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연속 가변 변속기

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목차

1. 개요

연속 가변 변속기(CVT)는 기어비를 부드럽게 변화시켜 엔진의 효율적인 작동을 돕는 변속기이다. 레오나르도 다 빈치가 무단 변속기 개념을 고안한 이후, 1886년 유럽에서 마찰식 CVT 특허가 등록되었고, 1950년대 후반 네덜란드의 DAF가 소형차에 적합한 CVT인 바리오매틱을 개발하여 상용화했다. 1980년대 후반에는 스바루가 전자제어식 CVT를 탑재한 자동차를 출시하며 미국 시장에 진출했다. 1990년대 후반 닛산은 높은 토크를 얻을 수 있는 마찰식 CVT를 개발하여 자트코를 통해 CVT를 생산했다. 토요타는 동력 분할 변속기를 채택한 프리우스를 출시했다. 아우디, BMW, 메르세데스-벤츠, 포드 등 다양한 제조사에서도 CVT를 도입했다. 대한민국에서는 1990년대 후반 GM대우 마티즈에 처음으로 CVT가 적용되었고, 현대자동차와 기아에서도 CVT를 사용했으나 내구성 문제로 조기 단종되었다. 르노코리아자동차는 닛산의 자트코 CVT를 사용하고 있으며, 쉐보레 트레일블레이저에도 CVT가 적용되었다. CVT는 풀리 기반, 토로이달, 래칫 방식, 정수압/유압, 원뿔형, 유성 기어 방식, 하이브리드 전기, 마찰 구동 등 다양한 종류가 있다.

CVT는 변속 충격이 없고 연비가 좋으며 소형화에 유리하다는 장점이 있지만, 변속 시스템 전체의 전달 효율이 낮고, 가속 시 운전 감각이 다르다는 단점도 있다. 승용차, 소형 차량, 농업 및 토목 장비, 발전 시스템 등 다양한 분야에 사용되며, 특히 하이브리드 자동차에 널리 사용된다.

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연속 가변 변속기
기본 정보
CVT 작동 애니메이션
CVT 작동 애니메이션
종류자동차 변속기
작동 방식무단 변속
다른 이름무단 변속기
연속 가변 트랜스미션
기술적 세부 사항
작동 원리두 개의 풀리 사이에서 벨트 또는 체인의 유효 반경을 지속적으로 변화시켜 변속비를 무한하게 조정
구성 요소구동 풀리
종동 풀리
벨트 또는 체인
변속비 제어유압, 원심력, 전기 모터 등을 이용하여 풀리 간 간격을 조정
효율기존 자동변속기와 유사하거나 약간 높음 (최신 기술 발전으로 향상)
장점부드러운 변속
최적의 엔진 효율 유지 가능
연비 향상
다양한 변속비 제공
단점높은 토크 전달에 제한
내구성 문제 (초기 모델)
독특한 엔진 소음 및 주행 감각
역사
초기 개발1886년 다임러에 의해 개념 제시
1958년 데어스만에 의해 구체화
상용화1950년대 후반 후프만 스쿠터에 적용
1980년대 피아트 우노, 스바루 저스티 등에 적용
대중화1990년대 이후 일본 자동차 제조사 (특히 닛산, 혼다)에 의해 널리 사용
종류
벨트 구동 CVTV자형 벨트를 사용하는 일반적인 형태
체인 구동 CVT체인을 사용하여 더 높은 토크 전달 가능
토로이달 CVT원반과 롤러를 사용하여 변속비를 조절하는 방식 (현재는 거의 사용되지 않음)
전기식 CVT (e-CVT)하이브리드 자동차에 사용되는 방식으로, 엔진과 모터의 동력을 결합하여 변속비를 조절
적용 분야
자동차소형차, 중형차, 하이브리드 자동차 등에 널리 사용
스쿠터 및 모터사이클자동 변속 시스템으로 널리 사용
산업 기계농업 기계, 건설 기계 등 다양한 산업 분야에 적용
제조사
주요 제조사JATCO
아이신
보쉬
루크
미래 전망
발전 방향효율 및 내구성 향상
고토크 엔진에 적용 가능하도록 기술 개발
하이브리드 자동차 및 전기 자동차와의 통합
변속 제어 알고리즘 개선을 통한 주행 성능 향상

2. 역사

1490년 레오나르도 다 빈치가 무단 변속기의 개념을 처음 고안한 것으로 알려져 있다.[155] 실용적인 CVT는 1879년 Milton Reeves|밀턴 리브스eng가 제재소용으로 처음 발명했으며, 당시에는 "가변 속도 변속기(variable-speed transmission)"라고 불렸다. 1896년 리브스는 이 변속기를 자신의 자동차에 장착하기 시작했고,[90] 이후 다른 여러 자동차 제조사에서도 리브스의 CVT를 사용했다. 유럽에서는 1886년 마찰식(toroidal) CVT에 관한 특허가 등록되었다.

초기 오토바이에도 CVT가 적용되었다. 1911년 제니스 그라두아 6HP 오토바이는 풀리 기반의 ''그라두아'' CVT를 사용했으며,[91][92] 1912년 러지-휘트워스 멀티기어는 이를 개선한 CVT를 선보였다. CVT를 사용한 초기의 다른 자동차로는 스페인에서 1913년부터 1923년까지 생산된 데이비드 소형 삼륜 사이클카,[93] 영국에서 제작된 1923년 클리노, 그리고 영국에서 제작된 1926년 콘스탄티네스코 살롱 등이 있다.

미국에서는 1935년 관련 특허가 인정되면서, 오늘날 흔히 볼 수 있는 벨트 구동식 CVT는 1930년대에 등장하기 시작했다. 1950년대 후반, 네덜란드의 자동차 회사 DAF의 공동설립자 휘브 반도르네는 소형차에 적합한 바리오매틱(Variomatic)이라는 CVT를 설계하여 생산했다. 이 바리오매틱은 1958년 생산된 DAF 600에 처음 장착되었다. 이후 DAF의 승용차 사업부가 볼보에 매각되면서 볼보 340에도 바리오매틱 CVT가 채택되었다.

1987년 초, 스바루는 모회사 후지 중공업이 개발한 전자제어식 CVT(ECVT)를 장착한 저스티를 출시했다. 1989년 저스티는 CVT 기술을 미국 시장에 처음 선보인 상용차가 되었다. 스바루는 이후에도 CVT 기술을 꾸준히 개선하여 경자동차 등에 탑재했으며, 다른 자동차 제조사에도 기술을 공급하고 있다. 같은 해 여름인 1987년, 포드 피에스타와 피아트 우노는 유럽 자동차 최초로 금속 벨트식 CVT를 장착했다. 이 CVT는 1976년부터 포드, 반도르네, 피아트가 공동 개발한 것으로 포드 CTX라고 불린다.

1992년 닛산은 스바루의 ECVT를 기반으로 개발한 N-CVT를 소형 해치백 마치에 탑재했다. 1990년대 후반에는 더 높은 토크를 감당할 수 있는 마찰식 CVT인 엑스트로이드(Extroid)를 개발하여 글로리아와 스카이라인 GT-8 등 일부 후륜구동 모델에 장착하여 일본 시장에 출시했다. 이후 닛산은 변속기 개발 및 생산 부문을 자트코(JATCO)로 분사시켰고, 전륜구동 모델을 중심으로 CVT 적용을 확대하여 현재는 경자동차부터 V6 3.5리터 대배기량 엔진까지 다양한 라인업에 CVT를 적용하고 있다. 자트코는 모기업인 닛산 외에도 미쓰비시, 크라이슬러, 르노, 르노코리아, 스즈키, GM 등 여러 회사에 CVT를 납품하고 있다.

