[자동차] 1-3-1. 파워트레인과 구성_변속기_수동변속기

[파워트레인의 구성]

 

 - 엔진(Engine)
 - 클러치(Clutch)
 - 변속기(Transmission)
 - 추진 축(Propeller Shaft)
 - 종감속장치(Final Reduction Gear)
 - 차동 기어(Differential Gear)
 - 액슬 축(Axle Shaft)

 

  이어서 변속기에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

- 변속기(Transmission)

  변속기는 동력원의 동력을 속도나 환경에 맞추어 기어비를 이용해 필요한 회전력으로 바꾸는 장치입니다. 빨리 달리고 싶으면 엔진을 빨리 동작시키면되고, 느리게 가고 싶으면 느리게 동작시키면 되지 않을까 하고 생각이 들긴하지만 실제로는 그렇지 않습니다.

 

  왜냐하면 엔진은 특정 RPM에서 최대 토크와 최대 출력이 나오기 때문입니다. 따라서 이에 따라서 엔진의 회전을 일정하게 유지하기 위해 기어를 사용해 출발시에는 높은 토크를 이용해 출발하고, 주행시에는 속도의 증가에 맞춰 회전속도를 높이는 역할을 이 변속기가 담당하고 있습니다. 엔진을 더욱 효율적으로 사용하기 위해 필요한 부품인 것이죠.

 

  제가 어렸을 때 굉장히 유명했던 만화로 달려라 부메랑과 우리는 챔피언이 있습니다. 아마 기억하시는 분들도 많이 계실거라 생각이 드는데, 이때 함께 유행했던 것이 미니카였죠.

 

  문방구에 가면 트랙이 있어서 직접 만든 미니카를 주행하며 동네별로 시합을 하기도 했던 추억이 있는데요, 이때 열심히 미니카를 조립했던 분들이라면 다양한 기어들을 기억하고 계실겁니다. 미니카별로 처음 동봉되어 있는 기어비가 달랐는데, 제 기억에 보통 대표적인 고속기어는 3.5:1의 기어비가 있었고, 저속으로 4.2:1, 5:1 등이 있었던것으로 기억합니다.

 

 

 

 자동차에선 이런 여러개의 기어비를 모아 주행중에 필요한 기어를 사용할 수 있게 만들어주는 것이 바로 변속기입니다. 이 기어비는 변속기와 엔진이 연결된 입력축에 비해 출력축의 회전하는 비율인데요, 다음과 같이 분류합니다.

 

  - 기어비 1 이상 : 언더 드라이브(Under Drive, 감속기)

  - 기어비 1 : 다이렉트 드라이브(Direct Drive, 직결)

  - 기어비 1 이하 - 오버 드라이브(Over Drive, 증속기)

  따라서 이 기어비에 따라 자동차가 낼 수 있는 최고 구동력과 속도가 결정됩니다. 공학적으로 설명하면 조금 복잡해지는데 간단하게 말씀드리자면 구동축을 돌리는 힘인 토크와 속도는 반비례 관계를 갖고 있어 저단일 수록 높은 기어비로 힘을 강하게 발휘할 수 있고, 고단일수록 낮은 기어비로 속도가 빨라지게 됩니다.

 

  변속기는 알고있듯이 수동변속기와 자동변속기로 구분됩니다. 일반적으로 우리나라에서 사용하는 자동변속기 차량은 수동변속기에 비해 운전이 매우 편하고 변속에 대한 부담이 적습니다. 하지만 수동변속기에 비해 구조가 복잡하기 때문에 변속기 고장이 발생할 경우 수리비가 크게 증가하기도 합니다.

 

  수동변속기의 경우 근래에는 일반적으로 사용하는 자가용 차량에서 찾기는 힘들지만 운전자가 직접 변속을 한다는 특유의 재미를 주기 때문에 수동변속기 차량을 선호하는 분들도 계십니다. 수동변속기는 차량의 무게도 자동변속기 차량에 비해 가볍고, 동력손실이 적기 때문에 연비가 높게 나오는 편이기도 하죠. 또한, 구조가 단순하여 정비가 간단하고 비용도 적게 들기도 합니다.

 

  하지만 수동변속기에 익숙하지 않은 사람에게는 운전을 하며 운전자가 신경을 써야 하는 부분이 많아지므로 운전에 어려움이 있을 수 있고, 적절한 변속을 하지 못해 오히려 자동변속기에 비해 연비가 낮게 나올수도 있습니다. 또, 클러치 디스크의 마모 등 수동변속기의 부속품들은 기본적으로 소모품이라 주기적으로 교환이 필요해 신경을 써야 하는 부분이 단순히 운전뿐만아니라 관리에 있기도 합니다.

