엔진 브레이크
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1. 개요
엔진 브레이크는 차량의 속도를 줄이는 데 사용되는 기술로, 가솔린 및 디젤 엔진의 작동 방식, 2행정 엔진의 특성, 전기 모터의 회생 제동 등 다양한 유형이 있다. 가솔린 엔진은 스로틀 밸브를 닫아 매니폴드 진공을 발생시켜 제동 효과를 내며, 디젤 엔진은 배기 브레이크나 압축 해제 브레이크(제이크 브레이크)를 사용한다. 2행정 엔진은 윤활 문제로 인해 엔진 브레이크 사용에 제약이 있으며, 전기 자동차는 회생 제동을 통해 운동 에너지를 회수한다. 엔진 브레이크는 수동 및 자동 변속기 차량에서 기어 변속을 통해 활용되며, 특히 내리막길 주행 시 브레이크 과열을 방지하는 데 유용하다. 사용 시 엔진 회전수 제한과 브레이크 등 점등 여부에 주의해야 하며, 철도 차량에서는 제동 방식의 특성상 엔진 브레이크 사용에 제한이 있다.
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| 엔진 브레이크 | |
|---|---|
| 엔진 브레이크 | |
| 정의 | 엔진 내부의 저항력을 이용하여 차량을 감속시키는 방법 |
| 작동 원리 | 내연 기관의 피스톤 운동 저항 배기 과정에서의 압력 저항 펌핑 손실 |
| 효과 | 브레이크 패드 마모 감소 긴 내리막길에서 페이드 현상 방지 |
| 사용 방법 | 수동 변속기 차량: 저단 기어 변속 자동 변속기 차량: 저단 모드 또는 수동 모드 활용 |
| 주의 사항 | 급격한 엔진 브레이크 사용 시 차량 제어력 상실 위험 엔진 손상 가능성 |
| 관련 용어 | |
| 배기 브레이크 | 디젤 엔진에서 배기 가스 흐름을 막아 제동력 강화 |
| 리타더 | 상용차에 사용되는 보조 제동 장치 |
| 페이드 현상 | 브레이크 과열로 인한 제동력 상실 현상 |
2. 엔진 브레이크의 유형
변속기는 기어비가 낮은 단수일수록 엔진 브레이크가 강하게 작용한다. 수동변속기(MT)는 운전자가 경사에 맞는 기어를 선택할 수 있다. 반면 자동변속기(AT)는 D 레인지에서 액셀을 떼면 높은 기어가 선택되므로, 필요에 따라 2 레인지나 L 레인지로 전환하거나, MT 모드를 사용해야 한다. 최근에는 AT의 전자 제어 기술 발달로, 내리막길 주행 시 D 레인지에서도 자동으로 낮은 기어를 선택하기도 한다[11]。
급격하게 클러치를 연결하거나, 속도에 비해 너무 낮은 기어를 선택하는 등, 노면과 타이어의 마찰보다 강한 엔진 브레이크가 작용하면 구동륜이 미끄러져 차량이 불안정해진다. 비포장도로나 결빙 노면 등 마찰 계수가 낮은 노면에서 발생하기 쉽지만, 풋 브레이크보다는 제동력이 완만하고 미끄러지기 쉬워 비교적 안전하다고 여겨진다.
AT는 오조작 등으로 고속 주행 중 L 레인지 등으로 조작해도, 엔진의 허용 회전 속도를 초과하는 오버 레브가 발생하지 않도록 설정된 속도까지 떨어질 때까지 변속을 제어한다. 오토바이는 강한 엔진 브레이크로 구동륜이 미끄러지면 전도될 위험이 있어, 클러치에 백 토크 리미터를 장착하여 구동륜으로의 엔진 브레이크 제동 토크 전달을 일정 값까지 제한하기도 한다.
금속 벨트식 CVT(무단변속기)는 엔진 브레이크를 자주 사용하면 구동계에 부담을 주어 부드러운 변속이 불가능해질 수 있다.
하이브리드차(HV)와 전기 자동차(EV) 등 전동차는 엔진 브레이크 대신 회생 제동이 주 제동력이 되고, 유압 등의 기계 브레이크는 보조 역할만 한다. 이러한 전기 자동차나 모터 구동 위주 하이브리드차는 긴 내리막 경사 등 엔진 브레이크가 필요한 경우 회생 브레이크를 강하게 사용하는 모드(B 레인지 등)를 사용한다.
오토 레이스 경주차는 액셀을 완전히 닫으면 매우 강력한 엔진 브레이크가 걸린다(일반 엔진의 아이들링 기구가 없음).