혼다는 독자적인 벨트 구동식 CVT 연구 끝에 1995년 시빅에 '멀티매틱(Multimatic)'이라는 이름의 CVT를 채택했다. 이는 기존 CVT보다 높은 토크 전달 능력을 보여주었다.

토요타는 1997년 토요타 프리우스를 통해 동력 분할 변속기(Power Split Transmission, PST)라는 독특한 방식의 e-CVT를 선보였으며, 이후 자사의 모든 하이브리드 모델과 프리미엄 브랜드인 렉서스의 하이브리드 모델에 이 시스템을 적용하고 있다.

2000년대 이후 CVT는 여러 제조사로 확산되었다. 아우디는 2000년부터 A4 등 전륜구동 모델에 멀티트로닉(Multitronic)이라는 이름의 금속 체인 벨트식 CVT를 옵션으로 제공했으나, 내구성 문제로 후에 단종시켰다. BMW는 2001년부터 미니에 체인 벨트식 CVT를 채택했다. 메르세데스-벤츠는 1세대 B 클래스에 CVT를 도입했다. 포드는 2005년 포드 프리스타일, 포드 파이브 헌드레드 등에 체인 벨트식 CVT(CFT30)를 도입했으나, 이후 자동변속기로 대체하며 단종했다. 2007년 출시된 닷지 캘리버와 형제차인 지프 컴패스에도 CVT가 장착되었으나, 컴패스는 후에 자동변속기로 변경되었다. 2008년에는 미쓰비시 랜서 포르티스(갤랑 포르티스)에도 CVT가 적용되었다.

2. 1. 대한민국의 CVT 역사

대한민국에서는 GM대우 마티즈를 통해 CVT가 처음 소개되었다.[155] 마티즈 1세대 후기형까지 CVT가 장착되었으나, 당시 엔진 토크를 CVT가 감당하지 못하는 내구성 문제가 지적되어 2세대 모델에서는 4단 자동변속기로 변경되었다. 이후 쉐보레 스파크 1세대 후기형의 S 트림에 CVT가 다시 장착되었고, 점차 다른 트림에서도 4단 자동변속기를 대체하며 CVT가 기본 사양이 되었다.

현대자동차와 기아는 EF쏘나타와 옵티마/리갈에 CVT를 적용했으나, 이 역시 내구성 문제로 인해 조기에 생산을 중단했다. 이후 현대자동차그룹의 부품 계열사인 현대트랜시스(당시 현대파워텍)가 CVT를 자체 개발에 성공하여, 2세대 기아 모닝의 ISG 및 터보 모델, 기아 레이 1.0리터 터보 모델, 현대 엑센트 카파 1.4리터 모델 등에 탑재했다. 현대자동차그룹은 '스마트스트림'이라는 파워트레인 브랜드를 선보이면서 IVT(Intelligent Variable Transmission)라고 명명한 개선된 CVT를 2세대 K3, 6세대 아반떼 페이스리프트 모델(1.6 가솔린 자연흡기 한정), 현대 베뉴 등에 적용하고 있다. 다만, 모닝과 레이의 CVT 적용 모델은 판매 부진으로 단종되었으며, 3세대 모닝의 T-GDI 모델과 현대 캐스퍼 T-GDI 모델은 기존 카파 MPI 터보 엔진(G3LB)보다 토크가 향상된 카파 가솔린 직접분사 터보 엔진(G3LC)을 탑재하면서 CVT 대신 4단 자동변속기를 채택했다.

르노코리아(구 르노삼성자동차)는 르노-닛산 얼라이언스의 영향을 받아 닛산의 자회사인 자트코(JATCO)에서 생산하는 CVT를 주로 사용한다. 중형 세단인 SM6와 중형 SUV인 QM6에 자트코의 X트로닉 CVT가 장착되었으며, 소형 SUV인 XM3에도 CVT가 적용된다. 한국지엠은 2018년 하반기에 출시한 쉐보레 말리부의 1.35리터 E-터보 모델과 트레일블레이저의 전륜구동 모델에 CVT를 탑재하고 있다.

3. 종류

두 개의 풀리를 벨트로 걸쳐 놓은 벨트 구동 방식


여러 가지 다양한 방식의 CVT가 연구되어 왔지만, 현대에 가장 널리 사용되는 방식은 크게 풀리 기반 방식과 토로이달 방식이다. 이 외에도 다양한 작동 원리를 가진 CVT들이 존재한다.

  • 풀리 기반 CVT: 가장 일반적인 형태로, 두 개의 가변 지름 풀리 사이를 V 벨트나 금속 체인으로 연결하여 동력을 전달한다. 풀리의 유효 지름을 변화시켜 연속적으로 기어비를 조절한다.[1][2] 반도르네가 개발한 금속 벨트 방식이 대표적이며, 자동차, 스쿠터, 스노모빌 등 다양한 분야에 적용된다. PIV(Positively Infinitely Variable) 드라이브는 체인과 풀리가 기계적으로 맞물리는 특수한 형태이다.[9][10]

  • 토로이달 CVT: 마주보는 한 쌍의 입력 디스크와 출력 디스크 사이에 여러 개의 파워 롤러를 끼워 넣어 마찰력으로 동력을 전달한다. 롤러의 각도를 조절하여 기어비를 변화시킨다.[14] 풀리 기반 CVT보다 더 높은 토크를 견딜 수 있는 장점이 있다.[15] 닛산 세드릭 (Y34) 등에 적용된 바 있다.[11][12]

  • 래칫 방식 CVT: 단방향 클러치나 래칫을 이용하여 회전 운동을 단속적인 전진 운동으로 변환하고 이를 합산하여 출력을 얻는다. 구조상 진동이 발생하기 쉽다는 단점이 있다.[17]

  • 정수압식 CVT: 엔진으로 용적형 펌프를 구동하여 발생시킨 유압으로 유압 모터를 돌려 동력을 전달한다. 펌프나 모터의 용량을 조절하여 기어비를 바꾼다. 주로 농업 기계나 건설 기계에 사용된다.

  • 원뿔형 CVT: 하나 또는 두 개의 원뿔 모양 롤러와 그 위를 이동하는 휠 또는 벨트를 이용하여 기어비를 변경한다. 초기 자동차나 산업용 기계에 사용된 예가 있다.[24][25][26]

  • 유성 기어 방식 CVT: 유성 기어 구조를 기반으로 하며, 구형 롤러의 각도를 조절하여 기어비를 변경한다. 누빈치 CVT가 대표적인 예이다.[27]

  • 하이브리드 전기식 CVT (eCVT): 하이브리드 자동차(토요타 프리우스, 닛산 알티마 등)에서 내연 기관과 전기 모터의 동력을 조합하고 제어하는 데 사용된다. 일반적인 CVT의 벨트/체인 대신 유성 기어를 사용하는 경우가 많다.

