글 | 정상현(자동차 저널리스트)


 

자동차는 엔진(모터) 힘을 바퀴로 ‘전달’하여 달립니다. 이때 ‘전달’의 역할은 트랜스미션으로 일컬어지는 변속기가 하죠. 더 자세히 말해볼까요? 변속기는 운전자가 가속 페달을 밟을 때 나온 엔진 폭발력을 구동력으로 변환해 바퀴로 전합니다. ‘폭발력을 구동력으로’, 이게 변속기의 본질적인 역할입니다. 결국 변속기가 없으면 자동차는 앞으로 나갈 수 없습니다. 그만큼 중요하다는 얘기겠죠. 그래서 차를 평가할 때는 “엔진과 미션을 살펴보라”고 말하는 겁니다.




아마도 여러분은 이러한 변속기의 중요성을 잘 알지 못했을 듯합니다. 이유는 간단합니다. 이제는 변속이 자동으로 되는 데에 익숙해서죠. 자동변속기 운전자는 그저 전진(D)할 건지, 후진(R)할 건지, 중립(N)에 둘 건지에 대해서만 명령을 내리면 그만입니다. 이런 변속기를 우리는 ‘자동변속기’라고 부릅니다. 오늘날 대한민국에서 팔리는 승용 신차의 95% 이상은 자동변속기를 달고 있습니다. 자동변속기의 진화는 자동차의 발전과 함께하고 있는데요. 요즘 자동차의 연비가 개선되고 가속이 빨라진 이유의 3할은 변속기 덕이라고 말해도 지나치지 않을 정도입니다.




이토록 중요하고 고마운 존재인 자동변속기. 당신의 차를 진정한 ‘자동차’로 만들어주는 기구. 그렇다면 우리의 차에 달린 자동변속기는 어떤 종류일까요? 당신 차에 달린 자동변속기가 어떤 원리로 움직이는지, 당신 취향에는 어떤 자동변속기가 어울리는지는 궁금하지 않으셨나요? 지금부터 알아보도록 하겠습니다. 결코 어렵지 않은 얘기들, 잘 따라와 보세요.



좋은 자동변속기의 조건


결론 먼저 말하겠습니다. 자동변속기의 역할 중 가장 중요한 건 역시나 ‘전달’입니다. 엔진 힘을 바퀴로 잘 전하기만 해도 “임무를 절반 이상 했다”고 말할 수 있죠. 이게 변속기의 우수성을 판가름하는 결정적인 문제입니다. 즉 동력 손실을 최소화한 상태로 바퀴를 힘차게 굴려야 좋은 변속기라고 말할 수 있는 것이죠.



[아이오닉 HEV의 에너지흐름도]


이해를 돕기 위해 역설해 보겠습니다. '나쁜 변속기'는 엔진 힘을 바퀴까지 온전히 전하지 못합니다. 엔진이 300마력을 내뿜어주는데 변속기는 바퀴까지 200마력만 전하는 것처럼요. 이러면 결코 빠르게 달릴 수 없습니다. 까먹은 100마력은 어디로 갔을까요?결국 출력 손실을 뜻하고 이는 기름 낭비로 일컬을 수 있습니다

위의 역설은 마치 짜장면 배달원이 짜장면 5인분 배달하는 도중 배고파서 한 그릇 먹고 4인분만 갖다 주는 거랑 똑같은 겁니다. ‘나쁜 배달원=나쁜 변속기’라는 얘기. 이렇게 변속기에서 힘 깎아 먹는 차, 현실에서 꽤 많이 볼 수 있습니다. 진짜로 제원상 300마력에 이르는 차가 200마력짜리 차보다 묘하게 느린 경우가 허다하거든요. 따라서 오늘날의 자동차 메이커들은 자동변속기의 출력 손실을 줄이기 위해 최선을 다하고 있습니다.




