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자동차는 달리는것 만큼 서는것이 매우 중요하다. 고급 스포츠카들이 항상 0-100km과 함께 100-0km의 수치를 같이 기재하는것만 봐도 알 수 있을것이다. 브레이크의 기본 원리는 자동차의 운동에너지를 열에너지로 변환하는것이다. 그럼 간단하게 브레이크에 관한 원리와 구조를 알아보자.

먼저 간단히 브레이크가 작동되는 순서를 살펴보면
    1. 운전자가 브레이크 페달을 밟으면
    2. 적은힘으로도 큰 힘을 낼 수 있는 장치인 하이드로백에서 운전자가 밟은 담력을 증가 시켜준다.
    3. 이렇게 증가된 힘은 마스터 실린더 담겨 있는 브레이크 오일에 강한 유압을 발생시키게 되고
    4. 이렇게 발생된 유압은 브레이크 호스를 통해 캘리퍼 피스톤을 밀어주게 되고
    5. 피스톤은 다시 디스크와 패드를 마찰시켜 제동력을 만들어 낸다.
어렵나? 음.. 아래 그림을 보면 아이큐가 2자리가 아닌 이상 쉽게 이해가 갈것이다.



브레이크의 작동 원리(그림은 디스크 타입이나 드럼식도 원리는 같다)


좀 이해가 가시나? 이해가 안가도 할 수 없다.

브레이크는 위의 그림에서 보듯이 하이드로백, 마스터 실린더, 디스크 로터, 캘리퍼, 패드(라이닝), 브레이크 호스로 구성되어 있다.

자 하나 하나 살펴보자.

하이드로 백(Hydraulic Cylinder)

하이드로 백은 일종의 진공탱크이다. 자신의 승용차 본넷을 열면 운전석 혹은 조수석 쪽에 아마 검정색 원형통이 있을것이다. 요게 바로 하이드로 백인데, 브레이크를 밟았을때 생기는 힘을 흡입 다기관의 부압(진공)을 이용하여 힘을 증가시키는 일종의 배력장치 이다. 다른말로는 부스트라고도 한다.30~40% 정도 힘을 증가시켜 주는 데 브레이크 페달이 갑자기 무거워졌다던가 하면 이 부분에 이상이 생긴것이다.

이 하이드로백은 이상이 생기더라도 운전자의 페달 답력만으로도 조작할수 있다. 즉 힘은 들지만 브레이크를 밟을수 있다는 말이다.


마스터 실린더(Matser Cylinder)


위의 흰색통은 브레이크 오일

마스터 실린더 단면도


마스터 실린더는 운전석과 엔진룸 벽인 대시패널에 장착되어 있는데 브레이크에 유압을 만들어 내보내는 역할을 한다. 이 마스터 실린더는 푸시롯드가 피스톤을 밀어주게 되고 이 피스톤은 다시 브레이크액을 압축하게 된다. 이렇게 압력을 받은 브레이크액은 브레이크 호스를 통해 각 바퀴에 유압을 보내 제동을 할 수 있게 하여야 하고 브레이크 작동을 급속히 해제 시킬 경우(재출발등등)에는 발생된 유압을 신속하게 소멸시키는 역할을 한다.

아주 쉽게 생각하자면 주사기를 생각하면 된다. 브레이크 계통은 어느 한 부분 중요하지 않은곳이 없지만 이 부분이 고장 나면 브레이크는 거의 듣지 않게 된다. 즉 브레이크를 밟아도 브레이크는 전혀 움직이지 않는다.

이 부분은 안전성을 높이기 위해 앞 뒤 바퀴에 각각 독립적으로 작용하는 2개의 구조를 1개의 실린더에 직렬로 배치한다.


브레이크 호스

브레이크 호스는 마스터 실린더에서 발생하는 유압을 전달하는 역할을 한다.

이 브레이크 호스는 고무의 특성상 급격한 브레이킹 시에는 높은 유압에 의해 고무가 팽창하여 유압이 감소되는 현상을 가져오고 이는 제동력의 저하로 이어지기도 하며 일정한 압력이상일경우에는 호스가 터지기도 한다.