  • 마찰 구동 변속기: 회전하는 입력 디스크와 그 표면을 따라 이동하는 출력 디스크의 마찰을 이용한다. 구조가 간단하여 초기 자동차나 제설기 등에 사용되었다.[28]

  • 자기식 CVT: 비접촉 자기 커플링을 이용하여 토크를 전달하는 방식으로, 아직 개발 단계에 있다.[29][30]


일부 CVT는 정지 상태(0의 속도)를 포함하여 무한대의 기어비를 구현할 수 있는데, 이를 무한 가변 변속기(IVT, Infinitely Variable Transmission)라고 부른다. 유성 기어, 마찰 디스크, 래칫 방식 CVT 등이 IVT로 작동할 수 있다.

3. 1. 풀리 기반



가장 일반적인 유형의 CVT는 두 개의 가변 직경 풀리(pulley, 도르래) 사이를 연결하는 V 벨트나 체인을 사용한다.[1] 풀리는 서로 가까워지거나 멀어질 수 있는 두 개의 원뿔 모양 반쪽으로 구성되며, V 벨트는 이 두 반쪽 사이를 지나간다. 풀리의 유효 직경은 두 반쪽 사이의 거리에 따라 달라지는데, 벨트의 V자형 단면 때문에 한 풀리에서는 벨트가 더 높이 올라가고 다른 풀리에서는 더 낮게 위치하게 된다. 따라서 기어비는 한 풀리의 두 시브를 서로 더 가깝게 이동시키고 다른 풀리의 두 시브를 더 멀리 이동시켜 조정한다.[2]

벨트 구동 방식에서는 동력을 전달하는 과정에서 풀리의 지름을 바꾸어 기어비를 조절한다. 예를 들어, 저속에서는 엔진 쪽 풀리의 지름을 바퀴 쪽 풀리 지름보다 작게 만들어 바퀴 쪽 풀리에 큰 힘이 전달되도록 하고, 고속에서는 각 풀리의 지름 크기를 반대로 만들어 고속 회전이 가능하게 한다. 풀리는 양쪽 면 사이의 거리를 유압으로 조절하는 구조로 되어 있다. 양면을 좁히면 벨트가 풀리 바깥쪽에 걸려 유효 지름이 커지고, 양면을 넓히면 벨트가 풀리 안쪽에 걸려 유효 지름이 작아진다. 따라서 엔진 쪽 풀리와 바퀴 쪽 풀리를 서로 반대로 제어하면 원하는 기어비를 얻을 수 있다. 벨트 구동 방식에서 사용되는 벨트는 주로 금속 벨트를 사용하는데, 이는 반도르네 트란스미시에서 주로 생산된다.

풀리 사이의 거리와 벨트의 길이는 일정하므로, 벨트에 적절한 장력을 유지하기 위해 두 풀리를 동시에 조정해야 한다(하나는 커지고 다른 하나는 작아짐). 간단한 CVT에서는 원심 구동 풀리와 스프링이 장착된 구동 풀리를 결합하여 벨트 장력을 이용해 구동 풀리를 적절히 조정하기도 한다.[2] V 벨트는 풀리 안팎으로 미끄러지면서 짧은 반경 방향 움직임만 만들어야 하므로, 풀리의 축 방향으로 매우 뻣뻣해야 한다.

벨트의 반경 방향 두께는 최대 기어비와 전달 가능한 토크 사이의 절충안이다. 강철로 보강된 V 벨트는 스노모빌이나 유틸리티 차량과 같이 질량이 작고 토크가 낮은 경우에는 충분하지만, 자동차와 같이 질량이 크고 토크가 높은 경우에는 체인이 필요하다. 체인의 각 요소는 벨트가 가장 바깥쪽 반경에서 작동할 때 풀리에 맞는 원뿔형 측면을 가져야 한다. 체인이 풀리 안쪽으로 이동하면 접촉 면적이 작아지는데, 접촉 면적은 요소 수에 비례하므로 체인 벨트에는 매우 작은 요소가 많이 필요하다.

벨트 구동 방식의 효율성은 약 88% 정도로,[3] 이는 수동변속기보다는 낮다. 하지만 차량 속도와 관계없이 엔진이 가장 효율적인 분당 회전수(RPM)으로 작동하도록 제어함으로써 연비를 향상시킬 수 있다. 경제성보다 출력이 더 중요할 때는 CVT의 기어비를 조절하여 엔진이 최대 출력을 내는 RPM으로 회전하도록 할 수도 있다.

체인 기반 CVT에서는 수많은 체인 요소가 서로 겹쳐진 여러 개의 얇은 강철 밴드를 따라 배열된다. 각 밴드는 쉽게 구부러질 만큼 얇으며, 벨트의 일부가 풀리 주위를 감쌀 때 요소의 측면이 원뿔형 표면을 형성한다.[4][5] 밴드 스택에서 각 밴드는 약간 다른 구동비에 해당하므로 밴드끼리 미끄러지게 되며, 이를 위해 충분한 윤활이 필요하다. 풀리에도 추가적인 윤활유 필름이 적용되어 풀리와 체인 사이의 직접적인 접촉을 막으면서도 동력 손실을 최소화한다.

일부 CVT는 벨트의 장력(입력 풀리가 벨트를 "당기는" 힘)을 통해 출력 풀리로 동력을 전달하는 반면, 다른 CVT는 체인 요소의 압축(입력 풀리가 벨트를 "밀고", 벨트가 다시 출력 풀리를 미는 방식)을 사용한다.[6][7][8]

PIV(Positively Infinitely Variable) 체인 드라이브는 체인이 원뿔형 풀리와 기계적으로 맞물린다는 점에서 다른 풀리 기반 CVT와 구별된다. 이는 각 체인 링크에 있는 여러 개의 작은 직사각형 판(약 1mm 두께)을 쌓아서 구현하는데, 이 판들은 좌우로 독립적으로 미끄러질 수 있다. 원뿔형 풀리에는 방사형 홈이 파여 있으며, 한쪽 풀리의 홈이 다른 쪽 풀리의 능선과 만나도록 되어 있어, 미끄러지는 판들이 앞뒤로 밀리면서 풀리 사이에 끼워질 때 정확한 피치의 이빨을 형성한다. 이렇게 맞물리는 표면 덕분에 PIV 드라이브는 상당한 토크를 전달할 수 있어 산업 분야에서 널리 사용되었다. 그러나 최대 속도는 다른 풀리 기반 CVT보다 훨씬 낮다는 단점이 있다. 미끄러지는 판은 사용하면서 서서히 마모되므로, 초기에는 필요한 것보다 길게 만들어 마모가 진행된 후에도 사용할 수 있도록 한다. 지속적인 윤활이 필수적이어서 하우징은 일반적으로 오일로 부분적으로 채워져 있다.[9][10]

3. 2. 토로이달

마찰 방식 CVT라고도 불리는 토로이달 CVT는 2개의 마찰판(디스크)을 마주보게 하고, 그 사이에 동력을 전달하는 롤러를 두는 구조이다. 롤러의 회전축 각도를 바꾸면 두 마찰판 사이의 기어비가 결정된다.

닛산 세드릭 (Y34)에 사용된 토로이달 CVT. 양측의 인풋 디스크에 두 개의 아웃풋 디스크가 끼워져 있으며, 중앙의 기어를 통해 프로펠러 샤프트 측으로 출력된다.


