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KR100381776B1 - 자동차의 브레이크 부스터 - Google Patents

자동차의 브레이크 부스터 Download PDF

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KR100381776B1 KR10-1998-0043475A KR19980043475A KR100381776B1 KR 100381776 B1 KR100381776 B1 KR 100381776B1 KR 19980043475 A KR19980043475 A KR 19980043475A KR 100381776 B1 KR100381776 B1 KR 100381776B1
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Abstract

본 발명은 자동차의 브레이크 부스터를 개시한다. 본 발명은 파워 피스톤과 입력로드 사이의 이격 변위를 검출하는 변위검출수단과; 파워 실린더의 후방챔버와 연결통로에 의해 연결되며 외부공기를 상기 파워 실린더의 후방챔버로 선택적으로 공급하는 솔레노이드 밸브와; 상기 변위검출수단에 의해 검출된 변위값에 따라 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 전자제어유닛을 포함한다. 따라서 종래 자연적으로 공기가 유입되던 방식에 비하여 부스터의 응답속도가 빨라지게 된다.

Description

자동차의 브레이크 부스터
본 발명은 자동차의 제동장치(brake system)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 브레이크 페달의 답력을 수배로 증가하여 적은 답력으로 큰 제동력을 발생시키는 자동차의 브레이크 부스터(brake booster)에 관한 것이다.
자동차의 제동장치에는 주행중 운전자의 발로 조작하는 주 브레이크와 주차시에 손으로 조작하는 주차 브레이크로 나뉘는데, 이중 주 브레이크는 주행중에 사용하는 것이므로 신속·정확한 제동은 물론 적은 힘으로도 용이하게 조작할 수 있어야 된다. 이를 위해 주 브레이크(이하 "브레이크"로 약칭함)는 비교적 적은 답력으로 확실히 제동할 수 있는 유압식 브레이크가 주로 사용되고 있다.
한편 자동차가 대형화, 고속화 됨에 따라 큰 제동력이 요구되는데, 유압식 브레이크는 그 구조적인 특성상 제동력 증대에 한계가 있다. 이에 따라 최근에는 유압식 브레이크에 부스터를 구비하여, 동일한 답력으로 수배의 제동력을 발생시킴으로써 고속 및 대중량 차량을 적은 답력으로 확실하게 제동시키는 것이 일반적이다.
이러한 브레이크 부스터는 흡기 매니폴드(intake manifold) 또는 진공펌프(vacuum pump)에서 발생한 진공과 대기압간의 차이 압력을 이용하는 진공식과, 압축공기의 압력을 이용하는 압축공기식으로 대별되며, 진공식은 마스터 실린더(master cylinder)와의 연결상태에 따라 일체형과 분리형으로 나뉜다.
도 1에는 이러한 브레이크 부스터의 일례로 진공식 일체형 브레이크 부스터(1)를 개략적으로 도시하였는데, 이것은 브레이크 페달(도시하지 않음)과 마스터 실린더(C) 사이에 설치된다.
이러한 브레이크 부스터(1)는 브레이크 페달을 밟지 않은 상태에서는 입력로드(input rod; 2)와 밸브 플런저(valve plunger: 3)가 로드 리턴 스프링(rod return spring: 4)에 의해 후방으로 탄성 바이어스(elastic bias) 됨으로써 밸브 포핏(valve poppet: 5)이 파워 피스톤(power piston: 6)의 진공밸브부(7)는 개방시키고, 밸브 플런저(3)의 에어밸브부(8)는 폐쇄시킨다.
이에 따라 흡기 매니폴드 또는 진공펌프에서 발생한 부압(負壓)이 첵밸브(check valve: 9)를 통해 파워 실린더(10)의 전방챔버(front chamber: 11)로 공급됨과 함께 파워 피스톤(6)의 부압유로(6b) 및 에어유로(6c)를 통해 그 후방챔버(rear chamber: 12)에도 공급되므로 파워 피스톤(6)은 리턴 스프링(4)에 의해 후방으로 밀려 있게 된다.
