차동 제한 장치(LSD : Limited Slip Differential) ----(3)

  차동장치에서는 좌,우 구동바퀴에 항상 동일한 구동력이 전달되기 때문에 노면 마찰계수가 낮은 눈길, 빙결도로, 진흙탕 길 등을 주행할 때, 구동바퀴의 어느 한 쪽에서 공전(Slip)이 발생하면 반대측 바퀴도 공전하는 바퀴와 동일한 토오크가 전달된다고 하였습니다. 그 결과는 전 회에서 이야기된대로 전체 구동력이 현저하게 감소하게 되며, 바로 이 점이 차동장치의 결점이라고 하였습니다.
  차동 제한 장치는 장치 내에 설치된 차동 제한 기구의 작동에 의해 저속 회전 바퀴측의 전달 토오크를 증대시키고, 유효하게 노면에 구동력을 전달할 수 있게 하는 장치입니다. 이 차동 제한 장치가 마찰계수가 낮은 도로에서의 바퀴의 공전(Slip)을 방지해주며, 선회시에 하중 이동에 따라 선회 안쪽 구동 바퀴의 구동력이 저하하더라도 선회 바깥쪽 구동 바퀴의 구동력을 확보할 수 있게 하기 때문에 차량의 선회성능을 향상시키는 장점도 가지고 있습니다.
  차동 제한 장치의 차동 제한 방식에는 대표적으로 2가지가 있습니다. 2가지는 '토오크 감응형'과 '회전 속도차 감응형'입니다. 가장 일반적인 토오크 감응형 多板방식 차동 제한 장치에서는 차동장치 피니언샤프트의 캠기구가 다판 클러치를 압박하게 되어 마찰 토오크를 발생시키는데, 이때 발생되는 마찰 토오크가 바로 차동 제한 토오크가 됩니다. 한편, 압박하는 힘은 디퍼렌셜케이스에 입력되는 토오크에 대응하여 변화합니다. 이런 이유로 이런 방식을 토오크 감응형이라고 합니다. 만약 차량이 선회주행을 하여 좌우 바퀴의 회전속도가 다를 경우, 발생된 마찰토오크의 전달 경로는 고속측 사이드 기어 -> 클러치 -> 디퍼렌셜케이스 -> 클러치 -> 저속측 사이드 기어입니다. 이 방식은 마찰계수가 낮은 노면에서 차동 제한 장치가 없는 차량에 비하여 매우 큰 구동력이 얻어져서 RV나 경기용 차량에서 많이 채용되고 있습니다.
  차축의 구동토오크를 T라고 하며, 발생되는 마찰토오크를 Tc라고 한다면, 저속측 바퀴의 구동토오크는 T+Tc가 되고, 고속측 바퀴의 구동토오크는 T-Tc가 됩니다. 이때 고,저속 차축의 토오크의 비를 Rt라고 한다면,
            Rt = ( T + Tc )/( T - Tc )
로 표현되며, 보통 Rt는 2~3정도의 값을 가집니다.
  이 방식은 클러치인 금속판 사이의 마찰에 의해 토오크가 전달되므로 토오크 전달이 불안정하거나 진동 또는 소음을 유발할 수 있습니다. 그래서 안정된 토오크 전달을 위해서는 특수LSD오일을 사용해야 하며, 정기 점검이 필요합니다.

Posted by 카즈앤미
,

차동 제한 장치(LSD : Limited Slip Differential) ----(2)

  차동 장치의 구조와 차동 장치에서의 동력의 전달 과정은 아래 그림과 같습니다.
                       
엔진으로부터 발생된 동력이 변속기를 통하여 차동 장치의 final Pinion으로 전달되면, Final Ring Gear → Pinion Gear → 좌, 우 side Gear →좌, 우 차축을 통과하게 됩니다. 이때 Final Ring Gear와 Pinion gear는 Differential Case와 일체형으로 되어 있으므로, final Pinion에서 Side Gear까지는 Differential Case를 통하여 동력이 전달되는 것이라고도 할 수 있습니다.
  차동 제한 장치 중에서 가장 많이 알려져 있는 기계식 LSD 또는 마찰식 LSD는, 차동 장치의 Side Gear와 Differential Case 사이에 압력링(Pressure Ring)과 마찰판식 클러치가 설치된 것으로 구조는 아래 그림과 같습니다.
               
 좌, 우 Side Gear의 회전수 차이가 커지면, 압력링이 클러치판을 밀게 되고 이 클러치판의 마찰저항에 의해 동력이 저속 회전의 Side Gear측으로 일부 이동하게 됩니다. 즉, 고속측 Side Gear → 클러치 →Differential Case → 반대편 클러치 → 저속측 Side Gear 의 경로를 따라 토오크가 전달됩니다.

Posted by 카즈앤미
,


    차동 제한 장치(LSD : Limited Slip Differential) ----(1)

