자동차 자동변속기(오토미션) 제대로 알기

자동차 자동변속기(오토미션) 제대로 알기

자동차를 이해하기 위해서는 엔진과 미션을 빼놓을 수 없다. 수동 미션(매뉴얼 미션)과 자동 미션(오토 미션)은 각각 장단점이 있는데 이번 시간엔 자동변속기(오토미션)을 알아보자.

자동차 변속장치(트랜스미션)는 엔진의 출력과 회전수(토크)를 구동 바퀴에 최적으로 전달하기 위한 장치를 말한다. 이러한 변속기는 일반적으로 여러 개의 기어를 사용해 적절한 기어비를 제공함으로써 엔진의 최대출력과 토크를 구동 바퀴에 효과적으로 전달해 최적의 가속성능과 견인력을 제공하는 역할을 하는데, 동력 전달을 제어하는 클러치 페달을 없애 자동차의 주행 속도와 부하에 맞추어 자동으로 최적의 토크를 얻도록 변속해 주는 방식이 자동변속기다.

해외와 달리 우리나라 차량의 경우 장착 비중이 90퍼센트가 넘는 자동변속기는 운전자가 자신의 운전 스타일에 맞게 임의로 기어비를 조작할 수 있는 수동변속기와는 다르게 유성기어 시스템과 변속기어로 구성되어 있으며, 미리 입력된 기어비를 자동으로 설정해 운전 편의성을 향상시킨 것이 특징이다.

출처: 네이버

1. 자동변속기의 역사

자동변속기는 제너럴모터스(GM)이 1930년대에 최초로 선보인 이후 비약적으로 발전을 거듭해 오고 있다. 최초에는 3단 자동변속기가 주종을 이뤘지만 1980년대에 4단 자동변속기가 보편화되고 1990년대에 와서 5단 자동변속기로 확대되었다. 최근에는 6단 자동변속기가 소형차부터 중대형차까지 주종을 이루고 있을 뿐 아니라 일부 대형차들의 경우 7단 혹은 8단이 적용되고 9단, 10단 자동변속기도 등장을 했다.

이렇게 기어 단수가 다단화(고단화) 되는 이유는 변속단이 많아질수록 기어비가 커지고 변속 충격이 적어 승차감 향상은 물론 연비를 향상시킬 수 있기 때문이다. 그러나 이론적으로는 10단 이상이 되면 변속기 크기가 너무 커져 오히려 연비가 떨어지거나 구조적으로 탑재가 어렵기 때문에 CVT가 오히려 효율적이라는 것이 전문가들의 이야기도 있다.

2. 자동변속기의 구조

일반적으로 자동변속기의 구조는 유체커플링과 토크컨버터, 유성기어장치, 유압 제어장치(밸브 보디), 기어 변속단, 컨트롤 유닛(TCU) 등으로 구성되어 있습니다. 자동변속기는 수동변속기처럼 변속을 위해 엔진 동력을 차단하는 클러치 대신 토크컨버터가 이러한 역할을 대신하는 것이 가장 큰 차이점이라 할 수 있다.

따라서 자동변속기는 변속기 오일로 채워진 토크컨버터 내부에서 임펠러와 스테이트, 터빈을 회전시켜 동력을 전달하기 때문에 유체저항이 생길 수밖에 없고 이 때문에 기계적으로 엔진과 변속기가 직접 연결되는 수동변속기에 비해 구조적으로 동력전달효율이 떨어질 수밖에 없다.

3. 자동변속기의 변화 및 발전

초창기에는 수동변속기보다 연비 효율이 10퍼센트 정도 떨어진다고 알려졌지만 최근에는 5퍼센트 미만이라는 것이 정설이다. 일부 차종의 경우 수동변속기와 거의 차이가 없거나 오히려 연비가 더 뛰어난 경우도 흔히 볼 수 있다.

① 록 업 제어(Lock up control) 기술

연비가 향상된 이유는 토크컨버터의 동력 효율과 연비 향상을 위해 록 업 제어나 토크컨버터 라인 압력 제어, 자동 중립 기능(NIC) 등 다양한 기술이 적용되고 있기 때문이다. 자동변속기의 연비 및 동력전달효율 개선을 위한 대표적인 기술인 록 업 제어(Lock up control)는 급가속 등 엔진이 순간적으로 큰 힘이 필요한 때 유체 클러치인 토크컨버터의 펌프와 터빈을 기계적으로 직결시켜 가속성능을 향상시켜 주는 제어 방식을 말한다.

