KR20200022443A - 브레이크 덕트시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 브레이크 시스템과, 브레이크 시스템의 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다. 제동동작시 대량의 열이 발생한다. 차량 정면에서 브레이크 디스크(17)로 공기를 안내하는 브레이크 덕트(9)가 알려져 있다. 브레이크 덕트(9)에 의해 유도된 공기는 주변온도를 갖고, 브레이크보다 훨씬 차가우며, 그 흐름은 (난류가 아닌) 층류에 가깝고 고온공기를 지속적으로 몰아낸다. 이때문에, 브레이크가 고속으로 열을 방출하고 평균 작동온도를 크게 낮출 수 있다. 본 발명은 주변온도와는 크게 다른 온도로 공기 스트림(5)을 브레이크 덕트(9)에 공급해 브레이크 덕트(9)의 효율을 개선하는 볼텍스튜브(3)를 제공한다.

Description

브레이크 덕트시스템 및 방법
본 발명은 브레이크 시스템과, 브레이크 시스템의 온도를 제어하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 자동차와 항공기의 브레이킹 시스템에 관한 것이다.
제동동작시 대량의 열이 생기고, 브레이크 요소들이 동작하는 온도창(temperature window)는 비교적 좁으며, 최대 정격온도를 넘으면 성능이 급격히 악화된다.
브레이크 로터(즉, 브레이크 디스크)는 일반적으로 열을 분산시키도록 설계된다. 대류를 통한 브레이크 디스크의 냉각이 1차 메커니즘이지만, (승용차와 같이) 바퀴가 달린 차량과 브레이크 로터가 바퀴의 배럴 안에 배치된 차량에서는 브레이크 디스크 주변의 공기가 난류로 되어 차량 속도에 비해 상대적으로 느리게 흐른다. 이때문에 브레이크 요소들 주변에 열이 축적되고 열을 발산시키는 기능이 저하된다.
브레이크 덕트를 설치하면 (일반적으로 차량 정면인) 고압원에서 브레이크 로터로 공기가 흐를 수 있다. 브레이크 덕트로 유도된 공기는 주변온도에 있어, 브레이크보다 훨씬 차가우며, (난류가 아닌) 층류에 가까운 기류가 계속해서 고온 공기를 내보낸다. 이때문에 브레이크에서 신속하게 열을 방출하여 평균 작동온도를 크게 낮출 수 있다.
기존의 브레이크 덕트 시스템들은 아래 3가지 주안점에 초점을 맞추었다:
1. 브레이크 덕트시스템의 공기 입구를 비교적 높은 압력에 두어야 한다. 일반적으로, 이런 입구는 차량의 정면에 위치하여 차량 이동의 램압력으로 입구에 고압 공기가 들어가도록 한다.
2. 공기를 입구에서 브레이크 디스크까지 안내하는 호스/덕트로 인해 입구로부터 비교적 제한없이 유량이 흐를 수 있다. 대구경 호스/덕트는 유량을 증가시키고 이런 유량은 직경의 제곱에 비례한다.
3. 출구는 가능한 브레이크 디스크 가까이 정확한 방향으로 공기를 유도하도록 설계해야 한다. 브레이크 로터는 그 중심에서 반경방향으로 공기를 흐르도록 설계되므로, 출구가 센터 가까이 위치하는 경우가 많다.
그러나, 이런 브레이크 덕트시스템은 후술하는 것처럼 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명에 의하면, 타이어, 브레이크 시스템 및 브레이크 덕트시스템을 갖춘 차량을 제공하는데, 이 차량은 상기 브레이크 덕트시스템이 브레이크 시스템에 인접 배치된 제1 출구, 브레이크 시스템에 인접 배치된 제2 출구, 제1 출구에 공기를 보내도록 배열된 제1 덕트, 제2 출구에 공기를 보내도록 배열된 제2 덕트, 및 볼텍스튜브를 포함하고; 볼텍스튜브는 주변 압력보다 높은 압력과 제1 온도로 공기를 모으도록 배열된 입구, 제1 온도보다 높은 제2 온도로 제1 공기 스트림을 제1 덕트에 공급하는 고온 출구, 및 제1 온도보다 낮은 제3 온도로 제2 공기 스트림을 제2 덕트에 공급하는 저온 출구를 가지며; 제1 출구는 브레이크 시스템 및/또는 타이어를 가열하도록 배치된다.
이런 차량은 승용차, 밴, 로리, 모터사이클, 기타 다른 비슷한 차량일 수 있으며, 비행기나 다른 탈 것일 수도 있다.
