데스크 | 포르쉐 신개념 브레이크 PCCB |
페이지 정보
글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com) ㅣ 사진 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
|
승인 2001-04-30 18:28:09 |
본문
시속 100km로 달리는 자동차가 급제동을 하면 약 3초 정도에 완전히 정지하는 것이 가능하다. 100km/h까지 가속하는데 10초 정도가 걸리는 자동차가 정지할 때는 순식간에 선다. 브레이크가 놀라운 일을 하고 있다는 것은 감각적으로는 이해할 수 있지만 물리적으로 어떤 일을 얼마나 하는지 아는 사람은 얼마나 될까.
디스크 브레이크도 드럼 브레이크도 기본은 운동 에너지를 마찰에 의해 열 에너지로 바꾸는 것이 브레이크가 하는 일이다. 때문에 브레이크는 열 교환기라고도 한다. 그런데 시속 100km로 달리고 있는 자동차는 얼마만큼의 운동에너지를 갖고 있을지 계산해 보자.
승차자와 연료를 추가한 총 중량이 1500kg 정도가 되는 자동차의 경우 그 운동에너지는
E=1/2×질량×속도의 제곱
=1/2×1500×27.8의 제곱
=578796 joule(*1cal는 4.18j)
=579kj
이 자동차가 완전히 정지하는데 3초가 걸렸다고 하자. 완전정지는 운동에너지가 제로이기 때문에 이 자동차의 브레이크는 3초 사이에 579k쥴의 에너지를 대기중에 방출한 것이 된다. 실제는 디스크와 캘리퍼의 온도가 올라가고 열 에너지는 축적되지만,
그때의 작업률은(1초당 정지하는 일) 579k쥴 ÷3초
=193k j/초
=193kW 가 된다.
이 264마력의 일을 한 것이 된다. 엔진의 마력과 비교하면 얼마나 브레이크가 큰 일을 하고 있는가를 이해할 수 있을 것이다.
브레이크가 하는 일은 운동에너지를 열 에너지로 전환하는 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 때문에 브레이크에 있어 열을 어느 정도 대기로 방출하는가가 성능 향상에 중요하다.
연속된 내리막길의 와인딩에서는 브레이크가 열을 방출할 틈이 없이 계속해서 열 교환기로서의 일을 강요당한다. 냉각이 이루어지지 않으면 브레이크는 고온이 되고 때로는 수백도라고 하는 높은 온도로 된다. 디스크 브레이크는 냉각성능이 높기 때문에 고온에 의한 성능저하가 적지만 그래도 온도로 인해 브레이크효과가 저하되는 경우가 있다.
그 하나로 페이드 현상이라고 하는 것이 있다. 고온에 의해 브레이크 패드재의 성질이 변화하는 것이 원인이다.
또 캐비테이션이라고 하는 트러블도 있다. 고온이 캘리퍼에 전달되어 브레이크액의 온도가 올라가 그 결과 오일에 기포가 생겨 브레이크 페달을 밟아도 액압이 올라가지 않는 현상이다. 이 두 개가 열에 의한 브레이크의 2대 트러블이다.
우리나라에서는 독일처럼 장시간 고속으로 달리는 경우가 적은데 독일에는 없는 산악로가 많고 더운 여름철 산악로를 주행할 때는 위와 같은 트러블이 발생하기도 한다. 그러면 고속에서 순간적으로 감속하는 레이스의 세계에서는 어떻게 대응하고 있을까. F1에서는 카본 브레이크가 상식으로 되어 있다. 카본은 방열성이 높고 내열성이 높은 재질이기 때문에 초고속의 레이스 세계에서는 필수품이다.
하지만 카본 브레이크는 온도가 전혀 높아지지 않는다고 하는 성질도 갖고 있다. 시판차에서는 벤츄리라고 하는 스포츠카가 옵션으로 카본 브레이크를 채용하고 있다. 하지만 이 카본 브레이크는 운전하기 나쁜 여름의 서키트에서는 두 배의 제동거리를 필요로 한다는 보고가 있다. 즉 카본 브레이크는 한정된 서키트에서는 사용되지만 일반도로에서는 결코 사용되지 않는다는 얘기가 된다.