2. 1. 가솔린 엔진
가솔린 엔진에서 엔진 브레이크는 액셀러레이터 페달을 놓았을 때 발생하는 제동 효과를 말한다. 이는 연료 분사를 멈추고 스로틀 밸브를 거의 완전히 닫아, 터보차저와 같은 강제 공기 흐름을 크게 제한한다. 이러한 제한은 강력한 매니폴드 진공을 유발하며, 실린더는 이에 대항하여 작동해야 하므로 시간이 지남에 따라 시스템에서 잠재 에너지를 크게 소모하고 엔진 브레이크 효과의 대부분을 발생시킨다.[1] 이러한 진공 매니폴드 효과는 기어 변속을 통해 종종 증폭될 수 있으며, 이는 더 빠르게 회전하는 구동계를 엔진과 결합시킨다.운전 중인 엔진에는 다음과 같은 손실이 발생한다.
- 배기의 열로 손실되는 "배기 열 손실"
- 냉각수로 열이 손실되는 "냉각 손실"
- 기계적인 마찰이나 오일 교반으로 발생하는 저항인 "기계적 마찰 손실"
- 흡배기의 유체 저항으로 발생하는 "펌프 손실(펌핑 로스)"
- 복사에 의한 에너지 산일
- 연료의 미연소분 화학적 열량 소실[8]
- 알터네이터 등의 보조 기기를 구동하기 위한 "보조 기기 구동 손실"[9]
이 중 기계적 마찰 손실, 펌핑 로스, 보조 기기 구동 손실 및 냉각 손실의 일부는 엔진 회전의 항력으로 작용하며, 주행 중에 엔진 출력과 주행 저항을 평형시킨 상태(일정 속도)에서 엔진 출력을 줄이면 차량에는 감속력, 즉 엔진 브레이크로 작용한다.
펌핑 로스는 엔진이 펌프처럼 공기를 흡입하고 배기 가스를 배출하면서 발생하는 저항이다. 가솔린 엔진에서는 스로틀 밸브 개도가 작을수록 공기 흡입 시 통내 부압이 커져 엔진 브레이크가 강하게 작용한다.
최근 자동차에 채용되고 있는 전자 제어식 연료 분사 장치에서는 연비 향상을 위해 액셀 페달로부터의 입력이 없고 엔진 회전 속도가 일정 값[10] 이상인 경우, 연료 분사를 정지한다(연료 컷). 즉, 엔진 브레이크가 작용하여 차량이 감속할 때, 연료는 소비되지 않는다.
2. 2. 디젤 엔진
디젤 엔진은 스로틀 밸브가 없어 흡기 매니폴드에 진공을 생성할 수 없기 때문에 일반적인 개인용 자동차에서는 엔진 브레이크 효과가 거의 없다. 그러나 대형 차량의 경우, 엔진은 차량의 일반 브레이크 시스템에 가해지는 부담을 덜고 브레이크 과열을 방지하기 위해 추가적인 제동력을 제공하도록 만들어지는 경우가 많다.2. 2. 1. 배기 브레이크
배기 브레이크는 배기 흐름에 제한을 둠으로써 작동하는데, 이는 흡기 스로틀이 가솔린 엔진에서 유발하는 것과 유사하다. 간단히 말해, 배기의 배압을 증가시켜 작동한다. 이러한 브레이크는 거의 모두 버터플라이 밸브이며, 터보차저가 있는 경우 터보차저의 하류에 장착된 스로틀 밸브와 유사하다.운전 중인 엔진에는 다음과 같은 손실이 발생한다.
- 배기의 열로 손실되는 "배기 열 손실"
- 냉각수로 열이 손실되는 "냉각 손실"
- 기계적인 마찰이나 오일 교반으로 발생하는 저항인 "기계적 마찰 손실"
- 흡배기의 유체 저항으로 발생하는 "펌프 손실(펌핑 로스)"
- 복사에 의한 에너지 산일
- 연료의 미연소분 화학적 열량 소실[8]
- 알터네이터 등의 보조 기기를 구동하기 위한 "보조 기기 구동 손실"[9]
이 중 기계적 마찰 손실, 펌핑 로스, 보조 기기 구동 손실 및 냉각 손실의 일부는 엔진 회전의 항력으로 작용하며, 주행 중에 엔진 출력과 주행 저항을 평형시킨 상태(일정 속도)에서 엔진 출력을 줄이면 차량에는 감속력, 즉 엔진 브레이크로 작용한다.
