자동차에 최적의 구동력을 제공하고 복잡해지는 도로상황에 맞춰 부드러운 주행에 도움을 주는 변속기 기술이 자동차의 성능 개선과 안전, 쾌적한 주행뿐 아니라 연비 향상과 CO2 삭감에 영향을 미치는 기능 부품으로써 진화를 거듭하고 있다.
변속기는 자동변속기(Automatic Trans-mission, AT), 무단변속기(Continously Variable Transmission, CVT), 수동변속기(Manual Transmission, MT)로 크게 대별된다. AT와 MT는 모두 가속성, 연비 향상을 목적으로 와이드 기어 레인지(wide-gear range)화에 의한 다단화가 대세를 이루고 있다. 세계적으로 5단과 6단 AT가 가장 높은 점유율을 차지하고 있으며 7단에 이어 8단 AT도 실용화되고 있다.
이처럼 변속기의 다단화 ‘레이스’가 뜨겁게 달아오르고 있는 한편에서는 그동안 폭스바겐의 전유물로 여겨왔던 듀얼 클러치 기술이 대중화의 길로 접어들었다.

진화의 방향

AT는 유체 커플링(fluid coupling)에 증속 토크 기능을 부가한 토크 컨버터(torque converter) 방식이 주로 채용되고 있다. 토크 컨버터는 엔진의 동력을 오일을 통하여 변속기 기어에 부드럽게 전달하는 유체 커플링의 역할과 추가적인 성능이 필요할 때 엔진으로부터의 토크를 증가시켜 주는 역할을 한다. 현재 주행성능 향상과 편리성 향상의 수단으로 수동 변속 모드 내비게이션 정보를 이용한 시프트, 변속 패턴을 운전자가 선택하는 기구의 채용 등 다양한 기술이 도입되고 있다.
MT는 다단화, 조작성 향상, 시프트의 자동화 기술의 도입이 진행되고 있다. 가속성, 연비 향상을 위해 와이드 기어 레인지화에 의한 다단화가 진행되고 고출력 디젤엔진 차나 가솔린 고성능 자동차에서는 전진 6단계의 채용이 일반화되고 있다.
MT의 다단화와 동시에 전달 효율이 높은 MT의 클러치 조작과 시프트 조작을 자동화한 자동화 수동변속기(Automated Manual Transmission, AMT)의 경우에는 AT보다 저렴하고 클러치 조작이 필요 없으며 MT 수준의 연비가 가능하여 유럽 자동차 메이커들이 소형차 중심으로 채용하고 있다.
AMT는 액추에이터를 동작시키는 방식에 따라 유압식과 모터식으로 구분된다. 모터식은 복잡한 유압 배관이 필요 없고 시스템 구성이 간단하여 주로 소형차에 탑재된다. 반면 유압식은 주로 대형차나 스포츠카에 탑재된다.
CVT는 운전 상황이나 노면 상황에 맞춰 최적의 기어 비를 연속적으로 바뀌어줌으로써 엔진의 회전을 일정하게 유지할 수 있고, 한번 최대 마력에 이른 엔진은 유닛이 가지는 기어 폭이 허용하는 한 그 포인트를 유지할 수 있다. 따라서 동력 이용률이 높아 연비 측면에서 AT에 비해 10% 정도 앞서는 것으로 알려져 있다. CVT는 벨트 타입과 토로이달 타입이 있는데, 벨트 타입에는 금속 벨트 타입, 건식 복합 벨트 타입, 체인 타입이 있다. 또 4축식 기어 구조의 채용이 주류이나 3축식으로써 콤팩트화한 것이 경자동차에 채용되고 있다. CVT 탑재 차량은 연비 절약, 주행성, 가속성 등에 좋은 평가를 받고 있으며 꾸준히 그 지위를 높여가고 있다. CVT는 일본 자동차 메이커가 주로 채용하고 있는데, 그 이유는 도로 사정이 정체나 경사가 많기 때문이다.
스텝 AT와 CVT를 주축으로 폭넓은 라인업을 구축하고 있는 일본 자트코(Jatco)는 AT의 경우에 환경문제에 대응하기 위해 CVT화, 스텝AT의 다단화를 꾀하고 있다. 이 회사는 CVT는 주류가 될 수 없을 것이라고 생각했던 1997년, 배기량 2L 클래스에 대응할 수 있는 중형차용 벨트 CVT를 최초로 선보였다. 2년 후에는 아직 기술적 과제가 많다고 지적되었던 토로이달 CVT의 양산화에 세계 최초로 성공했다. 또한 2002년엔 벨트 CVT에서는 불가능하다고 여겼던 3.5L 클래스에 대응할 수 있는 대형차용 벨트 CVT의 양산화에 성공했다.