토로이달 CVT는 닛산 세드릭 (Y34)[11][12] 및 CVTCORP에서 제작한 것[13]처럼 일련의 디스크와 롤러로 구성된다. 디스크는 거의 원뿔 모양의 두 부분으로 이루어져 있으며, 각 부분이 점과 점으로 마주보게 배열되어 있다. 디스크 측면은 움푹 들어가 있어 두 부분이 마치 토러스(도넛 모양)의 중앙 구멍에 들어맞는 형태이다. 한쪽 디스크는 엔진 등으로부터 동력을 받는 입력 디스크이고, 다른 한쪽은 바퀴 등으로 동력을 전달하는 출력 디스크이다. 디스크 사이에는 여러 개의 롤러가 위치하며, 이 롤러들이 기어비를 변경하고 한쪽 디스크에서 다른 쪽 디스크로 동력을 전달한다. 롤러의 축이 디스크의 축에 수직일 때, 입력 디스크와 출력 디스크의 유효 직경이 같아져 1:1의 구동비를 얻는다. 다른 기어비를 얻으려면 롤러를 디스크 표면을 따라 회전시켜, 롤러가 디스크와 접촉하는 지점의 직경을 다르게 만들어 1:1이 아닌 구동비를 구현한다.[14]

토로이달 CVT는 프리션 드라이브(friction drive, 마찰 구동)를 고도로 발전시킨 형태이다. 입력축에 연결된 원반(인풋 디스크)과 출력축에 연결된 동일한 형태의 원반(아웃풋 디스크)을 마주보게 하고, 각 디스크 사이에는 여러 개의 파워 롤러(power roller) 외주 부분이 강한 힘으로 끼워져 동력을 전달한다. 파워 롤러의 기울어진 각도를 변화시키면, 이에 따라 두 디스크의 회전수 비율도 변하여 연속적으로 변속비를 얻을 수 있다.

이 방식의 장점은 벨트나 체인을 사용하는 풀리 기반 CVT보다 더 높은 토크 부하를 견딜 수 있다는 것이다.[15] 또한 일부 토로이달 시스템에서는 CVT 내부에서 동력 전달 방향(추력 방향)을 반대로 바꿀 수 있어, 후진 기어를 구현하기 위한 별도의 외부 장치가 필요 없을 수도 있다.[16]

토로이달 CVT의 개념 자체는 오래전부터 존재했지만, 매우 높은 압력 하에서 마찰과 윤활이라는 상반된 조건을 동시에 만족시키면서 정밀하게 작동해야 했기 때문에 실용화는 극히 어려웠다. 실용화에 성공한 주요 사례는 다음과 같다.

  • 하프 토로이달 방식: 닛산 자동차가 지야토코, 일본정공(NSK), 이데미츠 흥산과 공동 개발하여 1999년에 발표했다.
  • 풀 토로이달 방식: 영국의 트로트랙(Torotrak)이 제이텍트(당시 광양정공)과 함께 개발하여 2003년에 발표했다[66]。


두 방식의 주요 차이는 입·출력 디스크의 모양과 파워 롤러와의 접촉 방식에 있다. 풀 토로이달 방식은 움푹 들어간 모양의 디스크 사이에 원반형 파워 롤러를 끼워 "선"으로 접촉한다. 이 구조에서는 롤러 두께 때문에 각 디스크에 접촉하는 위치의 반경이 달라져 강제적인 미끄러짐(스핀 손실)이 발생할 수밖에 없다. 반면, 하프 토로이달 방식은 깔때기 모양의 디스크에 구형(공 모양) 파워 롤러를 밀어 넣어 거의 "점"으로 접촉하여 구동한다[67]。 점 접촉은 전달 효율이 높고 스핀 손실도 거의 발생하지 않아 이상적인 방식에 가깝다고 여겨진다. 하지만 하프 토로이달 방식은 파워 롤러를 항상 강한 힘으로 눌러야 하므로, 축을 지지하는 부분(축받이)에서의 토크 손실이 크다는 단점이 있다. 결과적으로 두 방식의 전체적인 효율은 비슷한 수준으로 평가된다[68]。

그러나 풀 토로이달 CVT는 실제 차량에 적용되어 제품화되지 못했다. 하프 토로이달 CVT는 한때 유망한 기술로 여겨졌으나, 전체적인 동력 전달 효율[69]과 높은 생산 비용[70] 문제로 인해 자동차용으로는 단 두 가지 차종에 적용된 후 생산이 중단되었다[71]。 자동차 이외의 분야에서는 고정익 초계기인 P-1에 탑재되는 가와사키 중공업 항공우주 시스템 컴퍼니(구 가스터빈·기계 컴퍼니)에서 제작한 일정 주파수 발전 장치 "T-IDG"에 사용되고 있다[72][73]。

토로이달 CVT의 실용화에는 트랙션 드라이브(traction drive) 기술이 핵심적인 역할을 했다. 이는 고압 상태에서 점도가 매우 높아지는(유리 전이 현상) 특수한 오일, 즉 트랙션 오일을 매개로 하여 동력을 전달하는 방식이다. 트랙션 드라이브 자체는 산업 기계의 감속기 등에서 사용되고 있으며, 자동차 관련 분야에서는 애프터마켓용 원심식 슈퍼차저의 증속기에도 사용된다. 트랙션 오일은 그 특성상 일반적인 차량용 오일(엔진 오일, 기어 오일, ATF, CVTF 등)과는 기본이 되는 오일(기유)의 분자 구조가 다르므로, 반드시 전용 오일을 사용해야 한다.

한편, 유성 기어식 CVT는 구형 롤러의 축을 기울여 접촉 반경을 다르게 함으로써 기어비를 변화시키는 방식으로, 원리적으로 토로이달 CVT와 유사하다[80]。 이 방식은 주로 자전거의 내장 변속기에 사용되고 있다.

3. 3. 래칫 방식

래칫 방식 무단변속기는 일련의 단방향 클러치 또는 래칫을 사용하여 "전진" 운동만 수정하고 합산하는 방식으로 작동한다. 전형적인 래칫의 온-오프 특성 때문에 많은 래칫 방식 설계는 작동이 연속적이지 않아 기술적으로는 CVT가 아닐 수 있다. 하지만 작동 방식에 많은 유사점이 있으며, 주어진 입력 속도에서 0의 출력 속도를 생성할 수 있다는 점은 무단 변속기와 동일하다. 구동비는 진동 요소 내의 링크 기하학을 변경하여 조정하는데, 이를 통해 평균 링크 속도가 일정하게 유지되더라도 합산된 최대 링크 속도가 조절된다.

래칫 방식 무단변속기는 상당한 토크를 전달할 수 있는데, 이는 정적 마찰이 전달하는 힘(토크 처리량)에 비례하여 증가하므로 적절히 설계된 시스템에서는 미끄러짐이 거의 발생하지 않기 때문이다. 또한 동적 마찰의 대부분이 매우 작은 과도 클러치 속도 변화로 인해 발생하므로 일반적으로 효율성이 높다. 그러나 래칫 방식의 주요 단점은 진동이다. 이는 이전에 작동하던 동력 전달 요소를 대체하기 위해 새로운 요소를 가속하는 과정에서 속도의 연속적인 전환이 필요하기 때문에 발생한다.