두 번째 조건은 변속을 ‘잘’해야 한다는 겁니다. 쉽게 말해 적절한 때에 적절한 기어를 찾는다는 것. 이는 연비를 생각하는 관점에서는 주행 저항보다 구동력이 큰 범위 내에서 가능한 한 엔진 회전을 낮추는 것을 말하고, 가속을 생각하는 관점에서는 연비율(출력 시간당 연료소비량)이 제일 좋아지는 영역으로 가능한 한 토크와 회전을 높이지 않는 것을 뜻합니다. 적어도 이 두 관점에서 문제가 없어야만 변속을 잘한다고 평가할 수 있지요. 엔진을 딱 필요한 만큼, 넘치거나 부족하지 않게 돌게끔 유도한다는 의미입니다. 



하지만 현실 세계에서는 다음과 같은 상황에 부닥치게 만드는 차가 많습니다. 가령 오르막을 오를 때는 4단으로 달리다가 3단으로 내려가 주는 게 연비와 가속력 모두에서 이익인 상황에서 4단을 고수한다든가, 5단 항속이 유리한 시점임에도 4단을 유지하는 녀석들. 이는 운전자의 속을 갑갑하게 만듭니다. 이때의 가장 큰 적은 변속기입니다. 결국 변속이 잘되지 않으면 달리기 성능과 연비 양쪽 모두를 잃게 되므로 우리는 가능하면 ‘더 좋은 자동변속기’가 달린 차를 타야 합니다.



자동변속기의 세 가지 종류


자동변속기는 크게 세 종류로 나눌 수 있습니다. 전통적인 토크컨버터식의 자동변속기를 시작으로 기어 대신 풀리가 있는 무단변속기(CVT)와 최근 확대되고 있는 듀얼 클러치(DCT)입니다. 셋은 조작법에서 차이가 없습니다. 운전자가 전 후진만 결정하면 되니까요. 그러나 움직이는 원리는 완전히 다릅니다. 이에 따라 특성도 다릅니다. 그래서 장단점도 명확합니다. 일단 셋의 작동 원리를 먼저 알아보도록 하겠습니다. 그러면 특성과 장단점도 이해할 수 있게 되니까요.


1) 토크컨버터식 자동변속기

토크컨버터식의 자동변속기는 가장 흔한 타입의 변속기입니다. 우리 아버지 세대가 탔던 차들뿐만 아니라 요즘 우리 주변에서 볼 수 있는 차들 대부분이 이 방식이죠. 그랜저, 싼타페, 제네시스, 아반떼, 쏘나타(1.6 터보 제외), 심지어 포터에 달린 자동변속기가 모두 토크컨버터식이라면 이해가 쉬울까요?


[현대자동차의 8단 AT. 왼쪽 끝의 원통 안에 토크컨버터가 있습니다]


이 방식의 핵심은 기름(Oil)입니다. 그래서 이걸 소개할 때는 유성이라든가 오일이라는 단어가 자주 나오기 마련이에요. 구조적으로는 유성기어 세트로 불리는 기어들과 유압으로 동력을 전하는 토크컨버터가 중심에 있습니다. 이 토크컨버터가 중요합니다. 토크컨버터의 원리만 알면 70% 이상 배운 거거든요.

토크컨버터는 유체의 클러치입니다. 동력을 유체, 즉 오일로써 전하는 거죠. 살짝 놀라우시죠? 엔진 쪽에서 나오는 축과 변속기 쪽으로 들어가는 축 사이에 기계적으로 맞닿아 힘을 전달하는 게 없다는 얘기라니!


그러나 다음과 같은 예를 들면 납득이 가실 겁니다. 선풍기를 서로 마주 보게끔 세워놓았다고 쳐 보죠. 한쪽 선풍기는 전원 연결, 다른 쪽 선풍기는 코드를 잘라버린 상태입니다. 이 상태에서 전원 연결된 선풍기를 ‘강풍’으로 틉니다. 코드 잘린 선풍기도 이내 강풍 못지않게 회전하게 될 것입니다. 물리적으로 연결된 게 없는데도 말이죠. 여기서 두 선풍기를 연결시킨 건 바람입니다. 토크컨버터식 자동변속기도 이것과 비슷한 원리입니다. 바람 대신 오일의 유압이 동력을 전하는 게 차이죠. 즉 오일을 통해 엔진 힘이 변속기 쪽으로 들어오면 유성기어열의 요소를 바꿔 변속이 이뤄지는 식인 겁니다.