최근에는 변속기의 새로운 흐름으로써 AMT의 일종으로 MT의 시프트 조작과 클러치 페달 조작을 자동화(전자 제어)한 듀얼 클러치 트랜스미션(Dual Clutch Transmission, DCT)이 많은 자동차 메이커들에 의해 채택되고 있다. DCT가 주목받는 이유는 두 가지다. 하나는 토크 컨버터가 있는 통상의 AT나 CVT에 비해 미끄러짐이 없고 액셀 조작에 대한 직접적인 가속감을 맛볼 수 있기 때문이다. 또 한 가지 이유는 토크 컨버터의 미끄러짐 손실이 없고 유성 톱니바퀴보다 전달 효율이 높은 평톱니바퀴를 사용하여 통상의 AT보다도 연비가 향상되기 때문이다. CVT와의 직접적인 비교 데이터는 없지만, CVT는 고속 영역에서 금속 벨트의 마찰 손실이 증가하여 연비가 떨어진다. DCT는 폭스바겐, BMW, 볼보, 아우디, 미쓰비시자동차, 닛산자동차 등에서 이미 사용하고 있거나 양산 예정에 있다.
듀얼 클러치 타입은 폭스바겐이 2003년에 골프 R-32에 탑재한 DSG(Direct Shift Gearbox)로 첫 시판이 이루어졌다. DCT를 처음으로 상용화시킨 폭스바겐은 습식 클러치 6단에 이어 건식 클러치의 7단을 개발하는데도 성공했다. 7단 DSG는 올해부터 골프와 골프 플러스에 탑재된다. 폭스바겐은 2011년까지 모든 AT를 DSG로 교체할 예정이다. 이탈리아의 피아트도 수동 기반의 DCT를 개발 중에 있는데, 건식 클러치를 사용해 크기를 줄인 것이 특징이다. 2010년까지 베로네 공장에서 연간 80만 대 생산할 계획이며 2009년 가을부터 그랜드 푼토, 브라보에 탑재할 예정이다.
일본의 미쓰비시자동차는 랜서에볼루션에 TC-SST로 불리는 6단 DCT를 탑재했다. TC-SST는 독일 게트락(Getrag)의 변속기에 독일 보그워너(BorgWarner)의 듀얼 클러치 제어 시스템을 달았다. 닛산은 새 GT-R에 아이치 기계공업이 보그워너의 부품을 가져와 튜닝한 DCT를 탑재했다. BMW는 M3 페이스리프트 모델에 M-DCT로 불리는 DCT를 탑재했다. 이밖에도 포드 그룹과 크라이슬러가 DCT에 대한 투자를 확대하고 있다.
DCT용 클러치 최대 업체인 보그워너는 2013년에 동사 공급량만으로 연 230만 대의 생산규모가 될 것으로 예상하고 있다. DCT 메이커들은 2015년에 DCT가 세계 변속기 시장의 15~20%를 차지할 것으로 예측하고 있다.
현재 변속기의 타입별 시장규모 추이는 운전자의 편리성이 최대한 요구됨에 따라 MT의 생산은 감소하고 있으며 AT도 CVT의 채용 확대에 따라 감소 추세를 보이고 있다. CVT는 채용 차종의 확대에 따라 꾸준히 증가하고 있다. 예를 들면, 토요타의 신형 프리어스 하이브리드는 CVT를 채용했다.
세계적으로 보면 AT의 비율이 여전히 압도적으로 높다. 그러나 유럽시장에서는 상대적으로 고속주행할 기회가 많아 AT나 CVT보다는 MT를 기반으로 하는 DCT가 선호되고 있다.

‘6단 AT’ 장착 대세

세계 주요 자동차 메이커들은 자사의 주력 모델에 6단 AT를 경쟁적으로 탑재하고 있다. 일부 차종에는 7단이나 8단 AT까지 선정하고 있는 상황이다.