이 설계 원리는 1930년대 이전으로 거슬러 올라간다. 초기 설계는 회전 운동을 진동 운동으로 변환한 다음, 롤러 클러치를 사용하여 다시 회전 운동으로 되돌리는 것을 목표로 했다.[17] 이 설계는 저속 전기 모터와 함께 사용하기 위해 2017년 현재에도 생산되고 있다.[18] 자전거 변속기로 시제품화된 예는 1994년에 특허를 받았다.[19] 스코치 요크 메커니즘을 사용하여 회전 운동을 진동 운동으로 변환하고 비원형 기어를 사용하여 균일한 입력 대 출력 비율을 달성하는 래칫 방식 무단변속기 설계의 작동 원리는 2014년에 특허를 받았다.[20]

3. 4. 정수압/유압

정수압식 CVT(Hydrostatic CVT)는 엔진으로 구동되는 용적형 펌프가 고압의 오일을 하나 이상의 유압 모터로 보내 동력을 전달하는 방식이다. 이 방식은 토크 컨버터와 같은 유체 동력학적 장치를 사용하는 변속기와 구별하기 위해 '정수압식'(Hydrostatic)이라는 용어를 사용한다.

엔진과 구동 바퀴 사이의 유효 기어비는 펌프의 배기량(회전당 오일 부피)과 모터의 배기량 차이에 의해 결정된다. 펌프에서 나온 오일이 모두 모터로 전달되는 닫힌 시스템에서는 기어비(GR)를 GR = Dm ÷ Dp 로 계산할 수 있다. 여기서 Dm은 모터의 배기량, Dp는 펌프의 유효 배기량이다.

유효 기어비는 펌프의 유효 배기량을 변경하여 조절한다. 이는 주어진 엔진 회전수(RPM)에서 모터로 전달되는 오일의 양을 바꾸는 방식으로 이루어진다.

  • 조절 가능한 밸브를 통해 펌프 출력의 일부를 오일 저장소로 되돌려 보내는 방법이 있다. 밸브를 열어 오일을 더 많이 우회시키면 펌프의 유효 배기량이 줄어들어 모터가 더 느리게 회전한다. 반대로 밸브를 닫으면 우회되는 오일이 줄어 유효 배기량이 늘어나고 모터는 더 빠르게 회전한다.
  • 가변 용적형 펌프를 사용하는 방법도 있다. 펌프의 배기량을 낮추면 오일 흐름이 줄어 모터가 느리게 회전하고, 배기량을 높이면 오일 흐름이 늘어나 모터가 빠르게 회전한다.


정수압식 CVT는 다음과 같은 장단점을 가진다.

정수압식 CVT의 장단점
구분내용
장점용량 확장성펌프와 모터의 크기를 조절하여 다양한 동력 전달 용량에 맞게 쉽게 적용할 수 있다.
유연성펌프와 모터 사이를 오일 호스로 연결하므로 모터를 비교적 자유로운 위치에 장착할 수 있다. 이는 사륜 구동이나 관절형 차량의 설계를 단순화하는 데 유리하다.
부드러움기어비가 연속적으로 변하기 때문에 일반적인 기어 변속기에서 발생하는 변속 충격이 없다.
단순화된 제어하나의 레버나 페달 조작만으로 전진 및 후진 속도의 전체 범위를 제어할 수 있다.
저속 주행 성능매우 낮은 속도에서도 높은 토크를 낼 수 있어, 부하가 걸린 상태에서도 정밀한 차량 움직임이 가능하다.
단점효율성 감소기계식 기어 변속기의 효율이 90%에 달하는 경우도 있는 반면, 정수압식 변속기 시스템은 효율이 약 65%를 넘기 어렵다. 이는 펌프와 모터 내부의 손실, 그리고 파이프와 밸브에서의 유체 저항 등으로 인해 발생한다.
높은 비용동일한 동력 전달 용량을 기준으로 할 때, 기어 변속기보다 생산 비용이 더 높다. 펌프와 모터 외에도 오일 저장소, 파이프, 그리고 낮은 효율로 인해 발생하는 열을 식히기 위한 오일 냉각기 등이 필요하기 때문이다.
무거움작동 시 높은 오일 압력을 견뎌야 하므로 펌프와 모터는 매우 튼튼하게 만들어져야 하며, 이는 부품 무게 증가로 이어진다. 오일 자체의 무게와 저장소, 파이프, 밸브 등의 무게도 상당하다.



이러한 특징 때문에 정수압식 CVT는 주로 사료 수확기, 콤바인, 소형 휠/트랙/스키드 스티어 로더, 크롤러 트랙터, 로울러와 같은 농업 및 건설 기계에 널리 사용된다. AGCO에서 생산하는 일부 농업 기계는 전진 시 유압식과 기계식 동력 전달을 혼합하여 사용함으로써 효율을 높이기도 한다(후진 시에는 완전히 유압식으로 작동).

'통합 유압 트랜스액슬'(IHT, Integrated Hydrostatic Transaxle)이라고 불리는 방식은 유압 부품과 기어 감속 장치를 하나의 하우징에 통합한 형태로, 일부 미니 트랙터나 승차형 잔디 깎는 기계에 사용된다.

오토바이 중에서는 2008년부터 2010년까지 생산된 혼다 DN-01 크루저 오토바이가 가변 각도 스워시 플레이트를 이용한 축 피스톤 펌프 방식의 정수압 CVT를 채택한 사례가 있다.

3. 5. 원뿔형

에반스 가변 속도 카운터샤프트


원뿔형 CVT는 하나 이상의 원뿔형 롤러의 축을 따라 휠 또는 벨트를 이동시켜 구동비를 변경하는 방식이다. 가장 간단한 형태인 단일 원뿔 버전은 원뿔의 경사면을 따라 움직이는 휠을 사용하여 원뿔의 좁은 직경과 넓은 직경 사이에서 변속비를 조절한다.

일부 원뿔형 CVT 설계는 두 개의 롤러를 사용하기도 한다.[22][23] 1903년, 윌리엄 에반스(William Evans)와 폴 노프(Paul Knauf)는 두 개의 평행한 원뿔형 롤러를 벨트로 연결하고, 이 벨트를 원뿔 축 방향으로 미끄러지게 하여 전송 비율을 변경하는 방식의 무단 변속기에 대한 특허를 신청했다.[24][25] 1920년대에 생산된 에반스 가변 속도 카운터샤프트는 이보다 더 간단한 구조로, 두 롤러 사이에 작은 간격을 두고 배치하며, 롤러 사이를 지나는 가죽 끈의 위치를 변경하여 변속비를 조절한다.[26]

프릭션 드라이브를 고도로 발전시킨 형태인 토로이달 CVT도 원뿔형의 원리를 응용한 것이다. 입력축에 연결된 원반(인풋 디스크)과 출력축에 연결된 동일한 형태의 원반(아웃풋 디스크)을 마주보게 배치하고, 각 디스크 사이에 여러 개의 전륜(파워 롤러) 외주 부분을 강한 힘으로 끼워 동력을 전달한다. 파워 롤러의 경사각을 변화시키면 두 디스크의 회전수 비율이 변하여 연속적인 변속비를 얻을 수 있다. 이러한 착상은 오래전부터 존재했지만, 매우 높은 압력 하에서 마찰과 윤활을 동시에 만족시키면서 정밀하게 작동해야 하므로 실용화는 매우 어려웠다.