각각의 출구는 브레이크 디스크에 공기를 안내하도록, 예를 들면 브레이크 디스크의 제1 측면 및/또는 제2 측면에, 브레이크 패드에, 브레이크 패드의 정면 및/또는 배면에, 및/또는 바퀴 및/또는 타이어에 공기를 안내하도록 구성된다. 각각의 출구가 다수의 출구를 갖고, 이런 다수의 출구가 다수의 위치 각각에 공기를 안내하도록 구성될 수도 있다. 여기서 말하는 '출구'란 '제1 출구', '제2 출구' 및/또는 '제1 및/또는 제2 출구들'을 의미한다.
각각의 덕트가 다수의 덕트들을 갖고 호스를 포함할 수 있다. '덕트'란 '제1 덕트', '제2 덕트' 및/또는 '제1 및/또는 제2 덕트들'을 포함하는 개념이다.
볼텍스튜브가 Ranque-Hilsch 볼텍스튜브를 포함할 수 있다.
입구는 차량 정면에서 공기를 모으도록 배치되어, 차량 이동으로 인한 램압력으로 고압 공기가 입구로 들어가도록 한다. 한편, 펌프(예; 공기펌프)가 입구에 공기를 공급할 수도 있다. 펌프는 전기로 구동되거나 차량의 크랭크축에 기계적으로 연결될 수 있다. 그러나, 펌프가 터보로 구동되는 것이 바람직하다. 즉, 배가스가 터보를 일으키고, 이런 터보를 이용해 펌프를 작동하여 압축공기를 입구에 공급하도록 한다.
덕트는 다수의 출구들의 각각의 소집합에 제1 공기스트림을 공급하고, 다른 각각의 소집합에 제2 공기스트림을 공급하도록 구성된다. 덕트가 동일한 출구/다수의 출구, 및/또는 다수의 출구들 중의 중복되는 소집합들에 제1 및 제2 공기스트림을 공급하도록 구성될 수도 있다. 다수의 출구들 중의 각각의 소집합이 각각의 공기스트림을 브레이크 시스템의 소정 부위 각각에 공급하도록 배치될 수도 있다.
브레이크 덕트시스템이 아주 찬 조건(예컨대 브레이크 시스템이 냉동되는 조건)에서 브레이크 시스템을 및/또는 타이어를 가열해 레이스 초기 성능을 개선하는데 이용될 수 있다.
브레이크 덕트시스템에 제2 및/또는 제3 온도에서 제1 및/또는 제2 공기스트림을 다른 시스템에 안내하는 다른 출구가 있을 수도 있다. 예를 들어, 다른 시스템이 능동 항력저감시스템, 내부캐빈 히터 및/또는 에어컨디셔닝 시스템 및/또는 타이어 히터일 수 있다.
볼텍스튜브는 제3 온도에서 제2 공기스트림을 덕트에 공급해 출구로 안내하도록 구성될 수 있다.
브레이크 덕트시스템이 볼텍스튜브에서 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수도 있다.
브레이크 덕트시스템이 브레이크 시스템의 온도를 모니터하는 온도센서를 더 포함하고, 컨트롤러는 온도센서에 응답해 볼텍스튜브에서 제1 및 제2 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어할 수도 있다.
이렇게 하여, 온도센서와 컨트롤러는 과열의 위험이 있을 때는 브레이크 시스템을 냉각하고, 동결의 위험이 있을 때는 브레이크 시스템 및/또는 타이어를 가열하도록 브레이크 덕트시스템을 제어할 수 있다.
브레이크 덕트시스템이 차량 제동작용을 모니터하는 브레이킹 센서를 더 포함하고, 컨트롤러가 브레이킹 센서에 응답해 볼텍스튜브에서 제1 및 제2 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어할 수도 있다.
이 경우, 브레이킹 센서와 컨트롤러가 제동동작 동안 브레이크 시스템을 냉각하도록 브레이크 덕트시스템을 제어할 수 있다.
컨트롤러가 제동 정지에 응답해 볼텍스튜브에서 출구로의 공기 스트림의 공급을 중단할 수 있다.
브레이크 덕트시스템이 능동 항력저감 시스템에 연결될 수 있다. 예컨대, 볼텍스튜브가 고온 공기스트림 및/또는 저온 공기스트림을 능동 항력저감 시스템에 공급할 수 있고, 하나 이상의 임계온도보다 높거나 낮은 온도센서에 의해 결정된 온도에 응답해 및/또는 브레이킹센서에 의해 결정된 제동동작에 응답해 이런 고온 및/또는 저온 공기스트림들을 능동 항력저감 시스템으로부터 재배향할 수도 있다.
