KR20010045027A - 차량용 브레이크 부스터 - Google Patents

차량용 브레이크 부스터 Download PDF

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KR20010045027A
KR20010045027A KR1019990048128A KR19990048128A KR20010045027A KR 20010045027 A KR20010045027 A KR 20010045027A KR 1019990048128 A KR1019990048128 A KR 1019990048128A KR 19990048128 A KR19990048128 A KR 19990048128A KR 20010045027 A KR20010045027 A KR 20010045027A
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이왕수
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밍 루
주식회사 만도
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Abstract

본 발명은 차량용 브레이크 부스터에 관한 것으로, 그 목적은 밸브본체와 콘트롤플런저 부품을 공용화하여 제조비용을 보다 절감하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터에 의하면, 리액션디스크(51)와 콘트롤플런저(70) 사이에 축방향으로 진퇴운동 가능하도록 코일스프링 형상의 지지스프링(90)과 가동플런저(80)를 설치함으로써, 지지스프링(90)만을 달리하여 입력축(40) 측의 면적 변화없이 배력비를 변경시킬 수 있다. 즉, 작은 배력비가 요구되는 소형차종의 경우에는 탄성계수가 큰 지지스프링(90)을 배치하고, 상대적으로 큰 배력비가 요구되는 대형차종의 경우에는 탄성계수가 작은 지지스프링(90)을 배치하여 배력비를 변화시킴으로써, 차종에 관계없이 밸브본체(60)와 콘트롤플런저(70)의 부품공용화가 가능하여 제조비용을 보다 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 브레이크 부스터{Brake booster for car}
본 발명은 차량용 브레이크 부스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력축과 함께 전진하는 콘트롤플런저에 의해 입력보다 증폭된 힘이 출력되는 차량용 브레이크 부스터에 관한 것이다.
차량용 브레이크 부스터(Brake Booster)는 진공과 대기와의 기압차이를 이용하여 작은 힘으로 큰 제동력을 발생시키는 장치이며, 프론트셀에 마스터실린더가 결합되어 있어서 증폭된 출력을 통해 제동유압이 형성된다. 도 1은 이러한 기능을 하는 종래 차량용 브레이크 부스터를 보인 측단면도이다.
종래 차량용 브레이크 부스터는 도 1에 도시한 바와 같이, 프론트셀(1a)과 리어셀(1b)이 밀폐 결합된 케이싱(1), 케이싱(1) 내부를 프론트실(2a)(2b)과 리어실(2c)(2d)로 구획하는 센터플레이트(1c), 일단은 센터플레이트(1c)의 중심부를 미끄럼가능하게 관통하며 타단은 리어셀(1b)의 개구된 중심부를 통해 외부로 돌출되게 장착되어 공기유입을 제어하는 밸브본체(6), 브레이크패달(미도시)에 의해 연동하는 입력축(4)과 이의 작동에 따라 변위의 힘을 전달받는 출력축(5)를 구비한다.
프론트실(2a)(2b)은 프론트다이아프램(3a)과 프론트파워피스톤(3b)에 의해 프론트정압실(2a)과 프론트변압실(2b)로 구획되며, 리어실(2c)(2d)은 리어다이아프램(3c)과 리어파워피스톤(3d)에 의해 리어정압실(2c)과 리어변압실(2d)로 구획된다.
밸브본체(6)는 일단부 외주에 프론트다이아프램(3a)과 프론트파워피스톤(3b) 및 리어다이아프램(3c)과 리어파워피스톤(3d), 그리고 센터플레이트(1c)가 결합되며, 공기흡입부(6c)가 형성된 타단부는 리어셀(1b)의 중심부를 관통하여 대기와 연통된다. 이러한 밸브본체(6)의 내부에는 정압실(2a)(2c)과 변압실(2b)(2d)을 연통하는 정압통로(6a) 및 대기와 변압실(2b)(2d)을 연통시키는 변압통로(6b)가 형성되며, 입력축(4)의 단부와 결합되어 축방향으로 미끄럼운동하는 콘트롤플런저(7)가 설치된다. 그리고 출력축(5)과 콘트롤플런저(7)의 선단 사이에는 단면적의 차이로 인해 작용받은 힘을 배가시켜 출력축(5)에 전달하는 리액션디스크(5a)가 마련된다. 미설명부호 6d는 입력축(4)의 작동에 따라 공기의 유입을 제어하도록 밸브본체(6)내에 설치된 탄성재질의 포펫밸브로서, 포펫밸브(6d)에 의해 정압통로(6a)와 변압통로(6b)가 선택적으로 개폐된다.
