KR100193423B1

KR100193423B1 - 차량용 브레이크장치의 에어마스터

Info

Publication number: KR100193423B1
Application number: KR1019960078022A
Authority: KR
Inventors: 손만호
Original assignee: 오상수; 만도기계주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980058688A

Abstract

본 발명은 차량용 브레이크장치의 에어마스터에 관한 것으로, 그 목적은 백업링과 실린더와의 클리어런스를 작게하여 씰의 내구성을 향상시키는 것이다.

본 발명에 따른 차량용 브레이크장치의 에어마스터는 피스톤(231a)의 외주면에 씰(240a)의 변형을 방지하는 백업링(250a)을 크게 구성하여 실린더(230') 내주면과 백업링(250a) 외주면 사이의 클리어런스(d3)를 0.0875 - 0.025 mm로 형성하였다. 따라서 제동작용 중에 백업링(250a)은 씰(240a)의 작동 중 변형을 완벽하게 억제함으로써 브레이크장치를 장시간 사용하여도 씰(240a)이 손상되지 않아 이의 내구성이 향상되며, 아울러 오일 누설로 인한 제동력 저하 현상이 발생되지 않는 이점이 있다.

Description

차량용 브레이크장치의 에어마스터

본 발명은 차량용 브레이크장치의 에어마스터에 관한 것으로, 더 상세하게는 마스터실린더 내부를 진퇴운동하는 피스톤의 외주면에 설치되어 씰(seal)의 변형을 방지하는 백업링(back-up ring)에 관한 것이다.

일반적으로 소형 자동차에서는 브레이크패달에 가해진 힘을 전달받아 배력장치에서 배력을 생성하여 차량을 제동하여 왔으며, 대형 차량에서는 배력장치를 통해 생성된 배력만으로는 차량을 제동하기가 충분하지 않다. 그리하여 압축된 공기를 제동력으로 이용하는 에어 오버 하이드로릭 브레이크 시스템(Air Over Hidraulic Sistem)이 사용되는데, 이것을 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적인 에어 오버 하이드로릭 브레이크 시스템은 이에 도시한 바와 같이, 차량의 운전석에 마련된 브레이크패달(10)의 연동에 의해 작동하는 에어마스터(200,air master)가 구성된다. 에어마스터(200)는 차량의 각 휠(미도시)에 설치된 브레이크(11)와 연계되어 있어서, 운전자가 브레이크패달(10)을 밟게 되면 브레이크(11)로 고압의 유압이 전달되고, 이 압력이 차량의 제동력으로 작용된다. 그리고 에어마스터(200)와 브레이크(11) 사이의 유로에 유체를 공급하는 오일탱크(12)가 설치된다. 또한 압축된 공기를 저장하는 공기탱크(13)가 구성되는데, 이것은 브레이크패달(10) 및 에어마스터(200)와 각각 연통되어 있다. 미설명부호 14는 엔진(미도시) 일측에 설치되어 공기를 압축하는 압축기이며, 15는 압축된 공기를 정화시키는 에어드라이어이다.

이와 같이 구성된 에어 오버 하이드로릭 브레이크 시스템의 작동은 다음과 같다. 우선, 이의 최초 상태에서는 브레이크패달(10) 및 에어마스터(200)에는 공기탱크(13)에서 유입된 고압의 공기가 유입되어 있고, 에어마스터(200)와 브레이크(11) 사이의 유로에는 오일이 충만되어 있다. 이러한 차량이 주행중에 운전자가 제동의 필요성을 느껴 브레이크패달(10)을 밟게 되면, 고압의 공기가 에어마스터(200)로 유입되고, 이 고압의 공기에 의해 에어마스터(200)에 마련된 피스톤(231)이 전진하게 된다. 따라서 브레이크패달(10)에서 유입된 공기에 의하여 브레이크(11)와 연계된 에어마스터(200)의 유로가 개방되고, 이에 따라 고압 공기의 힘에 의하여 브레이크(11)측으로 상당한 유압이 전달되어 차량이 제동하게 된다.