 

  물론, 자동변속기 차량도 안전한 운행을 위해선 주기적인 점검으로 문제를 만들지 않는 것이 바람직합니다. 그럼 이번엔 수동변속기의 특징에 대해 살펴보고, 자동변속기에 대해서는 다음 글에 이어서 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

 

- 수동변속기(Manual Transmission, M/T)

  수동 변속기의 가장 큰 특징은 위의 기어봉과 클러치 페달을 이용해 운전자가 직접 변속을 한다는 것이죠. 클러치를 밟아 자동차의 동력을 끊고 변속기를 조작해 기어의 단수를 올리고 액셀레이터를 밟아 다시 동력을 발생시키는 과정을 직접 실행합니다. 일명 스틱(Stick)이라고도 하고, 스틱 시프트(Stick-Shift)라 불리기도 합니다.

 

  우리나라에선 이제 쉽게 보기 힘들지만, 유럽이나 몇몇 나라에선 아직도 많이 사용하기도 합니다. 저도 예전에 프랑스에 놀러가서 차량을 렌트를 했는데 당연히 자동변속기일거라 생각하고 빌렸지만 운전석에 앉고 보니 수동 변속기라 당황했던 경험이 있습니다. 혹시 유럽이나 다른 나라에서 차량을 렌트할 일이 있다면 자동변속기인지 수동변속기인지 꼭 확인하길 추천합니다.

 

  그래도 여전히 오토바이나 트럭, 버스 등은 보편적으로 사용하고 있기도 합니다.

 

  수동 변속기의 원리는 복잡하지만 간단하게 말하자면 클러치를 통해 동력을 전달받아 기어봉을 조작하면 싱크로메시라 불리는 장치가 움직여 기어가 맞물리는 형식입니다. 아래의 링크를 참고하면 이해에 조금 도움이 될거라 생각합니다.

 

    [https://youtu.be/wCu9W9xNwtI - 수동변속기 원리]

 

  수동 변속기의 각 기어는 단수마다 고유의 기어비를 갖고 있기 때문에 기어를 변속할 때 서로의 속도가 동일하지 않아 기어를 정확하게 맞물리기가 힘듭니다. 그래서 이 싱크로메시라는 부품을 이용해 축과 기어를 이어주게 됩니다. 기어를 넣기 전에 입력축과 출력축의 속도를 맞춰주어 기어가 갈리지 않고 부드럽게 들어가도록 돕는 것이죠.

 

  이 싱크로메시를 사용하지 않는 논 싱크로타입의 변속기도 있는데, 싱크로메시의 도움 없이 정기어를 직접 움직여 변속하는 타입입니다. 큰 동력 전달이 필요한 중장비나 대형 화물차 등에 사용되는데, 싱크로메시가 없어 변속을 위한 더블 클러치의 사용이 필수라고 합니다.

 

  잠시 이 더블 클러치에 대해 설명드리자면, 수동 변속기 차량의 부드러운 변속을 위한 기술로 기어가 들어가 있는 상태에서 클러치를 밟아 기어를 중립에 놓고 클러치를 완전히 뗀 다음, 클러치를 다시 밟아 기어를 다른 단으로 넣은 뒤 클러치를 떼는 변속 기술을 말합니다.

 

  저단 변속 시 클러치를 부드럽게 이어 줄 필요성이 적어져 아직 클러치 페달을 제대로 다루지 못하는 초보 운전자들이 사용하면 출발을 제외하고는 변속에서 울컥거릴 일은 거의 없고, 싱크로메시의 마모가 줄어들고 기어가 부드럽게 들어가는 장점이 있다고 합니다. 다만 최근에는 싱크로메시의 성능이 좋아져 굳이 사용할 필요는 없으니 그냥 클러치만 밟고 변속하면 됩니다.

 

  그럼 이 수동 변속기의 장점과 단점에 대해서도 한번 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. 장점

  1) 저렴한 가격과 유지비

  요즘 정확한 가격은 모르겠으나 과거 같은 제조사의 차량에 수동과 자동을 선택할 수 있는 경우는 자동 변속기를 장착할 때 추가 비용이 필요했습니다. 더욱 자세한 정보를 알고 있는 분이 계신다면 댓글을 남겨주시면 다시 자세히 확인 해보고 수정하도록 하겠습니다.

