KR20030073775A

KR20030073775A - 차량용 브레이크 부스터

Info

Publication number: KR20030073775A
Application number: KR1020020013500A
Authority: KR
Inventors: 허철
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-19
Also published as: US20040016340A1; EP1344700A1; EP1344700B1; DE60201411D1; JP2003276590A

Abstract

항압실 내부의 진공 형성 효율을 향상시키고, 차량의 제동 특성을 항상 일정하게 유지시키는 차량용 브레이크 부스터가 개시되어 있다. 상기 브레이크 부스터의 항압실에는 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 진공 제공관이 상기 항압실의 내부로 연장되어 있고, 벤추리부가 형성된 벤추리관이 항압실 내부에 구비된다. 벤추리관은 항압실 내부에서 진공 제공관으로부터 분기되고, 벤추리부에는 항압실 내부의 공기를 흡입하기 위한 제1공기 흡입관이 연결되어 있다. 또한, 벤추리관의 일단은 대기 중의 공기를 흡입하기 위한 제2공기 흡입관과 연결된다. 제2공기 흡입관을 통해 흡입된 공기가 벤추리부를 지날 때 발생하는 속도 증가에 따른 압력 저하에 의해 항압실 내부의 공기가 벤추리관으로 흡입되며, 진공 제공관으로 흡입된 항압실의 공기와 함께 흡기 매니폴드로 이동된다. 따라서, 차량의 운전 상태 또는 대기압의 상태 변화에 상관없이 브레이크 부스터 내부의 진공을 효율적으로 형성할 수 있다.

Description

차량용 브레이크 부스터{Brake booster for vehicle}

본 발명은 차량용 브레이크 부스터(brake booster)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 흡기 매니폴드(intake manifold) 또는 진공 펌프에 의해 발생한 부압과 대기압의 압력차를 브레이크 부스터 내에 설치한 동력 피스톤에 작용시켜 큰 힘을 브레이크에 작용하도록 하는 차량용 브레이크 부스터에 관한 것이다.

최근, 자동차의 대형화 및 고속화에 따라 큰 제동력이 요구되고 있으나, 페달(pedal)의 조작만으로는 제동력의 한계가 있다. 브레이크 부스터는 이에 대응하는 장치로서 브레이크 페달의 조작력은 같아도 바퀴의 제동력은 수배로 증대시킬 수 있는 것으로, 운전자의 피로를 경감시킴과 동시에 안전성을 높이는 중요한 장치이다.

제동력 증대의 원리는 마스터 실린더의 피스톤과는 별도로 동력 피스톤을 설치하여 이것에 진공과 대기압의 압력 차이를 이용하거나 압축 공기를 이용하여 힘을 증대시켜 큰 유압을 발생시키는 것이다.

진공을 이용하는 브레이크 부스터는 흡기 매니폴드 또는 진공 펌프에서 발생되는 부압과 대기압의 압력차를 브레이크 부스터 내에 설치한 동력 피스톤에 작용시켜 큰 힘을 브레이크에 작용하게 하는 것으로, 브레이크 부스터를 마스터 실린더와 별도로 설치한 분리형과 일체로 설치한 일체형이 있다.

상기 브레이크 부스터는 브레이크 페달과 마스터 실린더 사이에 장치되어 있으며, 운행중인 차량을 정지시키기 위해 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 운전자가 가한 답력을 일정한 배력비만큼 증폭시켜 마스터 실린더에 힘을 전달시킨다.

도 1은 종래의 브레이크 부스터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 브레이크 부스터(100)는, 전방셀(102a, front cell)과 후방셀(102b, rear cell)이 밀폐 결합된 하우징(102, housing), 하우징(102) 내부를 전방 챔버(104a, 104b, front chamber)와 후방 챔버(104c, 104d, rear chamber)로 구획하는 센터플레이트(102c, center plate), 일단은 센터플레이트(102c)의 중심부를 미끄럼 가능하도록 관통하며 타단은 후방셀(102b)의 개구된 중심부를 통해 외부로 돌출되도록 장착되어 공기유입을 제어하는 밸브본체(106), 브레이크 페달(미도시)에 의해 연동하는 입력축(108)과 이의 작동에 따라 변위의 힘을 전달받는 출력축(110)을 구비한다.