펌핑 로스는 엔진이 펌프처럼 공기를 흡입하고 배기 가스를 배출하면서 발생하는 저항이다. 가솔린 엔진에 대표되는 스로틀 밸브를 갖는 엔진에서는 스로틀 개도가 작을수록 공기 흡입 시의 통내부압이 커져 엔진 브레이크가 강하게 작용한다. 반면에, 디젤 엔진과 같이 스로틀 밸브에 의한 출력 조절을 수반하지 않는 엔진은 엔진 브레이크의 작용이 약하다. 디젤 엔진을 탑재한 대형 화물 자동차는 차중으로 인한 관성력이 크기 때문에, 배기 저항을 증가시켜 엔진 브레이크의 작용을 보강하는 배기 브레이크나 리타더와 같은 보조 제동 장치가 추가되는 경우가 많다.
최근 자동차에 채용되고 있는 전자 제어식 연료 분사 장치에서는 연비 향상을 위해 액셀 페달로부터의 입력이 없고 엔진 회전 속도가 일정 값[10] 이상인 경우, 연료 분사를 정지한다(연료 컷). 즉, 엔진 브레이크가 작용하여 차량이 감속해 갈 때, 연료는 소비되지 않는다.
2. 2. 2. 압축 해제 브레이크 (제이크 브레이크)
압축 해제 엔진 브레이크(일명 제이콥스 브레이크 또는 "제이크 브레이크")는 엔진 브레이크와 혼동되는 브레이크 유형으로, 주로 대형 디젤 트럭에 사용된다. 압축 행정의 상단에서 배기 밸브를 열어 압축 공기에 저장된 많은 양의 에너지가 크랭크축으로 반환되지 않고 대기 중으로 방출되도록 한다. 이는 매우 효과적인 제동 방법으로, 대량의 제동력을 생성하여 마찰 브레이크의 수명을 크게 연장한다. 565hp 디젤 엔진은 2,100RPM에서 최대 600hp의 제동력을 생성할 수 있다.[3]
일반적으로 압축 행정 동안에는 위로 이동하는 피스톤이 실린더 내의 공기를 압축하면서 에너지가 사용된다. 그런 다음 압축된 공기는 압축된 스프링처럼 작용하여 피스톤을 다시 아래로 밀어낸다. 그러나 제이크 브레이크가 작동하면 피스톤이 하강을 시작하기 직전에 압축된 공기가 갑자기 방출된다. 이러한 압축 공기의 갑작스러운 방출은 화기의 총구에서 빠져나가는 팽창 가스와 유사한 소리를 낸다. 압축 공기 내에 저장된 에너지를 잃었기 때문에 "스프링 백" 효과가 없어, 엔진은 피스톤을 다시 아래로 당기는 데 더 많은 에너지를 소모해야 한다.
이 유형의 브레이크는 엔진의 흡기 매니폴드에 머플러가 없으면 극심한 소음 공해를 유발한다. 주변 지역을 방해할 정도로 시끄러우며, 잭 해머와 유사한 소리가 나지만, 소음은 잭 해머의 음압 레벨보다 10~20배 더 높다(10~13 dB 더 높음). 수많은 도시, 자치 단체, 주, 그리고 지역은 머플러가 없는 압축 브레이크의 사용을 금지했으며, 이는 일반적으로 인구 밀집 지역에서 떨어진 도로에서만 합법이다. 호주에서는 현재 압축 브레이크를 사용하는 대형 차량을 자동으로 촬영하는 교통 단속 카메라를 테스트하고 있다.[4]
2. 3. 2행정 엔진
프리믹스 2행정 엔진의 엔진 브레이크는 엔진에 매우 해로울 수 있다. 실린더와 피스톤 윤활유가 연료와 혼합되어 각 실린더에 공급되기 때문이다. 결과적으로 엔진 브레이크 사용 중에는 엔진에 연료뿐만 아니라 윤활유도 부족해져 마모가 가속화된다.[1] 많은 구형 2행정 자동차(사브, 바르트부르크 353 등)는 엔진 브레이크를 선택적으로 사용할 수 있도록 변속기에 프리휠 장치를 장착했다.[1] 1970년대 이후 대부분의 2행정 오토바이 엔진은 스로틀 및 연료 시스템과 독립적으로 작동하는 오일 펌프에 의한 윤활을 사용한다. 예를 들어 스즈키의 포지-포스 시스템이 있다.[1]2. 4. 전기 모터 (회생 제동)
전기 자동차 및 하이브리드 자동차에서 전기 모터는 구동계 저항을 제공하여, 차량의 운동 에너지를 활용해 배터리를 재충전한다. 이는 기존에 낭비되었을 에너지를 재활용하는 방식이다.[1] 하이브리드 자동차에서는 배터리가 완전히 충전된 경우, 엔진이 전력으로 작동하여 남는 에너지를 소모한다.[1]3. 엔진 브레이크의 작동 방법
엔진 브레이크는 액셀러레이터 페달을 놓았을 때 가솔린 엔진에서 발생하는 제동 효과이다. 이는 연료 분사를 멈추고 스로틀 밸브를 거의 완전히 닫아 강제 공기 흐름을 크게 제한하여 발생한다. 이러한 제한은 강력한 매니폴드 진공을 유발하며, 실린더는 이에 대항하여 작동해야 하므로 엔진 브레이크 효과가 나타난다.[1] 진공 매니폴드 효과는 기어 변속을 통해 증폭될 수 있다.