다음에는 이와 같이 구성된 종래 차량용 브레이크 부스터의 작동을 설명한다.
먼저, 운전자가 브레이크패달을 밟지 않은 경우 각각의 정압실(2a)(2c)과 변압실(2b)(2d)은 부압원에 진공상태로 유지된다. 이러한 상태에서 운전자가 브레이크패달을 밟으면 입력축(4)이 전진하여 콘트롤플런저(7)가 밀리게 되고, 이로 인해 콘트롤플런저(7)의 선단이 리액션디스크(5a)를 직접적으로 밀게 된다. 아울러 콘트롤플런저(7)의 이동에 의해 변압통로(6b)가 외기와 연통됨으로써, 외부공기가 변압통로(6b)를 통해 각 변압실(2b)(2d)로 유입된다. 외부공기는 차압에 의해 순간적으로 유입됨으로써, 각각의 다이아프램(3a)(3c)과 동력피스톤(3b)(3d) 및 밸브본체(6)가 정압실(2a)(2c)측으로 밀리게되고, 입력보다 증폭된 출력이 리액션디스크(5a)와 출력축(5)을 통해 마스터실린더 어셈블리(미도시)로 전달되어 제동유압을 발생시킨다.
이 때, 리액션디스크(5a)에는 콘트롤플런저(7)로부터 전달되는 힘과 밸브본체(6)로부터 전달되는 힘이 동시에 작용하는데, 운전자가 직접적으로 가한 힘과 기압차에 의해 형성된 힘의 비는 리액션디스크(5a)와 접촉하여 직접 압력을 가하는 밸브본체(6)의 접촉면과 콘트롤플런저(7) 선단면의 면적비로 결정된다.
즉, 브레이크패달을 통해 가해지는 입력과 기압차에 의해 얻어지는 출력의 비는 리액션디스크(5a)와 직접 접하는 콘트롤플런저(7)의 선단 면적과 밸브본체(6)의 접촉 면적 비로 결정되는데, 종래 부스터는 배력비를 결정하는 밸브본체(6)의 중심부 면적과 콘트롤플런저(7)의 선단면적이 셋팅되어 있기 때문에, 입력이 상승하는 동안 출력 역시 일정한 비율로 증가한다.
따라서 큰 배력비가 요구되는 대형차종과 상대적으로 작은 배력비가 요구되는 소형차종에 따라 브레이크 부스터에는 각각 다른 밸브본체(6)와 콘트롤플런저(7)가 소요됨으로써, 부품의 이원화로 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 입력축 측의 면적변화없이 배력비를 변경시킴으로써 차종에 관계없이 밸브본체와 콘트롤플런저를 공용화하여 제조비용을 보다 절감할 수 있도록 하는 차량용 브레이크 부스터를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 차량용 브레이크 부스터의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부를 발췌하여 보인 확대도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 브레이크 부스터의 작용 상태를 발췌하여 보인 확대도이다.
