slrclub.com의 siya님이 쓰신 글을 퍼온다. 자동변속기 차량의 연비 향상을 위해 어떻게 운전해야 하는지에 대해서 인터넷 검색을 통해 이리저리 알아보던 때보다 더 많은 것을 이 한 편의 글에서 알 수 있었다. 글이 꽤 길지만 무척 유익하다.
많은 새로운 내용을 이 글을 통해 알게 되었지만 그 중에서도 정말 전혀 모르고 있었던 사실을 알게 된 사실은, 자동차 운전하기 전에 약간 예열하는 그 때, 기어를 P 상태로 놓고 예열하는 것은 아무 의미가 없다는 사실. 이 때는 꼭 N으로 놓고 예열을 해야 한다고 한다. 전혀 몰랐던 사실이다. 지금까지 나는 그냥 시동만 걸어 놓으면 그게 예열의 전부인 줄 알았다.
암튼 나중에 또 가물가물하면 다시 읽어볼 만한 정보인듯 싶다.
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최근들어서 자동변속기는 자동차에서 이제 필수옵션이 되었을만큼, 길거리에 돌아다니는 차들중에서 수동변속기 사양을 찾는것은 매우 어려워졌습니다. 대부분이 자동변속기를 옵션으로 선택하고, 어떠한 차종에서는 수동변속기는 엔트리급에만 들어가면 옵션이 조금이라도 들어가게되면 아예 수동변속기 사양이 없는경우까지도 있습니다.
그만큼 자동변속기의 보급률이 높아지게 되었고, 자동변속기의 효율까지도 좋아지게되어, 자동변속기로도 얼마든지 좋은 연비를 낼수가 있게되었습니다. 하지만, 대부분의 운전자들은 자동변속기에게 모든것을 의지한채로, 기본적인 자동변속기 사용방법과 메카니즘에 대해서 이해하지 못한채 운전하는 경우들이 많으며 그로인해서 연비가 떨어지는 것에 대해서 불만을 호소하는 경우를 매우 쉽게 접할수 있습니다.
국내에서 출고되는 자동차의 자동변속기는 대부분 4단 자동변속기이며, 고급사양의 경우에는 5단 자동변속기가 탑재됩니다. 4단 자동변속기를 기준으로 이야기를 해볼까 합니다. 4단 자동변속기에서 실질적으로 가속을 담당하는 변속단수는 1단부터 3단까지 입니다. 4단은 오버드라이브로... 큰힘이 필요하지 않은 고속에서 정속주행을 할경우에 정숙성과 연비향상을 위해서 기어비를 매우 낮게 설정해놓은 단수입니다.
실질적으로 엔진의 파워가 크지 않은경우라면 4단에서 가속을 하기에는 매우 답답함이 느껴집니다. 자동변속기는 수동변속기와는 달리 엔진과 변속기가 직결되지 못하는 구조로 되어있습니다. 변속기 내부에는 동력을 전달하는 매개체인 자동변속기 오일이 있으며 그 오일의 압력으로 동력을 전달하게 되지요.
이 오일의 유체이기 때문에 큰힘이 급격하게 걸려도 즉각 반응하지 못하고 완충작용을 하게 됩니다. 따라서자동변속기는 악셀레이터 페달에 대해서 반응속도가 즉각적이지 못하고, 한박자 느리게 반응하게 됩니다. 이러한 완충작용을 하는것이 내부에 장착되어있는 토크컨버터 입니다. 토크컨버터는 엔진의 회전력을 받아서 자동변속기 오일을 압축합니다. 이 압축된 오일의 힘으로 인해서 동력이 전달되는것이지요.
토크컨버터는 토크증배작용이라는 중요한 역할을 하게 됩니다. 실제로 자동변속기를 운전하다보면 가속페달을 일정량밟아서 가속하는 중이라면 엔진회전수가 어느시점까지 상승하다가 그 시점에서 엔진의 회전수는 더이상 증가하지 않고 고정되어 있으면서 점차 차량의 속도가 상승되는것을 매우 손쉽게 경험하실수가 있었을 것입니다.