  차동장치는 좌우 구동바퀴의 회전수가 달라야 하는 선회운전시에 반드시 필요한 장치입니다.
 이 차동장치는 좌우 구동바퀴의 회전수는 다를지라도, 좌,우 구동바퀴에 전달되는 토오크는 동일합니다.
 이때, 차동장치를 통하여 전달되는 회전수에는 제한이 없기 때문에 어느 한 쪽 바퀴가 고속으로 회전하게 되면, 반대편 바퀴는 거의 회전을 하지 않게 됩니다.
 예를 들어, 주행 중에 왼쪽 바퀴는 미끄러운 진흙 위에 놓여 있고, 오른쪽 바퀴는 정상 노면 위에 놓여 있을 경우, 미끄러운 왼쪽 바퀴에 걸리는 저항이 작기 때문에 왼쪽 바퀴의 회전이 더 쉽게 되고, 그 결과, 모든 동력이 왼쪽 바퀴로만 전달되어, 왼쪽 바퀴는 고속으로 회전하게 됩니다. 고속으로 회전한다는 것은 당연히 토오크의 전달은 무척 작다는 것을 의미합니다. 미끄러운데다 전달되는 토오크도 작으니 왼쪽 바퀴에서 추진력을 기대할 수 없는 것입니다.
 반대로 오른쪽 바퀴는 거의 회전을 하지 않게 되어서 토오크의 전달이 없게 되므로, 바퀴가 정상적인 노면 위에 놓여 있어도 추진력을 발휘할 수 없게 됩니다.
 결국, 차량은 왼쪽 바퀴, 오른쪽 바퀴 , 어느 쪽에서도 필요한 추진력을 얻을 수 없으므로, 진흙탕을 빠져 나올 수 없습니다.
 만일, 이런 경우에 차동장치의 작동을 제한할 수 있다면, 바퀴가 헛도는 것을 방지하여 진흙길을 벗어날 수 있게 될 것입니다.
 이런 목적으로 적용된 것이 바로 차동 제한 장치(LSD)입니다. 인터넷에서 차동 제한 장치의 정의를 찾아보면,
" LSD는 구동축의 회전속도 차이를 보상하는 차동장치의 변형장치. 이 장치는 회전속도의 증가를 사전에 정해진 범위 안에서만 보상하도록 되어 있다. "
 따라서, 차동 제한 장치를 장착한 차량들은 험한 도로 조건에서도 주행할 수 있기 때문에, 주로 군용차나 트럭, SUV 등에 차동 제한 장치를 장착하고 있습니다.
 국내에서도 외관은 승용형 차량이라고 할지라도 이 차동 제한 장치가 장착되면 다목적 차량(MPV)로 구분됩니다.

Posted by 카즈앤미
,


    차동 장치(Differential) ----(2)

  차동장치의 차동기어는 유성기어의 원리를 이용한 것으로, 링기어의 회전수와 左,右 구동바퀴의 회전수 사이에는 다음과 같은 관계가 있습니다.
       
 ωRing : 링기어 회전수
        ωR       : 右 구동바퀴 회전수
       
ωL       : 左 구동바퀴 회전수
        Δ
ωR   : 右 구동바퀴 회전수 변동
        Δ
ωL   : 左 구동바퀴 회전수 변동으로 표기하면,

선회 중의 회전수 관계식은 아래와 같습니다.
       
ωR  = ωRing  + ΔωR , ωL  = ωRing  + ΔωL
        -ΔωR  = ΔωL 이므로
       
ωRing  = ( ωR  + ωL ) / 2

 
예를 들어, 링기어가 800rpm으로 회전한다면,
 직진 주행의 경우에는 左,右 구동바퀴도 모두 800rpm으로 회전하지만,
右 선회주행의 경우에, 左 구동바퀴 회전수가 1000rpm이면, 右 구동바퀴의 회전수는 600rpm이 됩니다.
 반대로, 左 선회 주행의 경우에는 左 구동바퀴의 회전수가 750rpm이면, 右 구동바퀴의 회전수는 850rpm이 됩니다.

  이와 관련하여 조금 다른 문제를 풀어 보도록 하겠습니다.
問) 구동 피니언의 잇수가 6, 링기어의 잇수가 30인 차동 장치에서 구동피니언의 회전수가 1000rpm, 左 구동바퀴의 회전수가 180rpm이라면, 右 구동바퀴의 회전수는 얼마이며,
이때 차량의 선회 방향은?

答)  링기어 회전수 = 1000 * 6 / 30 = 200 rpm
      右 구동바퀴 회전수 = 2 * 200 - 180 = 220 rpm
      左 구동바퀴 회전수 < 右 구동바퀴 회전수이므로 左 선회 주행.

Posted by 카즈앤미
,



    차동 장치(Differential) ----(1)

  차량이 주행할 때 오른쪽 바퀴와 왼쪽 바퀴가 똑같은 거리를 이동하지는 않는 경우가 있습니다. 예를 들어, 오른쪽이나 왼쪽으로 선회주행을 한다든지, 상하 방향으로 요철이 있는 도로를 주행하는 경우에는 오른쪽 바퀴와 왼쪽 바퀴의 이동 거리가 달라지게 됩니다. 이럴 때 만약 오른쪽 바퀴와 왼쪽 바퀴가 동일하게 회전한다면, 더 먼 거리를 이동해야 하는 바퀴는 제대로 회전할 수 없고 미끄러지게 됩니다. 즉, 슬립(Slip)이 발생합니다. 슬립이 발생하면 바퀴로부터 노면에 전달되는 동력이 없어지며, 조종성도 상실되게 됩니다. 따라서, 이런 상황에서는 오른쪽 바퀴와 왼쪽 바퀴의 회전수를 차이나게 하여 어느 한쪽 바퀴에서라도 슬립이 발생하지 않도록 하는 장치가 필요합니다. 자동적으로 좌,우 바퀴의 회전속도에 차이를 주어 슬립이 일어나지 않고 원활한 바퀴 회전을 가능하게 하는 장치가 바로 차동장치(Differential)입니다.
 차동장치는 링기어(또는 크라운 휠), 사이드 기어, 피니언, 피니언 샤프트, 디퍼렌셜 케이스 등으로 구성되어 있습니다. 아래 그림에 차동장치의 구성을 보입니다.    
  그림에서 동력은 드라이브샤프트를 통해 차동장치로 전달됩니다. 이 드라이브샤프트 끝의 기어에 맞물려서 차동장치의 링기어가 회전합니다. 링기어에는 디퍼렌셜 케이스가 일체형으로 구성되어 있어서, 링기어가 회전하면 디퍼렌셜 케이스도 회전하게 되고, 따라서 디퍼렌셜 케이스에 고정되어 있는 피니언 샤프트와 피니언 샤프트에 달려 있는 유성 피니언도 회전하게 됩니다.
 그림 오른쪽의 상부에 있는 직진 주행의 경우에는, 하늘색의 유성 피니언이 빨간색의 좌, 우 선기어를 회전시켜서 좌, 우 선기어는 아무런 회전 차이 없이 회전하게 됩니다. 이때에는 좌, 우 사이드 기어 사이에 있는 피니언의 회전이 없습니다. 반면에, 아래쪽 선회 주행의 경우에는 좌, 우 바퀴의 회전수가 달라야 하므로 피니언이 회전하게 됩니다. 이 피니언의 회전이 왼쪽 사이드 기어의 회전을 줄이고, 대신에 오른쪽 사이드 기어의 회전은 증가시켜서, 좌, 우 바퀴의 회전수가 달라지는 것입니다.

