 변속기 종류에 따라 수십 kg 정도의 무게 차이를 보인다.
수동변속기 차량은 양손 양발을 모두 사용하여 운전을 해아하므로 자동변속기와 비교했을 때 운전 조작이 까다로운 편이다. 때문에 초보자의 경우 조작 미숙 등의 이유로 달리는 중간에 엔진이 정지할 우려가 있다. 다만 운전에 익숙해지면 자동변속기에 비해 재미를 느낄 수 있는 것도 수동변속기이다.
수동변속기는 같은 차종에 같은 엔진을 사용할 경우 자동변속기보다 대체로 연비가 좋다. 하지만 이 또한 절대적인 것은 아니며 수동변속기 조작이 미숙한 운전자이거나, 차량정체가 심한 도심에서는 오히려 자동변속기의 연료효율이 높게 나타나는 경우도 있다.
수동변속기는 가속 및 감속 때의 충격과 소음이 크다. 클러치를 조작할 때마다 클러치디스크가 마모될 수 있으므로 10만Km 정도를 주행한 후에는 클러치디스크를 교환해야 한다.
자동변속기
오토매틱 트랜스미션이라고 부른다. 사람들이 흔히 `오토`라고 부르는 변속기이다. 기계적으로는 달리는 속도에 따라 기어가 자동으로 조작되는 변속기를 말한다.
변속기뿐만 아니라 클러치 기능도 함께 있어 자동 변속기 노 클러치, 자동 기어 박스라고도 부른다. 즉 자동차의 주행속도와 부하에 맞추어 자동적으로 최적의 토크 변환을 얻을 수 있도록 크러치를 없앤 것을 말한다. 따라서 클러치와 기어 변속의 조작을 운전자 대신 기계가 운전 상황에 따라 자동적으로 한다.
자동변속기의 최초 상용화는 1930년대 말이다. 미국 GM의 브랜드 중 하나였던 올즈모빌(Oldsmobile)이 개발한 `하이드로매틱(Hydramatic)`이 시초라고 할 수 있다.
자동변속기의 변속 레버에는 조작 위치가 있으며, 차량의 주행 상태에 따라서 조작 위치를 변경할 필요가 있다. 그 조작 위치를 레인지라고 부른다. 일부 차량에는 레버를 대신해 버튼을 채용한 것도 있다.
운전자가 변속레버를 수동으로 선택할 때의 변속기 기능을 표시한 것으로 6종류가 있다. P(Parking)는 차를 주차하거나 시동할 때, R(Reverse)는 후진할 때, N(Neutral)은 중립, D(Drive)는 주행 때 선택하며, 2(Second Gear)는 2단 기어, L(Low Gear)는 1단 기어를 가리킨다.
변속레버를 D, 2, L 및 R에 놓으면 가속 페달을 밟지 않아도 차가 앞뒤로 움직인다. 또 가속 페달을 빠른 속도로 깊숙히 밟으면 속도에 따라 자동으로 저속기어로 변속되는데 이를 킥다운(kick down)현상이라고 한다.
기어변속이 필요없어 운전조작이 쉬우며, 초기 구동력이 크고, 가속 및 감속 때의 충격이 적다. 그러나 구조가 복잡하고 가격이 비싸며, 연료소비율이 수동변속기에 견줘 10% 정도 증가하는 단점이 있다.
자동화 수동변속기
수동변속기에 기반하되 조작은 전자적으로 이뤄지는 변속기를 말한다. 운전자의 선택에 따라 변속기 기능이 수동 또는 자동으로 변환되는 기기를 말한다.
기어 조작을 기존에 운전자가 하던 부분을 컴퓨터에 의한 전자적 과정으로 대체한 장치다.즉 클러치 페달을 밟아 동력을 끊고, 기어를 변경한 다음 다시 클러치 패달을 놓아 동력을 연결하는 일련의 과정이 자동화된다.
자동으로 속도에 맞추어 변속되지 않고, 기어 변경 시점은 운전자가 직접 입력하고 변환 과정만 전자적으로 하는 장치다. 본래 레이싱을 위해 개발 됐다. 즉 편한 운전이나 연비를 위해서가 아닌, 보다 빠른 변속을 목적이다.
실제로 경주용으로 쓰이는 자동화 수동변속기는 정지 상태에서 클러치를 운전자가 조작하고 출발과 정지는 일반 수동 미션과 유사하다. 하지만 조작 방식은 일반적인 차들과 다를 수 있다.
더블(듀얼) 클러치 변속기
수동 변속기의 효율성과 자동 변속기의 편리성을 모두 갖춘 변속시스템. 운행 중에 운전자가 조작할 필요가 없다는 점에서 자동 변속기와 같지만 기본 원리는 수동 변속기를 기반으로 하고 있다. 두 개의 클러치를 이용해 변속을 빠르게 하는 게 특징이다.
예를 들어 1, 3, 5단은 A클러치에 연결돼 있고, 2, 4, 6단은 B클러치에 연결되는 방식이다. 클러치가 하나일 경우에는 3단 기어를 넣고 있으면 3단에만 물려 있지만, 듀얼 클러치는 위아래인 2단과 4단도 대기 상태로 물려 있다. 따라서 3단에서 2단이나 4단으로 변속할 때 곧바로 바통을 이어받아 보다 매끄럽게 변속할 수 있다.
성능과 연비를 향상시킬 수 있어 포르쉐, 폭스바겐 등 해외 자동차 브랜드들도 많이 활용하는 변속기 시스템이다. 폭스바겐의 DSG(direct shift gearbox) 시스템이 대표적인 듀얼 클러치 변속기다. 포르쉐의 PDK, 닛산의 DCT, 미쓰비시의 SST 등도 수동 기반 자동 변속기다.
