행복남의 일상

제동 장치의

2. 유압식 배력 장치 [hydraulic brake booster]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 아홉 번째 시간으로 ‘브레이크 유압식 배력 장치’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

동력 조향 방식의 자동차일 경우에는 기관에 의해 구동되는 유압펌프를 갖추고 있기 때문에 별도의 유압펌프를 설치하지 않고도 유압식 배력 장치를 사용할 수 있다.

유압식 배력 장치는 동력조향장치용 유압펌프에서 토출되는 유량의 일부를 축압기(accumulator)에 고압으로 저장해 두었다가, 제동할 때 배력 작용을 하도록 한다. 동력조향장치의 기능에 영향을 미치지 않으면서도 축압기의 유압을 고압으로 유지할 수 있다.

유압식 배력 장치는 진공식에 비해 다음과 같은 특성이 있다.

① 설치 공간을 작게 차지한다.

② 기관의 부하와 상관없이 일정한 배력 효과를 얻을 수 있다.

③ 배력 계수를 크게 할 수 있다.

④ 응답시간이 짧기 때문에 민감한 제동이 가능하고, 안정성이 증대된다.

⑤ 기관이 정지한 상태에서 진공식은 약 3회 정도의 배력 작용이 가능하다.

그러나 유압식의 경우에는 약 10회 정도까지 배력 작용이 가능하다.

유압식 배력장치 <이미지 출처: 네이버>

1) 구조

유압식 배력 장치는 유압펌프, 축압기, 유압조절기, 배력 실린더, 및 오일 저장 탱크 등으로 구성된다.

축압기는 직경 약 100mm 정도의 공 모양으로, 격막에 의해 2개의 방으로 분할되어 있다. 상부 방은 가스(대부분 질소)로 충전, 밀폐되어 있다. 그리고 다른 하나의 방은 유압펌프로부터 유입된 오일로 채워지며, 이 방의 유압이 상승함에 따라 가스는 압축된다.

압력 제어식 유량밸브(pressure-controlled flow-regulator)는 유압펌프로부터 유입되는 오일의 압력을 상승시켜 축압기에 저장하거나, 탱크로 복귀시키는 역할을 한다.

유압식 부스터(hydraulic booster)는 진공 부스터와 마찬가지로 마스터 실린더와 직결되어 있으며, 브레이크페달에 의해 작동된다.

2) 압력 제어식 유량 밸브의 작동 과정

① 충전 위치

유압펌프로부터 입구에 공급된 오일은 유량조절 피스톤에 의해 두 갈래로 나누어진다. 축압기 내부 압력이 컷인(cut-in) 압력에 도달하면 파일럿밸브가 열려, 소량의 오일(예 : 0.7ℓ/min)은 파일럿밸브와 체크밸브를 거쳐, 축압기에 유입된다. 축압기에 유입된 오일은 연결구를 거쳐 유압식 배력 실린더에 접속된다. 유압펌프에서 토출되는 유량의 대부분은 연결구를 통해 동력조향장치로 공급된다.

② 순환 위치

컷아웃(cut-out) 압력에 도달하면 파일럿밸브는 체크밸브를 거쳐서 축압기로 통하는 라인을 폐쇄한다. 그리고 동시에 유량조절 피스톤의 스프링실과 저장탱크로 통하는 연결구와 직결된다.

이제 유량조절 피스톤의 뒷면에는 스프링장력만 작용하므로 유량조절 피스톤은 유압펌프로부터 공급되는 오일 압력에 의해 밀려들어 간다. 이렇게 되면 유입되는 오일은 모두 동력조향장치로 흐르게 된다.

축압기 압력이 일정 압력 이하로 낮아지거나, 유압펌프의 유압이 일정 수준 이하로 낮아지면 경고등이 점등된다.

3) 유압 부스터(hydraulic booster)의 작동

① 초기 위치(release position)

이 위치에서는 리턴 스프링의 장력에 의해 컨트롤 에지(control edge)는 리턴 회로와는 단절되어 있다. 따라서 축압기 압력은 연결구와 컨트롤 에지 사이에만 유지된다.

컨트롤 에지의 뒤쪽에 있는 무압력 상태의 오일은 컨트롤 에지와 출구를 통해 저장 탱크와 연결되어 있다.

② 부분 제동 위치(partial braking position)

브레이크페달을 밟으면 답력은 오퍼레이팅 피스톤을 통해 컨트롤 피스톤에 전달된다. 그러면 컨트롤 피스톤은 스프링 장력을 이기고 이동한다. 그러면 컨트롤 에지가 먼저 닫혀, 리턴 회로를 차단하고, 이어서 컨트롤 에지가 열린다.

축압기로부터 공급되는 고압 오일은 열린 컨트롤 에지를 통과, 컨트롤 피스톤의 내부 통로를 따라 트랜스밋션 피스톤의 뒷면에 작용한다. 이때 고압은 오퍼레이팅 피스톤의 앞쪽에도 작용하는 데, 이 힘이 브레이크페달과 연결된 롯드에 반력을 작용시킨다.

브레이크 마스터 실린더의 부하와 트랜스밋션 피스톤의 뒷면에 작용하는 힘이 평형을 이루는 점에서 트랜스밋션 피스톤은 정지한다. 트랜스밋션 피스톤이 밀려가면 푸시롯드은 마스터 실린더를 작동시키게 된다.

배력 계수(boosting factor)는 트랜스밋션 피스톤의 단면적과 오퍼레이팅 피스톤의 단면적 간의 비율로 표시된다.

③ 완전 제동 위치(full braking position)

컨트롤 에지가 완전히 개방되어 축압기로부터 공급된 고압 오일은 트랜스밋션 피스톤의 뒷면에 최대로 유입된다. 따라서 배력 효과는 최대가 된다.

이제 컨트롤 피스톤은 플러그와 접촉하여, 더 이상 단독으로 전진할 수 없다. 즉, 최대 배력점부터 컨트롤 피스톤은 운전자의 페달 답력의 증감에 따라 트랜스밋션 피스톤과 일체로 연동한다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 아홉 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 유압 배력 장치’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열 번째 시간으로 ‘공압식 배력 장치’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.