행복남의 일상

배전기 [distributor]

점화플러그에 점화용 고전압을 분배하는 장치로 불꽃 점화기관 내부에서 각 실린더의 점화플러그에 점화용의 고전압 펄스를 순차적으로 전달한다.

자동차의 엔진 같은 불꽃 점화기관에서 실린더가 여러 개 있을 경우, 각각의 실린더에 점화용 고전압 펄스를 순차적으로 전달하는 역할을 하는 장치이다. 점화코일의 단속기(斷續器)에서 발생한 고전압 펄스는 배전기 중앙에 있는 배전자(配電子)의 회전에 의해서 그 주위에 배치된 점화플러그의 단자에 질서 있게 차례로 전달된다.

전달법에는 접촉형과 비접촉형이 있다. 접촉형은 배전자의 회전판 끝에 있는 탄소조각이 직접 단자 위를 미끄러지는 것이다. 비접촉형은 배전자의 끝과 단자의 사이에 약 0.5mm의 간극을 유지하는 것으로 많이 사용하는 방식이다.

이미지 출처: 네이버

배전기는 고압의 전기를 점화 코일로부터 받아 점화 순서대로 각 실린더의 점화 플러그에 전달하는 기능(배전부)과 엔진의 회전수와 부하에 따라 점화시기를 조절하여 주는 역할을 하며(진각부), 1차 전류를 차단하여(단속부) 점화 코일에서 2차 전압을 발생시키도록 하는 기능을 하고 있다.

배전기는 캠축의 헬리컬 기어에 의해 구동된다.

인젝터 등을 사용하는 배전기는 크랭크각 센서(NO.1 실린더 TDC 센서)에서 배전부까지로 되어 있다.

이번 시간에는 ‘자동차의 배전기’에 대하여 간단히 알아봤습니다. 자동차의 전기장치에 있어 점화플러그, 점화코일에 이어 배전기의 오늘의 포스팅이 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

점화 코일 [ignition coil]

축전지식 점화 장치에서 점화 플러그의 불꽃을 발생시키는 유도 코일로, 이그니션 코일이라고도 한다. 중앙에 두께 0.3mm의 규소 강판을 겹친 철심(鐵心)을 놓고, 위에 지름 0.5∼0.8mm의 에나멜선을 200∼500회 감아서 1차 코일로 하고, 다시 그 위에 0.06∼0.08mm의 에나멜선을 1,700∼3,000회 감아서 2차 코일로 한다. 이것을 케이스에 넣은 뒤 피치 또는 기름을 충전하여 절연(絶緣)하며, 그 절연 저항은 80℃에서 10MΩ 이상이 요구된다.

자동차의 점화코일 <이미지 출처: 네이버>

1. 엔진의 부조현상

운행 중 불현듯 RPM이 오르락 내리 락을 반복하면서 굉음이 난다든지, 주행 중 울컥거린다거나 또는 차체가 덜덜덜 떨리는 증상이 나타나고 심지어 시동이 꺼져버리는 경험들이 한 번쯤은 있으실 겁니다. 대부분의 운전자들이 차량 관리나 구조에 대해서는 지식이 부족하기 때문에 일반적으로 말하는 엔진 부조 현상이나 시동이 꺼지면 난감해질 수밖에 없습니다. 오늘은 전번 시간 점화플러그에 이어 전기 장치의 점화코일에 대한 엔진 부조 현상에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

엔진이 떨리거나, 차가 울컥거리거나, RPM이 요동치는 현상을 ‘엔진 부조’라 합니다. 엔진 부조 현상은 실린더 내에서 연료 폭발이 원활하지 못한 현상을 말합니다. 엔진은 동력을 얻기 위해 연료를 압축, 폭발시키는 일련의 행정이 일어나는 곳으로 최대의 효율로 동력을 만들기 위해서는 정해진 시점에 연료를 폭발시키는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 맵 센서, 산소 센서 등을 통해 수집한 정보를 토대로 ECU가 인젝터의 연료 분사 시점, 점화플러그의 발화 시점을 정확하게 지시해야 하는데, 이 과정에 문제가 생기면 엔진 부조 현상이 나타나게 되는 것입니다.

엔진 부조가 있을 때 느껴지는 가장 대표적인 증상들로는 아이들링 중 차체의 떨림 현상, 주행 시 차가 울컥거리며 튀어나갈 듯한 불안감, 엑셀을 밟는 타이밍과 가속 타이밍이 맞지 않는 느낌, 정차 시 엔진 회전수(RPM)가 불안정한 현상 등이 있습니다.

엔진 부조란? 차량 떨림의 가장 큰 원인이 되는 것으로 자동차가 구동을 하기 위해 연료 압축, 폭발을 일으켜 동력을 발생시키는 과정에서 실린더 내에서 연료 폭발이 원활하게 이루어지지 않아 발생하는 이상 현상을 말합니다.

2. 엔진 부조현상의 주요 원인 3가지

① 점화플러그나 점화코일

실린더 내에 압축된 혼합 가스에 스파크를 일으켜 발화시켜주는 점화플러그/점화코일의 문제가 생기면 점화 시기가 일정하지 않아 차량 떨림이 발생할 수 있습니다.

② 에어플로 센서

흡기 매니 폴더와 실린더 사이에 장착되어 공기량을 측정하는 에어플로 센서가 불량 상태일 경우 매니 홀더와 실린더 사이의 공기 유입으로 인하여 공회전 시 RPM이 불안정해지고 시동 시 따다다 하는 소음과 떨림 증상이 나타납니다.

③ ISC 모터

공회전시 적정한 RPM을 유지시켜주는 ISC 모터 (Idle Speed Control Motor)의 문제가 생기면 RPM이 불안정하며 우~웅 하는 소음이 함께 발생하게 됩니다.

3. RPM의 변동 유무에 따른 엔진 부조현상

엔진 떨림 현상의 원인을 계기판 RPM의 변동 유무에 따라서 이상 증상의 원인을 가늠할 수 있습니다. 몇 가지 RPM과 관련된 증상 원인에 대해 살펴보겠습니다.

① 스로틀 보디의 불량

차량의 시동을 걸었을 때 엔진 떨림과 함께 RPM이 불안정하게 움직인다면 스로틀 보디의 불량을 의심할 수 있습니다. 스로틀 보디에 카본 찌꺼기가 쌓일 경우 연료와 공기 혼합 조절 기능이 떨어져 연비 저하나 RPM이 불안정해질 수 있습니다.

② 점화코일이나 점화배선 불량

만일, RPM 변동이 심할 경우 점화코일이나 배선 불량을 점검해야 합니다. 점화코일의 문제가 발생하면 시동이 원활하지 않거나 엔진이 푸드득 거리는 현상이 나타나게 됩니다.

