KR102333012B1 - 차량용 브레이크 부스터 - Google Patents

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KR102333012B1 KR1020170033098A KR20170033098A KR102333012B1 KR 102333012 B1 KR102333012 B1 KR 102333012B1 KR 1020170033098 A KR1020170033098 A KR 1020170033098A KR 20170033098 A KR20170033098 A KR 20170033098A KR 102333012 B1 KR102333012 B1 KR 102333012B1
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Abstract

차량용 브레이크 부스터가 개시된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 브레이크 부스터는 부압원과 연결된 정압실과, 대기의 유입이 가능하게 마련된 변압실을 갖춘 셀; 상기 변압실과 대기 사이의 연통과, 상기 정압실과 변압실 사이의 연통을 단속하여 상기 정압실과 변압실 사이에 압력차이가 생기도록 하는 밸브장치; 상기 정압실과 변압실 사이를 구획하되, 상기 밸브장치와 연동하여 이동하면서 상기 정압실과 상기 변압실의 체적비를 가변시키는 가동벽체; 및 상기 변압실의 출입구영역을 통과하는 공기의 통과량을 제한하기 위해 가동벽체와의 접촉이 차단된 상태에서 상기 출입구영역의 일부를 가리도록 마련된 유량제한부재를 포함할 수 있다.

Description

차량용 브레이크 부스터{BRAKE BOOSTER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 브레이크 부스터에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 변압실에서 발생하는 공기의 유동소음을 저감시킬 수 있게 마련된 차량용 브레이크 부스터에 관한 것이다.
차량용 브레이크 부스터는 차량 엔진의 흡입압과 대기압의 압력차를 이용하여 작은 힘으로도 큰 제동력을 발휘할 수 있도록 하는 장치이다. 즉 운전자가 브레이크페달을 밟았을 때 페달에 가해진 힘보다 휠씬 큰 출력을 발생시키는 장치이다.
차량용 브레이크 부스터는 내부에 상호 구획된 정압실과 변압실을 갖춘 셀과, 셀에 설치되는 밸브장치를 구비한다. 밸브장치는 입력축의 동작에 따라 정압실과 변압실이 서로 연통되어 정압실과 변압실의 압력이 같아지도록 하거나, 정압실과 변압실의 연통이 차단되고 변압실이 대기와 연통되어 정압실과 변압실 사이에 압력차가 생기도록 한다.
이러한 차량용 브레이크 부스터는 브레이크페달의 가압에 의하여 입력축이 전진할 때, 정압실과 변압실이 차단되고 변압실이 대기와 연통되면서 정압실과 변압실의 압력차가 생긴다. 이 압력차는 정압실과 변압실을 구획하는 가동벽체 및 밸브장치를 출력축 쪽으로 이동시켜 출력축을 가압함으로써 입력보다 증폭된 출력이 생기도록 한다.
또한 차량용 브레이크 부스터는 제동이 해제되어 입력축이 후진할 때, 정압실과 변압실이 연통되고 변압실이 대기와 차단된다. 따라서 정압실과 변압실이 모두 부압상태로 전환되면서 차량용 브레이크 부스터는 본래의 상태로 복귀한다.
그러나 차량용 브레이크 부스터는 제동 초기 변압실로 급격히 많은 량의 대기가 유입되어 대기 유입소음이 증가하는 문제점이 있었다. 또 변압실로 급격히 많은 량의 대기가 유입되면, 밸브장치의 움직임이 빨라지게 되면서 입력축과 연결된 브레이크페달에 급격한 힘의 변화가 생기기 때문에, 제동초기 운전자는 페달에 의해 이질감을 느낄 수 있다.
US2013-0192456 에는 이를 해결하기 위한 차량용 브레이크 부스터가 개시되어 있다. 상기 차량용 브레이크 부스터는 변압실을 필터를 이용하여 프리챔버와 메인챔버로 구획하여 제동 초기 변압실로 유입되는 대기의 유입량이 저감되도록 함으로써, 대기 유입소음 및 제동시 브레이크페달에 느껴지는 이질감이 저감되도록 하고 있다.
그러나 이와 같은 종래 차량용 브레이크 부스터는 제동해제 말기에 가동벽체에 의해 다공성의 필터가 압축되는 구조이기 때문에, 정압실에서 변압실로 이동하는 공기의 흐름이 원활하지 않게 됨은 물론 필터에 의해 가동벽체의 복귀동작이 지연되어 제동해제 속도가 느려지고, 공기가 필터의 미세홀을 통과하는 과정에서 고주파음을 유발하게 되는 문제점이 있었다.
