CVT

• 상위 문서: 변속기

Continuously Variable Transmission, 무단변속기=연속 가변 변속기

1 개요

자동변속기의 일종. 교통수단에 사용되는 기어비를 자동으로 바꾸어주는 변속기이며 단수가 없다는 특징이 있다. 혹은 1단, 2단, 3단 같은 단계식이 아니라 단이 무한히 있어서 흔히 "무단변속기"라고 부른다. 대한민국에서는 GM대우 마티즈, 현대 EF 쏘나타, 기아 옵티마에 탑재된 적이 있고 현재는 르노삼성자동차의 SM3, SM5, QM5 2.0 가솔린, 현대 엑센트 카파 1.4, 기아 모닝 터보, 기아 레이 터보, 쉐보레 스파크에 탑재되며, 스쿠터에도 탑재된다. 외국에서는 미쓰비시, 닛산, 토요타(렉서스 포함) 등에서 탑재하고 있다. 특히 하이브리드 자동차를 많이 개발 및 생산하는 일본 메이커의 탑재 비율이 점점 증가하는 추세이다. 스쿠터에서는 거의 무조건 탑재된다.

닛산의 엑스트로닉 CVT와 그 원리를 보여주는 광고 영상

스바루 임프레자 WRX 모델에 들어간 리니어트로닉 CVT. 영어를 몰라도 자전거에 비유하여 쉽게 설명이 되어 있다.

장점은 위 영상에서 보이듯 단수가 없으므로 변속시 일어나는 변속 충격이 없고 따라서 매끄러운 변속감을 보인다. 또한 구조가 일반 미션에 비해 단순하여 고장이 많지 않으며, 연비도 좋다.

레이, 모닝이나 닛산 쥬크 스파크 S, 일부 SM3 등의 CVT는 부변속이라고 불리는 2단 유성기어를 탑재하여 중간에 한 번 약간의 변속 충격이 있을 수 있다.

자동으로 변속되면서 연비는 수동변속기급이니, 양자의 장점을 모두 가졌다고도 할 수 있다.

아우디는 콰트로가 아닌 일반 FF 모델에 엔진을 세로로 배치하면서 변속기는 아예 CVT의 일종인 멀티트로닉 변속기로 메워 버린다. 자세히 설명하면 이렇다. FF인데, FR차량같이 엔진을 세로배치해 놓은 형식이다. 정비성은 나빠지지만 좌우 무게 밸런스에 이득이 있다. 이렇게 되면 동력이 바로 앞바퀴에 실리지 못하므로 아카디아(혹은 레전드)처럼 샤프트나 변속기 내부에서 동력 전달을 한 번 꺾어 줘야 하는 게 보통이지만, CVT는 특성상 그럴 필요가 없다. 그래서 아우디에서 세로배치하는 모델 중 콰트로 외 모델에는 엔진을 세로배치한 상태에서 CVT로 메우는 것이다. 1999년에 출시된 멀티트로닉은 금속 체인이 달린 CVT다. 물론 골프나 폴로의 전륜구동 플랫폼을 공용하여 처음부터 엔진을 가로로 얹는 A1, A3, TT같은 차량은 그런 거 없다. 하지만 아우디에서 멀티트로닉의 단종을 발표했다.

포드 파이브 헌드레드 AWD에는 ZF의 CVT가 달린 적이 있다. 하지만 너무 힘이 딸리는 엔진 때문에 F/L 이후 V6 3.5리터 DOHC 엔진으로 교체하면서 삭제됐다.

2 문제점

개발 시점이 1950년대임에 비해 상용화가 느린 편이다. 이론적으로 충분한 가능성을 가지지만 높은 유압을 필요로 하여 실제로는 효율이 떨어지기 때문이다. 그리고 내구성에 대한 의문이 아직까지 많다. 특히 대한민국에서는 마티즈 CVT의 리콜 사태가 발생하여 더욱 이 의문이 많이 제기되고 있다. 2016년 현재에도 차량 교환 프로그램을 운영할 정도로 한국GM 희대의 사건이다.