이 경우, 제동중에 항력저감이 불필요하기 때문에, 항력저감 시스템으로부터의 공기흐름이 제동중에 브레이크 덕트시스템으로 향할 수 있다.
능동 항력저감 시스템을 차량에 채택하면, 임계속도보다 높은 속도로 이동할 때 적어도 하나의 난류 및/또는 저압구역이 차량 부근에 형성된다. 능동 항력저감 시스템은 가동중일 때 예컨대 따뜻한 공기 및/또는 찬공기를 난류/저압 구역을 향해 분사하여 난류 및/또는 저압 구역을 줄일 수 있다.
능동 항력저감 시스템은 적어도 하나의 구역에 가깝게 위치한 적어도 하나의 추진노즐과, 적어도 하나의 구역에 방출하기 위한 적어도 하나의 노즐에 기체를 공급하는 시스템을 포함할 수 있다(WO2016/139472 참조).
능동 항력저감 시스템이 적어도 하나의 구역에 인접해 차량에 위치한 적어도 하나의 제1 유체출구; 적어도 하나의 구역에 인접해 차량에 위치한 적어도 하나의 제2 유체출구; 및 유체공급 시스템을 구비하고; 이런 유체공급 시스템은 적어도 하나의 제1 유체출구에 제1 압력 및/또는 제1 분사속도로 유체를 공급하고, 적어도 하나의 제2 유체출구에 제2 압력 및/또는 제2 분사속도로 유체를 공급할 수 있으며; 이때 제2 압력 및/또는 제2 분사속도는 제1 압력 및/또는 제1 분사속도보다 크다.
본 발명은 또한 브레이크 시스템의 온도를 제어하는 방법에 관한 것이기도 한데, 이 방법은 브레이크 시스템을 제공하는 단계; 전술한 브레이크 덕트시스템을 제공하는 단계; 및 볼텍스튜브에서 출구들까지의 공기 스트림의 공급을 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 브레이크 덕트시스템의 개략도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하겠지만, 이는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
청구범위에서, 제1, 제2, 2p3 등과 같은 표현은 비슷한 요소들을 구분하기 위한 것일 뿐이고, 시공간적으로 순서나 등급을 나타내는 것은 아니다.
도 1은 볼텍스튜브(3)에 공급되는 압축공기를 입구(1)에서 받아들이는 브레이크 덕트시스템을 보여준다. 주지하는 것처럼, 압축공기는 콜드스트림(5)과 핫스트림(7)으로 나누어지고, 각각의 덕트(9,11)를 통해 출구(13,15)를 향한다. 콜드스트림(5)은 바퀴의 브레이크 시스템(17)을 향하고, 핫스트림(7)은 바퀴의 타이어(19)를 향한다.

Claims (5)

  1. 타이어, 브레이크 시스템 및 브레이크 덕트시스템을 갖춘 차량에 있어서:
    상기 브레이크 덕트시스템이 브레이크 시스템에 인접 배치된 제1 출구, 브레이크 시스템에 인접 배치된 제2 출구, 제1 출구에 공기를 보내도록 배열된 제1 덕트, 제2 출구에 공기를 보내도록 배열된 제2 덕트, 및 볼텍스튜브를 포함하고;
    상기 볼텍스튜브는 주변 압력보다 높은 압력과 제1 온도로 공기를 모으도록 배열된 입구, 제1 온도보다 높은 제2 온도로 제1 공기 스트림을 제1 덕트에 공급하는 고온 출구, 및 제1 온도보다 낮은 제3 온도로 제2 공기 스트림을 제2 덕트에 공급하는 저온 출구를 가지며;
    상기 제1 출구는 브레이크 시스템 및/또는 타이어를 가열하도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량.
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼텍스튜브에서 제1 및 제2 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  3. 제2항에 있어서, 상기 브레이크 시스템의 온도를 모니터하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 온도센서에 응답해 볼텍스튜브에서 제1 및 제2 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 차량 제동작용을 모니터하는 브레이킹 센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 브레이킹 센서에 응답해 볼텍스튜브에서 제1 및 제2 출구들까지의 공기 스트림들의 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량.
  5. 브레이크 시스템의 온도를 제어하는 방법에 있어서:
    브레이크 시스템을 제공하는 단계;
    제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 따른 브레이크 덕트시스템을 제공하는 단계; 및
    볼텍스튜브에서 출구들까지의 공기 스트림의 공급을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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