도 7과 도 8은 탄성계수가 각각 다른 지지스프링을 배치한 경우 본 발명에 따른 브레이크 부스터의 배력특성 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
40..입력축 50..출력축 51..리액션디스크
60..밸브본체 70..콘트롤플런저 72..제2시트부
80..가동플런저 81..제1시트부 90,90a..지지스프링
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프론트셀과 리어셀이 밀폐 결합된 케이싱, 케이싱 내부를 정압실과 변압실로 구획하는 동력피스톤과 다이아프램, 일단 외주에 동력피스톤과 다이아프램의 중심부가 밀폐 결합되며 타단이 리어셀을 관통하여 대기와 연통된 밸브본체, 밸브본체의 일단 내부에 축방향으로 마련된 실린더홀에 진퇴운동 가능하게 설치되어 변압실로의 공기유입을 제어하는 콘트롤플런저, 일단이 콘트롤플런저에 결합되고 타단은 브레이크패달과 연계된 입력축, 입력축이 전진하는 경우 동력피스톤과 다이아프램 변위의 힘을 전달받도록 밸브본체의 일단 중심부에 리액션디스크를 개재하여 접하도록 배치된 출력축을 갖춘 차량용 브레이크 부스터에 있어서,
리액션디스크와 콘트롤플런저 사이에 소정간격 진퇴운동 가능하게 설치된 가동플런저,
리액션디스크의 반력을 입력축 측으로 전달하도록 가동플런저와 콘트롤플런저 사이에 배치된 지지스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이러한 구성에 의해, 탄성계수가 다른 지지스프링을 배치하면 배력비가 각각 다르게 형성되기 때문에, 밸브본체와 콘트롤플런저 및 가동플런저를 배력비가 달리 요구되는 차종에 관계없이 공용화가 가능하여 제조비용을 보다 절감할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터는 도 2에 도시한 바와 같이, 프론트셀(11)과 리어셀(12)이 밀폐 결합된 케이싱(10), 케이싱(10) 내부를 프론트실(21)(22)과 리어실(23)(24)로 구획하는 센터플레이트(13), 센터플레이트(13)의 중심부를 자유롭게 미끄러져 움직이도록 관통하여 배치되며 프론트실(21)(22)과 리어실(23)(24)로의 공기유입을 제어하는 밸브본체(60), 브레이크패달(미도시) 조작에 의해 밸브본체(60)를 작동시키는 입력축(40)과 배가된 힘을 전달받도록 고무재질의 리액션디스크(51)가 설치된 출력축(50)을 구비한다.
프론트실(21)(22)은 프론트셀(11)과 센터플레이트(13) 사이의 공간에 형성되는데, 이것은 프론트다이아프램(31)과 프론트파워피스톤(32)에 의해 또다시 프론트정압실(21)과 프론트변압실(22)로 구획된다. 그리고 프론트정압실(21) 내부에는 밸브본체(60)를 복원시키는 복원스프링(14)이 설치되며, 프론트셀(11)의 외벽에는 프론트정압실(21)과 부압원을 연통시키는 진공연결관(15)이 장착된다. 또한, 리어실(23)(24)은 센터플레이트(13)와 리어셀(12) 사이의 공간에 형성되며 이것 역시 리어다이아프램(33)과 리어파워피스톤(34)에 의해 리어정압실(23)과 리어변압실(24)로 나뉘어진다.
그리고 밸브본체(60)는 다단으로 단차진 원통형상으로 마련되며, 일단 외주에 프론트다이아프램(31)과 프론트파워피스톤(32) 및 센터플레이트(13), 리어다이아프램(33)과 리어파워피스톤(34)의 중심부가 끼워져 결합되고, 공기흡입부(63)가 형성된 타단은 리어셀(12)의 중심부를 관통하여 외기와 연통된다.
또한, 밸브본체(60) 내부에는 정압실(21)(23)과 변압실(22)(24)을 연통시키는 정압통로(61)와 변압실(22)(24)과 외기를 연통시키는 변압통로(62) 및 일단 중심부에 축방향으로 실린더홀(66)이 형성되어 있다. 실린더홀(66)에는 입력축(40)의 단부와 연계되어 축방향으로 미끄럼운동하는 콘트롤플런저(70)가 설치되며, 밸브본체(60)의 내부에는 입력축(40)의 작동여부에 따라 콘트롤플런저(70)와 선택적으로 접촉하여 공기의 유입을 실질적으로 제어하는 탄성재질의 포펫밸브(64)가 장착된다.
즉, 포펫밸브(64)와 조합하여 진공밸브기능을 수행하도록 밸브본체(60) 내주에는 제1밸브시트부(65)가 마련되어 있어서, 포펫밸브(64)의 선단부가 제1밸브시트부(65)에 안착되면 정압통로(61)는 폐쇄된다. 그리고 포펫밸브(64)와 조합하여 에어밸브기능을 수행하도록 콘트롤플런저(70)의 후단부에는 제2밸브시트부(71)가 마련되어 있어서, 포펫밸브(64)의 선단부가 제2밸브시트부(71)에 안착되면 외기의 공기가 변압실(22)(24)로 유입되는 것이 차단된다.
한편, 콘트롤플런저(70)와 리액션디스크(51) 사이에는 입력축(40)의 전진정도에 따라 리액션디스크(51)와 당접하여 배력을 형성하도록 가동플런저(80)와 지지스프링(90)이 배치되는데, 이의 상세한 구조는 다음과 같다.
