변속기는 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 변속장치다. 영어 표현인 트랜스미션(Transmission)을 줄여 미션으로도 불린다.
변속기는 주행 상황에 맞게 회전수를 변환, 엔진에 무리를 주지 않고 성능과 동력 효율을 개선하는 데 쓰임새가 있다.
엔진이 아닌 모터 기반의 전기차에도 일부 활용되고 있다. 고성능 전기차인 포르쉐 '타이칸', 아우디 'e-트론 GT'은 2단 변속기를 탑재해 성능을 끌어올린 대표적 차량이다.
변속기는 엔진과 함께 자동차의 성능과 효율을 높이는 방향으로 발전해왔다. 하지만 최근에는 주행 감각, 승차감 등의 감성 품질에도 영향을 준다.
변속기는 수동변속기, 무단변속기(CVT), 듀얼클러치변속기(DCT) 등이 있다.
수동변속기는 클러치 디스크와 클러치 압력판을 직접 맞물리기에 동력 전달 효율이 높다는 게 장점이다. 엔진 출력이 비교적 즉각적으로 전달돼 반응성이 뛰어나다.
변속을 위해 클러치를 밟고 변속 레버를 조작해야 하는 데 이러한 일련의 변속 과정을 즐기는 운전자도 있지만, 불편한 운전자들도 있다.
자동변속기는 변속 충격이 작고 부드러우면서 선형적인 가속 감각과 편안한 승차감이 특징이다.
이론적으로 변속기의 단수가 늘어나면 엔진 출력을 더 효율적으로 사용할 수 있다. 그러나 무게와 부피가 함께 증가한다. 단수를 무한정 늘릴 수는 없다는 얘기다.
CVT는 독특한 구조로 이 같은 한계를 극복한 변속기다. 엔진의 출력과 효율을 최적으로 발휘하는 회전수에 맞춰 기어비를 가변적으로 조정한다. 엔진 출력축과 구동축에 연결된 두 개의 풀리를 벨트로 연결한 구조다. 또 기어비는 벨트가 연결된 풀리의 직경을 넓히고 좁혀 조절한다. 약점도 있다. 풀리와 벨트가 미끄러지는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
DCT는 수동변속기와 자동변속기의 장점만 결합한 변속기다. 수동변속기에 액추에이터 제어를 통해 클러치 조작과 기어 변속을 대신하도록 한 게 특징이다. 구조적으로 수동변속기와 비슷해 동력 전달 효율성과 직결감이 뛰어나다. 변속 시간도 모든 변속기 가운데 가장 빠르다. 홀수 기어(1, 3, 5)와 짝수 기어(2, 4, 6)에 하나씩 마련한 클러치가 번갈아 가며 다음 변속에 유기적으로 대응한다.
DCT는 내부 구조에 따라 건식과 습식 두 가지로 나뉜다. 건식 DCT는 단판클러치를 사용하며, 변속 시 발생하는 마찰열을 공냉식으로 식혀주는 방식이다. 단순한 구조로 부피가 작고 무게가 가볍다는 게 장점이다.
습식 DCT는 유압 펌프로 오일을 순환하여 여러 장으로 구성된 다판클러치를 냉각하는 구조다. 윤활을 담당하는 오일로 변속기 내부의 열과 마찰, 변속 충격 등을 줄였으며, 대응 토크가 높아 주로 고성능 모델에서 사용된다.
변속기는 종류 따라 뚜렷한 특징을 갖는다. 제조사는 엔진과 차량 특성에 맞는 최적의 조합을 찾아 기술 완성도를 제고하고, 운전자 만족도를 높이려 노력하고 있다. 좋은 엔진을 탑재했더라도 변속기가 뒷받침되지 않는다면 성능을 뒤떨어질 수밖에 없다.
엔진 기반의 내연기관차가 줄고 전기차가 늘더라도 변속기의 중요성은 지속될 전망이다. 전기차도 모터가 만드는 동력을 효율적으로 쓸 수 있도록 해야 하는 게 완성차 업계 과제다. 소비자 최대 관심사인 1회 충전 시 주행거리를 늘릴 수 있기 때문이다. 내연기관차에서 사용하는 변속기를 그대로 적용할 수 없어 관련 연구개발(R&D)은 지속될 것으로 예상된다.
박진형기자 jin@etnews.com
