리타더 브레이크
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스카니아 GRSO 925R 자동화 수동변속기에 장착된 리타더 브레이크. 가장 오른쪽의 것.
'''Retarder'''
1. 개요
대형 파워트레인을 사용하는 대형 상용차량의 변속기에서 유압기동장치를 사용해 제동력을 제공하는 브레이크.[1]
약 10톤 이상의 적재중량을 가진 트럭부터 옵션으로 장착할 수 있다. 그러나 최근에는 영동고속도로 봉평터널 연쇄 추돌사고를 계기로 법률이 개정되어서, 2017년부터 10톤 이상의 영업용 대형버스, 대형트럭엔 이 브레이크가 '''의무적'''으로 장착된다.[2] 그래서 경사진 길을 많이 다니는 시내버스 노선에는 브레이크 소모를 줄이기 위해 리타더가 달린 차량을 투입하기도 한다.
2. 동작 원리
가장 일반적인 유압식 리타더 기준, 유체의 저항력을 이용한 브레이크이다. 물 밖에서 발을 흔드는 것보다, 물 속에 발을 넣고 물장구 치는게 더 힘든 것과 같은 원리.[3]
전(全) 제동계통은 반드시 기관의 RPM이 높은 상태에서 감속 토크가 상승한다. 제동력은 기관의 회전수에 이승비례한다.
3. 종류
3.1. 유압식 리타더
독일 호이트(Voith GmbH)의 리타더 브레이크 작동 개요 영상
'''Hydraulic retarder'''
동력을 열로 변환하는 데 유압을 매개로 한다.
3.1.1. 기어에 직분사 하는 방식
자동변속기에서 사용하는 방식으로, 기어 자체에 작은 터빈이 있어 필요시 이를 활용해 제동력을 발생시킨다.
- 트랜스미션 내에 존재하는 변속기 오일은 평상시 기어 윤활 역할을 하며 잘 돌아가고 있다.
- 리타더 작동 지령이 들어가면 엔진과 변속기가 연결되는 클러치&댐퍼 뒷단 기어에
- 공압을 사용해서 리타더 오일을 기어 작동방향과 반대로 분사한다.
- 기어에서 감속 토크가 발생해 제동력이 발생한다.
3.1.2. 별도의 리터더용 로터(터빈)가 있는 방식
수동변속기에서 사용하는 방식으로 트렌스미션 뒷단에 별도로 동력축을 인계해 장착하며 제동력이 위에 있는 것 보다 훨씬 높다.
- 트랜스미션 오일은 리타더와 공유되거나(스카니아/볼보트럭/MAN) 별도의 리타더용 변속기 오일 계통을 가진다.(현대자동차)
- 리타더는 트랜스미션에서 바퀴와 연결되는 출력측 옆에 동력축을 하나 받아 장착된다.
- 리타더 장치 내에는 오일을 고속으로 회전시키는 로터와 오일의 회전을 방해하는 스테이터가 장착되며 로터와 스테이터는 리액터를 중앙에 두고 매우 가까이 붙어있다.
- 리타더 작동 지령이 들어가면 리타더 브레이크 내부의 오일이
- 로터와 반대 방향으로 가압 회전 하거나
- 스테이터의 회전이 정지되어
- 매우 강한 제동 토크를 발생시킨다.[4]
- 이 때 발생한 유압액의 발열은 고속으로 열교환기를 통해 냉각 계통으로 보내진다.
3.2. 전기식(와전류식) 리타더
프랑스 텔마(Telma S.A.)의 리타더 브레이크 작동 개요 영상
'''Electric retarder'''
트랜스미션의 전단에 동력축과 연결된 농형 드럼과 내측의 전자석이 설치되어 있으며, 리타더 지령이 들어갈 경우 전자석이 작동되면 회전하고 있던 드럼은 회전에 의해 전자석에서 발생하는 자기장을 단속하게 되는데, 이로 인해서 드럼 전체에 와전류가 유도되며 이 전류는 매우 크므로 전자석에서 발생하는 자기장과 상당히 강한 반발을 일으킨다.