도 3을 참조하면 가동플런저(80)는 실린더홀(66)의 선단에서 진퇴운동이 가능하도록 콘트롤플런저(70)의 선단과 일정간격 이격되게 배치된다.
그리고 지지스프링(90)은 소정의 탄성계수를 갖는 코일스프링으로 이루어져 가동플런저(80)의 후단과 콘트롤플런저(70)의 선단 사이에 배치되는데, 이를 위해 가동플런저(80)의 후단에는 지지스프링(90)의 일단이 안착되도록 단차지게 가공된 제1시트부(81)가 마련되고, 콘트롤플런저(70)의 선단에는 지지스프링(90)의 타단이 안착되도록 단차 가공된 제2시트부(72)가 형성된다. 이러한 제1시트부(81)와 제2시트부(72) 사이에 설치된 지지스프링(90)은 브레이크패달을 밟지 않는 경우 자유상태 즉 신장된 상태로 유지되어 가동플런저(80)와 콘트롤플런저(70)측으로 탄성력을 발휘하지 않는다. 이에 따라 가동플런저(80) 역시 브레이크패달을 밟지 않는 경우에는 자유상태로 존재하여 리액션디스크(51)와 소정간격 이격된 상태로 유지된다.
다음에는 본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터의 작용 및 효과를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터가 장착된 자동차에서 운전자가 브레이크패달을 약간 밟아 입력축(40)이 전진하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 콘트롤플런저(70)가 리액션디스크(51)측으로 밀림으로써, 제2밸브시트부(71)와 포펫밸브(64)가 이격되어 정압실(21)(23)과 변압실(22)(24)의 연통은 차단됨과 동시에 공기흡입부(63)와 변압통로(62)를 거쳐 외부공기가 진공상태의 각 변압실(22)(24)로 유입된다.
이에 따라 기압차에 의해 작동 가능한 프론트다이아프램(31)과 프론트파워피스톤(32) 및 리어다이아프램(33)과 리어파워피스톤(34)이 밸브본체(60)와 함께 출력축(50) 방향으로 밀리게 됨으로써, 출력이 리액션디스크(51)와 출력축(50)을 통해 마스터실린더 어셈블리(미도시)로 전달되어 제동압력을 발생시킨다.
이 때, 출력은 입력축(40)을 통한 입력이 사실상 동일함에도 불구하고 극적으로 증가한다. 이러한 현상을 통상적으로 점프-인 효과라 하며(도 7의 D0구간), 리액션디스크(51)와 가동플런저(80) 선단과의 클리어런스는 여전히 존재함으로써, 리액션디스크(51)의 반력은 입력축(40) 측으로 전달되지 않는다.
브레이크패달을 좀 더 밟아 정압실(21)(23)과 변압실(22)(24) 간의 압력차가 더욱 커지면, 도 5에 도시한 바와 같이, 리액션디스크(51)에 작용하는 압력도 같이 커진다. 이로 인해 고무재질의 리액션디스크(51)는 압축 변형되면서 중심부가 가동플런저(80)의 선단과 당접됨으로써, 리액션디스크(51)의 반력 일부가 가동플런저(80)와 지지스프링(90) 및 콘트롤플런저(70)를 통해 입력축(40) 측으로 전달된다.
이러한 리액션디스크(51)의 반력이 지지스프링(90)의 탄성 지지력보다 클 경우, 가동플런저(80)는 지지스프링(90)을 약간 압축시키면서 콘트롤플런저(70) 측으로 밀리기 때문에, 리액션디스크(51)에 직접적으로 압력을 가하는 부분은 밸브본체(60) 일단의 중심부위 뿐이다. 따라서 배력비는 가동플런저(80)의 선단면적을 뺀 밸브본체(60) 일단의 중심부위 면적으로 결정되기 때문에, 일정한 기울기를 갖는 출력이 발생된다(도 7의 D1- D2구간).
계속하여 브레이크패달을 더 깊게 밟으면 변압실(22)(24) 내의 압력은 대기압화되어 다이아프램(31)(33)에 걸쳐 더 이상의 압력차는 만들어지지 않는다. 따라서 운전자가 브레이크패달을 밟는 힘에 의한 배력효과는 상실되고, 이때의 배력은 운전자가 브레이크패달을 밟는 힘이 그대로 전달되는 것에 의해 형성되는데, 이것이 D2- D3구간이다.
