1. 배력 브레이크

유압 브레이크에서 제동력을 증대시키기 위해 기관 흡입행정에서 발생하는 진공(부압)과 대기압력 차이를 이용하는 진공 배력방식(하이드로 백), 압축공기의 압력과 대기 압력차이를 이용하는 공기 배력방식(하이드로 에어 팩)이 있다. 공기 배력방식은 구조상 공기 압축기와 공기탱크를 더 두고 있으며, 작동 원리는 진공 배력방식과 같으므로 진공 배력방식에 대해서만 설명하기로 한다.

 1.1. 진공 배력방식의 원리

흡기다기관 진공과 대기 압력과의 차이를 이용한 것이므로 배력장치에 이상이 발생하여도 일반적인 유압 브레이크로 작동할 수 있도록 하고 있다. 원리는 흡기 다기관에서 발생하는 진공이 50cmHg이며, 대기 압력이 76cmHg이므로 이들 사이에는 76cmHg - 50 cmHg = 26cmHg = 0.34kgf/cm2이다. 그러므로 대기 압력 1.0332kgf/cm2 - 0.34kgf/cm2 = 0.7kgf/cm2이 된다. 이 압력 차이가 진공 배력방식 브레이크를 작동시킨다.

6.2. 진공 배력방식의 종류

진공 배력방식의 종류에는 마스터 실린더와 배력장치를 일체로 한 직접 조작형(마스터백)과 마스터 실린더와 배력장치를 별도로 설치한 원격 조작형(하이드로백)이 있다.

(1) 마스터 백(직접 조작형)

마스터 백

브레이크 페달을 밟으면 작동 로드가 포핏과 밸브 플런저를 밀어 포핏이 동력 실린더 시트에 밀착되어 진공밸브를 닫으므로 동력실린더(부스터)에 진공 도입이 차단된다. 동시에 밸브 플런저는 포핏 으로부터 떨어지고 공기밸브가 열려 동력실린더 뒤쪽에 여과기를 거친 공기가 유입되어 동력 피스톤이 마스터 실린더의 푸시로드를 밀어 배력 작용을 한다. 그리고 페달을 놓으면 밸브 플런저가 리턴 스프링의 장력에 의해 제자리로 복귀됨에 따라 공기밸브가 닫히고 진공밸브를 열어 동력실린더 내의 압력이 같아지면 마스터 실린더의 반작용과 다이어프램 리턴 스프링의 장력으로 동력 피스톤이 제자리로 복귀한다. 배력장치에 고장이 발생하여도 페달 조작력은 작동로드와 푸시로드를 거쳐 마스터 실린더에 작용하므로 유압 브레이크로 만으로 작동을 하지만 페달과 마스터 실린더 사이에 배력장치를 설치하므로 설치 위치에 제한을 받는다.

(2) 하이드로백(원격 조작형)

원격 조작형은 유압계통(유압 브레이크와 하이드롤릭 실린더)과 진공계통(동력 실린더, 동력 피스톤, 릴레이 밸브 및 밸브 피스톤, 체크밸브)으로 나누어진다.

하이드로백

1) 진공계통

① 동력 실린더(power cylinder) : 이 실린더는 강철판을 원형으로 프레스 가공한 것이며, 내부에는 피스톤과 리턴 스프링이 들어 있다.

② 동력 피스톤(power piston) : 진공과 대기압력의 양쪽(동력 실린더의 A와 B) 압력 차이에 의해 작동하며 강력한 유압을 휠 실린더로 보낸다. 동력 피스톤은 2매의 둥근 강철판을 그 둘레 사이에 가죽 패킹을 끼우고 합친 구조로 되어 있다.

③ 릴레이 밸브와 밸브 피스톤 : 마스터 실린더로부터의 유압에 의해 동력 실린더 A쪽에 진공을 도입하거나 차단하는 일을 한다. 릴레이 밸브는 공기밸브와 진공밸브로 되어 있으며, 공기밸브는 스프링에 의해 닫혀진 상태로 설치된다. 진공밸브는 중앙에 밸브 시트를 두고 있는 다이어프램과 상대하는 위치에 있으며 다이어프램은 릴레이 피스톤에 의해 작동한다.

2) 유압계통

① 하이드롤릭 실린더(hydraulic cylinder) : 내부에는 동력 피스톤 푸시로드에 의해 작동하는 하이드롤릭 피스톤이 있다.

② 하이드롤릭 피스톤(hydraulic piston) : 동력 피스톤의 푸시로드 끝에 설치되며 내부에 체크밸브와 요크가 설치되어 있다. 체크밸브는 동력 피스톤이 작동하지 않을 때에는 열려 마스터 실린더의 오일이 휠 실린더로 흐를 수 있도록 하고, 동력 피스톤이 작용하여 하이드롤릭 피스톤이 이동하면 요크가 스톱 와셔로부터 떨어지기 때문에 닫힌다. 하이드롤릭 피스톤이 각 휠 실린더로 오일을 압송한다.

(3) 원격 조작형의 작동

1) 브레이크 페달을 밟았을 때

페달을 밟으면 마스터 실린더 내의 오일이 하이드롤릭 피스톤의 체크밸브를 거쳐 휠 실린더로 공급되며 이와 동시에 릴레이밸브 피스톤에도 유압이 작동된다. 릴레이밸브 피스톤에 가해지는 유압이 상승하면 피스톤이 이동하여 다이어프램을 사이에 두고 진공밸브가 닫혀 동력 실린더의 A와 B에 진공 도입을 차단한다. 다음에 공기밸브가 열려 대기압력이 동력 실린더 A로 들어온다. 이에 따라 동력 피스톤이 A에서 B로 이동하여 푸시로드를 거쳐 하이드롤릭 피스톤을 이동시킨다. 하이드롤릭 피스톤이 이동하면 스톱 와셔에 밀착되어 있던 요크가 떨어진다. 이때 체크 밸브를 닫아 마스터 실린더와 휠 실린더 사이의 오일 흐름이 차단되고, 하이드롤릭 실린더 내의 오일을 휠 실린더로 보내어 제동 작용을 한다.

2) 브레이크 페달을 놓았을 때

페달을 놓으면 릴레이 밸브 피스톤에 작동하던 마스터 실린더의 유압이 낮아져 피스톤이 다이어프램 스프링에 의해 제자리로 복귀하며, 공기밸브가 닫혀져 대기의 유입을 차단한다. 그 다음 진공밸브가 다이어프램으로부터 떨어져 진공밸브가 열린다. 이에 따라 동력실린더 양쪽에는 압력 차이가 없어져 리턴 스프링의 장력으로 동력 피스톤과 하이드롤릭 피스톤도 제자리로 복귀하며 하이드롤릭 피스톤의 체크밸브가 열려 휠 실린더에 작용하였던 오일이 마스터 실린더로 복귀한다.

(4) 원격 조작형의 특징

① 배력장치가 마스터 실린더와 휠 실린더 사이를 파이프로 연결하므로 설치 위치가 자유롭다.

② 진공밸브와 공기 밸브가 마스터 실린더 유압만으로 작동되며 그 구조가 복잡하다

③ 회로 내의 잔압이 너무 크면 배력장치가 항상 작동하므로 잔압 관계에 주의하여야 한다.