Posted by 카즈앤미
,



    종감속 기어 장치
 

 종감속 기어(Final Gear)에는 스파이럴 베벨기어(Spiral Bevel Gear) 또는 하이포이드 기어(Hypoid Gear)를 사용합니다.
 스파이럴 베벨기어는 구동피니언축과 피동링기어축의 중심이 일치하며, 기어의 이(Tooth)는 경사져 있어 tooth와 tooth가 물리는 길이가 길어 강도가 큽니다. 또 회전이 원활하여 진동이나 소음이 적고 제작도 용이하므로 일부 대형차에 사용됩니다.
 이에 반해 하이포이드 기어는 스파이럴 베벨 기어와 치형은 같지만 구동피니언과 피동링거어 축 사이에 편심(Offset)을 둔 것으로 승용차 뿐만 아니라 대형차에도 사용하고 있는 대표적인 기어 형태입니다.
           
 하이포이드 기어는 스파이럴 베벨 기어에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.
(1) 자동차의 중심을 낮추어 안정성을 높일 수 있으며, FR승용차에서는 뒷좌석의 거주성이 좋다.
(2) 구동피니언의 강도를 높일 수 있다.
 동일한 감속비와 링기어의 구조에서 구동피니언의 외경을 크게 할 수 있는데, 이는 접촉면적이 크기 때문이다.
(3) tooth의 물림율이 크기 때문에 보다 정숙한 운전이 가능하다. 단점이라면 tooth의 폭방향으로도 미끄럼 접촉을 하기 때문에 소위 극압성 윤활유를 사용하여야 한다.
 일반적으로 편심량은 링기어 직경의 10~20% 정도이며, 파이널 기어의 tooth는 평기어와 같이 직선으로 되어 있지 않고 곡선으로 되어 있기 때문에 토오크 전달시 구동피니언과 링기어의 축방향으로 큰 추력이 발생합니다. 이 때문에 구동피니언과 차동기어장치의 케이스는 테이퍼 롤러 베아링으로 지지되어 있습니다.

Posted by 카즈앤미
,



    종감속기 (Final Reduction Gear)
 

 엔진에서 변속기로 전달된 출력은 변속기를 거치면서 회전수가 변동되고 회전수의 변동에 따라 토오크도 변동되게 됩니다. 변속기의 출력은 변속기의 Over-Drive를 제외하고는 모두 엔진 회전수 보다 더 작은 회전수를 가지기 때문에, 토오크 측면에서는 엔진의 출력 보다 더 큰 토오크를 가지고 있습니다. 그러나, 변속기의 출력 토오크로도 바퀴를 회전시키기에는 부족하므로, 한 번 더 회전수를 감속하는 대신에 토오크를 증대시키는 단계가 필요합니다. 종감속기는 변속기의 출력 회전수를 타이어(바퀴)의 회전수로 최종적으로 변환하는 장치입니다. 이때 최종적으로 회전수가 감속되므로 명칭이 종감속기입니다. 또, 후륜구동차량에서는 뒷바퀴에 동력을 전달하기 위하여 차량의 중앙을 관통하는 프로펠러축을 통하여 동력이 뒷바퀴쪽으로 전달되는데, 이 동력을 바퀴에 전달하기 위해서는 회전축의 방향을 90도 직각으로 변환해야 합니다. 이런 회전축 방향 전환 기능도 종감속기가 수행합니다.
 한편, 차량은 직진운동만 하는 것이 아니라 선회운동을 할 수도 있는데, 차량이 선회운동을 할 때에는 좌,우 구동륜의 회전수가 달라져야 합니다. 좌,우 구동륜의 회전수가 동일한 상태로는 선회할 수가 없습니다. 따라서, 차량이 선회운동을 할 때, 선회시에 발생하는 좌,우 구동륜의 회전수 차이를 흡수하여 좌,우 구동륜이 별도의 회전수를 가지도록 하는 차동장치(Differential)가 차량에 장착되어 있습니다. 이 차동장치가 종감속기와 일체로 구성되어 있는 것이 일반적인 경우입니다. 전륜구동 차량에서는 종감속기가 변속기와 일체형으로 구성되어 있고, 이를 트랜스액슬(Trans-axle)이라고 합니다.
 아래 표에 종감속기와 관련된 용어를 정리합니다.

