새시 08 > 무단 변속기(CVT : continuously variable transmission)

1. 무단 변속기의 개요

   무단 변속기(CVT : continuously variable transmission)는 변속비를 무단계로 제어하는 변속기로 높은 동력 전달 효율과 주행 중 변속 충격을 없애고 변속비를 자동적으로 제어하여 연비 성능 향상과 최적의 주행 상태를 유지할 수 있다. 또한 구조가 간단하고 소형, 경량이어서 소형 자동차에 적합하다.

   자동차용 무단 변속기로 현재 실용화되고 있는 것은 벨트 또는 체인과 가변 홈 폭 풀리를 이용한 벨트 드라이브식과 전동체 사이의 접촉에 의해 동력을 전달하는 트랙션 드라이브식 등이 있다. 그림 Ⅲ-15는 금속 벨트식 무단 변속기를 나타낸 것이다.

금속 벨트식 무단 변속기

2. 변속 원리

   입·출력 상호의 풀리의 홈 폭을 유압 제어에 의해 변화시켜 서로의 유효 반지름을 변화시킨다. 즉, 가속시나 고부하시에 변속비를 크게 하여 강력한 구동력을 얻고 싶을 때에는 입력축 풀리의 홈 폭을 넓게 하여 유효 반지름(r1)을 작게 함과 동시에 출력축 풀리의 홈 폭을 좁게 하여 유효 반지름(r2)을 크게 한다. 그 결과 변속비(r2/r1)는 크게 되어 저단 상태로 된다. 반대로 부분 부하 등 변속비를 작게 하고 싶을 때에는 입력축 풀리의 홈 폭을 좁히고 출력축 풀리의 홈 폭을 넓힌다. 그 결과 변속비는 작게 되어 고단 상태로 된다. 따라서, 이 풀리 홈 폭의 변화를 무단계로 함으로써 변속비를 저단에서 고단까지 연속적으로 얻을 수 있다.

3. 제어 시스템

   그림은 무단 변속기의 심장부인 풀리의 홈 폭 제어를 위한 유압 컨트롤 시스템을 나타낸 것이다. 유압 제어부는 변속기 본체에 붙어 있고, 유압 컨트롤은 입력축 풀리용(1차 유압)과 출력축 풀리용(2차 유압)의 2개의 컨트를 밸브에 의해 행해지고, 가동 풀리축에 설계된 유압실에 오일(ATF)이 들어가면 풀리 홈 폭이 좁게 되는 구조이다.

   변속비 컨트롤(즉, 유압 컨트롤)은 입력축 풀리 회전 속도와 액셀 개도(부하 상태)를 제어 요소로 하여 행해지고, 1차 유압은 변속 동작을 위해 필요한 고압이고, 2차 유압은 동력 전달을 위해 최저로 필요한 저압으로 하여 오일 펌프의 구동 손실을 저감시킨다. 또, 변속비가 제어부에 항상 피드백 하도록 하여 원활한 변속 동작이 가능하도록 하고 있다.

4. 금속 벨트식 무단 변속기의 구성

  금속 벨트식 무단 변속기의 동력 전달 계통은 2단계로, 즉 차량 발진에 작동되는 2웨이 프리러닝 클러치에 의한 동력 전달 방식인 부동력 전달 계통과 일정 속도가 되면(입력축 회전 속도보다 출력축 회전 속도가 빠르면) 벨트를 통하여 입력축 동력이 출력축으로 전달되는 주동력 전달 계통으로 되어 있으며, 변속기 어셈블리, 센서 및 스위치류, CVT 컨트롤러 등으로 구성되어 있다.(1) 변속기 어셈블리CVT 변속기 어셈블리는 전자 마그네틱 파우더 클러치, 전·후진 전환 기구, 무단 변속을 위한 벨트 풀리부 및 변속 기구, 부동력 전달 기구, 종감속기 등으로 구성되어 있다.

1) 전자 마그네틱 파우더 클러치

   그림과 같이 전자 마그네틱 파우더 클러치는 드라이브 플레이트에 볼트로 고정되어 있으며, 변속기 입력축과 연결되어 있는 로터, 드라이브 플레이트와 연결된 클러치 하우징의 요크 및 코일 등으로 구성되어 있고, 기관 회전 속도, 가속 페달 개도, 차속 등을 입력 신호로 하여 CVT 컨트롤러에 의해 그 체결력을 제어한다. 전자 마그네틱 파우더 클러치는 운전 조건에 따라 R(후진), D(주행), Ds(스포티 주행), p(주차) 및 N(중립)의 5가지 모드를 가지고 있다.

2) 브러시 홀더

   그림은 브러시 홀더로 변속기 케이스 외부에 장착되어 있으며, 브러시 끝 부분이 전자 마그네틱 파우더 클러치의 슬립링에 접촉되어 있어서 CVT 컨트롤러에서 전송되는 전류를 전자 마그네틱 파우더 클러치에 전달하는 역할을 한다.