이 사건의 원인은 제원상 중량에 미달된 CVT를 장착한 탓이 크다. 사용된 아이치기기공업의 CVT는 당시 가장 진보한 제품이었다. 그러나 이는 660cc의 일본 경차용으로 개발되었고 800cc의 마티즈에 탑재하면서 문제가 발생한 것. CVT는 대형 차량에 들어가기 어려운 변속기이다. 엔진의 힘이 변속기가 견딜 수 있는 한도보다 더 세면 벨트가 미끄러워지고, 심지어는 파손될 수 있기 때문이다. 결론적으로 몇몇 원인으로 인해 고무벨트뿐만 아니라 파우더 클러치에서도 문제가 발생하였다. 이는 이후 GM에서 CVT 미션을 탑재한 차량을 개발하는데 큰 걸림돌이 되었다.

특히 마티즈에 사용된 CVT에 적용된 파우더 클러치는 클러치에 금속입자를 넣어서 자성을 걸면 잠기고, 자성을 제거하면 풀리는 진보적 기술이었다. 문제는 이 계통에서도 들어가는 엔진출력이 설계보다 너무 강해서(...) 가장 자주 고장나는 부품이 되었다.그래서 마티즈 오너들은 파우더란 말만 들어도 자다가도 깬다는 얘기가 있다

CVT 결함으로 인해 2010년 7월 인천국제공항으로 가는 시외버스가 인천대교(고속도로)에서 마티즈가 길 한가운데 갑자기 멈추면서 버스가 마티즈를 피하다 10m 아래 콘크리트 바닥에 추락하는 교통사고가 발생, 버스 승객 12명이 죽거나 크게 다친 사고가 있었다. 이 사건으로 CVT의 내구성 문제가 다시 한 번 도마에 오르기도 했다. 결국 마티즈는 3세대를 내놓았을 때 4단 자동변속기로 전면 교체해 버렸고 스파크 S가 나오기 전까지 CVT를 적용하지 않았다. 자세한 내용은 GM대우 마티즈 참고.

EF 쏘나타와 옵티마에 탑재된 CVT 역시 사정은 비슷했다. 마티즈마냥 심각한 결함은 아니었지만 당시 내구성에서 좋은 평가를 받지 못했던 현대파워텍 4단 자동 변속기보다 내구성이 낮고, 연비도 그리 좋지 않아 판매량이 매우 적었다.

현재 CVT의 선두 주자인 일본의 자트코사 CVT8은 전륜구동 3.5L까지는 대응이 된다고 한다 (최근 디젤SUV인 QM6과 SM6 LPG모델에 자트코사의 CVT8이 탑재되기도 하였다.)

참고로 가장 욕쳐먹는 미션은 VAG그룹 듀얼클러치미션.

3 편견과 해명

마티즈가 CVT에 대한 이미지를 바닥으로 떨어뜨렸다. 이로 인해 CVT의 특성에 대한 오해가 커졌고 고장이 많다거나 주행력이 나쁘다는 이미지가 박혀버렸다. 심지어 나무 위키 본 항목에도 잘못된 정보가 적혀 있었다. 특히 CVT의 락업 클러치에 대한 용어혼동이 있는 글이 널리 퍼지고 나무위키에까지 기재되어 있었다. 잦은 고장은 마티즈에 한정된 문제고 CVT를 적극 채용하는 르노삼성 및 그 외 요즘 차량에서는 미션 문제가 없다고 주장한다.

일반적으로 알려진 CVT의 문제점은 보편적이라 보기 어렵다. 대한민국의 르노삼성자동차에서 가장 많이 쓰이는 닛산 자트코 엑스트로닉 CVT의 특징이 보편적인 문제점이라 인식되기 때문이다.

CVT가 힘이 딸린다는 말이 나오는 이유는 이렇다. CVT는 자동변속기가 RPM 가속과 변속을 반복하는 것과 달리 RPM이 고정된 채 차량의 가속도를 판단해서 변속비를 높이거나 낮추는데 먼저 차량의 가속도를 오판해서 감속하고 있다고 판단할 경우 변속비를 높이면서(=저단으로 변속하면서) 일종의 엔진브레이크를 걸어버린다(...). 이럴 때는 밟아도 CVT의 TCU가 가속상황이라고 판단하지 않는 이상 변속비를 낮추지 않다보니 소위 말하는 "뒤에서 잡아당기는 듯한 느낌"이 생기는 것이다.