일반적으로 록 업 제어를 담당하는 록 업 클러치라는 부품이 4단(또는 5단)부터 작동되는데 전문용어로 오버드라이브라고 한다. 최근에는 이러한 록 업 제어영역을 넓혀 저속 영역(2단 또는 3단)에서도 록 업 제어를 활성화시켜 가속성능을 향상시키는 추세이기도 하다. 이에 따라 토크컨버터의 크기도 상대적으로 기존 변속기에 비해 작아지고 있다.

② 자동 중립 기능

토크컨버터 라인 압력 제어의 경우 기어 모드가 중립인 경우나 정차가 지속될 경우 토크컨버터 내부의 오일을 일부 빼내어 오일 압력을 낮춤으로써 동력 손실을 최소화하는 제어 방식이다. 자동 중립 기능도 일종의 라인 압력 제어 방법 중 하나로 정차 중에 기어 레버를 중립에 놓지 않아도 기어가 중립에 있는 것처럼 가상으로 제어하는 방식이다. 아우디 등에 적용된 일부 변속기의 경우 실제 기어가 중립으로 유지되기도 한다.

③ 스톱 앤 고(Stop & Go) 시스템

이 이스템이 장착된 차인 경우 변속기 옆에 조그만 어큐뮬레이터(축압기)가 달려 있는 것을 볼 수 있는데 이 장치는 시동이 꺼진 경우 토크컨버터 내부의 변속기 오일을 어큐뮬레이터에 모아놨다가 시동이 걸림과 동시에 토크컨버터로 변속기 오일을 재공급하는 역할을 한다.

④ 제어시스템

자동변속기 컨트롤 유닛(TCU)는 적절한 변속 시점(변속 모드 등) 제어를 비롯해 록 업 클러치(Lock up Clutch), 변속 품질(라인 압력), 페일세이프(고장진단모드) 등을 제어하는 역할을 한다. 변속 시점 제어는 자동차의 주행속도와 엔진의 부하를 기본으로 기어 단수를 올리거나 내리는 제어를 실행한다.

이때 연비 효율과 가속성능과의 적절한 조율이 필요로 하며, 변속 품질 제어는 변속 중 토크와 엔진 회전속도의 변화를 최소화시켜 승차감 향상과 변속 충격을 줄여주는 역할을 한다. 최근에는 이러한 라인 압력을 운전 상황에 따라 가변적으로 제어해 연비 향상을 도모하고 있기도 한다.

⑤ 듀얼 클러치

최근 소형차는 물론 중형 차급 이상의 차량에 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 적용한 모델이 증가하고 있는 추세인데, 듀얼 클러치 변속기는 자동변속기의 토크컨버터 대신 각각 홀수 단과 짝수 단을 제어하는 두 개의 클러치가 엔진 동력을 변속기어에 전달하는 방식이다.

4. 자동변속기의 종류

겉보기에 모두 같아 보이는 자동변속기에도 종류가 있다. 그럼 자동변속기의 종류에 따른 각각의 장단점을 살펴보자.

① 토크컨버터 방식

가장 대표적으로 사용되고 있는 자동변속기가 '토크컨버터' 방식이라고 할 수 있습니다. 토크컨버터 방식은 동력을 오일을 통해 전달한다. 엔진 쪽에서 나오는 축과 변속기 쪽으로 들어가는 축 사이에 다른 부품이 있어 이를 통해 동력을 전달하는 것이 아니라 유체를 통해 동력을 전달하는 것이다.

흔히 토크컨버터 방식을 두고 선풍기에 비유하기도 하는데 이는 한 대는 전원을 연결하고, 한 대는 전원을 연결하지 않은 채로 둘을 마주 보게 한 후, 전원이 연결된 선풍기를 켜면 다른 한 대의 선풍기 날개도 돌아간다. 두 선풍기 사이에 작용하는 물리적인 힘은 없지만, 바람이 둘을 연결하듯이 토크컨버터 방식 역시 오일이 흐르면서 변속을 하게 되는 것이다.

토크컨버터 방식의 장점은 기계적인 연결이 없기 때문에 주행감이 부드럽고 매끄럽다는 것이다. 하지만 오일이 윤활제의 역할과 마찰재의 역할을 함께 하기 때문에 오일을 잘 관리하지 않으면 가속과 연비 모두 나빠질 수 있다는 단점이 있다.