그리고 운전자가 브레이크패달에서 발을 떼면, 프론트정압실(21)에 설치된 복원스프링(14)에 의해 콘트롤플런저(70)와 입력축(40)이 다시 복원됨과 동시에 포펫밸브(64)는 제2밸브시트부(71)에 의해 밀려 제1밸브시트부(65)에서 분리되고, 공기의 유입을 방지하는 에어밸브 역할을 수행한다. 또한 포펫밸브(64)가 제1밸브시트부(65)에서 분리됨에 따라 정압통로(61)가 연통됨으로써, 프론트변압실(22)과 리어변압실(24)의 공기는 진공상태의 프론트정압실(21)과 리어정압실(23)로 빠져나가며, 계속하여 정압실(21)(23)은 부압원에 의해 진공상태로 되어 브레이크 부스터의 초기상태로 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 가동플런저(80)와 콘트롤플런저(70) 사이에 탄성계수가 상대적으로 작은 지지스프링(90a)을 배치하면, 리액션디스크(51)의 반력으로 인해 지지스프링(90a)이 좀 더 많이 압축되어 가동플런저(80)와 콘트롤플런저(70)의 이동구간이 커진다. 이에 따라 리액션디스크(51)의 중심부와 당접하는 입력축(40) 측의 면적 변화없이 도 8에 도시한 바와 같이, 점프 - 인 구간(G0구간)이 아주 높게 형성됨은 물론이며, 입력이 커짐에 따라 형성되는 출력의 기울기 값 역시 커져 배력비가 상대적으로 크게 발생됨을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 브레이크 부스터에 의하면, 리액션디스크와 콘트롤플런저 사이에 축방향으로 진퇴운동 가능하도록 코일스프링 형상의 지지스프링과 가동플런저를 설치함으로써, 지지스프링만을 달리하여 입력축 측의 면적 변화없이 배력비를 변경시킬 수 있다. 즉, 작은 배력비가 요구되는 소형차종의 경우에는 탄성계수가 큰 지지스프링을 배치하고, 상대적으로 큰 배력비가 요구되는 대형차종의 경우에는 탄성계수가 작은 지지스프링을 배치하여 배력비를 변화시킴으로써, 차종에 관계없이 밸브본체와 콘트롤플런저의 부품공용화가 가능하여 제조비용을 보다 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 프론트셀과 리어셀이 밀폐 결합된 케이싱, 상기 케이싱 내부를 정압실과 변압실로 구획하는 동력피스톤과 다이아프램, 일단 외주에 상기 동력피스톤과 다이아프램의 중심부가 밀폐 결합되며 타단이 상기 리어셀을 관통하여 대기와 연통된 밸브본체, 상기 밸브본체의 일단 내부에 축방향으로 마련된 실린더홀에 진퇴운동 가능하게 설치되어 상기 변압실로의 공기유입을 제어하는 콘트롤플런저, 일단이 상기 콘트롤플런저에 결합되고 타단은 브레이크패달과 연계된 입력축, 상기 입력축이 전진하는 경우 상기 동력피스톤과 다이아프램 변위의 힘을 전달받도록 상기 밸브본체의 일단 중심부에 리액션디스크를 개재하여 접하도록 배치된 출력축을 갖춘 차량용 브레이크 부스터에 있어서,
    상기 리액션디스크(51)와 상기 콘트롤플런저(70) 사이에 소정간격 진퇴운동 가능하게 설치된 가동플런저(80),
    상기 리액션디스크(51)의 반력을 상기 입력축(40) 측으로 전달하도록 상기 가동플런저(80)와 상기 콘트롤플런저(70) 사이에 배치된 지지스프링(90)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지스프링(90)은 코일스프링으로 이루어지며,
    상기 가동플런저(80)의 후단에는 상기 지지스프링(90)의 일단이 안착되는 제1시트부(81)가 마련되고,
    상기 콘트롤플런저(70)의 선단에는 상기 지지스프링(90)의 타단이 안착되는 제2시트부(72)가 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.
KR1019990048128A 1999-11-02 1999-11-02 차량용 브레이크 부스터 KR20010045027A (ko)

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