수동 및 자동 변속기 동력 전달 원리: 알기 쉬운 개요

변속기 시스템의 작동 원리는 수동과 자동 모두 이해하기 쉽고 흥미롭습니다. 이전 글에서 변속기 시스템은 자동차 엔진이 만든 동력을 구동 바퀴로 전달하는 메커니즘(트랜스미션 시스템 또는 파워트레인)이라고 설명했습니다. 엔진이 기계적 동력을 구동 바퀴로 변환해야 하므로 변속기는 중요한 역할을 합니다. 토크, 방향, 속도를 조절하고 차량이 높은 토크로 출발할 수 있게 합니다.

참고: 변속기 시스템에 대해 알아야 할 모든 것

대부분 운전자는 자동 변속기보다 수동 변속기를 선호합니다. 둘 다 장단점이 있으며 별도 글에서 설명합니다.

오늘은 수동과 자동 변속기 시스템이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

수동 변속기 시스템 작동 원리

수동 변속기 시스템은 입력축과 출력축 한 쌍, 그리고 기어 세트로 구성됩니다. 첫 번째 축의 기어가 다른 축의 기어와 맞물립니다. 입력축의 선택된 기어와 출력축의 맞물린 기어 비율이 해당 단의 전체 기어비를 결정합니다.

기어 변속은 시프트 레버 이동으로 이뤄집니다. 링키지가 입력축을 따라 기어 이동을 제어해 맞물림을 만듭니다. 4단 차량은 2개 링키지, 5~6단 차량은 3개 링키지를 사용하며, 시프트 레버 좌우 이동으로 전환됩니다.

클러치는 수동 변속기 작동에 핵심 역할을 합니다. 클러치 페달을 밟으면 엔진이 변속기 입력축에서 분리됩니다. 입력축 기어들이 자유로워져 엔진이 입력축으로 토크를 보내도 쉽게 이동할 수 있습니다. 이로써 기어 맞물림이 이뤄집니다. 클러치 페달을 떼면 클러치가 연결됩니다. 클러치가 엔진 동력을 변속기에서 차단하면 운전자가 기어를 선택하고 클러치를 뗍니다. 클러치를 놓으면 엔진 동력이 입력축으로 재연결돼 선택된 기어비로 차량이 움직입니다.

참고: 클러치 종류와 작동 원리

아래 영상에서 수동 변속기 작동 방식을 확인하세요:

자동 변속기 시스템 작동 원리

자동 변속기에서도 기본 과정은 수동과 같지만, 뒤에서 자동으로 이뤄집니다. 클러치가 없고 토크 컨버터가 원하는 속도 단을 위해 작동합니다.

엔진이 천천히 돌면 토크 컨버터 내 유체와 터빈을 통해 아주 적은 토크만 전달됩니다. 엔진이 빠르게 돌면 엔진 토크 전체가 변속기로 전달됩니다. 토크 컨버터 때문에 자동 변속기 차량은 D 레인지 정차 시 천천히 앞으로 움직입니다. 엔진 토크 일부가 변속기 입력축으로 공급되기 때문입니다.

토크 컨버터가 엔진에서 변속기 입력으로의 연결을 담당하므로, 기어는 운전자 직접 지시 없이 맞물립니다. 변속기는 단일 동심축에 기어 세트가 내부에 있고 서로 주변에 플래니터리(행성) 배열로 배치돼 있으며, 선 기어(Sun gear), 플래닛 캐리어(Planet carrier)가 여러 플래닛 기어를 잡고, 링 기어(Ring gear)로 구성됩니다.

플래니터리 기어 세트는 한 기어를 다른 기어에 맞물리게 해 입력-출력 기어 속도 비율을 변경합니다. 사용 가능한 비율 범위는 어떤 기어가 맞물리느냐에 따라 달라집니다. 완전한 유압 시스템 또는 제어 시스템이 주어진 시점에 플래니터리 기어 세트를 맞물리게 합니다. 이 유압 제어 시스템은 프로그래밍된 전자 제어 유닛(ECU)이 제어합니다.

기어 세트는 내부 클러치 시리즈로 엔진 입력과 연결되며, 컴퓨터와 유압 시스템이 제어합니다. 이는 엔진이 출력축을 통해 구동축으로 바퀴에 출력될 기어비를 결정하는 데 도움을 줍니다.

아래 영상에서 자동 변속기 작동 방식을 확인하세요:

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