변속기(Transmission)의 역할, 자동 변속기와 수동 변속기 장단점

 

 

 

 

차량에서 변속기(Transmission)의 역할과 자동 변속기와 수동 변속기 장단점에 대해 알아봅시다 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

변속기(Transmission)의 역할과 변속비에 따른 작동 원리

 

 

 

 

 

 변속기는 엔진에 직접 장착되어 엔진의 동력을 적절한 운동량으로 변환하여 구동축과 차축을 따라 바퀴에 전달 하며, 구동축의 회전수와 회전 방향을 주행 상황에 따라 제어 하는 역할을 합니다. 엔진에 무리를 주지 않고 출력을 더욱 효율적으로 높일 수 있도록 하는 장치이죠. 예를 들어 자동차가 정차 상태에서 출발 할 때, 내연기관의 힘만으로는 주행을 시작 할 수 있는 회전 속도를 만족 할 수 없기 때문에 변속기가 개입하여 (기어를 1단으로 낮춰) 속도를 줄이는 대신 힘을 증가시키고, 속도가 증가하면 (기어를 고단으로 변속하여) 속도를 유지하게 합니다. 또한 중립 상태에서는 엔진과 구동 바퀴와의 연결을 차단하여 시동 및 공회전시키고, 후진 시에는 주행 방향을 뒤로 변경하여 움직이게 하므로 자동차에서는 엔진 만큼이나 핵심 부품으로 볼 수 있습니다. 

 

 

 

 변속기는 기어의 맞물림을 변화시켜 구동 바퀴에 전해지는 토크와 회전속도를 변화시킨다. 여기서 입력 회전수와 출력 회전수의 비를 변속비(＝기어비)라고 하며, 다음 식으로 표시합니다.

 

GR:변속비(기어비) / w : 각속도 / N : 잇수 /  PD: 기어 원지름

 

 

변속비를 다르게 하여 출력축 회전 속도와 토크를 변환시킬 수 있으며, 변속비의 값에 따른 상태를 아래와 같이 정리 할 수 있습니다.

변속비가 1보다 클 때 (i＞1, 토크 증가, 속도 감소)
구동기어 잇수보다 피동기어 잇수가 많음 -> 구동축의 회전 속도보다 피동축의 회전속도가 낮음, 따라서 회전속도는 감소하고 토크는 증가함

변속비가 1일 경우(i＝1) 
구동축의 회전속도와 피동축의 회전속도가 같거나 구동기어와 피동기어의 잇수가 같음, 회전속도와 토크에 변화가 없음

변속비가 1보다 작을때(i＜1, 토크 감소, 속도 증가)
구동기어 잇수보다 피동기어 잇수가 적음 -> 구동축의 회전속도보다 피동축의 회전속도가 높음, 따라서 회전속도는 상승하고 토크는 감소함

 

 

 

 

위의 그래프는 각 속도와 구동력에 따른 최적화된 변속비를 나타낸 것으로, 실제 차량에서 가장 효율적인 변속비를 결정하기 위해서는 최고 속도, 가속 능력, 연료소비율 등 까지 고려하여야 합니다.

- 그래프에서 기어의 속도가 VA, VB, VC, VD일 때 각각 최대 구동력 A, B, C, D를 얻을 수 있음
- E, F, G, H 는 엔진의 최대 출력이며 속도가 VE, VF, VG, VH 일 때 엔진의 출력을 효율적으로 사용할 수 있음

 

 

 

 

수동 변속기, 장점과 단점

 

 

 

 

 

 

 변속기는 조작 방법에 따라 크게 수동 변속기와 자동 변속기로 나눌 수 있습니다. 흔히 스틱이라고 부르기도 하는 수동 변속기 차량은 변속을 위한 모든 과정(클러치 페달을 밟아 엔진의 동력을 차단 하고, 기어를 변경한뒤 다시 클러치 페달을 뗌)을 운전자가 수동으로 조작 합니다. 변속을 할 때마다 기어를 조작해야 하기 때문에 번거롭게 느껴지기도 하지만 자동차 마니아층에게는 오히려 운전의 재미를 더해주어 자동보다 수동을 더욱 선호하기도 합니다. 변속을 직접 제어 하기 때문에 자동차의 움직임을 보다 넓게 컨트롤 할 수 있고 변속 과정에서 감성적으로도 만족감을 주기 때문이죠.