반발로 인해 드럼의 속도가 빠르게 감소하게 되며, 드럼에서 발생하는 열은 와전류의 크기에 달리는데, 고속으로 회전하며 반발력이 가장 클 때 와전류가 크므로 유압식과 똑같은 발열이 생긴다. 발열량이 어마어마해서 따로 냉각장치가 달려있기도 하다.
쉽게 말해 자기장으로 마찰을 일으켜 차량을 세운다. AKIRA에 등장하는 카네다 쇼타로의 바이크도 이 원리로 세우며, 그에 동반해 순간적인 방전현상으로 스파크가 어마어마하게 튀는것도 그이유.
3.3. 워터 리타더
'''Water retarder'''
- 작동 원리와 구조 자체는 별도의 터빈이 있는 독립 유압식 리타더와 매우 흡사하다
- 다만 다른점은 저항을 일으키는 매개체가 오일이 아닌 냉각수로 작동된다.
- 유압식은 별도의 리타더 오일 쿨러나 미션오일 쿨러를 이용해 오일을 냉각시켰다면 워터 리타더는 냉각수를 라디에이터로 보내서 냉각시킨다.
4. 장점
- 고속에서 제동력이 강하며 마찰력과 소음이 적다.
- 내구성이 엄청나게 좋다. 유압계통을 사용하거나 전자기 계통을 사용하므로 물리적인 마찰을 사용해 제동력을 얻는것에 비해 오랜 시간 내구성을 보장한다.
- 페이드 현상, 베이퍼 록 현상이 거의 일어나지 않는다.[5]
- 제동력의 제어가 정밀하다. 엔진 주축이나 변속기 출력축의 속도에 따라 제동력은 달라지나, ECU에서 보정되어 원하는 제동력을 얻을 수 있다.
- 크루즈 컨트롤과 결합해 오르막/내리막에 상관없이 일정한 속도를 낼 수 있다. 리타더가 없으면 내리막에서는 크루즈 컨트롤이 속도 제어를 해주지 못해 속력이 점점 증가한다.
- 통상 브레이크(서비스 브레이크)를 일부 대체할 수 있어 브레이크 라이닝 수명연장에 큰 도움이 된다. 특히 정속주행 중에는 통상 브레이크를 전혀 사용하지 않는다.
- 바퀴가 잠기지 않아 그립을 항상 유지할 수 있다.
5. 단점
- 저속에서의 제동력이 낮다.
- 유압식의 경우 오일 교체를 가끔 해야하고 전기식의 경우 드럼이 타지 않았는지 잘 확인해야 한다.
- 부품 수가 늘어나므로 차량가격이 상승하며 차량의 중량증가와 정비 난이도가 올라간다. 일반 승용차에 리타더를 장착하지 않는 가장 큰 이유.
- 리타더의 존재를 인식하고 그에 맞는 운전 습관을 들일 필요가 있다.
6. 기타
- 가끔 '인타더' 또는 '인타더 브레이크'라고 부르기도 하는데, 이것은 ZF의 리타더 브레이크 상표명(Intarder)이다.
- 유럽시장 상용차들은 대부분 기본옵션 또는 선택옵션으로 장착 가능하지만, 북미시장 상용차들에서는 찾아보기 힘든 편이다. 널널한 도로환경 특성상 기존의 엔진 브레이크나 제이크 브레이크로도 충분히 커버가 되고, 위에서 언급한 정비요소와 차량중량의 증가, 차값 상승 등의 이유로 리타더 옵션은 거의 찾아볼수 없다.[6]
7. 관련 문서
[1] 정확히는 변속기 근처에 장착되는 것이지, 독립적으로 작동하는 브레이크 장치이기 때문에 변속기랑은 아무 상관이 없다.[2] 대신에 시외버스, 시내버스같은 경우는 제이크 브레이크도 허용해 준다.[3] 워터 리타더의 원리도 동일하다.[4] 대략 4,000 ~ 5,000 Nm[5] 냉각계통이 맛이 갈 경우 베이퍼 록 현상이 생길 수 있다. 긴 내리막에서 라디에이터 파열시 발생할 수 있는 문제.[6] 정차할 일이 많은 시내 용도 차량에 주로 사용되는 앨리슨 전자동변속기 정도에나 옵션으로 장착할수 있다.