종감속비
(Final Gear Ratio)

종감속비는 변속기의 출력 회전수를 바퀴의 회전수로 나눈 값을 말합니다. 종감속비는 1 보다 크므로 변속기의 출력회전수가 항상 바퀴의 회전수 보다 더 크다는 것이며, 따라서 전달되는 토오크는 종감속기를 통하면서 증폭됩니다. 예를 들어, 종감속비가 2이면, 바퀴의 회전수는 변속기 출력 회전수의 1/2이라는 의미이며, 이때 토오크는 2배로 증폭됩니다.
이 종감속비는 탑재된 차량 제원으로부터 차량에 요구되는 주행성능을 고려하여 결정되는 것이지만, 종감속비가 너무 크면 주행시에 많이 사용되는 운전영역의 엔진회전수가 너무 높아져서, 연료 소모가 많아지고 또 엔진 소음도 커집니다.
보통 사용되고 있는 종감속비의 범위는 승용차가 2.5 ~ 5이고, 상용차가 3.5 ~ 7.5
입니다.

총감속비
(Total Reduction Ratio)

총감속비는 엔진과 바퀴 사이의 회전수 비를 말합니다. 엔진과 바퀴 사이에서 회전수를 변동시킬 수 있는 장치들로는 변속기와 종감속기가 있으므로, 총감속비는 이들 변속기의 변속비와 종감속기의 종감속비의 곱으로 표시됩니다.
총감속비 = 변속기의 변속비 * 종감속비
만약, 변속기의 변속비가 1.35이고, 종감속비가 2이라면, 총감속비는 변속기 변속비*종감속비 = 1.35 * 2 = 2.7이 됩니다. 이때 엔진회전수가 2700rpm이라면 바퀴의 회전수는 2700/2.7 = 1000rpm이 됩니다.

Posted by 카즈앤미
,



    자동변속기에 주로 사용되는 유압 밸브 (2)
 

 자동변속기 내에서 오일(ATF)은 토오크 컨버터의 동력전달 매개체로 사용되고, 각 부분의 윤활작용에도 사용되며, 또 자동변속을 위해 각종 밸브들을 제어하는 작동압을 전달하는 유체로도 사용됩니다. 이렇게 작동압을 전달하는 회로에는 목적에 따라 각종 유압제어밸브(Hydraulic Pressure Control Valve)들이 이용되고 있습니다.
 유압제어밸브들의 기능에 대해서 정리합니다.

압력조절
(Pressure Regulator)
밸브

자동변속기의 작동에 필요한 유압을 라인압(Line Pressure)라고 합니다. 각종 유압제어밸브나 유압밸브들의 정확한 작동을 위해서는 이 라인압이 일정한 압력으로 유지되어야 할 것입니다. 그런데, 엔진에 의해서 구동되는 오일펌프의 회전수가 자동차 주행조건에 따라 변화하는 엔진 회전수와 함께 변화하므로, 오일펌프의 토출압력을 그대로 라인압으로 사용할 수는 없습니다. 그래서, 오일펌프의 토출압을 일정 유압상태로 조절하는 것이 필요하고, 그런 기능을 하는 밸브가 압력조절밸브입니다.

매뉴얼
(Manual)
밸브

압력조절밸브를 통하여 일정 압력의 라인압으로 조절된 압력의 오일이 통과하게 되는 밸브로, 자동변속기의 변속단을 결정하는 shift Lever와 연동하여 움직이는 수동밸브입니다. Shift Lever의 위치에 따라 변속단이 결정되므로, 각 변속단에 따라 필요한 작동 부분으로 유로(Flow Path)를 형성시키고, 필요하지 않는 유로는 폐쇄하는 역할을 합니다.

드로틀
(Throttle)
밸브

엔진에 걸리는 부하는 가속 페달을 밟는 양에 따라 결정됩니다.
가속페달을 밟는 양, 즉, 드로밸브의 개도에 따라 라인압을 변화시키는 기능을 수행하는 밸브입니다. 이때 작용하는 압력을 드로틀 압력이라고 합니다.
전자제어방식에서는 드로틀포지션센서(TPS)의 신호를 받아 드로틀압력을 제어합니다.

거버너
(Governor)
밸브

차량의 속도에 따라 라인압을 변동시키는 기능을 수행하는 밸브입니다. 여기에 작용하는 유체압력을 거버너압이라고 하며, 자동변속기의 출력축에 조립되어 축과 일체로 회전합니다.
차속센서가 장착된 전자제어식에서는 차속센서를 이용하여 거버너압을 형성하므로, 이 거버너밸브가 존재하지 않습니다.
드로틀밸브개도가 작은 낮은 부하 운전에서는 변속을 빠르게 하고, 드로틀밸브개도가 큰 중부하 이상에서는 변속이 늦게 일어나도록 함으로써 엔진에 무리를 주지 않도록 하는 역할을 합니다.

쉬프트
(Shift)
밸브

자동변속기는 차량 속도와 드로틀밸브의 개도에 따라 상황에 적절한 변속비로 변속기가 구동되도록 제어되어야 합니다. 자동변속기가 변속이 되기 위해서는 각 변속단에 따라 유성기어를 제어하는 클러치에 동력이 전달되거나, 유성기어 요소의 고정을 위해 브레이크가 작동되어야 합니다. 이들 클러치와 브레이크 등에 라인압을 전달하는 기능을 수행하는 밸브가 쉬프트밸브입니다.
각 변속단 Shift를 위하여 1-2Shift밸브, 2-3Shift밸브, 3-4Shift밸브 등이 있습니다. 이들 밸브의 양단에 드로틀압과 거버너압이 작용하여 양단의 압력차에 의해 쉬프트밸브가 구동됩니다.