전방 챔버(104a, 104b)는 전방 다이아프램(112a, front diaphragm)과 전방 파워피스톤(112b, front power piston)에 의해 전방 항압실(104a)과 전방 변압실(104b)로 구획되며, 후방 챔버(104c)(104d)는 후방 다이아프램(112c, rear diaphragm)과 후방 파워피스톤(112d, rear power piston)에 의해 후방 항압실(104c)과 후방 변압실(104d)로 구획된다.

밸브본체(108)는 일단부 외주에 전방 다이아프램(112a)과 전방 파워피스톤(112b) 및 후방 다이아프램(112c)과 후방 파워피스톤(112d), 그리고 센터플레이트(102c)가 결합되며, 공기흡입부(106c)가 형성된 타단부는 후방셀(102b)의 중심부를 관통하여 대기와 연통된다. 이러한 밸브본체(106)의 내부에는항압실(104a, 104c)과 변압실(104b, 104d)을 연통하는 항압통로(106a) 및 대기와 변압실(104b, 104d)을 연통시키는 변압통로(106b)가 형성되며, 입력축(108)의 단부와 결합되어 축방향으로 미끄럼 운동하는 컨트롤플런저(114, control plunger)가 설치된다. 그리고 출력축(110)과 컨트롤플런저(114)의 선단 사이에는 단면적의 차이로 인해 작용받은 힘을 배가시켜 출력축(110)에 전달하는 리액션디스크(110a, reaction disk)가 마련된다. 미설명부호 106d는 입력축(108)의 작동에 따라 공기의 유입을 제어하도록 밸브본체(106)내에 설치된 탄성재질의 포펫 밸브(poppet valve)로서, 포펫 밸브(106d)에 의해 항압통로(106a)와 변압통로(106b)가 선택적으로 개폐된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 브레이크 부스터의 작동을 설명한다. 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않은 경우에는 각각의 항압실(104a, 104c)과 변압실(104b, 104d)은 흡기 매니폴드(미도시)로부터 진공 제공관(116)을 통해 제공되는 진공에 의해 진공상태로 유지된다. 이러한 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 입력축(108)이 전진하여 컨트롤플런저(114)가 밀리게 되고, 이로 인해 컨트롤플런저(114)의 선단이 리액션디스크(110a)를 직접적으로 밀게 된다. 아울러 컨트롤플런저(114)의 이동에 의해 변압통로(106b)가 외기와 연통됨으로써, 외부공기가 변압통로(106b)를 통해 각 변압실(104b, 104d)로 유입된다. 외부공기가 압력차에 의해 순간적으로 유입됨으로써, 각각의 다이아프램(112a, 112c)과 동력피스톤(112b, 112d) 및 밸브본체(106)가 항압실(104a, 104c)측으로 밀리게되고, 입력보다 증폭된 출력이 리액션디스크(110a)와 출력축(110)을 통해 마스터실린더 어셈블리(미도시)로 전달되어 제동유압을 발생시킨다.

이때, 리액션디스크(110a)에는 컨트롤플런저(114)로부터 전달되는 힘과 밸브본체(106)로부터 전달되는 힘이 동시에 작용하는데, 운전자가 직접적으로 가한 힘과 압력차에 의해 형성된 힘의 비는 리액션디스크(110a)와 접촉하여 직접 압력을 가하는 밸브본체(106)의 접촉면과 컨트롤플런저(114) 선단면의 면적비로 결정된다.

