"6단? 8단? 10단?" 자동차 변속기 기어 단수가 높으면 좋은 이유

Kownriver 2023. 4. 12.

자동차의 변속기는 종류마다 다른 기어 단수를 가지고 있습니다. 요즘은 보편적으로 8단 변속기를 많이 사용하고 있지만 수동 변속기의 경우 6단, 경차는 4단, 일부 자동차 메이커는 10단 변속기를 사용하기도 합니다.

일부자동차의 경우 자동 변속기임에도 6단을 사용하기도 하며 현대의 하이브리드 엔진은 6단 자동 변속기를 사용합니다. 심지어 기어 단수가 없는 무단 변속기도 존재합니다. 그렇다면 기어 단수는 왜 이렇게 천차만별이며 최대 기어 단수가 높으면 무엇이 좋아지는 것인지 알아보겠습니다.

자동차 변속기 기어 단수

변속기의 존재 이유

변속기의 단수를 알기 전에 변속기가 존재하는 이유부터 알아야 합니다. 트랜스미션(Transsmission)이라고 불리는 변속기는 엔진에서 발생한 힘을 톱니바퀴 모양의 기어를 사용하여 현재 주행 상황에 맞는 회전수로 변환한 뒤 바퀴에 전달하는 역할을 합니다. 이때 회전하는 방향에 따라 후진도 가능해집니다.

자동차 엔진은 특정한 회전 속도에서 최대 출력과 최대 토크가 발휘됩니다. 이 회전 속도는 고정되어 있기 때문에 강력한 힘이 필요할 때에 이런 특정한 회전 속도로 고정되어야 하는데 운전자가 엑셀을 밟을 때마다 엔진의 회전수를 계속해서 증가해 최대 구간을 벗어나 버리게 됩니다.

이러한 특정한 회전 구간에 엔진의 회전 속도를 고정시키기 위해 변속기가 존재합니다. 1,2단 등의 낮은 단수에서는 주로 출력에 초점이 맞추어져 있으며 7,8단 등의 높은 단수에서는 출력보다는 연비, 속도 향상에 초점이 맞추어져 있습니다.

자동차 엔진은 1분에 수 천 번 회전합니다. 일부 고성능 엔진이나 레이싱 카의 엔진은 분당 만 번 이상 회전하기도 합니다. 그러나 바퀴는 1분에 수 천 번씩 회전하지 않습니다. 엔진에서 발생되는 미약한 토크로는 멈춰있는 바퀴를 회전시킬 수 없기 때문에 변속기와 감속기가 엔진 회전수를 감소시켜 큰 토크 발생시키고 그 힘을 바퀴에 전달합니다.

변속기 기어 단수가 높으면 좋은 이유

위에서 설명했듯이 변속기의 낮은 단수는 출력을 위해, 높은 단수는 연비 효율, 속도 등을 위해 설계되어 있습니다. 즉, 최대 기어 단수가 높으면 높을수록 고속 항속에서의 연비 효율이 높아지게 됩니다.

이러한 이유에는 자동차 기어비가 영향을 미칩니다. 기어 단수가 낮을 수록 기어비가 1을 넘어가고 단수가 높을수록 1에 가까워지며 최신의 변속기들은 1 미만의 기어비를 가집니다. 기어비가 1보다 클수록 엔진 회전수를 많이 감속시켜 바퀴에 걸리는 토크를 증가시킵니다.

이러한 변속기 기어비 외에도 종감속기에 의해 엔진 회전수가 한 번 더 감속됩니다. 흔히 데후라고 불리는 디퍼런셜(Differential)이 종감속기를 의미하며 추진축(Propeller Shaft)에 장착되어 있습니다. 종갑속기는 변속기에 의해 감속된 회전수를 최종적으로 한 번 더 감속시킵니다.

위 사진에서 사용된 변속기 기어비를 가지고 바퀴의 회전수를 계산해보겠습니다. 엔진이 2000 rpm으로 회전하고 있을 때 변속기가 1단이라면 엔진 회전수를 5.25배 감소시킵니다. 즉, 2000/5.25를 하면 380.95가 나옵니다. 즉, 1분에 약 381번 추진축이 회전합니다.

이 381이라는 수치를 다시 종감속비인 2.813으로 나누면 135.44라는 값이 나오게 됩니다. 즉, 1분 동안 엔진이 2000번 회전하고 변속기가 1단에 있다면 바퀴는 1분에 135번 회전합니다.

동일한 엔진 회전수에서 8단을 사용하고 있다면 2000/0.64/2.813 = 1111이란 구동바퀴 회전수가 나오며 이 경우 변속기로 입력된 회전수를 감소시키지 않고 더 늘려 바퀴의 회전 수를 높게 만듭니다.

이러한 이유로 인해 동일한 엔진 회전 수에서 높은 기어 단수일 때 더 빠르게 갈 수 있습니다. 감속비가 높은 저단기어와 감속비가 낮은 고단기어가 동일한 엔진 회전수에서 구동바퀴가 회전하는 수를 비교하면 기어 단수를 계속 높이는 이유를 알 수 있습니다.

엔진의 출력이 높을수록, 차량의 무게가 가벼울수록 기어비를 낮게 사용할 수 있기 때문에 제조사는 차량은 가볍게, 출력은 높게 만들기 위해 노력하고 있습니다.

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소형차의 기어 단수가 낮은 이유

높은 기어 단수의 기어비를 낮춤으로써 고속 주행의 연비를 끌어올릴 수 있다면 왜 경차, 소형차에서는 높은 기어를 사용하지 않는 것일까요. 이는 물리적인 요인과 맞닿아 있습니다.

일반적으로 변속기의 단수가 높아질수록 변속기가 크고 무거워집니다. 경차, 소형차와 같이 엔진룸의 크기가 작고 출력이 낮은 차량에 큰 변속기를 집어넣는 것은 공간의 부족으로 인한 냉각 효율의 감소, 내구성 감소, 정비 효율 감소 등의 문제가 발생됩니다.

또한 조금이라도 무거워진 차체를 이끌기 위해 낮은 단수에서 더 높은 엔진 회전수를 사용해야하기 때문에 저단의 연비 효율이 굉장히 떨어지는 현상이 발생하여 적정 단수의 변속기를 탑재합니다. 현대, 기아의 경차는 4단 자동변속기를 사용하고, 르노 XM3, 현대 아반떼 등에서는 무단 변속기를 사용하기도 합니다.

자동차 변속기 기어 단수가 높으면 좋은 점과 왜 차량마다 다른지에 대해 알아보았습니다. 많은 사람들이 엔진오일의 존재는 알고 있지만 미션오일의 존재는 잘 모르고 계시는 분들이 있습니다. 최근 출시되는 차량들은 무교환/무점검을 표방하기도 하지만 가혹조건에서는 10만km 수준에서 교환하는 것을 권장하기도 합니다.

그런데 그거 아시나요? 대한민국 시내는 가혹조건에 해당됩니다. 정차 및 재출발이 굉장히 흔하고 가속 감속이 자주 일어나는 대한민국 도심로는 자동차에게 굉장한 악조건에 해당됩니다. 따라서 우리나라의 대부분의 자동차는 가혹조건에서 운행되게 되기 때문에 미션오일을 정해진 기간에 맞추어 교환해주는 것이 좋습니다.

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