수동변속기

수동변속기(Manual Transmission, M/T)는 자동차의 변속을 운전자가 직접 수동으로 조작하는 형태의 변속기이다. 수동변속기는 자동변속기와는 달리, 변속을 위한 모든 과정을 운전자가 직접 조작해야 한다. 우선, 클러치를 밟아 자동차의 동력을 끊고, 변속기 레버를 조작하여 기어의 단수를 올리고 액셀러레이터를 밟아서 다시 동력을 발생시키는 과정을 직접 실행한다.

자동변속기의 별명이 '오토'라고하면 수동변속기의 별명은 '스틱(Stick)'이다. 흔히 콩글리시로 알려져 있으나, 영미권에서도 쓰이는 말이다. 미국이나 영국에서 'Do you drive stick?"이라고 물으면 다 알아듣고, 인터넷에 'Stick Shift'라고 검색하면 수동 차량이 검색되는 등 영어권에서도 통하는 별명이다. 영화 배트맨 비긴즈에서도 배트맨이 고든 경감에게 텀블러의 키를 주면서 "Can you Drive Stick?"하고 묻는 장면이 나온다.

개요

선택기어식 변속기라고도 한다. 자동차는 알정 속도로 전진만 하는 것이 아니라 때로는 엔진의 동력전달을 끊어야 하고, 후진하려고 회전 방향을 바꾸기도 한다. 이러한 동력전달을 단속하는 장치를 클러치라고 하며, 클러치를 발로 조정하면서 운전자가 손으로 변속레버를 직접 조작하는 변속기를 수동변속기라고 한다.

기본 조작

수동변속기의 변속레버에는 조작 위치가 있으며, 자동차의 주행 상태에 따라서 조작 위치를 변경할 필요가 있는데, 그 조작 위치를 레인지라고 부른다. 클러치를 완전히 밟은 상태에서 변속레버를 움직인다. 변속레버를 고단에 넣은 상태에서 자동차를 출발시키면 시동이 꺼질 수 있기 때문에 변속레버를 1단에 넣고 출발한다.(단, 트럭이나 대형 차량은 변속레버를 1단이 아닌 2단에 넣고 출발한다.)

레인지의 개요

• 1레인지(1단) : 출발할 때 사용한다. 가속페달을 밟자마자 시끄러운 소리가 나므로 이 소리가 나면 경사진 정도가 심한 오르막길을 오르거나 내리막길을 내려갈 때 2단 이상의 기어로 감속 및 제동하기가 너무 곤란한 경우를 제외하면 곧바로 2단 기어로 변속해야 한다.
• 2레인지(2단) : 1단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 기어를 변속해야 한다. 0km/h~20km/h까지만 적용한다.
• 3레인지(3단) : 2단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 20km/h 이상부터 기어를 변속해야한다. 20km/h~40km/h까지만 적용한다.
• 4레인지(4단) : 3단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 40km/h 이상부터 기어를 변속해야한다. 40km/h~60km/h까지 만 적용한다. 기어가 4단까지 적용되어있는 자동차는 4단을 항속으로 사용한다.
• 5레인지(5단) : 4단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 60km/h 이상부터 기어를 변속해야한다. 60km/h~80km/h까지만 적용한다. 기어가 5단까지 적용되어있는 자동차는 5단을 항속으로 사용한다.
• 6레인지(6단) : 5단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 80km/h 이상부터 기어를 변속해야 한다. 단, 6단까지 적용된 고속버스일 경우, 5단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 자동차 종류별로 세팅되어있는 기어비로 인한 다소 차이가 있겠지만, 90km/h 혹은 95km/h 이상부터 기어를 변속해야 한다. 최근에는 다른 자동차에도 6단 수동변속기가 적용되는 경우가 있다. 기어가 6단까지 적용되어있는 자동차는 6단을 항속으로 사용한다.
• 7레인지(7단) : 최신형 스포츠카 일부에만 적용되어 있으며, 보통 항속으로 사용한다. 6단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 80km/h 이상부터 기어를 변속해야 한다.
• 8레인지(8단) : 대부분의 트럭에 적용되어 있으나, 차체 중량이 너무 무거울 경우, 8단이 아닌 10단부터 최대 18단까지 적용되는 경우가 있다. 7단으로 가는 중, 속도가 붙은 상태에서 시끄러운 소리가 나면 100km/h 이상부터 기어를 변속해야 한다.
• R레인지(Reverse) : 후진할 때 사용한다.
• N레인지(Neutral) : 보통 중립이라고 불리며, 정차할 때 사용한다. 타이어로부터의 힘도 변속기나 엔진에 전해지지 않는다.

수동변속기에는 자동변속기와 달리 'P' 레인지가 없어 주차 시에는 주차 브레이크를 채워줘야 한다. 만일 주차한 장소가 주차 브레이크만으로는 안되는 경사로에 주차했을 경우에는 주차 브레이크를 채운 상태에서 변속레버를 오르막길에서는 1단에, 내리막길에서는 R단에 넣어준다. 이 외에도, 바퀴를 벽 쪽에 붙이거나 고임목을 괴어 놓아도 된다. 단, 트럭의 경우, 짐이 너무 많이 실려 있어서는 안 된다.