바로 이것이 토크컨버터의 토크증배작용때문이지요. 엔진에서 나오는 토크에는 한계가 있기때문에, 토크컨버터에 오일이 급격하게 몰리게 되면서 오일의 압력이 상승합니다. 처음에는 충분한 오일압력이 없기 때문에 차량의 속도가 증가하지도 않고 엔진의 회전수도 더이상 증가를 못하지요. 하지만 시간이 약간 지나게되면 오일의 압력이 점차 더 증가하게되고 그제서야 속도가 올라가게 됩니다.
이 작용이 토크증배작용입니다. 이러한 토크증배작용의 역할로 인해서 자동변속기는 수동변속기에 비해서 기어비를 낮게 설정할수가 있으며, 5단 수동변속기대신 4단 자동변속기로 발진부터 최고속까지 만족시킬수가 있게되는것입니다. 물로 약간의 가속력의 저하와 최고속의 저하현상은 피할수가 없습니다.
자동변속기의 앞서 말씀드린대로, 엔진과 동력축이 직결되지 못하는 구조이고, 중간에 자동변속기 오일을 거치기 때문에 동력손실이 항상 발생합니다. 엔진의 출력이 오일의 압력을 올리는데 100% 사용되지 못하고 오일의 압력이 올라가는만큼 오일의 온도까지 올라가게 되어 자동변속기는 엔진출력의 약 10% 정도를 까먹습니다.
따라서, 수동변속기에 비해서 연비가 떨어지게되고, 가속력도 떨어지게되며, 최고속도또한 낮게 나오게 됩니다. 하지만 편안함과 쾌적한 주행측면에서는 수동변속기 사양에 비해서 월등하게 좋습니다. 이렇게 편리함을 주는 자동변속기도 역시 몇가지의 동작구조와 주행방법에 대해서 숙지한다면, 더더욱 적극적이고 편안한 운전을 할수가 있게되지요.
자동변속기는 오일을 매개체로 동력전달을 하기때문에, 자동변속기 오일의 온도가 충분(섭씨 85도)하지 않으면 엔진의 효율이 급격하게 떨어집니다. 오일의 온도가 충분히 오른상태에서 최적의 효율을 발휘하는데, 그렇지 않은 상황이라면 엔진의 동력을 오일온도를 올리는데 꽤많이 사용하게 되어, 이때는 오히려 효율이 떨어지게 됩니다.
게다가 자동변속기 내부는 매우 복잡한 솔레노이드 밸브와 다판클러치로 구성이 되어있는데, 온도가 충분치 않다면 변속하는데 있어서 변속충격이 필수불가결하게 발생하게 됩니다. 잦은 변속충격은 자동변속기 내부의 각종 부품의 수명을 줄이는데 큰 역할을 하게 되지요.
따라서 출발전에 약간의 예열은 매우 중요한것입니다. 아무리 기술이 발전했고, 첨단장비가 실린다 하더라도 정말 급한 상황이아니고서는 여름에 1~2분정도.. 그리고 겨울에 3~5분 정도의 예열의 반드시 필요하며, 실제로 이렇게 예열을 하고서 주행한 차와 예열없이 시동걸자마자 운전하고 다닌차와의 차이는 차령으로 3~4년이 넘어서면 두차의 상태가 매우 큰차이를 보이게 되지요.
가장 쉽게 접할수 있는것이 D에서 브레이크를 밟고 정차중일때 차체가 공진하는것을 쉽게 느낄수가 있다는 것이지요. 자동변속기는 최근에 수동모드가 추가된것도 있고, 여러가지가 있지만 기본적으로 P-R-N-D-2-L 의 변속모드를 가지고 있습니다.
P는 주차할때 사용하는 모드로서, 이는 내부에 있는 톱니기어에 동력축을 걸어서 고정하는 역할을 합니다. 이 톱니기어는 약간의 유격이 있으므로 평지가 아닌 경사면에 주차할때 P에 걸고서 브레이크를 떼면 약간 차가 움직이며 톱니기어의 허용유격까지 걸리게되면 나중에 P에서 체인지레버를 움직일때 덜컹하는 충격이 오거나 기어가 잘 빠지지 않게됩니다.