자동변속기는 보통 가속에 들어갈 경우에도 RPM이 높아졌다 내려갔다를 반복하면서 마력과 토크가 오르락 내리락한다. 그와는 달리 CVT는 일정하게 낮은 RPM을 유지하다 보니 RPM이 낮은 만큼 낮은 엔진 출력(마력과 토크)을 낸다. 특히 자트코 CVT를 쓰는 닛산이나 르노삼성 차량의 경우 넓은 락업 클러치 적용범위로 인해 토크컨버터의 개입이 거의 이뤄지지 않으면서 토크 컨버터에서 생긴 토크 증대 효과가 없어진다. 안 그래도 적은 RPM 으로 줄어든 엔진출력이 더 떨어지게 되는 것.

더 큰 문제는 이런 감속 오판 현상과 낮은 RPM 등이 어지간히 가속페달을 밟지 않는 한 오르막에서도 작동한다는 점이다(...).

이런 상황을 해결하기 위해서는 급경사가 아닌 경우 가속 페달을 더 깊게 밟으며 킥다운시키면 엔진 RPM이 오르며 변속비가 상승해서 출력이 올라간다. 급경사에서는 수동모드를 사용해서 RPM 고정을 해제하고 고 RPM으로 가속시킬 수밖에 없다. 르노삼성은 이런 문제를 너무나도 잘 알 수밖에 없다보니 문제를 해결할 생각을 안하는 대신 매뉴얼에다가 아예 언덕에서 밀리면 가속 폐달을 깊게 밟아서 킥다운을 하거나 수동모드로 하라고 권장한다(...).

한편 SM5 LPG차량이나 잠깐 팔린 EF쏘나타CVT/아방이반떼 하이브리드나 기아 옵티마/포르테 하이브리드의 경우 상당히 정교한 TCU세팅으로 낮은 속도에서 RPM이 지속적으로 변화하고 CVT의 변속비가 괜찮다고 생각되는 지점까지는 RPM이 유지 된다고 하며 때문에 일반적인 자동변속기보다 확실히 힘이 좋다는 평을 듣는다. 이는 오리지널 닛산차도 마찬가지.

SM3/5 가솔린 모델의 CVT 차량은 경쟁사대비 상대적으로 열악한 파워트레인의 수치적으로 떨어지는 부분들을 연비로나마 메꾸려 노력한 세팅이라는 평이 많다.그래서 반응을 하지 않고 힘이 없다.

나무위키뿐 아니라 여러 곳에 "CVT가 힘이 딸리는 이유는 저속에서도 적극 개입하는 락업클러치 때문"이라는 내용이 널리 퍼져있었다. 정확히는 넓은 락업클러치 작동범위가 원인이 아니라 CVT 특유의 저회전 고정 특성 때문이라 보는 게 옳다.

락업 클러치에 대해 닛산의 CVT 브로슈어에서 발진 후 일정 속도를 지나면 악셀을 얼마나 밟건 속도가 어떻 건 락업 클러치가 무조건 개입한다는 사실이 확인됐다.(브로슈어 6페이지 참고) 토크 컨버터는 거들 뿐 그런데 왜 이런 자료를 보기 어려운데 짱박아둬서 사람 햇갈리게 만들었는지 의문

휠 마력을 측정하는 다이나모측정을 하면 CVT 미션을 단 자동차들은 무려 35%에 달하는 손실률을 보인다. 이는 르노삼성뿐만이 아닌 닛산 자동차에도 나타나는 일이다. 이것과 위의 락업클러치의 조화로 심장병이 걸렸다는 말이 많다. 이에 대한 반박으로 닛산 알티마의 제로백을 근거로 내세운다. 논란은 많지만, 일반적인 다이나모에서 CVT의 휠마력을 제대로 측정하지 못한다는 의견이 많다. 닛산 알티마 3.5버전 역시 휠 마력이 엔진 출력의 35%에 다다르는 손실률을 보이는데 정작 2012년 모터트랜드에서 행한 제로백 테스트에서는 동급차들 중 1위인 5.7초를 기록했다는 것. 엔진 출력이 비슷한 차종들을 대상으로 비교했는데 35%에 달하는 이해가 불가능할 정도의 미션 손실률을 가지고 저 정도 기록을 낼 수가 있냐는 것이다.