종류

수동변속기는 섭동기어식(sliding gear type), 상시치합식(constant-mesh 또는 dog clutch type), 동기치합식(synchro-mesh type)의 3종류로 나뉜다.

섭동기어식

가장 먼저 개발된 수동변속기로 단기어를 밀어 움직이는 것만으로 변속이 가능하다. 속력을 조절하기엔 좋지만, 소음이 심하고 단을 변경할 때 기어가 맞물리기 까다롭다는 단점이 있다. 그리고 구조가 간단하고 취급이 용이하지만, 변속할 때 기어 자체가 축선을 따라 섭동하여 치합된다는 단점이 있다. 후진 변속할 때에는 주축기어와 부축기어의 원주속도가 아주 느리기 때문에 섭동식으로도 충분히 가능하여 오늘날은 일부 자동차의 후진기어에서만 찾아볼 수 있다.

상기치합식

섭동기어식의 소음이 심한 점과 단을 변경할 때 기어가 맞물리기 까다롭다는 단점을 보완하기 위해 고안된 방식으로 단기어들은 입력축의 동력을 받는 부축기어와 항상 맞물려 있다. 하지만, 단기어들은 주축에 고정되어 있지 않기 때문에 자유롭게 돌아가는 상태이다. 여기서 단기어들을 주축에 고정시켜서, 엔진으로부터의 동력을 바퀴에 전달할 수 있게 하는 역할이 바로 도그 클러치의 역할이다. 그리고 구조가 간단할 뿐만 아니라 기어의 모양이 헬리켈형이므로 하중부담능력이 크고, 운전이 정숙하여 아직도 일부 대형버스나 트럭 등에 사용되고 있다. 그러나 변속할 때 원주속도와 도그 슬리브의 원주속도가 서로 일치되지 않으면 치합 소음이 발생되고, 심하면 기어가 파손되기도 한다.

동기치합식

상시치합식과 작동방식이 거의 유사하지만, 단점을 조금 개선했다. 변속 시 슬렉터슬리브와 싱크로나이저 링에 의해 기어와 주축을 부드럽게 연결하여 동력을 전달한다는 점이 도그 클러치를 사용하는 상시치합식과 비교해 개선된 점이다. 그리고 변속하기 위해 특별히 가속을 해야 하거나, 더블클러치를 조작할 필요가 없어 기어가 보호되어 수명이 길어지는 장점이 있다.

일반적으로 토크가 큰 대형차량이나 속도가 생명인 레이싱 경주용 차량에는 상시치합식이 사용되고, 일반 자동차에는 동기치합식 변속기가 사용된다. 현재 섭동기어식의 수동변속기는 거의 사용되지 않는다.

원리

수동변속기 변속 원리

동력은 플라이휠(크랭크샤프트에 장착되어 큰 중량의 관성력으로 에너지를 저장하는 역할)에서 시작해 클러치, 변속기 순으로 전달되며, 클러치가 엔진과 변속기 사이에서 동력을 연결하거나 차단합니다. 클러치 페달을 밟고 있을 때는 엔진의 플라이휠과 클러치 디스크가 떨어지면서 동력을 전달하지 않습니다. 그리고 클러치 페달에서 발을 떼면 엔진의 플라이휠과 클러치 디스크, 클러치 압력판이 결합하면서 엔진의 회전력을 변속기로 보내주게 됩니다.

섭동기어식

변속시 기어 자체가 축선을 따라 섭동하여 치합된다.

상기치합식

피스톤 왕복운동으로 엔진에서 생산된 동력이 커넥팅로드를 통해 크랭크축의 회전운동으로 전환된다. 그리고 이 회전운동은 플라이휠, 크랭크축의 출력축으로 전달된다. 클러치 페달을 밟으면 유압식 압력이 클러치 압력판을 플라이휠과 멀어지게 하고, 놓으면 가까워지게 하여 동력을 전달한다. 이후 동력은 기어박스로 전달되고 주축과 부축에 있는 기어들이 서로 맞물려 돌아간다. 변속은 도그클러치를 통해 이뤄지는데, 예를 들면 1단에서는 도그 클러치가 왼쪽으로, 2단에서는 오른쪽으로 움직인다. 그리고 단기어와 가공된 도그는 단기어와 같은속도로 회전한다. 도그 허브는 주축의 스플라인에 끼워져 고정되어 있고, 도그 슬리브는 축방향으로 이동이 가능하도록 도그 허브에 설치되어 있다. 도그 슬리브가 단기어의 도그와 치합하여 동력을 전달한다. 이후 동력은 차동장치로 전달되어 자동차 바퀴에 이른다.

