자동차학과, 자동차 정비 기능사 등 차의 모든것 자동차 셰시 핵심 요점 119장. 공기 브레이크 구성

119장. 공기 브레이크 구성

 

공기식 브레이크는 압축 공기 계통과 공기브레이크 계통으로 구분된다

가. 압축공기 계통 구성품

(1) 공기 압축기
공기 압축기(air compressor)는 엔진의 크랭크축에 의해 V벨트로 구동되며, 공기 입
구 쪽에는 언로더 밸브가 설치되어 있어 압력 조정기와 함께 공기 압축기가 과다하게 작
동하는 것을 방지하고 공기 저장 탱크 내의 공기 압력을 일정하게 조정한다.

공기 압축기

(2) 압력 조정기와 언로더 밸브
압력 조정기(air pressure regulator)는 공기저장 탱크 내의 압력이 5∼7kgf/cm2이
상 되면 공기 탱크에서 공기 입구로 들어온 압축 공기가 스프링 장력을 이기고 밸브를
밀어 올린다. 이에 따라 압축 공기는 공기 압축기의 언로더(unloader valve) 밸브 위쪽
에 작동하여 언로더 밸브를 내려 밀어 열기 때문에 흡입 밸브가 열려 공기 압축기 작동
이 정지된다. 또한 공기저장 탱크 내의 압력이 규정 값 이하가 되면 언로더 밸브가 제자
리로 복귀되어 공기 압축 작용이 다시 시작된다.

(3) 공기 탱크와 안전 밸브
공기 저장 탱크는 공기 압축기에서 보내 온 압축 공기를 저장하며 탱크 내의 공기 압
력이 규정값 이상이 되면 공기를 배출시키는 안전 밸브와 공기 압축기로 공기가 역류하
는 것을 방지하는 체크 밸브 및 탱크 내의 수분 등을 제거하기 위한 드레인 코크가 있다.

나. 공기 브레이크 계통 구성품

(1) 브레이크 밸브
브레이크 밸브(brake valve)는 브레이크 페달, 밸브 바디, 그리고 밸브 바디내의 플런
저에 의해 연동되는 상하 두 개의 피스톤, 그리고 각각 피스톤 아래에 있는 흡입/배기 밸
브 등으로 구성되어 있다. 브레이크 페달은 플런저와 피스톤이 직결된 트레들(treadle)
형 이 일반적으로 사용된다. 밸브 바디부는 위쪽과 아래쪽으로 나누어지며, 위쪽은 후
륜으로, 아래쪽은 전륜으로 각각 독립적으로 공기가 공급한다.

브레이크 페달을 밟았을 때

 

① 브레이크 페달을 밟았을 때
[그림 18-5]의 (a)는 브레이크 페달을 밟은 경우로, 브레이크 페달의 힘에 의해 플
런저가 아래로 이동하여 스프링을 거쳐 위쪽의 피스톤을 아래로 민다. 따라서 위쪽 피스톤 하부와 흡입/배출 밸브가 밀착되고 더욱 내려가면 아래쪽 피스톤도 내
려가 아래쪽 피스톤의 하부와 흡입/배출 밸브도 밀착되어 진다. 이런 상태가 되면
위쪽에 있는 공기 탱크 흡입구를 거쳐 압축 공기가 유입되어 뒤쪽의 릴레이 밸브
로 통하는 공기 통로가 열려 압축 공기는 뒤 릴레이 밸브로 보내진다. 또한 아래
쪽의 공기 탱크 흡입구와 앞쪽의 퀵 릴리즈 밸브가 통하는 통로가 열려 압축 공기
는 앞쪽으로 보내진다.

② 브레이크 페달을 해제했을 때
브레이크 페달을 놓으면 [그림 18-5]의 (b)와 같이 플런저가 위로 올라가 각 피스
톤에 작용하는 힘이 제거되므로 피스톤이 위로 올라감으로써 각각의 피스톤과 흡
입/배출 밸브와는 간극이 생기고 또한 각 공기 탱크 흡입구와 릴레이 밸브 그리고
퀵 릴리즈 밸브가 통하는 통로는 차단된다. 따라서 릴레이 밸브와 퀵 릴리즈 밸브
에 작용하고 있던 고압의 공기는 피스톤의 하부와 흡입/배출 밸브 사이의 틈새를
따라 밸브 아래로 배출되어 브레이크 작용이 해제된다. 브레이크 밸브는 그림과
같이 상하로 각각 독립된 구조와 독립된 공기 탱크로부터 고압의 공기를 받아 작
동시키므로 어느 한쪽에 문제가 발생하여도 다른 한쪽에는 정상적으로 작동되도
록 되어 있다. 브레이크 밸브는 브레이크 페달의 답력에 의하여 작동되는데 브레
이크 페달이 움직이는 각도에 따라 브레이크 페달에 가해지는 답력과 브레이크 밸
브를 빠져 나오는 토출압력은 변하게 된다.

