미션오일이야기 - 6. CVT변속기는 뭔가요? 왜 소음이 나고, 어떻게 관리해야 할까요?

 

CVT 미션은 Continuously Variable Transmission 의 약자로, 말 그대로 풀어쓰자면 '연속형 가변 변속기' 라는 뜻입니다. 즉 최저 기어비 부터 최고기어비 까지 4~10단의 단계별로 변속이 필요한 일반적인 변속기와 달리 최저단과 최고단 사이를 단계의 변화가 없이 연속적으로 끊김없이 가변으로 변할 수 있습니다. 주위에서 가장 흔하게 볼 수 있는 대표적인 적용사례는 스쿠터이며, 심지어는 대부분의 군용 탱크도 CVT 미션을 사용하고 있습니다.

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해당 기술은 1950년 네덜란드의 상용차 제작사인 DAF(주식합자회사 판 도르너 자동차공작소, Van Doorne's Automobielfabriek N.V. - 약칭 DAF)가 처음 상용화에 성공한 이 후 꾸준히 사용되어 왔습니다. 약어만 풀어보면 뭔가 거창하긴 한데 실제로 자동변속기와 운전법이나 조작방법 그리고 주행 중 요구되는 토크나 속도에 따라 최적화된 기어비를 제공한다는 목적도 동일합니다.

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​다만 그 원리가 보편적인 자동변속기와 달리 단계 별로 각기 다른 기어들을 조합하여 기어비를 바꾸는 방식이 아니라, 벨트로 연결된 두 개의 회전풀리가 크기를 연속적으로 바꾸며 무단으로 기어비를 변속하는 원리입니다.

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보통 자동변속기 차량은 각 단마다 정해진 기어비가 있고 다른 기어비를 오가는 과정에서 일시적인 동력 차단 및 약간의 변속충격이 불가피 한 반면, CVT의 경우 단계가 없이 연속적으로 기어비를 변경하기 때문에 기어비를 변경하는 과정에 동력 차단이나 변속 충격이 없습니다. 하지만 주행 중 연속적인 기어비의 변속으로 인해 일반적인 변속기 차량과 약간 다른 RPM형태를 보이는데, 쉽게 생각하자면 같은 CVT를 사용하는 스쿠터가 가속하는 모습을 보다면, 가속 시에 변속을 하느라 RPM이 올라갔다 내려갔다 하는 대신 거의 고 RPM으로 일정하게 쭉 고정된 채 기어비의 연속적인 변경으로 쭉 뻗어 나가듯 CVT 변속기를 장착한 자동차도 발진 시 RPM의 변하는 패턴이 스쿠터랑 유사합니다. 특히 풀트로틀로 가속할 때는 RPM이 최대치에 고정된 채로 기어비의 변화만으로 가속하는 것도 CVT 차량의 특징입니다.

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​이론적으로 보면 단수나 변속 타임이 따로 없기 때문에 가장 완벽한 형태의 변속 장치라고 볼 수 있는데요, 효율뿐만 아니라, 여러 개의 기어들의 조합이 필요한 일반적인 변속기 보다 필요한 부품이나 원리가 상대적으로 간단해 적절한 내구성만 보장이 된다면, 잔고장이 없고 크기가 작고 가볍기 때문에 패키징이 유리합니다. 또한 "기어비"의 특성만 놓고 보자면 효율 면에서는 오히려 수동변속기보다도 유리합니다.

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이렇게 완벽한데 왜, 다들 사용하지 않을까요? 애석하게도 이론과 달리 CVT 자체의 동력전달 효율은 그다지 높지 못한데요, 물론 기어비라는 측면에서는 완벽하지만 실질적인 "변속기"의 동력전달 효율은 CVT는 83% 내외로, 최근 들어 93%까지 상회하는 일반적인 토크컨버터가 조합된 기어 형식의 자동변속기 대비 10%까지 낮습니다. 가장 큰 이유는 엔진의 출력을 바퀴로 전달하는 구동 벨트의 장력을 강하게 유지시켜 구동에 따른 슬립을 0%로 만들기(슬립을 조금도 허용할 수 없는 구조) 위해 두 풀리를 매우 강하게 당겨주어 하는데 이 엄청난 동력원이 유압이고, 높은 유압을 발생시키기 위해 변속기 내부 유압펌프에서 잡아먹는 에너지가 상당하기 때문입니다. 또한 벨트의 마찰로 인한 열 발생이 높기 때문에 발열이 심하고 열효율성이 낮을 수밖에 없습니다. 그래도 동력 전달에 따른 로스를 무단 기어비라는 엄청난 장점으로 커버를 하기 때문에 변속기의 전체적인 효율성은 오히려 향상되게 됩니다.

