보조브레이크란 주 브레이크인 풋 브레이크(발로 사용하는 브레이크)의 제동력을 보조하기 위하여 사용하는 브레이크이다. 보조 브레이크에는 엔진 브레이크라고 불리는 자동차 구조상 자연적으로 발생하는 제동력이 있으며 별도로 부가장치를 장착하여 사용하는 브레이크로 나눌 수가 있다.별도의 장치를 사용하는 보조브레이크에는 가장 흔한 배기 브레이크와 오토매틱차량에서 사용되는 인타더, 리타더라는 것, 현대자동차에서 전자식 파워텍 엔진에 옵션으로 달아주는 제이크 브레이크(미국 자콥 브레이크 생산)가 있으며 쌍용 트랜스타에 장착된 COTV도 보조브레이크라고 할 수 있다.오랜만에 업데이트되는 이번 540강좌에서는 버스에 장착되는 혹은 대형 상용차에 장착되는 보조브레이크에 대해서 자세하게 알아보기로 하겠다. 

 

2. 엔진브레이크

엔진브레이크란 앞장에서 이미 설명한 바가 있는데 별도의 장치를 부착하지 않고 운전테크닉으로 사용하는 브레이크이다. 사용하는 방법은 다음과 같다.

우선 자동차가 가속하게 되는 과정은 다음과 같다. 운전자가 가속페달(엑셀레이터)을 밟게 되면 엔진회전수가 올라가게 되어 차는 가속을 하게 된다.. 이 상황에서 운전자가 가속페달 밟는 것을 중지하고 발을 떼게 되면 엔진회전수는 더 이상 올라가지 않으며 서서히 회전수가 줄 게 된다.

이 원리로 동작하는 것이 엔진브레이크이다. 같은 원리로 내리막길에서 기어를 한 단 낮추게 되면 엔진에 부하가 걸리게 되어 차량의 속도를 줄일 수 있게 되는 것이다.

 

3. 배기브레이크

배기브레이크는 거의 모든 대형 상용차에 기본장착이 되어 있는 보조브레이크이다. 배기브레이크를 사용하려면 별도의 부가장치가 필요하다.

배기브레이크의 작동원리는 다음과 같다. 연료와 공기의 혼합기가 엔진으로 들어가서 폭발과정을 거치면 배기가스가 생성되어 밖으로 나오게 된다. 배기가스가 엔진에서 밖으로 나올 때에는 배기매니폴드(배기다기관)를 거쳐 중간 파이프라인(정확한 명칭 모름)을 따라서 소음기(머플러)를 통해 대기중으로 방출되게 된다.

파이프 라인을 통해서 밖으로 나가려는 배기가스를 중간에 막아 버리면 배기가스가 고이게 되고 그로인해 엔진에서 폭발과정이 제대로 이루어지지 않는다. 그러면 자연히 엔진의 출력이 저하되고 그로인해 RPM이 떨어지게 되며 결국 속도가 줄어든다.

배기브레이크는 브레이크 조작과 동시에 사용하기도 하며 특히 내리막길 주행시 풋 브레이크 대용으로 자주 사용하게 된다. 배기브레이크는 7~8초 정도만 사용하는 것을 원칙으로 하고 있으며 장시간 사용시에는 엔진에 과부하를 주게되어 손상을 입히게 된다. 그러므로 내리막길 배기브레이크 사용시에는 10초정도 사용하고 해제를 했다가 다시 사용하는 요령이 필요하다.

배기브레이크를 사용했을시에는 "두두두두"하는 소음이 발생하게 되는데 최근에는 이런 소음을 없애기 위해서 흡기관쪽에 배기브레이크 장치와 똑같이 생긴 장치를 하나 더 설치한다. 이 장치는 배기브레이크가 작동할 때 동시에 작동하게 하여 배기브레이크 사용시 발생하는 소음이 흡기관쪽을 타고 밖으로 나가는 것을 방지한다.

배기브레이크는 가속페달과 동시에 사용할 수 없으며 또한 클러치 페달과도 동시에 사용할 수 없다. 배기브레이크 스위치를 넣고 있는 상황에서 가속페달을 밟거나 기어변속을 위해 클러치페달을 밟았을 경우 자동해제가 된다. 그와 반대로 배기브레이크는 풋 브레이크와는 동시 사용이 가능하다.

 

4. 인터더와 리타더

자료제공 : 한상월 (http://home.hanmir.com/~hansw99/)

인타더와 리타더는 이름은 다르지만 같은 것이라고 보면 된다. 원래 ZF사에서 자기네 오토매틱에 리타더라는 보조브레이크 장치를 개발해서 판매를 했는데 추후에 다른 회사에서도 인타더라는 이름으로 동일 기능을 하는 장치를 개발했다고 합니다. 말의 신빙성은 50%이지만(확실하지 않습니다. 듣기는 들었는데 자세히 기억이 안나서) 암튼 리타더라는 것은 독일의 ZF사에서 처음 시작이 되었고 리타더와 인타더는 다른 것이 아니고 같은 것이라고 생각하시면 되겠습니다.

