복잡한 자동변속기의 변속 메커니즘을 알아보자

자동 변속기가 변속되는 기계적 구조

자동 변속기는 사실 구조적으로 이해가 쉽지 않은 메커니즘을 가집니다.

직관적인 수동 변속기와 달리, 자동변속기의 내부는 복잡하기 짝이 없는데요.

출처 : autocaraddict

 

구조의 설명 전에, 자동변속기의 개념을 살짝 집어 보도록 하겠습니다.

자동 변속기는 운전자가 별도로 조작하지 않아도, 속도 조건에 따라 자동차가 스스로 변속을 하는 장치입니다.

엔진과 변속기를 연결하는 풋 클러치가 없는 관계로, 왼발과 오른손이 자유로운 편이지요.

 

출처 : www.bmw.rs

자동 변속기의 핵심은 토크컨버터 입니다.(관련 포스팅 클릭) 

엔진 속도와 바퀴의 속도의 차이를, 

중간에 끼어든 오일이 적절히 조율 해주기 때문에 시동이 꺼질 일이 없습니다.

 

출처 : sites.google.com

여기까지는 자동변속기의 개념인데, 

이번 글은 구조를 살펴보는 포스팅이지요. ㅋ 조금 더 자세히 들어가 보도록 하겠습니다.

1. 밸브 트레인

자동변속기 (이하 AT)는 크게 토크 컨버터,  밸브 트레인, 멀티 클러치, 기어 패키지로 구분 됩니다.

밸브 트레인은 사람의 손, 

멀티 클러치는 움직임을 기어로 전달하는 구조물, 

기어패키지는 입력 축(엔진)과 출력 축(바퀴) 간의 속도를 바꾸어 주는 장치

로 보시면 됩니다.

 

출처 : www.bmaj7.com

출처 : blog.hemmings.com

토크컨버터는 개념에서 살짝 언급했으니 넘어가고.....

밸브 트레인은 밸브 바디, 오일 펌프, 오일팬 및 컨트롤러(TCM / TCU)로 나뉘어져 있습니다. 

밸브 바디 내의 유체 흐름을 on/off 밸브로 제어하기 위해 TCM이라는 작은 컴퓨터 붙여놓은 조합 입니다. 

밸브 바디를 손이라고 한다면 TCM은 머리라고 봐야겠군요. 

밸브 바디는 오일팬과 함께 AT 본체 하부에, TCM은 엔진룸에 위치하여 케이블 통신으로 명령을 주고 받습니다.

출처 : www.auto-schlagzeilen.de

출처 : www.digitalcorvettes.com

바디 내 어느 루트를 타고 유압이 전해지느냐에 따라 변속 속도, 변속 압력, 변속 단수가 달라지게 되는데요. 

보시면 밸브바디의 형상이 미칠 듯이(!) 복잡한 걸 알 수 있습니다. 이 유체의 루트가 어떤 것이 선택 되느냐에 따라 각 단에 필요한 적절한 유압이 전해지게 됩니다.

 

아이신, ZF, 이튼등의 미션 업체들 경쟁력은 이 고유의 밸브 바디 형상에서 나온다고 해도 과언이 아닙니다. 

빠른 변속속도, 상황에 따른 적당한 변속압력은 AT의 성능 뿐만 아니라 변속 품질에도 영향을 끼칩니다. 

보기만 해도 어지러운 구조입니다.

 

출처 : www.weistec.com

출처 :  www.fzth.de

출처 : www.mmsonline.com

밸브 트레인의 끝은 피스톤으로 되어있고 입력 축 출력 축을 고정시켰다 풀었다 하는 역할을 합니다. 

멀티 클러치 컨트롤이 최종 목적인데요.

밸브 트레인에 밸브가 온 오프 되는 영상이 있으니 한번 같이 보시죠.

 

밸브 트레인은 멀티 클러치를 통해 기어패키지와 연결되지만... 

왜 이들이 필요한지에 대해, 다음의 기어 패키지 구조로 넘어가도록 하겠습니다.

2. 플래닛 기어 (유성 기어 패키지)

변속기는 왜 자동차에 필요한 걸까요?

저는 변속기 설명을 위해 자전거의 예를 많이 드는 편인데요. 결국 자전거나 자동차나 같은 이유에서 변속기가 장착되기 때문입니다. 

1단에서는 불이 나게 페달을 밟아도 자전거의 속도가 늦는데 (대신 힘은 덜 듭니다.) 

5단에서는 조금만 페달을 밟아도 자전거는 빠른 속도로 달릴 수 있습니다. (대신 힘이 조금 더 들죠) 

이 말은 같은 페달링 이라도 변속기 단 수에 따라 자전거가 낼 수 있는 속도를 다르게 만들어 낸다는 소리입니다. 