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또 하나의 단점은, 소음입니다. 두 개의 풀리를 연결하는 벨트가 메탈 벨트 혹은 메탈 체인 형태인데, 이런 벨트의 측면이 메탈 재질의 풀리 그루브와 마찰을 하게 되면 필연적으로 하이 피치 또는 꾸욱꾸욱 하는 소음(일명 귀신소리, 고주파음, 비둘기 소리 등)이 발생할 수밖에 없는 데다가, 소음의 피치 역시 변속비에 따라 가변적으로 높낮이가 변화하기 때문에 더 듣기 싫은 소리를 내게 됩니다. 특히 엔진브레이크가 걸리는 정지 직전이나 감속 시, 막상 엔진의 부하는 적으니 엔진 소리가 잦아들기 때문에 상대적으로 더 두각 되게 됩니다. 이런 형상은 디젤 차량이나 원래 엔진 소음이 어느 정도 들리는 경차나 소형차에게서는 소리가 묻혀 큰 문제가 되지 않지만, 엔진음이나 주행음이 조용한 고급차량인 경우 더 두드러지는 경향이 있습니다. 또한 미션오일이 노후에 따른 열화로 인해 점도지수가 감소하고 열간 점도가 떨어지는 경우 마찰음이 더 두드러지게 됩니다. 이럴 때는 약간 높은 점도나 우수한 마찰성능과 내열능력을 같은 동일한 규격의 고급합성유로 교체하면 완화되는 경우도 있으나, 태생에서 오는 필연적인 소음인 만큼 완전히 제거하기는 어려워 보입니다.

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또한 동력전달을 오직 두 개의 풀리 사이에 있는 하나의 벨트나 체인에 의존하게 되는 장치의 특성상 내구성의 한계로 인해 출력이 높은 차량에는 적용이 어렵고(농기구나, 군용 탱크와 같이 변속비 범위가 한정적인 저속 주행 차량에는 사용 가능), 운전 시 다소 이질감이 있는 단점이 있어 2000년도 초반 실험적으로 여러 모델에 적용하였던 사례(아우디 A4~A6, 현대 뉴EF 쏘나타, 기아 옵티마, 마티스, 벤츠 B클래스 등)도 이제는 거의 사라지고 연비가 주안점인 차량에서만 주로 적용되고 있습니다. 그래도 효율성을 목표로 만드는 차량에는 빠지지 않고 탑재되는 것을 보면 효율성 면에서는 CVT 만한 게 없는가 봅니다.

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모든 파워 트레인과 마찬가지로 CVT 또한 진화를 거듭하며 인위적으로 단계를 두고 변속을 하게 하고 벨트의 재질을 개선하여 이질감이나 내구성 문제도 많이 해결해 나가고 있지만, 문제는 기존의 기어 형식의 변속기도 다단화나 효율성 측면에서 못지않게 진화하고 있기 때문에 당분간 갭을 따라잡기는 어려울 것 같습니다.

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CVT라고 해서 다른 자동변속기와 비교했을 때 별도의 특별한 관리가 요구되지는 않습니다. 일반 자동변속기 차량과 같이 대부분 오일만 잘 갈아줘도 큰 문제를 일으킬 소지는 적습니다. 다만, 변속기의 특성상 시스템 압력이 훨씬 높고 열부하가 많은 변속기이기 때문에 정확한 규격의 오일로 교체주기를 다소 빠르게 가져가는 것을 추천드립니다.

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CVT 변속기 오일의 경우 운동하는 부품들이 있는 한 윤활과 냉각 등 여느 변속기와 같은 성능이 요구되는데요, 대부분의 CVT 변속기의 경우 실제 최종적인 동력 전달은 일반적인 기어 형식의 자동변속기와 동일하게 토크컨버터를 사용하고 있으며, 대부분의 회전체는 습식 타입으로 주요 운동부가 오일에 일정 부분 잠겨있는 형식입니다. CVT의 오일은 자동변속기 성질과 더 유사한 점을 보이는데 아마 자동변속기와 같이 토크컨버터를 통해 동력을 전달하는 유압유로써의 역할도 수행하며 벨트와 풀리 사이의 마찰력과 윤활을 동시에 제공하기 때문인데요,

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그렇다면 비슷한 점도나 마찰지수의 자동변속기 오일을 사용하면 되지 않을까요? 아닙니다. 비슷하긴 하지만 CTV의 경우 자동변속기 대비 훨씬 더 많은 열을 발산하고 부하가 크게 가해지기 때문에 CVT 미션오일은 통상 일반적인 자동변속기 전용 오일보다 점도가 훨씬 더 높습니다. CVT 미션에 일반 오토미션오일을 사용한다면 얼마 가지 못해 각종 이상 증상이 동반되다 고장이 우려되는 상황이 옵니다. 아마 그전에 소음이 심하게 나고 차가 울컥거려서 바로 정비소로 가지 않고는 못 배기기 때문에 실질적으로는 고장 날 때까지 타긴 어려울 겁니다.