이 상태에서 브레이크 페달을 밟으면, 입력로드(2)와 밸브 포핏(5) 및 밸브 플런저(3)가 전방쪽으로 이동됨으로써 밸브 포핏(5)에 의해 파워피스톤(6)의 진공밸브부(7)가 닫힌 뒤, 계속되는 입력로드(2)의 이동으로 밸브 플런저(3)의 에어밸브부(8)가 밸브 포핏(5)으로부터 이탈되어 열리게 된다.
따라서 외부 대기가 밸브 플런저(3)의 에어밸브부(8)와 밸브 포핏(5)의 사이를 통해 파워 실린더(10)의 후방챔버(12)로 유입됨으로써 운전자의 답력에 부스터의 배력된 힘이 더하여져 푸시로드(push rod: 13)에 힘이 걸리게 된다.
이때 운전자의 답력과 푸시로드(push rod:R)의 배력비는 반력고무에 의해 항상 일정하게 유지되며 이러한 부스터의 배력비가 일정한 값을 가질 때(평형을 이룰 때) 밸브 플런저(3)와 밸브 포핏(5) 및 파워피스톤(6)의 진공밸브부(7)는 닫히게 된다.
그러나 이와같이 구성된 종래 자동차의 브레이크 부스터는, 부스터의 후방을 통해 자연적으로 유입되는 공기의 유입속도에 따라서 밸브들이 동작하도록 되어 있으므로 부스터의 응답속도가 느린 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 부스터의 응답속도를 높일 수 있도록 한 자동차용 브레이크 부스터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 마스터 실린더의 푸시로드와 연결되며 파워 실린더의 내부에 축방향으로 이동가능하게 설치되는 파워 피스톤과, 상기 파워 피스톤의 외주에 설치되어 상기 파워실린더 내부를 전방챔버와 후방챔버로 구획하는 다이아프램과, 상기 푸시로드와 동축으로 파워 피스톤에 결합되는 밸브 플런저와, 상기 밸브 플런저의 이탈 및 부스터내의 무효 스트로크를 방지하는 키이와, 상기 밸브 플런저를 브레이크 페달과 연결하며 파워 피스톤과 동방향으로 탄성 바이어스 되는 입력로드를 구비하는 자동차용 브레이크 부스터에 있어서,
상기 파워 피스톤과 입력로드 사이의 이격 변위를 검출하는 변위검출수단과; 상기 파워 실린더의 후방챔버와 연결통로에 의해 연결되며 외부공기를 상기 파워 실린더의 후방챔버로 선택적으로 공급하는 솔레노이드 밸브와; 상기 변위검출수단에 의해 검출된 변위값에 따라 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 전자제어유닛을 포함하는 자동차용 브레이크 부스터를 제공하는데 그 특징이 있다.
도 1은 종래 자동차의 브레이크 부스터 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 부스터 구조를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 요부 발췌 확대 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 부스터의 변형예를 도시한 확대 사시도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21 : 파워실린더 21b : 후방챔버
22 : 파워 피스톤 22a : 작동구멍
22b : 부압유로 22c : 에어유로
23 : 다이아프램 26 : 밸브 플런저
27 : 키이 28 : 진공밸브부
29 : 에어밸브부 30 : 밸브 포핏
32 : 입력로드 33 : 로드 리턴 스프링
40 : 변위검출수단 41,43 : 자석
42,44 : 홀센서 50 : 전자제어유닛(ECU)
60 : 솔레노이드 밸브 61 : 연결통로
이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 부스터를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 요부를 발췌하여 도시한 확대 단면도이다.
본 발명에 따른 자동차용 브레이크 부스터는 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이, 파워 실린더(21) 내부에 파워 피스톤(22)이 축방향으로 이동가능하게 설치되고, 이 파워 피스톤(22)의 외주면에는 파워 실린더(21)의 내부를 전방챔버(21a)와 후방챔버(21b)로 구획하는 다이아프램(23)이 설치된다.