브레이크 힘의 일부는 구동계 마찰로 인해 발생하지만, 공기 흐름 제한으로 인한 매니폴드 진공 효과에 비해 미미하다.
디젤 엔진은 스로틀 바디가 없어 흡기 매니폴드에 진공을 생성할 수 없기 때문에 일반 자동차에서는 엔진 브레이크 효과가 거의 없다. 대형 차량의 경우, 배기 브레이크와 같이 배기 흐름을 제한하는 방식으로 추가 제동력을 제공하기도 한다.
가속 페달에서 발을 떼어 엔진 속도를 충분히 줄이면, 바퀴가 변속기를 통해 엔진에 연결되어 있는 한 엔진 브레이크가 작동한다. 클러치나 토크 컨버터가 미끄러지거나 해제되면 바퀴가 분리되거나 제동 에너지를 흡수한다. 제동력은 엔진 및 변속기 기어에 따라 달라지며, 기어가 낮을수록 제동 효과가 커진다.
토요타 프리우스와 같은 하이브리드 자동차에서는 엔진 브레이크가 컴퓨터 소프트웨어로 시뮬레이션된다. 긴 내리막길에서는 "B" 모드를 사용하여 내연기관의 높은 RPM을 이용해 에너지를 낭비, 배터리 과충전을 방지한다.[5] 대부분의 전기 및 하이브리드 차량은 회생 제동을 사용하는데, 이는 엔진 브레이크와는 다르다.
오토 레이스 경주차는 가속 페달을 완전히 닫으면 매우 강력한 엔진 브레이크가 작동한다.
3. 1. 소극적 방법
주행 중 가속 페달에서 발을 떼면 엔진의 회전이 늦어지면서 브레이크 역할을 한다. 가속 페달에서 발을 떼기만 하면 마찰력과 공기 저항으로 속도가 줄어들어 기어 조작이 필요 없다. 엔진 브레이크는 액셀러레이터 페달을 놓았을 때 가솔린 엔진에서 발생하는 제동 효과이다. 연료 분사를 멈추고 스로틀 밸브를 거의 완전히 닫아 공기 흐름을 크게 제한한다. 이러한 제한은 강력한 매니폴드 진공을 유발하며, 실린더는 이에 대항하여 작동해야 하므로 시간이 지남에 따라 시스템에서 잠재 에너지를 크게 소모하고 엔진 브레이크 효과의 대부분을 발생시킨다.[1]수동 변속기에서 기어를 낮추거나, 자동 변속기에서 "L(Low)" 모드를 적용하면 엔진 브레이크는 풋 브레이크를 반복적으로 사용할 필요성을 줄여 브레이크 과열의 위험을 낮춘다.[2]
자동 변속기에서 엔진 브레이크는 종종 엔진 RPM을 자발적으로 증가시켜 액셀러레이터 페달을 밟지 않아도 갑작스러운 엔진 회전수 증가를 유발한다.
운전 중인 엔진에는 다음과 같은 손실이 발생한다.
- 배기의 열로 손실되는 "배기 열 손실"
- 냉각수로 열이 손실되는 "냉각 손실"
- 기계적인 마찰이나 오일 교반으로 발생하는 저항인 "기계적 마찰 손실"
- 흡배기의 유체 저항으로 발생하는 "펌프 손실(펌핑 로스)"
- 복사에 의한 에너지 산일
- 연료의 미연소분 화학적 열량 소실[8]
- 알터네이터 등의 보조 기기를 구동하기 위한 "보조 기기 구동 손실"[9]
이 중 기계적 마찰 손실, 펌핑 로스, 보조 기기 구동 손실 및 냉각 손실의 일부는 엔진 회전의 항력으로 작용하며, 주행 중에 엔진 출력과 주행 저항을 평형시킨 상태(일정 속도)에서 엔진 출력을 줄이면 차량에는 감속력, 즉 엔진 브레이크로 작용한다.