 

[토크컨버터식 자동변속기가 적용된 스탠다드형 아반떼]


토크컨버터식 자동변속기가 적용된 스탠다드형 아반떼는 DCT가 탑재된 아반떼 스포츠보다 매끄럽게 가속되는데요. 장단점은 오일을 매개로 한다는 데서 짐작할 수 있는 그대로입니다. 기계적인 연결이 없으니 주행감이 부드럽다는 거죠. 오일로 동력을 전달하니 오죽 매끄럽겠어요. 아울러 토크컨버터는 내부 구조상 토크 증배 효과가 있어 발진에 아주 유리하기도 합니다. 다만 오일이 윤활제뿐만 아니라 마찰재의 역할까지 하므로 변속기 오일을 잘 관리해야 합니다. 오일의 상태가 나빠지면 가속과 연비 모두 나빠지거든요. 또 ‘오일에 의한 동력 전달’이 주를 이루니 기계적인 연결의 변속기들, 요컨대 듀얼 클러치나 수동변속기보다 동력 손실이 큰 것도 약점입니다.


2) 무단변속기(CVT)

무단변속기는 말 그대로 무단의 변속기입니다. 연속가변 변속기(Continuously Variable automatic Transmission)를 줄여 CVT라고 부릅니다. CVT는 벨트식과 마찰식이 있는데, 자동차에는 대개 벨트식이 쓰이므로 이번 시간에 마찰식은 논외로 두겠습니다.

 

[원통형 풀리의 간격에 따라 기어비가 바뀌는 CVT]


그렇다면 CVT에는 기어가 없는데 동력은 어떻게 전하느냐. 기어 역할을 벨트와 풀리가 하는 겁니다. 엔진 쪽과 바퀴 쪽에 뾰족한 산처럼 생긴 풀리를 각각 달고 그 사이를 벨트로 이은 거죠. 이를 바탕으로 각 축의 풀리 간격이 좁혀지거나 멀어짐에 따라 기어비가 바뀌는 효과를 내는 식입니다. 즉 ‘벨트가 감기는 지름의 변화’로 변속이 되는 원리입니다.



[CVT의 한쪽 풀리(좌)와 벨트가 걸린 형태(우), 사진 LuK DE]


자동차 변속기의 가장 이상적인 주행 모습은 무엇일까요? 엔진 회전이 들쭉날쭉하지 않고 최적의 힘을 내는 영역에 고정되는 거예요. 그러나 기어가 있는 변속기는 각 단을 오르내리며 엔진 회전을 오르내리게 하는데요. 반면 무단변속기는 그렇지 않습니다. 풀리 간격의 조정으로써 차의 속도가 변해도 엔진 회전을 특정 영역에 고정할 수 있거든요. 이 관점에서라면 무단변속기는 변속기 중 가장 이상적인 기구라고 할 수 있습니다. 




예를 들어볼게요. 현대 엑센트의 1.4L 엔진은 2,000rpm에서 가장 연비가 좋고 6,000rpm에서 가장 가속이 좋다고 상정합니다. 만약 기어가 있는 자동변속기가 달려 있다면 차는 1,500~2,500rpm에서 변속하며 최적의 효율을 찾을 겁니다. 풀가속할 때는 5,000~6,500rpm을 넘나들며 속도를 올려 나가겠지요. 그러나 무단변속기는 연비 중시 상황에서 정확히 2,000rpm에 고정시키고 강한 힘이 필요할 때는 6,000rpm에 ‘고정’한 채 내달릴 수 있는 것입니다. 간단히 말해 엔진의 ‘매력적인 영역’을 계속 쓸 수 있게 하는 거죠.