동기치합식

상기치합식하고 기본원리는 동일하다. 카운터기어와 단기어들이 맞물려서 돌아가고 있는 상태이며, 단기어들의 경우 베어링이 안쪽에 있어 주축과 단단히 결합 되어있지 않고 자유롭게 돌아갈 수 있도록 설계되어 있다. 자유롭게 돌아가는 단기어들을 주축에 고정시켜 동력을 전달하기 위해 슬렉터슬리브와 싱크로나이저 링이 필요하다. 동기치합식에는 주축에 단단히 고정되어 있는 싱크론 허브가 존재한다. 그리고 허브 위에는 그 위로 이동이 가능한 슬렉터슬리브가 있어 좌우로 움직이며 허브와 단기어를 같이 움직이게끔 한다. 하지만 연결되기 전 기어와 축은 서로 다른 회전 속도를 가지므로, 맞물리는 것이 쉽지 않다 따라서 싱크로나이저 링을 활용한다. 슬렉터슬리브가 움직이며 싱크로나이저 링에 압력을 가하게 되면, 싱크로나이저 링이 단기어와 마찰을 일으키며 점점 같은 속도로 회전을 하게 만든다. 이를 동기화라고 하며 이러한 매커니즘으로 싱크론 허브와 단기어의 속도가 같아졌을 때, 단기어와 축이 효과적이고 부드럽게 연결되어 동력전달이 가능해진다.

단일 동기치합기구

테이퍼 마찰짝이 1개인 동기치합기구로서, 대표적인 것으로는 보그워너(Borg-Warner)社의 키 형식 동기치합기구(key type synchromesh device)가 있다.

• 구조 : 실렉터 슬리브, 싱크론 허브(일명 싱크로메시 보디), 3개의 싱크론 키, 2개의 홀딩 스프링, 싱크로나이저 링 및 단 기어 휠(＝시프트 기어 휠)로 구성된다.
• 작동원리 : 기어레버가 중립위치에 있을 때, 슬렉터슬리브는 싱크론키에 의해 싱크론 허브에 고정되어 있다. 단기어는 주축에서 자유롭게 회전이 가능하다. 변속하기 위해 클러치페달을 밟고 변속레버를 중립으로 하면, 주축은 차륜의 구동력에 의해 회전하지만, 주축에서 자유로이 회전하는 단-기어의 회전속도는 크게 저하되어, 주축과 단 기어 간의 회전속도에 차이가 발생하게 된다. 이때 운전자가 변속레버를 조작하면 실렉터 슬리브는 단-기어 쪽으로 밀려가면서 싱크론 키(synchron key)를 매개체로 하여, 싱크로나이저 링의 내측 마찰면이 단 기어의 싱크론 테이퍼와 밀착되게 한다. 이 순간 실렉터 슬리브, 싱크로나이저 링, 그리고 단 기어는 원주속도가 서로 다르기 때문에, 싱크로나이저 링과 단 기어의 싱크론 테이퍼 사이에 제동 토크(brake torque)가 발생한다. 이 제동 토크에 의해 싱크로나이저 링은 싱크론 키의 규격만큼 회전이 늦은 상태에서 동기작용을 시작한다. 실렉터 슬리브가 계속해서 단-기어 쪽으로 밀려가면 실렉터 슬리브의 챔퍼(chamfer)부분과 싱크로나이저 링이 직접 접촉하게 된다. 이때 실렉터-슬리브와 단-기어의 원주속도에 차이가 있으면, 실렉터

슬리브는 싱크로나이저 링 때문에 단 기어 쪽으로 이동할 수 없게 된다. 따라서 운전자의 변속레버 조작력 즉, 실렉터 슬리브를 단 기어 쪽으로 미는 힘은 직접 싱크로나이저 링에 전달된다. 동기화 작용이 계속되어 단 기어와 실렉터 슬리브의 원주속도가 같아지면 제동 토크는 더 이상 작용하지 않는다.싱크로나이저 링은 두 기어 즉, 실렉터 슬리브와 단 기어 휠의 원주속도가 같아질 때까지 단 기어와 실렉터 슬리브의 치합을 방지한다. 단 기어 휠과 실렉터 슬리브의 회전속도가 같아져 더 이상 제동 토크가 발생되지 않으면, 실렉터 슬리브는 싱크로나이저 링을 거쳐 단 기어 휠의 시프트 기어 이(shift gear teeth)와 치합된다. 그러면 단 기어와 변속기 출력축은 연결, 동력이 전달된다.

다중 동기치합기구

이 형식들은 주로 낮은 단의 변속에 이용된다. 저속 단-기어에서는 실렉터 슬리브와 자유롭게 회전하는 단 기어 휠(shift gear wheel) 간의 속도차가 고속 단 기어에서보다 더 크다. 따라서 저속(예；기어 휠을 제동할 때 또는 가속할 때) 단 기어에서 회전속도를 동기시킬 때는 고속 단 기어에서보다 더 큰 마찰력을 필요로 한다. 예를 들면, 승용자동차용 6단 수동변속기에서 1단과 2단에는 마찰짝이 3개인 다중 동기치합기구를, 3단과 4단에는 마찰짝이 2개인 이중 동기치합기구를, 5단과 6단 그리고 후진기어에는 마찰짝이 1개인 동기치합기구를 사용한다. 또한 똑같은 변속력으로도 큰 마찰력을 얻을 수 있으며 부드럽고 가벼운 변속이 가능하고 마찰 면에 가해지는 면압이 낮기 때문에 테이퍼형 마찰 면의 마모가 적다는 장점이 있다.

2중 동기치합기구=

중간 링과 이너(inner) 싱크로나이저 링은 각각 단 기어 휠과 그리고 아우터(outer) 싱크로나이저 링과 회전이 불가능하게 일체로 결합되어 있다. 이 형식에서는 2개의 마찰짝(이너 싱크로나이저 링 ↔ 중간 링 ↔ 아우터 싱크로나이저 링)이 존재한다. 따라서 마찰짝이 1개인 동기치합기구에 비해 마찰면적이 2배로 확장되었다.