그리고 파워 실린더(21)의 전방챔버(21a)에는 리턴스프링(24)이 설치되어 파워 피스톤(22)을 그 후방챔버(21b) 쪽으로 탄성 바이어스 시키는데, 이 파워 피스톤(22)은 전방챔버(21a)내로 돌출한 마스터 실린더(C)의 푸시로드(R)와 연결된다.
그리고 파워 실린더(21)의 한쪽에는 흡기 매니폴드 또는 진공펌프로부터 발생된 부압을 전방챔버(21a)로 공급하는 첵밸브(25)가 설치되고, 파워 피스톤(22)에는 파워 실린더(21)의 전방 및 후방챔버(21a)(21b)를 상호 연통시키는 부압유로(22b)와, 외부 대기를 후방챔버(21b)로 유도하는 에어유로(22c)가 각각 형성된다.
또한 파워 피스톤(22) 중앙의 작동구멍(22a)에는 밸브 플런저(26)가 일정 스트로크(stroke)로 이동 가능하게 결합되는데, 이 밸브 플런저(26)는 입력로드(32)를 통해 브레이크 페달(도시하지 않음)과 연결된다. 이때 밸브 플런저(26)의 선단부 외주와 파워 피스톤(22)의 작동구멍(22a) 내주간에는 부압 및 에어가 흐를 수 있도록 일정한 갭(gap)이 형성된다.
그리고 밸브 플런저(26)는 밸브 플런저(26)가 파워 피스톤(22)으로부터 이탈되는 것을 방지함과 동시에 부스터내의 무효 스트로크를 방지하는 역할을 수행하는 키이(27)가 설치되고, 파워 피스톤(22)의 후방쪽으로 연장된 네크(22d)내에는 파워 피스톤(22)의 진공밸브부(28)와 밸브 플런저(26)의 에어밸브부(29)를 개폐하여 파워 피스톤(22)을 작동시키는 고무재의 밸브 포핏(30)이 입력로드(32)를 감싸도록 설치된다.
그리고 밸브 포핏(30)의 자유단과 입력로드(32)의 지지턱간에는 밸브 포핏(30)이 진공 및 에어밸브부(28)(29)들과 고르게 밀착할 수 있도록 탄성을 부여하는 밸브 리턴 스프링(33)이 설치된다.
그리고 본 발명의 특징에 따라 파워 피스톤(22)과 입력로드(32) 사이의 이격 변위를 검출하는 변위검출수단(40)을 구비한다. 변위검출수단(40)은, 도 3에 확대 도시된 바와같이 밸브 플런저(26)의 이탈을 방지하는 키이(27)의 일측면에 설치되는 자석(41)과, 이와 대응되는 파워 피스톤(22)의 일측면에 설치되는 홀센서(42)로 이루어지고, 이 홀센서(42)는 전자제어유닛(50)과 연결된다.
또한, 이러한 변위검출수단(40)은 도 4에 확대 도시된 변형예와 같이, 밸브 플런저(26)의 외주면에 설치되는 자석(43)과, 파워 피스톤(22)의 중앙부에 형성된 밸브 플런저(26)의 작동구멍(22a) 내주면에 상기 자석(41)과 대응되도록 설치되는 홀센서(44)로 이루어지고, 이 홀센서(44)는 전자제어유닛(50)과 연결된다.
여기에서 상기 변위검출수단(40)의 파워 피스톤(22)의 일측면과 작동구멍(22a) 내주면에 각각 설치되는 홀센서(42)(44) 대신에 자기저항센서를 각각 설치하여 사용할 수도 있다.
그리고 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)에는 외부공기를 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)로 선택적으로 공급하는 솔레노이드 밸브(60)가 연결통로(61)에 의해 연결되고, 이 솔레노이드 밸브(60)와 상기 변위검출수단(40)의 홀센서(42)(44) 및 자기저항센서는 전자제어유닛(ECU : 50)과 연결된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 부스터의 작동은 다음과 같다.