상기와 같이 항압실(104a, 104c) 내부에 제공되는 진공과 변압실(104b, 104d)에 제공되는 대기압과의 압력차를 이용하는 경우, 항압실(104a, 104c) 내부에 제공되는 진공이 항상 일정해야 하지만, 엔진의 공회전 또는 주행 상태 및 지형에 따른 대기압의 차이에 따라 항압실(104a, 104c) 내부의 진공이 일정한 상태로 유지되지 않는 문제점이 발생된다. 이는 운전자로 하여금 제동 불안을 야기할 수 있으며, 차량의 제동 거리 증대로 인한 사고를 초래할 수 있다.

예를 들면, 자동 변속기 장착 차량의 경우, 전장 및 에어컨 등의 과도한 작동은 엔진의 과부하를 유발하여 엔진 회전수를 상승시킨다. 이는 엔진에 공기를 제공하는 드로틀 밸브의 과도하게 개방되고, 이에 따라 공기의 유동 저항이 감소한다. 즉, 드로틀 밸브를 통해 흡입되는 공기가 증가하고, 흡기 매니폴드의 부압이 감소한다. 이는 진공 제공관을 통해 항압실로 제공되는 진공도의 저하를 유발시키게 되며, 제동거리를 증대시킨다.

한편, 고지대를 주행하는 경우 저지대보다 대기압이 낮아지므로, 항압실 내부의 진공과 대기압의 압력차가 감소하게 되고, 이 경우 또한, 차량의 제동거리를 증대시킨다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 항압실 내부의 진공도를 일정하게 유지시킴으로서, 차량의 제동 특성을 일정하게 유지시키는 차량용 브레이크 부스터를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 차량용 브레이크 부스터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 브레이크 부스터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시한 차량용 브레이크 부스터의 공기 흐름을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 브레이크 부스터202 : 하우징

204a, 204c : 항압실204b, 204d : 변압실

206 : 밸브208 : 입력축

210 : 출력축214 : 컨트롤 플런저

216 : 진공 제공관218 : 벤추리관

220 : 제1공기 흡입관222 : 제2공기 흡입관

224 : 체크 밸브226 : 공기 여과기

228 : 흡기 매니폴더230 : 엔진

232 : 드로틀 밸브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

전방셀과 후방셀이 밀폐 결합된 하우징, 상기 하우징 내부를 항압실과 변압실로 구획하는 동력 피스톤과 다이아프램, 일단 외주에 상기 동력 피스톤과 다이아프램의 중심부가 밀폐 결합되며 타단이 상기 후방셀을 관통하여 대기와 연통된 밸브, 상기 밸브의 일단 내부에 축방향으로 형성된 실린더 홀에 진퇴운동 가능하게 설치되어 상기 변압실로의 공기유입을 제어하는 컨트롤 플런저, 일단이 상기 컨트롤 플런저에 결합되고 타단은 브레이크 패달과 결합된 입력축, 상기 입력축이 전진하는 경우 상기 동력 피스톤과 다이아프램 변위의 힘을 전달받도록 상기 밸브의 일단 중심부에 리액션 디스크를 개재하여 접하도록 배치된 출력축을 포함하는 차량용 브레이크 부스터에 있어서,

일단이 흡기 매니폴드와 연결되고, 타단이 상기 항압실을 관통하여 내부로 연장되며, 상기 항압실 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 제공관과,

상기 항압실 내부에서 상기 진공 제공관으로부터 분기되며, 벤추리부가 형성된 벤추리관과,

상기 벤추리부에 연결되고, 상기 항압실 내부의 공기를 흡입하기 위한 제1공기 흡입관, 및

일단이 상기 항압실을 관통하여 상기 벤추리관과 연결되고, 타단은 대기 중에 노출되어 대기 중의 공기를 흡입하기 위한 제2공기 흡입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터를 제공한다.

상기 제2공기 흡입관의 타단에는 대기 중의 공기를 여과하기 위한 공기 여과기가 설치되며, 상기 진공 제공관 및 제2공기 흡입관에는 내부의 공기 흐름을 제어하기 위한 체크 밸브가 설치된다.