• 작동원리 : 동기화시킬 때, 실렉터 슬리브에 의해 아우터 싱크로나이저 링은 중간 링으로, 중간 링은 이너 싱크로나이저 링으로 연이어 밀려가게 된다. 마찰에 의해, 아우터 싱크로나이저링과 이너 싱크로나이저 링이 회전하여 동기될 때까지, 아우터 싱크로나이저 링의 싱크론 기어(synchron teeth)는 실렉터 슬리브가 더 이상 밀려가는 것을 방지한다.

아우터콘 동기치합기구

• 구조 : 테이퍼형 마찰면이 싱크로나이저 링의 바깥쪽에, 그리고 실렉터 슬리브의 안쪽에 있다. 로킹(locking)은 싱크로나이저-링에 가공된 3각형/경사면 구조의 러그(lug)의 영향을 받는다. 이너-스프링이 싱크로나이저-링을 단기어 휠(shift gear wheel)에 지지하고 있다.
• 작동원리 : 속도차가 있을 경우, 싱크로나이저 링은 러그가 실렉터 슬리브의 치합을 방지할 때까지 회전한다. 동기화가 이루어지고, 마찰 토크가 더 이상 작용하지 않으면, 러그는 시프트 기어이(shift teeth)의 그루브(groove)로 눌려 들어가게 된다. 이제 실렉터 슬리브는 시프트 기어와 치합될 수 있다. 마찰 반경이 크기 때문에 변속이 쉽고 부드럽게 이루어지게 된다.

장점

• 자동변속기 차량에 비해 연비가 상대적으로 좋은 편이다. 단, 이는 운전자의 운전 습관 및 성향에 따라 조금씩 달라질 수 있는 부분인데, 가속을 위해 저단 주행을 자주 하는 경우에는 연비가 떨어지기도 한다. 최근 자동변속기 차량들은 기술의 발달로 인해 연비가 좋아지면서 옛말이 되어가고 있다.
• 차량 가격과 유지비가 자동변속기 차량에 비해 상대적으로 저렴하다. 미션 오일 교환 주기도 상대적으로 길며 변속 계통에 문제가 생길 경우 정비성이 상대적으로 좋아 수리 비용도 보다 저렴하다. 단, 최근 자동변속기의 내구성이 좋아지면서 앞으로는 상황이 역전될 가능성이 크지만, 상대적으로 차량 구입 비용이 저렴한 것은 여전한 사실이다.
• 돌발 상황 시의 대처가 자동변속기에 비해 쉬우며 보다 안정적이다. 자동변속기 차량에 비해 급발진의 위험이 없으며, 노면이 미끄럽거나 급경사 비탈길에서 엔진브레이크를 보다 강하게 걸 수 있는 데다, 클러치 페달만 밟아주면 급발진 등의 돌발 상황에서 쉽게 대처할 수 있다.
• 직진 가속력이 좋아서 운전의 재미를 추구하는 사람들이 선호하기도 한다. 일정 속도하고 RPM 영역 대에서 기어가 강제로 변속되는 자동변속기 차량과는 달리, 운전자가 기어를 임의로 낮추어 보다 높은 기어 돌림힘으로 가속력을 높일 수 있기 때문이다.

단점

• 운전이 자동변속기보다 까다롭고 번거롭다. 매 순간마다 변속레버를 일일이 바꾸어야 하기 때문이다. 속도와 엔진 회전수를 수시로 보면서 변속을 해주어야 하는데, 계기판을 확인하면서 운전하기는 어렵기 때문에 잘못 변속하여 자동차에 과부하가 되기도 한다.
• 출발이 까다롭다. 특히, 엔진을 돌리는 힘이 상대적으로 약한 휘발유 차량의 경우, 숙달된 운전자가 아니라면 출발을 시도하다가 시동을 꺼뜨리기 쉽다.
• 승차감이 떨어진다. 속도에 맞는 엔진 회전수 조정을 하면서 변속을 한다면 변속 충격이 거의 발생하지 않지만, 상술했다시피 상시로 이렇게 운전하기는 어렵기 때문에 변속 충격을 완전히 피하면서는 운전하기가 쉽지 않으며, 이는 수동변속기의 판매량이 감소하는 주된 이유이기도 하다.
• 대한민국 자동차 제조사들의 경우 원가 절감, 개발비 절감 등을 이유로 수동변속기를 적용할 경우, 편의 장치 등이 제공되지 않는 경우가 많다.

기타

대한민국의 경우 수동변속기의 비중이 10%로 스포츠카와 트럭을 제외하면 자동변속기의 비중이 높다. 1990년대까지만 해도 수동변속기가 높은 비중을 차지했지만, 2000년대에 들어서면서 승용차를 기준으로 수동변속기의 비중이 점점 낮아지기 시작하였다. 높은 인구 밀도로 하여 교통량이 늘어났고 운전의 피로도도 높아지면서 일어난 현상으로 보이기도 하나, 2000년대에는 자동변속기 차량에 대한 보험 할인 혜택을 주어 자동변속기의 대세화를 더욱 가속화하였다. 미국의 경우에도 1980년대에 이미 자동변속기 차량이 보편화되어 현재는 일부 매니아들을 제외하면 수동변속기를 거의 찾지 않는 편이다. 일본의 경우 역시 압도적으로 자동변속기가 많고 수동은 2%에 불과하다. 반면, 유럽에서는 여전히 수동변속기 차량이 대세이며 인기가 높다.