US2013-0192456호
본 발명의 실시 예는 제동 초기 및 제동해제 말기의 유체이동 소음을 저감시킬 수 있는 차량용 브레이크 부스터를 제공하고자 한다.
또한 제동 초기 브레이크페달에 전달되는 이질감이 저감되도록 하면서도 제동해제 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 차량용 브레이크 부스터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 부압원과 연결된 정압실과, 대기의 유입이 가능하게 마련된 변압실을 갖춘 셀; 상기 변압실과 대기 사이의 연통과, 상기 정압실과 변압실 사이의 연통을 단속하여 상기 정압실과 변압실 사이에 압력차이가 생기도록 하는 밸브장치; 상기 정압실과 변압실 사이를 구획하되, 상기 밸브장치와 연동하여 이동하면서 상기 정압실과 상기 변압실의 체적비를 가변시키는 가동벽체; 및 상기 변압실의 출입구영역을 통과하는 공기의 통과량을 제한하기 위해 가동벽체와의 접촉이 차단된 상태에서 상기 출입구영역의 일부를 가리도록 마련된 유량제한부재를 포함하는 차량용 브레이크 부스터가 제공될 수 있다.
상기 밸브장치는 상기 셀의 후방 중심부에 축방향으로 진퇴 가능하게 설치되고, 상기 가동벽체는 상기 밸브장치의 선단부 둘레에 결합되어 상기 정압실과 변압실을 전후방으로 구획하며, 상기 변압실은 상기 출입구영역이 내주부를 통해 형성되도록 상기 가동벽체 후방의 밸브본체 둘레에 고리모양으로 마련되고, 상기 유량제한부재는 출입구영역에 장착되는 고리모양으로 마련되되, 내주와 외주 사이의 일 측면이 가동벽체와 이격되도록 상기 출입구영역에 고정될 수 있다.
상기 유량제한부재의 내주과 외주 사이의 일 측면은 상기 가동벽체와 이격된 이격면을 형성하고, 상기 가동벽체와 이격면 사이에는 상기 유량제한부재의 반경방향으로 갈수록 간격이 커지는 공기통로가 마련될 수 있다.
상기 유량제한부재는 공기의 통과를 차단하며 탄력을 갖는 재질로 마련될 수 있다.
상기 유량제한부재는 공기의 통과를 허용하며 탄력을 갖는 다공성 재질로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 브레이크 부스터는 가동벽체와의 접촉이 차단되도록 설치된 유량제한부재를 통해 제동초기에 변압실로 유입되는 공기의 유입량이 제한됨은 물론, 제동해제 말기 변압실에서 유출되는 공기의 유출동작이 원활해지므로, 제동 초기 및 제동해제 말기의 유체이동 소음을 저감시킬 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 브레이크 부스터는 가동벽체와의 접촉이 차단되도록 설치된 유량제한부재를 통해 제동초기에 변압실로 유입되는 공기의 유입량이 제한됨은 물론, 제동해제 말기 유량제한부재가 가동벽체의 복귀동작에 간섭되지 않게 되므로, 제동 초기 브레이크페달에 전달되는 이질감이 저감되도록 하면서도 제동해제 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 브레이크 부스터의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 브레이크 부스터의 밸브장치 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 브레이크 부스터의 유량제한부재 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 브레이크 부스터의 요부 단면도로, 제동이 이루어지고 있는 상태를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 브레이크 부스터의 요부 단면도로, 제동이 해제되고 있는 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 브레이크 부스터의 변형 예를 도시한 요부 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예의 차량용 브레이크 부스터는 밀폐된 셀(10), 셀(10) 내부공간을 전방의 정압실(11)과 후방의 변압실(12)로 구획하도록 셀(10) 내부에 설치된 동력피스톤(13a) 및 다이어프램(13b)을 구비한다.
셀(10) 전면에 설치된 관(14)은 부압원(차량의 흡기 매니폴드 등)과 연결된다. 따라서 정압실(11)은 저압으로 유지된다.
동력피스톤(13a)과 다이어프램(13b)은 축방향을 따라 이동하면서 정압실(11)과 변압실(12)의 체적 비율을 가변시키는 가동벽체(13)를 이룬다.
