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자동차 · 해설 기사

자동 변속기의 작동 원리: 토크 컨버터, 기어 및 시프트 작동 설명

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요약

자동 변속기는 클러치 페달을 대체하는 액체 충전 토크 컨버터를 유압으로 고정 및 해제되는 유성 기어 세트와 쌍으로 만들어 자동으로 기어 비를 변경합니다. 자동차에 따라 엔진을 바퀴에 다양한 방식으로 연결하는 듀얼 클러치 기어박스 또는 벨트 구동 CVT로도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다.

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클러치 페달에 한 번도 발을 디딘 적 없는 운전자들도 자동차가 출발하거나 속도를 변경할 때마다 작동하는 기계 및 유압 부품의 연쇄에 의존합니다. 자동 기어박스의 핵심에는 두 가지 작업이 있습니다. 엔진을 꺼지게 하지 않으면서 공전시키는 것과 운전자가 기어를 선택하지 않고도 엔진 속도와 바퀴 속도 사이의 비율을 변경하는 것입니다.

토크 컨버터는 클러치의 역할을 수행합니다

가장 일반적인 자동 변속기에서는 기계 클러치가 액체로 채워진 밀폐 하우징인 토크 컨버터로 대체됩니다. 자동차 정비 참고 사이트 'How a Car Works'에 따르면 세 가지 주요 부품이 포함되어 있습니다. 엔진의 플라이휠에 고정된 임펠러, 기어박스 입력축에 연결된 터빈, 편방향 클러치가 장착된 중앙 반응 장치입니다.

임펠러가 엔진과 함께 회전하면서 변속 유체를 외부의 터빈으로 내보내 기어박스 입력축을 회전시킵니다. 낮은 엔진 속도에서 반응 장치는 정지 상태로 유지되어 유체를 다시 임펠러로 방향을 바꾸어 토크를 증폭하고 자동차가 정지 상태에서 출발하는 데 도움을 줍니다. 엔진 속도가 올라가면 반응 장치는 공회전하며 컨버터는 단순히 액체 플라이휠로 작동합니다. 'How a Car Works'가 설명합니다.

호주 매체 'CarsGuide'는 이 액체 연결이 토크 컨버터 자동 변속기가 매끄럽고 저회전에서 강한 견인력을 제공하는 이유라고 보도합니다. 역사적으로 직접 기계적 연결보다 효율이 낮다는 것이 단점이었습니다. 그래서 대부분의 현대적인 토크 컨버터 장치는 자동차가 속도에 올라가면 '잠금' 기능을 추가하여 임펠러와 터빈을 기계적으로 결합하여 전력 손실을 줄입니다. 'CarsGuide'에 따르면.

유성 기어는 기어를 변경하지 않고 비율을 변경합니다

기어박스에 전력이 도달하면 하나 이상의 유성(에피사이클릭) 기어 세트를 통과합니다. 'How a Car Works'는 이를 중앙의 태양 기어, 내부에 이빨이 있는 외부 링 기어, 그리고 둘 다와 맞물리는 작은 유성 기어의 집합으로 설명합니다. 세 부품이 모두 항상 접촉 중이므로 변속기가 수동 변속기처럼 한 쌍의 기어를 물리적으로 조립하거나 풀 필요가 없습니다.

대신 유압 작동식 브레이크 밴드와 다중 플레이트 클러치가 기어 세트의 다양한 부품을 고정하거나 자유롭게 회전하도록 합니다. 'How a Car Works'는 기본 조합을 나열합니다. 태양 기어를 잠금으로 유지하면서 캐리어가 유성 기어를 구동하면 속도가 증가합니다. 링 기어를 잠금으로 유지하고 태양 기어를 구동하면 속도가 감소합니다. 태양 기어에 전력을 공급하면서 유성 캐리어를 브레이크하면 역주행이 되고, 태양 기어와 링 기어를 함께 잠금으로 유지하면 직결, 즉 1대1 비율이 됩니다.

이런 식으로 사용되는 단일 유성 세트도 이미 여러 비율을 제공할 수 있습니다. 가장 간단한 고전적 배치인 2개의 에피사이클릭 세트를 연결하면 3개의 전진단을 얻을 수 있습니다. 'How a Car Works'가 언급합니다. 제조업체는 더 많은 세트와 클러치를 함께 연결하여 오늘날의 자동차에서 흔히 볼 수 있는 5단, 6단, 8단, 9단 및 10단 변속기에 도달합니다.

유압 및 전자 장치가 언제 시프트할지 결정합니다

기어박스 내의 잠금 순서는 브레이크 밴드 및 클러치에 작용하는 유압에 의해 트리거되며, 'How a Car Works'가 복잡한 유압 밸브의 배열이라고 부르는 것을 통해 경로가 지정됩니다. 구형 설계에서 이러한 밸브는 엔진 부하, 도로 속도 및 스로틀 위치에 기계적으로 반응합니다. 가속기가 최대로 눌렸을 때 '킥다운' 메커니즘은 추가 가속을 위해 다운시프트를 강제합니다. 현대 자동차에서는 전자 센서와 제어 컴퓨터가 동일한 작업을 수행하여 솔레노이드 밸브를 열고 닫아 각 시프트의 타이밍을 맞춥니다.