먼저, 브레이크 페달을 밟지 않은 상태에서는 도 2에 실선으로 도시한 바와 같이, 입력로드(32)와 밸브 플런저(26)가 로드 리턴 스프링(33)에 의해 후방으로 탄성 바이어스 된다. 그러면 밸브 플런저(26)의 에어밸브부(29)가 밸브 포핏(30)의 선단에 밀착되어 폐쇄됨과 함께 밸브 포핏(30)의 선단이 후방으로 밀려 파워 피스톤(22)의 진공밸브부(28)를 개방시킨 상태로 있게 된다.
이에 따라 흡기 매니폴드등에서 발생한 부압이 첵밸브(25)를 통해 파워 실린더(21)의 전방챔버(21a)로 공급됨과 함께 파워 피스톤(22)의 부압 및 에어유로(22b)(22c)를 통해 그 후방챔버(21b)에도 공급되어 파워 피스톤(22)은 리턴 스프링(24)에 의해 후방으로 밀려 있게 된다.
다음, 이와 같은 상태에서 브레이크 페달을 밟으면 가상선으로 도시한 바와 같이, 입력로드(32)가 전방쪽(화살표 방향)으로 이동됨으로써 밸브 포핏(30) 및 밸브 플런저(26)가 함께 이동되고, 이에 따라 밸브 포핏(30)의 선단이 파워 피스톤(22)의 진공밸브부(28)에 밀착됨으로써 진공밸브부(28)가 닫혀 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)에 대한 부압공급이 차단된다. 이어서 계속되는 입력로드(32)의 이동으로 밸브 플런저(26)의 에어밸브부(29)가 밸브 포핏(30)으로부터 이탈됨으로써 열리게 된다.
그러면 외부 대기가 파워 피스톤(22)의 네크(22d)로 유입된 뒤, 파워 피스톤(22)의 에어유로(22c)를 통해 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)로 유입된다. 이에 따라 파워 실린더(21)의 두 챔버(21a)(21b), 즉 파워 피스톤(22)의 양쪽에 커다란 압력차가 발생되고, 이 압력차에 의해 파워 피스톤(22)이 전방챔버(21a) 쪽으로 이동됨으로써 마스터 실린더(C)의 푸시로드(R)를 가압하게 되어 마스터 실린더(C)에 높은 유압이 발생되게 된다.
이때, 본 발명의 특징에 따라 파워 피스톤(22)과 밸브 플런저(26)에 설치된 변위검출수단(40)으로서, 키이(27)에 설치된 자석(41)과, 파워 피스톤(22)의 일측면에 설치된 홀센서(42)간의 상호 작용에 의해서 파워 피스톤(22)과 입력로드(32)간의 이격 변위를 검출하게 되고, 이로부터 운전자의 답력에 대한 부스터의 배력이 어느정도 되고 있는 지를 알 수 있게 된다.
가령, 진공부스터의 정해진 배력비(예를들면 1:4)를 유지할 경우, 상대변위 배력정도가 미흡할 경우에는 -상대변위를 나타내게 되고, 반대로 상대변위 배력이 클 경우에는 +상대변위를 나타내게 되며, 브레이크를 밟는 속도가 느릴 경우에는 일정한 배력이 이루어지나, 빠를 경우에는 순간적으로 배력이 미흡하게 되고, 일정한 배력비를 이루기까지 일정한 시간이 걸리게 되며, 일정한 배력비를 이루게 되면 상대변위는 다시 0를 유지하게 된다. 따라서 배력비가 깨질 경우에만 상대변위가 발생하게 된다.
즉, 운전자가 브레이크를 밟는 답력의 크기에 따라서 입력로드(32)가 빠르게 또는 느리게 전진하게 되고, 이에 따라 밸브 플런저(26)가 상기 입력로드(32)에 의해 빠르게 또는 느리게 이동되면서 밸브 플런저(26)와 함께 이동되는 키이(27)에 설치된 변위검출수단(40)으로서의 자석(41)과 파워 피스톤(22)에 설치된 홀센서(42)간의 상대 변위가 크거나 또는 작게 발생하게 된다.