3) 전후진 전환 기구

   입력축에 설치되어 있으며, 싱크로메시식으로 이루어져 실렉트 레버와 케이블 및 링크 장치로 연결되어 전진 및 후진을 수동으로 전환할 수 있다.

4) 2웨이 프리러닝 클러치

   무단 변속기의 동력 전달 계통은 차량 발진시에 사용되는 부동력 전달 계통과 일반 주행시 사용되는 주동력 전달 계통이 있으며, 이러한 동력을 전환해주는 장치가 그림 Ⅲ-19와 같은 2웨이 프리러닝 클러치이다. 클러치의 입력축과 출력축의 속도차에 따라 동력을 전달하며, 프리러닝 클러치 상태가 되면 주동력 계통으로 등력이 전달된다. 2웨이 프리러닝 클러치는 스위칭 플레이트를 두어 전진과 후진의 2방향으로 동력을 전달한다.

5) 입력축 풀리

   1차 풀리라고도 하며, 그림 Ⅲ-20과 같이 고정 풀리와 축 위를 이동하는 가동 풀리로 구성되어 있으며, CVT 컨트롤러에 의해 제어를 받는 DC 모터에 의해 가동 풀리가 이동함으로서 풀리의 폭이 변화된다. 이에 따라 건식 벨트가 풀리의 상하로 이동하여 벨트의 지름이 변화되어 무단 변속이 이루어진다.

6) 출력축 풀리

   2차 풀리라고도 하며, 그림 Ⅲ-21과 같이 입력축 풀리 폭의 변경에 따라 풀리의 폭이 바뀌어진다. 출력축 풀리의 가동 풀리 뒤편에 있는 스프링과 토크 캠의 작동에 의한 벨트의 추력에 의해 벨트가 미끄러지지 않고 동력을 전달하게 된다.

7) DC 모터

   DC 모터는 무단 변속 제어를 하기 위해 기관 회전 속도, 스로틀 밸브의 개도량, 차속, 센서 및 스위치의 신호 등을 감지한 CVT 컨트롤러에 의해 구동된다. DC 모터의 회전량은 액추에이터 기어를 통해 입력축 풀리의 가동 풀리를 축방향으로 슬라이딩시켜 풀리의 폭을 변경시켜 무단 변속을 한다.

8) 액추에이터 기어

   DC 모터와 입력축 풀리 사이에 위치하며, 입력축 풀리의 가동 풀리를 이동시켜 무단 변속을 가능케 한다.

9) 센서 및 스위치류

① 입력축 풀리 회전 센서 :그림과 같이 변속기 케이스에 장착되어 있는 입력축 풀리 회전 센서는 입력축 풀리의 회전 속도를 검출하며, 전자 픽업 자석의 무접점 센서로서 영구 자석과 코일로 구성되어 있다.

② 출력축 풀리 회전 센서 : 그림과 같이 변속기 케이스에 장착되어 있는 출력축 풀리 회전 센서는 출력축 풀리의 회전 속도를 검출하며, 전자 픽업 자석의 무접점 센서로서 영구 자석과 코일로 구성되어 있다.

③ 풀리 포지션 센서 : 그림과 같이 풀리 포지션 센서는 입력축 풀리의 가동 풀리 측면에 설치되어 있으며, 가동 풀리의 이동량을 감지하여 신호를 CVT 컨트롤러로 전송한다. CVT 컨트롤러에서 DC 모터를 제어함에 따라 액추에이터 기어가 구동하면 가동 풀리가 축방향으로 이동되며, 이 이동값은 풀리 포지션 센서 내부의 로드가 움직임으로써 변화된 저항값이 CVT 컨트롤러로 전송되어 변속비를 검출한다.

④ P/N 스위치 : 그림과 같이 P/N 스위치는 변속기 케이스에 장착되어 있으며, 운전자가 선택한 실렉터 레버의 상태를 CVT 컨트롤러에 전달해 주는 일종의 매개체역 할을 하는 스위치이다.

 ⑤ 브레이크 스위치 : 주 브레이크 신호를 CVT 컨트를러에 전송하며, CVT 컨트롤러는 크리프 상태와 같이 전자 마그네틱 퐈우더 클러치를 제어하는 신호로 사용한다.

⑥ 주차 브레이크 스위치 : 주차 브레이크 신호를 CVT 컨트롤러에 전송한다. 주차 브레이크 신호는 무단 변속기 결함 코드를 소거하는 기능을 한다.

 

10) CVT 컨트롤러

    무단 변속기를 제어하는 CVT 컨트롤러는 3개의 커넥터로 구성되어 있으며, 각종 센서 및 스위치로부터 차량 상태를 감지하여 무단 변속을 위한 액추에이터(전자 마그네틱 파우더 클러치 및 DC 모터)를 작동시킨다. 또, 자기 진단 기능과 고장시 페일 세이프(fail safe) 기능을 가지고 있어 정비성과 안정성을 향상시킨다.