무단변속기의 역사와 개요

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무단변속기의 역사와 개요

1999년 11월 1일부터 시판에 들어간 대우자동차의 마티즈에는 CVT, 즉 무단변속기가 장착되어 있다. 보통 일반인들이 알고 있는 자동차의 변속기는 흔히들 "매뉴얼 (M/T)" 이라고 부르는 수동변속기," 오토매틱 (A/T)" 이라고 부르는 자동변속기 등이나, 다른 분류 방법에 의하면 이들은 모두 유단변속기로 분류가 된다. 따라서, 마티즈에서의 무단변속기 적용은 국내 차종으로서는 첫 적용 사례가 되는것이다.

 

무단변속기(CVT)란?

 CVT(무단 변속기)란 Continously Variable Transmission의 약어로서, 연속적인 변속비를 얻을 수 있는 변속기를 말한다.

최근의 자동차는 높은 동력성능, 저연비, 환경오염에 대한 규제, 소비자들의 다양한 욕구등을 만족 시킬 수 있어야 한다.
특히 변속기에서는 운전자의 편리성이 최대한 요구됨에 따라 수동변속기(M/T:Manual Transmission)는 그수요가 줄어들고 있는 반면, 자동변속기(A/T:Automatic Transmission)는 빠른 속도가 수요가 늘고 있는 추세이다.
하지만 종래의 변속기(M/T,A/T)는 운전자의 불편함과 조종에 대한 구속력,연비 측면에서 모든 조건을 만족시키는데는 한계가 있다.
그리하여 나타난 것이 CVT 즉 무단변속기인 것이다.

무단변속기 와 유단변속기의 차이점

 유단변속기는 일반적으로 쓰이는 5단 수동변속기나 4단 자동변속기처럼 일정한 변속비를 가지며, 수동 또는 자동으로 필요에 따라 변속비를 조정해 사용하는 변속기를 말하며,무단 변속기는 일정한 범위내에서 연속적으로 변속비를 변속비를 변화시킬 수 있는 변속장치이다.

유단변속기에서 가속성능 향상을 위해 단수간 변속비를 크게하게 되면, 급한 엔진속도의 변화와 가속도변화등이 발생해 변속기 뿐만 아니라 운전자에게 불쾌한 변속 충격을 주게 된다.
또, 이런 단점을 극복하기 위해 변속단수를 증가시키면 제조원가가 상승하고, 변속기가 복잡해지며 부피와 무게가 증가하는 또다른 단점을 안게 된다.

그러나, 무단변속기는 이름에서 알 수 있듯이 변속비의 변화가 단속적이지 않고 연속적이기 때문에 변속비가 확장되어도 변속때 겪게 되는 충격이 없어진다.

무단변속기의 역사

1886년 다임러 벤츠는 고무V벨트와 가변풀리를 이용한 무단변속기를 개발했으며, 1930년 GM은 금속롤러와 레이스의 구름접촉에 의해 동력을 전달하는 토로이들(toroidal)드라이브에 대한 특허를 얻어 뷰익 디비전에서 실용화를 위해 개발했으나 성공하지는 못했다. 
1958년에는 DAF에서 고무V벨트와 가변풀리를 이용해 만든 변속기인 배리어매틱(variomatic)이 나왔으나 고무V벨트 자체의 열변형과 마모에 의해 성능저하 문제를 극복하지 못해 자동차용으로 실용화 되지 못했다.

[최초의 무단변속기 개발]
1959년 네덜란드에서 당시 '다프(DAF)'라는 자동차 회사를 설립한 반도네 형제 중 형인 허버트는 발명가로서 재능을 발휘했던 인물이었다.  그는 1956년 '바이오메틱' 이라는 금속 V벨트 구동식 자동변속기를 발명하여 트럭에 장착, 시험 운전에 성공했다.그는 곧 이 초기 무단변속기를 소형 컨셉트카에 적용해 1958년 암스테르담 모터쇼에 데뷔 시켰다. 당시 혁신적인 기술로 각광을 받은 반도네 형제는 1959년부터 2기통 7백50㏄ 30마력의 엔진을 얹은  ''다프750'' 에 CVT를 달아 양산을 시작했다.  이 다프CVT시리즈는 70년대말 경영 부실로 회사가 문을 닫을 때까지 6만여대 가량이 생산됐다.

