자동차 전문 이야기 - 토크 컨버터의 구성요소와 원리

자동차에 조금이라도 관심이 있다면 수동 변속기에서 엔진이 클러치를 통해 변속기와 연결되어 동력을 연결 및 해제하는 역할을 한다는 것을 대부분 알고 있을 것입니다. 그러나 자동 변속기 차량은 엔진과 변속기를 분리하여 주는 클러치가 존재하지 않습니다. 자동 변속기 차량도 수동 변속기 차량과 마찬가지로 엔진과 변속기 사이의 동력을 연결 및 해제의 역할을 할 수 있는 장치가 필요하기에, 토크 컨버터가 수동 변속기의 클러치와 같은 역할을 수행합니다. 토크 컨버터는 엔진과 변속기가 각자 독립적으로 회전 할 수 있도록 역할을 하는 일종의 유체 커플 링 입니다. 차량이 정지 신호에서 D(주행)기어로 아이들링 시 엔진의 동력을 유지하기 위하여 토크 컨버터의 유체가 작은 압력을 유지하게 됩니다. 그래서 D(주행)기어가 체결된 상태라면 신호 대기시와 같이 차량 정지 상태에서도 브레이크를 밟고 있지 않으면 차량이 앞으로 서서히 움직이게 됩니다. 차량이 정지 상태에서 출발 할 경우 완전히 멈추어 있는 유체를 빠르게 회전시키는 것보다 조금씩 회전하고 

있는 유체를 빠르게 회전시키는 것이 동력 손실도 더 적을 것입니다. 

토크 컨버터의 구성요소와 원리

토크 컨버터의 내부

토크 컨버터의 단단한 하우징 내부에는 펌프, 터빈, 스테이터, 변속기 오일 4가지 구성요소가 존재합니다. 토크 컨버터의 하우징은 엔진의 플라이휠에 연결되어 볼트로 고정되어 있습니다. 토크 컨버터 내부의 펌프는 원심 펌프중 한가지 유형입니다. 세탁기를 예로 들어보면, 세탁기에서 탈수 과정이 진행될때 세탁기 통이 빠르게 회전하면서 원심력에 의해 물들이 바깥쪽으로 날아가게 됩니다. 유체가 바깥쪽으로 날아가게 되면서 가운데에서 더 많은 유체를 끌어들이는 진공이 생성됩니다. 그러면 유체는 변속기에 연결되어 있는 터빈의 블레이드로 들어가게 됩니다. 터빈은 변속기를 회전시켜 자동차를 움직이게 합니다. 

스테이터

스테이터는 토크 컨버터의 가장 중앙에 위치해 있습니다. 스테이터의 역할은 터빈에서 돌아오는 유체가 펌프에 다다르기 전에 방향을 바꾸는 역할을 합니다. 유체는 터빈 러너에 힘을 작용한 후 하우징과 블레이드에 따라 흐르며, 엔진 회전 방향과 반대 방향으로 역류하려는 유체를 터빈 러너가 흡수하게 됩니다. 터빈 러너에서 엔진 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 유체가 펌프 임펠러 안쪽으로 계속 유입이 된다면 엔진 회전 방향과 반대 방향으로 펌프 임펠러의 날개를 치게 되어서 펌프 임펠러의 힘이 감소하게 됩니다. 이를 방지하기 위하여 펌프 임펠러와 터빈 러너 사이에 스테이터를 설치합니다. 이러한 역할은 토크 컨버터의 효율성을 극적으로 증가시킵니다. 

토크 컨버터의 장단점

엔진을 멈추지 않고 차량을 완전히 멈출 수 있도록하는 작업 이외에도 토크 컨버터는 실제로 정지에서 가속 할 때 차량에 더 많은 토크를 발생시킵니다. 요즘의 토크 컨버터는 엔진이 변속기보다 빠르게 회전 할 때 엔진 토크를 2~3배로 늘릴 수 있습니다. 하지만 속도가 더 빨라지게 되면 변속기가 엔진의 속도를 따라잡아 결국엔 거의 비슷한 속도로 움직이게 됩니다. 변속기와 엔진의 속도 차이는 동력이 낭비되고 있다는 것을 의미합니다. 이러한 동력 낭비는 자동 변속기 차량이 수동 변속기 차량보다 연비가 좋지 않은 이유 중에 하나입니다. 하지만 토크 컨버터는 동력을 차단하지 않고도 변속이 가능하며 변속 중에 발생하는 급격한 토크 변화와 구동축에서의 급격한 하중 변화에도 큰 충격없이 부드럽게 흡수 할 수 있습니다.