③ 인젝터 불량

디젤 차량일 경우 연료 분사 기능을 담당하는 인젝터의 손상이나 연료 필터의 수분 유입으로 인하여 엔진 부조 현상이 발생할 수 있습니다.

4. 전기문제로 인한 엔진 부조현상

이렇듯 여러 가지 엔진의 부조현상 중에 가장 빈도가 높은 것은 전기장치의 점화코일과 점화배선 점화플러그입니다.

① 시동을 걸었을 때 RPM 변동이 심하다면 점화코일 및 배선에 문제가 있음을 의심할 수 있습니다.

② 점화코일 및 배선에 문제가 생기면 시동이 원활하지 않고 엔진이 '털털' 거리는 느낌(찐빠라는 표현 많이 씁니다)이 들게 됩니다. 이 경우 차량 스캐너로 고장 부위를 발견할 수 있고, 메인 커넥터를 하나씩 분리해가면서 부조 여부를 확인하는 방법이 있습니다.

③ 엔진 떨림은 있으나 RPM 변동이 없다면 앞 시간에 다루었던 점화플러그의 이상이 있을 경우입니다.

④ 엔진의 점화플러그 미스 파이어(miss fire)로 차가 흔들리고 떨림이 느껴질 수 있습니다.

점화플러그(Spark fire)가 1~4번까지 4EA 있는데, 그 중 성능이 저하되어 점화시기를 제때 맞추지 못하는 것이 있다면 그 순간 엔진이 좀 떨리고 부조현상이 발생합니다.

이외에도 다양한 원인에 의해 엔진 부조 현상은 일어날 수 있습니다. 엔진의 부조 현상을 자가 진단 하기보다는 가까운 정비소에서 전문 정비사와 스캔을 통하여 고장 코드 스캔 결과 엔진 실화, 실화 불량 코드가 뜨는지 점검을 받으시기 바랍니다.

자동차는 소모품만 제때 갈아줘도 고장의 80%는 줄일 수 있다 했습니다. 오늘 알아본 전기 장치의 '점화코일'이 여러분들의 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

점화 플러그 [spark plug]

가솔린엔진에서 혼합가스에 점화하는 장치로 점화전(點火栓)이라고도 한다. 내연기관의 실린더헤드에 장착되어 있다. 전지(電池)를 접속한 1차코일을 단속하고 2차코일에서 발생한 고압전류를 점화플러그의 중심전극에 유도하여 실린더에 나사맞춤된 접지(接地) 쪽 전극 사이에 불꽃을 튕겨서 점화한다.

1. 점화 플러그의 역할

점화 플러그 이미지

자동차가 움직일 때 필요한 에너지는 엔진 내에서 연료와 공기의 혼합기가 폭발함으로써 만들어진다. 이러한 폭발이 일어나도록 불꽃을 발생시켜 주는 장치가 바로 점화 플러그(스파크 플러그)이다. 엔진의 종류에 따라 3기통이면 3개, 4기통이면 4개, 6기통이면 6개의 점화 플러그가 실린더마다 장착되어 있는데, 엔진 실린더의 내부는 폭발 행정마다 엄청난 고온의 열과 순간적인 불꽃이 발생하기 때문에 장기적으로 점화 플러그의 손상을 유발시킨다.

점화 플러그를 교체할 때는 모든 실린더의 점화 플러그를 동시에 교체하는 것이 일반적이고, 점화 플러그의 전기 흐름은 다음과 같다.

배터리의 전기 흐름 (차량 종류에 따라 다를 수 있음)

요즘에는 일반 점화 플러그보다 성능을 향상시킨 백금 점화 플러그를 기본 장착한 차량도 출시되고 있으며, 수명이 다해 교체할 때 아예 백금 점화 플러그로 교체하는 경우도 흔하게 볼 수 있다. 일반 점화 플러그의 표준교체 주기는 주행 거리 약 30,000~40,000km, 백금 점화 플러그의 교체 주기는 약 80,000km, 이리듐 점화 플러그의 교체 주기는 약 160,000km이다.

2. 점화 플러그의 정비 포인트

재질에 따른 수명편차가 심한만큼 운전자 입장에서는 자신의 자동차에서 사용하고 있는 점화 플러그가 일반 플러그인지, 백금 플러그인지 이리듐인지 미리 알고 있으면 경제적인 정비를 할 수 있어 좋다.

또한 점화플러그의 수명은 재질에 따라 편차도 크지만, 운전자의 급출발, 급가속의 운전습관이나 주행 환경에 따라 교체 시기는 달라질 수 있어 문제가 생기면 즉시 교체하는 소모품이 점화플러그이다.

① 토크 값

점화플러그는 직접 소비자인 운전자가 교체할 수도 있다. 초보자의 경우 사전에 충분한 준비와 정확한 교환 방법을 숙지하고 진행하거나, 정비소에 맡겨야 한다.

조립 시 유의사항은 타입에 따라 조임 토크에 차이가 있으니 확인하여 맞게 조립하여야 한다. 오버 토크가 되면 점화플러그가 파손되거나 노킹 현상이 발생되고, 토크가 약하게 되면 출력 및 연비 저하의 원인이 되니 토크를 정확히 맞추어야 한다.

② 열가

점화 플러그를 교환하기 위해 구매할 때는 내 차량에 맞는 제품(점화플러그)을 사용해야하기 때문에 내 차량에 장착되어있는 점화플러그의 품번을 확인, ‘열가를 확인하여 자신의 차량에 알맞은 제품’을 선택해야 한다.

이미지 출처: 네이버 

3. 점화 플러그의 열가(heat range) 확인하기

자동차는 종류마다 엔진의 배기량, 냉각 효과, 연료 소비율, 압축비 등이 다 다르기 때문에 점화 플러그의 종류도 열가(발생하는 열의 수치)에 따라 무척 다양하게 나뉜다. 점화 플러그의 열가 숫자가 높을수록 열을 방출하는 면적이 넓어 열의 방출이 빠른 냉형(cold type) 플러그로 분류하고, 열가의 숫자가 낮을수록 열의 방출이 느린 열형(heat type) 플러그로 분류한다. 그러므로 점화 플러그를 구매할 때는 ‘열가를 확인하여 자신의 차량에 알맞은 제품’을 선택해야 한다.

점화 플러그에 표기된 열가

[참고] 점화 플러그에는 플러그 타입, 열가, 나사산 직경 등이 표시되어 있는데, 숫자로 적혀 있는 것이 제품의 열가이다.

4. 점화 플러그의 불량 원인

정상인 점화 플러그를 살펴보면 절연 팁이 회백색이거나 회황색을 띠고 혼합비, 점화 시기 등이 정확한 것을 알 수 있다. 그런데 카본 오염, 윤활유에 젖어 있는 등 외관 오염이 심하다면 그 원인에 대한 정확한 진단이 필요하다.

① 카본에 의한 오염

혼합비 부정확, 에어 클리너 막힘, 점화플러그의 낮은 열가가 원인일 수 있다.