② 무단변속기 (CVT)

무단변속기, 다른 말로는 연속 가변 변속기라고도 한다. 이를 줄여서 CVT(Continuosly Variable Transmission)라고 부르는데, 무단변속기는 벨트의 물리적인 움직임을 이용해 변속하는 것이다. 이 방식은 엔진과 바퀴 쪽의 '풀리'와 벨트가 기어 역할을 하는 것이다. 엔진 쪽의 구동 풀리와 바퀴 쪽의 피동 풀리의 간격이 좁아지거나 멀어지면 기어비가 바뀌는 것이다.

무단변속기의 장점은 부드럽고 연속적으로 변속이 되기 때문에 엔진이 최적의 힘을 내는 영역에 고정되어 있어 주행성능에 큰 도움을 준다. 하지만 변속을 할 때 이를 체감할 수 없어 기존 토크컨버터 방식의 변속기를 사용하는 운전자들에게 이질감을 줄 수 있다. 또한 풀리와 벨트가 서로 밀착되고 탈착되는 과정을 반복하기 때문에 내구성이 약하다는 단점도 있다.

출처: 네이버 

③ 듀얼 클러치 변속기(DCT)

듀얼 클러치 변속기(DCT : Dual Cluch Transmission)는 두 개의 클러치를 사용하는 자동변속기를 의미한다. 수동변속기를 자동 변속화 한 것이며, 수동변속기에서 가장 중요한 것이 '클러치'를 다루는 것이라고 할 수 있는데, 사람이 발로하던 것을 기계가 대신하도록 만든 것이다. 두 개의 클러치가 맞물리며 부드럽고 빠르게 변속할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 토크컨버터 방식과 비교해 동력 전달 느낌이 조금 더 거칠고, 도로 정체가 많은 우리나라 도심 운전에서는 발진과 감속이 반복되어 매끄럽지 않은 주행감을 주기도 한다.

자동변속기라면 모두 같다고 생각했지만 그 속을 들여다보면 작동하는 방식들에 차이가 있습니다. 가장 보편적으로 사용하는 방식이 있긴 하지만 차종의 특성이나 국가에 따라 자동변속기도 다르게 사용하고, 자동차의 주행감은 변속기와도 관련이 있을 수 있으니 부드러운 주행감을 원하는지, 조금은 거친 스포티한 주행감을 원하는지에 따라 자신에게 맞는 변속기를 찾아야 한다.

5. 자동차 변속기의 P-R-N-D 사용 방법

① P (Parking)

주차모드로, 자동차가 움직이지 않도록 하며 차량을 밀거나 완만한 경사가 진 도로에서 밀리지 않고 버틸 수 있다.

② R (Reverse)

자동차를 뒤로 움직이게 하는 후진 모드로 주차할 때 자주 이용한다.

③ N (Neurtal)

중립모드로 전진과 후진도 아닌 상태가 되어 엑셀을 밟더라도 차가 움직이지 않는다.

④ D (Drive)

주행모드이며 차가 움직이기 위한 기본 모드로 1단에서 장착된 고단까지 변속 패턴에 따라 자동으로 변속한다.

⑤ 3이하

세미 오토 주행을 위해 존재하는 단수로 엔진브레이크, 저속, 급가속, 오르막길, 눈 비 등 미끄러운 도로에서 사용한다.

이상과 같다. 이 중 P와 N의 위치에서만 시동이 걸리므로 시동이 걸리지 않을 때 혹시 이 위치에 레버가 있는 것은 아닌지 먼저 확인하도록 하자. (주로 후면 주차를 하다가 R의 위치에서 시동을 끄는 경우 이럴 수 있다)

6. 자동차 변속기 P-R-N-D의 표준화

모든 자동변속기의 기어는 P(Parking), R(Reverse), N(Neutral), D(Driving) 순서로 되어있다. 모든 사람들이 이 순서에 익숙해져 기어 레버를 굳이 보지 않고도 원활한 기어 변속이 가능하다.

과거에는 변속레버의 종류와 순서, 그리고 위치 모두 제조사마다 달랐다. 오늘날의 시트로엥처럼 P 레인지가 없는 자동차도 있었고, P-R-N-D 순서가 아닌 자동차들도 많았다. 뒤죽박죽되어있다 보니 운전자들에게 혼란을 주기도 했고, 사고를 유발하기도 했다.