실용화된 사례로는 닛산 자동차가 지야토코, 일본정공(NSK), 이데미츠 흥산과 공동으로 개발하여 1999년에 발표한 "하프 토로이달 방식"과, 영국의 트로트랙(Torotrak)이 광양정공과 함께 개발하여 2003년에 발표한 "풀 토로이달 방식"이 있다.[66] 두 방식의 주요 차이는 입·출력 디스크의 형상과 파워 롤러와의 접촉 방식이다. 풀 토로이달 방식은 움푹 들어간 형태의 디스크 사이에 원반형 파워 롤러를 끼워 "선" 접촉으로 동력을 전달한다. 이 방식은 롤러의 두께 때문에 각 디스크에 접촉하는 위치의 반경이 달라져 강제적인 미끄러짐(스핀 손실)이 발생할 수밖에 없다. 반면, 하프 토로이달 방식은 깔때기 모양의 디스크에 구형 파워 롤러를 밀어 넣어 "점"에 가까운 접촉으로 구동한다.[67] 이 방식은 전달 효율이 높고 스핀 손실도 거의 발생하지 않아 이상적인 방식에 가깝다고 여겨진다. 하지만 파워 롤러를 항상 강한 힘으로 눌러야 하므로 축받이 부분에서의 토크 손실이 크기 때문에, 실제 두 방식의 전체적인 효율은 거의 비슷하다고 평가된다.[68]

그러나 풀 토로이달 CVT는 결국 제품화되지 못했고, 유망해 보였던 하프 토로이달 CVT 역시 전체적인 전달 효율[69]과 비용 문제[70]로 인해 자동차용으로는 두 가지 모델에 적용된 후 생산이 종료되었다.[71] 자동차 외의 용도로는 일본의 고정익 초계기인 P-1에 탑재되는 가와사키 중공업 가스터빈·기계 컴퍼니 (현: 항공우주 시스템 컴퍼니) 제작의 일정 주파수 발전 장치 "T-IDG"에 사용되고 있다.[72][73]

토로이달 CVT의 실용화에는 고압 하에서 점도가 높아지는(유리 전이) 특수한 오일인 트랙션 오일을 사용하여 동력을 전달하는 트랙션 드라이브 형식이 채택되었다. 트랙션 드라이브 자체는 산업 기계의 감속기 등에 사용되고 있으며, 자동차 관련 분야에서는 애프터마켓용 원심식 슈퍼차저의 증속기에 사용되기도 한다. 트랙션 오일은 그 특성상 일반적인 차량용 오일(엔진 오일, 기어 오일, ATF, CVTF 등)과는 기유의 분자 구조가 다르므로 반드시 전용품을 사용해야 한다.

3. 6. 유성 기어 방식

유성 CVT(플래니터리 CVT라고도 함)는 유성 기어의 원리를 응용한 방식으로, 기어비를 변경할 때 구형 롤러의 축을 기울여 입력 디스크와 출력 디스크 간의 접촉 반경을 다르게 조절하여 동력을 전달한다. 이는 토로이달 CVT의 작동 원리와 유사한 면이 있다. 실제 생산된 사례로는 누빈치 CVT가 있다.[27]

유성 기어는 유압 기술과 결합하여 유압 기계식 무단 변속기(HMT, Hydraulic Mechanical Transmission) 형태로도 사용된다. HMT는 동력의 일부는 기계적으로 전달하고 일부는 유압으로 변환하여 전달하는 방식으로, 모든 동력을 유압으로 변환하는 HST(Hydrostatic Transmission)보다 높은 효율을 기대할 수 있다.[82] HMT 중 유성 기어와 HST를 조합하는 방식은 다음과 같은 특징을 가진다.

  • 작동 원리: 예를 들어, 유성 기어 세트에서 입력축(예: 썬 기어)과 출력축(예: 플래닛 캐리어)을 연결하고, 나머지 기어(예: 링 기어)의 회전을 HST로 제어하여 전체 감속비를 조절한다. 이를 통해 HST의 무단 변속 장점을 살리면서 변속기 전체의 전달 효율을 높일 수 있다.
  • 분류: 유성 기어와 HST의 연결 방식에 따라 입력 분할형(유성 기어 출력을 HST에 입력, 출력 결합형이라고도 함)과 출력 분할형(HST 출력을 유성 기어에 입력, 입력 결합형이라고도 함)으로 나뉜다. 일반적으로 저속에서는 출력 분할형이, 고속에서는 입력 분할형이 효율적이라고 알려져 있다.
  • 장점: 기존 HST 기술 및 부품 활용이 가능하고, 동력의 일부만 유압으로 처리하므로 HST의 핵심 부품인 유압 펌프/모터를 더 작게 만들 수 있다. 또한 큰 토크 전달에 유리하여 무게가 많이 나가는 차량에 적합하다.
  • 단점: 구조가 복잡하고 커지기 쉬워 크기, 무게, 비용 면에서 불리할 수 있으며, 유성 기어 자체에서 발생하는 동력 손실이 존재한다.


유성 기어를 이용한 HMT는 다양한 분야에서 활용되고 있다.

  • 농업 기계: 얀마는 2002년 HST와 유성 기어를 조합한 HMT를 이앙기와 트랙터에 적용했으며[86], 2009년에는 이를 개량한 I-HMT를 개발하여 탑재했다.[87] 이 I-HMT는 유압 펌프/모터 자체도 유체의 반 토크를 이용해 기계적인 동력 전달을 수행하는 구조를 가진다. 일본 국외에서는 매시 퍼거슨 트랙터에 Dyna-VT라는 이름으로 탑재되었다.
  • 군용 차량: 일본 육상자위대의 10식 전차는 출력 분할형 HMT를 채택했다. 이 방식은 3단 변속 기구와 결합되어 넓은 변속비 범위를 확보하고 엔진을 효율적인 회전수 영역에서 사용할 수 있게 하여, 기존 전차보다 엔진 크기가 작아졌음에도 운동 성능은 향상된 것으로 평가받는다.

3. 7. 하이브리드 전기

다수의 하이브리드 전기 자동차—예를 들어 토요타 프리우스, 닛산 알티마, 미쓰비시 아웃랜더, 포드 이스케이프 하이브리드—는 전기 모터와 내연 기관의 동력 기여도를 제어하기 위해 전기 무단 변속기(EVT, 때로는 eCVT라고도 함)를 사용한다. 이는 일반적인 CVT와 달리 엔진 외에 전기 모터로도 구동되며, 전통적인 CVT에서 사용되는 벨트 대신 유성 기어를 사용하여 출력을 결합하는 경우가 많다. 주목할 만한 예로는 토요타의 하이브리드 시너지 드라이브가 있다.

