브레이크(제동장치)
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1. 개요[편집]
기계의 제동장치를 일컫는 말. 교통수단에 있어서 가장 중요한 부품이며, 다른건 혼자 만지되, 이것만큼은 반드시 정비소를 보내라는 말이 있을정도로 중요한 정비중 하나다.[1] 흔히 브레이크라고 부른다.[2] 고속으로 동작하는 세탁기에도 자동차에 사용되는 것과 거의 동일한 디스크, 드럼 브레이크가 사용된다. 이런 것은 보통 업소용 세탁기에서 많이 볼 수 있다.
2. 발열[편집]
브레이크는 운동하는 물체의 운동 에너지를 줄이는 기계이다. 보통 운동 에너지를 열 에너지로 변환하여 제동하는데 마찰력을 이용하여 운동 에너지를 열 에너지로 변환하는 마찰 브레이크가 가장 대표적인 방식이며, 마그네틱 브레이크나 발전 제동의 경우도 마찬가지이다.[3]
상술한 운동에너지를 열로 바꾸는 원리에서 예외인 경우는 회생제동이 대표적이다. 운동에너지로 발생한 전기 에너지를 열로 변환하는 대신 이차 전지에 저장하므로 일반적인 브레이크와 원리가 다르다고 할 수 있다. 의외로 발전제동과 많이 혼동되는데, 발전제동은 운동에너지를 전기에너지로 바꾼 다음 저항으로 보내 태워서 열로 날려보내는 방식이지만, 회생제동은 전기에너지로 바꾸는 것까지는 발전제동과 동일하지만, 전기에너지를 열로 바꾸지 않고 축전지에 저장하는 것에서 차이가 난다. 자세한 것은 발전제동 문서의 2번 항목 참조.
회생 제동 기능이 있는 전기자동차는 일반적인 상황이나 여유 있는 제동 시에는 정상적인 회생 제동 방식을 사용하지만, 배터리 뱅크의 충전 용량 제한[4]으로 인해 회생 제동만으로는 급제동이 가능한 수준의 제동력을 낼 수가 없는 상황이 있다.[5] 결국 그 이상의 제동력을 내기 위해, 그리고 더 이상 배터리를 충전할 수 없는 만충 상태에서의 제동력 확보를 위해서 발전제동을 위한 저항기가 달려 있으며, 일반적인 마찰 브레이크도 같이 사용된다.
저항제어식 전동차의 경우 발전제동을 사용하기 때문에, 역에 정차할 때마다 열차 바닥에서 어마어마한 열기가 솟구치는데 특히 여름철에는 헤어드라이어가 따로 없었다. 요즘에는 회생제동을 사용하기도 하고 전동기의 효율이 높아졌기 때문에 그 정도로 뜨거운 바람이 불지는 않는다. 거기에다 최근 제작되는 전동차들은 VVVF방식을 택하는게 추세이고 저항제어 전동차는 생산이 중단되었고, 거의 대부분 퇴역하였다.[6]
3. 종류[편집]
3.1. 마찰 브레이크[편집]
승용 자동차에서는 드럼 브레이크와 디스크 브레이크가 자주 쓰이는데, 드럼 브레이크는 여러가지 이유로 사장되는 분위기이고 값싼 차도 요즘은 4륜 디스크 브레이크가 탑재되어 나온다. 둘 다 회전하지 않는 브레이크 패드를 각 바퀴에 연결되어 회전하는 드럼이나 디스크에 강하게 맞대 운동에너지를 열 에너지로 치환하여 차를 멈추는 역할을 한다. 각 브레이크 방식의 차이점은 항목 참조.
마찰식 브레이크에 사용되는 드럼이나 디스크를 구동하기 위해서 힘을 전달하는 방법으로는 크게 유압, 공압이 쓰인다.
