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[장형성 교수의 자동차 이야기(11)] 브레이크와 엔진브레이크?

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[장형성 교수의 자동차 이야기(11)] 브레이크와 엔진브레이크?

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브레이크 소음은 왜 나는가?


브레이크의 소음은 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 자동차의 휠이 돌아가는 것을 붙잡는 브레이크 패드나 라이닝의 마찰 시에 발생되는 것이다.

자동차 브레이크 소음은 브레이크의 사용상태, 온도, 습도, 패드나 슈의 마모 정도, 또는 재료에 따라 소음의 크기나 소리가 다르게 발생된다.

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디스크브레이크. 그림=네이버 골든벨 첨단자동차섀시

승용차의 대분분에 사용하는 디스크 브레이크의 패드는 화물차 등 대형차에 사용하는 라이닝에 비하여 상대적으로 열이 덜 발생하고 소리도 적다. 따라서 디스크 브레이크보다는 대형자동차에 많이 사용하는 드럼 브레이크가 더 소음이 더 잘 발생된다고 볼 수 있다.

아무튼 패드나 라이닝이 휠에 마찰될 때 소음이 나지 않도록 하는 것도 기술이다. 즉 마찰재를 어떤 것을 사용할지, 구조는 어떻게 만들 것인지, 온도변화는 어떻게 덜 발생되게 할 것인지 등, 여러 조건에 대하여 대응하는 기술을 가져야 한다
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드럼브레이크. 그림=네이버 골든벨 첨단자동차섀시


패드나 라이닝의 마모에 의한 홈이나 재질 때문에 소음이 난다

자동차 브레이크를 밟으면 마찰에 의해 브레이크가 잡히는데, 마찰을 계속 일으키다보면 패드나 라이닝이 마모가 일어나고, 마모 시 작은 홈이 생기거나 재질에 따라 마찰에 의해 떨어지며 아래쪽 새로운 면이 나타나 마찰효과도 높이고, 소음도 발생하지 않게 하는데, 마찰재가 반들반들하게 마모되면서 눌러 붙으면 브레이크 효과도 떨어지고, 약간의 홈이 생기면 소리가 발생되는 것이다.
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디스크와 패드의 튜닝. 그림=네이버


브레이크 반복 사용을 줄이고 엔진브레이크 사용 습관을 늘리자

소리만 발생되는 것이 아니라 브레이크 효과가 떨어지는 것이 가장 큰 문제이다. 특히 짐을 많이 싣거나, 사람이 많이 탄 경우 자동차의 무게가 무거워지고, 언덕길 등을 계속 내려갈 때 연속으로 브레이크를 밟으면 지속적인 마찰에 의해 열이 상당히 높게 발생되고, 열에 의해 브레이크 효과가 현저히 저하된다(이러한 현상을 페이딩 현상이라 한다)

평소 혼자 운전하다가 주말이나 휴가 또는 명절 시 가족이 함께 타고 이동하는 경우가 브레이크가 잘 안 듣는 것을 느낀 경우가 있을 것인데, 더욱 조심스럽게 운전해야 하고, 발로 밟는 브레이크를 최소화하려는 노력을 해야한다.
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자동변속기 레버 1(왼쪽), 자동변속기레버 2(가운데), 자동변속기레버 3. 그림=네이버

발로 밟는 브레이크를 최소화 하려면 속도를 낮추든지, 내리막길 등에서 엔진브레이크 효과를 이용해야 한다. 자동변속기 자동차를 운전하는 경우도 이 효과를 이용할 수 있다. D위치에서 3-2-L 등 낮은단 쪽으로 레버를 움직이면 수동변속기처럼 즉시 반응하지는 않지만, 효과를 볼 수 있다.

전기자동차도 엔진브레이크 사용이 가능할까?

일반 내연기관 자동차에서 엔진브레이크를 사용하는 것은 변속기어를 활용하는 방법인데, 전기차에는 변속기어가 없다. 전기자동차는 어떤 방법으로 엔진브레이크를 걸 수 있을까? 전기차에는 기어 변속레버가 없다. 전자 버튼식만 존재한다. 따라서 회생 제동 시스템을 활용하여 엔진브레이크 효과를 낼 수 있다.

내연기관 자동차의 엔진브레이크와 다른 점이 있다면 작동 시 감속이 이루어질 때 소리가 안 난다는 것이다. 내연기관 차량에서는 엔진브레이크 작동 시 작은 기어에서 큰 기어로 옮겨가면서 꽤 큰 소음이 발생하지만 전기차의 회생제동은 거의 소리가 나지 않는다. 현대 기아자동차의 전기자동차 예를 들어 설명하면 패들시프트를 이용하여 회생제동 단계를 조절하여 엔진브레이크 효과를 낼 수 있다.