3. 8. 기타 유형

마찰 구동 변속기마찰 구동 방식은 20세기 초에 제작된 여러 차량 및 소형 기관차에 사용되었으며, 대표적으로 램버트와 메츠 자동차가 있다. 오늘날에는 주로 제설기에 사용된다. 이 변속기는 회전하는 입력 디스크의 표면을 가로질러 이동하는 출력 디스크로 구성된다. 출력 디스크가 자체 반지름과 동일한 위치에 있을 때 구동비는 1:1이 되며, 입력 디스크의 중심으로 이동시키면 구동비를 무한대(출력 디스크 정지 상태)로 만들 수 있다. 또한, 출력 디스크를 입력 디스크의 중심을 지나 반대편으로 이동시키면 출력 방향을 반대로 바꿀 수도 있다. 초기 플리머스 기관차의 변속기가 이 방식으로 작동했으며, 마찰 디스크를 사용하는 트랙터의 경우 후진 속도 범위는 일반적으로 제한적이었다.[28]
토로이달 CVT마찰 구동 변속기를 고도로 발전시킨 형태로 볼 수 있다. 입력축에 연결된 원반(인풋 디스크)과 출력축에 연결된 동일한 형태의 원반(아웃풋 디스크)을 마주 보게 하고, 각 디스크 사이에 여러 개의 파워 롤러(전륜) 외주 부분을 강한 힘으로 끼워 동력을 전달한다. 파워 롤러의 경사각을 변화시키면 두 디스크의 회전수 비가 변화하여 가변적인 변속비를 얻을 수 있다. 이러한 착상은 오래전부터 있었지만, 매우 높은 압력 하에서 마찰과 윤활을 동시에 만족시키면서 정밀하게 작동해야 하므로 실용화는 매우 어려웠다.

실용화된 사례로는 닛산이 지야토코, 일본정공(NSK), 이데미츠 흥산과 함께 개발하여 1999년에 발표한 '하프 토로이달 방식'과 영국의 트로트랙이 광양정공과 함께 개발하여 2003년에 발표한 '풀 토로이달 방식'이 있다.[66] 두 방식의 주요 차이는 입·출력 디스크의 모양과 파워 롤러와의 접촉 방식이다. 풀 토로이달 방식은 움푹 들어간 디스크로 원반형 파워 롤러를 끼우는 반면, 하프 토로이달 방식은 깔때기 모양의 디스크에 구형 파워 롤러를 밀어 넣어 구동한다.[67] 풀 토로이달 방식은 '선'으로 접촉하는 원반형 파워 롤러를 사용하는데, 롤러 두께 때문에 각 디스크에 접촉하는 위치의 반경에 차이가 생겨 강제적인 미끄러짐(스핀 손실)이 발생할 수밖에 없다. 반면 하프 토로이달 방식은 거의 '점'으로 접촉하는 구형 파워 롤러를 사용하여 전달 효율이 높고 스핀 손실도 거의 없어 이상적인 방식에 가깝다고 여겨진다. 하지만 하프 토로이달 방식은 파워 롤러를 항상 강한 힘으로 눌러야 하므로 축받이 부분에서 토크 손실이 크기 때문에, 실제 효율은 두 방식이 거의 비슷하다고 평가된다.[68]

그러나 풀 토로이달 CVT는 제품화되지 못했고, 유망해 보였던 하프 토로이달 CVT 역시 전체적인 전달 효율[69]과 비용 문제[70]로 인해 자동차용으로는 두 가지 모델[71]만 생산된 후 단종되었다. 자동차 외 용도로는 고정익 초계기인 P-1에 탑재되는 가와사키 중공업 항공우주 시스템 컴퍼니제의 일정 주파수 발전 장치 "T-IDG"에 사용되고 있다.[72][73]

토로이달 CVT의 실용화는 고압 하에서 점도가 높아지는(유리 전이) 특수한 '트랙션 오일'을 통해 동력을 전달하는 트랙션 드라이브 형식을 채택함으로써 가능해졌다. 트랙션 드라이브 자체는 산업 기계의 감속기 등에 사용되고 있으며, 자동차 관련 분야에서는 애프터마켓용 원심식 슈퍼차저의 증속기에도 사용된다. 트랙션 오일은 일반적인 차량용 오일(엔진 오일, 기어 오일, ATF, CVTF 등)과는 기유의 분자 구조가 달라 반드시 전용 제품을 사용해야 한다.
자기식 CVT여전히 개발 중인 방식으로, 비접촉식 자기 커플링을 사용하여 토크를 전달한다.[29] 이 디자인은 영구 자석 두 개와 그 사이에 강철 극 조각 링을 사용하여 자석을 이용한 유성 기어 세트와 유사한 구조를 만든다.[30] 기계식 CVT 시스템에 비해 연료 소비를 3~5% 정도 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.[30]

4. 장단점

연속 가변 변속기(CVT)는 기어를 단계적으로 바꾸는 대신 연속적으로 기어비를 조절하여 엔진의 효율을 높이고 부드러운 주행감을 제공하는 장점이 있다. 특히 연비 향상에 기여할 수 있다.[3] 하지만, 기존 변속기와 다른 독특한 작동 방식으로 인해 운전자가 이질감을 느낄 수 있으며, 초기 모델에서는 성능이나 내구성에 대한 문제점이 지적되기도 했다. 또한, 가속 시 엔진 회전수가 일정하게 유지되는 특성은 일부 운전자에게 어색하게 느껴질 수 있다.

자세한 장점과 단점은 아래 하위 문단에서 설명한다.

4. 1. 장점

연속 가변 변속기(CVT)는 다음과 같은 여러 장점을 가진다.

  • 연비 향상: 엔진이 가장 효율적인 분당 회전수(RPM)에서 작동하도록 회전력을 유지시켜 엔진 효율을 극대화하며, 이는 결과적으로 연비 향상으로 이어진다.[3] 벨트 구동 방식 CVT의 경우 약 88%의 효율성을 가지는데, 이는 수동변속기보다 다소 낮지만, 엔진을 항상 최적의 상태로 작동시킬 수 있어 연비 면에서 유리하다.[3]
  • 부드러운 주행: 기어를 단계적으로 바꾸는 방식이 아니므로, 변속 시 차량이 잠시 주춤했다가 다시 움직이는 듯한 변속 충격이 없다. 덕분에 매우 부드러운 주행이 가능하다.
  • 경제성: 구조가 비교적 단순하여 생산 비용이 적게 들고, 고장률이 낮으며 수리 비용도 적게 드는 경향이 있다.
  • 구조적 이점: 다른 종류의 변속기에 비해 움직이는 부품(유동 부품) 수가 약 25% 적다. 또한, 일반적인 자동변속기보다 변속기 오일 소모량이 적다.
  • 출력 활용: 연비를 중시할 뿐만 아니라, 필요에 따라 엔진이 최대 출력을 내는 RPM으로 고정하여 주행하는 것도 가능하다.

4. 2. 단점


  • 초창기의 CVT 차량들은 성능이 낮았다. 예를 들어, 포드 피에스타 1.1 CTX는 도심 주행 시 수동변속기 차량보다 8.2% 더 연료를 소모했다.
  • CVT는 주행이 매우 부드럽지만, 이러한 특성이 운전자들에게 이질감을 느끼게 할 수 있다. 대부분의 운전자들은 차량이 움직일 때 변속 충격을 기대하기 때문에, CVT의 경우 엔진 출력이 낮다는 인식을 주기 쉽다. 일부 모델에서는 CVT 제어 소프트웨어를 통해 변속 충격을 인위적으로 재현하기도 한다.
  • CVT는 가속 시에도 일정한 분당 회전수(RPM)를 유지하는 경향이 있어, 운전자가 가속 페달을 밟아도 엔진 소리의 변화가 거의 없다. 이 때문에 일부 운전자들은 엔진 출력이 약하다고 느끼거나 혼란스러워할 수 있다.
  • 오르막길에서 브레이크를 밟고 있다가 출발할 때 RPM이 급격히 상승하며 급출발하는 현상이 발생할 수 있다. 심한 경우 과속방지턱을 넘을 때도 RPM이 급증하기도 한다.
  • 마찰식 CVT의 경우, 특유의 금속성 소음이 발생할 수 있다.

