자동차 브레이크는 자동차를 감속하거나 정지하기 위해 사용하는 장치입니다.
자동차가 가진 운동에너지를 다른 종류의 에너지로 바꾸는 방식으로 작동이 됩니다.
현재 자동차에서 가장 많이 쓰이고 있는 것은 마찰을 이용하여 운동에너지를 열에너지로 변환하여
발산하는 브레이크입니다.
최근에는 열에너지를 따로 저장할 수 없어 대기 중으로 발산해야 하기 때문에 비 경제적인 마찰 브레이크 대신 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 회생제동 시스템을 부가적으로 사용합니다.
브레이크 종류
- 주제동 브레이크
- 보조 브레이크
- 주차 브레이크
브레이크는 크게 주제동 브레이크와 보조 브레이크 그리고 주차 브레이크로 나뉩니다.
주제동 브레이크에서 가장 흔하게 사용하는 것은 마찰 브레이크인 디스크 브레이크와 드럼 브레이크입니다.
보조 브레이크는 주제동 브레이크와 부담을 줄여주기 위해 부가적으로 설치하는 브레이크인데요. 주로 배기 브레이크, 제이크 브레이크, 리타더 브레이크가 사용됩니다. 보조 브레이크는 차량의 중량으로 인해서 주제동 브레이크의 부담이 심한 중, 대형 상용차에서 주로 사용을 합니다.
최근 전기차나 하이브리드 차량의 경우 운동에너지 환원 및 보존의 이유로 회생제동 브레이크를 보조적으로 이용합니다.
주차 브레이크는 여러 가지 방식이 존재합니다. 일반적으로 주제동 브레이크와 연결되어 물리적으로 차량이 움직이지 않도록 하는 방식을 주로 이용합니다.
브레이크의 구조나 특징, 장점과 단점
- 드럼 브레이크
드럼 브레이크는 바퀴와 연결된 원통형의 드럼이 회전하는 것을 드럼 안쪽에 있는 라이닝이 마찰을 해서 제동력을 생성을 합니다. 양쪽 라이닝 사이에 위치한 휠 실린더가 라이닝을 밀어내면 밖에서 회전하고 있는 드럼과 마찰하면서 제동력을 조절을 하는데 드럼 브레이크의 경우 자기 배력 효과로 인해서 큰 제동력을 만들어 내기가 쉽습니다. 외부의 오염이나 내구성이 좋다는 장점이 있지만, 열 방출 능력이 낮고 내부에서 만들어지는 브레이크 분진 배출이 어렵다는 담점이 있습니다.
또한 습도에 민감하여 물이 많은 상황에서 제동력이 달라지기도 합니다. 또 드럼 브레이크 시스템은 이력현상으로 인하여 작동 압력 변화에 따른 제동력의 변화가 늦게 따라오는 현상이 있습니다. 때문에 ABS 시스템 적용이 다소 어렵다는 단점이 있습니다.
디스크 브레이크에 비해서 정비 편의성이 떨어지고 구조가 조금 복잡하긴 하지만 강한 제동력을 얻기 쉽고 라이닝의 수명이 길다는 장점 때문에 무게가 많이 나가는 중, 대형 상요차의 브레이크로 많이 사용되고 있습니다.
- 디스크 브레이크
디스크 브레이크는 바퀴와 연결된 원판형의 디스크가 회전하는 것을 디스크 양쪽에 장착된 브레이크 패드와 패드를 잡아주는 캘리퍼가 함께 움직여서 디스크와 마찰을 하여 자동차의 제동력을 발생시킵니다.
드럼 브레이크에 비해 열 방출 능력이 뛰어나고, 반복적인 사용에도 제동력이 일정하고 마찰 계수 변동에 따른 영양을 적게 받기 때문에 제동이 안정적인 장점이 있습니다. 하지만 외부의 충격과 오염에 약하고 낮은 자기 배력 효과로 인해서 드럼 브레이크와 같은 제동력을 얻기 위해 상대적으로 높은 작동 압력이 필요하다는 단점이 있습니다.