② 윤활유에 젖음

연소실에 과도한 윤활유의 유입이 원인이며 엔진 오일이 너무 많거나 피스톤링, 실린더의 과대 마모를 의심할 수 있다.

③ 전극이 부분적으로 녹음

연료 품질 불량, 점화 장치의 결함 등 과열에 의한 손상이 원인일 수 있다.

[참고] 점화 플러그는 가솔린, LPG 방식의 차량에서만 사용되며, 디젤 차량은 점화 방식이 다르기 때문에 점화 플러그가 필요 없다.

5. 점화플러그의 교체시기를 알 수 있는 증상

① 시동이 시원하게 걸리지 않는다.

② 공회전(차량 정지 중 엔진회전) 중에 시동이 꺼질듯한 덜컹거리는 소리가 발생한다.

③ 가속페달을 끝까지 밟아도 차량은 신속히 가속되지 않는다.

④ 주유비가 갑자기 증가하였다.(연비하락)

-플러그는 고온 고압 상태에서 초당 50∼60회의 불꽃을 내는데 이런 상태가 지속되면 전극이 마모되어 성능이 떨어진다.

-플러그를 새 것으로 교체하면 엔진의 응답성이 좋아지고 저온에서도 시동이 잘 걸린다.

-차종에 알맞은 제품(열가)을 사용해야 떨림이나 엔진부조 같은 부작용을 막을 수 있다.

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5. 점화 플러그 교체 과정

① 자동차의 시동을 끄고 열쇠를 키 박스에서 완전히 빼낸다.

[주의] 점화 플러그를 교체하다가 엔진 내부에 이물질이 유입되면 엔진에 치명적인 손상을 줄 수 있으니 매우 주의해야 한다.

② 보닛을 열고 라쳇 렌치를 이용하여 엔진 커버 고정 볼트를 푼다.

③ 엔진 커버를 위쪽 방향으로 들어 올려 엔진과 분리한다.

④ 점화 코일의 위치를 확인한다.

⑤ 점화 코일에 결합되어 있는 배선 커넥터를 분리한다.

⑥ 라쳇 렌치를 이용하여 점화 코일 고정 볼트를 시계 반대 방향으로 풀어 제거한다.

⑦ 점화 코일을 엔진으로부터 분리한다.

⑧ 라쳇 렌치를 이용하여 점화 플러그를 시계 반대 방향으로 풀어서 빼낸다.

⑨ 새 점화 플러그로 교체한다.

⑩ 조립은 분해의 역순으로 하면 된다. 새 점화 플러그를 결합한다.

⑪ 점화 코일을 다시 결합하고 고정 볼트를 잠근다.

⑫ 점화 코일에 배선 커넥터를 결합한 후 엔진 커버를 결합하고 2개의 헤드 커버 고정 볼트를 잠근다.

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이번 시간에는 ‘자동차의 점화플러그’에 대하여 간단히 알아봤습니다. 자동차를 운전하면서 의외로 점화플러그의 존재를 모르는 운전자들이 많다. 점화플러그는 가솔린과 LPG 엔진에서는 잊어서는 안되는 ‘중요한 소모품’이다. 교체주기에 도달하지 않더라도 오늘의 포스팅이 도움 되어 문제가 생기기 전, 이상 증상이 보일 경우 점검하고 교체하여 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

제동장치의

제3브레이크 [Retarder and engine brake]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 스물두 번째 시간으로 ‘제3 브레이크의’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

마찰 브레이크가 마찰부의 마멸을 통해서 제동작용을 하는 데 반하여, 제3브레이크(＝감속 브레이크)는 마멸이 없이 제동에너지를 열에너지로 변환시킨다.

감속브레이크는 자동차가 주행하는 동안에만 작동효력이 있다. 감속브레이크는 특히 긴 언덕길을 내려갈 때, 제동작용을 하여 주제동브레이크의 부하를 감소시켜, 주제동브레이크를 보호하는 기능을 한다. 때로는 정상적인 감속을 위해 주제동브레이크 대신에 사용할 수도 있다.

감속브레이크에는 엔진 브레이크, 와전류 감속기, 유압 감속기, 공기저항 감속기 등이 있으며, 감속브레이크가 작동될 때에도 제동등을 점등시킬 수 있다.

1. 엔진 브레이크 [engine brake]

언덕길을 저속기어로 내려갈 때, 또는 타행주행 중에 연료분사를 중단시키면 기관은 구동륜에 의해 구동되어 제동효과를 발생시킨다. 이 효과는 저속에서보다는 고속에서 더욱 효과적이다.

또 하나의 방법은 기관의 행정과 압축을 관련시켜, 엔진브레이크 효과를 극대화시킬 수 있다.

1) 단계 1

레버를 조작하면, 압축실에 설치된 콘스탄트(constant) 스로틀이 공기압에 의해 열린다. 압축행정 중에는 소량의 공기만이 보조밸브를 통해 배기관으로 배출된다. 즉, 압축일을 엔진 브레이크일로 변환시킨다. 잔류 압력은 상사점에서 배출시켜, 압축된 공기에 의해 피스톤이 가속되는 일이 발생하지 않게 한다.

2) 단계 2 : 콘스탄트(constant) 스로틀 및 배기 플랩(flap) 브레이크

배기플랩 브레이크 <이미지 출처: 네이버>

기관에 근접한 배기관에 추가로 설치한 플랩을 닫으면, 배기가스의 배압에 의해 추가로 제동효과가 발생한다. 배기플랩을 닫을 때는 동시에 연료분사도 중단한다. 배기플랩의 조작은 운전자가 3-방향 솔레노이드밸브를 작동시켜, 배기플랩에 연결된 오퍼레이팅 실린더를 압축공기로 조작하는 방법을 주로 이용된다.

2. 와전류 브레이크 [eddy current brake]

공랭식 와전류 브레이크는 스테이터(stator), 로터(rotor) 및 여자코일(field coil)로 구성되어 있다. 2개의 원판형의 로터는 변속기 출력축과 종감속장치 사이의 추진축에 설치, 고정되어 있다. 따라서 로터는 추진축과 같은 속도로 회전한다. 그리고 여자 코일은 스테이터와 함께 2개의 원판형 로터 중간에 설치, 차체에 고정되어 있다.

와전류 브레이크 <이미지 출처: 네이버>

코일에 전류를 공급하면, 자장이 형성된다. 이 자장 속에서 로터를 회전시키면, 와전류가 발생되어 자장과의 상호작용에 의해 로터에 제동력이 작용하게 된다. 이때 로터에는 많은 열이 발생하게 되는데, 이 열은 로터에 설치된 에어 블레이드(air blade)를 통해 대기 중으로 방출된다. 와전류 브레이크는 축전지로부터 여자코일에 공급되는 전류를 변화시켜 제어한다.