1980년대 후반 무단변속기에 대한 연구가 활발해지기 시작하였으며, 1995년 후지중공업은 반도네식 CVT의 기술적 결함을 보완, 전자클러치식 무단변속기를 660cc 64마력엔진의 경차인 "비비오"에 얹어 시판을 시작하였다.

무단변속기의 특징

1) 소형화(중량,부피,생산비 감소)
2) 배기가스 및 연료소비 감소(연비 향상)
3) 기어변속에 따른 추진력 변동이 없는 운전의 쾌적성
4) 자동변속에 의한 운전의 편의성

무단변속기의 종류

• 벨트 와 가변풀리를 이용하는 방식
  (Belt-Pully Drive Type)
  :현재 양산차종에 적용되고 있는 유일한 방식이다.
  구조가 매우 간단하나 작동원리상 큰동력전달이 어려우며,발진등을 위해 추가적인 장치가 필요하다.
  최근 1500cc 미만의 소형차 적용되어 성공적이라는 평가를 받고있다.
  상용화된 방식으로는 고무V벨트방식,금속V벨트방식,금속체인벨트방식등이 있다.
  

• 금속 롤러와 레이스를 사용하는 방식
  (Traction Drive Type)
  :영국의 토로트랙사와 액셀러매틱사에서 개발중이며, 간단한 구조,큰 동력 전달 용량과 정숙한 운전등의 장점이 있다.
  그러나, 금속 롤러와 레이스의 동력전달에 커다란 접촉압력이 필요하므로 강성과 내구성이 우수한 소재와 극온/극압에서 견딜 수 있는 새로운 윤활유 개발이 선행되어야 한다.
   
• 정유압 장치를 이용하는 방식
  (Hydrostatic Drive Type)
  : 연구되고 있는 무단변속기 
   
• 유성기어기구를 이용하는 방식
  (Power Split Drive Type)
  :국내에서도 연구가 진행되고 있으나 자세한 원리나 신뢰성 및 내구성 등에 대한 전반적인 검토가 공식적으로 밝혀지지는 않고 있다.
  특징으로는 기어식 무단변속의 원리를 이용함으로써 기존의 금속롤러 방식 및 벨트방식보다 동력손실의 최소화가 가능한다.
  

차량용 무단변속기의 개발동향

종   류	명  칭	개발회사	양산적용차종
고무V벨트 (Rubber V-Belt)	Variomatic	DAF	Volvo 340
금속벨트 (Metal V-Belt)	CTX	포드 유럽	Fiesta Escort/Orion Uno(Fiat)
	ECVT	후지중공업/스바루	Justy/Justy 4WD Rex/Vivio Rex Super
	NCVT	후지중공업/닛산	March/Micra
	VT-1	VSCT	Rover 100 Series Volvo 400 Series
	CFT 20 E	ZF	없음
금속체인벨트 (Metal Chain Belt)	SCVT	Borg Warner 스즈키	Cultus
풀 트로이들 (Full Troidal)	Torotrak IVT	BTG	없음
하프 트로이들 (Half Troidal)	-	닛산 세이코/닛산	없음
넛테이팅 콘 드라이브 (Nutating Cone Drive)	NTD/TDX	Vadetec/Traction Tec	없음
정유압장치 (Hydromechanical Drive)	-	로터스	없음
베리어블 스트로크 드라이브 (Variable Stroke Drive)	-	Epilogics Inc.	없음

무단변속기의 일반특성비교

구  분	벨트 풀리 방식	트로이들 방식	유성기어 방식
동력전달 수단	벨트와 가변풀리의 마찰력	회전체의 구름접촉에 의한 윤활재의 전단력	무단변속기구 와 유성기어기구
기구의 효율	고	고	고
동력전달 용량	소	대	대
크기	중	대 (전륜구동의 경우)	중
무게	중	대	중
소음	중	저	중
내구성	보통	불량	보통
레이아웃 용이성	불량 (후륜구동의 경우)	불량 (전륜구동의 경우)	양호
특허회피 가능성	매우 낮음	매우 낮음	보통
자동변속기와의 공용화 가능성	낮음	낮음	보통
상업화	소형차종에 일부 적용	없음	없음
개선점	변속비 범위의 확대	윤활재 개발,내구성 향상,무게감소

◆ 자료출처 : 대우자동차 판매 카다로그

최인정의 자동차 백과 

http://dwcij.com.ne.kr/newtech/cvt.htm