작동 압력에 반응하는 제동력의 변화가 빠르기 때문에 ABS시스템의 적용이 쉽고 현재 대부분의 승용차에 이 디스크 브레이크 시스템을 적용합니다. 원래 디스크 브레이크는 냉각할 수 있는 구멍이 없이 원판으로 구성된 솔리드 디스크가 많이 이용되었으나 최근에는 디스크의 통풍구를 적용한 벤틸레이션 디스크를 많이 사용하며 주철이 아닌 세라믹을 이용하여 마찰력을 높이고, 열에 대한 능력을 키우는 브레크 또한 존재합니다. 또 최근에는 현가하질량을 낮추기 위해 브레이크 마찰면은 주철을 사용하지만 안쪽 벨은 알루미늄을 사용하는 하이브리드 디스크 또한 이용을 하고 있으며 또한 디스크 마찰면 표면에 특수한 코팅을 입히는 특수 브레이크도 많이 이용되고 있습니다.
브레이크 디스크를 이용하는 데 한 가지 팁을 드리자면 브레이크 디스크는 작동열로 인해 열팽창과 열수축을 합니다.
때문에 열로 인해 열팽창과 고속 주행 시 디스크의 런아웃에 의해 의한 떨림이 빠른 속도로 코너링 시 강한 횡 G로 인해 캘리퍼가 좌, 우로 밀리면서 캘리퍼 피스톤이 제 위치에서 밀리는 현상이 발생을 합니다. 그래서 패드와 디스크 사이에 약간의 공간이 생기게 될 수 있는데, 바로 이때 브레이크를 작동을 하면 디스크와 패드 사이의 공간 때문에 이 공간이 메워질 때까지 제동력이 발생하지 않고 브레이크 페달이 스펀지처럼 들어가는 현상이 발생할 수가 있습니다.
이 현상은 브레이크 액이 끓어 액체에 기포가 생겨서 브레이크가 스펀지처럼 들어가는 베이퍼 락 현상과는 전혀 다른 현상인데요. 이걸 방지하기 위해서 브레이크 데빙이라는 테크닉을 구사하는 드라이버가 있습니다. 제동을 하기 전에 브레이크페달을 살짝 건드려 패드와 디스크 사이의 유격을 줄여주는 테크닉을 사용하면 항상 일정한 브레이크 압력과 필링을 가져갈 수 있는 테크닉이 있습니다.
- 보조 브레이크
보조 브레이크에 대해 알아보자면 배기 브레이는 자동차의 배기구를 막아서 배기 저항을 이용해서 엔진 브레이크를 이용을 하는 것입니다. 작동 소음은 그다지 크지는 않지만 제동력이 낮다는 게 장점이자 단점이 되겠습니다.
제이크 브레이크는 배기 브레이크에서 조금 더 진화한 형태로 엔진이 공기를 압축하는 힘을 이용해 제동력을 발생시킵니다. 제동력은 준수하지만 작동 소음이 매우 심해서 최근에는 잘 사용하지 않습니다.
- 리타더 브레이크
마지막으로 리타더 브레이크가 있습니다.
리타더 브레이크는 엔진을 이용해서 제동력을 얻으며 배기 브레이크나 제이크 브레이크와는 조금 다르게 엔진 브레이크가 아닌 변속기에 정착된 브레이크입니다. 변속기에 정착이 되어 유체의 저항을 이용해 작동하는 보조 브레이크입니다.
마찰을 일으키는 부속이 없어 수명이 길고 작동하는 세기를 세분화할 수 있는 장점이 있어 최근 출시하는 대부분의 상요차가 리타더 브레이크를 사용합니다. 하지만 가격이 비싸자는 단점이 있습니다.
리타더 브레이크 또한 냉각이 필요하기 때문에 리타더 브레이크에 열 용량을 초과하는 제동력을 계속 가하게 되면 리타더 브레이크도 파열될 수 있는 위험성을 지니고 있습니다.