하지만 애석하게도 장점은 이 정도에서 끝입니다. 무단변속기는 매끄러운 풀리에 벨트를 걸어 힘을 전하는 방식이라서 동력 손실이 큽니다. 기어 물려 힘 전하는 것보다 훨씬요. 필연적으로 풀리와 벨트 간의 접촉, 밀착, 이탈의 과정이 있기에 마찰을 마구 높일 수 없고 부드럽게만 만들 수도 없어 한계가 자명합니다.



[EF 쏘나타 시절, CVT가 내구성에 아쉬움을 드러냅니다]


가속감이 이질적인 것도 문제입니다. 엔진은 일정하게 도는데 차의 속도가 변하는 건 자동차 운전자가 익숙해지기 힘들잖아요. 일부에서는 이를 ‘위화감’이라고 표현할 정도로 부정적으로 봅니다. 엔진 회전이 선행되어 높아져 구동력이 느껴지지 않는 상황에서는 고무 밴드가 힘을 전하는 것 같다며 꺼리는 이들도 있습니다. 이는 어쩌면 CVT가 넘어야 할 가장 큰 산일지도 모릅니다.


최근에는 많이 개선되었지만 벨트 내구성의 한계도 있습니다. 그래서 힘센 차에는 적용이 어렵습니다. 실제로 현대자동차만 하더라도 CVT는 엑센트 1.4에만 적용하고 있을 뿐입니다. 과거 EF 쏘나타 시절에 CVT 모델이 있었지만 판매 면에서는 성공을 거두지 못한 것도 위에 설명한 약점들 탓이었습니다. 이런 연유로 CVT 적용 모델이 늘 수 없는 실정입니다. 하지만 완전히 없어지지는 않을 것입니다. 변속의 제어와 효율 개선이 꾸준히 이뤄지고 있고 일본 메이커를 중심으로 나름의 시장을 확보하고 있기 때문입니다.


3) 듀얼 클러치 변속기

이 글의 서두에서는 자동차 변속기의 가장 중요한 역할이 ‘전달’이며 이 관점에서 전달의 효율을 강조한 바 있습니다. 즉 엔진-변속기-바퀴가 직결되어 있는 게 이상적이라는 거죠. 하지만 지금까지 말했던 토크컨버터식 AT나 CVT는 그렇지 못했습니다. 그래서 자동변속기는 늘 전달 효율이나 동력 손실이 약점으로 지적됐습니다. 단, 듀얼 클러치가 나오기 전까지는요.




듀얼 클러치 변속기를 간단히 설명하면 수동변속기의 기어 세트를 변속단만큼 조합해 자동변속화한 것입니다. 수동변속기를 탈 때 사람의 손이 하는 일(기어 선택 및 변속)뿐만 아니라 발이 하는 일(클러치 조작)까지 기계가 대신하는 식이죠. 이로써 수동변속기의 가장 큰 장점(엔진-변속기-바퀴의 직결화)을 누릴 수 있는 게 매력으로 꼽힙니다.


장점은 여기서 끝이 아닙니다. 수동변속기는 클러치 페달을 밟아 동력을 끊을 때 ‘구동이 끊긴다’는 중대한 약점이 있습니다. 그러나 이 약점을 듀얼 클러치라는 이름처럼 클러치 두 개로써 극복하고 있습니다. 엔진과 변속기 사이의 전달을 담당하는 클러치를 2세트로 구성, 각각 홀수단과 짝수단의 기어 세트를 담당하는 전달계통을 짠 것이죠. 이게 바로 듀얼 클러치 변속기의 핵심입니다.