또한, 과거에는 오늘날의 P-R-N-D가 아닌 P-N-D-L-R 순서를 사용하기도 했었다. 운전자들이 가장 많이 사용하는 D 레인지를 변속기 중앙에 배치하고, 그다음으로 많이 사용하는 P와 N을 위쪽에, 가장 사용이 적은 R과 L을 아래쪽에 두는 방식이었다.

이런 것을 혼란과 사고 유발을 해결하기 위해 미국 정부와 미국 자동차 기술학회는 표준화를 시작하여, 우선 D와 R 사이에 N을 두어 잘못된 기어 변속으로 인한 혼란을 막았고, 1965년에 비로소 P-R-N-D라는 표준 순서가 정해지게 되었다.

미국에서 표준화된 것이 우리나라에도 넘어와 우리나라도 법으로 정해져 있다. 이미 P-R-N-D 순서가 법으로 정해져, 자동차 및 자동차 부품의 성능과 기준에 관한 규칙 제13조 3항에는 '자동변속장치는 다음 각 호의 기준에 적합하여야 한다'라고 명시되어 있고, 1호에는 '중립 위치는 전진 위치와 후진 위치 사이에 있을 것'이라 명시되어 있다.

또한 2호에는 '조종레버가 조향 기둥에 설치된 경우 조종레버의 조작 방향은 중립 위치에서 전진 위치로 조작되는 방향이 시계방향일 것', 그리고 3호에는 '주차위치가 있는 경우에는 후진 위치에 가까운 끝부분에 있을 것. 다만, 순서대로 조작되지 아니하는 조종레버를 갖춘 경우에는 그러하지 아니하다.'라고 명시되어 있다.

우리가 일반적으로 사용하는 P-R-N-D 기어와, P 레인지가 버튼으로 되어있는 기어 레버 모두 법에 근거하여 만들어진 것들이라는 사실을 확인할 수 있다.

출처: 네이버 

7. 자동변속기의 효과적인 운전 방법

자동변속기(오토 미션)의 연비는 엔진의 힘이 바로 클러치로 연결되는 것이 아니라 토크 컨버터를 한 번 거치기 때문에 동력 손실이 일어나 수동보다 연비가 좋지 않은 것이 일반적이다.

이 때문에 변속을 할 때마다 동력 손실이 많이 일어나는데, 연비를 좋게 하기 위해서는 변속이 잦지 않게 운행을 하여야 한다.

① 시내 주행의 경우 신호가 많기 때문에 급가속을 했다가 급제동을 하면 변속이 매우 잦게 된다. 천천히 가속했다가 일정한 속도로 주행을 하는 것이 연비에 유리하다.

② 고속도로에서는 60~80km 사이에 최고 단에 도달되는 경우가 많다. 때문에 시내 주행보다 상대적으로 긴 구간을 달리는 고속도로에서는 빠른 시간 안에 최고 단으로 달려 기어를 유지하는 것이 좋으므로 가속을 하는 것이 좋다. (급가속은 위험하니 시내보다는 가속을 하라는 의미다)

③ 경사가 있는 구간에서는 D에 둘 경우 변속이 굉장히 많이 되므로 1단이나 2단으로 놓는 것이 연비에 좋다.

④ 시내 주행 시 신호가 길 경우에는 N으로 두는 것이 약간이나마 연비에 도움이 된다.

8. 자동변속기의 단점

① 수동변속기보다 복잡하게 생겼으며 수리도 어렵고, 거기다 자동 시스템이다 보니 고장도 수동변속기보다 많다.

② 고장 시 자동변속기가 수리비도 더 비싸다.

③ 엔진과 미션이 항상 같이 돌아가다 보니 기름도 더 먹는다.

④ 시동 꺼지면 수동 미션같이 강제 시동도 걸지 못한다.

⑤ 위급 사항에서 사용 부주의에 따른 미숙함으로 당황해서 브레이크를 밟아야 하는데 엑셀을 밟아버림으로 인해 급하게 튕겨나가는 사고가 날 위험이 있다.

 

이상으로 자동차 자동변속기(오토 미션)에 대해서 알아봤습니다. 자동차의 자동변속기를 이해하여 자동차 관리와 자동변속기 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.