마찬가지로 자동차 변속기 역시 일정한 엔진 속도를 다양한 자동차 속도로 바꾸어주기 위해 필요한 장치입니다.

 

출처 : galleryhip.com

다섯 개의 기어를 사용해서 변환 하면 5단, 여섯 개 이면 6단으로 불리 우고, 대개 수동 변속기의의 경우 직관적으로 이해가 가능합니다. 

하지만 자동변속기는 내부의 기어구성이 다소 복잡 한데요. AT에서는 조금 특수한 기어를 사용기 때문입니다. 

유성 기어라 불리는 친구들인데. 백문이 불여일견 아래 동영상을 먼저 보시겠습니다.

 

유성 기어는 기어 안에 기어가 들어가 있는 특수한 기어입니다. 

구조가 복잡하지만 무게와 부피가 작은 장점이 있고 동력 전달 효율이 좋은 편입니다. 

(복잡하다 한들 공돌이를 갈아 만드는 레벨에서는야 뭐 이정도 쯤이야 -_-) 

다양한 동력장치에서 사용되고 있고, 최신 자동변속기에도 예외가 없이 사용 중입니다.

 

출처 : tkiev.com

위의 동영상에는 전진 4단 후진 1단에 사용되는 유성 기어를 보여주고 있습니다. 

선 기어 2개 (Sun gears, 가운데 태양의 역할입니다.)

플래닛 기어 2개 (Planet gears, 태양을 중심으로 돌고 있는 위성의 역할입니다.) 

최종 출력축인 링 기어가 작동

되는 원리를 보여주고 있습니다.

흠....글로 설명이 너무 어렵네요. 

영상 시청을 꼭 추천 드리며, 선기어와 플래닛 기어 조합에 따라 링기어의 속도가 달라진다, 정도로만 이해 하시면 될 것 같습니다. 

4단 위성 기어에 대한 내용은 바이블에 가깝고 

최근의 6속, 8속은 추가 기어가 장착된 더 복잡한 형태를 띄고 있습니다.

 

출처 : www.challengertalk.com

3. 습식 다판 멀티 클러치

마지막으로 멀티 클러치 입니다.

이 클러치는 위의 위성기어를 조합하기 위해 장착된 AT의 팔과 같은 역할을 담당합니다. 

2개의 선기어, 2개의 플래닛 기어를 묶었다 풀었다 하며 조합 만들어 줍니다. 

출처 : www.caranddriver.com

출처 : iptperformancetransmissions.wordpress.com

위의 동영상을 떠올려 보시죠. 

두 개의 선기어 회전축은 샤프트 안에 샤프트가 들어가 있는 구조로 엮여 있어, 클러치 한 세트로 둘을 묶었다 풀었다 할 수 있게 되어 있습니다.

 

출처 :  유튜브

이들 클러치는 다판 습식 클러치로 유압에 의해 작동하도록 되어 있습니다. 

유압이 클러치 양 쪽에 가해지면, 여러 장으로 구성된 클러치 판들이 마찰에 의해 서도 달라붙어 같이 돌게 됩니다. 

유압이 빠지면 각 판들의 간격이 느슨해 지면서 결합이 풀어지게 되구요. 

출처 : www.freeasestudyguides.com

마찰을 이용하는 원리는 수동 클러치 (삼발이)와 같기 때문에, 각 판의 내부에는 마찰 판들이 존재하고 수명이 다하면 교체 해야 합니다. 

다만 워낙 튼튼하게 만드는 지라, 대부분 폐차 때 까지 사용할 수 있는 내구를 가지고 있는 편이지요.

 

역시 복잡한 내용은 동영상으로 보는 편이 낫겠죠. 

아래 영상의 클러치가, 일반적인 4단 변속의 경우 일반적으로 3개 정도 장착이 됩니다.

 

썰을 쉽게 풀어 써내려가려 했는데 생각보다 복잡한 내용이 되어버렸습니다;;;

변속기 구조 라는게 한 번에 이해되기 힘든 성격이라, 다른 글도 여러 번 보셔야 하지 않을 까 싶은데요. 

간단히 정리한다면, 

TCM으로 부터 신호를 받은 유체 밸브가 클러치를 컨트롤 하고. 

이 클러치에 의해 유성기어의 회전 조합이 바뀌면서 변속이 된다. 

이렇게 생각하시면 될 것 같습니다.

다른 건 다 잊으셔도 꼭 보셔야 하는 오늘의 세 줄 결론!

 

. 자동변속기는 손 (밸브트레인), 막대기 (멀티클러치), 회전축 (기어 패키지)로 이루어져 있다.

. 손이 막대기를 움직이면 여러 회전축이 선택되면서 출력 속도가 달라진다.

. 유압밸브로 구조가 복잡하지만 공밀레의 성과로 8단, 10단 자동 변속기가 나오고 있다.

(다른 포스팅을 보려면 클릭하세요)