가속하는 상황을 가정해 듀얼 클러치의 변속 과정을 쉽게 설명해 드릴게요. 우선 듀얼 클러치 자동차가 1단 기어를 물고 가속합니다. 이때 홀수단(1단) 쪽의 클러치는 붙어 있고 짝수단 쪽의 클러치는 떨어져 있지요. 대신 변속기가 2단을 미리 선택해 기다리고 있습니다. 이윽고 차속이 빨라져 시프트 업 시점이 되면 1단으로 회전을 전달하던 홀수단 담당 클러치를 끊고 짝수단 클러치를 연결해 ‘즉시’ 변속이 이뤄집니다. 다운 시프트 때도 같은 원리입니다. 이처럼 듀얼 클러치 변속기는 끊기는 느낌이 없다고 해서 심리스(Seamless) 변속기라고 일컬어지기도 합니다. 듀얼 클러치 변속기의 장점을 강조한 이름이죠.



[현대자동차는 아이오닉 하이브리드에도 DCT를 앞서 적용했습니다]


이처럼 듀얼 클러치 변속기는 상당히 이상적인 기구입니다. 끊김이 없이 즉각적으로 변속되고 직결에 가까운 전달 효율을 자랑하니까 성능과 효율 양쪽 모두에서 유리합니다. 이런 이유로 요즘 친환경 트렌드에도 잘 어울립니다. 현대자동차 역시 이 흐름에 동참해 투싼과 쏘나타, 아반떼, 아이오닉 등 다양한 차량에 듀얼 클러치 변속기를 확대 장착하고 있습니다.




물론 소소한 약점들도 있습니다. 오일로 동력을 전하는 AT에 비하면 힘이 전달되는 느낌이 다소 거칠다는 것. 아울러 차가 막힐 때처럼 ‘발진, 감속, 재가속을 작은 단위로 불연속적으로 반복하는 상황’에서는 클러치의 끊어짐이 겹쳐져 매끄럽지 못한 느낌이 들 수 있습니다. 조금 더 깊숙이 들어가면 작동 유압을 만들기 위한 펌프가 상시 구동되기 때문에 순수한 수동변속기보다는 약간의 손실이 존재하는 것도 사실입니다.



나에게 어울리는 자동변속기는 어떤 것일까?


지금까지 전통적인 토크컨버터식의 AT와 무단변속기, 그리고 최근 널리 보급 중인 듀얼 클러치 변속기에 관해 살펴봤습니다. 토크컨버터식 AT는 부드러운 변속에 따른 좋은 주행감과 숙성된 기술이 강점이지만 동력 손실이 필연적입니다. 그래서 이를 개선하는 데에 개발 방향이 맞춰져 있지요. 무단변속기는 엔진의 매력을 극대화할 수 있지만 동력 손실이 토크컨버터식보다 크고 운전할 때 어색하다는 게 약점입니다. 벨트의 내구성 이슈도 완전히 해소되지 않았고요. 마지막으로 듀얼 클러치 변속기는 동력 전달 효율과 변속 스피드의 두 가지를 모두 취하고 있으나 특유의 거친 주행감과 지정체 상황에서의 클러치 움직임 개선이라는 과제가 있는 상태입니다.




자, 그렇다면 이 세 가지 자동변속기 가운데 여러분의 성향에 맞는 변속기는 무엇입니까? 스포티한 감성을 중시하는 입장이라면 살짝 거친 느낌이 있더라도 듀얼 클러치가 어울릴 테고 연비 좋은 소형차를 원한다면 무단변속기가 적절할 것입니다. 부드러운 승차감을 원하는 분은 토크컨버터식 AT가 알맞을 듯합니다.




제가 이 글을 통해 기대하는 건 딱 하나입니다. 적어도 여러분이 다음에 차를 살 때 “이 차 자동변속기 달려 있냐”고 물어보지 않는 것. 대신에 “어떤 자동변속기가 달려있냐”고 질문할 수 있길 바랍니다. 이건 결국 자신에게 어울리는 자동변속기를 고를 준비가 되었다는 거니까요. 자, 그럼 당신께 어울리는 자동변속기는 어떤 것인가요? 시승을 통해 더 만족스러운 선택을 할 기회도 꼭 챙기시길 바랍니다.


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