마스터 실린더가 고장이 났을때와 마찬가지로 이 부분에 이상이 생기면 브레이크가 전혀 듣지 않는다. 이상 유무 판단은 브레이크를 밟으면 쑥 하고 들어간다. 아주 쉽게 느낄수 있다. 다만 달리다가 이런 현상이 발생하면 바로 사고로 이어진다는것을 주지하시기 바란다.

때문에 압력의 손실을 최소한으로 줄이고 터지는것을 방지하기 위해 스틸로 된 제품으로 튜닝하기도 한다.


얼스 스틸 브레이크 호스


디스크 타입와 드럼 타입

바퀴 안쪽에 보면 붙어 있는 부분으로 실질적으로 이 부분을 정지 시켜 제동을 시킨다. 디스크 타입에는 디스크 로터가 있으며 드럼 타입에는 드럼이 있다 (당연한가?)

디스크 타입은 회전하는 원판형의 디스크에 패드를 밀착시켜 제동력을 발생하는 방법이며 드럼 타입은 내부에서 확장하여 제동시키는 방법이다. 디스크 타입은 디스크, 패드, 피스톤, 그리고 피스톤이 들어 있는 캘리퍼들으로 구성되며 드럼 타입은 드럼, 백플레이트, 브레이크 슈, 휠 실린더, 스크류, 리턴 스프링으로 구성된다.

디스크와 드럼의 제동력은 흔히들 디스크가 더 좋다고들 하지만 제동력 자체보다는 디스크 타입이 더 좋은 이유는 외부에 노출이 되어 있기 때문에 열 방출면에서 훨씬 유리하다.

즉 위에서 말했듯이 운동에너지를 열에너지로 바꾸는 작업을 하는 브레이크는 아무래도 열 방출이 빨리 될수록 좋다.

이 디스크에 사선 가공이나 홀 가공을 하여 열 방출을 더 잘되게 하기도 한다.

대개 앞바퀴 브레이크는 디스크 타입을 뒷바퀴 브레이크는 드럼 타입을 사용하나 요즘은 뒷바퀴에도 디스크 타입을 선호하는 추세이다.


드럼 타입과 디스크 타입



캘리퍼(Caliper)

캘리퍼는 디스크 타입의 주요한 부분으로 디스크에 걸쳐 있는 모양으로 붙어 있다. 브레이크 페달을 밟으면 캘리퍼에 내장된 피스톤이 패드를 압착하여 디스크에 마찰을 일으켜 제동력을 발생시킨다. 브레이크 페달을 놓으면 마스터 실린더에 분출된 유압이 제로가 되면서 피스톤의 힘 또한 제로가 된다. 이때 디스크의 작은 진동으로 패드는 디스크에서 떨어지게 된다.

캘리퍼는 대개 한개의 피스톤으로 이루어져 있으나 차량의 무게가 무겁거나 출력이 높을 경우 두개 이상의 피스톤을 사용한다.

국내에서는 그랜져 이상 차종에는 투피스톤이 장착되어 있으며, 레이스차량이나 기타 출력이 높은 외국 스포츠카들은 4피스톤, 6피스톤등으로 제동력을 향상 시킨다. 피스톤의 수는 총 8개가 현재까지는 한계인것으로 되어 있다.


원형안을 보면 피스톤의 차이를 알수 있다.



브레이크 패드(라이닝)

브레이크 패드(드럼식에서는 라이닝)는 실질적으로 브레이크를 감속 시키는 가장 근본적인 역할을 하는 부분이다.

디스크 타입의 경우 회전하는 원판형의 디스크에 패드를 밀착시켜 제동력을 발생시키며 드럼 타입의 경우 브레이크 슈에 부착된 라이닝이 드럼의 내벽에 압착되어 제동력을 발생 시켜 운동에너지를 열에너지로 발산시킨다.

중요한 만큼 점검도 잘해주어야 하는 통상적으로 20,000km에서 교환해주면 되나 잦은 브레이킹을 했다거나 급출발, 급정거를 밥먹듯이 한다면 이 이전에 교환해주어야 한다.

속이 훤히 보이는 휠을 장착했다면 핸들을 바깥쪽으로 틀고 살피면 패드의 마모상태를 볼 수 있다.

일반적인 순정 패드는 비석면 재질로 되어 있다. 전에는 석면 재질을 사용했는데 이 석면이 발암물질이여서 현재는 사용이 금지 되어 있다.

