by TIMO
2003. 2. 3
ZF Getriebe GmbH(독일 Saarbrücken 소재, GmbH는 Limited Company(유한회사)의 독일어 약어)는 자동변속기 개발의 선두를 달리고 있는 회사로 널리 알려져 있습니다. 그러나 자동차용 자동변속기 뿐만아니라 자동차ㆍ항공기ㆍ선박의 새시, 드라이브라인, 고성능 서스팬션 부품의 개발과 생산에서도 단단한 입지를 굳히고 있는 곳입니다.
국내에서는 대우자동차 모델(예: 레간자)에, 해외에서는 Audi(예: A6 2.7), BMW(예: 745L) 등 유명 모델과 군용 궤도차량에 이르기까지 널리 사용되고 있습니다.
아래 그림은 2000년 ZF가 처음으로 상용화 생산을 개시한 6- HP-26 모델입니다. 이것은 특별한 방식의 유성기어 조합에 의해 6단 자동 변속이 가능한 모델로서 444 ft-lbs라는 토크를 견딜 수 있도록 설계되어 있다고 합니다. 보통 3000cc 미만 가솔린 엔진에서는 기껏해야 200 ft-lbs 정도가 고작이므로 세단형 차량에 있어서 444 ft-lbs는 충분한 가용 폭을 갖고 있다고 할 수 있습니다.
비교대상 : ’00 티뷰론 2.0L은 133 ft-lbs, ’99 Firebird 5700cc는 335ft-lbs, ’00 Acura NSX 3200cc는 224ft-lbs임
일반적으로 자동변속기의 기어 단수가 증가할 수록 차량의 운용 여건에 따른 적절한 변속이 가능하므로 연비가 향상되고 운동특성이 좋아집니다. 초기에는 연비가 큰 문제가 되지 않는 소형 차량의 경우 3단 유압식 자동변속기를 사용하다가 1990년을 전후로 4단 변속기가 주종을 이루고 최근에는 고급형 모델 부터 5단 변속기가 점차적으로 적용되고 있습니다.
이 과정에서 단순한 유압 제어방식에서 변속기 솔레노이드와 Control Module을 이용한 전자제어로 방식이 변천되었고, 최근에는 단순한 전자제어에서 Fuzzy Control (운전자의 운전 습관에 맞도록 자기학습을 하는 형태) 시스템이 도입되고 있으며 Sports Mode (“+”, “-“로 수동식 운전이 가능한 형태)가 부가되고 있습니다.
동 변속기의 특이점은 1) 정지상태에서 토크컨버터가 물리적으로 완전히 분리된다, 2) 유성기어의 혁신적인 조합에 의해 부수적으로 변속기 중량을 줄이고 Loss를 최소화 시킨다, 3) 기어의 변속범위를 넓힌 만큼 각 단수의 변환시간이 짧아짐으로인해 변속 잡음과 출력 손실을 최소화시킬 수 있다 로 요약됩니다.
이러한 신개발은 단순히 기어 조합을 늘이는 것 외에도 이를 지원하는 유압 및 전자제어 시스템의 개발이 선행되어야 하는 것입니다. 2002년 현재 ZF사는 225 ~ 555 ft-lbs까지 다양한 적용이 가능한 모델들을 개발 중에 있다고 합니다. 한 가지 주의할 것은, ZF 外의 기업들에서 이러한 高 단수형 변속기를 개발할 기술이 없다기 보다는 실용화라는 관점에서 저울질을 하고 있는 것으로 이해해야 한다는 것입니다.
조금은 낮설은 이 독일 회사의 수동 변속기는 미국 GM, Ford Truck, Detroit Diesel (세계적으로 유명한 대형트럭 생산업체) 모델에도 적용이 되어 있습니다. 예를 들어 Ford의 경우는 1987년 이후 부터 F250, F350, Super Duty와 같은 견인력 위주로 설계된 강한 엔진 토크를 가진 중대형 트럭에 사용하였는데, 이는 그 유명세 만큼 내구력이 뛰어나다는 반증이 되고, 1994년부터 이 회사가 인수한 Mazda의 “626” 북미형 모델에는 Ford-ZF의 합작회사인 “ZF Batavia”에서 만든 변속기가 장착된다고 합니다..
또한 대우가 ’95년 이후 수출형 모델(Espero, Siero, Lanos, Nexia)에 GM의 “4T40E” 변속기를 사용하면서 수출형 트럭에는 ZF제 변속기를 사용하였다는 것은 적어도 Heavy Duty 부문에서는 ZF가 그 만큼 절대적인 인정을 받고 있다는 이야기가 됩니다.
ZF Manual Transmission 분해도
구조와 기능에 별다른 것이 없다면 눈에 보이지 않는 특이점이 있다는 것임
다음은 해외 사이트에 게시된 내용으로 Corvette에 장착된 ZF제 6단 수동변속기 테스트 결과입니다. 구형 변속기로 시속 230마일(약 370km/h의 속도)로 달린 후에도 별다른 문제가 없었다고 합니다.
Our mission is to provide the absolute best performing, strongest and most reliable ZF S6-40 6 speed manual transmission available. We balance and blueprint every unit. Race proven to 220+ mph, our super-duty Open Road Racing ZF 6 speed prototype is running in the 3rd seasons of ORR racing. In the first race of the first season the transmission was subjected to a blown engine, the #8 piston exited thru the side of the engine block. A stronger motor was built and the transmission reinstalled with out any service check. On the last ORR event of the second season, The Haus of Pazza Corvette driven by owner Rick Doria set a new public speed record of 227 mph through one of the course speed traps. During the same race, on-board telemetry indicated a top speed of 230 mph. The transmission was disassembled, condition accessed and reassembled after no problems found. In season three during the first race, the Haus of Pizza Corvette was severely damaged when the left rear tire blew out at 205 mph. The vehicle rolled over twice, landing upright still at speed and controlled down to a full stop. Thanks to a full roll-cage and Rick’s skill, he and navigator Will White walked away unharmed. Another race car has been built and the same ZF transferred over into it. No service was performed on the ZF transmission other than transplanting it from one vehicle to the next. The durability test continues…
References
(1) Audi World
(2) ZF site
(3) ZR5 Performance
(4) Production Info.
(5) 5-HP-XX Series
(6) Bus & As-Tronics (pdf)
