자동차 브레이크 부스터 (배력장치)의 기능, 구조, 원리 및 작동 방식에 대하여

자동차의 자장 중요한 기본 성능은 잘 달리고, 잘 정지하고, 잘 선회할 수 있어야 합니다. 그중 특히 자동차의 제동 장치인 브레이크 시스템은 자동차 성능에 가장 큰 영향을 미치는 시스템 중 하나로 운전자가 원하는 시기에 적절한 제동거리로 잘 정지할 수 있게 하는 시스템입니다. 자동차의 브레이크 시스템은 여러 구성 부품으로 이루어져 있는데 오늘은 그중 브레이크 배력 장치라고도 불리는 브레이크 부스터 (Brake Booster)의 기능, 작동 원리 및 방식에 대하여 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

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브레이크 부스터(Brake Booster)의 기능

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브레이크 부스터는 유압 마스터 실린더와 브레이크 페달 사이에 위치하게 됩니다. 차량 제동 시 운전자가 브레이크 페달을 밟게 되면 브레이크 부스터 바디 내부에 엔진 흡기 메니폴드의 진공과 연결된 정압 챔버와 대기압의 변압 챔버 사이의 압력차에 의하여 운전자의 작은 브레이크 페달 답력(Brake Pedal Effort)을 몇 배의 제동력(Brake Force)으로 증가시키는 기능을 하게 되며, 이때 브레이크 유압 마스터 실린더의 유압을 통해 각 휠에 적절한 제동력을 발생시켜 주는 기능을 하게 되는 장치입니다.

브레이크 부스터의 구조

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브레이크 부스터의 구조에 대해 알아보면 아래 그림과 같이 부스터 바디 (Booster Body), 부스터 피스톤 (Booster Piston), 피스톤 리턴 스프링 (Piston Return Spring), 리액션 기구 (Reaction Mechanism), 컨트롤 밸브 기구 (Control Valve Mechanism) 등으로 구성되어 있습니다. 또한 부스터 바디는 앞서 설명드렸듯이 기본적으로 다이어프램 (Diaphragm)에 의해 나뉜 정압 챔버 (Constant Pressure Chamber)와 변압 챔버 (Variable Pressure Chamber)로 나뉘어 있습니다.

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브레이크 부스터의 기본 원리

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브레이크 부스터의 기본 원리는 앞서도 잠시 말씀드렸듯이 압력차에 의해 높은 제동력이 발생하게 되는 것입니다. 간단히 설명드리면 아래 그림과 같이 컨트롤 밸브가 닫혀있는 상태에서는 양쪽 챔버가 진공 상태가 되어 리턴 스프링에 의해 피스톤이 오른쪽으로 밀리게 되며, 반대로 컨트롤 밸브가 열리게 되면 챔버 B에 대기 공기가 들어와 챔버 B가 대기압 상태가 되면 A, B 두 챔버의 압력차이에 의해 피스톤은 스프링을 밀어내면서 왼쪽으로 이동하여 브레이크 마스터 실린더에 큰 유압을 발생시키게 되는 원리입니다.

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브레이크 부스터의 에어 밸브 (Air Valve) 작동

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부스터 에어 밸브가 닫힌 상태

아래 그림은 주행 중 운전자가 브레이크를 밟지 않은 상태로 에어 밸브가 닫혀있어 제동력이 발생하지 않고 있는 부스터의 상태로 정압 챔버와 변압 챔버가 모두 진공 상태일 때의 모습입니다. 즉 밸브 작동 로드 (Valve Operating Rod)에 연결되어 있는 에어 밸브가 에어 밸브 리턴 스프링에 의해 오른쪽으로 이동되어 있는 있습니다.

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부스터 에어 밸브가 열린 상태

아래 그림은 운전자가 브레이크 페달을 밟아 제동력이 가해지는 상태로 에어 작동 로드는 에어 밸브를 왼쪽으로 밀게 됩니다. 이때 에어 밸브에 의해 오른쪽으로 밀려있던 컨트롤 밸브 (Control Valve)은 컨트롤 밸브 스트링 (Control Valve Spring)에 의해 다시 왼쪽으로 이동하면서 정압 챔버와 변압 챔버 사이를 막게 되며 이때 변압 챔버로 대기 공기가 유입되어 변압 챔버가 대기압 상태로 변하게 됩니다. 이러한 두 챔버의 압력차이에 의해 부스터 푸시 로드를 왼쪽으로 밀게 되면서 마스터 실린더에 의해 큰 제동력이 발생하게 됩니다.

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텐덤 브레이크 부스터 (Tandom Brake Booster)

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텐덤 브레이크 부스터는 두 개의 피스톤(Diaphrgm)으로 구분되어 있는 두 개의 정압 챔버와 두 개의 변압 챔버를 가진 브레이크 부스터로서 콤팩트하면서도 싱글 부스터 대비 아주 큰 배력을 발생시킬 수 있는 브레이크 부스터입니다. 작동 원리는 각각 2개의 정압 챔버와 변압 챔버를 가지고 있을 뿐이지 싱글 브레이크 부스터와 비슷하며 제동력이 가해질 때와 가해지지 않을 때를 아래 그림으로 간단히 대치하도록 하겠습니다.

에어 밸브 닫힌 상태 - 제동력 없는 상태

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에어 밸브 열린 상태 - 제동력 발생

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마무리

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지금까지 브레이크 배력 장치라고도 불리는 브레이크 부스터에 대한 기능, 원리 및 작동 원리에 대하여 알아보는 시간을 갖었습니다. 또한 추가적으로 텐덤 브레이크 부스터에 대해서도 알아보았습니다. 이번 글이 여러분의 자동차 상식에 조금이라도 도움이 되었으면 하는 바람입니다.

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