자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 103장. 진공식 배력장치

103장. 진공식 배력장치

 

가. 개요

진공(vacuum)이란 공기나 가스를 부분적으로 배출시켜, 물질이 전혀 존재하지 않는
공간을 말하며 대기압보다 낮기 때문에 부압이라 한다. 진공은 가솔린이나 LPG 차량의
경우 흡기매니폴드에서 발생하는 부압을 이용하지만 디젤차량은 흡기 부압이 발생하지
않기 때문에 진공펌프를 별도로 설치하여 사용하기도 한다.

[그림 16-37]과 같이 직경 240mm의 실린더에 진공부압을 작용시키면 피스톤 아래
쪽에는 대기압이 작용하기 때문에 피스톤은 부압과 대기압의 차이에 의해 스프링의 힘
을 이기고 약 300kg 정도의 중량을 지지할 수 있는 힘이 발생한다. 하지만 이 상태에
서 그림의 점선과 같이 파이프를 연결하면 피스톤의 양쪽은 같은 진공 상태로 되어 피
스톤은 스프링의 힘에 의해 아래쪽으로 되돌아간다. 이와 같이 점선 부분에 해당한 부
분의 파이프를 붙였다 떼었다 하면 압력 차이에 의해 피스톤을 상하로 작동시킬 수 있
다. 이러한 압력의 차이가 진공 배력식 브레이크를 작동시키는 힘이 된다. 자동차의 배
력장치에서는 파이프를 접속하는 대신 진공·대기 절환밸브를 설치하여 배력 작용이 일
어나도록 하고 있다.

 

나. 작동

진공식(vacuum type) 제동 배력장치는 부압을 이용하여 페달을 밟을 때 마스터실린
더에 가해지는 힘을 배력시키는 장치로, 적은 힘으로도 큰 제동력을 얻을 수 있어 모든
승용차에는 이방식이 적용되고 있다. 압력 차이에 의해 힘을 발생하는 파워 피스톤, 공
기의 흐름을 바꾸는 밸브기구, 페달의 반력(밟을 때 대응하는 힘)을 얻는 리액션 기구
등으로 구성되어 있다.

 

브레이크 페달의 답력은 밸브 작동로드→밸브 플런저→리액션 디스크→푸시로드→
마스터실린더의 1차 피스톤→2차 피스톤의 경로로 직접 전달되는 것 이외에 그림의 (A),
(B)양실의 압력 차이에 의해 생기는 파워 피스톤의 힘이 이것에 가해지게 되어 있다.
[그림 16-39]과 같이 포핏의 선단부에는 버큠 밸브와 에어 밸브가 동심원에 배치되어
있다. 즉, 외측의 버큠 밸브는 파워 피스톤의 씨트부에 접한 부분으로, A(진공실), B(진
공·대기실) 양실의 사이를 개폐하고, 또, 내측의 에어 밸브는 밸브 플런저의 씨트부에
접한 부분으로, B(진공·대기실) 실과 대기와의 사이를 개폐한다.

(1) 브레이크를 밟지 않았을 때

브레이크 페달을 밟지 않을 때에는 밸브 작동로드는 밸브 리턴스프링의 용수철 힘에
의해 오른쪽에 밀려 있다. 이 때, 밸브플런저는 밸브플런저 스톱퍼 키 까지 오른쪽으로
밀려서 버큠 밸브가 열리고, 에어 밸브는 닫혀 있다. 따라서, 파워 실린더의 A(진공)실
과 B(진공·대기)실은 같은 압력(부압)이 되어, 압력차이가 없으므로 파워 피스톤은 다
이어프램 리턴 스프링의 용수철 힘에 의해 오른쪽에 밀려 있다.

(2) 브레이크를 밟았을 때

브레이크 페달을 밟기 시작하면, [그림 16-41]의 (a)와 같이 밸브플런저는 밸브 작동
로드에 밀려서 왼쪽으로 이동하고, 포핏 리턴 스프링의 용수철 힘에 의해 포핏은 파워
피스톤의 씨트부에 밀착되며, 버큠 밸브가 닫힘으로, 파워 실린더의 A,B 양실의 통기구
멍은 차단된다. 이 때, 에어 밸브는 아직 닫혀 있다. 브레이크 페달을 밟고, 밸브 플런
저가 왼쪽에 이동하면, 그림(b)와 같이 밸브 플런저는 포핏에서 떨어져, 밸브가 열림으로 대기는 파워 실린더의 (B)실에 유입된다. 대기의 유입에 의해 A,B실에 압력차이가
생기고, 이 압력 차이에 의해 [그림 16-41]와 같이 파워피스톤이 다이어프램 리턴스프
링의 용수철 힘을 이기고 왼쪽으로 이동하게 된다.

브레이크 작동 시 밸브플런저의 상태

 

파워 피스톤이 왼쪽으로 움직이는 것에 따라, 포핏도 왼쪽으로 이동하
고, 밸브가 닫힘으로서 다시 [그림16-41]의 (a)와 같은 상태가 되고, B
실에 대기의 유입도 정지하며, 압력은 그대로의 상태로 유지된다.
따라서 브레이크 페달을 밟는 도중에 세웠을 경우는 이 상태를 유지하고
있다. 제동 중에는 이상의 작동을 되풀이 하면서 파워 피스톤을 작동시킨
다. 한편, B실이 완전히 대기압이 되면, 파워 피스톤에 작용되는 힘은 최
대가 되고, 배력 작용도 최대가 된다.

배력장치의 작동

(3) 브레이크를 놓았을 때

브레이크 페달에서 발을 떼면, 밸브플런저는 마스터실린더 피스톤의 반력과 다이어프램 리턴 스프링 및 밸브 리턴 스프링의 용수철 힘에 의해 오른쪽으로 되돌아 온다. 밸
브플런저가 오른쪽으로 이동함에 따라 밸브가 닫히는 동시에 버큠 밸브가 열려 B실과
A실 모두 가은 부압이 작용하여 배력작용은 해제된다.

(4) 첵 밸브

첵 밸브(check valve)주행 중 엔진의 흡입부압 또는 진공 펌프에 발생하는 부압이 변
화했을 때 항상 일정한 부압을 유지하는 역할을 한다. 가솔린 엔진과 같이 스로틀밸브
를 사용하는 엔진의 경우에는, 흡기관 부압이 액셀페달을 밟아 스로틀밸브가 열리면 낮
아지고, 닫히면 높아지기 때문에 엔진의 가, 감속에 따라 부스터에 공급되는 부압이 일
정하지 않게 된다. 따라서 엔진과 브레이크 부스터를 연결하는 진공호스에는 첵 밸브를
두어 부스터의 부압을 항상 일정하게 유지하도록 하고 있다. 이 때문에 엔진의 부압이
저하되거나 시동이 꺼저 부압이 공급되지 않더라도 1~2회 정도의 배력작용이 가능하
다. 하지만 스로틀밸브가 없는 디젤엔진의 흡기관에는 항상 대기압이 작용하기 때문에
부압이 매우 낮다. 따라서 디젤차량은 발전기 뒤에 별도의 진공펌프를 장착하여 엔진
의 회전수 변화에 상관없이 항상 일정한 부압을 생성하도록 하고 있다.