따라서, 대기 중의 공기가 상기 공기 여과기를 통해 제공되어 상기 벤추리부를 통과할 때, 벤추리관의 단면적 변화에 따라 속도가 증가하게 되고, 이에 따라 감소되는 압력에 의해 항압실 내부의 공기가 흡입된다. 즉, 엔진의 운전 상태 또는 대기압의 상태에 관계없이 항압실 내부의 진공을 일정하게 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 부스터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 차량용 부스터(200)는 전방셀(202a)과 후방셀(202b)이 밀폐 결합된 하우징(202), 하우징(202) 내부를 전방 챔버(204a, 204b)와 후방 챔버(204c, 204d)로 구획하는 센터플레이트(202c), 일단은 센터플레이트(202c)의 중심부를 미끄럼 가능하도록 관통하며 타단은 후방셀(202b)의 개구된 중심부를 통해 외부로 돌출되도록 장착되어 공기유입을 제어하는 밸브본체(206), 브레이크 페달(미도시)에 의해 연동하는 입력축(208)과 이의 작동에 따라 변위의 힘을 전달받는 출력축(210)을 구비한다.

전방 챔버(204a, 204b)는 전방 다이아프램(212a)과 전방 파워피스톤(212b)에 의해 전방 항압실(204a)과 전방 변압실(204b)로 구획되며, 후방 챔버(204c, 204d)는 후방 다이아프램(212c)과 후방 파워피스톤(212d)에 의해 후방 항압실(204c)과 후방 변압실(204d)로 구획된다.

밸브본체(206)는 일단부 외주에 전방 다이아프램(212a)과 전방 파워피스톤(212b) 및 후방 다이아프램(212c)과 후방 파워피스톤(212d), 그리고 센터플레이트(202c)가 결합되며, 공기흡입부(206c)가 형성된 타단부는 후방셀(202b)의 중심부를 관통하여 대기와 연통된다. 이러한 밸브본체(206)의 내부에는 항압실(204a, 204c)과 변압실(204b, 204d)을 연통하는 항압통로(206a) 및 대기와 변압실(204b, 204d)을 연통시키는 변압통로(206b)가 형성되며, 입력축(208)의 단부와 결합되어 축방향으로 미끄럼 운동하는 컨트롤플런저(214)가 설치된다. 그리고 출력축(210)과 컨트롤플런저(214)의 선단 사이에는 단면적의 차이로 인해 작용받은 힘을 배가시켜 출력축(210)에 전달하는 리액션디스크(210a)가 마련된다. 미설명부호 206d는 입력축(208)의 작동에 따라 공기의 유입을 제어하도록 밸브본체(206)내에 설치된 탄성재질의 포펫 밸브로서, 포펫 밸브(206d)에 의해 항압통로(206a)와 변압통로(206b)가 선택적으로 개폐된다.

흡기 매니폴드(미도시)와 연결되는 진공 제공관(216)은 전방 항압실(204a)을 관통하여 전방 항압실(204a)의 내부로 연장되고, 전방 항압실(204a)의 내부에는 벤추리부(218a)가 형성된 벤추리관(218)의 일단이 전방 항압실(204a)의 내부로 연장된 진공 제공관(216)에 연결된다. 벤추리관(218)은 진공 제공관(216)으로부터 분기되며, 벤추리부(218a)에는 항압실(204a, 204c) 내부의 공기를 흡입하기 위한 제1공기 흡입관(220)이 연결되고, 벤추리관(218)의 타단에는 대기 중의 공기를 흡입하기 위한 제2공기 흡입관(222)이 연결된다. 제2공기 흡입관(222)은 일단이 전방 항압실(204a)의 내부로 연장되어 벤추리관(218)과 연결되고, 타단은 대기 중에 노출된다.

진공 제공관(216) 및 제2공기 흡입관(222)에는 내부의 공기 흐름을 제어하기 위한 제1체크 밸브(224a) 및 제2체크 밸브(224b)가 설치되고, 제2공기 흡입관(222)의 타단에는 대기 중의 공기를 여과하기 위한 공기 여과기(226)가 설치되어 있다.