그리고 P에서는 자동변속기 내부의 오일펌프가 회전하지 않아서 자동변속기가 전혀 예열되지 않으므로, 자동변속기 매뉴얼에서도 명시한것처럼 10분이상 공회전상태에서 정차할때는 P로 놓지말고, N으로 놓은 상태에서 주차브레이크를 당기는것이 좋습니다.
R은 후진할때 사용합니다. 전자제어식 자동변속기마다 프로그램된것이 달라서 약간의 차이가 있지만, 대부분 차의 속도가 10km/h 를 넘은상태에서 R로 체인지레버가 변속이 되면 즉각 모든 기어가 풀리면서 중립상태로 되거나, 시동이 꺼지거나 합니다. 즉 운전자의 실수로 엔진과 변속기에 손상을 입히지 않게하기위한 최소한의 안전장치이지요.
N은 중립상태로 이때는 오일펌프가 회전하여, 자동변속기의 오일이 순환되고 있는 상태입니다. 따라서 출발 직전에 예열을 할때나, 장시간 정차중에 사용해야 하며, 주행중에 N으로 옮기는 동작은 연비측면에서 백해무익하니 주행중에는 N으로 옮기는 일은 없어야 할듯 합니다. 이유는 나중에 설명하겠습니다.
D는 1단부터 4단까지 변속을 단계적으로 진행합니다. 유압제어식 자동변속기는 변속프로그램없이 변속기내부의 거버너 압력에 의해서 변속을 진행하지만 전자제어식 자동변속기는 몇가지 변속프로그램이 내장되어 현재 운전상황에 최대한으로 맞는 변속프로그램대로 변속을 진행시키지요.
O/D 오버드라이브로 앞서 설명드린것처럼 ON 상태라면 4단으로의 변속을 허용하는것이며 OFF 상태라면 4단변속을 허용하지 않기때문에 1단에서 3단까지만 변속이 됩니다.
2는 1단에서 2단까지만 변속을... L은 오직 1단으로고정되어 움직이게 됩니다.
변속기에서 2, L을 만들어둔 이유는 긴 오르막을 등판할때 손쉽게 경험할수 있는 변속기의 바보짓을 막기위 함입니다. 긴 오르막을 등판할때 2단으로 힘있게 등판하다가 선행하는 저속차량이나 코너를 만나서 가속페달에서 발을 떼면, 기존의 변속기들은 이때 3단으로 변속을 합니다. 그리고나서 운전자가 다시 가속을 위해서 가속페달을 밟으면 변속기는 3단으로 주행을 하려다가 출력이 모자라게 되니, 다시 2단으로 다운변속을 하게되지요.
이러한 증상들이 기존의 자동변속기에서는 아주 손쉽게 접할수있는 변속기의 힐링현상이라고 합니다. 이 현상을 완벽하게 억제한것이 EF 소나타에서부터 사용된 HiVec 변속기이며, 미쯔비시의 InVec-II 와 동일한 방식의 변속기 입니다. 전자제어식 변속기라 할지라도 원웨이 클러치를 떼는 역할을 거버너 압력에 의해서 기계적으로 동작하고, 기어를 한단 바꾸는것만 전자식으로 하는 반면에 HiVec 변속기는 원웨이 클러치를 떼고 기어를 바꾸는 동작을 모두 전자식으로 하고, 퍼지로직 기능이 추가되어 이러한 현상이 급격하게 줄어들었지요.
자동변속기는 내부구조상 1-2-3-4 또는 4-3-2-1 이러한 식으로 기어를 올리거나 내릴때는 반드시 중간단수를 거쳐야 하는 구조로 되어있습니다. 따라서 3단으로 주행하다가 급가속을 위해서 가속페달을 깊게 밟으면 1단으로 즉각변속되지 못하고 2단을 걸렸다가 다시 1단으로 걸립니다. 대부분의 자동변속기가 이러한 구조를 가지고 있습니다. 이유는 원웨이 클러치를 전자적으로 제어하지 못하기 때문이었습니다.