이러한 기능을 하는 에어마스터(200)의 구성을 도 2를 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다. 에어마스터(200)는 이에 도시한 바와 같이, 공기의 유입을 제어하는 릴레이밸브(210), 고압의 공기에 의해 전진 운동하는 파워피스톤(221)이 마련된 에어챔버(220), 그리고 내부에 파워피스톤(221)이 전진함에 따라 같이 연동하는 피스톤(231)이 설치된 마스터실린더(230)로 구성되어 있다.

릴레이밸브(210)는 고압공기가 유입되는 제 1,2유입구(211,212)가 이루어져 브레이크패달(10), 공기탱크(13)와 연계되어 있고, 안내파이프(214)를 통해 에어챔버(220)의 일측과도 연통되어 있다. 미설명부호 213은 공기를 역으로 배출하는 배출부이다. 그리고 에어챔버(220)는 내부를 좌우로 구획하여 전달되는 공기압에 의해 전진하는 파워피스톤(221)이 마련되어 있으며, 제동력 해제시에 파워피스톤(221)을 복원시키는 리턴스프링(223)이 후향 편의되어 있다.

마스터실린더(230)는 내부에 에어챔버(220)의 타측과 연통되도록 실린더(230')가 형성되어 있고, 여기에는 진퇴운동하는 피스톤(231)이 설치되어 있다. 이 피스톤(231)은 에어챔버(220)에 설치된 파워피스톤(231)에 로드(222)를 통해 연결되어 있어서 동시에 작동하는데, 파워피스톤(221)이 전진함에 따라 피스톤(231)이 실린더(230')의 내부에서 전진하게 된다.

이와 같이 구성된 에어마스터(200)는 운전자가 브레이크패달(10)을 밟으면, 릴레이밸브(210)가 개방되어 공기탱크(13)에서 고압의 공기가 안내파이프(214)를 통해 에어챔버(220)로 유입된다. 그리고 에어챔버(220)에서는 내부에 마련된 파워피스톤(221)이 공기가 유입됨에 따라 마스터실린더(230) 측으로 전진하고, 이에 따라 파워피스톤(221)과 로드(222)로 연결된 피스톤(231)이 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내에서 전진한다. 따라서 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내부에 있는 오일이 상당한 압력을 전달받아 각 휠(미도시)에 설치된 브레이크(11)로 전달되어 제동력을 발휘하게 된다. 그리고 제동력 해제시에는 에어챔버(220)에 있는 리턴스프링(223)에 의해 파워피스톤(221)이 복원됨에 따라 마스터실린더(230)의 피스톤(231)도 같이 원위치되고, 에어챔버(220) 안에 있는 공기는 역으로 안내파이프(214)를 통해 릴레이밸브(210)에 마련된 배출부(213)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내부를 진퇴운동하는 피스톤(231)의 외주면에는 실린더(230') 내의 기밀유지와 마찰손상을 방지하기 위해 탄성재질의 씰(240)과 백업링(250)이 마련되는데, 이러한 것들은 피스톤(231)의 외주면에 형성된 환형의 홈(232)에 설치된다. 즉, 씰(240)은 홈(232)내부에서 피스톤(231)의 전진방향측에 설치되어 있고, 백업링(250)은 이의 후방측에 구성되어 액압지지에 따른 씰(240)의 변형을 방지하게 된다. 이 때, 씰(240)의 외주부에는 실린더(230')의 내주면과 밀접하게 접하도록 일종의 립부(241)가 형성되어 있어서, 오일이 역으로 누설되는 않도록 기밀을 유지하며, 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내주면과 피스톤(231)의 외주면이 직접 마찰하는 것을 방지하여 이것들의 마모손상을 방지한다.

그러나 제동작용이 반복됨에 따라 피스톤(231)은 마스터실린더(230)의 내부를 반복하여 진퇴운동하고, 동시에 피스톤(231)의 외주면에 마련된 씰(240)의 립부(241)가 실린더(230')의 내주면과 항상 밀접하게 접하면서 진퇴운동함으로써, 마모손상을 입게 되어 이의 내구성이 저하된다. 따라서 씰(240)의 손상으로 리크(leak)가 발생되어 액압지지를 못하기 때문에, 마스터실린더(230)의 오일이 피스톤(231) 전진의 역방향으로 누설, 제동력 저하 및 제동력 상실의 원인으로 작용하게 된다.