와전류 브레이크는 구조는 간단하지만 무게가 비교적 무겁다. 그리고 정상적인 작동상태를 유지하기 위해서는 축전지와 발전기가 정상적이어야 한다. 또 로터가 과열되면 제동력은 감소한다.

3. 하이드로-다이내믹 브레이크 [hydrodynamic brake(retarder)

이 브레이크의 구조는 유체클러치와 같다. 설치위치는 와전류 브레이크와 마찬가지로 변속기와 종감속/차동장치 사이의 추진축에 설치된다. 스테이터는 차체에 고정되어 있고, 로터는 추진축 또는 디퍼렌셜에 의해 구동된다. 추진축이 회전하면 로터도 회전한다. 이 기계적 에너지는 로터에 의해 유체의 운동에너지로 변환된다. 유체의 운동에너지는 스테이터에서 열로 변환되어 외부로 방출된다. 즉, 로터의 제동에너지를 유체의 마찰을 이용하여 열에너지로 변환시켜 외부로 방출한다. 동작유체는 로터에 의해 가속되고, 스테이터에 의해 감속된다.

유압펌프로 동작유체의 유입량을 변화시켜 제어한다. 동작유체 발생된 열은 엔진의 냉각수를 거쳐 열교환기에서 대기로 방출된다.

하이드로-다이내믹 브레이크 <이미지 출처: 네이버>

4. 공기저항 감속브레이크 [air resistance retarder]

경주용 자동차나 스포츠카에서는 제동시에 공기저항을 증가시키는 방법으로 주제동브레이크의 부하를 감소시키는 방식을 이용하기도 한다.

차량 외부의 적당한 위치에 디플렉터(deflector)를 설치하여, 제동 중에 이 디플렉터를 크게 펼치면, 디플렉터에 작용하는 공기의 저항에 의해 자동차는 추가 제동력을 확보하게 된다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 스물두 번째 마지막 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘제3 브레이크’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 이상으로 알아본 자동차의 제동장치의 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

제동장치 압축공기 브레이크의

3. 공기압-유압 혼합식 브레이크 시스템

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 스물한 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 혼합식과 전자식’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

이 형식의 브레이크시스템은 대부분 피견인차(trailer)를 견인하지 않는, 최대 허용하중 6t~13t까지의 중형 상용자동차 및 버스, 코치(coach) 등에 사용된다.

1) 공기압-유압 혼합식의 장점

제동력을 유압을 통해 전달하기 때문에 다음과 같은 장점이 있다.

① 부품의 크기는 작으나 큰 제동압력을 얻을 수 있다.

② 임계시간(threshold peak)이 짧으며, 브레이크의 반응속도가 빠르다.

2) 구조(design)

① 압축공기 공급시스템은 압축공기 브레이크 시스템용으로서 4개의 공급회로를 갖추고 있으나, 공기탱크는 2개만 사용한다.

② 주제동브레이크 밸브는 탠덤-마스터실린더의 부스터-실린더를 공기압으로 제어한다. 탠덤-마스터실린더는 ALDBFR을 거쳐 휠 실린더를 유압으로 작동시킨다.

③ 주차브레이크 및 보조브레이크밸브는 후차축의 스프링-부하된 액추에이터를 공기압으로 제어한다. 별도의 링키지를 사용하지 않는다.

4. 전자제어 압축공기 브레이크 시스템

ABS 시스템에 대해서는 유압 브레이크 시스템에서 자세하게 설명하였으므로, 여기서는 생략한다. 피견인차를 견인하는 차량에서는 피견인차 ABS용 커넥터를 갖추고 있다.

TCS 폐회로 제어에는 브레이크를 제어하는 경우와 기관을 제어하는 경우로 구분할 수 있다.

브레이크를 제어하는 경우에는 일정 주행속도(예 : 약 30km/h)에서부터 제어를 시작한다. 기관을 제어하는 경우에는 대부분 분사량을 제어하는 기술을 사용한다.

5. EBS의 주요 기능 [Electronic Brake System]

EBS는 전자제어식 압축공기브레이크의 최신 버전으로서, 시스템의 주요 기능은 다음과 같다.

① 전자제어식 브레이크

제동거리를 단축하고, 브레이크 라이닝의 수명을 연장한다.

② 통합식 커플링 포스 제어(integrated coupling force control)

제동 중 견인차와 피견인차 사이의 커플링 포스(coupling force)가 실질적으로 0(zero)이 되도록 피견인차의 제동효과를 변환시킨다.

③ ABS-제어를 통한 제동

견인차의 조향성과 직진성(＝안정성)을 확보한다.

④ TCS를 이용한 발진

한쪽 바퀴 또는 양쪽 바퀴가 미끄러운 노면에서 주행할 때, 접지력(＝발진력)을 증가시킨다.

⑤ ESP를 이용한 궤적 안정화(track stabilization)

시스템은 불안정한 주행조건을 인식하고, 임계상황(critical situations) 하에서도 자동차를 제어 가능한 상태를 복귀시킨다.

⑥ 적응식 정속주행(ACC : Adaptive Cruise Control)

주행속도에 따라, 앞차와의 간격을 일정하게 유지한다.

6. 전자제어 브레이크 시스템

1) 구조(design)

전자-공압식으로 제어되는 브레이크 시스템이다. 전/후 차축용으로 2개의 주제동브레이크 회로, 그리고 주차 브레이크회로를 갖추고 있다.

2) 작동 원리

① EBS 제동

운전자가 브레이크 페달을 밟으면, 센트럴-ECU에는 페달행정센서가 장착된 푸트-브레이크 모듈에 의해 신호가 입력된다. CAN을 통해 EBS/ABS 모듈레이터 및 피견인차 브레이크 시스템이 작동된다. 센트럴-ECU는 운전자의 입력에 일치시켜 솔레노이드밸브를 통해서 브레이크 실린더의 제동압력을 제어한다. 휠회전속도센서는 감속도를 계산한다. 라이닝의 마모는 라이닝센서에 의해 감지된다. 피견인차 제어모듈은 피견인차의 브레이크 시스템을 작동시킨다.

② 통합식 커플링-포스 제어

피견인차가 연결된 견인차의 경우, 견인차와 피견인차 사이의 커플링 포스(coupling force)가 실질적으로 0(zero)이 되도록 견인차와 피견인차의 제동압력을 최적화시킨다. 이를 위해서는 차량의 총중량과 하중분포를 계산하여야 한다. 총중량을 계산하기 위해서 가속응답성을 평가한다. 하중분포는 견인차와 피견인차의 제동응답성으로부터 파악한다. 이들 평가된 값들은 ECU에 저장되며, 다음 번 제동을 위한 기초정보로 사용된다. 계산된 제동감속도에 도달하지 않으면, 제동압력은 단계적으로 조금씩 증가한다. 이 과정 역시 ECU에 저장되며, 다음 번 제동에 다시 이용된다.

