토크 컨버터와 벨트전동식 변속기 (CVT)

많은 사람들이 CVT라고 부르는 트랜스미션은 토크 컨버터와 벨트전동식 변속기로 구성된 벨트식 CVT입니다. 트로이덜식 CVT가 유통되던 동안에는 구별을 위해 벨트식 CVT라고 불렀습니다. 현재는 체인식 CVT도 있지만 체인 이외에는 기본적인 구조가 같기 때문에 벨트식 CVT라고 통칭하는 경우도 많습니다. 벨트식 CVT가 실용화된 초기에는 스타팅 디바이스에 전자 클러치를 사용하는 것도 있었지만 AT와 같은 크리핑을 이용할 수 없다는 불편함 때문에 현재는 록업 클러치를 함께 사용하는 토크 컨버터가 표준이 되었습니다. 변속 제어를 모터로 하는 기구도 있었지만 현재는 유압제어를 하고 있습니다. 벨트전동식 변속기는 역회전을 만들어낼 수 없기 때문에 CVT에는 전후진 전환기구가 설치됩니다. 최근에는 부변속기가 설치된 것도 나오고 있습니다. CVT는 무단식 변속기이기 때문에 다른 트랜스미션처럼 단수는 표시할 수 없습니다. 하지만 메뉴얼 모드를 갖춘 CVT의 경우에는 단수가 표기되는 경우도 있습니다. CVT 내부는 토크 컨버터, 벨트전동식 변속기, 전후진 전환기구, 리덕션 기어, 유압제어기구로 구성됩니다. 풀리, 벨트와 같은 벨트전동장치는 벨트가 닿는 부분의 풀리의 직경 비율로 변속비가 정해집니다. 일반적인 풀리는 직경을 바꿀 수 없습니다. 따라서 벨트전동식 변속기는 벨트를 거는 홈의 단면을 V자 모양으로 만들어 홈의 폭을 바꿀 수 있도록 하고 있습니다. 홈의 폭을 넓히면 벨트가 회전 중심에 가까운 위치에 걸리며 직경이 작은 풀리로 기능합니다. 반대로 홈의 폭을 좁히면 벨트가 바깥쪽 위치에 걸려 직경이 큰 풀리로 기능합니다. 입력 쪽의 풀리의 홈의 폭을 최소로 하고 출력 쪽의 풀리의 홈을 최대로 하면 감속이 이루어집니다. 반대로 입력 쪽을 최대로 하고 출력 쪽을 최소로 하면 증속이 이루어집니다. 벨트가 느슨해지지 않도록 양쪽 풀리의 홈의 폭을 조정하면 이 사이에서 무단계로 변속을 할 수 있습니다. CVT에서 사용되는 가변 홈폭 풀리는 픽스 풀리와 슬라이드 풀리로 구성됩니다. 슬라이드 풀리의 측면에는 유압실이 설치되어있습니다. 프라이머리 풀리의 경우 유압실의 유압을 높이면 홈폭을 좁게 만들 수 있습니다. 유압을 내리면 벨트의 장력에 의해 홈폭이 벌어집니다. 세컨더리 풀리는 홈을 좁히는 방향으로 스프링의 힘이 작용하게 해주었습니다. 이러한 프라이머리 풀리의 홈폭의 변화로 벨트의 장력이 변화하면 세컨더리 풀리의 홈폭이 조정됩니다. 이것이 기본적인 조작입니다. 벨트와 풀리의 마찰을 최적의 상태로 유지하기 위해 세컨더리 풀리 홈폭의 제어도 유압으로 하고 있습니다. 벨트전동식 변속기는 역회전을 만들어낼 수 없습니다. 따라서 CVT에는 후진용 역회전을 만들어내기 위한 전후진 전환기구가 장비되어있습니다. 같은 축에서 역회전을 만들어낼 수 있는 플래니터리 기어가 일반적으로 사용됩니다. 프라이머리 풀리로의 입력 전에 배치되는 경우가 많지만 세컨더리 풀리의 출력 쪽에 배치되는 경우도 있습니다. 플래니터리 기어의 제어는 AT의 경우와 마찬가지로 습식 다판 클러치와 브레이크 밴드로 합니다. 벨터전동식 변속기는 변속범위의 절반이 증속입니다. 현재의 트랜스미션은 연비저감을 위해 오버드라이브가 사용되는 영역이 넓지만 그래도 벨트전동식에서는 불필요한 증속역이 나옵니다. 반대로 큰 감속비를 만들어내기도 어렵습니다. 때문에 CVT에는 리덕션 기어가 포함되어 있습니다. 우선적으로 감속을 하면 토크가 커져서 풀리와 벨트의 부담이 증가하므로 일반적으로 리덕션 기어는 트랜스미션의 최종 단계에 배치됩니다. CVT의 가변 홈폭 풀리와 전후진 전환기구는 유압으로 작동됩니다. 이들의 유압은 유압제어기구에 의해 컨트롤되고 있습니다. 밸브 보디에 들어간 밸브 스풀을 움직여서 기름길을 전환 또는 차단하고 목적한 곳에 필요한 유압을 보냅니다. 필요한 유압을 발생시키기 위해서 CVT 안에는 오일 펌프가 설치되어있습니다. 오일 펌프는 일반적으로 변속기의 입력축 부근에 설치되며 아이들링 스톱을 하는 자동차의 경우는 정지 중에도 유압을 유지할 수 있도록 외부에 전동 펌프를 설치하는 경우도 있습니다. CVT는 전자제어를 전제로 하며 ECU에 의해 전체가 제어됩니다. 변속비 선택의 폭이 넓으며 자동차의 속도 변경에 맞춰 다양한 루트를 생각할 수 있기 때문에 엔진 회전수도 동시에 제어할 필요가 있습니다. 그래서 ECU는 세밀한 협조제어를 하고 있습니다. 연비 위주의 이코노미 모드와 파워 위주의 스포츠 모드가 탑재되어 있는 경우도 많습니다. 벨트식 CVT에는 일반적으로 스틸벨트라고 하는 벨트가 사용됩니다. 이것은 금속재징의 2개의 밴드 사이에 독특한 모양의 얇은 엘리먼트를 여러 개 배치한 것입니다. 밴드는 얇은 강판을 적층해서 만들며 엘리먼트 양측면이 풀리에 닿습니다. 벨트를 구부리면 안쪽에는 엘리먼트가 밀착되고 바깥 쪽에는 빈틈이 생깁니다. 강하게 구부릴 수 있도록 하기 위해서는 엘리먼트끼리의 간격을 넓게 해야 하지만 넓게 하면 풀리와의 사이에서 힘 전달이 어려워집니다. 한편 체인식 CVT에 사용되는 체인은 2종류의 플레이트를 핀으로 연결한 것으로 핀 양끝이 풀리에 닿습니다. 이것은 각각의 핀을 중심으로 구부릴 수 있으므로 벨트보다 감는 반경을 작게 할 수 있습니다. 체인의 폭을 넓히면 큰 토크에도 사용할 수 있습니다. 벨트와 체인에는 역학적인 힘 전달의 차이(벨트는 밀어서 힘을 전달, 체인은 당겨서 힘을 전달)가 있지만 변속 원리는 같습니다.