현대자동차 엑센트가 2014년형 엑센트를 지난 10월에 출시하면서 1.4L 엔진라인업에 변화를 주었다. 기존 1.4L 감마엔진 대신 기아 올뉴모닝과 레이에 탑재되는 1.0L 카파엔진에 실린더 하나를 더 추가한 1.4L 카파엔진으로 변경되면서 기존의 4단 자동변속기가 아닌 CVT로 잘 알려진 무단변속기로 변경되었다.
이로 인해 현대 엑센트 1.4L 공인연비는 기존 4단 자동변속기 모델이 13.3km/l 였지만 2014년형 엑센트 1.4L CVT 공인연비 14.1km/l 까지 끌어올렸다.
지난 11월 12일 현대자동차에서 기자 및 블로거들을 대상으로 현대자동차의 자동변속기를 생산하는 충청남도 서산의 현대파워텍 공장을 견학하게 되었다. 이번 견학을 통해 바로 엑센트와 모닝 레이에 탑재되는 카파엔진 CVT에 대한 제조과정을 직접 보고 CVT에 관한 서산 현대파워텍 측의 설명을 들을 수 있었다.
이론상 동력손실 ZERO인 무단변속기(CVT)
무단변속기인 CVT는 두 개의 풀리 사이에 고무 혹은 금속재질의 벨트를 연결하여 풀리의 크기를 변경하면서 동력을 전달하거나 두 개의 레이스 사이 좌측과 우측에 롤러를 배치하여 주행상황에 따라 롤러의 각도를 변화시켜 동력을 전달하는 등 여러 방식이 있다.
CVT의 공통점은 일반적인 수동변속기나 자동변속기와 달리 고정된 기어비가 없이 풀리나 롤러의 크기를 상시적으로 변화시켜 동력을 전달해주며 물리적으로 100% 동력을 전달하기 때문에 이론상 동력손실이 전혀 없다. 따라서 변속기 오일 압력으로 동력을 전달하는 자동변속기는 물론 주행상황에 따라서 수동변속기 보다 더 연비가 좋다고 볼 수 있는 변속기이다.
부드러운 주행감각을 추구하는 일본의 경우 1990년대부터 경차 및 소형 차종을 중심으로 CVT를 대거 탑재했으며 이후 대형세단 등에도 CVT가 확대 적용되었다. 이후 CVT는 차츰 북미와 중국 등의 아시아 시장에서도 그 영역을 넓히고 있다.
우리나라에서 잦은 불량 및 결함으로 부정적인 인식이 강했던 CVT
우리나라는 2000년대 들어서 현대 기아차 뉴 EF 쏘나타, 옵티마 그리고 대우자동차의 마티즈에 처음 CVT가 적용되었지만 잦은 고장 및 결함 그리고 비싼 수리비로 인해 소비자들이 점차 기피하게 되면서 한동안 우리나라에서 CVT는 부정적인 인식이 강했다.
이후 우리나라에서 한동안 CVT 미션이 소개되지 않았으며 2009년 현대자동차가 아반떼 하이브리드 LPi를 출시하면서 효율성이 뛰어난 CVT를 적용하였다. 수입차의 경우 닛산이 대부분 모델에 CVT를 적용하여 국내에 수입 판매되고 있다.
그러나 CVT라고 해서 완전무결은 아니다. 출발할 때 특히 경사가 심한 언덕을 올라갈 때 강한 힘을 전달하지 못하기 때문에 경사가 심한 언덕에서 출발을 제대로 못하는 경우가 적지 않다고 한다. 실제로 4년전 아반떼 하이브리드 LPi 모델을 시승할 때 언덕에서 힘차게 출발 못하는 경험을 하기도 했다. 나중에 알고 보니 해당 모델에 적용된 미션이 토크컨버터가 없는 CVT였는데 현대파워텍 측에서 이러한 방식의 CVT는 토크컨버터 대신 발진클러치가 장착된 CVT라고 설명했다.
위 사진 속의 둥근 부품이 부드러우면서도 힘찬 스타트를 보장해주는 토크컨버터이다. 엑센트 1.4L CVT 미션에 토크컨버터가 탑재되었으니 아직 시승을 안해봐서 모르겠지만 출발할 때 힘찬 가속성능과 부드러운 출발을 보장할 것이다.