③ ABS 제동

제동 중 차륜이 잠기는(lock) 경향성은 휠회전속도센서가 감지한다. 휠이 잠기면, 앞차축의 솔레노이드밸브와 ABS-모듈레이터가 작동한다. 승용자동차에서의 ABS-제동과 마찬가지로 제어단계는 압력형성단계, 압력유지단계 및 압력제거단계로 구분된다. 압력이 형성되면(＝압력이 증가하면), 더 이상 잠길 위험이 없을 때까지 압축공기는 조절되어 대기로 방출된다.

④ TCS 발진제어

발진단계에서는 TCS-브레이크제어 및 TCS-엔지제어가 간섭하여 접지력을 증대시킨다.

㉠ TCS 브레이크 제어

차량이 발진할 때 또는 일정속도(예 : 40km/h) 이하에서 가속할 때 차륜이 헛돌면, 헛도는 바퀴는 반대쪽 바퀴와 회전속도가 같아질 때까지 맥동적으로 제동된다. 휠회전속도센서와 압력센서는 이에 필요한 정보를 ECU에 제공한다.

㉡ TCS 엔진 제어

가속할 때, 양쪽 차륜이 모두 헛돌면, 휠 회전속도로부터 원주속도가 자동차의 주행속도보다 약간 더 높은 값에 도달할 때까지 기관토크를 감소시킨다. TCS 엔진제어는 모든 회전속도 범위에서 효과를 발휘한다.

㉢ 오프-로드(Off-road) TCS

스위치를 이용하여, 예를 들면, 스노-체인을 장착하고 주행할 때 또는 오프-로드를 주행할 때는 TCS를 스위치 “OFF”시켜, 차량이 꿀꺽거리는(＝요동하는) 것을 방지할 수 있다.

⑤ 엔진간섭과 브레이크간섭을 이용한 ESP 제어

이 시스템은 주로 2가지 방식으로 작동한다.

마찰계수가 낮거나 중간 정도일 경우에는, 언더-스티어링과 오버-스티어링 현상, 그리고 견인차와 피견인차의 잭-나이핑(jackknifing) 현상에 역으로 대응한다.

마찰계수가 중간 정도이거나 높을 경우에는, 롤링(rolling) 현상에 역으로 대응한다.

㉠ 오버-스티어링(over-steering)하는 동안의 제어

예를 들어 커브를 선회할 때, 또는 조향할 때 연결차량이 오버-스티어링하거나 연결차량에 잭-나이핑 현상이 발생하면, ESP는 커브의 바깥쪽 앞바퀴를 제동한다. 이를 통해 생성된 요-토크는 차량을 안정시키는데 도움을 준다.

차량의 잭-나이핑(jackknifing) 현상에 역으로 대응하기 위해서는, 경우에 따라서는 피견인차도 제동시켜야 한다. 이와 같은 방법으로 피견인차의 미끄러짐(sliding) 또는 옆으로 미끄러지는(skidding) 현상을 방지하게 된다.

이와 같은 ESP 기능을 위해서는 피견인차에도 ABS가 장착되어 있어야 한다.

㉡ 언더-스티어링(under-steering)하는 동안의 제어

차량이 언더-스티어링하는 경향성이 발생하면, ESP는 견인차의 다수의 휠을 제동하고, 피견인차의 브레이크에는 맥동적으로 주기적으로 간섭하여, 미끄러짐(sliding)과 옆으로 미끄러지는 현상(skidding)에 역으로 대응을 시도한다. 예를 들어 좌회전 커브길을 주행할 경우, 커브의 안쪽 뒷바퀴를 제동하여 언더-스티어링 경향성에 역으로 대응하는 요-토크를 발생시킨다.

ESP 간섭을 위한, 개별적인 브레이크압력을 계산하기 위해 ECU는 여러 가지 신호들 예를 들면, 마찰계수, 적재하중, 조향각 및 요(yaw) 경향성 등을 필요로 한다. 경우에 따라서는 구동륜이 헛도는 현상을 제어하기 위해 엔진에 간섭하여 기관의 출력도 제한해야 한다.

⑥ 전복 보호(Rollover protection : ROP)

이 기능을 활용하여, 마찰계수가 높거나 중간 정도일 경우에 차량의 과도한 롤링을 방지하게 된다. 이를 위해서는 먼저 자동차주행속도를 낮추고, 필요할 경우에는 위험한(critical) 롤링상황을 제어할 수 있을 때까지 차량을 제동시킨다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 스물한 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘압축공기 브레이크의 라인과 시스템’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 스물두 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 혼합식과 전자식’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

제동장치 압축공기 브레이크의

2. 2-회로, 2-라인 압축공기 브레이크

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 스무 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 라인과 시스템’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

1) 압축공기 공급 시스템

① 공기 건조기가 설치된 압축공기 시스템

여과된 대기를 흡입, 압축하여 공기건조기로 보낸다. 압력조절기는 압축공기압력을 자동적으로 일정 범위(예 : 7~8.1bar) 내로 제어한다. 공기건조기에서는 압축공기를 필터를 통과시켜 정화시킨 다음에 제습제(desiccant)를 통과하도록 하여 수분을 제거한다. 정화, 건조된 공기는 재생탱크 및 4-회로 보호밸브로 공급된다.

② 공기 건조기가 설치되지 않은 압축공기 시스템

이 시스템에서는 압력조절기 다음에 부동액펌프가 설치된다. 부동액 펌프는 충전과정이 진행되는 동안에 시스템 안으로 부동액을 분사한다.

2) 주제동브레이크(견인자동차용)(service brake system of tractor)

주제동브레이크 시스템에는, 하중부하에 따라 앞차축을 제어하는 프로포셔닝(proportioning)밸브가 집적된 주제동브레이크 밸브가 설치되어 있다. 프로포셔닝밸브는 후 차축의 ALDBFR(Automatic Load-Dependent Brake Force Regulator)에 의해 활성화되는 제어 연결구 4에 의해 작동된다. ALDBFR은 뒤차축의 제동압력을 뒤차축의 하중부하에 근거하여 제어한다. 앞차축의 제동압력(연결구 22)은 ALDFBR의 압력에 따라, 주제동브레이크 밸브에 의해 제어된다.

① 주행 위치

주제동브레이크 밸브의 두 회로에서, 인렛(inlet)은 닫혀있고 아웃렛(outlet)은 열려있다. 앞차축의 브레이크 실린더, 과부하 방지기능을 갖춘 릴레이밸브와 연결된 제어라인 그리고 ALDBFR 레귤레이터로 가는 제어라인은 각각 자신들의 개방된 배출구를 통해 압축공기를 대기로 방출한다. 더 나아가 컴비네이션 브레이크실린더의 스프링-부하된 액추에이터도 과부하 방지기능을 갖춘 릴레이밸브를 통해 대기로 압축공기를 배출한다. 액추에이터의 스프링은 늘어나고, 견인자동차의 모든 브레이크는 풀린다.