셀(10)의 후면 중심부는 밸브장치(20)가 설치되도록 개구된다. 밸브장치(20)는 차량 운전석의 브레이크페달(미도시)과 연결되는 입력축(15)의 동작에 따라 정압실(11)과 변압실(12)이 서로 연통되도록 하거나, 정압실(11)과 변압실(12)의 연통이 차단되고 변압실(12)이 대기와 연통되도록 함으로써 정압실(11)과 변압실(12) 사이에 압력차가 생기도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 밸브장치(20)는 중공의 밸브바디(21)와, 밸브바디(21)의 내부에 설치되어 입력축(15)의 동작에 따라 유로를 개폐하는 플런저(22) 및 포펫밸브(23)를 포함한다.
밸브바디(21)는 셀(10) 후면의 개구에 축방향으로 진퇴 가능하게 지지되고, 셀(10) 내부로 진입한 선단부 외면에는 동력피스톤(13a)과 다이어프램(13b)이 고정된다. 따라서 밸브바디(21)는 정압실(11)과 변압실(12)의 압력차에 의해 동력피스톤(13a)이 진퇴할 때 동력피스톤(13a)과 함께 진퇴하게 된다. 가동벽체(13) 후방의 밸브바디(21) 둘레에 형성되는 변압실(12)은 공기의 유입 및 유출을 안내하는 출입구영역(12a)이 내주부를 통해 형성되는 고리모양을 이루게 된다.
셀(10) 내부의 밸브바디(21)의 전방에는 셀(10)의 중심부를 관통하여 마스터실린더(미도시)와 연결되는 출력축(16)이 설치되고, 출력축(16)의 후단은 탄성변형이 가능한 리액션디스크(24)를 매개로 밸브바디(21)와 결합된다. 출력축(16)의 외측에는 밸브바디(21)에 복원력을 부여하는 복원스프링(17)이 설치된다.
밸브바디(21)에는 정압실(11)과 변압실(12)의 연통을 위한 제1유로와, 변압실(12)과 대기의 연통을 위한 제2유로가 마련된다. 제1유로는 정압실(11)과 연통하도록 중공부(25)의 외곽에 길이방향으로 형성된 제1연통유로(26)와, 변압실(12)과 연통하도록 중공부(25)의 반경방향으로 형성된 제2연통유로(27)가 중공부(25)를 통하여 상호 연통될 때 형성되는 유로이고, 제2유로는 제1연통유로(26)가 차단된 상태에서 밸브바디(21) 후단의 대기유입구(28)와 제2연통유로(27)가 중공부(25)를 통하여 연통될 때 형성되는 유로이다.
밸브바디(21)의 중공부(25) 내에 설치되는 포펫밸브(23)와 플런저(22)는 입력축(15)의 진퇴에 따라 이러한 제1유로와 제2유로를 선택적으로 개방시킨다. 플런저(22)는 입력축(15)의 선단에 결합되어 입력축(15)과 함께 진퇴하고, 후단에 포펫밸브(23)의 선단과 접촉되거나 이격되면서 유로를 개폐하는 개폐부(22a)를 구비한다. 포펫밸브(23)는 입력축(15) 외측의 밸브바디(21) 내면에 고정되며 신축 가능한 주름관 형태로 마련된다. 포펫벨브(23)는 지지부재(29a)를 통해 밸브바디(21)에 지지된다. 지지부재(29a)와 입력축(15) 사이는 제1스프링(29b)을 통해 지지되고, 지지부재(29a)와 포펫밸브(23) 사이는 제2스프링(29c)을 통해 지지된다.
밸브바디(21)의 제2연통로(27)에는 지지핀(31)이 끼워진다. 지지핀(31)은 내측단이 플런저(22)의 결합홈(32)에 걸림으로서 밸브바디(21)의 내부에 결합되는 플런저(22) 및 입력축(15)의 이탈을 방지하고, 외측단이 셀(10) 내면에 걸려서 밸브바디(21)의 후퇴를 제한한다.
한편, 변압실(12)에는 출입구영역(12a)의 일부를 가리도록 유량제한부재(40)가 마련된다. 유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)을 통과하는 공기의 통과량을 제한하기 위한 것으로, 제동 초기 대기가 변압실(12)로 급격하게 유입되는 것을 억제하여 변압실(12)로 유입되는 대기의 유동소음을 저감시킨다.
제동초기 변압실(12)로 유입되는 대기의 유입량이 유량제한부재(40)를 통해 적절하게 조절되면, 밸브바디(21)의 전진속도가 완만해져 입력축(15)과 연결된 브레이크패달(미도시)에 급격한 힘의 변화가 생기지 않게 되며, 이에 따라 제동초기 운전자가 브레이크패달(미도시)을 밟는 과정에서 이질감을 느끼게 되는 것을 방지할 수 있다.