 

 

 수동 변속기는 자동 변속기에 비해 설계 측면에서도 몇 가지 장점이 있습니다. 구조가 상대적으로 단순하기 때문에 차량의 무게가 가볍고, 동력 손실이 적어 연비 효율이 좋은 것은 물론 자동차 구매 가격 또한 저렴합니다. 고장이 적게 나고 유지 정비도 쉬우며 수리 비용 또한 부담이 덜하죠. 또한 수동 변속기 차량은 엔진 브레이크가 있어 더욱 안전하고 엔진의 동력이 바퀴까지 직접 연결되는 방식이기 때문에 엔진 마력과 실제 구동력이 거의 비슷하다는 장점도 있습니다. 변속 과정에 ECU와 같은 전자 기기의 개입이 없기 때문에 자동변속기 차량에서 논쟁이 있는 급발진문제도 전혀 걱정 할 필요가 없죠.

 

 

 

 

 

 하지만 오늘날 대부분의 자동차가 자동 변속기를 사용하고 있다는 것은 그만큼 단점도 명확하다는 뜻입니다. 변속 과정이 복잡하기 때문에 운전 자체가 어려워 주행 시 운전자의 피로감이 더욱 쌓이는 것은 물론 차량 출발, 정지 시 승차감이 크게 떨어집니다. 장시간 운전을 하는 경우라면 피로감 문제는 더 큰 단점으로 느껴지죠. 또한 요즘에는 자동 변속기 선호도가 훨씬 높고 수동 변속기 사용에 익숙하지 않은 사람이 많기 때문에 타인에게 운전을 요청한다거나 다른 사람과 차량을 함께 사용하는 경우라면 수동 변속기 차량은 적합하지 않습니다. 선호도가 떨어지기 때문에 중고차 판매 시 가격 방어가 잘 안되는 문제도 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

자동 변속기, 장점과 단점

 

 

 

 

 자동 변속기는 자동차의 속도나 부하에 맞춰 스스로 변속하는 시스템입니다. 오늘날 우리가 자동차에 흔히 볼 수 있는 기어 (주차 P, 후진 R, 중립 N, 주행 D)로, 클러치페달이 없고 기어를 D에 두면 차량 스스로 단수를 조정하죠. 일반적으로 기어박스에서 전자적으로 제어하고 유압 시스템으로 작동합니다. 변속 시 수동 변속기의 클러치 대신 토크 컨버터 (Auto Transmission Fluid, ATF 유체로 동력을 전달하는 장치) 등 다른 장치를 통해 동력을 전달 합니다. 동력 전달 매체의 저항으로 엔진 효율이 상대적으로 떨어 질 수 있지만 그만큼 운전 편의성이 높기 때문에 대부분의 자동차에서 자동 변속기를 적용하고 있습니다. 

 

 

 

 자동 변속기의 가장 큰 장점은 편리함입니다. 수동 변속기에 비해 운전이 상당히 편하고 변속 과정도 단순해 운전자가 느끼는 피로감이 훨씬 줄어듭니다. 또한 변속 시 충격이 작고 가속 감각이 부드럽고 선형적이라서 전반적인 승차감이 편안합니다. 기어 변속 중에 엔진 정지가 적고 경사로에서 정차 후 출발도 쉽기 때문에 안전하게 운전을 할 수 있죠. 자동 변속기의 단점인 연비 효율이 나쁘다는 점 또한 기계식에서 전자식으로 바뀌면서 상당히 개선 되었습니다. 

 

 

 

 

 물론 자동 변속기도 단점이 있습니다. 수동 변속기 장점의 대부분을 자동 변속기의 단점으로 볼 수 있는데요, 시스템의 상대적인 구조가 복잡하기 때문에 차량의 무게와 가격 그리고 유지관리 비용이 비싼 편입니다. 변속 시에도 모든 조건을 만족하여야 다음 변속 단수로 넘어가기 때문에 일정 속도가 되기 전까지 불필요한 동력 손실이 발생하며 변속에 필요한 시간 또한 더 많이 소요됩니다. 수동 변속기의 장점에서 언급했었던 급발진 가능성도 있죠. 

 

 

 

 

 

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