가솔린 엔진에서 스로틀 밸브 개도가 작을수록 공기 흡입 시 실린더 내부의 부압이 커져 엔진 브레이크가 강하게 작용한다.
최근 자동차에 채용되고 있는 전자 제어식 연료 분사 장치에서는 연비 향상을 위해 액셀 페달로부터의 입력이 없고 엔진 회전 속도가 일정 값[10] 이상인 경우, 연료 분사를 정지한다(연료 컷). 즉, 엔진 브레이크가 작용하여 차량이 감속해 갈 때, 연료는 소비되지 않는다.
3. 2. 적극적 방법
수동변속기 차량의 경우 저단 기어로 변속(Shift down)하여 엔진의 회전수(RPM)를 줄여 속도를 감속한다. 이때 레브매칭을 사용하면 변속 충격 없이 부드럽게 감속할 수 있다.[1] 자동변속기 차량에서는 2나 L(저단) 기어를 사용하며, 주로 내리막 주행 중에 사용한다.[2]엔진 브레이크는 차량이 내리막길을 내려갈 때 속도를 제어하는 실행 가능한 방법이다. 수동 변속기에서 기어를 낮추거나, 자동 변속기에서 "L(Low)" 모드를 적용하면 엔진 브레이크는 풋 브레이크를 반복적으로 사용할 필요성을 줄여 브레이크 과열의 위험을 낮춘다.[2]
자동 변속기에서 엔진 브레이크는 종종 엔진 RPM을 자발적으로 증가시켜 액셀러레이터 페달을 밟지 않아도 갑작스러운 엔진 회전수 증가를 유발한다.
3. 3. 내리막길 주행
긴 내리막길을 주행할 때 풋 브레이크만 계속 사용하면 페이드 현상이나 베이퍼록 현상으로 인해 브레이크가 파열될 수 있으므로, 엔진 브레이크를 함께 사용해야 한다.[1] 고속에서는 저단 기어로 바꾸기 어려우므로 미리 속도를 줄이고 저단 기어로 변속해야 하며, 급한 내리막에서는 풋 브레이크와 엔진 브레이크를 적절히 조합해야 한다.[1] 눈길에서는 미끄러지기 쉬우므로 엔진 브레이크를 적극 사용하는 것이 좋다.[1]내리막길에서 브레이크 파열로 풋 브레이크를 사용할 수 없을 때는 엔진 브레이크를 사용하여 감속한다. 가속 페달에서 발을 떼면 엔진 속도가 줄어들고, 바퀴가 변속기를 통해 엔진에 연결되어 있으면 엔진 브레이크가 작동한다. 제동력은 엔진 및 변속기의 기어에 따라 달라지는데, 기어가 낮을수록 제동 효과가 커진다.
엔진 브레이크는 브레이크 마모를 방지하고 운전자가 차량을 제어하는 데 도움을 준다. 특히 가파르고 긴 내리막길에서는 낮은 기어로 변속하여 엔진 브레이크를 적극적으로 사용하면 브레이크 과열이나 과도한 마모를 방지할 수 있다.
수동변속기 차량은 엔진 브레이크가 비교적 강하게 작동하는 반면, 자동변속기 차량은 엔진 브레이크의 작용이 약하다. 하지만 최근에는 자동변속기 차량에도 수동변속기처럼 구동력을 직접 전달하는 기능이 추가되어 차이가 줄어들고 있다. 변속기는 기어비가 낮은 기어 단일수록 엔진 브레이크가 강하게 작용한다. 수동변속기 차량은 운전자가 임의로 기어를 선택할 수 있지만, 자동변속기 차량은 필요에 따라 2 레인지나 L 레인지로 전환하거나, MT 모드를 사용해야 한다. 최근에는 자동변속기의 전자 제어 기술 발달로 내리막길을 감지하여 자동으로 낮은 기어를 선택하는 기능도 등장하고 있다.[11]
토요타 프리우스와 같은 하이브리드 자동차에서는 엔진 브레이크가 컴퓨터 소프트웨어에 의해 시뮬레이션된다. 긴 내리막길에서는 "B" 모드를 사용하여 내연기관의 높은 RPM을 이용해 에너지를 낭비하여 배터리 과충전을 방지한다.[5] 대부분의 전기 및 하이브리드 차량은 회생 제동을 사용하는데, 이는 엔진 브레이크와는 다르다.