3.1.1. 종류[편집]
3.1.1.1. 디스크 브레이크[편집]
자세한 내용은 디스크 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.1.1.2. 드럼 브레이크[편집]
자세한 내용은 드럼 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.1.2. 구동력 전달 방식[편집]
3.1.2.1. 유압제동[편집]
승용차, 소형 승합차, 소형 트럭, 이륜자동차, 자전거 등과 같은 중소형 차량에는 유압을 사용하여 브레이크를 작동시키는 유압제동을 주로 사용한다.
3.1.2.2. 공기제동[편집]
주로 버스, 대형 트럭 등 대형 차량이나 철도 차량에는 공기의 압력을 사용하는 공기제동을 사용한다.
자세한 내용은 에어 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.1.2.3. 전기지령식 제동[편집]
전기지령식 제동(Brake By Wire)은 전기제어를 통해 마찰 브레이크를 제어하는 방식이다. 원래는 철도차량에서 주로 사용되었지만 점차 자동차에도 적용되고 있다. 전기자동차, 하이브리드 자동차의 회생제동과 결합할 경우 높은 효율을 얻을 수 있다. 원래 브레이크 패달은 마찰 브레이크와 기계적으로 연결되어 있어서 브레이크 패달을 사용하여 제동할 경우 회생제동량이 줄어든다. 전기지령식 제동 방식을 도입하면, 브레이크 패달을 사용하여 제동해도 회생제동량과 마찰제동량을 자동으로 조절하여 제동하기 때문에 에너지 낭비가 덜 발생한다.
문제는 전기장치가 항상 정확하게 작동할 것이라고 담보할 수 없다는 문제점이 있다. 소비자들 사이에서는 각종 급발진 사고로 인해 전기장치를 100프로 신뢰할 수 없다는 인식이 깔려 있다.
주차 브레이크의 경우 일반 자동차에서도 전기지령식을 쉽게 볼 수 있다. 오토홀드 옵션을 넣으면 들어가는 전자 주차 브레이크가 고급차를 중심으로 대중화되었기 때문이다.
발전제동이나 리타더 브레이크 같이 원래 전기 제어를 사용하는 브레이크 장치도 전기지령식 제동을 사용한다고 할 수 있으나, 보통 전기지령식 제동이라고 하면 마찰 브레이크에 사용하는 것을 말한다.
3.2. 엔진 브레이크[편집]
자세한 내용은 엔진 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.2.1. 배기 브레이크[편집]
자세한 내용은 배기 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.2.2. 제이크 브레이크[편집]
자세한 내용은 제이크 브레이크 문서를 참고하십시오. 3.3. 발전제동[편집]
자세한 내용은 발전제동 문서를 참고하십시오. 3.4. 마그네틱 브레이크[편집]
자세한 내용은 마그네틱 브레이크 문서를 참고하십시오. 4. 사용처별 브레이크[편집]
4.1. 철도차량의 브레이크[편집]
역사적인 언급을 덧붙여, 자동차들 외에도 기관차들도 이동수단인 만큼 브레이크가 의무적으로 달려있는데 증기기관차의 경우 운행이 한참 이루어지던 시절중 일부 기관차는 브레이크가 나무로 제작된 기관차들도 있었다고 한다. 하지만 문제는 브레이크 재질이 금속이 아닌 불에 잘 붙는 나무인지라 그 열차를 타고 운행하다가 브레이크를 걸때면 마찰로 인해 불꽃이 튀어 그 불꽃이 나무 브레이크에까지 튀어 열차가 불에타 멈추는것도 불가능하고 대형사고로 이어지는 사태까지 낳은 경우도 많았다고 한다. 대중매체에서는 대표적으로 증기기관차 토마스의 주역중 하나인 제임스가 나무브레이크를 단 기관차로 나오며 본격적으로 첫등장 하는 에피소드인 토마스와 구조열차 편에서는 이 브레이크 때문에 바퀴에 불까지 붙고 멈추지 못한채 대형사고를 당해 토마스에게 구조된 경우가 있다. 현대에 제작되는 철도차량들의 브레이크는 금속 재질로 만들어지기 때문이 금속이 발화할 만큼의 극단적인 온도가 아닌 이상 저럴 일은 없다.