 

  자동변속기에 비해 구조가 간단하기 때문에 유지와 보수에 필요한 비용이 적게 들어갑니다. 또한, 연비가 좋기도 한데 최근의 자동변속기 차량은 수동변속기와 연비가 거의 차이가 나지 않지만 그래도 적절한 변속을 할 수 있다면 수동변속기 차량이 연비가 좋습니다. 

 

  게다가 수동변속기는 조작 미숙으로 인한 문제를 제외하고는 클러치 디스크 마모 외에 수리가 거의 필요하지 않습니다.

 

 

  2) 급발진으로부터 안전

  수동변속기 차량은 급발진이 발생해도 사고로 이어지지 않을 수 있습니다. 클러치의 작동은 운전자의 몫이고, 차량 내의 전자 부품의 문제로 엔진이 폭주하더라도 클러치를 밟기만 하면 엔진은 폭주하고 차는 정차할 수 있습니다. 이때 기어가 들어간 상태에서 클러치를 떼서 시동을 꺼지게 하면 엔진의 폭주를 곧바로 끊을 수도 있다고 합니다.

 

  그런데 급발진이 발생했다고 주행 도중에 시동을 억지로 끄는 것은 문제가 발생할 수도 있는데, 클러치 조작 미숙으로 시동이 꺼지는 경우엔 정확히 엔진만 꺼지고 차의 ECU는 동작하는 상태이기 때문에 기기 조작이 가능합니다. 그러나 고의로 시동을 끄게 되면 엔진은 물론 차의 전원이 모두 꺼지기 때문에 위험하다고 합니다.

 

  그렇다하더라도 급발진 문제가 발생했을 때 운전자가 침착하게 취할 수 있는 조치가 있으니 자동변속기 차량에 비해 비교적 안전합니다.

 

 

  3) 자유로운 변속

  기어봉과 클러치 조작으로 변속하기 때문에 운전자가 원하는 타이밍에 원하는 기어로 변속할 수 있습니다. 가령 6단에서 4단으로 변속하고자 하면, 자동변속기의 경우 순서대로 기어를 내려야 하지만 수동변속기는 바로 변속이 가능합니다. 다만, 한번에 여러 단을 변속할 때 회전수를 맞추지 않는 경우 클러치가 망가질 위험이 커지므로 사용법을 모르는 운전자는 왠만하면 시도하지 않는 것이 좋습니다.

 

  이런 기어의 변속을 직접하기 때문에 운전의 재미도 상승합니다. 양 손발을 모두 조작에 사용하기 때문에 운전 자체에 즐거움을 얻을 수 있고 아직까지 수동변속기 차량을 운전하는 운전자들이 수동변속기를 선호하는 이유에 많은 비중을 차지하고 있습니다. 

 

  또, 운전을 위해 신경써야 할 부분이 많아서 운전에 집중할 수 있게 해줍니다. 수동변속기 차량에 익숙하지 않은 사람의 경우엔 신경써야할 것들이 많아 사고율이 높을 수도 있지만, 익숙한 사람들에겐 습관적으로 차량과 자신을 한 몸처럼 인식하면서 오히려 전방주시 태만과 같은 단순사고를 줄인다고 합니다.

 

 

 

2. 단점

  1) 복잡한 조작

  자동변속기 차량의 경우 액셀레이터와 브레이크만 조작하면 되기 때문에 간단하게 운전할 수 있지만, 수동변속기는 기어 변속 자체가 까다롭기 때문에 운전을 배우는데 어려움을 겪기도 합니다. 그래서 보통 사람들은 편하게 운전할 수 있는 자동변속기 차량을 선호하죠.

 

  주차기어가 따로 존재하지 않아 주차시에 기어봉의 위치 때문에 곤란을 겪기도 합니다. 가장 널리 이용되는 올바른 방법은 중립 시에 차량이 밀리는 방향의 반대 기어 중 가장 낮은 단에 넣는 것입니다. 오르막길에선 뒤로 밀리기 때문에 1단 기어에, 내리막길에선 앞으로 내려가기 때문에 후진 기어에 놓는 것이죠. 물론 평지에선 주차 브레이크만 걸어도 큰 문제는 없습니다. 