급격하게 클러치를 연결하거나, 속도에 비해 너무 낮은 기어를 선택하는 등, 너무 강한 엔진 브레이크가 작용하면 구동륜이 미끄러질 수 있다. 따라서, 부적절한 엔진 브레이크 사용은 특히 미끄러운 노면에서 차량이 불안정해지는 결과를 초래할 수 있다. 최근에는 ABS를 포함한 차체 자세 제어 장치를 채용하는 차량이 늘고 있어, 페이드 현상이나 베이퍼록 현상이 발생하지 않는 한, 풋 브레이크만으로도 충분히 제동이 가능하다.
자동변속기 차량의 경우, 고속 주행 중 L 레인지 등으로 조작해도 엔진의 허용 회전 속도를 초과하는 상황이 발생하지 않도록 제어된다. 오토바이의 경우, 지나치게 강한 엔진 브레이크 작용으로 구동륜이 미끄러지면 전도될 위험이 있어, 클러치에 백 토크 리미터를 장착하여 엔진 브레이크의 제동 토크 전달을 제한하는 차종도 있다.
금속 벨트식 CVT(무단변속기)의 경우, 엔진 브레이크를 자주 사용하면 구동계에 부담을 줄 수 있다. 풋 브레이크의 성능이 향상된 현대 자동차에는 엔진 브레이크를 굳이 자주 사용할 필요가 없다는 의견도 있다.[12]
오토 레이스의 경주차는 가속 페달을 완전히 닫는 것으로 매우 강력한 엔진 브레이크를 걸 수 있다.
4. 엔진 브레이크의 활용
가속 페달에서 발을 떼면 엔진 속도가 줄어들면서 엔진 브레이크가 작동한다. 이때, 클러치나 토크 컨버터가 해제되면 바퀴와 엔진의 연결이 끊기거나 제동 에너지가 흡수된다. 엔진 브레이크의 제동력은 엔진과 변속기의 기어에 따라 달라지는데, 기어가 낮을수록 엔진 회전수(RPM)가 높아지고 변속기를 통해 전달되는 토크가 커져 제동 효과가 강해진다.[5]
엔진 브레이크는 브레이크 마모를 줄이고 운전자가 차량을 제어하는 데 도움을 준다. 특히 가파르고 긴 내리막길에서 낮은 기어로 변속하여 엔진 브레이크를 적극적으로 사용하면 브레이크 과열이나 과도한 마모를 방지할 수 있다. 또한, 비상 정지 시 브레이크를 사용하기 전에 엔진 브레이크를 사용하면 제동 거리를 줄일 수 있다. 엔진 브레이크를 사용하면 중력 가속도를 상쇄하여 원하는 속도를 유지할 수 있다.[5]
엔진 브레이크로 인한 변속기 마모는 특정 기술로 완화할 수 있다. 다운시프트를 완료하기 위해 클러치를 미끄러뜨리면 클러치 플레이트가 마모되지만, 잘 수행된 레브 매칭은 변속기 구성 요소에 가해지는 스트레스를 최소화한다.[5]
하지만 부적절한 엔진 브레이크 기술은 바퀴가 미끄러지는 현상(시프트 록)을 유발할 수 있다. 특히 미끄러운 노면에서 과도한 감속으로 인해 발생할 수 있다. 이 경우, 수동 변속기에서는 운전자가 다시 기어를 올리거나 클러치를 해제하여 엔진 브레이크를 줄이면 트랙션을 회복할 수 있다.[5]
토요타 프리우스와 같은 하이브리드 전기 자동차에서는 엔진 브레이크가 컴퓨터 소프트웨어에 의해 시뮬레이션된다. 긴 내리막길에서는 "B" 모드가 낮은 기어처럼 작동하여 내연 기관의 더 높은 RPM을 사용하여 에너지를 낭비하고 배터리가 과충전되는 것을 방지한다.[5] 대부분의 전기 및 하이브리드 차량은 회생 제동을 사용하는데, 이는 운동 에너지를 전기로 변환하는 방식으로 엔진 브레이크와는 다르다.[5]
주행 중인 엔진에서는 배기 열 손실, 냉각수 열 손실, 기계적 마찰 손실, 펌프 손실(펌핑 로스), 복사에 의한 에너지 손실, 연료의 미연소분 화학적 열량 소실,[8] 알터네이터 등의 보조 기기 구동 손실[9] 등이 발생한다. 이 중 기계적 마찰 손실, 펌핑 로스, 보조 기기 구동 손실 및 냉각 손실의 일부는 엔진 회전의 항력으로 작용하며, 엔진 브레이크로 작용한다.
가솔린 엔진은 스로틀 밸브 개도가 작을수록 공기 흡입 시 통내 부압이 커져 엔진 브레이크가 강하게 작용한다. 반면, 디젤 엔진은 엔진 브레이크 작용이 약하다. 따라서 디젤 엔진을 탑재한 대형 화물 자동차는 배기 브레이크나 리타더와 같은 보조 제동 장치를 추가하는 경우가 많다.