한국에서는 외면, 유럽에서 인기

현대자동차는 2016년도 국내에 판매한 62만7309대(15t 이상 대형 트럭ㆍ버스 등 제외) 중 수동 변속기를 장착한 차량은 7734대(1.2%)에 불과했다. 다른 국내 업체들도 비슷한 상황이다. 2016년 쌍용자동차가 국내에 판매한 전체 차량중 수동변속기차량은 508대(0.49%)에 불가했고, 2017년 전체 판매 차량중 200대(0.37%)만이 수동변속기 차량이다. 르노삼성자동차는 수동변속기를 장착한 모델이 아예 없었다. 그나마 한국제너럴모터스의 경우 경차와 소형차인 [[스파크]와 아베오의 수동변속기 차량 판매 비중이 각각 15%, 7%로 높은 편이지만 스포츠 유틸리티 차량(SUV)인 트랙스는 역시 2% 수준이었다. 한국에서 수동변속기가 외면 받는 것과 달리, 유럽에서는 아직까지 수동변속기가 대세다. 연비에 따라 세금을 다르게 부과하는 것이 이유인데 자동변속기에 비해 연비가 뛰어난 수동변속기를 여전히 선호하는 것이다. 글로벌 회계법인 프라이스워터하우스쿠퍼스(PwC)가 지난해 낸 자료에 따르면 2015년 유럽에서 판매된 차량 중 자동변속기 차량은 312만여 대, 수동변속기 차량은 1192만여 대로, 수동변속기의 판매량이 훨씬 높았다. 현대차의 경우만 놓고 봐도 2016년 유럽에서 팔린 차 중 80.6%가 수동변속기 차량, 19.4%만이 자동변속기 차량이었다. 한국에서 수동변속기가 빠른 속도로 사라지고 있는 이유 중 한국만의 도로 상황이 첫 번째로 꼽힌다. 교통 정체가 심해 잠깐씩 정차했다가 출발하는 일이 잦고, 언덕과 오르막이 많아 운전에 서툰 사람이 수동변속기 차량을 몰기에 어려운 면이 있다. 또한 자동변속기 기술이 빠르게 발전하면서 가격과 연비 차이가 줄었다는 점도 이유 중 하나다.

국내 수동변속기 자동차

국내에서 수동변속기인 승용차는 보기 힘들다. 하지만 듀얼 클러치 변속기와 자동화 수동 변속기를 채용 하는 경우가 많아졌다. 그렇기에 옵션으로 수동변속기를 적용한다.