 

  또한 복잡한 조작때문에 익숙하지 않은 운전자는 차량에 손상을 줄 수 있습니다. 특히 변속 실수로 인한 문제는 숙달된 운전자들도 흔히 하는 실수이기도 합니다. 출발 상황에서 1단이 아니라 3단을 넣다가 시동이 꺼지기도 하고, 이동 중에도 기어를 잘못 넣어 엔진과 변속 계통에 영향을 미칠 수 있습니다. 당장에는 문제가 생기지 않더라도 이런 실수들이 쌓이게 되면 결국 변속기와 기타 부품들에 문제가 발생해 변속 계통이 망가지는 경우도 발생하기도 합니다.

 

 

  2) 어려운 출발

  저 또한, 당황스럽게 해외에서 수동변속기 차량을 운전하게 되며 적응하는데 상당한 시간을 소모하기도 했습니다. 1종 보통 면허를 갖고 있고, 당시에도 생각보다 쉽게 운전할 수 있어서 별로 무리가 없을거라 생각했지만 수동변속기 트럭과 소형차는 느낌이 많이 달랐습니다. 주차장에서 나가는데만도 몇번이나 시동을 꺼먹었고, 신호 대기 후에 다시 출발할 때도 시동이 꺼져 뒷 차들에게 정말 많이 미안했죠. 그래도 다행히 차를 빌린 시간이 새벽시간에 돌아다니는 차가 많지 않아 천천히 적응하여 다음날 부터는 안정적으로 운전할 수 있었습니다.

 

  평지에서도 조작에 익숙하지 않으면 출발이 어려운데 오르막길 출발은 상당히 어렵습니다. 수동변속기 차량은 마찰클러치를 통해 엔진과 바퀴가 직접 맞물리기 때문에 동력을 끊지 않고 브레이크만 밟아서 제동하면 시동이 꺼지게 됩니다. 즉, 출발할 때 브레이크에서 액셀로 발을 옮기는 순간은 동력도 끊어지고 브레이크도 안 잡히는 상태가 되는 것이죠. 그래서 이 상태 때문에 오르막길에서 출발하게 되면 차가 뒤로 밀리게 됩니다.

 

  그래서 이런 경우에 클러치를 반만 떼서 반클러치 상태를 이용해 출발하는 방법이 있습니다. 브레이크를 밟은 상태에서 기어를 넣으면 클러치 디스크가 미끄러지며 시동은 꺼지지 않지만 동력이 불완전하게 전달되는데, 이 상태에서 브레이크를 떼며 가속을 하게 되면 비교적 안정적으로 출발할 수 있습니다.

 

  그래도 최근 출시되는 수동변속기 차량에는 경사로 밀림 방지장치가 탑재되어 경사로에서 밀리지 않아 오르막길 출발이 많이 편해졌습니다.

 

 

  3) 운전 피로도

  자동변속기에 비해 조작해야 할 것이 더 많으니 장시간, 장거리 운전으로 인한 피로도가 높은 편입니다. 익숙하다 하더라도 지속적으로 조작을 해야하기 때문이죠. 특히 시내에서 주행할 때는 계속해서 클러치, 브레이크, 액셀, 기어봉을 조작해야 하기 때문에 피곤하고 또, 명절에 고속도로가 막혀 정체가 지속되면 굉장히 불편하죠.

 

 

  4) 연비와 승차감

  수동변속기의 장점은 높은 연비이지만 적절한 조작 없이는 원하는 연비를 얻기 어렵습니다. 각 단에서 고 RPM까지 전부 사용하면서 변속하게 되면 당연히 일정 회전수에서 자동으로 변속되는 자동변속기보다 연비가 떨어지게 됩니다.

 

  이렇게 차량 속도와 변속 타이밍을 잘 맞춰서 변속하는 것은 생각보다 어렵습니다. 그래서 수동변속기 조작이 익숙한 운전자라 하더라도 변속 타이밍이 어긋나게 되면 변속 충격이 발생하게 되죠.

 

 

  수동변속기는 이러한 특징을 가지고 있습니다. 이제는 우리나라에서 상용차를 제외하면 찾기가 정말 힘들기도 하고, 심지어 상용차도 자동변속기를 사용하는 사용차도 늘어나고 있습니다. 해외에서도 자동변속기의 비중이 늘어나고 있는 추세라고 합니다. 그래도 운전의 재미만큼은 대체할 수 없기도 해서 저 역시 가끔은 수동변속기 차량을 몰고 싶다는 생각을 하기도 합니다.

 

  그럼 다음에 이어서 자동변속기는 어떤 특징이 있는지도 살펴보도록 하겠습니다.