1. 유압 브레이크의 구조

1.1. 브레이크 페달(brake pedal)

브레이크 페달은 조작력을 경감시키기 위해 지렛대 원리를 이용하며, 펜던트형 브레이크 페달과 플로워형 브레이크 페달이 있다. 브레이크 페달의 유격은 보통 20~25mm이나 소형은 5~15mm정도이다. 유압식 브레이크 유격 조정은 푸시로드에서 한다.

1.2. 마스터 실린더(master cylinder)

탠덤 마스터 실린더의 구조

(1) 마스터 실린더 구조 및 작용

마스터 실린더는 브레이크 페달을 밟는 것에 의하여 유압을 발생시키는 일을 하며 그 구조는 실린더 보디, 오일탱크, 그리고 실린더 내에는 피스톤, 피스톤 컵, 체크밸브, 피스톤 리턴 스프링 등이 들어 있다. 마스터 실린더의 형식에는 피스톤이 1개인 싱글형과 피스톤이 2개인 탠덤형이 있으며 현재는 탠덤형을 사용하고 있다.

1) 실린더 보디(cylinder body)

실린더 보디의 위쪽에는 오일탱크가 설치되어 있고, 재질은 주철이나 알루미늄합금을 사용한다.

2) 피스톤(piston)

피스톤은 실린더 내에 끼워지며 페달을 밟는 것에 의해 푸시로드가 실린더 내를 미끄럼 운동시켜 유압을 발생시킨다.

3) 피스톤 컵(piston cup)

피스톤 컵에는 1차 컵과 2차 컵이 있으며 1차 컵의 기능은 유압발생이고, 2차 컵의 기능은 마스터 실린더 내의 오일이 밖으로 누출되는 것을 방지한다.

4) 체크 밸브(check valve)

체크 밸브는 피스톤 반대쪽 실린더 끝에 시트 와셔를 사이에 두고 설치되며, 피스톤 리턴 스프링에 의해 시트에 밀착되어 있다. 작용은 브레이크 페달을 밟으면 오일이 마스터 실린더에서 휠 실린더로 나가게 하고, 페달을 놓으면 파이프 내의 유압과 피스톤 리턴 스프링을 장력이 평형이 될 때까지만 시트에서 떨어져 오일이 마스터 실린더 내로 복귀하도록 하여 회로 내에 잔압을 유지시켜 준다.

5) 피스톤 리턴 스프링(piston return spring)

체크 밸브와 피스톤 1차 컵 사이에 설치되며 페달을 놓았을 때 피스톤이 제자리로 복귀하도록 도와주고 체크 밸브와 함께 잔압을 형성하는 작용을 한다.

◎ 잔압을 두는 이유

피스톤 리턴스프링은 항상 체크밸브를 밀고 있기 때문에 이 스프링의 장력과 회로 내의 유압이 평형이 되면 체크 밸브가 시트에 밀착되어 어느 정도의 압력이 남게 되는데 이를 잔압(잔류 압력)이라 하며 0.6～0.8kgf/cm2정도이다. 잔압을 두는 목적은 다음과 같다.

① 브레이크작동 지연을 방지한다.

② 베이퍼 로크를 방지한다.

③ 회로 내에 공기가 침입하는 것을 방지한다.

④ 휠 실린더 내에서 오일이 누출되는 것을 방지한다.

◎ 베이퍼록 현상

액체를 사용하는(브레이크 계통, 유압 계통, 연료계통 등) 계통에서 열에 의하여 액체가 비등·기화하여 액체의 압력 전달 작용을 방해하는 현상이며 브레이크 에서는 스펀지 현상이 발생하며 브레이크 계통의 원인은 다음과 같다.

① 긴 내리막길에서 과도한 풋 브레이크 사용으로 인한 드럼과 라이닝의 끌림에 의한 가열

② 마스터 실린더, 브레이크 슈 리턴 스프링 쇠손에 의한 잔압 저하

③ 브레이크 오일 변질에 의한 비점의 저하 및 불량한 오일을 사용할 때

(2) 탠덤 마스터 실린더의 작용

탠덤 마스터 실린더는 유압 브레이크에서 안정성을 높이기 위해 앞뒤 바퀴에 대하여 각각 독립적으로 작동하는 2계통의 회로를 두는 형식이다. 실린더 위쪽의 오일탱크 속이 앞뒤 바퀴 제동용 으로 분리되어 있으며 실린더 내에 피스톤이 2개가 들어 있다. 이 경우 푸시로드 쪽의 피스톤이 뒷바퀴용이다. 각각의 피스톤은 리턴 스프링과 스토퍼(stopper)에 의해 그 위치가 결정되며 앞뒤 피스톤에는 리턴 스프링이 각각 설치되어 있고, 각각의 피스톤에 대응하는 보상구멍과 리턴구멍 및 체크밸브가 설치되어 있다. 유압회로의 고장이 있을 경우에는 다음과 같이 작용한다.