지금부터는 그냥 리타더라고만 이야기 하겠습니다. 이 리타더에는 두가지 방식이 있는데 하나는 오토밋션 내부에서 작동하는 방식이고 다른 한가지 방법은 프로펠러 샤프트 축에서 작동하는 방식입니다.

먼저 유압식 리타더(어려운 말로 유체역학식 리타더)에 대해서 알아보자.

유체역학식 리타더는 감속 토오크를 발생하기위한 메카니즘으로 점도 감쇠를 이용하는 장치이다. 이때 발생하는 열은 열교환기(heat exchanger) 에 의해 발산된다. 트랜스미션 내부에서 기어가 돌고 있으면 기어가 돌고 있는 방향과 반대방향으로 리타더 액을 회전을 시킨다. 그러면 리타더 액의 힘에 의해서 제동이 이루에 지게 되는 것이다.

제동력의 크기는 얼마나 많은 리타더 액이 들어갔느냐와 그 때 발생하는 압력에 따라서 좌우된다. 리타더의 작동은 hand lever(서울 고급좌석 755번 BH116을 타면 볼 수 있다)의 작동 또는 foot pedal과 같은 관련  service 브레이크/리타더 제어장치로 할 수 있다.

가해진 제어력의 수준에 따라 다르지만 에어 탱크의 압축공기에 의해서 유체역학식 브레이크 내로 리타더 액을 보낸다. 리타더 액이 들어가게 되면 제동력이 발생하게 되는 것이다.

이런 형식의 리타더의 한가지 중요한 장점은 차량 속력이 보다 높을 때 감속력이 더 크다는 것이다. 리타더의 감속력은 제로(zero)가 될 수 없기 때문에 리타더 작동만으로 차량이 완전히 정지하는 일은 발생하지 않는다.

중간-장착(mid-mount) 액압 리타더가 톰슨(Thompson)에서 생산되는 것 외에는 Allison,  Mack(Dynatard), Voith 및 Caterpiller(Brakesaver)를 포함한 몇몇 제조업자들이 그들의 자동변속기와 함께 리타더를 제공하고 있다. 자동변속기에             설치될 때 리타더는 변속기 토오크  변환기와 range gear assembly 사이에 장착된다.

액압식 리타더의 장점은 보다 빠른 여행시간, 라이닝 수명 증대, 구동기어 사용감소, 엔진브레이크보다 낮은 소음 및  운전자 피로 감소를 들 수 있다.

다음은 전기식 리타더이다.

전기 리타더의 원리는 회전하는 디스크상에서 감속 토크를 발생시키는 두 개의 전자석 사이에서 회전하는 금속 디스크  내에서 와전류(eddy currents)가 발생하는 것에 기초를 두고 있다. 설명이 상당히 어려운데 간단히 설명을 하자면 구동축이 돌아가고 있을 때 그 주위에 전자석을 설치하여 회전력을 감소시키는 것이다.

전자석에서 부분적으로 에너지를 발생하면 감속 토크가 생기며 전자석이 에너지를 발생하지 않으면 감속 토크는 발생하지 않는다. 와전류는 디스크를 가열시기게 되는데 디스크의 냉각은 통풍식 로우터(ventilated rotor) 와 함께 대류 열전달에 의해 이뤄진다. 초기에, 모든 감속 에너지는 로터 재질에 의해 흡수되고 저장된다. 온도가 방출될 때만 냉각이 일어난다. 와류 전류 리타더의 주요 문제는 유효 대류 냉가 용량에 대한 높은 브레이크 온도의 필요성 - 마찰식 휠 브레이크에서 경험한 것과 유사 - 과 연관되어 있다. 높은 온도는 로우터의 자기(磁氣)를 약화시키기 때문에 감속 효력을 감소시키게  된다. 함유된 특수 재질 혼합물에 따라 다르지만 이 한계 온도는 거의 727℃에 놓여 있다. 자기약화시키는 영향을 제한하기 위해 조작온도는 370∼480℃를 초과하지 않아야한다. 이런 수준에서 약 20∼30% 감속 효력의 감소가 생긴다.

아주 간단하게 설명을 하자면 프로펠러 샤프트가 회전을 하면서 바퀴에 동력을 전달해 주는데 그 주위에 전자석을 설치하고 전자석을 작동시키면 자기장에 의해서 프로펠러 샤프트의 회전력을 감소시킨다. 이 때 열이 발생을 하게 되는데 열을 방출시키는 장치가 있으며 열이 너무 많이 생기게 되면 오히려 성능이 안좋아지게 되는 것이다.