대신 토크컨버터가 적용된 만큼 출발할 때 동력손실이 발생하게 되는데 이 토크컨버터가 자동차의 연비를 하락시키는 주범이기도 하다. 따라서 토크컨버터를 장착한 CVT는 출발과 정지가 잦은 복잡한 도심주행에서 연비가 좋지 못하다는 단점도 지니고 있다.
위 사진의 변속기가 아반떼 하이브리드 LPi, 포르테 LPi 하이브리드에 탑재된 CVT 미션이다. 토크컨버터가 없는 발진클러치 방식의 CVT이며 이후 기아 레이와 모닝 그리고 2014년형 엑센트에 탑재된 CVT는 토크컨버터가 내장되었다고 한다.
넓은 변속비를 실현한 2단 부변속비는 무엇인가?
부변속비는 타사에서 부변속기라고 부르기도 하는데 사실 현대파워텍 뿐만 아니라 타사의 CVT에서도 이러한 부변속비가 이미 탑재되고 있다. 르노삼성의 SM3가 대표적인 부변속기가 적용된 CVT미션이 기본 탑재되며 쉐보레 스파크S 에도 이 부변속기가 내장된 CVT가 기본 적용된다.
쉽게 풀이하면 험로를 주파하는 SUV는 더 강한 견인력과 엔진브레이크를 필요하기 때문에 기어비를 더 높인 로우 기어를 별도로 마련하기도 한다. 부변속비는 높은 구동력을 필요로 하는 1단 기어비와 항속주행에 유리한 2단 기어비 두개로 나눈 뒤에 운전자의 성향에 따라 1단과 2단 기어비가 필요에 따라 사용되며 급가속시 1단 기어비 고속도로나 국도 주행에서는 2단 기어비가 개입을 하게 된다.
부변속비가 적용되면서 이전 연식의 4단 자동변속기의 변속비가 4.09에 불과했지만 2014년형 엑센트에 적용된 CVT의 변속비는 무려 7.95까지 확대되었다. 따라서 정지상태에서 급 가속 하면 4단 자동변속기의 1단 기어비보다 더 큰 기어비를 확보할 수 있고 반대로 시속 100km/h 내외에서 정속주행을 하면 이전 4단 자동변속기의 항속 기어보다 더 낮은 기어비로 주행을 할 수 있어 낮은 엔진회전수에서 정숙한 주행 및 더 낮은 연료를 소모할 수 있는 것이다.
소형차를 중심으로 부변속비를 적용한 이유는 소형차는 공간이 좁은 전륜구동이 대부분이라 미션을 감싸는 하우징 사이즈 또한 한정적일 수밖에 없다. 기어비를 넓히기 위해서 동력을 전달하는 풀리의 크기만 키우면 변속기 하우징 사이즈도 커지게 되며 따라서 정비 성이 용이하지 못하고 무게가 증가하게 된다. 다만 상대적으로 엔진룸이 넓은 중 대형 차종에서는 부변속비가 거의 쓰이지 않는다.
엔진효율성을 더욱 높인 CVT의 무한한 가능성을 보다.
CVT는 이렇듯 중 대형 차종보다는 상대적으로 출력과 토크가 낮은 소형차에 더 많이 탑재되면서 빠르게 성장을 할 것으로 전망을 하고 있다.
다만 내구성 검증이라는 측면이 남아 있다. 현대파워텍 측에서는 테스트결과 30만 키로 까지 문제없을 거라고 장담하고 하는데 우리나라는 2000년대 초 CVT 때문에 문제가 되었던 일부 자동차 모델 때문에 CVT에 대한 인식이 좋은 편이 아니다.
이러한 인식을 바꾸려면 현대파워텍을 포함한 CVT 변속기 제조업체들의 노력이 더 절실해야 할 것이다. 그것은 바로 고객들이 CVT문제로 서비스센터를 방문하지 말도록 더 효율적이고 더 튼튼한 CVT를 개발 생산하는 것이다.
김진우 기자 〈탑라이더 kimjw830@top-rider.com〉