그외에 고성능 패드는 메탈재질로 되어 있으나 레이스에서 사용하는 100% 완전 메탈은 일반인들은 사용할 필요가 없다. 대개는 튜닝용품인 반메탈 제품을 사용해도 제동력이 20~30% 증가 된다.


반메탈 제품


브레이크 라이닝의 경우에는 마찰력을 발생시키면서도 소착을 방지할 수 있어야 한하며 내열, 압축, 내전단, 내구성의 특성을 가져야 하며 물이나 먼지에 민감하지 않아야 하고 , 800도의 고온에서도 0.4의 마찰계수를 유지시켜야 한다. 800도 정도까지의 고온에서도 그 성능을 유지할 수 있다.


브레이크 액(Brake Fluid)

브레이크 액은 제동력을 전달하는 역할을 하는 만큼 높은 열과 압력에서도 견딜수 있다. 브레이크를 오랜시간 사용하면 디스크 타입의 경우 디스크 로터와 패드의 마찰면의 온도는 4백에서 5백도까지 올라간다.

이때 발생한 열로 인해 브레이크 액이 과열되면 기포가 발생한다 흔히 말하는 베이퍼록 현상이 발생할 수 있다. 이때에도 브레이크 제동이 어렵게 되므로 주의하여야 한다.

브레이크 액은 정확히 말하면 오일은 아니다. 특수한 액체라고 말할수 있다. 따라서 브레이크 액이 모자른다고 엔진오일이나 미션오일등을 넣어서는 절대로 안된다.

브레이크 액은 미국의 자동차 안전기준으로 결정된 규격으로 흔히들 DOT라고 표현한다. DOT는 뒤에 숫자가 붙는데 뒤에 숫자가 큰 만큼 그레이드가 높다. 일반적으로는 DOT3을 사용하며 일부에서는 DOT4를 사용하기도 하며 DOT5 까지 제품이 있다.

규격 비등점(DRY) 비등점(WET)
DOT 3 205°이상 140°이상
DOT 4 230°이상 155°이상
DOT 5 260°이상 180°이상


DOT3이나 DOT4는 비광유계의 알콜이 포함된 특수한 액이 주성분이다. 흡착성이 강하며 대기중의 수분을 빨아들이는 흡습성 또한 강하다. 또한 약간의 산을 포함하고 있고 독성이 강하므로 먹어서는 절대로 안되고 다른 부품에 묻었을 경우에는 빨리 세척하지 않으면 도장이나 고무 부품이 손상된다.

브레이크 액은 흡착 및 흡습성이 강하므로 다른 오일류와는 다르게 개봉한후 몇년씩 방치한 액체는 사용하지 않는것이 좋다.

이 브레이크 액은 관리만 잘하면 액의 특성이 변하지는 않기에 특별한 교환 시기는 없지만 흡습이 강하여 대기중의 수분을 잘 빨아들이는 특성이 있기에 수분을 빨아들인 브레이크 액은 제품 고유의 비등점을 낮추기에 사용 여부를 떠나 정기적으로 교환하는게 좋다.(대개는 브레이크쪽의 다른 부품을 교환할때 같이 교환하는게 좋다.)

DOT3와 DOT4는 서로 호환성이 있으므로 비등점이 높은 DOT4로 교환하면 페이퍼록 현상을 줄일수 있으나 DOT4 전용의 차량에 DOT3를 넣어서는 안된다.

간혹 DOT5로의 교환 여부 문의가 있는데 숫자가 높을수록 그레이드가 높은것은 사실이지만 그렇다고 해서 무조건 좋은것은 아니다.

DOT5는 DOT3,4와는 다르게 실리콘계열의 액체가 베이스 이다. 따라서 DOT3, DOT4용의 차에 사용하면 액의 유출등의 트러블이 있기에 레이스등의 특수한 용도로만 사용되므로 일반 양산차에는 사용하면 안된다.

대개의 브레이크 액은 1리터 정도 필요한데 제조회사에 따라 첨가제의 차이정도 이기에 같은 그레이드는 제조회사와 상관 없이 혼용하여 사용하여 된다.(DOT3와 DOT4를 섞어서는 안된다.)


DOT4 제품

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