6단 AT는 독일 ZF와 일본 아이신AW, 호주 아이원 등이 주로 생산하고 있다. 얼마 전 현대ㆍ기아차가 현대파워텍과 공동으로 6단 AT 개발을 완료함으로써 이 대열에 합류했다. 현대ㆍ기아차와 현대파워텍이 공동 개발한 6단 AT는 전륜(FF) 6단 토크 컨버터 방식이다. 세계적인 변속기 생산업체인 ZF와 아이신AW 등이 사용하고 있는 르펠르티에르 시스템(Lepelletier gear set system)을 채택하지 않은 순수 독자 설계로 만들었다는 게 회사 측 설명이다.
ZF의 6단 AT는 BMW와 폭스바겐, 아우디 등 벤츠를 제외한 대부분의 독일 자동차 메이커가 채택하고 있으며 재규어와 포드, GM까지도 사용하고 있다. ZF는 6단 AT를 주력으로 생산하고 있을 뿐 아니라 8단 AT도 양산하고 있다.
메르세데스 벤츠는 7단 AT 보급에 앞장서고 있다. 벤츠는 스포츠 쿠페 CLS350과 E350 등에 자체 개발한 7단을, S600/E350 4MATIC/ E200CDI/E200K 등에 6단 AT를 탑재하는 등 대부분의 주력 모델에 6단과 7단을 탑재하고 있다. 국내에서는 쌍용자동차가 최초로 체어맨W에 벤츠 7단 AT를 탑재했다.
독일 아우디도 A4, A6, A8, Q7, S6, S8 등 주력 모델에 ZF의 6단 팁트로닉 AT를 장착하고 있다.
포드는 링컨 MKX와 MKZ에 일본 아이신AW의 6단 AT를 탑재하고 있으며, 토러스 등 나머지 모델들은 자체 개발한 6단 AT를 장착하고 있다. 이 회사는 향후 몇 년 동안 대부분의 승용차와 픽업트럭에 6단 AT를 장착할 예정이다.
다임러크라이슬러는 지난해부터 자체 개발한 6단 AT를 2007년형 크라이슬러 세브링에 적용하고 있으며 2~3년 내에 대부분의 승용차에 6단 AT를 도입할 예정이다.
미국 GM은 보령공장에서 생산한 전륜 6단 AT를 시보레와 오펠 등 주요 계열사에 공급하고 있으며, 미국에서 생산되는 하이드로매틱 후륜(FR) 6단 AT는 캐딜락, 사브 브랜드의 주력 모델에 탑재하고 있다.
GM대우는 GM의 원천기술을 이용하여 보령공장에서 하이드로매틱 6단 AT와 4단 AT를 생산하고 있다. GM대우는 이 전륜 변속기를 ‘토스카 프리미엄6’에 탑재했으며, 소형차에 들어갈 6단 AT도 개발 중이다. 이 회사는 6단 AT 생산 능력을 2010년까지 연간 60만 대로 끌어올릴 계획이라고 한다.
전륜구동과 후륜구동 차량용 6단 AT를 양산하고 있는 아이신AW는 렉서스 ES350, GS350, IS250 등 대부분의 렉서스 차종과 토요타 브랜드 중형급 이상에 6단 AT를 공급하고 있다. 2006년에는 세계 최초로 후륜구동 차량용 8단 AT의 양산화에 성공, 렉서스 LS460에 탑재했다.
마쓰다자동차는 RX-8에 6단 AT를 탑재하고 있고 닛산은 자트코가 개발한 6단 AT를 주력 모델에 선택하고 있다. 혼다는 주력 모델에 5단 AT를 탑재하고 있으며 인피니티는 2009년형 G 세단에 새로 개발한 7단 AT를 옵션 적용키로 했다.

듀얼 클러치 ‘토네이도’

DCT는 1, 3, 5단용 홀수단 클러치와 2, 4, 6단용 짝수단 클러치를 번갈아가면서 변속기를 채결시켜 주는 방식으로 AMT보다 부드러운 기어 시프트가 가능하다.
현재 듀얼 클러치를 생산하는 회사는 보그워너와 게트락, 폭스바겐, ZF, 아이신AW 정도다. 폭스바겐의 DSG와 아우디 S-Tronic은 보그워너의 기술 공여로 폭스바겐이 자체 생산하고 있으며 포드와 BMW, 미쓰비시, 닛산, 크라이슬러, 페라리는 게트락에서 공급받고 있다. 포르쉐 911과 벤츠에 탑재될 DCT는 ZF가 공급한다.