• 쉐보레 스파크 : 쉐보레를 책임지는 경차 스파크에서는 기본 사양이 적용된 승용 밴 모델부터 최고 사양인 1.0 프리미엄까지 5단 수동변속기를 장착한 모델을 선택할 수 있다. 972만 원부터 1,275만 원까지이다. 1.0리터 에코텍 가솔린 엔진을 적용해 최고출력 75마력 최대토크9.7kg.m을 발휘한다.
• 쉐보레 아베오 : 쉐보레의 소형차 아베오는 기본 사양이 L부터 LS까지 6단 수동변속기를 장착한 모델을 선택할 수 있다. 가격은 4도어 세단 1,385만 원 해치백 1,492만 원이다. 1.4리터 터보엔진을 장착해 최고출력 140마력 최대토크 20.4kg.m을 발휘한다.
• 현대자동차 엑센트 : 현대자동차의 대표적인 소형차 엑센트에서는 기본사양이 적용된 스타일 등급에서 6단 수동변속기를 장착한 모델을 고를 수 있다. 가격은 1,138만 원이며 가솔린 1.4리터 카파 엔진을 적용해 최고출력 100마력 최대토크 13.6kg.m의 성능을 발휘한다.
• 기아자동차 모닝 : 기아자동차의 경차 모닝에서는 기본사양이 적용된 베이직 플러스 등급에서부터 디럭스, 트렌디까지 5단 수동변속기가 적용된 모델을 고를 수 있다. 가격은 950만 원부터 1,110만 원까지이며 카파 1.0리터 엔진을 장착해 최고출력 76마력 최대토크 9.7kg.m을 발휘한다.
• 쉐보레 트랙스 : 한국 제너럴모터스가 주도적으로 개발한 트랙스는 지난 2016년 10월 새로운 패밀리룩을 적용해 '더 뉴 트랙스'로 출시됐다. 1.4 LS, LS 디럭스 모델에서 6단 수동변속기를 장착한 모델을 고를 수 있다. 가격은 1,634~1,693만 원이다. 1.4리터 가솔린 터보엔진을 장착해 최고출력 140마력 최대토크 20.4kg.m의 성능을 발휘한다.
• 현대자동차 아반떼 : 현대자동차의 대표적인 준중형차 아반떼에서는 기본사양이 적용된 스타일 모델에서 6단 수동변속기를 장착한 모델을 고를 수 있다. 가격은 1,404만 원이며 1.6리터 가솔린엔진을 적용해 최고출력 123마력 최대토크 15.7kg.m을 발휘한다. 성능을 끌어올린 아반떼 스포츠모델에서는 모던 MT를 선택하면 1.6리터 가솔린 터보엔진과 6단 수동변속기를 적용한 모델을 살 수 있다. 최고출력은 204마력 최대토크는 27.0kg.m을 발휘한다.
• 현대자동차 i30 : 현대자동차가 유럽 공략을 위해 만든 해치백i30은 스포츠 성을 극대화한 N라인에서 6단 수동변속기가 장착된 모델을 고를 수 있다. 가격은 2,379만 원이며 1.6리터 가솔린 터보엔진을 적용해 최고출력 204마력 최대토크27.0kg.m을 발휘한다.
• 현대자동차 벨로스터 : 현대자동차의 준중형 해치백 벨로스터에서도 6단 수동변속기가 장착된 모델을 선택 할 수 있다. 스포츠 등급에서 1.6리터 가솔린 터보엔진을 적용해 최고출력 204마력 최대토크 27.0kg.m의 성능을 발휘한다. 별도의 고성능 모델 벨로스터N의 경우 6단 수동변속기만 적용됐다. 2.0리터 가솔린 터보엔진을 적용해 최고출력 250마력 최대토크 36.0kg.m을 발휘한다. 퍼포먼스 패키지를 적용하면 최고출력은 275마력까지 올라간다.
• 기아자동차 스포티지 : 기아자동차의 준중형 SUV스포티지에서 6단 수동변속기가 장착된 모델을 만날 수 있다. 가격은 2,224만원이며 R 2.0 디젤의 럭셔리 M/T등급을 선택하면 2.0리터 디젤엔진을 장착해 최고출력 186마력 최대토크 41.0kg.m의 성능을 발휘하는 모델을 선택할 수 있다.
• 기아자동차 K3 GT : 기아자동차의 준중형 세단K3의 슾츠성을 극대화한 모델 K3 GT 4도어 세단에서 수동변속기가 장착된 모델을 선택 할 수 있다. 가격은 1,993만 원이며 4도어 GT베이직 M/T등급을 선택하면 1.6리터 가솔린 터보엔진과 6단 수동변속기가 적용된다. 최고출력은 204마력 최대토크 27.0kg.m의 성능을 발휘한다.
• 토요타 86 : 국내에서 판매되는 토요타 86은 수동변속기 모델만 판매되고 있다. 가격은 4,260만 원이며 2.0리터 가솔린 수평대향엔진을 적용해 203마력 최대토크 20.9kg.m을 발휘한다.
• 로터스 엘리스 스포츠 : 영국 스포츠카 제조사로터스는 국내에서 판매되는 수입차 중 유일하게 전 차종이 모두 수동변속기를 장착했다. 로터스는 말레이시아의 자동차 회사인 프로톤에 인수됐지만 이후 중국의 지리자동차가 프로톤을 사들여 로터스는 지리자동차 산하에 들어갔다. 가격은 7,200만 원이며 엘리스 스포츠는 1.6리터 가솔린 엔진을 적용해 최고출력 136마력 최대토크 16.3kg.m을 발휘한다.

발전

SAT

반자동변속기(Semi Automatic Transmission)
세미오토라고도 불린다. 클러치 페달이 없는 수동 변속기이며 자동으로 클러치가 작동하여 엑셀을 밟고 있는 중에도 변속이 되며, 플러스(+)/마이너스(-)로 쉽게 조작할 수 있다는 장점이 있다. 반자동 변속기는 수동기반과 자동기반 변속기가 있는데, 차이점은 RPM에서 자동으로 기어가 넘어가는가, 그렇지 않은가로 쉽게 구분할 수 있다. 수동기반 반자동 변속기는 고급 스포츠카에 많이 적용되어 있으며, 자동기반 반자동 변속기는 보급형 세단에 많이 스포츠 모드라는 이름으로 많이 장착되어 있다.