Posted by 카즈앤미
,



    자동변속기에 주로 사용되는 유압 밸브 (1)
 

 앞에서 유성기어장치에서 거론되었지만, 유성기어장치의 선기어, 링기어, 캐리어 중에서 어떤 것을 고정하고, 또 어떤 것을 동력 입력축으로 삼을 것인가에 따라 변속비가 변화됩니다. 동력 입력축으로 만들기 위해서는 해당 기어에 입력이 전달되어야 하므로, 클러치가 작동해야 합니다. 마찬가지로 어떤 기어를 고정시키기 위해서는 해당 기어를 고정하기 위한 브레이크가 작동해야 합니다. 이렇게 어떤 기어에는 클러치를 통한 동력을 입력하고, 다른 기어는 고정용 브레이크가 작동되는 과정에 유압회로가 필요합니다.
 유압회로에는 압력조절(Pressure Regulator)밸브, 매뉴얼(Manual)밸브, 쉬프트(Shift)밸브 등 유압제어(Hydraulic Pressure Control)밸브 등이 있습니다. 이들 밸브들의 명칭은 그 기능에 따라 정해졌고, 그 구성은 일반 유압공학에서 다루어지는 밸브들로 구성되어 있습니다. 기본 밸브들의 형태와 기능을 살펴봅니다.

스풀
(spool)
밸브

실패모양의 밸브. 랜드, 그루브, 페이스로 각 부의 명칭이 나뉜다.
동일한 유압이 작용해도 페이스의 면적 차이에 의해 힘의 차이가 발생하므로 어떤 그루브에 유압을 작용시키느냐에 따라 스풀밸브를 이동시킬 수 있다.

릴리프
(relief)
밸브

일정 압력 이상이 되면 배출구를 통해 오일이 배출되어, 최고 압력을 일정하게 유지, 조절한다.

체크
(check)
밸브

한 방향으로만 오일이 흐르도록 하는 방향성(directional) 밸브.
역류 방지.

유량 조절
(flow control)
밸브

통과 유량을 일정 유량으로 조절하는 밸브.
필요 이상의 유량이 흐르면 배출구를 통하여 여유 유량이 배출.

오리피스
(orifice)

통로의 일부분을 좁게 하여 오일의 흐름을 제어.
유압이 일정하면 오리피스를 통과하는 유량은 일정.

Posted by 카즈앤미
,



    벨트식 CVT의 변속 특성
 

 CVT는 풀리(Pulley) 폭의 변경에 의해 연속 무단 변속을 하는데, 변속을 위해서는 풀리의 가동을 위해 풀리에 연결된 유압피스톤의 유압을 조정해야 합니다. 특히 고속 주행시에 급제동을 할 경우, 엔진 시동이 꺼지지 않게 하기 위해서는 변속비를 급격하게 High측에서 Low측으로 변경할 수 있어야 합니다. 이런 경우에 대비하기 위해서는 충분한 유압과 유량이 필요하고 이 때문에 유압펌프가 설계되어 있습니다.
 CVT가 연속 무단 변속이 가능하다고 해서 변속이 아무렇게나 결정될 수는 없습니다. CVT의 변속 경과를 살펴볼 때, 변속 개시부터 변속 종료까지 엔진의 등출력선을 따라 이동하는 것이 가능하다는 장점이 있습니다만, 무단변속기라고 할지라도 변속에 있어서 차량의 가속과 엔진의 소음 측면에서 위화감이 생기지 않도록 유의해야 하고, 또 동력성능과 연비 성능까지 종합적으로 검토되어 변속이 결정되어야 합니다.

       
 위 그림은 CVT 변속선도의 예입니다. 그림에서 TVO는 드로틀밸브의 열림 정도를 나타내는 것입니다. 자동변속기의 변속선도가 보통 차속과 드로틀밸브의 열림 정도를 각각 x축과 y축으로 삼았던 것에 비하여, CVT의 변속선도에서는 차속과 primary pulley의 회전수를 x,y축으로 삼고 있습니다.
 위 변속선도에서 보면, 차속이 낮고 TVO가 작을 때에는 primary pulley의 회전수가 낮고, 차속이 높아질수록 primary pulley의 회전수가 커지게 되어 있습니다.  
 그래서, 엔진의 드로틀밸브의 열림 정도가 적은 완가속시에는 엔진 회전수가 낮게 유지되며, 드로틀밸브가 완전히 열릴 만큼 급가속할 때에는 엔진회전수도 급격하게 상승되도록 하는 특성을 보이고 있습니다.

Posted by 카즈앤미
,



    CVT의 이점 - 연비 향상

 

  가솔린 엔진을 탑재한 차량이 발명된 당초에는 변속기로 무단변속기가 사용되었다고 합니다.  자동차가 정지해 있다가 일정한 속도에 도달할 때까지의 과정은 연속적이기 때문에 무단변속기를 사용하겠다는 발상은 지극히 자연스러운 것이었습니다. 그러나, 마찰에 의한 동력 전달 방법으로는 차량의 이동을 가능하게 하는 출력을 신뢰성 있게 전달하는 방법이 될 수 없었습니다. 그 결과 현재와 같이 기어를 사용한 동력 전달방법이 대세를 이루게 된 것입니다.
  그러나, 연료 경제성이 요구되면서 자동차 제작사들은 다시 무단변속기의 개발에 힘을 쏟기 시작하게 되었습니다. 즉, 무단변속기에 다시 주목하게 된 가장 직접적인 이유로는 연비의 개선을 들 수 있습니다. 아래 그림에 엔진의 等燃費線과 等出力線을 보입니다.
       