리타더라는 장치는 조금 어려운 장치이기 때문에 설명이 조금 어렵게 되었네요. 배기브레이크처럼 흔히 볼 수 있는 것도 아니고..

 

5. 제이크 브레이크

디젤 엔진은 4행정 사이클 기관이다. 이 말은 흡입 - 압축 - 폭발 - 배기의 과정을 거치면서 동력을 발생시킨다는 뜻이다. 폭발과정에서 생긴 힘으로 자동차가 굴러가게 되는 것인데 제이크 브레이크는 간단히 설명해서 폭발이 일어나는 순간 폭발개스를 다른 구멍을 통해서 새어 나가게 해서 폭발력을 감소시키는 장치이다. 폭발력이 감소가 되니까 그만큼 차량에 전달되는 동력이 약해지게 되고 그 원리로 제동력을 얻는 것이다.

자세히 설명을 하자면 정상적인 사이클을 이루는 동안 디젤엔진은 압축행정 동안에 압축 공기에 에너지를 저장하고 팽창(폭발) 행정을 하는 동안 크랭크 샤프트에 대부분의 에너지를 반환한다. 이 힘이 바로 자동차를 움직이게 하는 힘이다. 그러나 제이크 브레이크가 작동하는 동안에는 폭발을 하면 연소실 위의 구멍이 열리게 되어 압축공기는 배기 다기관과 배기 낟가리(exhaust stack) 로 송출된다.  이렇게 되면 크랭크 샤프트 쪽으로는 약간의 에너지만 공급이 되는 것이다.

터보차저(turbocharger) 는 여전히 엔진 제동시 정상 속력의 30∼40%로 회전한다. 기본 엔진 치수 및 마력에 따라 다르지만 브레이크 마력 범위는 200∼330hp 또는 그 이상까지 있다.

엔진 브레이크의 작동은 운전석 대쉬보드에 장착된 "on" "off" 스위치로 제어되며, 만약 사용할 경우 2, 4 또는 6실린더 만을 작동하므로서 엔진 제동의 3가지 변환 등급 만큼 제어된다.  스위치가 "on" 위치에 있을 때 언제든지 가속 페달을 밟거나 클러치 페달을 밟을 경우에는 엔진 브레이크가 해제된다.

감속 효과를 증대시키기 위해 어떤 특별한 준비없이 기본 엔진제동은 엔진 기본동력의 약 45∼50%, 배기 브레이크는 약 60∼70%, Jake 브레이크는 약 90∼95% 그리고 액압식 리타더는 약 175∼200%까지 발생시킬 것이다.

 

6. C.O.T.V

C.O.T.V라는 보조브레이크는 벤츠엔진에 장착이 되었던 것이다. 그래서 우리나라의 버스중에서는 쌍용의 트랜스타에 장착이 되었었다. 하지만 최근의 엔츠엔진에는 COTV가 없어진 것 같다. 아무리 찾아봐도 COTV에 대한 설명이 없는 것을 보면 아마 그런 것 같다. 그렇다면 이제 COTV의 기능에 대해서 좀 더 자세하게 알아보기로 하겠다.본인이 직접 COTV를 사용을 해본 적이 없기 때문에 정확히 어떻게 작동이 되는지는 잘 모르겠다. 하지만 COTV장치는 엔진 실린더블록 위에 장착이 돼 있다. 제이크 브레이크와 비슷한 위치에 장착이 되어 있는 것으로 사료된다.그리고 COTV가 장착이 되어 있는 차량에도 배기브레이크가 장착이 된다. 배기브레이크와 COTV를 동시에 사용할 수도 있다고 한다.COTV에 대해서 자세하게 알고 있는 박철민군의 설명에 의하면 배기브레이크 스위치를 넣고 COTV 스위치를 넣은 다음에 엑셀레이터 페달을 밟으면 배기브레이크가 헤제가 되고 차가 가속이 되려고 하다가 COTV의 작동으로 인해서 차는 더 이상 가속이 되지 않는다고 한다.그러므로 일정 속도를 계속 유지할 수가 있는 것이다. 내리막 길에서 유용하게 사용할 수가 있으며 내리막 오르막이 반복이 되는 길에서 일정속도를 유지하는데 아주 유용하게 사용할 수 있다고 한다.COTV에 대한 기능은 나중에 좀 더 배우고 난 후에 특집기사로 한번 글을 다시 올릴까 한다. 

 

7, 마치는 글

이상으로 보조브레이크에 대해서 알아봤다. 이런 여러 가지 보조브레이크가 있기 때문에 좀 더 편하게 운전할 수 있으며 풋 브레이크 사용 횟수를 줄임으로서 차량 정비측면에서도 상당한 도움을 주고 있다.

하지만 보조브레이크 사용을 잘못하게 되면 차량에 심각한 손상을 입히기 때문에 사용시 사용법을 정확히 익히는 것이 중요하다고 하겠다.