• 구조 : 기계식 클러치(클러치 액추에이터를 공기압력으로 조작한다), 기계식 동기기구를 사용하는 복합식 수동변속기(변속용 솔레노이드밸브 및 공압식 실렉터-실린더 포함), 운전자의 변속의지 감지용 센서 유닛, 변속기 전자 제어 장치(ECU)(정확한 변속단의 계산 및 솔레이노이드밸브와 실렉터-실린더 제어를 위한 특성곡선 포함),데이터 수집용 센서들, 기어변속 상태를 표시하는 다기능-디스플레이로 구성되어 있다.
• '작동원리 : 수동모드 또는 자동모드를 선택하기 위한, 선택 스위치가 부가되어 있으며 수동 모드에서 기어변속은 운전자에 의해 이루어진다. 하브기어 로커를 위쪽으로 젖히면 하프기어는 상향 변속되고, 아래쪽으로 누르면 하향 변속된다. 기능버튼을 누른 다음, 실렉터 레버를 앞쪽으로 밀면 변속기는 1단 상향 변속된다. 실렉터 레버를 뒤쪽으로 당기면, 변속기는 1단 하향 변속된다. 중립버튼을 누르면, 변속기어는 중립으로 전환된다. 자동차를 정지시키면, 기관이 공전속도에 도달하기 직전에 클러치는 분리된다. 그러나 선택된 단 기어는 연결된 상태를 그대로 유지한다.
• 자동 모드 : 발진과정, 정차과정 및 변속과정은 모두 자동으로 이루어진다. 최적 기어 단은 차량의 주행상태, 가속페달 위치 및 기관 작동상태에 따라 자동으로 계산, 선택된다. 클러치도 완전 자동으로 조작된다.
• 다기능 디스플레이 : 주행 중인 단 기어 또는 사전 선택된 단 기어 그리고 분할(split)기어 및 레인지(range)기어의 사용여부 등에 관한 정보를 운전자에게 알려준다.
• 경고부저 : 기관의 회전속도가 허용범위를 초과하였을 때, 하향 변속할 수 없음을 운전자에게 알려주는 기능을 한다. 비상운전기능은 비상운전 모드, 비상 스위치를 이용한 변속기능 등이 주로 사용된다.
• 비상운전 모드 : 시스템에 고장이 발생하였을 경우, 경고음과 디스플레이를 이용하여 운전자에게 비상상황임을 알려준다. 운전자는 클러치페달을 사용이 가능하게 펴야 한다. 이제부터 운전자는 클러치페달을 이용하여 클러치를 기계적으로 조작, 수동으로 변속할 수 있다.
• 비상 스위치를 이용한 변속기능 : 전자 제어 장치(ECU)가 고장을 감지하면, 모든 자동선택기능은 정지되고 비상스위치를 이용한 변속기능 만을 이용할 수 있다. 비상 스위치를 이용한 변속기능은 정차상태에서만 선택할 수 있으며, 특정 기어 단(예 : 2단과 5단, 후진 및 레인지-기어)만을 선택적으로 작동시킬 수 있다. 그리고 이 작동상태에서는 운전자가 수동으로 클러치를 조작하여야 한다.

AMT

자동화 수동변속기(Automated Manual Transmission)
말 그대로 수동변속기를 '자동화'시킨 것이다. 단수로 변속하는 과정까지 포함하여 자동화한 경우인데 시퀀셜방식 수동변속기에 도그 클러치(Dog Clutch)를 이용한 경우 또는 팁-트로닉(Tip tronic) 기능을 가진 실렉터-레버를 이용하여 수동으로 변속하는 경우이다. 빠른 기어변속과 즉각적인 동력전달을 최우선으로 하는 경주용 자동차나 일부 초고성능차를 위한 형태이다.

주 제어변속

(main controlled variables)자동변속에 필요한 주 제어변수들로는 주행속도, 실렉터-레버 위치, 선택된 주행 프로그램 및 가속페달 위치 등을 들 수 있다. 물론 시프트-패들 또는 팁-트로닉 레버를 이용하여 수동으로도 변속할 수 있다.센서들은 기관회전속도, 변속기 입력축 회전속도 및 클러치 행정(clutch travel)에 관한 정보들을 수집한다. 특히 클러치 행정은 클러치의 최적 결합 및 분리를 위해 슬립을 제어해야 하기 때문에 반드시 필요한 정보이다. 차체의 길이(x축)방향 가속센서는 내리막길 또는 언덕길 경사도를 판별하고, 가속도 또는 감속도를 감지하는데 사용된다. 변속은 실렉터와 시프트-실린더에 의해 이루어진다. 변속단 기어들의 위치는 센서들이 감지한다. 변속점(shifting point)은 변속기 윤활유 온도센서의 영향도 받는다.

시스템 제어

(system control)자동화 수동변속기의 전자 제어 장치(ECU)는 클러치/변속기 소프트웨어를 이용하여 센서들로부터의 입력신호들을 평가한다. 전자 제어 장치(ECU)는 저장되어 있는 특성곡선도(program maps)에 근거하여 클러치 슬레이브 실린더, 실렉터-실린더 및 시프트-실린더를 조작하기 위한 출력신호들을 계산, 출력한다. 기어변속은 분리(disengagement) → 변속(shifting) → 연결(engagement)의 3단계를 거쳐서 이루어진다. 기어변속의 3단계는 변속 안락성 및 변속시간의 단축을 위해 그때그때의 주행조건에 따라 가변적으로 이루어진다. 또 안전장치로서 도어 접점 및 브레이크페달에 센서들이 부착되어 있다. 변속과정은 순차적으로 이루어진다. 즉, 한번에 1개 기어단의 상향, 또는 하향변속만이 가능하기 때문에 이 변속기를 순차(sequential) 변속기라고도 한다.

시스템 구성

• 클러치와 클러치 액추에이터(clutch & clutch actuator) : 유격 자동조정 클러치(SAC；Self Adjusting Clutch)가 사용된다. 클러치 액추에이터는 슬레이브 실린더와 클러치 행정 센서(travel sensor)로 구성되어 있다.
• 수동변속기 및 변속기 액추에이터(manual transmission & actuator) : 예를 들어 실렉터-실린더와 시프트-실린더가 부가된 6단-수동변속기를 사용한다. 유압에 의해 작동되는 실린더들이 기어변속에 필요한 실렉터-샤프트(selector shaft)와 실렉터-포크(selector fork)를 조작한다. 수동변속기에 대해서는 별도로 설명할 것이다.