  그림에서 검정색 가는 실선은 等燃費線인데, 안쪽에 위치한 선의 연비가 더 적으므로, 안쪽 等燃費線에 속할수록 연비가 양호함을 의미합니다. 또, 보라색 점선은 等出力線인데 오른쪽 上部로 갈수록 출력이 큽니다. 等燃費線과 等出力線이 만나는 점을 연결한 선이 燃費 最適 作動線입니다. 이 연비 최적 작동선 위를 엔진이 작동하게 되면 최소 연비로 주행하는 것이 가능합니다.
  등출력선 상의 두 점 A와 B를 봅시다. 그림의 A점에서 주행하는 것은 동일한 출력을 내는 B점에서 주행하는 것 보다 연비면에서 열세인 경우라는 것을 알 수 있습니다. 만약, B점에서 주행하더라도 변속기에 적당한 변속비를 주어서 B점 근처에서 주행할 수 있도록 이동될 수 있다면 연비 측면에서 가장 양호한 결과를 얻을 수 있을 것입니다.
  실제로는 배출가스 측면, 소음 진동 측면, 주행성능 측면 등의 관점에서 항상 연비 최적 작동선에서 주행하는 것이 곤란한 경우가 많습니다. 그러나, 무단변속기는 차량속도에 관계없이 자유롭게 엔진 회전수를 결정하는 것이 가능하므로 제어의 유연성이 매우 크다고 할 수 있습니다.
  또, 발진기구로서 토오크 컨버터를 채용한 무단변속기도 증가하고 있지만, 무단히 아닌 일반 자동변속기에 비하여 저속 영역부터 Lock-up Clutch를 작동시킬 수 있기 때문에 여기에서도 연비 향상을 얻을 수 있습니다.

Posted by 카즈앤미
,



    변속 벨트 방식에 따른 CVT의 분류


  CVT에서는 입력측과 출력측 풀리(Pulley) 모두 한 쪽이 축방향으로 이동할 수 있게 되어 있어서 풀리의 홈 폭을 변경함으로써 연속적인 변속비를 얻을 수 있습니다.
  입력측 풀리를 이동시키는 유압시스템에 작용하는 유압을 높히면 풀리의 홈 폭이 좁아져서 벨트가 걸치게 되는 유효반경이 커집니다. 이때 출력측 풀리의 반경은 반대로 작아지기 때문에 입력측과 출력측 사이의 속도 차이는 커집니다. 입력측 풀리와 출력측 풀리의 유효반경비가 곧 속도비가 되며, 입력측 풀리를 이동시키는 유압계에 걸리는 유압을 변동함으로써 속도비를 변경할 수 있는 것입니다.
  출력측 풀리에는 전달토오크 등의 기본 특성에 맞춰 설정되어 있는 유압을 작용시킴으로써 벨트를 누르는 힘을 결정합니다. 이처럼 연속적인 속도비로 동력을 전달하기 위하여 CVT는 서로 다르게 변동하는 반경비를 가지는 입력측과 출력측 풀리를 사용합니다. 이 입력측과 출력측 풀리와 벨트 사이의 마찰을 통하여 동력이 전달됩니다.
  벨트의 형식에 따라서도 CVT를 구분할 수 있습니다. 각각의 특징은 아래 표와 같습니다.

고무 벨트 방식
(Rubber belt)

배열 수지로 성형한 고무 벨트로 동력을 추진축에 전달하는 방식.
* 마찰계수가 크며 벨트를 누르는 힘을 작게 할 수 있다.
* 동력전달효율이 높고 수동변속기와 동등한 수준의 연비성능을
   확보할 수 있다.
* 벨트 슬립과 내구성에 문제가 있어서 주로 경차용 등 소배기량
   자동차에 사용된다.

스틸 벨트 방식
(Steel Belt)

특수합금으로 정밀하게 가공한 0.2mm두께의 얇은 금속 밴드를 겹쳐서 만들며, 밴드 사이에 2mm 두께의 스틸코어를 삽입한 금속 벨트로 동력을 전달하는 방식
* 벨트풀리의 회전에 의해 당기는 힘과 마찰편이 풀리를 누르는 힘에
   의해서 동력을 전달
* 응력변동이 작아 내구성이 우수
* 마찰전달을 위한 접촉점이 불연속적이지만 박판을 사용하기 때문에
   피치가 작고 소음이 적다.

트로이달 방식
(Troidal)

오른쪽 그림에서와 같이, 파워 롤러가 입력디스크와 출력디스크에 접촉할 때, 접촉점의 회전반경이 변화하는 것을 이용하여 서로 다른 변속비를 얻는 방식.파워롤러가 입력디스크에 접촉하는 접촉점의 반경이 작고, 출력디스크 접촉점 반경이 크면 감속, 반대로 큰 입력디스크 접촉점 반경과 작은 출력디스크 접촉점 반경 조건에서는 증속된다.
* 효율이 높고 대용량이어서 대형자동차용
* 변속기 중량이 크고 슬립방지용 특수오일을 사용.

Posted by 카즈앤미
,



    CVT (Continuously Variable Transmission)


  변속기는 차량의 주행상태에 적절하게 구동력과 회전력이 전달되도록 하는 데에 있습니다. 그래서 최저속의 변속비에서 최고속의 변속비에 이르기까지 그 변속폭이 넓고, 그 중간에 선택될 수 있는 변속비가 많은 것이 좋습니다. 변속기의 제작기술이 발전해옴에 따라 3단변속기, 4단변속기, 그리고 5단변속기로 변속단이 증대되어 왔으며, 현재는 고급차를 중심으로 6단변속기까지 탑재되고 있는 상황은 바로 그런 변속기의 발전과정을 말해주고 있는 것입니다. 따라서, 가장 이상적인(Ideal) 변속기는 최저속 변속비와 최고속 변속비 사이에서 연속적으로 변속비를 변화시킬 수 있는 것입니다.
  이러한 목적으로 개발된 것이 바로 무단변속기( CVT : Continuously Variable Transmission)이며, 이 CVT는 자동변속기 보다 10~20%의 동력전달효율 향상을 보이고 있습니다. 동력전달효율의 향상과 더불어 연료소비율의 저감, 변속감의 향상, 그리고 가속성능의 개선등이 CVT의 장점입니다.