(2) 퀵 릴리스 밸브
퀵 릴리스 밸브(quick release valve)는 브레이크 작용을 해제하였을 때 앞 쪽 브레이
크 챔버에 있는 고압의 공기를 빨리 배출시켜 브레이크 해제를 신속하게 하기 위한 밸
브이다. 즉 브레이크 챔버 근방에 설치하여 브레이크 해제 시 브레이크 챔버에 있는 고
압의 공기가 브레이크 밸브를 통하지 않고 바로 배출되도록 한 것이다. 브레이크 페달
을 밟으면 [그림 18-6]의 (a)와 같이 브레이크 밸브를 거쳐 들어온 고압의 공기가 밸브
내의 다이어프램을 밀어 브레이크 챔버로 들어가 앞 쪽에 제동작용이 일어난다. 브레이
크 챔버에 작용하는 공기압과 다이어프램 상부에 작용하고 있는 브레이크 밸브에서 보
내진 공기압이 서로 평형을 이루면 [그림 18-6]의 그림(b)와 같이 다이어프램 아래에
있는 스프링의 장력에 의하여 다이어프램이 닫혀진다. 따라서 브레이크 밸브에서 보내
진 공기압과 같은 공기압을 브레이크 챔버에서도 유지할 수 있게 된다. 브레이크를 해
제하면 [그림 18-6]의 (c)와 같이 브레이크 밸브로부터 공기가 배출됨에 따라 입구 압력이 낮아진다. 이에 따라 밸브는 스프링 장력에 의해 제자리로 복귀하여 배출 구멍을
열고 앞 브레이크 챔버 내의 공기를 신속히 배출시켜 제동을 푼다.

(3) 릴레이 밸브
릴레이 밸브는 브레이크 밸브에서 보내져 오는 공기압력으로 작동하고, 공기 탱크로
부터 뒤 쪽 브레이크 챔버로 통하는 공기통로를 개폐하여 브레이크 작동지연을 줄이고
브레이크 해제를 신속하게 하기 위한 것이다. 브레이크를 작동하면 [그림 18-7]의 (a)와
같이 브레이크 밸브를 거쳐 나온 공기가 릴레이 밸브내의 컨트롤 밸브를 눌러준다. 따라
서 릴레이 밸브입구에 있는 공기 탱크로부터 보내져 있는 고압의 공기통로를 개방하게
되어 뒤 쪽 브레이크 챔버에 고압의 공기가 바로 작용하게 되어 뒤 쪽 브레이크 작용이 신속하게 일어난다. 

브레이크를 해제하면 컨트롤 밸브를 누
르고 있던 공기는 브레이크 밸브를 통하여 대기로 방출되므로 컨트롤 밸브는 스프링에
의해 위로 이동하게 된다. 따라서 브레이크 챔버에 있던 고압의 공기는 브레이크 밸브까
지 가지 않고 바로 릴리즈 밸브에서 배출되므로 브레이크 해제가 신속하게 이루어 진다.

(4) 브레이크 챔버
브레이크 챔버(brake chamber)는 페달을 밟아 브레이크 밸브에서 조절된 압축 공기
가 챔버 내로 유입되면 다이어프램은 스프링을 누르고 이동한다. 이에 따라 푸시로드
가 슬랙 조정기를 거쳐 캠을 회전시켜 브레이크 슈가 확장하여 드럼에 압착되어 제동
을 한다. 페달을 놓으면 다이어프램이 스프링 장력으로 제자리로 복귀하여 제동이 해
제된다. 브레이크 챔버는 릴레이 밸브나 퀵 릴리즈 밸브를 거쳐 오는 공기압을 받아 브
레이크 캠을 작동시켜 제동력을 발생시키는 것으로 그림과 같이 드럼 브레이크 바로 뒤
에 위치하고 있다.