② 제동 위치

주제동 브레이크밸브에서 아웃렛은 닫히고, 인렛은 열린다. 브레이크페달을 밟으면, 압축공기는 계량되어 주제동브레이크 밸브로부터 후차축용 ALDBFR 레귤레이터로 가는 제어라인에 작용한다. ALDBFR 레귤레이터가 자신의 릴레이밸브를 작동시키면, 이제 페달답력의 크기와 적재하중에 비례하여 뒤차축의 다이어프램 실린더에 탱크압력 상태의 압축공기가 공급된다.

앞차축에는 주제동브레이크 밸브로부터 제동압력이 작용한다. 주제동브레이크 밸브는 집적된 프로포셔닝밸브를 통해 자동차의 적재부하에 비례해서 제동압력을 제어한다. 추가로 주제동브레이크 밸브로 부터의 2개의 제어라인은 피견인차 제어밸브를 작동시킨다. 피견인차가 연결되어 있을 경우, 피견인차 브레이크라인에는 계량된 압축공기가 공급되고, 피견인차제어밸브를 통해 피견인차 브레이크를 작동시킨다.

주제동브레이크 밸브에 프로포셔닝밸브가 집적되어 있지 않은 브레이크 시스템의 경우에는, 앞차축의 제동압력을 적재부하에 따라 제어하기 위해 별도의 프로포셔닝밸브를 설치한다.

3) 주차브레이크 및 보조브레이크 시스템(parking & auxiliary brake system)

주차브레이크 밸브로부터 1개의 제어라인은 과부하 방지기능을 갖춘 릴레이밸브로, 제 2의 제어라인은 피견인차 제어밸브로 배관되어 있다. 이들을 통해 견인차에서는 후차축의 스프링-부하된 액추에이터를, 그리고 피견인차에서는 주제동 브레이크를 보조브레이크로서 또는 주차브레이크로서 활용할 수 있다. 주차브레이크회로는 넌-리턴밸브를 사용하여 공급회로 에서의 압력손실을 방지한다.

① 제어 위치(control position)

법규에 따라, 견인차의 주차브레이크는 피견인차의 브레이크가 풀려있는 상태에서도 견인차와 피견인차를 언덕길에서 동시에 주차시킬 수 있는 능력을 갖추고 있어야 한다. 기능 테스트를 하기 위해 주차브레이크 밸브에는 제어 위치가 있다. 기능 테스트 위치에서는 스프링-부하된 브레이크는 작동되고, 피견인차 브레이크는 해제된다.

② 주행 위치(driving position)

주차브레이크 밸브는 릴레이밸브로 가는 제어라인(연결구 21로부터 42로)에 압축공기를 공급한다. 릴레이밸브는 절환되고, 스프링-부하된 액추에이터(연결구 2로부터 12로)에는 탱크압력이 작용한다. 컴비네이션 실린더의 스프링은 늘어나고 브레이크는 풀린다. 동시에 피견인차 제어밸브로 가는 제어라인(연결구 22로부터 43으로)에 제어압력이 작용한다. 이제 피견인차의 브레이크 라인(피견인차 제어밸브의 연결구 22)의 압력은 해제된다. 따라서 피견인차 브레이크는 풀린다.

③ 제동 위치

주차브레이크 밸브를 작동시키면, 릴레이밸브로 가는 제어라인(연결구 21로부터 42로), 피견인차 제어밸브(연결구 22로부터 43으로)로 가는 제어라인을 비례적으로 개방시킬 수 있다. 릴레이밸브는 절환되고, 컴비네이션 브레이크 실린더의 스프링-부하된 액추에이터는 압축공기를 배출하고, 동시에 브레이크는 스프링에 의해 작동된다. 피견인차 제어밸브는 연결구 22로부터 브레이크 라인을 거쳐서 피견인차 브레이크밸브에 공기탱크의 압축공기를 비례적으로 공급한다. 이렇게 공급된 압축공기가 피견인차를 적절하게 제동한다.

④ 과부하 보호

예를 들면, 주차브레이크를 작동시킨 상태에서 추가로 주제동브레이크를 작동시킬 때에는 과부하 보호기능이 작동한다. 주제동브레이크의 압력이 증가하는 만큼, 주차브레이크의 압력을 낮추어, 다이어프램 실린더와 스프링-부하된 실린더에 동시에 큰 힘이 작용하는 것을 방지한다. 따라서 브레이크 부품들은 과부하로부터 보호를 받을 수 있다.

⑤ 엔진 브레이크

운전자가 스위치를 작동시키면, 4-회로 보호밸브의 연결구 43으로부터 엔진브레이크(배기 플랩)를 작동시키는 실린더로 압축공기가 공급된다.

4) 피견인자동차 브레이크 시스템(trailer brake system)

① 압축공기 공급 라인

견인차에 장착된, 자동 차단기구(shutoff)를 갖춘 적색의 커플링 헤드가 연결호스, 필터를 거쳐서 회로 Ⅲ으로부터 피견인차에 압축공기를 공급한다. 커플링헤드가 접속되면, 피견인차 브레이크밸브에 내장된 밸브가 열려, 공기탱크에 압축공기를 저장한다.

압축공기 공급라인으로부터 공기가 누설되면, 공급라인의 압력이 강하하게 된다. 이렇게 되면, 피견인차 브레이크밸브는 피견인차를 완전 제동시키게 된다. 이와 같은 현상은 커플링을 분리할 때에도 마찬가지이다. 커플링이 분리된 피견인차를 움직이기 위해서는, 트레일러 브레이크밸브에 부착된 릴리스밸브를 눌러야만 한다.

② 브레이크 라인

황색의 커플링헤드는 제동 중에 주제동브레이크회로에 의해 제어된 제동압력을 피견인차에 공급한다.

브레이크 라인에 결함이 발생하면, 처음에 브레이크는 풀린 상태를 유지한다. 견인차의 브레이크를 작동시키면, 그때부터 결함이 있는 브레이크라인과 피견인차 제어밸브의 연결구를 통해서 압축공기(＝공급압력)가 누설된다. 피견인차 제어밸브는 연결구를 통해서 “공급” 커플링헤드의 연결구와 연결되어 있다. 공급라인의 압력은 강하하고, 피견인차 브레이크밸브는 피견인차를 완전 제동시키게 된다. 견인차 브레이크의 작동을 해제하면, 피견인차 브레이크도 다시 풀리게 된다.