그런데 포르쉐사가 신형 포르쉐 터보에 옵션으로 카본 브레이크를 준비하고 있다고 발표했다. 온도가 내려가면 효과가 극히 악화한다고 하는 결점을 표면에 세라믹을 용사하는 것으로 해결해 가격 문제는 양산화를 가능하게 하는 것으로 해소했다고 한다.
이 포르쉐의 비밀병기는 PCCB(Porsche Ceramic Composite Brake)라고 하는 15,000마르크(약 900만원)에 2001년 모델부터 옵션으로 설정하게 되었다. 캘리퍼는 PCCB용으로 개발한 알루미늄 모노블럭의 6포드(pod), 리어는 종래대로의 4포드. 무엇보다 브레이크 성능에서는 세계 제일의 성능을 보여주고 있는 포르쉐인데 더욱 고성능의 브레이크를 개발했다는 것이다. 카본은 F1은 예외로 하고 시판차에는 기술적으로 곤란하다고 하는 재질이었는데 그것을 양산화한 것은 큰 업적이라 아니할 수 없다.
브레이크 감각은 한계 브레이킹에서 페이드되는 것 같은 현상은 없고 통상의 브레이크(일반도로)에서도 응답성이 좋고 가벼운 터치로 확실한 브레이크가 가능하다고 한다. 카본 브레이크는 경량으로 내구성도 우수하다. 한 바퀴 당 약 5kg, 자동차 한 대당 약 20kg을 경량화할 수 있어 디스크의 수명은 스틸의 약 2배, 10만 km 정도 주행할 수 있다.
420ps의 스포츠카도 가벼운 터치로 최대의 제동력을 얻을 수 있게 되었다. PCCB는 단순히 고성능일뿐 아니라 운전자에게도 다루기가 용이한 인터페이스를 갖고 있다는 점에서도 높은 평가를 받고 있다.
무거운 브레이크를 힘주어 밟는 시대는 끝났다고 할 수 있다. 다만 인간과 얼마나 빠른 속도로 가까워질 수 있느냐 하는 것만 남아있다.
디스크 브레이크도 드럼 브레이크도 기본은 운동 에너지를 마찰에 의해 열 에너지로 바꾸는 것이 브레이크가 하는 일이다. 때문에 브레이크는 열 교환기라고도 한다. 그런데 시속 100km로 달리고 있는 자동차는 얼마만큼의 운동에너지를 갖고 있을지 계산해 보자.
승차자와 연료를 추가한 총 중량이 1500kg 정도가 되는 자동차의 경우 그 운동에너지는
E=1/2×질량×속도의 제곱
=1/2×1500×27.8의 제곱
=578796 joule(*1cal는 4.18j)
=579kj
이 자동차가 완전히 정지하는데 3초가 걸렸다고 하자. 완전정지는 운동에너지가 제로이기 때문에 이 자동차의 브레이크는 3초 사이에 579k쥴의 에너지를 대기중에 방출한 것이 된다. 실제는 디스크와 캘리퍼의 온도가 올라가고 열 에너지는 축적되지만,
그때의 작업률은(1초당 정지하는 일) 579k쥴 ÷3초
=193k j/초
=193kW 가 된다.
이 264마력의 일을 한 것이 된다. 엔진의 마력과 비교하면 얼마나 브레이크가 큰 일을 하고 있는가를 이해할 수 있을 것이다.
브레이크가 하는 일은 운동에너지를 열 에너지로 전환하는 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 때문에 브레이크에 있어 열을 어느 정도 대기로 방출하는가가 성능 향상에 중요하다.