다만 이것은 다이나모가 출력을 측정하는 방법때문에 크게 오차가 생기는 것인데 일반적인 다이나모 미터들은 기어비가 1:1인 상태에서의 기어단수에서 측정을 하게 되므로 수동모드에서 특정단수로 고정한 뒤 저회전부터 최고회전까지 가속해서 바퀴출력을 측정하게 된다. 때문에 측정중에 기어비 혹은 기어단수가 중간에 절대 바뀌어서는 안되는데 문제는 자동변속기나 수동변속기는 구조상 변속을 하지 않으면 기어비가 물리적으로 절대 변할 수가 없으나 엔진브레이크 사용 내지는 스포츠 드라이빙시에 높은 회전수 유지에 그 목적이 있는 CVT의 수동모드는 특정단수라고 계기판이 표기를 해도 엔진과 변속기 보호를 위해서 TCU의 판단에 따라 중간중간 조금씩 기어비(엄밀히 말하면 감속비율)을 계속 바꾸기 때문에 정확한 휠출력 측정이 불가한 것이다.

SM5 이외에도 잠깐 CVT가 장착되어 판매된 EF쏘나타나 옵티마의 경우 변속기 내구성이 워낙 시망그래도 4단 유리미션보다 조금 더 오래간다이라 그렇지 실제 달리기 성능은 4단 자동변속기 모델은 커녕 5단 수동변속기 모델도 드래그를 빼고 롤링이나 최고속에서 CVT가 완전히 관광태워 보내버릴정도로 실제 CVT의 가속성능은 엔진의 출력대비 매우 높은 수준이다. 이는 생각을 조금만 해보면 이해가 쉬운데 CVT는 풀 가속시 엔진의 최고출력이 나오는 회전수에 딱 고정되어 있어서 엔진의 최대성능을 지속적으로 끌어다가 그 엔진의 동력을 오롯하게 바퀴에 전달할수 있지만 자동변속기는 물론이요, 그 동력손실이 없다는 수동변속기 조차도 일단 변속을 하는 순간 엔진의 최고출력 회전수와는 바로 멀어지게 되고 그 최고 출력이 나오는 회전대까지 올라가는 시간을 기다려야만 한다. 기다린다 한들 바로 또 멀어져야 하는게 엔진의 운명이기도 하고. 즉, 엔진의 출력값 자체가 변하기 때문에 CVT를 이길 수가 없다.

그 이외에도 변속충격은 물론이거니와 엑셀 개도량을 변화시킬때의 순간적인 충격 역시 거의 존재하지 않고 시각적으로 보이는 엔진의 회전수 변동역시 잘 없는것도 모자라서 엔진의 회전수가 일정한지라 엔진 소리역시 변화가 없어 역시 청각적인 체감까지도 아무것도 없기때문에 실제 가속성능대비 체감가속력이 암울할정도로 떨어진다.

4 적용 현황

2015년 현재 CVT를 주로 사용하는 대한민국 내 메이커로는 르노-닛산 얼라이언스 산하의 르노삼성자동차가 있다. 내수 라인업의 대부분에 CVT가 포함되어 있다.(게트락제 DCT가 달린 QM3, SM5 1.7리터 가솔린 터보/1.5리터 디젤, SM6 가솔린 제외) 르노-닛산 얼라이언스의 장점인지 같은 얼라이언스 내 닛산 계열의 변속기 회사인 자트코(JATCO)에서 나온 CVT를 사용하고 있어서 SM3와 SM5는 CVT 탑재로 인해 동급 최강의 연비를 보여 준다.대신 힘이 딸린다

그 외 스파크 S 및 더 넥스트 스파크에도 자트코의 JF015E가 장착된다.