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전기자동차의 패들시프트. 그림=현대코나 전기자동차 사용법

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전기자동차계기판. 회생제동 표시됨.

왼쪽 레버를 한번 당기면 한 단계씩 회생제동 단계가 올라가며, 오른쪽 레버를 한번 당기면 회생제동 단계가 내려간다. 그리고 왼쪽 레버를 계속 당기고 있으면 엔진브레이크처럼 차량 감속이 바로 이루어진다. 단! 기존 자동차 브레이크 만큼의 제동력을 제공하지는 못한다. 일반 도로에서 급제동을 이것으로 하게 되면 제동력이 신통치 않아 당황할 수도 있다. 그러나 잘 활용하면 안전운전에 도움이 될 것이다.

새로운 기술이 개발되어 마찰에 의한 브레이크가 아니라 비마찰 브레이크가 개발되지 않는 한, 이러한 안전운전은 꼭 필요하다. 자동브레이크의 경우도 궁극적인 제동은 마랓력에 따르는 것이다. 브레이크에서의 패드나 라이닝과 휠, 그리고 타이어와 노면의 마찰에 의해 자동차가 정지하기 때문에 이 효과를 높이도록 해야 하는 것이다.

즉 아무리 제어스시템이 개발되어도 마지막 자동차의 정지는 이 마찰효과에 의하여 발생하는 것이다.

브레이크 휠, 디스크 및 패드, 드럼 및 슈와 라이닝 등의 재료를 개선하고, 온도변화와 마모, 열변형에 따른 접촉상태의 변화가 최소화되도록 하고, 이물질의 침입에 의한 마찰상태의 변화 등이 없도록 해야 한다(일반 대중적 자동차는 적용하기 어려우므로 특별한 자동차는 개인의 욕구에 맞게 개선, 설계하는데, 이러한 것을 튜닝이라고 한다),

브레이크 소음제거는 패드와 라이닝 뿐 아니라 디스크나 드럼도 함께 점검해야 한다.

브레이크의 소음이 브레이크 성능에는 직접적으로 크게 관계는 없다. 다만 마모가 많이 진행되어 소리가 나는 자동차의 브레이크 경우에는 정지효과가 많이 떨어진다고 볼 수 있을 것이다. 그러나 일부 자동차는 브레이크 패드나 라이닝을 새것으로 교환하여도 소리가 나는 경우가 있는데, 이러한 경우는 패드나 라이닝의 재료가 디스크나 드럼과 맞지 않아 발생된다고 볼 수 있거나 디스크나 드럼의 마모에 따라 홈이 발생하여 소리가 나는 것이므로 디스크나 드럼의 연마를 깨끗하게 해 주어야 한다.
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브레이크 디스크 연마. 그림=네이버


기온이 떨어지면 소음이 더 날 수 있다.

보통 기온이 낮은 경우 브레이크를 처음 밟을 때 소리가 나는 경우가 많다. 기온이 낮아 재료의 수축으로 인해 홈 등의 변형이 생겨 마찰 시 소리를 내는 것이다. 그러나 이러한 것은 브레이크를 밟아 온도가 올라가면 소리가 나지 않는 경우가 많다.

그런데 어떤 자동차의 경우는 주행 중 브레이크 페달에 발을 살짝 올려놓기만 하면 소음이 나는 경우가 있다. 이런 경우 요즘의 브레이크 패드나 라이닝에는 떨림판을 두어서 일정 이상 패드나 라이닝이 마모되면 소리가 나도록 만들어 놓은 경우도 있다. 즉 운전자에게 패드나 라이닝 교환시기를 알려주기 위함이다.

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장형성 신한대 기계자동차융합공학과 교수

브레이크를 자주 밟는 운전습관은 브레이크 성능을 떨어뜨린다.


운전시 브레이크 페달을 자주 밟아 브레이크등이 자주 점등하는 자동차를 볼 수 있다. 브레이크를 자주 밟으면 휠의 온도가 올라가 브레이크 성능을 떨어뜨린다. 즉 페이딩 현상이 일어날 확률이 높고, 특히 차에 많은 사람이 승차해서 무거워진 경우에 언덕길을 내려가며 계속 브레이크를 밟으면 위험한 상황을 맞을 수도 있기 때문에 평소 엔진 브레이크 사용습관을 들이는 게 좋다. 또 브레이크 패드나 라이닝의 빠른 경화를 가져와 소음도 발생되고, 교환 시기도 앞당겨진다.


장형성 신한대 기계자동차융합공학과 교수