5. 응용 분야

2000–현재 토요타 K CVT


=== 승용차 ===

CVT를 사용한 최초의 양산차는 1958년 네덜란드의 DAF 600이었다.[35] 이 차량의 Variomatic 변속기는 DAF와 볼보가 1980년대까지 생산한 여러 차량에 사용되었다.[36]

1987년에는 최초의 전자 제어 강철 벨트 CVT인 'ECVT'가 스바루 저스티에 옵션 변속기로 도입되었다.[37][38] 스바루는 이후 렉스 경차에도 CVT를 적용했으며,[39] 닛산 마치, 피아트 우노, 판다 등 다른 제조사에도 CVT를 공급했다.[40] 같은 해 포드 피에스타와 피아트 우노에도 강철 벨트 CVT가 도입되었다.

1996년 6세대 혼다 시빅은 토크 컨버터 대신 다판 클러치를 사용하는 풀리 기반의 '혼다 멀티 매틱'(HMM) CVT를 선보였다.[41] 이후 CVT는 1998년 닛산 큐브, 1999년 로버 25, 1999년 아우디 A6 등 여러 모델로 확산되었다.[42]

1999년 닛산 세드릭 (Y34)은 풀리 기반 설계 대신 토크 컨버터를 통합한 토로이달 CVT를 사용했으며, '닛산 엑스트로이드'로 판매되었다. 닛산은 2003년에 풀리 기반 CVT로 전환했다.[43] 닛산 알티마에 사용된 CVT는 다른 벨트 CVT보다 더 높은 토크 부하를 처리할 수 있는 것으로 알려졌다.[44]

2019년 Toyota Corolla (E210)는 CVT 풀리와 함께 물리적인 "런치 기어"를 사용하는 CVT를 도입했다. 25mph 이하의 속도에서는 런치 기어가 가속을 돕고 CVT의 부담을 줄이며, 그 이상의 속도에서는 CVT로 전환된다.[45]

CVT에 대한 마케팅 용어로는 "Lineartronic" (스바루), "Xtronic" (Jatco, 닛산, 르노), INVECS-III (미쓰비시), Multitronic (폭스바겐, 아우디), "Autotronic" (메르세데스-벤츠), "IVT" (현대, 기아) 등이 있다.

=== 경주용 자동차 ===

미국에서는 1970년대 초부터 포뮬러 500 오픈휠 자동차 경주 차량에 CVT가 사용되었다.[100] 그러나 포뮬러 원에서는 1994년 연구 개발 비용 증가와 드라이버의 개입 수준 유지 등을 이유로 CVT 사용이 금지되었다.[46][100] WRC(월드 랠리 챔피언십)에서는 2000년 말 CVT 채용이 인가되었지만,[101] 실제로 이를 채용한 제조사는 없었다.

=== 소형 차량 ===

설상차, 골프 카트, 모터 스쿠터와 같은 소형 차량에는 일반적으로 고무 벨트를 사용하는 풀리 방식 CVT가 널리 사용된다. 이는 기계적 단순성과 사용 편의성이 상대적인 효율성 단점을 상쇄하기 때문이다. 일부 모터 스쿠터에는 공회전이나 후진 시 도움이 되는 원심 클러치가 포함되어 있다.[47]

1974년 로콘 RT340 TCR 자동 오프로드 오토바이는 설상차용 CVT를 장착했으며, CVT가 장착된 최초의 ATV는 1985년 폴라리스 트레일 보스였다.

=== 농업 및 토목 장비 ===

콤바인은 1950년대 초부터 가변 벨트 구동 방식을 사용해왔다. 많은 소형 트랙터와 자가 추진 잔디 깎는 기계 역시 가정 및 정원용으로 간단한 고무 벨트 CVT를 사용한다. 더 큰 장비에서는 유압식 CVT가 더 흔하게 사용된다. 농업 및 토목 장비에서 CVT는 엔진 속도와 관계없이 장비의 전진 속도를 조절할 수 있게 하여, 작업자가 작물의 두께 변화 등에 따라 속도를 조절하며 작업 효율을 높일 수 있도록 돕는다.

유압식 CVT는 소형에서 중형 농업 및 토목 장비에 사용되며, 기계적 효율 손실은 작동 효율성 향상으로 상쇄된다. 예를 들어, 토목 장비에서는 전진-후진 전환 시간이 단축된다. CVT는 이동 속도 제어뿐 아니라, 독립적인 CVT를 통해 조향에 필요한 속도 차이를 공급하여 스키드 조향 방식의 단점을 보완하며 조향을 수행하는 데 사용되기도 한다.

1965년형 휠 호스 875 및 1075 정원 트랙터는 유압식 CVT가 장착된 최초의 차량 중 하나였다. 1996년형 ''펜트 바리오 926''(Fendt Vario 926)은 유압식 CVT와는 다른 IVT(Infinitely Variable Transmission) 변속기를 장착한 최초의 대형 트랙터였으며, 이 변속기를 장착한 트랙터는 10만 대 이상 생산되었다.[48]

=== 발전 시스템 ===

CVT는 1950년대부터 항공기 전력 발전 시스템에 사용되어 왔다. 플라이휠이 장착된 CVT는 속도 조절기로 사용되기도 하는데, 풍력 터빈과 같은 엔진과 전기 발전기 사이에 위치한다. 엔진 출력이 충분할 때는 발전기가 CVT에 직접 연결되어 엔진 속도를 조절하고, 출력이 낮을 때는 발전기를 분리하고 에너지를 플라이휠에 저장했다가 필요할 때 간헐적으로 전기를 생산한다.

=== 기타 ===

일부 드릴 프레스 및 밀링 머신은 척의 속도를 제어하기 위해 간단한 벨트 구동 CVT 시스템을 사용한다.[49] 이 시스템에서는 핸드 휠을 조작하여 출력 풀리의 유효 직경을 조절함으로써 속도를 변경한다.

윈치와 호이스트 역시 CVT의 응용 분야이며, 특히 저항 토크에 따라 변속비를 조절하는 데 유용하다.

CVT 기어를 갖춘 자전거도 있었으나 상업적인 성공은 제한적이었다. 8단 변속기에 해당하는 기어 범위를 제공했지만,[50] 자전거 무게를 상당히 증가시키는 단점이 있었다.[51] 그러나 전기 자전거의 등장으로 CVT가 다시 주목받고 있다. 핸즈프리 방식의 연속적인 무단 변속과 낮은 유지보수 필요성은 통근용이나 도시형 전기 자전거에 매력적인 요소로 작용한다.[52][53][54] 상업적으로 사용 가능한 전기 자전거용 CVT로는 ratioX 및 e2 Drives 등이 있다.

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[83] 문서 例に挙げるとホンダのHMTではモーター側を可変容量、ヤンマーのI-HMTではポンプ側を可変容量としている
[84] 문서 シリンダーを内蔵するブロックはホンダのHMTでは出力軸、ヤンマーのI-HMTでは入力軸と繋がっている。
[85] 문서 HSTの場合、可変容量ポンプ/モーターの斜板の傾きを反転する事で逆転が可能。
[86] 문서 ただしVP4には従来の「GPシリーズ」から引き継がれた乾式クラッチ併用の樹脂ベルト式CVTが搭載された。
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