또한 전기기관차는 대부분 회생제동을 사용하기 때문에 마찰 브레이크를 불이 날 정도로 사용하는 경우는 드물다.
4.2. 자동차의 브레이크[편집]
자동차를 보통 정비소에 가져가면 브레이크 패드가 한참 남았는데도 얼른 바꾸라고 협박하는 경우가 있는데, 좋게 보면 다음번에 올때까지 브레이크 패드가 남아나지 않아서 예방 차원에서 하라는 소리이거나, 나쁘게 보면 그냥 호구잡는 경우이다. 정비소 입장에서는 브레이크 패드 교체는 30분에서 1시간도 안 걸리는 간단한 작업이고, 자가정비나 트랙 좀 다니는 사람이면 집에서도 순식간에 할 만한 정비이다. 모종의 이유[7]로 자동차 자가정비를 하는 사람이라면 브레이크 정비는 쉽게 배우고 실행할 수 있다. 비디오로 제대로 배우고 실수할 만한 부분을 미리 알아두면 안전하게 시행할 수 있다. 대부분 플로팅 캘리퍼는 바퀴당 볼트 2개만 해제하고, 피스톤을 다시 밀어넣고 패드를 삽입한뒤, 적절하게 윤활유나 먼지를 제거하고 새 윤활유를 도포하고 다시 닫으면 끝이다. 고성능 픽스트 캘리퍼는 핀 하나만 뽑으면 분해되어 트랙에서 쉬는 시간에 교체할 수 도 있는 간단한 구조다.
여담으로, 최근의 차량들에는 앞 차와의 거리를 인식하여 자동으로 비상 브레이크를 거는 AEB라는 시스템이 장착되기도 한다. 위 동영상은 대형 트럭인 볼보 FH에 장착된 AEB를 테스트하는 영상으로 볼보 트럭의 위엄이라는 제목으로 유명한 영상이다.
4.2.1. 리타더 브레이크[편집]
자세한 내용은 리타더 브레이크 문서를 참고하십시오. 4.2.2. 주차 브레이크[편집]
자세한 내용은 주차 브레이크 문서를 참고하십시오. 4.3. 자전거의 브레이크[편집]
자세한 내용은 자전거/브레이크 문서를 참고하십시오. 5. 부품[편집]
6. 관련 증상/고장[편집]
7. 관련 안전장치[편집]
8. 관련 문서[편집]
[1] 개인이 할만한 자동차 정비 중 그나마 어렵지 않은 정비이긴 하지만, 미숙한 정비로 문제가 발생하면 그만큼 위험하기 때문이다.[2] 연세 많으신 분들 중에서는 일본식 발음의 영향이 남아있어서 브레이키 내지는 브레끼라고 발음하시기도 한다.[3] 마그네틱 브레이크는 운동에너지 → 자기에너지 → 전기에너지(와전류가 열로 소모됨) → 자기에너지(와전류에 의한 자기장) → 운동에너지(제동력) 순으로 제동력이 나타나며 발전 제동은 운동에너지(제동력) → 자기에너지 → 전기에너지(역기전력) → 열에너지(저항)로 제동력이 나간다.[4] 당연히 배터리 뱅크로 넣을 수 있는 충전전류의 크기는 제한 되어 있으며, 이를 넘어서면 배터리가 열을 받거나 폭발할 수 있다.[5] 회생 전력을 키우면 제동력이 커진다는 말은, 반대로 제동력을 키우려면 회생 전력이 커져야 한다는 말도 된다.[6] 노인 학대 수준으로 굴려먹는 부산교통공사의 구형 열차도 초퍼나 개조한 VVVF지 저항제어를 굴려먹지는 않는다. 저항제어를 썼다면 부산 여름 기후 특성상 심하게 덥다고 민원이 들어왔을 듯.[7] 트랙주행 등으로 브레이크 패드를 매우 자주 갈아야 하는 경우 등
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