이러한 경우는 씰(240)의 변형을 방지하는 백업링(250)이 그 역할을 완벽하게 수행하지 못하기 때문인데, 실제로 마스터실린더(230)의 실린더(230) 내경(D1)은 26.7^+0.025mm, 피스톤(231) 외경은 26.631mm 로 구성되고, 백업링(250)의 외경(D2)은 26.1^+0.2mm 로 이루어져 있어서, 실런더(230')의 내주면과 백업링(250a) 외주면 사이의 클리어런스(D3,clearance)는 0.3125 - 0.2 mm 로 형성된다. 따라서 이러한 클린어런스(D3)의 형성으로 인해 씰(240)의 립부(241)가 유동하며 실런더(230')의 내주면과 마찰하기 때문에 손상이 빨리 발생된다. 이것은 본 발명자의 실험을 통한 결과값으로써, 피스톤(231)을 실린더(230') 내부에서 100만 사이클 이상 왕복운동시키면, 씰(240)의 립부(241)가 손상되어 더 이상 사용할 수 없게 되는데, 이 원인은 실린더(230')와 백업링(250)의 클리어런스(D3)가 크게 형성되어 백업링(250)이 씰(240)의 변형을 충분히 억제하기 못하기 때문이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피스톤의 외주면에 씰의 변형을 방지하는 백업링을 크게 구성하여 실린더 내주면과 백업링 외주면 사이의 클리어런스를 0.0875 - 0.025 mm로 형성함으로써, 제동작용중에 씰의 변형을 완벽하게 억제하여 이의 내구성을 향상시키는 차량용 브레이크장치의 에어마스터를 제공하는 것이다.

도 1은 에어와 유체에 의하여 작동하는 일반적인 브레이크 시스템을 보인 계통도이다.

도 2는 일반적인 에어마스터의 내부 구성을 보인 개략적인 단면도이다.

도 3은 도 2의 A부 확대도로서, 종래 피스톤의 백업링을 보인 것이다.

도 4는 도 2의 A부 확대도로서, 본 발명에 따른 피스톤의 백업링을 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

230..에어마스터 230'..실린더 231a..피스톤

232a..홈 240a..씰 250a..백업링

d1..실린더 외경 d2..백업링 외경 d3..클리어런스

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 실린더가 형성된 마스터실린더, 실린더의 내부를 외력에 의해 진퇴운동하여 제동유압을 발생하고 해제하는 피스톤, 피스톤의 외주면에 형성된 환형의 홈에 삽설되고 외주부가 실린더의 내주면과 접하여 기밀을 유지하는 씰, 홈에 설치되어 액압 지지에 따른 씰의 변형을 억제하는 백업링을 갖춘 차량용 브레이크장치의 에어마스터에 있어서, 실린더 내주면과 백업링 외주면의 클리어런스는 0.0875 - 0.025 mm로 이루어 진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1과 도 2는 본 발명에 적용되는 일반적인 에어 오버 하이드로릭 브레이크 시스템과 에어마스터를 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 A부 확대도로써, 본 발명에 따른 백업링을 보인 것이다.(본 발명에 따른 차량용 브레이크장치의 에어마스터는 실린더내부를 진퇴운동하는 피스톤의 외주면에 체결된 백업링의 구조를 제외하고는 종래와 동일하기 때문에, 동일구성요소에 대한 설명은 생략하고 부연설명시 동일명칭과 동일부호를 사용하여 간략하게 한다.)

에어마스터(200)의 마스터실린더(230) 내부에 형성된 실린더(230')에는 이에 도시한 바와 같이, 제동작용시 공기탱크(13)의 압축공기에 의해 전진운동함으로써 제동유압을 발생시키는 피스톤(231a)이 마련되어 있다. 이러한 피스톤(231a)은 도 4에 도시한 바와 같이, 외주면에 내곡된 환형의 홈(232a)이 형성되어 있으며, 여기에는 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내주면과 그 외주부가 접하여 실린더(230')의 기밀을 유지하는 탄성재질의 씰(240a)이 설치되고, 씰(240a)이 액압지지에 따라 변형되는 것을 방지하는 환형의 백업링(250a)이 구성된다.