유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)을 통과하는 공기의 최저 통과량이 안정적으로 확보될 수 있게 가동벽체(13)와의 접촉이 차단되도록 마련된다. 이와 같은 유량제한부재(40)는 제동해제 말기에도 변압실(12)에서 빠져 나오는 대기의 원활한 유동흐름을 보장함으로써, 제동해제 말기 변압실(12)에서 빠져 나오는 대기의 유동소음도 억제할 수 있게 된다.
또 가동벽체(13)와의 접촉이 차단된 유량제한부재(40)는 제동해제 과정에서 가동벽체(13)의 이동 동작에 간섭되지 않게 되므로, 가동벽체(13)의 복귀동작에 따른 제동해제 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)에 장착되는 고리모양으로 마련되고, 내주와 외주 사이의 일 측면이 가동벽체(13)와 이격되도록 출입구영역(12a)에 고정될 수 있다. 유량제한부재(40)에서 가동벽체(13)와 이격되는 내주와 외주 사이의 일 측면은 이격면(41)을 형성하고, 이격면(41)과 가동벽체(13) 사이는 공기통로(50)가 형성된다. 유량제한부재(40)는 이격면(41)을 제외한 나머지 외면을 통해 변압실(12)의 출입구영역(12a) 내면에 접착되어 고정됨으로써, 유동에 따른 가동벽체(13)와의 접촉우려도 없게 된다. 공기통로(50)의 간격이 공기유동방향을 따라 일정하게 형성되도록 유량제한부재(40)의 이격면(41)은 출입구영역(12a) 쪽 가동벽체(13)의 경사에 대응하는 경사면으로 마련될 수 있다.
유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)을 통과하는 공기의 흐름을 공기통로(50) 쪽으로 원활하게 안내할 수 있도록 고무나, 실리콘과 같이 공기의 통과를 차단하면서 탄력을 갖는 재질로 마련될 수 있다.
이와 달리 유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)을 통과하는 공기의 유동저항을 흡수하기 용이하도록 스펀지와 같이 공기의 통과를 허용하며 탄력을 갖는 다공성 재질로 마련될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제동시 브레이크페달(미도시)을 밟아 입력축(15)이 전진하게 되면, 입력축(15)에 밀려 플런저(22)가 전진하면서 플런저(22)의 개폐부(22a)가 포펫밸브(23)와 이격됨과 동시에 제1연통로(26)가 차단된다.
따라서 이때는 정압실(11)과 변압실(12)의 연통이 차단되고 변압실(12)과 대기가 연통되면서 변압실(12)로 대기가 유입되므로, 부압상태를 유지하는 정압실(11)에 비해 대기가 유입되는 변압실(12)의 압력이 상승한다. 이와 같은 정압실(11)과 변압실(12)의 압력차에 의해 동력피스톤(13a)이 전진하면, 밸브바디(21)가 동력피스톤(13a)과 함께 전진하면서 출력축(16)을 가압하여 제동이 이루어지도록 한다.
그리고 제동초기 유량제한부재(40)는 출입구영역(12a)을 통해 변압실(12)로 유입되는 대기의 유입량이 급격하게 증가하는 것을 억제하여 변압실(12)로 유입되는 대기의 유동소음을 저감시킨다. 이후 공기통로(50)는 제동이 완료되는 시점까지 가동벽체(13)와 유량제한부재(40) 사이의 간격이 점차적으로 벌어짐에 따라 넓어지게 된다.
또 제동초기 유량제한부재(40)를 통해 변압실(12)로 유입되는 대기의 유입량이 적절하게 조절된 상태에서는 밸브바디(21)의 전진속도가 완만해져 입력축(15)과 연결된 브레이크패달(미도시)에 급격한 힘의 변화가 생기지 않게 되므로, 제동초기 운전자가 브레이크패달(미도시)을 밟는 과정에서 이질감을 느끼게 되는 것을 방지할 수 있다. 도 4에서 점선화살표 A는 제동시 변압실(12)로 유입되는 공기의 흐름을 나타낸다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 제동해제를 위해 운전자가 브레이크패달(미도시)에서 발을 떼게 되면, 입력축(15)과 플런저(22)의 후진에 의해 포펫밸브(23)는 플런저(22) 후단의 개폐부(22a)에 의해 후방으로 밀리면서 제1연통로(26)를 개방하고, 이에 따라 정압실(11)과 변압실(12)이 연통되면서 개폐부(22a)와 포펫밸브(23) 선단의 접촉에 의해 외기의 도입은 차단된다. 따라서 이때는 정압실(11)과 변압실(12)이 모두 부압상태로 전환되면서 밸브바디(21)가 복원스프링(17)의 복원력에 후방으로 이동하여 본래의 위치로 복귀된다.