① 뒷바퀴 유압회로에서 오일 누출이 있을 경우에는 뒷바퀴 제동용 피스톤이 더 움직인 후 앞바퀴 제동용 피스톤을 작동시킨다.

② 앞바퀴 제동용 회로에 고장이 있을 경우에는 앞바퀴 제동용 피스톤이 더 움직인 후 뒷바퀴 제동용 회로에 유압을 작용시킨다.

③ 이 형식에서도 유압회로에 고장이 발생하면 제동력이 감소하여 제동거리가 길어지며 제동이 불안정하게 된다.

2.3. 파이프(pipe)

브레이크 파이프는 강철제 파이프와 플렉시블 호스를 사용한다. 파이프는 진동에 견디도록 클립으로 고정하고 연결부분은 2중 플레어로 하며, 플렉시블 호스는 차축이나 바퀴와 연결하는 부분에서 사용하며 연결부분에는 금속제 피팅이 설치되어 있다.

1.4. 휠 실린더(wheel cylinder)

휠 실린더는 마스터 실린더에서 압송된 유압에 의하여 브레이크 슈를 드럼에 압착시키는 일을 하며, 구조는 실린더 보디, 피스톤, 피스톤 컵 그리고 실린더 보디에는 파이프와 연결되는 오일 구멍과 회로 내에 침입한 공기를 제거하기 위한 블리더 스크루가 있고 실린더 내에는 확장 스프링이 들어 있어 피스톤 컵을 항상 밀어서 벌어져 있도록 한다. 휠 실린더 종류에는 동일 지름형, 계단 지름형, 단일 지름형이 있다.

휠 실린더

1.5. 브레이크 슈(brake shoe)

브레이크 슈는 휠 실린더의 피스톤에 의해 드럼과 접촉하여 제동력을 발생하는 부분이며, 라이닝이 리벳이나 접착제로 부착되어 있다. 그리고 슈에는 리턴스프링을 두어 마스터 실린더 유압이 해제되었을 때 슈가 제자리로 복귀하도록 하며, 홀드다운 스프링(hold down spring)에 의해 슈를 알맞은 위치에 유지시킨다. 라이닝의 종류에는 위븐 라이닝, 몰드 라이닝, 반금속 라이닝, 금속 라이닝 등이 사용되고 있다. 그리고 라이닝은 다음과 같은 구비 조건을 갖추어야 한다.

① 열에 견디는 성질이 크고, 페이드(fade) 현상이 없을 것

② 기계적 강도 및 마멸에 견디는 성질이 클 것

③ 온도의 변화, 물 등에 의한 마찰계수 변화가 적을 것

브레이크 슈

◎ 페이드 현상

페이드(fade) 현상이란 브레이크 페달의 조작을 반복하면 드럼과 슈에 마찰열이 축적되어 제동력이 감소하는 현상이다.

원인은 드럼과 슈의 열팽창과 라이닝 마찰계수 저하에 있으며 방지 방법은 다음과 같다.

① 브레이크 드럼의 냉각성능을 크게 하고, 열팽창률이 적은 형상으로 한다.

② 브레이크 드럼은 열팽창률이 적은 재질을 사용한다.

③ 온도 상승에 따른 마찰계수 변화가 적은 라이닝을 사용한다.

④ 주행 중 브레이크 페이드 현상 발생 시에는 자동차를 세우고 열을 식힌다.

1.6. 브레이크 드럼(brake drum)

브레이크 드럼은 휠 허브에 볼트로 설치되어 바퀴와 함께 회전하며 슈와의 마찰로 제동을 발생시키는 부분이다. 또 열 방산을 크게 하고 강성을 높이기 위해 원둘레 방향으로 핀(fin)이나 직각방향으로 리브(rib)를 두고 있다. 그리고 제동할 때 발생한 열은 드럼을 통하여 냉각되므로 드럼의 면적은 마찰 면에서 발생한 열방산 능력에 따라 결정된다. 드럼이 갖추어야 할 조건은 다음과 같다.

① 가볍고 강도와 강성이 클 것

② 정적?동적 평형이 잡혀 있을 것

③ 냉각이 잘되어 과열하지 않을 것

④ 마멸에 견디는 성질이 클 것

브레이크 드럼