HiVec 변속기는 원웨이 클러치를 전자적으로 제어하기 때문에 3단에서 2단을 거치지 않고 즉각 1단으로 변속이 가능하게 되었지요. HiVec 변속기와 H-matic 변속기는 전혀 다른 메카니즘이니 혼돈하지 않으셨으면 합니다. HiVec은 변속기의 새로운 형식의 이름이고, H-matic이라고 하는 변속기는 자동변속기에 수동으로 변속할 수있는 스위치를 달아서 변속만 수동으로 가능하게 한것입니다. 반응속도 및 변속속도는 자동변속기 메카니즘을 그대로 사용하기 때문에 다른 자동변속기와 동일합니다. 또는 Hi-matic이라고도 하는데, 이것은 틀린 명칭입니다.
대부분의 고속도로에서 주행을 하는경우라면 4단에서 주행을 하게되고, 록업클러치가 연결된채로 주행하는것이 연비에 매우 효과적입니다. 록업클러치란 일정속도를 만족하고, 악셀레이터를 밟은정도가 최대를 100%로 봤을때 차종마다 다르지만 약 30% 미만인 상태에서 동작합니다.
록업클러치는 동력전달을 토크컨버터의 오일압력으로 하는것이 아니라 엔진의 플라이 휠과 변속기의 동력축을 수동변속기처럼 1:1로 연결하여, 고속으로 항속하는 경우에 연비향상을 위해서 만들어둔 장치입니다. 다른말로는 토크컨버터 클러치라고도 합니다.
실제로 4단 자동변속기라 할지라도 주행을 하다보면 4단으로 변속이 된 이후에 다시한번 변속이되는듯하면서 엔진회전수가 떨어지는 시점이 있습니다. 이때가 록업클러치가 연결된 시점인것입니다. 그래서 5단 변속기라고 착각하는 경우들도 있지만, 기어비가 전혀 변경없이 그동안 손실되던 동력이 손실없이 100% 전달되는 시점이라고 생각하시면 됩니다.
이 록업클러치는 가속페달을 놓거나, 더 깊게 밟으면 즉각해제되고, 다시 토크컨버터를 통해서 유압으로 동력을 전달하게 됩니다. 따라서 항속중에 가속페달을 밟았다가 완전히 풀었다가, 밟았다가 완전히 풀었다가 하는 동작은 록업클러치를 적극적으로 사용할수 없기 때문에, 연비측면에서 보면 완전히 빵점이 됩니다.
가속하는데는 연료가 항속할때에 비해서 더 많이 소모되며, 타력으로 주행하면 소모량이 줄어서 밟아서 가속하고 다시 타력으로 주행하고...다시 가속하고... 다시 타력으로 주행하는것과... 록업클러치를 사용하여 항속하는것을 비교해보면 전자보다 후자가 피로도가 월등히 낮으며 연비또한 좋게 나오게 됩니다.
제 출퇴근용인 라세티 오토의 경우 공인연비가 12.7km/리터 이지만, 고속도로에서 록업클러치를 적극적으로 사용하면 최대 15.5km/리터까지 나온적도 있습니다. 반면에 록업클러치를 거의 사용하지 않고 가속하고 앞차와 거리가 가까워지면 가속을 멈추고 하는식으로 운전하게 되면 고속도로 연비는 10km/리터 근방에 머무르게 되니.. 록업클러치의 사용이 얼마나 연비에 차이를 보이게 되는지, 손쉽게 관찰할수가 있습니다.
그리고 연비향상을 위해서 주행중에 N으로 옮기는 동작은 매우 위험하며, 실제로 연비에 전혀 도움을 주지 못합니다. 자동변속기도 그 정도는 매우 약하지만 엔진브레이크를 사용이 가능합니다. 즉 4단에서 시속 100km/h로 주행하다가 가속페달을 완전히 떼면 엔진회전수는 차종마다 다르지만 1.5리터 자동차기준으로 1800~2000rpm 근방에 머물게 되지요.