다시 말하면, 씰(240a)의 외주부는 실린더(230')의 외주면과 밀착되도록 립부(241a)가 형성되어 오일이 역방향으로 누설되지 않도록 기밀을 유지하는 기능을 하며, 백업링(250a)은 씰(240a)의 후방측에서 이의 작동중 변형을 방지하여 씰(240a)이 손상되는 것을 억제하도록 구성되어 있다. 한편, 백업링(250a)은 종래의 것보다 외경(d2)이 크게 형성되어 있어서, 씰(240a)이 작동중 변형되는 것을 크게 억제하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 마스터실린더(230)의 실린더(230') 내경(d1)은 26.7^+0.025mm, 피스톤(231a)은 종래와 같이 26.631 mm 로 이루어져 있고, 본 발명에 따른 백업링(250a)의 외경(d2)은 26.6^+0.05,-0.05mm 로 구성되어 있어서, 실런더(230') 내주면과 백업링(250a) 외주면의 클리어런스(d3,clearance)는 0.0825 - 0.025 mm로 형성되는데, 이를 표를 참조하여 종래의 것과 비교하면 다음과 같다.

실린더와 백업링과의 클리어런스.

구 분	종래의 구조	본 발명의 구조
실린더의 내경	26.7^+0.025mm	26.7^+0.025mm
백업링의 외경	26.1^+0.2mm	26.6^+0.05,-0.05mm
클리어런스	0.3125 - 0.2 mm	0.0825 - 0.025 mm

위의 표에 보인 바와 같이, 백업링(250a)은 외경(d2)이 종래보다 크게 형성되어 있기 때문에, 클리어런스(d3)가 작게 이루어져 씰(240a)의 변형이 거의 불가능하다. 즉, 외주부가 실린더(230')의 내주면과 접촉하여 씰(240a)은 액압에 의해 변형되려고 하지만, 백업링(250a)과 실린더(230')와의 클리어런스(d3)가 너무나 작게 형성되어 있기 때문에, 이것의 변형은 거의 불가능하다.

따라서 씰(240a)은 변형 없이 실린더(230')의 내주면과 밀착되면서 작동하기 때문에 이의 내구성이 월등히 향상된다. 실제로 본 발명자의 실험 결과값에 따르면 피스톤(231a)을 실린더(230') 내부에서 150만 사이클 이상 왕복운동시켜도 씰(240a)이 손상되지 않아 내구성이 종래에 비해 30%이상 향상되었다. 이 현상은 실린더(230') 내주면과 백업링(250a)의 클리어런스(d3)가 종래보다 월등히 작게 형성되어 있고, 이러한 백업링(250a)이 씰(240a)의 작동 중 변형을 방지하기 때문이다.

결국, 피스톤(231a)의 왕복운동에 따른 제동작용이 반복되어도 씰(240a)은 거의 마모 손상되지 않기 때문에, 외주부가 항상 실린더(230')의 내주면과 접하여 액압을 지지함으로써, 오일 누설로 인한 제동력 저하 및 상실 현상이 발생되지 않는다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 브레이크장치의 에어마스터는 피스톤의 외주면에 씰의 변형을 방지하는 백업링을 크게 구성하여 실린더 내주면과 백업링 외주면 사이의 클리어런스를 0.0875 - 0.025 mm로 형성하였다. 따라서 제동작용 중에 백업링은 씰의 변형을 완벽하게 억제함으로써 브레이크장치를 장시간 사용하여도 씰이 손상되지 않아 이의 내구성이 향상되며, 아울러 오일 누설로 인한 제동력 저하 현상이 발생되지 않는 이점이 있다.

Claims

내부에 실린더(230')가 형성된 마스터실린더(230), 상기 실린더(230')의 내부를 외력에 의해 진퇴운동하여 제동유압을 발생하고 해제하는 피스톤(231a), 상기 피스톤(231a)의 외주면에 형성된 환형의 홈(232a)에 삽설되고 외주부가 상기 실린더(230')의 내주면과 접하여 기밀을 유지하는 씰(240a), 상기 홈(232a)에 설치되어 액압 지지에 따른 상기 씰(240a)의 변형을 억제하는 백업링(250a)을 갖춘 차량용 브레이크장치의 에어마스터에 있어서, 상기 실린더(230') 내주면과 상기 백업링(250a) 외주면의 클리어런스(d3)는 0.0875 - 0.025 mm로 이루어 진 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크장치의 에어마스터.