③ 제동 위치

피견인차 제어밸브는 주제동브레이크 밸브로부터 연결구를 통해서 비례적으로 공급되는 압축공기에 의해 작동한다. 브레이크 라인에는 연결구를 통해서 압축공기가 공급된다. 그들의 압력상승에 의해 피견인차 브레이크밸브는 비례적으로 작동된다. 피견인차에서 공기탱크로부터의 압축공기는 피견인차 차축의 2개의 ALDBFR-레귤레이터에 공급된다. ALDBFR- 레귤레이터는 축하중에 근거하여 브레이크실린더의 제동압력을 제어한다. 프로포셔닝 압력 조절기가 앞차축의 제동압력을 앞차축의 하중부하에 따라 제어하여 과제동현상을 방지한다. 따라서 피견인차는 적재하중과 제동강도에 따라 적절하게 제동될 수 있다.

④ 피견인 자동차의 주차 브레이크

순수 기계식이 사용된다. 주차 브레이크 레버를 조작하면, 피견인차의 뒤차축 브레이크는 링키지와 레버에 의해 작동된다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 스무 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘압축공기 브레이크의 라인과 시스템’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 스물한 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 혼합식’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

제동장치의

압축공기 브레이크 [Compressed air brake]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열아홉 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

대형 상용자동차(16t 이상)는 대부분 압축공기 브레이크를, 중형 상용자동차(8~16t)는 압축공기와 유압을 동시에 이용하는 브레이크를 많이 사용한다.

압축공기압력은 대부분 약 8~10bar 정도이며, 압축공기는 휠브레이크에 큰 확장력을 작용시킨다. 압축공기는 제동장치 외에도 엔진브레이크 액추에이터, 타이어 공기보충기, 공기 스프링 및 도어 개폐장치(예 : 버스의) 등에 사용된다.

1. 압축공기 브레이크의 표기(도시) 방법 및 주요 구성부품

1) 부품의 접속구 표시 숫자기호

압력조절기 <이미지 출처: 네이버>

접속구 표시는 한 자릿수 또는 두 자릿수로 표기한다.

① 앞 숫자의 의미

0 : 대기 흡입구

1 : 에너지(압축공기) 유입

2 : 에너지 송출(대기로의 방출이 아님)

3 : 대기로 방출

4 : 컨트롤러 연결구(부품의 입구)

5와 6 : 아직 명명되지 않음

7 : 부동액 연결구

8 : 윤활유 연결구

9 : 냉각수 연결구

② 뒤 숫자의 의미

뒤 숫자는 같은 종류의 연결구가 다수일 경우에 사용된다. 1부터 차례대로 21, 22, 23과 같이 표기한다. 그리고 하나의 챔버(chamber)에서 똑같은 접속구가 많이 분기(分岐)될 경우에는 같은 번호를 1개만 사용한다.

2) 압축공기 브레이크 시스템의 주요 구성부품

공기압축기를 제외한 주요 구성부품으로는 압력조절기, 4-회로 보호밸브, 주제동 브레이크 밸브(프로포셔닝밸브 포함), 주차브레이크 밸브 및 보조브레이크 밸브, 브레이크 실린더, 피견인차 제어밸브 등이 있다.

① 압력조절기(pressure regulator)

작동압력을 컷-인(cut-in) 압력과 컷-아웃(cut-out) 압력 사이에서 자동적으로 조절하며, 시스템에 과도한 압력이 작용하는 것도 방지한다. 또 공기건조기 또는 빙결방지 기능을 제어한다.

② 4-회로 보호밸브(4-circuit protection valve)

압축공기를 4-회로에 분배하며, 1개 또는 다수의 브레이크회로에서 압력강하가 발생할 때, 나머지 완벽한 회로의 압력을 유지한다. 그리고 필요할 경우, 주제동브레이크 회로에 압축공기를 공급한다.

③ 주제동브레이크 밸브(프로포셔닝밸브 포함)(service brake valve with proportioning pressure regulator)

견인차용 2-회로 주제동 브레이크회로의 충전 및 배출을 아주 정밀하게 비례적으로 제어한다. 그리고 피견인차 제어밸브를 제어하며, 형식에 따라서는 프로포셔닝밸브를 이용하여 앞차축 브레이크압력을 축중에 따라 제어한다.

조작기구 예를 들면, 브레이크페달 또는 푸트-플레이트(foot plate)를 밟아 연속적으로 설치된 2개의 밸브를 동시에 작동시킨다.

④ 주차브레이크 밸브 및 보조브레이크 밸브(parking brake & auxiliary brake valve)

이들 밸브는 스프링-부하된 실린더를 사용하여 주차브레이크 및 보조브레이크를 비례적으로 작동시키며, 견인차의 주차브레이크의 기능을 시험하는 컨트롤 세팅을 제공한다.

주행하는 동안에는 컴비네이션 실린더의 스프링-부하된 액추에이터 및 피견인차 컨트롤밸브로 가는 컨트롤라인은 압축공기로 충전된다. 스프링은 신장된다.

주차 제동 위치에서는 스프링-부하된 액추에이터 및 피견인차 컨트롤밸브로 가는 컨트롤라인의 압력은 해제된다. 스프링-부하된 액추에이터의 브레이크 및 피견인차의 브레이크는 제동된다.

컨트롤 위치에서 견인차의 뒤차축은 압축공기가 배출된, 스프링-부하된 액추에이터에 의해 제동된다. 피견인차 브레이크는 피견인차 컨트롤밸브를 통해 해제된다. 차량 전체(견인차＋피견인차)가 경사도 12%의 언덕길에서 견인차의 주차브레이크에 의해 정차상태를 유지할 수 있어야 한다. - 주차 브레이크의 성능점검

⑤ ALDBFR(automatic load-dependent brake force regulator with relay valve)

ALDBFR은 각 차축의 부하에 따라 제동력을 자동적으로 조절하며, 공기프스링의 공기압을 제어한다. 릴레이밸브는 충전과 배출을 빠르게 하는 기능을 한다.

⑥ 브레이크 실린더(brake cylinder)

격막 실린더는 주제동브레이크를 고정시키는 힘을 생성한다. 스프링-부하된 실린더는 주차브레이크와 보조브레이크를 작동시키는 힘을 생성한다.

격막 실린더는 앞차축에, 그리고 컴비네이션 실린더는 주로 뒤차축에 사용된다. 컴비네이션 실린더에서 격막 엘리먼트는 주제동브레이크용으로, 스프링-부하된 부분은 주차용 및 보조브레이크용으로 사용된다.

압축공기 시스템이 고장일 경우, 제동된 자동차는 스프링-부하된 액추에이터의 릴리스-기구(release device)를 사용하여 견인 준비를 할 수 있다. 릴리스 기구의 6각볼트로 스프링의 장력을 강화시켜 브레이크를 해제한다.

