이미지 크게보기 현대차 ‘벨로스터 N’의 습식 DCT

8단 습식 DCT서 SBW까지… 변속기의 진화

DCT, 효율성· 편리함 결합
‘습식형’은 최대 토크 높아
빠른 변속· 역동적 주행감

SBW, 전기신호따라 작동
전통적 변속 레버 없애고
버튼· 다이얼식 확대 추세

현대자동차는 최근 고성능 N 브랜드 대표 모델인 ‘2020년형 벨로스터 N’을 출시하면서, 수동변속기 모델만 있던 벨로스터 N에 8단 습식 더블클러치 변속기(DCT) 모델을 추가했다. 변속기라고 하면 수동변속기와 자동변속기 두 종류만 생각하기 쉽지만, 수동변속기의 효율성과 자동변속기의 편리함을 결합한 DCT처럼 변속기도 계속 진화하고 있다. 또 자율주행 시대에 대비해 ‘전자식 변속기’(SBW·Shift By Wire)를 탑재한 차도 점점 늘어나고 있다는 게 자동차 업계의 설명이다.

◇수동변속기 vs 자동변속기 = 자동차 엔진이 연료를 이용해 동력을 발생시키면 변속기는 속도·주행환경에 맞춰 필요한 힘을 바퀴에 전달한다. 변속기는 엔진과 추진축 사이에서 효율성을 고려, 단별로 정해진 기어비를 통해 주행속도에 적합한 엔진 회전수를 조화시킨다. 필요에 따라 단수를 낮춰 더 강한 힘(토크)을 전달하기도 한다. 수동변속기는 운전자가 직접 변속기에 전달되는 엔진의 동력을 차단한 후 변속 레버로 단수를 바꾸고 다시 동력을 연결하는 방식이다. 클러치 페달을 밟아 동력을 차단하고, 변속레버를 옮긴 뒤 클러치에서 발을 뗌으로써 동력을 재연결하는 것이다. 수동변속기는 동력전달 효율성과 내구성이 뛰어나다. 또 변속기 구조가 단순하므로 무게도 가벼워 연비 향상에 유리하다.

반면 자동변속기는 제어기가 차의 속도, 토크, 엔진 상태 등을 실시간으로 파악해 변속 단수를 자동 제어하므로 편리하다. 클러치를 밟다가 시동을 꺼뜨릴 걱정도 없다. 또 자동변속기는 변속이 더 부드럽다. 토크컨버터라는 유체를 통해서 엔진과 변속기 사이에 힘을 전달하기 때문에 변속 충격이 완화된다. 그러나 토크컨버터를 통하면서 동력 손실이 발생하고, 변속기 구조가 복잡하고 무거워 연비에는 불리하다.

이미지 크게보기 3세대 G80의 전자식 변속기

◇자동화 수동변속기 = 수동변속기의 동력전달 효율성과 자동변속기의 편리함을 결합한 게 클러치와 변속 기어를 자동으로 제어하는 ‘자동화 수동변속기’다. DCT는 최근 적용 차량이 늘고 있는 자동화 수동변속기다. 실제로는 수동변속기지만, 운전자로서는 클러치를 밟을 필요가 없어 조작 방식이 자동변속기와 똑같다. DCT는 변속 충격과 변속 지연 같은 단점을 보완하기 위해 홀수 단과 짝수 단을 따로 사용한다. 홀수 기어와 짝수 기어에 각각 맞물린 두 개의 클러치가 번갈아가며 차례로 변속 단수를 변경, 사람이 직접 조작하는 것보다도 변속 속도가 높다.

특히, DCT 중에서도 최근엔 건식 DCT에서 더 높은 토크에 대응할 수 있는 습식 DCT로 발전하고 있다. 건식 DCT는 클러치에서 발생하는 열을 공기로 냉각시키는 방식으로, 구조가 단순해 부피와 무게가 작아 효율이 뛰어나다. 하지만 허용 토크가 작아 소형차에 적합하다. 현대·기아차의 경우 i30, 벨로스터, 투싼, 셀토스, 스포티지 등에 건식 7단 DCT를 탑재하고 있다. 습식 DCT는 유압 펌프로 순환시킨 오일이 클러치 냉각과 기어 윤활을 담당하므로, 전달할 수 있는 최대 토크가 높아 빠른 변속과 역동적 주행감을 요구하는 차에 주로 적용된다. BMW 고성능 브랜드 M이 대표적이다. 현대·기아차가 새로 개발한 8단 습식 DCT는 전동식 오일펌프를 적용, 냉각과 윤활이 필요한 시점에만 펌프가 작동해 상시 작동 오일펌프 방식에서 발생하는 불필요한 엔진 부하도 줄였다. 현대·기아차는 이 변속기를 4세대 쏘렌토 디젤 모델에 처음 적용한 데 이어, 이를 기반으로 고성능 N 브랜드 전용으로 만든 N DCT를 벨로스터 N 퍼포먼스 모델에 탑재했다.

◇변속기도 ‘전자화’ 추세 = 자동차에 갈수록 전자 부품이 늘어나고, 여러 시스템의 ‘협조 제어’를 통해 새로운 기능을 제공하는 통합 시스템이 늘어나면서 변속기에도 전자화 바람이 불고 있다. 자동변속기라고 해도 주행 중 단수 변경을 자동으로 하는 것일 뿐, 주차(P)·중립(N)·후진(R)·주행(D) 사이에서 변속 레버를 옮길 때는 변속기 내부 기어 변경 스위치에 연결된 강철 케이블을 움직이게 되는 기계적 방식이다. 하지만 최근에는 변속기의 모든 작동이 전기적 신호에 따라 이뤄지는 SBW를 적용하는 경우가 늘고 있다. 변속 레버 형태인 경우도 있지만, 레버를 없애고 버튼이나 다이얼을 배치해도 되는 것이다. 현대차 팰리세이드는 버튼식, 제네시스 3세대 G80이나 기아차 3세대 K5에는 다이얼식 SBW가 탑재돼 있다.

특히 자율주행 시대가 되면 자동차가 스스로 판단해 주행 상태를 변경해야 하므로, 변속기 전자화가 필수적이다. 현재 넥쏘, 쏘나타, K5, 그랜저, G80 등에 탑재된 원격 스마트 주차 보조 기능도 SBW를 탑재했기 때문에 운전자가 차에 타지 않은 상태에서 스마트키로 전진과 후진을 시킬 수 있다.

김성훈 기자 tarant@munhwa.com