최근 자동차에 채용되는 전자 제어식 연료 분사 장치는 연비 향상을 위해 액셀 페달 입력이 없고 엔진 회전 속도가 일정 값[10] 이상인 경우 연료 분사를 정지(연료 컷)한다.
긴 내리막길에서 풋 브레이크를 계속 사용하면 페이드 현상이나 베이퍼록 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 풋 브레이크의 제동력을 저하시키므로, 긴 내리막길에서는 엔진 브레이크를 함께 사용하는 것이 권장되며,[11] 일본의 자동차 면허 교육 과정에도 포함되어 있다.
MT(수동변속기)는 엔진 브레이크가 비교적 강하게 작용하는 반면, AT(자동변속기)는 엔진 브레이크 작용이 약하다. 하지만 최근에는 록업 기구 등을 사용하여 MT처럼 구동력을 직접 전달하는 AT도 있어 차이가 줄어들고 있다.
변속기는 기어비가 낮은 기어 단일수록 엔진 브레이크가 강하게 작용한다. MT는 운전자가 임의로 기어를 선택할 수 있지만, AT는 D 레인지에서 액셀을 되돌리면 높은 기어가 선택되므로, 필요에 따라 2 레인지나 L 레인지로 전환하거나, MT 모드를 사용해야 한다. 최근에는 AT의 전자 제어 기술 발달로 D 레인지에서도 자동으로 낮은 기어를 선택하는 기능도 등장하고 있다.[11]
급격하게 클러치를 연결하거나, 속도에 비해 너무 낮은 기어를 선택하면 구동륜이 미끄러질 수 있다. AT는 고속 주행 중 L 레인지 등으로 조작해도 오버 레브가 발생하지 않도록 제어된다. 오토바이는 엔진 브레이크가 너무 강하면 전도될 위험이 있어, 클러치에 백 토크 리미터를 장착하여 엔진 브레이크 제동 토크 전달을 제한하는 차종도 있다.
금속 벨트식 CVT(무단변속기)는 엔진 브레이크 다용이 구동계에 부담을 줄 수 있다. 일부 자동차 평론가는 풋 브레이크 성능이 향상된 현대 자동차에는 엔진 브레이크를 다용할 이유가 없다고 주장한다.[12]
하지만 현대에는 하이브리드차(HV)와 전기 자동차(EV) 등의 전동차가 늘면서 회생 제동이 제동력의 메인이 되고, 유압 등의 기계 브레이크는 보조 역할만 하게 될 것으로 보인다. 이러한 전기 자동차나 모터 구동을 주로 하는 하이브리드차는 긴 내리막길에서 회생 브레이크를 강하게 사용하는 모드(B 레인지 등)를 사용한다.
오토 레이스 경주차는 액셀을 완전히 닫으면 매우 강력한 엔진 브레이크를 걸 수 있다.
5. 엔진 브레이크 사용 시 주의사항
엔진 브레이크 사용 중 엔진 회전수가 4,000 rpm을 초과하면 엔진 및 동력 전달 계통에 손상이 발생할 수 있으므로 주의해야 한다.[5] 자동변속기의 경우 엔진 회전수가 4,000 rpm을 초과하면 기어가 강제로 변속된다. 또한 엔진 브레이크는 감속 중에도 적색 브레이크 등이 켜지지 않아 뒤따라오는 차량이 주의해야 한다.
부적절한 엔진 브레이크 사용은 특히 미끄러운 노면에서 바퀴가 미끄러지는 현상(시프트 록)을 유발할 수 있다. 과도한 제동으로 인한 미끄러짐과 마찬가지로 바퀴가 더 빠르게 회전할 때까지 차량은 접지력을 회복하지 못한다. 수동 변속기에서는 운전자가 다시 기어를 올리거나 클러치를 해제하여 엔진 브레이크를 줄이면 접지력을 회복할 수 있다.
급격하게 클러치를 연결하거나, 속도에 비해 너무 낮은 기어를 선택하는 등, 노면과 타이어의 마찰에 비해 너무 강한 엔진 브레이크가 작용하면 구동륜이 미끄러져 차량이 불안정해진다. 비포장도로나 결빙 노면 등 마찰 계수가 낮은 노면에서 비교적 발생하기 쉽지만, 풋 브레이크보다는 제동력이 완만하고 미끄러지기 쉬우며, 비교적 안전하다고 여겨져 왔다.