  무단변속기는 명칭 그대로 段이 없고 연속해서 속도가 변경되는 장치입니다. 무단변속기는 직경이 달라질 수 있는 2개의 풀리(Pulley)로 구동력을 전달하는 것으로, 2개의 풀리가 조합을 이루는 속도비가 무한히 많기 때문에, 연속적으로 변속할 수 있는 것입니다.
                   
  CVT의 장점들을 아래 표에 정리합니다.

연비 개선

자동변속기는 연비 개선을 위하여 로크업(Lock-Up)기능을 가지고 있으나, 토오크 컨버터 내부의 댐퍼클러치 작동시 나타나는 충격과 이 충격으로 인한 내구성 문제로 인해 로크업 영역을 제한해야 하지만, CVT는 무단계로 변속되기 때문에 AT의 로크업 영역이 더 넓다고 할 수 있으며, 따라서 연비가 개선됩니다.

가속성 향상

CVT에서는 무단 연속 변속이 가능하므로, 엔진회전수를 일정하게 유지한 상태에서 변속이 가능합니다. 따라서 상황에 따라 여유구동력을 확보한 상태에서의 운전이 가능하므로 가속성이 향상됩니다.

변속 충격 없음

연속적으로 변속이 되므로 변속기의 촐력축 토오크 변동이 없게 됩니다. 따라서 자동변속기에서 변속시마다 나타나는 변속충격이 CVT에서는 없습니다.

경량화

자동변속기는 내부에 ATF 뿐만 아니라 유성기어장치, 유압시스템을 포함하고 있기 때문에 무겁습니다. 그러나, 동일 차량에 탑재하는 변속기를 비교할 때, CVT는 자동변속기에 비해 부품수가 적기 때문에 중량이 가볍습니다.

Posted by 카즈앤미
,



    ECU와 TCU의 Communication


  안전성과 편의성을 향상시킬 목적으로 많은 장치들이 차량에 탑재되다 보니, 차량에 여러 개의 제어장치(ECU: Electronic Control Unit)가 탑재되게 되었습니다. 엔진 전자제어장치(ECU: Engine Control Unit)나 자동변속기 전자제어장치(TCU : Transmission Control Unit)도 그런 제어장치들 중의 하나입니다. 물론, 여러 개의 제어장치 중에서 가장 중요한 제어장치가 ECU와 TCU입니다. 엔진을 제어하는 ECU와 자동변속기를 제어하는 TCU는 독립적으로 작동하지만, 제어의 효율성을 위하여 이 2가지 제어장치들은 관련 정보를 서로 공유합니다.
  ECU와 TCU사 서로 공유하는 정보들은 자동변속기에 따라 다르지만, 이들 공유정보를 이용하는 목적은  대개 유사합니다. 즉, 자동변속기의 변속시점을 적절하게 조절하기 위해서 관련 정보를 공유하며, 또한 변속시의 변속 충격(Shift Shock)을 줄이기 위하여 관련 정보를 공유합니다.
  변속시점을 적절하게 하기 위한 것으로는 엔진의 냉각수온 정보를 공유하는 것을 예로 들 수 있습니다. 엔진의 냉각수온이 낮을 때에는 정상적인 변속 패턴 보다 더 변속을 지연시키는 기능을 가지고 있는 변속기가 있습니다. 엔진의 냉각수온이 낮을 때에는 아직 엔진의 출력이 충분하다고 할 수 없고, 또한 엔진이 아직 충분히 난기되지 않았으므로 엔진의 안정성에 과도적인 문제가 있을 수 있으므로, 엔진이 난기되었을 경우 보다 더 늦게 up-shift하는 기능을 갖추어서 차량의 여유구동력을 크게 유지하도록 하는 것입니다. 이런 기능이 있는 TCU를 탑재한 차량은 겨울철에는 여름철 보다 up-shift가 더 늦게 일어나는 경우를 경험할 수 있습니다. 이런 차량에서는 시동 키를 키-세트에 꽂자마자 ECU와 TCU사이에서 냉각수온에 대한 정보를 교환합니다.
  또, 자동변속기의 변속에 의한 변속 충격을 줄일 목적으로 ECU와 TCU사이에서 변속시점에 관한 정보가 교환되는 경우도 있습니다. 차량의 속도와 액셀페달이 밟힌 정도를 기본으로 자동변속기의 변속시점이 미리 설정되어 있으므로, TCU는 변속시점을 미리 예측할 수 있고, 따라서 변속시점 직전에 TCU로부터 ECU에 변속정보를 제공하면 ECU는 점화시기를 조절하여 변속충격을 완화하는 조작을 할 수 있습니다. 자동변속기가 변속되면 변속비가 달라지기 때문에 동일한 속도로 주행하고 있는 차량에서도 엔진의 회전수가 달라지기 때문에 엔진에서 나오는 토오크가 달라집니다. 변속 전,후의 이 토오크의 차이가 변속충격을 유발하는 것이므로, 변속 시점 전,후 사이의 엔진 토오크 변동을 줄인다면, 변속 충격도 줄일 수 있습니다. 그래서 TCU로부터 변속시점에 대한 정보를 제공받은 ECU는 엔진의 토오크를 줄이기 위하여 엔진의 점화시기를 지연시키는 조작을 하게 됩니다. 이 기능은 변속 충격을 오나화시키는 매우 유용한 방법입니다. 그런데, 이렇게 엔진의 점화시기 조작에 의한 변속 충격을 완화하는 기능을 가지는 차량에서는 자동변속기의 고장과는 관계없이 ECU와 TCU 사이의 정보 교환(Communication) 불량만으로도 변속 충격이 심해지는 현상이 발생할 수 있습니다.  