 

브레이크 챔버의 내부는 다음 그림과 같이 다이어프램이 들어있는 브레이크 챔버와
피스톤이 들어 있는 보조실로 구성되어 있다.
① 브레이크가 작동하지 않은 때(정상 주행시)
브레이크가 작동하지 않은 상태에서 정상적으로 주행하는 경
우로 브레이크 챔버로 통하는 공기는 유입되지 않으나, 왼쪽에 있는 보조실로는
다른 회로(주차회로)를 거쳐 공기압이 들어와 다이어프램을 왼쪽으로 당겨 브레이
크가 작동되지 않고 있다.

② 브레이크 페달을 밟았을 때
브레이크 페달을 밟으면 [그림 18-9]의 (b)와 같이 왼쪽에 있는 보조실에도 공기
압이 들어오지만 브레이크 챔버에도 고압의 공기가 유입되어 챔버내의 다이어프램
을 오른쪽으로 밀어서 푸시로드가 슬랙 어저스터를 밀게 된다. 따라서 슬랙 어저
스터의 축과 연결된 S자 캠이 회전하면서 브레이크 슈를 벌려 제동력이 발생한다.

 

정상 주행시

주차 브레이크 작동시

③ 자동차가 정지되었을 때(주차시)
[그림 18-9]의 (c)는 자동차가 정지된 상태에서 주차 브레이크를 작동시키면 보조
실로 들어가는 공기가 대기로 배출되고, 또한 브레이크 챔버내에도 고압의 공기가
유입되지 않으므로 보조실내의 스프링의 장력과 브레이크 챔버내의 스프링 장력
차에 의해 다이어프램이 오른쪽을 이동하여 제동력이 발생한다. 여기서 다시 주차
브레이크를 해제하면 보조실로 고압의 공기가 유입되어 그림(a)와 같은 상태가 되
어 정상적인 주행이 가능해진다.

④ 수동으로 브레크를 해제 할 때
자동차를 장시간 가동하지 않아 공기 탱크내의 압력이 낮거나 0이 되면 시동을 건
직후 자동차를 움직일 수 없게 된다. 따라서 기관이 가동되지 않은 상태에서 자동
차를 이동하기 위해서는 [그림 18-9]의 (d)와 같이 보조실 왼쪽에 있는 릴리즈 볼
트를 풀어주면 브레이크가 해제되어 진다.

(5) 슬랙 조정기
슬랙 조정기는 브레이크 챔버의 푸시로드의 움직임을 캠 샤프트(cam shaft)를 통해
서 브레이크 슈에 전달하는 역할을 하는 동시에 내부에 드럼과 라이닝과의 간극을 조정
하는 기구를 가지고 있다. 브레이크 라이닝은 사용함에 따라 라이닝과 드럼과의 간극이
점차 커지게 되므로 조정을 통하여 적정한 라이닝 간극을 유지하는 것은 중요하다. 완
전한 에어만으로 작동되는 공기 브레이크에서 S자의 캠으로 작동되는 브레이크에서는
슬랙 어저스터에 의해 간극을 조정한다. 그러나 적정한 주기로 조정을 하지 않을 경우
라이닝의 간극이 과대해져 제동 시 브레이크 챔버의 행정이 길어져 브레이크 성능이 저
하 되고 또한 브레이크 밀림 현상이 발생하게 된다. 브레이크 드럼과 라이닝 사이의 간
극을 조정하는 슬랙 어저스터는 수동식과 자동식이 있다.

슬랙 조정기

(6) 저압 표시기
브레이크용의 공기 탱크 압력이 규정 보다 낮은 경우 적색 경고등을 점등하고 동시
에 부저를 울려 브레이크용의 공기 압력이 규정보다 낮은 것을 운전자에게 알려주는 역
할을 한다.

 

* 공기 브레이크 작동

① 페달을 밟았을 때
페달을 밟으면 압축 공기는 페달을 밟는 양에 따라 퀵 릴리스 밸브를 거쳐 앞 브레
이크 챔버에 작동하고, 동시에 릴레이 밸브에도 공급되어 뒤 브레이크 챔버를 작
동시킨다. 이에 따라 푸시로드가 슬랙 조정기를 거쳐 캠을 회전시켜 브레이크 슈
가 드럼에 밀착되어 제동 작용을 한다.

② 페달을 놓았을 때
페달을 놓으면 브레이크 밸브, 퀵 릴리스 밸브, 릴레이 밸브가 작동하여 브레이
크 챔버 내의 압축 공기를 신속하게 대기 중으로 방출시키므로 제동이 해제된다.