DCT는 2003년 골프 R-32와 아우디 TT 3.2에 처음 탑재되었다. 폭스바겐 그룹은 2007년 중반까지 DCT(상품명 DSG)를 탑재한 유일한 자동차 메이커였다. 이 회사는 골프와 제타(Jetta) 클래스부터 부가티 베이론(Bugatti Veyron) 16.4까지 폭넓은 차종에 DCT를 탑재했으며 자사의 횡치(橫置) 엔진 전륜구동 차량의 AT를 수년 내에 모두 DCT로 교체할 방침이다. 또 작년 4월 개발한 소형차용 7단 DSG를 1400 cc 엔진 등과 조합할 계획이다. 그리고 아우디의 7단 S-Tronic은 A3와 TT 등에 탑재되고 있는 6단 DSG를 대체하게 된다.
세계적 파워트레인 공급업체인 보그워너는 DCT의 클러치와 제어 모듈을 폭스바겐에 공급하고 변속기 메이커인 독일 게트락에도 DCT 기술을 공여하고 있다. 또한 폭스바겐이 아닌 유럽 자동차 메이커로부터의 신규 수주에 대응하여 2007년 말부터 V6, V8, V10형 디젤 및 가솔린 엔진차용 DCT를 생산하고 있다. 보그워너는 아시아의 여러 완성차 메이커와도 공동으로 저가격, 저배기량 차량용 DCT를 개발하고 있다. 현재 최종 단계에 접어든 것으로 회사는 밝히고 있다.
보그워너는 기존 DCT의 경우 클러치와 제어 장치를 공급해왔으나 저가 차량용 DCT의 경우엔 고객으로부터 요구가 있으면 기어 세트를 포함한 완성품을 공급하는 것도 고려하고 있다고 한다. 이 DCT의 실용화 시기는 밝히지 않았으나 2010년 초가 될 것으로 추정된다. 보그워너의 평가에 의하면 DCT를 탑재하면 기존 AT보다 연비가 약 13% 개선되고 최고 속도나 가속 성능이 향상된다고 한다. 보그워너는 이와 함께 기존 DCT용 클러치의 개량을 추진하고 있다. 2010년경 시장 투입되는 차세대 DCT용 클러치는 습식 클러치의 마찰재 재질이나 클러치의 구조를 개선하여 순환하는 오일의 양을 줄이고 펌프도 대폭 소형화하여 구동 손실을 줄이고 비용을 낮춘다고 한다. 보그워너에 따르면 현재 완성차 메이커를 포함하여 변속기 메이커와 27건의 프로젝트가 진행 중이다.
포드와 게트락이 각각 50%씩 공동 출자해 2001년 설립한 게트락 포드 트랜스미션스(Getrag Ford Transmissions)는 슬로바키아의 신규 공장에서 2007년부터 파워시프트(Powershift)라는 상품명의 DCT를 생산하고 있다. 포드는 마쓰다와 자회사인 프리미어 오토모티브 그룹(PAG)의 브랜드 차를 포함하여 유럽시장 모델에 DCT를 폭넓게 탑재할 계획이며, 작년 프랑크푸르트 오토 쇼에서 포드 포커스/C-MAX와 볼보 C30/S40/V50에 DCT와 2000 cc 터보 디젤엔진을 탑재한다고 발표한 바 있다. 또 미국시장의 소형 모델로의 DCT 설정도 검토하고 있다.
게트락은 포드 이외에도 크라이슬러 그룹과도 제휴, 미국 인디애나 주에서 2009년부터 연간 70만 대의 DCT를 생산하게 된다. 게트락은 이러한 생산 제휴를 포함해서 2014년에 파워시프트를 8개 고객사를 대상으로 200만 대로 확대 생산할 계획이다. 올해는 22만 7,000대로 전망하고 있다.
다임러크라이슬러는 작년 프랑크푸르트 오토쇼에서 메르세데스-벤츠 차의 저연비 기술의 하나로 AT의 다단화와 함께 DCT 채용을 발표했다. 이어 올해 제네바 모터쇼에서 2009년형 SL63 AMG에 7단 MCT(Multi-Clutch Technology)를 처음 선보였다.
BMW M5/M6에 SMG(Sequential Manual Gearbox)라고 하는 AMT를 탑재한 BMW도 게트락과 공동 개발한 자사의 첫 듀얼 클러치 변속기인 7단 M-DCT를 지난 6월 공개했다. 이 변속기는 듀얼 클러치로서는 처음으로 V8 엔진의 9,000 rpm에 대응할 수 있다. M-DCT는 총 11개의 주행 모드가 제공되고 최적의 순발력을 지원하는 런치 컨트롤이 포함되어 있다. BMW는 2007년 가을에 발매한 신형 M3에 7단 DCT를 장착할 예정이다. BMW가 E92 M3에 첫 선을 보이게 되는 M-DCT는 게트락이 BMW 전용으로 개발했으며 M5와 M6에 탑재된 SMG보다도 빠르고 부드러운 기어 시프트가 가능하다.