따라서 이러한 상대변위 값을 통하여(상대변위가 일정값 이상이면) 운전자의 급제동 여부를 판단할 수 있게 된다.
그리고 이러한 자석(41)과 홀센서(42)간의 상대 변위는 전자제어유닛(ECU; 50)으로 보내지고, 전자제어유닛(50)에서는 이들간의 상대변위를 기설정된 데이터값과 비교하여 그 차이값에 따라서 솔레노이드 밸브(60)를 선택적으로 구동시켜 필요한 만큼의 공기를 연결통로(61)를 통해 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)로 선택적으로 공급하여 부스터의 응답속도를 조절하게 된다.
즉, 상대변위가 기설정된 데이터값 이상이면, 솔레노이드 밸브(60)를 ON시켜 공기를 파워 실린더(21)의 후방챔버(21b)로 공급하여 후방챔버(21b) 내의 압력을 상승시킴으로써 부스터의 응답속도를 빠르게 한다.
그리고 상대변위가 기설정된 데이터값과 같아지거나 이하이면, 솔레노이드 밸브(60)를 OFF 시켜 후방챔버(21b)로 공급되는 공기를 차단시키게 된다.
그리고 도 4에 도시된 본 발명의 변형예의 경우에는, 파워 피스톤(22)의 작동구멍(22a) 내측면에 설치된 홀센서(44)와, 밸브 플런저(26)의 외측면에 설치된 자석(43)간의 상호 작용에 의해서 파워 피스톤(22)과 입력로드(32)간의 이격 변위를 검출하여 상술한 바와 마찬가지로 전자제어유닛(50)을 통해 솔레노이드 밸브(60)를 제어하여 부스터의 응답속도를 제어하게 된다.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명 자동차의 브레이크 부스터에 의하면, 입력로드와 밸브 플런저간의 변위를 검출하여 파워 실린더의 후방챔버로 공기를 선택적으로 공급하도록 되어 있으므로, 종래 자연적으로 공기가 유입되던 방식에 비하여 부스터의 응답속도가 빨라지게 되는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 마스터 실린더의 푸시로드와 연결되며 파워 실린더의 내부에 축방향으로 이동가능하게 설치되는 파워 피스톤과, 상기 파워 피스톤의 외주에 설치되어 상기 파워 실린더 내부를 전방챔버와 후방챔버로 구획하는 다이아프램과, 상기 푸시로드와 동축으로 파워 피스톤에 결합되는 밸브 플런저와, 상기 밸브 플런저의 이탈 및 부스터내의 무효스트로크를 방지하는 키이와, 상기 밸브 플런저를 브레이크 폐달과 연결하며 파워 피스톤과 동방향으로 탄성 바이어스 되는 입력로드를 구비하는 자동차용 브레이크 부스터에 있어서,
    상기 파워 피스톤과 상기 입력로드 사이의 이격변위를 검출하는 변위검출수단과;
    상기 파워 실린더의 후방챔버와 연결통로에 의해 연결되며 외부공기를 상기 파워 실린더의 후방챔버로 선택적으로 공급하는 솔레노이드 밸브와;
    상기 변위검출수단에 의해 검출된 변위값에 따라 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 부스터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변위검출수단은, 상기 키이의 일측면에 설치되는 자석과, 이와 대응되는 상기 파워 피스톤의 일측면에 설치되는 홀센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 부스터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 변위검출수단은, 상기 키이의 일측면에 설치되는 자석과, 이와 대응되는 상기 파워 피스톤의 일측면에 설치되는 자기저항센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 부스터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 변위검출수단은, 상기 밸브 플런저의 외주면에 설치되는 자석과, 이와 대응되는 상기 파워 피스톤의 내주면에 설치되는 홀센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 부스터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 변위검출수단은, 상기 밸브 플런저의 외주면에 설치되는 자석과, 이와 대응되는 상기 파워 피스톤의 내주면에 설치되는 자기저항센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 부스터.
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