무단 변속기 CVT는 기존의 제한된 변속단을 갖는 변속기와 달리 주어진 변속 범위 내에서 변속비를 자동으로 그리고 연속적으로 변속이 가능한 자동차 미션입니다. 1935년 GM이 특허를, 독일에서는 벤츠가 1886년에 특허를 낸 CVT 무단변속기의 역사는 상당히 길다. 하지만 실질적으로 상용화된 제품은 1957년 네덜란드에서 등장했다.

작동원리는 벨트 구동방식으로, 두개의 풀리(도르래)가 벨트로 연결되어 있어 동력을 전달한다. 위 영상의 중간쯤 보면 어떻게 연결되는지 이해가 갈 것이다. 이 때 동력의 크기는 풀리의 지름을 바꾸어 기어비를 조절한다. 저속에서는 바퀴축 풀리의 지름길이를 엔진축보다 크게 만들어 전달되는 힘의 크기를 늘리고, 고속에서는 바퀴축 풀리의 길이를 더 작게 만들어 바퀴가 더 빠르게 회전할 수 있게 만든다. 또한 양쪽면 사이의 거리를 유압(미션오일)으로 조절할 수 있게 되어 있어, 거리가 좁아지면 풀리 바깥쪽에 밸트가 걸리고, 거리가 멀어지면 밸트가 안쪽으로 걸려 지름이 작아지게 만든다. 아래 두 그림을 보면 이해할 수 있을 것이다.

무단변속기가 다른 오토미션에 대비 갖는 장점은 무엇일까? 간략하게 정리해보면

1) 에너지 효율을 극대화하는 동시에 엔진의 회전력을 유지한다 --> 연비가 높다

2) 기어 변속이 매우 부드러워 변속충격이 없다

3) 유지 비용이 적게 들고 고장률이 매우 낮다. --> 미션오일 교환이 적고, 고장이 덜 난다.

지난해 1월말에 열린 북미국제오토쇼에서 혼다 10세대 어코드가 '2018년 북미 올해의 차'로 선정이 되었다. 이는 어코드가 제공하는 연비와 주행성능 때문이다. 그리고 이러한 우수한 평가는 바로 무단변속기 CVT에서 비롯되었다. 많은이들이 엔진기술에서 연비와 승차감의 차이가 난다고 생각하지만 부드러운 변속기의 성능도 엔진 못지 않게 중요하다. 더불어 좋은 엔진은 높은 개발 비용으로 소비자의 부담으로 이어지지만, 트랜스미션의 경우 개발비용이 상대적으로 저렴하게 고객 부담으로 전가되지도 않는다.

2018 북미 올해의 차 혼다 어코드

시중에는 오토미션의 다단화가 진행되고 있으며, 현대/기아차도 7단/8단 변속기어를 잇달아 출시하고 있다. 많은 수의 차가 DCT (듀얼 클러치)를 도입하고 있지만, 연비를 생각하는 많은 수의 일본차량에는 CVT도 많이 보인다. 유압식 오토미션(토크컨버터+유성기어)에서는 변속시 변속충격이 발생하고, 이 변속은 엔진회전수에 따라 일어났다. 하지만 CVT는 엔진회전수와 상관없이 변속이 일어나며, 일정범위 내에서 연속적으로 기어비가 변할 수 있다. 따라서 범위를 확장해도 유압식 오토미션과 같이 부품개수의 문제와 구조의 복잡성이라는 문제도 없다.

- 무단변속기에서 사용되는 오일?

CVT의 미션오일의 경우 일반 자동미션오일을 넣으셔선 안된다. 제조사마다 대표규격들이 존재하는데 이는 구현방식에서 나타나는 특성이다. 그렇기 때문에 순정유가 가장 무난하고 안전하다. 왜 그럴까?

​ 일반적인 자동변속기 오일의 경우 점성 저항으로 구동축을 회전시키기 때문에 엔진오일 대비 점도가 낮아야 한다. 점도가 높으면 저항으로 인해 동력전달에 에너지 손실이 발생하게되어 연비가 떨어질 수 있다. 동시에 동력을 전달하기 때문에 마찰저감 능력이 너무 뛰어나도 안된다. 마찰판 사이의 계수가 너무 높으며 동력전달은 효율적일 수 있으나, 변속 충격으로 승차감이 떨어질 수도 있다.

하지만 무단변속기는 마찰충격이나 동력전달 방식이 다르다. 벨트와 풀리사이의 마찰계수가 너무 낮으면 슬립이 일어나기 때문에 자동변속기 오일처럼 적당한 마찰계수를 유지해야 한다.다른 특성으로 점도 하락이 다른 오일에 비해 빠른편인데, 이는 벨트와 풀리사이의 기계적인 접촉이 있다보니 그만큼 점성이 빨리 떨어지는 것이라고 한다. ​

자동변속기 오일이 연비개선효과와 마찰특성을 요구한다면, 무단변속기는 어떤 특성을 요구할까? 바로 내마모성, 전단안정성, 벨트-풀리 사이의 마찰특성이다. 마찰특성은 같지만, 물리적인 접촉이 발생하는 무단변속기에는 내마모성과 전단안전성이 자동변속기보다 더 중요하다. 또한 철과의 접촉면이 더 넓기 때문에(물리적인 결합) 그만큼 접촉면의 온도상승에 의한 산화도 변화가 발생하기 쉽다. 이러한 특성을 조절하기 위해 높은 산화안정성을 요구합니다. ​

- 자동차 변속기 오일 교환주기

메뉴얼마다, 차종마다, 정비사마다 다른 자동차 변속기 오일의 교환주기. 위 점검표는 기아 쏘렌토의 메뉴얼에 나와있는 변속기 오일 교환주기이다. 자동변속기는 무점검, DCT의 경우 6만km 또는 48개월이라고 되어 있다. 아래표는 르노의 SM7의 점검표이다. 자동변속기의 경우 무교환으로 되어있다. 말리부의 경우 어떨까? 이 문단 아래에 있는 메뉴얼을 보면 자동변속기 오일의 교환은 이상이 없으면 필요가 없다고 되어있다.

교환주기에 대해 여러가지 이야기가 있지만 하나 확실한 것은 변속시 문제가 발생하면 일단 미션오일은 교체해야 한다는 것입니다. 변속 지연, 변속 쇼크, 간헐적인 진동 등등 다양한 문제가 느껴진다면, 일단 미션오일 교체를 실시해보는 것도 방법입니다. 2013년 석유관리원의 연구에 따르면 변속기 오일은 10만km까지 이상이 없다고 합니다. ​

자동변속기에는 동과 고무류를 사용하는데 열에 취약합니다. 무단변속기는 풀리(쇠) 체인등이 사용됩니다. 고무류의 경우 마모 & 탄성 & 변형의 문제가 발생하여 1) 찌꺼기가 변속기 동작을 방해 2) 오일 양 부족 3) 기계적인 문제가 발생합니다. 문제의 현상으로는 1) 출발/정지시 발생하는 변속 충격 2) 가속시 페달 대비 증가하지 않는 속도 - 슬립현상 3) 변속이 부드럽지 못함 4) 주행 중 변속이 되지 않는 현상 등이 있습니다.