도 3은 도 2에 도시한 브레이크 부스터의 공기 흐름을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3을 참조하면, 공기 여과기(226)를 통해 제2공기 흡입관(222)으로 유입된 공기는 벤추리관(218)의 벤추리부(218a)를 지날 때 속도가 증가하게 되고, 이에 따라 공기의 압력이 저하된다. 공기의 압력 저하에 따라 제1공기 흡입관(218)을 통해 항압실(204a, 204b)의 공기가 유입되고, 진공 제공관(216)을 통해 유입되는 공기와 함께 흡기 매니폴더(228)로 이동된다.

즉, 엔진(230)의 과부하에 따른 드로틀 밸브(232)의 과도한 개도 또는 고지대를 주행하는 경우, 브레이크 부스터(200) 내부의 진공도가 저하되는 것을 벤추리관(218)을 통해 보상하게 되므로 브레이크 부스터(200) 내부의 진공 형성 효율을향상시키고, 차량의 제동 특성을 안정시킬 수 있다. 미설명 부호 234, 236은 각각 마스트 실린더와 차량의 에어 클리너를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서는 벤추리관(218)에 형성된 벤추리부(218a) 및 벤추리부(218a)에 연결된 제1공기 흡입관(220)의 개수가 2개로 실시되고 있으나, 차량의 종류 또는 진공도의 설정에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 브레이크 부스터 내부에 구비되는 벤추리관과 제1공기 흡입관 및 상기 벤추리관에 연결된 제2공기 흡입관은 차량의 운전 정도 및 대기압의 상태의 변화와 같이 브레이크 부스터의 진공 형성에 영향을 주는 요인에도 불구하고 브레이크 부스터 내부의 진공을 효율적으로 형성할 수 있다.

따라서, 브레이크 부스터 내부의 진동도 저하에 따른 제동거리 증가를 방지하고, 항상 일정한 차량의 제동 특성을 유지할 수 있으며, 운전자의 페달 필링(feeling)이 향상된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

전방셀과 후방셀이 밀폐 결합된 하우징, 상기 하우징 내부를 항압실과 변압실로 구획하는 동력 피스톤과 다이아프램, 일단 외주에 상기 동력 피스톤과 다이아프램의 중심부가 밀폐 결합되며 타단이 상기 후방셀을 관통하여 대기와 연통된 밸브, 상기 밸브의 일단 내부에 축방향으로 형성된 실린더 홀에 진퇴운동 가능하게 설치되어 상기 변압실로의 공기유입을 제어하는 컨트롤 플런저, 일단이 상기 컨트롤 플런저에 결합되고 타단은 브레이크 패달과 결합된 입력축, 상기 입력축이 전진하는 경우 상기 동력 피스톤과 다이아프램 변위의 힘을 전달받도록 상기 밸브의 일단 중심부에 리액션 디스크를 개재하여 접하도록 배치된 출력축을 포함하는 차량용 브레이크 부스터에 있어서,

일단이 흡기 매니폴드와 연결되고, 타단이 상기 항압실을 관통하여 내부로 연장되며, 상기 항압실 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 제공관;

상기 항압실 내부에서 상기 진공 제공관으로부터 분기되며, 벤추리부가 형성된 벤추리관;

상기 벤추리부에 연결되고, 상기 항압실 내부의 공기를 흡입하기 위한 제1공기 흡입관; 및

일단이 상기 항압실을 관통하여 상기 벤추리관과 연결되고, 타단은 대기 중에 노출되어 대기 중의 공기를 흡입하기 위한 제2공기 흡입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.
제1항에 있어서, 상기 제2공기 흡입관의 타단에 설치되고, 대기 중의 공기를 여과하기 위한 공기 여과기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.
제2항에 있어서, 상기 제2공기 흡입관에 설치되고, 상기 제2공기 흡입관 내부의 공기 흐름을 제어하기 위한 체크 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.
제1항에 있어서, 상기 진공 제공관에 설치되고, 상기 진공 제공관 내부의 공기 흐름을 제어하기 위한 체크 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 부스터.