매우 낮은 회전수이긴 하지만 엔진브레이크가 걸리는 상황이며, ECM 내부의 프로그램 로직에 의하여, 이때는 엔진의 실린더 안으로 연료가 전혀 들어가지 않는 상태가 됩니다. 공기만 흡입되고 폭발행정에서 폭발력없이 그대로 공기만 배기가 되지요. 주행하던 힘으로 인해서 바퀴가 엔진을 돌리고 있는 상황이 됩니다.
그러다가 회전수가 더 낮아지게 되면 ECM은 시동상태를 유지해야 하기때문에 그때부터 다시 연료분사를 시작하여 시동상태를 유지하게 되는것이지요. 하지만 N으로 옮기게되면 즉각 엔진은 공회전 회전수까지 떨어지게되고, 시동상태 유지를 위해서 ECM은 엔진에 연료를 분사하게 되지요.
참고로 휘발유 엔진은 공회전 상태에서 매우 불안정한 상태이기 때문에 매끄러운 공회전을 위해서 공회전시에는 연료를 엄청나게 분사하고, 효율이 매우 좋지 않은 상태로 동작하게 되어 공회전시에 배기가스도 매우 많이 나오게 됩니다. ECM 내부의 연료분사맵을 보면 역시 차종마다 다르지만 가속페달을 15% 정도 밟아서 2200rpm으로 회전하는 연료량보다 공회전시에 분사하는 연료량이 더 많습니다. 그만큼 휘발유 엔진은 공회전에서 상당히 불안정하기 때문에, 그것을 보정하기 위해서 과잉연료분사를 하고 있는것이지요.
게다가 브레이크의 동력원인 엔진내부의 부압(진공도)도 공회전시에는 매우 낮기 때문에 브레이크 성능도 최대로 발휘하지 못하는 상태가 되지요. 따라서 주행중에 N으로의 변속은 백해무익한것 입니다. 연비에도 좋지않으며, 안전도 측면에서도 좋지 않습니다.
마지막으로, 신호대기를 할때 연비를 조금이라도 아끼고자 N으로 옮겼다가 출발할때 D로 옮기고 출발하는 행동은 분명히 약간의 연비의 향상이 있습니다. 아무래도 부하가 없는 N에서는 ECM이 엔진회전수 보상을 위해서 분사하는 연료가 D에서보다 적긴합니다만...
이때는 주의해야할 것이 있습니다. N에서 신호대기를 하다가 출발하기 2초전에는 D로 체인지레버를 움직여서 변속기 내부에서 기어가 완전히 걸려있는 상태가 되어야 합니다. 딴생각하고 있다가 신호등보고 바로 D로 옮기고 가속페달을 즉각적으로 밟으면 변속기 내부에서 기어가 걸리기도 전에 유압이 발생하게 되고 커진 유압때문에 기어가 걸릴때 충격이 오게 되지요.
이는 변속기의 내부의 다판클러치를 손상시키는 주요요인으로 이런식으로 자동변속기를 1~2년만 사용하면 그 이후부터는 자동변속기가 심하게 손상되어, 변속충격 및 변속지연현상이 발생되어 결국에는 자동변속기를 신품으로 교체하거나 오버홀을 해야만 합니다.
1~2년간 신호대기중에 중립으로 해서 아낀 연료비와 자동변속기 오버홀을 하는 비용을 비교해보면 자동변속기 오버홀 비용(약 50만원)의 압승입니다. 만일 신품으로 교체한다고 하면 비용은 더더욱 커지게 되어 150만원 이상을 호가하게 되지요. 기계적으로 내구성이 아무리 좋아졌다고 해도, 자동변속기는 매우 정교한 기계부품으로 되어있기 때문에 손상을 입을수 밖에 없습니다.
따라서 중립으로 옮기고자 할때는 적어도 신호를 받아서 출발하기 2초전에는 D로 옮겨서 기어가 걸려있는 상태가 되게하는것이 수명의 연장에도 좋습니다.
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