⑦ 피견인차 제어밸브(trailer control valve)

이 밸브는 견인차의 주제동브레이크 시스템을 통해서, 그리고 주차브레이크와 보조브레이크를 통해서 피견인차의 브레이크 시스템을 제어한다. 또 피견인차 브레이크 시스템에 압축공기를 공급한다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열아홉 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘압축공기 브레이크의 구성품’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 스무 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 회로’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

제동장치의

SBC [Sensotronic Brake Control]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열여들 번째 시간으로 ‘브레이크 전자제어 시스템 SBC’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

SBC는 기능의 안전을 제공하며 동시에 전반적인 전력 소모는 줄여 주면서 고장 대처(Fail Silent) 기능을 갖춰 고장이 발생하는 경우에도 대응이 가능하게 예측가능시스템으로 안전 목표를 둔 장치다.

SBC 시스템은 “Brake by Wire” 시스템으로서 전자 유압식 브레이크(Electro-Hydraulic Brake；EHB)라고도 한다. 즉, 운전자의 제동의지를 전선을 통해 전달한다. 이 시스템은 ABS, TCS, BAS 및 ESP의 기능이 복합되어 있다.

1) SBC 시스템의 구성

SBC 시스템은 본질적으로 축압기(pressure accumulator)를 포함한 유압 유닛, 액추에이팅 유닛, ECU, 회전속도센서 및 요-앵글(yaw angle)센서로 구성된다.

기존의 브레이크 시스템과는 반대로, 처음에 모든 차륜에 가능한 한 급속하게 높은 브레이크압력을 작용시키고, 이어서 압력을 제어한다. 그리고 SBC에서는 각 차륜의 브레이크압력을 개별적으로 제어한다.

ECU는 센서들로부터 전송된 정보를 근거로 실제 주행상황을 파악하고, 이들로부터 각 차륜이 필요로 하는 최적 제동압력을 계산한다. 이를 이용하여 예를 들면, 오른쪽 커브를 선회할 때 부하를 더 많이 받는 왼쪽 차륜을 더욱더 강력하게 제동할 수 있다. 따라서 커브를 선회 중에 제동할 때, 최적 제동이 가능하며, 안정적인 주행특성을 얻을 수 있다.

기존의 유압식 브레이크의 기능에 다음과 같은 기능들을 추가할 수 있다.

① 언덕길에서 자동차의 정차상태를 유지하는 기능(hill-hold control : HHC)

언덕길에서 운전자가 브레이크 페달에서 발을 뗀 다음, 가속페달을 밟아 발진하는 동안에 자동차가 뒤로 굴러가는 것을 방지하는 기능이다. 특히 수동변속기가 장작된 자동차에 짐을 많이 적재하였거나, 피견인차를 연결한 상태 하에서 발진할 때, 크게 도움이 된다.

② 젖은 드럼과 디스크가 건조될 때까지 주제동 브레이크와 핸드브레이크를 작동시키는 기능

③ 제동 시 다이브(dive)를 방지하기 위한 소프트 스톱(soft stop) 기능

④ 급감속을 인지하였을 때 브레이크 라인을 채우는 기능.

비상제동 동작 중에 보다 빠르게 브레이크압력을 형성할 수 있다.

⑤ 자동 적응식 주행속도제어 및 차간거리제어 기능(ACC : Adaptive Cruise Control)

주행속도 약 30km/h부터 1km/h 단위로 증속 또는 감속하는 시스템이 주로 이용되고 있다.

제동시, 클러치를 작동시킬 때 그리고 운전자가 가속페달을 밟을 때에는 정속주행 및 차간거리제어는 중단한다. 또 커브가 많거나 표면이 단단하지 않은 도로, 교통량이 많아 정속주행이 어려울 경우에는 이용하지 않는 것이 더 좋다.

⑥ HDC(Hill Descent Control)

언덕길(구배 약 8~50%) 하향 주행보조장치로서 특정속도(예 : 60km/h) 이하의 주행속도에서 작동시킬 수 있으며, 언덕길 하향주행 시 특정 주행속도 범위(35km/h 이하에서 8km/h 정도까지)에서 일정속도로 제어한다. 가속페달을 밟거나, 제동을 걸어 약 5km/h~35km/h 사이에서 변경이 가능하다. 60km/h 이상의 속도에서는 자동적으로 비활성화된다.

SBC는 브레이크 배력장치를 필요로 하지 않는다. 일렉트로닉 시스템에 고장이 발생한 경우, 제동은 제한된 범위 내에서 비상 유압회로를 통해서 이루어진다.

2) 작동원리 및 기능

운전자가 브레이크 페달을 작동시키면, 마스터실린더의 두 회로에는 제동압력이 형성된다. 압력은 압력센서 b1에 의해 측정, ECU에 전송된다.

① SBC- 정상 제동

SBC (정상 제동) 유압회로 <이미지 출처: 네이버>

ECU가 2개의 분리밸브 y1, y2에 전기를 공급하면, 분리밸브 y1, y2를 통한 앞차축의 유압회로는 차단된다. 브레이크 시스템의 압력공급은 이제 축압기 3을 통해 이루어진다. 축압기 압력은 전기적으로 구동되는 유압펌프 m1에 의해 형성되며, 압력센서 b2에 의해 측정된다. 축압기 압력은 약 150bar에 이른다. 축압기 압력이 일정한 값 이하로 낮아지면, 유압펌프는 다시 작동한다.

ECU는 각 차륜에 대해 최적 제동압력을 계산하여, 인렛밸브(y6, y8, y10, y12)와 아웃렛밸브(y7, y9, y11, y13)를 이용하여 각 차륜의 제동압력을 제어한다. 압력센서들(b3, b4, b5, b6)은 각 차륜의 실제 제동압력을 측정하여 ECU에 전송한다.

밸런스 밸브(y3, y4)들은 제동 중, 1개의 차축 좌/우 차륜들의 압력을 평형(balancing)시킨다. 커브에서 제동할 때, 그리고 ESP 시스템이 작동할 때, 밸런스밸브는 활성화되어 유압회로를 닫는다. 이제 각 차륜의 제동압력을 개별적으로 제어할 수 있게 된다.

2개의 동작유체 분리기(media isolator) 7, 8은 축압기 3으로부터 누설된 질소가 마스터실린더 1로 유입되는 것을 방지한다.

② SBC의 고장 시 비상 제동

SBC (비상 제동) 유압회로 <이미지 출처: 네이버>

2개의 분리밸브(y1, y2)에는 전기가 흐르지 않으므로, 밸브들은 열린 상태를 유지한다.

운전자에 의해 마스터실린더에서 형성된 제동압력은 앞차축 브레이크 실린더에 직접 작용한다. 뒤차축은 제동되지 않는다. 브레이크 배력장치가 없기 때문에 제동효과는 아주 낮다. 그러므로 자동차 주행속도는 ECU에 의해 일정 수준(예 : 최대 90km/h) 이하로 제한된다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열여들 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 전자제어 시스템 SBC’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열아홉 번째 시간으로 ‘제동 장치 압축공기 브레이크’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

2019. 2. 26.