포르쉐도 2009년형 포르쉐 911에 7단 듀얼 클러치 변속기 PDK(Porsche Dual Klutch 또는 Porsche Doppelkupplungs)를 탑재한다. PDK가 나오면서 기존 5단 팁트로닉은 단종된다.
볼보는 게트락 포드 트랜스미션스 사의 파워시프트를 통해 듀얼 클러치 탑재 대열에 합류했다. 파워시프트는 볼보의 첫 듀얼 클러치로 2.0D 엔진의 C30과 S40, V50에 적용된다. 볼보는 2010년을 전후로 AMT와 DCT의 공급사로서 참여할 계획이다.
올해 초 베를린에서 열린 CTI 트랜스미션 심포지엄에서 DCT 프로토타입을 소개한 이탈리아의 변속기 업체인 그라치아는 내년에 7단 DCT를 출시한다. 그라치아노의 DCT는 고성능 스포츠카에 포커스가 맞추어져 있다.
유럽 자동차 메이커의 AMT 탑재는 푸조-시트로엥(PSA), 르노, 다임러크라이슬러, 피아트, GM, 포드의 콤팩트 클래스 차 등에 광범위하게 걸쳐 있다. 이 중 피아트 그룹은 알파 로메오, 페라리, 마세라티 차에는 6단 AMT를 채용했다. PSA도 2006년 발매한 시트로엥 C4에 6단 AMT를 탑재하고 있다. BMW는 M 시리즈의 고성능 스포츠카에 7단 AMT를 채용하고 있다.
일본 자동차 메이커들도 유럽시장 모델에 AMT를 선택하고 있다. 이 중 토요타는 Auris, Verso, Yaris, Aygo의 4개 모델에 탑재하고 있다. 마쓰다는 구형 Mazda2에 AMT를 적용했었으나, 2007년 가을에 발매한 신형 차는 적용하지 않았다. 마쓰다는 게트락-포드의 DCT를 여러 모델에 채용할 계획이다.
미쓰비시자동차는 2007년 가을에 발매한 랜서에볼루션 X(Lancer Evolution X)에 게트락 포드 트랜스미션스와 공동 개발한 DCT를 탑재한다(2007년 7월 발표. 상품명은 Twin Clutch SST. SST는 Sport Shift Transmission). 이 회사는 2000 cc 이상의 엔진 탑재 차에 DCT를 전개하고 유럽시장 모델에도 디젤 엔진과의 조합으로 DCT를 탑재할 계획이다.
한편, 변속기의 주요 공급사인 게트락, 마그네티 마렐리(Magneti Marelli), 보그워너는 중국의 현지 기업과의 제휴를 통해서도 AMT와 DCT를 생산하고 있다. 게트락은 장링치처(江鈴汽車)와의 합병으로 2006년 9월 게트락 트랜스미션을 설립하고 작년 1월부터 MT와 AMT를 생산하고 있으며, 마그네티 마렐리는 체리 자동차(奇瑞汽車)와 제휴하여 올해 봄부터 AMT용 유압장치를 생산하여 외주 판매는 물론 체리 자동차에 탑재하고 있다. 보그워너는 2006년 10월에 상하이치처(上海汽車)에 DCT 기술을 공여한다고 발표했다. 상하이치처는 우선 Rover 75 기반으로 개발되는 중형 세단 SAIC Roewe 750에 탑재한다. 보그워너는 또 다른 중국 자동차 메이커와도 DCT의 중국 생산을 검토중이다.
DCT는 아직 초기 도입 단계이지만 건식 타입의 DCT는 현존하는 변속기 중 기술적으로 가장 앞서 있다는 평가를 받고 있다. DCT 역시 AT와 마찬가지로 현재 다단화가 진행되어 6단에서 7단 시대를 맞고 있다. 건식 타입 DCT는 폭스바겐의 7단이 유일하지만 점차 적용범위가 넓어질 것으로 예상된다. DCT 생산량은 2006년 42만 대에서 2007년에 50만 대 이상 증가했으며 수 년 내에 5배 이상 불어날 것으로 전망된다.