해외에서는 닛산자동차가 대부분의 라인업에 CVT를 활용하고 있다. 닛산자동차의 자회사격인 자트코가 세계에서 가장 많이 CVT를 생산하고 있다. 닛산은 보다 큰 배기량의 엔진을 가진 차량에서도 CVT를 쓸 수 있도록 아우디처럼 고무벨트를 금속 체인으로 교체하였다. 이러한 모습은 현대자동차 등 다른 자동차 제작사에서도 보여 주었다. 이를 통해 내구성 문제는 예전의 마티즈의 CVT에 비해 많이 개선되었다. 닛산자동차가 대한민국에서 내놓은 모델들 중 7단 자동변속기나 6단 DCT가 달리는 스포츠카 370Z와 GT-R을 제외한 전 라인업에는 자트코에서 만든 CVT가 달리며, 인피니티에는 7인승 크로스오버 SUV이자 닛산 패스파인더의 형제차인 QX60에 CVT가 달린다. 또한 토요타역시 일본 내수용 차량의 거의 대부분에는 모두 CVT를 기본 적용하고 나온다. 넣지 않는 모델은 하이에이스나 랜드크루저, 센추리등 디젤이거나 토크가 센 차들이다.

하이브리드용 CVT 등 자동변속기의 다단화와 더불어 연비 규제도 나날이 까다로워지는지라 CVT 라인업의 비중도 조금씩 늘어나는 추세다. 하지만 DCT의 증가로 인해 어떻게 변할 지는 미지수.

이렇게 전 세계에서 CVT를 가장 많이 사용하고, 기술력도 뛰어나다고 알려진 닛산자동차에서는 정작 스포츠카 모델에 CVT를 장착하지 않았다. 인피니티에는 QX60 모델에만 자트코의 CVT가 달리고 나머지는 자트코제 7단 자동변속기가 달린다. 그래서 CVT는 스포츠카에는 어울리지 않고 스포츠카의 해답은 DCT라는 인식이 있었다.남들이 7단 8단 미션을 다는 2013년까지도 4단 오토미션(...)을 달아서 미션이 부실하다고 까이던 스바루는 일본 내수용 레거시 GT에 CVT를 적용한다. 결과적으로 300마력의 엔진 스펙을 CVT로 감당해야 한다는 것. 하지만 스바루는 체인식 CVT인지라 높아진 마력 및 토크에도 거뜬히 대응할 수 있었고 자사의 자랑인 스바루 WRX 모델에 2015년식부터 CVT를 채용함으로서 충꽁깽을 날려줬다했다. 리뷰어들이나 소비자들이나 발표 때까지만해도 스바루가 미쳤다며 욕했지만 시승을 후에는 여지없이 극찬(!)했다. DCT와 비교해도 전혀 흠잡을 곳이 없다는 평가.

아우디에서는 콰트로가 아닌 세로배치 FF 모델 중 TDI 디젤 엔진 모델에도 CVT를 적용하지만, 멀티트로닉의 단종으로 더 이상 볼 수 없다. 닛산자동차도 디젤 엔진에 CVT를 적용했다.토크를 버틸 수 있을까. 버티니까 넣겠지.

한때 윌리엄스 마르티니 레이싱 포뮬러 1팀에서 F1용 차량에 CVT를 적용하려고 시도한 적이 있다.영상 하지만 F1의 규정 문제상 실제로 투입되지 못했다. 이게 허용되면 다른 팀들은 다 매뉴얼 또는 시퀀셜 기어를 사용하는데 이 팀만 오토매틱으로 달린다는 소리가 된다. 그래서 실제로 기어박스에 대한 규정이 있으며 2014년 기준 8단 시퀀셜 기어만 허용된다.

2015년 닛산 맥시마 8세대 모델에 CVT 가 달려 나왔다. 300마력짜리 3.5L 엔진에 CVT 가 탑재된 것. 흠좀무, 세계 최고의 CVT 기술력이라고 자랑하는 닛산의 기술력에 대한 자신감으로 보는게 맞을 듯싶다.

5 참고 주소

기름 덜 먹는다고? 무단변속기 논쟁,《아시아경제》, 2013년 1월 15일 작성. 2013년 11월 19일 확인.

무단변속기 이해와 모델 가이드, 《모터매거진》