자동 변속기를 구축하는 3가지 다른 방법

모든 자가 시프트 기어박스가 같은 방식으로 작동하지는 않습니다. 'CarsGuide'는 현대 자동 변속기를 3가지 주요 제품군으로 분류하며, 구형이고 대부분 단종된 4번째 유형도 포함합니다.

주요 자동 변속기 유형 비교
유형전력 전달 방식시프트 특성일반적인 최대 기어 수(CarsGuide)
토크 컨버터 자동 변속기액체 커플링, 속도에서의 잠금 클러치부드러움, 저속에서 강한 견인력최대 9단
듀얼 클러치(DCT)2개의 클러치, 사전 선택된 기어매우 빠름, 최소 토크 중단최대 7단
CVT가변 풀리 사이의 벨트/체인별도의 시프트 없음, 연속 비율 변경해당 없음 — 무단
싱글 클러치 자동 수동 변속기수동 변속기의 단일 컴퓨터 작동식 클러치종종 거칠고 지연됨대부분 단종

비교하면 'CarsGuide'는 기존 수동 변속기가 일반적으로 6개의 전진단을 가지고 있으며 Porsche 911과 같은 일부 스포츠카는 7개를 제공한다고 지적합니다.

일상적인 운전에 중요한 이유

바닥 아래의 자동 변속기 유형은 단순히 클러치 페달이 있는지 여부가 아니라 자동차가 어떻게 느껴지는지에 영향을 미칩니다. 토크 컨버터 자동 변속기의 액체 커플링은 엔진이 꺼지지 않고 유휴 상태에서 자동차가 천천히 앞으로 이동하도록 허용하는 것입니다. 'How a Car Works'는 이를 토크 컨버터의 설계에 직접 기인한다고 설명합니다. DCT의 2개의 클러치는 성능 자동차가 구형 자동 변속기에서 느껴지는 순간적인 전력 손실 없이 기어를 변경할 수 있게 해줍니다. 'CarsGuide'에 따르면. CVT의 고정 비율의 부재는 도로 속도와 관계없이 엔진이 가장 효율적인 속도 근처에 있도록 합니다. 'CarsGuide'는 이를 주요 장점으로 나열하지만, 일부 운전자가 주목하는 일정하고 비전통적인 엔진음으로 상쇄됩니다.

자주 묻는 질문

토크 컨버터는 실제로 무엇을 하나요?
클러치를 대체하여 엔진 구동 임펠러에 의해 투척되는 변속 유체를 사용하여 기어박스에 연결된 터빈을 회전시키고, 저속에서 토크를 곱하고, 자동차가 움직이면 단순한 액체 플라이휠로 작동합니다. 'How a Car Works'에 따르면.
CVT가 일반적인 자동 변속기와 다른 점은 무엇입니까?
CVT에는 고정 기어가 없으며, 2개의 가변 직경 풀리 사이를 이동하는 벨트 또는 체인을 사용하여 비율을 지속적으로 변경합니다. 반면 토크 컨버터 자동 변속기는 유성 기어 세트로 설정된 별도의 비율 사이를 시프트합니다. 'CarsGuide'가 설명합니다.
듀얼 클러치 변속기(DCT)가 진정한 자동 변속기입니까?
수동 변속기 부품으로 제작되었지만 스스로 시프트합니다. 하나의 클러치는 현재 기어를 고정하고 다음 기어는 두 번째 클러치에서 사전 선택되므로 자동차가 드라이버 입력 없이 둘 사이에서 교환됩니다. 'CarsGuide'에 따르면.
일부 자동 변속기가 거칠게 시프트되는 이유는 무엇입니까?
구형 싱글 클러치 자동 수동 변속기는 기존 수동 변속기에 하나의 컴퓨터 제어 클러치를 사용합니다. 'CarsGuide'에 따르면 거칠고 지연된 시프트를 생성할 수 있습니다. 이 유형은 현재 대부분 단종되었습니다.
현대 자동 변속기는 몇 단계의 기어를 가질 수 있습니까?
'CarsGuide'는 토크 컨버터 자동 변속기가 현재 최대 9개의 전진단에 도달하고 듀얼 클러치 변속기는 최대 7단에 도달한다고 보도합니다. 이는 기존 수동 변속기의 6단, 그리고 Porsche 911과 같은 일부 스포츠카의 7단과 비교됩니다.

출처

  1. How a Car Works — How automatic gearboxes work
  2. CarsGuide — Torque converter, CVT, dual or single clutch autos, what's the difference?

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