연속된 내리막길의 와인딩에서는 브레이크가 열을 방출할 틈이 없이 계속해서 열 교환기로서의 일을 강요당한다. 냉각이 이루어지지 않으면 브레이크는 고온이 되고 때로는 수백도라고 하는 높은 온도로 된다. 디스크 브레이크는 냉각성능이 높기 때문에 고온에 의한 성능저하가 적지만 그래도 온도로 인해 브레이크효과가 저하되는 경우가 있다.
그 하나로 페이드 현상이라고 하는 것이 있다. 고온에 의해 브레이크 패드재의 성질이 변화하는 것이 원인이다.
또 캐비테이션이라고 하는 트러블도 있다. 고온이 캘리퍼에 전달되어 브레이크액의 온도가 올라가 그 결과 오일에 기포가 생겨 브레이크 페달을 밟아도 액압이 올라가지 않는 현상이다. 이 두 개가 열에 의한 브레이크의 2대 트러블이다.
우리나라에서는 독일처럼 장시간 고속으로 달리는 경우가 적은데 독일에는 없는 산악로가 많고 더운 여름철 산악로를 주행할 때는 위와 같은 트러블이 발생하기도 한다. 그러면 고속에서 순간적으로 감속하는 레이스의 세계에서는 어떻게 대응하고 있을까. F1에서는 카본 브레이크가 상식으로 되어 있다. 카본은 방열성이 높고 내열성이 높은 재질이기 때문에 초고속의 레이스 세계에서는 필수품이다.
하지만 카본 브레이크는 온도가 전혀 높아지지 않는다고 하는 성질도 갖고 있다. 시판차에서는 벤츄리라고 하는 스포츠카가 옵션으로 카본 브레이크를 채용하고 있다. 하지만 이 카본 브레이크는 운전하기 나쁜 여름의 서키트에서는 두 배의 제동거리를 필요로 한다는 보고가 있다. 즉 카본 브레이크는 한정된 서키트에서는 사용되지만 일반도로에서는 결코 사용되지 않는다는 얘기가 된다.
그런데 포르쉐사가 신형 포르쉐 터보에 옵션으로 카본 브레이크를 준비하고 있다고 발표했다. 온도가 내려가면 효과가 극히 악화한다고 하는 결점을 표면에 세라믹을 용사하는 것으로 해결해 가격 문제는 양산화를 가능하게 하는 것으로 해소했다고 한다.
이 포르쉐의 비밀병기는 PCCB(Porsche Ceramic Composite Brake)라고 하는 15,000마르크(약 900만원)에 2001년 모델부터 옵션으로 설정하게 되었다. 캘리퍼는 PCCB용으로 개발한 알루미늄 모노블럭의 6포드(pod), 리어는 종래대로의 4포드. 무엇보다 브레이크 성능에서는 세계 제일의 성능을 보여주고 있는 포르쉐인데 더욱 고성능의 브레이크를 개발했다는 것이다. 카본은 F1은 예외로 하고 시판차에는 기술적으로 곤란하다고 하는 재질이었는데 그것을 양산화한 것은 큰 업적이라 아니할 수 없다.
브레이크 감각은 한계 브레이킹에서 페이드되는 것 같은 현상은 없고 통상의 브레이크(일반도로)에서도 응답성이 좋고 가벼운 터치로 확실한 브레이크가 가능하다고 한다. 카본 브레이크는 경량으로 내구성도 우수하다. 한 바퀴 당 약 5kg, 자동차 한 대당 약 20kg을 경량화할 수 있어 디스크의 수명은 스틸의 약 2배, 10만 km 정도 주행할 수 있다.
420ps의 스포츠카도 가벼운 터치로 최대의 제동력을 얻을 수 있게 되었다. PCCB는 단순히 고성능일뿐 아니라 운전자에게도 다루기가 용이한 인터페이스를 갖고 있다는 점에서도 높은 평가를 받고 있다.
무거운 브레이크를 힘주어 밟는 시대는 끝났다고 할 수 있다. 다만 인간과 얼마나 빠른 속도로 가까워질 수 있느냐 하는 것만 남아있다.
Gallery