• 유압 제어유닛(hydraulic control unit) : 작동압력은 오일펌프에 의해 생성된다. 전자 제어 장치(ECU)에 저장되어 있는 특성곡선도(program maps)에 근거하여 전자-유압식으로 작동하는 밸브들이 유압을 실렉터-실린더, 시프트-실린더 및 클러치 슬레이브 실린더에 적기에 작용시킨다.
• 시스템 네트워크(system networks) : 자동 수동변속기 제어유닛(ATS)은 CAN을 거쳐 자동차에 설치된 다른 시스템들 예를 들면, 기관 제어시스템 및 주행 다이내믹 제어시스템과 연결되어 있다.

직접직접-변속 수동변속기

(Direct-Shift Gearbox : DSG)트윈-클러치와 6단-수동변속기가 결합된 형식에 대해서 설명하기로 한다. DSG는 자동모드로 그리고 팁-트로닉(Tiptronic) 모드에서 수동으로 조작할 수 있다.

• 주요 구성부품 : 6-단 수동 변속기(트윈-클러치 포함), 오일펌프, 오일냉각기, 오일 필터, 전자-유압식 변속기 제어유닛, 입력신호 감지용 센서들, 클러치 C1 및 C2 조작용 전자식 액추에이터
• 트윈-클러치(twin clutch) : 2개의 습식 마찰클러치 C1과 C2로 구성되어 있으며, 클러치에 가해지는 압착력은 유압으로 제어한다. 클러치 C1은 발진용이며, 홀수 기어단(1단/3단/5단) 및 후진기어용 중공축에 설치된 기어들과 연결되어 있다. 클러치 C2는 짝수 기어단(2단/4단/6단)을 담당한다.
• 기어변속 과정(예 : 1단 → 2단) : 자동차가 1단기어로 주행하고 있는 동안, 클러치 C1은 접속된 상태를 유지하고 있고, 동시에 2단 기어는 미리 들어가 있으나 클러치 C2가 분리되어 있다. 변속기 전자 제어 장치(ECU)가 입력신호들을 평가하여 2단으로의 최적 변속시점에 도달하였음을 확인하면, 1단을 담당하는 클러치 C1을 분리하고, 동시에 2단을 담당하는 클러치 C2를 접속한다. 이때 클러치 C1과 C2의 분리와 접속과정은 서로 오버랩(overlap)된다. 그리고 전체 변속과정은 3/100~4/100초 범위 내에서 완료된다. 그러므로 사실상 변속과정에서 기관으로부터 변속기 출력축으로의 동력전달은 중단됨이 없이 계속된다.

DCT

듀얼클러치변속기(Dual Clutch Transmission)
주행상황과 운전자의 의지에 따라 필요한 속도와 구동력이 다르므로 그에 맞게 기어를 변경하게 되는데 듀얼클러치변속기는 두 개의 클러치를 사용한 연속적 변속으로 부드러운 주행과 빠른 변속을 가능하게 해준다. 또한, 수동변속기 구조를 기반으로 하기 때문에 연비 및 가속 성능 또한 우수하다. 예를 들어 1·3·5단은 A클러치에 연결돼 있고, 2·4·6단은 B클러치에 연결되는 방식이다. 클러치가 하나일 경우에는 3단 기어를 넣고 있으면 3단에만 물려 있지만, 듀얼 클러치는 위아래인 2단과 4단도 대기 상태로 물려 있다. 따라서 3단에서 2단이나 4단으로 변속할 때 곧바로 바통을 이어받아 보다 매끄럽게 변속할 수 있다. 포르쉐, 폭스바겐 등 해외 자동차 브랜드들도 많이 활용하는 변속기 시스템이다. 폭스바겐의 DSG(direct shift gearbox) 시스템이 대표적인 듀얼 클러치 변속기다.

참고자료

• 〈수동변속기〉, 《위키백과》
• 〈수동변속기〉, 《나무위키》
• 모토야 편집부, 〈수동변속기는 살아 있다〉, 《MOTOYA》, 2019-03-26
• 윤정민, 〈'100대 중 1대' 멸종 위기 수동 차량.."연비 좋고 운전 재밌는데 살 차가 없다" 선택권 제한 지적도〉, 《중앙일보》, 2017-07-05
• 휠라이프, 〈"수동변속기" -변속기의 종류 1편-〉, 《네이버 포스트》, 2017-09-21
• 에바씨,〈자동차 변속기 종류(자동, 반자동, 무단 변속기)와 전기차〉, 《씨티카 공식 블로그》, 2013-10-17
• 〈수동변속기〉, 《네이버지식백과》
• 〈수동 변속기구의 구조 및 작동원리〉, 《네이버지식백과》
• 현대자동차·기아 , 〈자동차 구동의 핵심, 변속기의 모든 것 작동원리부터 끊임없는 변혁까지〉, 《현대자동차그룹》, 2015-11-10
• 〈반-자동 수동 변속기〉, 《네이버지식백과》
• 〈완전자동 수동변속기〉, 《네이버지식백과》
• 〈듀얼 클러치 변속기〉, 《네이버지식백과》

같이 보기

• 변속기
• 자동변속기
• 무단변속기
• 기어레버

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