Posted by 카즈앤미
,



    ATF 量이 변속기 기능에 미치는 영향


  ATF 과다
             
 ATF 부족
              

Posted by 카즈앤미
,



    자동변속기의 간이 평가 시험 -- Stall Test


  자동변속기는 미세한 오일 통로를 통한 유압의 제어에 의해 작동되는 매우 민감한 장치입니다. 그래서 자동변속기 오일의 양이나 열화 정도에 따라서 자동변속기의 성능이 달라지며, 경우에 따라서는 자동변속기의 고장이 유발되기도 하기 때문에 특별히 관리에 관심을 기울어야 합니다.
  따라서, 운전자가 평상시에 간단한 방법으로 자동변속기의 상태를 확인해볼 수 있다면, 이는 자동변속기의 관리에 있어서 매우 유용한 수단이 될 것입니다. 그런 유용한 수단 중에 하나가 자동변속기의 Stall Test입니다. 자동변속기의 Stall Test는 자동변속기 내에 있는 마찰요소의 slip이나 유압부품의 기능을 확인하는 목적으로 수행됩니다.
  Stall Test은 방법은 다음과 같습니다.
 (1) 엔진의 시동을 걸고 충분히 난기 시킵니다.
 (2)
핸드 브레이크가 당겨 있는 상태에서 왼발로 브레이크 페달을 밟습니다.
 (3) 이 상태에서 변속기레버를 "D" 또는 "R"로 변경합니다.
    주의: 전방에 장애물을 두고 D에 놓거나, 후방에 벽등의 장애물을 놓고 R에 놓아 갑자기 튀어 나갈지 모를 위험에 대비해야 함
 (4) 오른발로 가속페달을 천천히 밟습니다.
 (5) 가속페달을 밟음에 따라 엔진회전수가 상승하나, 가속페달을 끝까지 밟아도 엔진회전수는 계속 상승하지 않고 특정한 회전수에 멈추게 됩니
다.
 (6) 풋브레이크와 핸드브레이크가 작용하고 있으므로 차량은 움직이지 않습니다. 이때의 엔진회전수를 Stall Speed라고 하며, 자동변속기에 따라 Stall Speed는 다릅니다. 따라서, 각 차량의 Stall Speed를 미리 알아두는 것이 좋습니다.

 Stall Test의 결과, 엔진회전수가 규정 Stall Speed와 다르다면 자동변속기의 상태가 정상이 아닌 것입니다.

"D" 또는 "R"에서
Stall
Speed가
규정 보다 낮다.

(1) 엔진 출력 부족
(2) Stator one way clutch 작동 불량
    규정보다 심하게 낮은 경우는 토오크 컨버터의 이상.

"D" 또는 "R"에서
Stall
Speed가
규정 보다 높다.

(1) 자동변속기 오일 부족
(2) 자동변속기 오일 압력 낮음
(3) 클러치 및 변속기 브레이크의 slip

Posted by 카즈앤미
,



    자동변속기의 안전장치


  자동변속기는 운전자가 가속페달을 밟는 정도와 차량속도에 따라 자동적으로 변속단이 변경되는 편리한 장치입니다만, 반대로 잠깐의 실수로도 대형사고를 유발할 수 있다는 불리한 점도 있습니다. 특히, 수동변속기에서는 엔진동력의 전달과 제동(브레이크)이 동시에 수행될 수 없고 각각의 작동이 별개로 수행되어야 하지만(그렇지 않으면 엔진의 시동이 꺼지는 현상이 발생하므로), 자동변속기에서는 "D"레인지에서도 변속단을 중립으로 하지 않은 상태로 제동할 수 있으므로, 엔진동력의 전달과 제동이 동시에 수행된다고 볼 수 있습니다. 그래서 수동변속기에서는 다시 변속기를 조작해야만 엔진 동력의 전달이 이루어지는 데에 반하여 자동변속기에서는 브레이크 페달에서 발이 떨어지는 순간에 엔진 동력 전달이 재개되는 차이가 발생합니다.
  그런 이유로 자동변속기의 적용비율이 높아지는 단계에서 "급발진 사고"의 대량 발생이라는 홍역(?)을 치루게 됩니다. 국내에서도 자동변속기의 장착비율이 높아짐에 따라 차종을 가리지 않고 급발진 사고의 발생율이 증가했는데, 아직까지는 급발진 사고를 유발할 만한 차량 부품의 고장이나 오작동이 밝혀지지 않아, 급발진 사고의 발생 원인으로 삼을 만한 요인으로는 대체적으로 운전자 과실의 비중이 큰 것으로 여겨지고 있습니다.
  그래서 자동변속기 장착 차량에서는 자동변속기가 운전자의 의지에 반하여 별도로 작동되는 것을 제한하기 위하여 특별한 안전장치들을 추가로 장착하고 있습니다.

인히비터 스위치
(Inhibiter Switch)

변속기 선택레버(Select Lever)의 위치가 중립(Neutral)과 주차(Parking) 위치 이외에는 엔진 시동이 걸리지 않게 하고, 또 레버 조작의 확인 및 후진등 점등을 위한 선택레버 위치 검출

쉬프트 록
(Shift Lock)

변속기 선택레버가 Parking에 있을 때, 브레이크 페달을 밟지 않으면 다른 변속단으로 선택레버를 변경할 수 없도록 하는 장치. 따라서, 변속기 선택레버가 Neutral에 놓여 있을 때에는 Shift Lock기능이 작동하지 않음.

Posted by 카즈앤미
,