그리고 가동벽체(13)는 제동해제 과정에서 점차적으로 후진하게 되는데, 제동해제가 완료되는 시점까지 유량제한부재(40)와 가동벽체(13) 사이에 공기통로(50)가 유지되는 구조에서는 제동해제 말기에도 변압실(12)에서 빠져 나오는 대기의 원활한 유동흐름이 보장되어 변압실(12)에서 빠져 나오는 대기의 유동소음을 억제할 수 있게 된다.
또 가동벽체(13)와의 접촉이 차단되도록 마련된 유량제한부재(40)는 제동해제 과정에서 가동벽체(13)의 이동 동작에 간섭되지 않게 되므로, 가동벽체(13)의 복귀동작에 따른 제동해제 속도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 도 5에서 점선화살표 B는 제동시 변압실(12)로부터 유출되는 공기의 흐름을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 일 변형 예에 있어서, 유량제한부재(40´)의 이격면(41´)과 가동벽체(13) 사이를 통해 형성되는 공기통로(50´)는 가동벽체(13)와 이격면(41´) 사이의 간격이 유량제한부재(40´)의 반경방향으로 갈수록 커지도록 마련될 수 있다.
이와 같은 차량용 브레이크 부스터는 제동 초기 변압실(12)로 유입되는 공기의 유동량은 저감되도록 하면서도 제동 해제 말기 변압실(12)로부터 유출되는 공기의 유동량은 상대적으로 커지도록 할 수 있기 때문에, 제동 초기 변압실(12)로 과잉의 공기가 유입되는데 따른 문제점과 제동해제 말기 변압실(12)로부터 유출되는 공기 유출량의 부족에 따른 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 도 5에서 점선화살표 C는 제동시 변압실(12)로 유입되는 공기의 흐름을 나타내고, 점선화살표 D는 제동해제시 변압실(12)로부터 유출되는 공기의 흐름을 나타낸다.
10: 셀 11: 정압실
12: 변압실 13: 가동벽체
13a: 동력피스톤 13b: 다이어프램
15: 입력축 16: 출력축
20: 밸브장치 21: 밸브바디
22: 플런저 22a: 개폐부
23: 포펫밸브 26: 제1연통유로
27: 제2연통유로 40: 유량제한부재
41: 이격면 50: 공기통로

Claims (5)

  1. 부압원과 연결된 정압실과, 대기의 유입이 가능하게 마련된 변압실을 갖춘 셀;
    상기 변압실과 대기 사이의 연통과, 상기 정압실과 변압실 사이의 연통을 단속하여 상기 정압실과 변압실 사이에 압력차이가 생기도록 하는 밸브장치;
    상기 정압실과 변압실 사이를 구획하되, 상기 밸브장치와 연동하여 이동하면서 상기 정압실과 상기 변압실의 체적비를 가변시키는 가동벽체; 및
    상기 변압실의 출입구영역을 통과하는 공기의 통과량을 제한하기 위해 상기 가동벽체와의 접촉이 차단된 상태에서 상기 출입구영역의 일부를 가리도록 마련된 유량제한부재를 포함하고,
    상기 밸브장치는 상기 셀의 후방 중심부에 축방향으로 진퇴 가능하게 설치되고,
    상기 가동벽체는 상기 밸브장치의 선단부 둘레에 결합되어 상기 정압실과 변압실을 전후방으로 구획하며,
    상기 변압실은 상기 출입구영역이 내주부를 통해 형성되도록 상기 가동벽체 후방의 밸브본체 둘레에 고리모양으로 마련되고,
    상기 유량제한부재는 상기 출입구영역에 장착되는 고리모양으로 마련되되, 내주와 외주 사이의 일 측면이 상기 가동벽체와 대응하여 이격되는 이격면을 형성하도록 상기 출입구영역에 고정되며,
    상기 가동벽체와 이격면 사이에는 상기 유량제한부재의 반경방향으로 갈수록 간격이 커지는 공기통로가 마련되는 차량용 브레이크 부스터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유량제한부재는 공기의 통과를 차단하며 탄력을 갖는 재질로 마련된 차량용 브레이크 부스터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유량제한부재는 공기의 통과를 허용하며 탄력을 갖는 다공성 재질로 마련된 차량용 브레이크 부스터.



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