자동변속기(AT)의 경우, 오조작 등으로 고속 주행 중에 L 레인지 등으로 조작해도 엔진의 허용 회전 속도를 초과하는 오버 레브(over rev)가 발생하지 않도록, 미리 설정된 속도까지 떨어질 때까지 변속하지 않도록 제어된다. 오토바이의 경우, 지나치게 강한 엔진 브레이크의 작용으로 구동륜이 미끄러지면 전도될 위험이 있으므로, 클러치에 백 토크 리미터를 장착하여 구동륜으로의 엔진 브레이크 제동 토크 전달을 일정 값까지 제한하는 차종도 있다.
또한, 최근의 일본산 중소형차의 주류가 되고 있는 금속 벨트식 CVT(무단변속기)의 경우, 엔진 브레이크를 많이 사용하면 구동계에 부담을 주어 부드러운 변속이 불가능해질 수 있다.
6. 철도 차량의 엔진 브레이크
기동차나 디젤 기관차 중, 자동차의 수동변속기(MT)와 같은 구조를 가진 것, 혹은 액체식 변속기를 가진 것이라도 직결단에서는 이론상 엔진 브레이크를 사용할 수 있다. 그러나 철도 차량의 경우, 차체 중량이 엔진 용량에 비해 크고, 선로와 바퀴 사이의 마찰 계수가 금속으로 인해 낮다는 특징을 가지기 때문에 효과적인 감속이 어렵고, 바퀴의 활주를 방지하기 위해 오랫동안 엔진 브레이크가 상용되지 않았다. 연속된 내리막길에서도 제륜자에 의한 제동이 이루어져 왔다.[1] 제륜자 이외의 제동 방식으로는 하이드로릭 다이내믹 브레이크나 토크 컨버터를 이용하는 컨버터 브레이크도 있지만, 이들 역시 엔진으로의 제동력 입력을 회피하기 위한 것이다.[1]
그 후 내연동차 기술 혁신에 따라 배기 브레이크와 병용하는 엔진 브레이크를 사용할 수 있는 차량도 등장하고 있다.[1] 총괄 간접 제어가 전제인 일본의 기동차나 디젤 기관차의 경우, 연료 분사 펌프를 제어하는 마스콘 핸들이 중립(아이들링) 상태에서 엔진 브레이크 버튼을 누르면 변속기가 연결되어 엔진 브레이크가 걸린다.[1] 또한, 상용 브레이크와 항상 병용하는 차량의 경우, 브레이크 핸들을 조작함으로써 자동으로 엔진 브레이크가 작용한다.[1]
전기식 기동차·디젤 기관차는 구동계와 엔진이 직접 연결되어 있지 않기 때문에, 일단 전기 에너지로 변환한 후 발전용 전동기로 엔진을 돌려 운동 에너지로 소비한다.[1] 또한, 전기 에너지로 축전지에 저장(회생 브레이크)하는 것이 가능한 경우에는, 일반적으로 그쪽이 사용된다.[1]
참조
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2019-12-15
[2]
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https://www.safedriv[...]
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2019-08-12
[3]
웹사이트
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http://electracold.c[...]
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[4]
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http://www.rta.nsw.g[...]
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[5]
웹사이트
B-mode explained
http://techno-fandom[...]
[6]
서적
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三栄書房
[7]
웹사이트
バイク用語辞典 | バイク・スクーター | ヤマハ発動機株式会社
http://www2.yamaha-m[...]
ヤマハ発動機株式会社
2014-03-14
[8]
웹사이트
高圧縮比高効率ガソリンエンジン
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一般財団法人機械振興会
2014-03-18
[9]
웹사이트
エンジンフリクション低減 | 技術ライブラリー | クルマの技術 | 三菱自動車のクルマづくり | MITSUBISHI MOTORS
http://www.mitsubish[...]
三菱自動車株式会社
2014-03-18
[10]
문서
일반적으로, 배기 가스 촉매 온도나 에어컨 동작 유무 등, 주행 환경에 따라 제어된다.
[11]
웹사이트
燃費にもやさしい山道のスムーズな走り方 - 세이프티 드라이브・에코 드라이브 - 자동차 생활 정보 - 닛산 드라이브 네비
http://drive.nissan.[...]
日産自動車株式会社
2014-03-24
[12]
웹사이트
松本英雄「CVTでエンジンブレーキを多用してもいい？」クルマ生活Q&A 2010.05.01
http://www.webcg.net[...]
カーグラフィック
2016-11-04
[13]
웹인용
Increased engine braking with adjustable intake valve timing
https://patents.goog[...]
2019-12-15
[14]
서적
멋진 운전, 안전 운행
행담
1993
[15]
문서
[[수동변속기]] 차량에서만 가능
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