세차장 가는 길

세차장 가는 길은 어떠해야 하나?

조금이라도 더 빨리 더러움을 벗어버리겠다는 욕구에서(설마 이런 분이 계실지는 모르겠지만) 강한 브레이킹을 연발하며 고속질주 하진 않는가? 만약 그렇다면 세차장에 도착했을 때 고압수에 앞서 브레이크 디스크(로터)가 식을 만한 시간을 주는 것이 좋을 것이다. 차가운 고압수가 뜨거운 디스크를 변형시킬지 모르니 말이다. 20분 이상은 족히 기다려야 할지도 모른다. 그래서 세차장 가는 길은 고속질주가 무의미하다.

 

꼭 고속질주를 하지 않더라도 브레이크 디스크와 엔진룸의 열을 조금이라도 더 식히기 위해 으레 보닛을 활짝 열어 놓고 여유를 부리는 경우도 있다. 때론 이것이 세차 전 필수 절차로 인지되어 으레 그렇게 하시는 분들도 계시리라 생각한다. 조심해서 나쁠 것은 없으니까.

 

 

 

시속 80km로 달리는 중형세단이 급제동하면서 브레이크 디스크에 발생하는 순간열은 2리터의 물을 단 3초만에 끓게 만들 수 있다고 한다. 디스크가 식을 시간도 없이 브레이킹을 반복하게 되면 브레이크 디스크의 온도는 계속 상승하게 된다. 실제로, 브레이크 로드를 준 상태로 시속 50km의 속도를 유지할 경우 약 2분여 만에 브레이크 디스크의 표면 온도는 약 450°C까지 치솟았다(아래 챠트 참조). 때문에 긴 내리막길을 내려갈 때에는 엔진브레이크를 활용하여 풋브레이크의 사용을 최소화해야 브레이크의 파열 위험을 줄일 수 있다.

 

 

 

 

급열과 급랭에 능한 브레이크 디스크

 

아래는 브레이크 디스크에 써모커플(열센서)를 장착하여 시속 50km의 속도로 바퀴를 구동시킨 후 브레이크 디스크의 온도가 450°C에 도달할 때까지 브레이크 로드를 주었을 때의 시간별 온도변화를 기록한 그래프이다. 피크 점 전까지는 브레이크 로드가 지속된 구간, 피크점 후부터는 브레이크 로드 없이 바퀴만 구동된 구간이다. (분홍색은 열센서 기록, 남색은 열화상카메라 기록)

 

    * Source : Aerodynamic Cooling of Automotive Disc Brakes written by Arthur Stephens

 * 브레이크 로드를 준 지 2분여 만에 450°C에 도달한 후 브레이크 로드를 풀고 시속 50km의 속도로 바퀴를 구동했을 때 3분여 만에 브레이크 디스크의 온도는 200°C까지 떨어졌다. (벤틸레이트 브레이크 디스크 장착)

 

 

 

 

브레이크 디스크의 변형 위험

 

세차를 자주 하는 분의 차량에서 갑자기 브레이크 떨림 현상(Brake judder)이 생긴다면 브레이크 디스크가 뜨거울 때 세차를 해서 그렇게 된 것이라고 의심하는 것은 어찌보면 당연할 수 있다. 다음부터 그는 더욱 더 오랜 시간을 브레이크 디스크 식히는데 보내게 될 것이며, 동료들에게도 자신의 실제 경험담을 이야기하며 세차 전 브레이크 디스크 식히기의 중요성을 강조할지도 모른다. 브레이크 떨림 현상의 원인이 정작 다른데 있었을지라도 말이다. 

 

 

 

 

브레이크 디스크의 변형과 관련하여 확인해 본 해외 포럼들의 댓글들 중에는 다음과 내용을 간간이 볼 수 있었다. 비가 세차게 온 다음 유독 브레이크 디스크 변형 수리 접수가 많다는 것이다. 현업 정비사의 이야기이다. 우연의 일치였을 수도 있지만 물과 브레이크 디스크 변형에 대한 상관관계에 대해 의심을 품을 만한 대목이었다. 빗길 + 고속 + 강한 브레이킹, 이 세가지 조건이 딱 맞아떨어진다면 ?!   

 

 

 

브레이크 디스크의 냉각

 

정말 궁금한 것은 어느 정도로 디스크가 식었을 때 안심하고 고압수를 뿌릴 수 있는가이다. 그러나 찬물을 끼얹었을 때 변형이 되지 않을 만큼의 디스크 최고 온도를 제안하는 건 여간 까다로운 일이 아닐 듯 싶다. 디스크의 크기와 두께, 사용연한 등 디스크의 상태가 저마다 제각각이며, 물을 뿌릴 때의 주변온도, 물의 온도, 물을 뿌리는 방식, 뿌리는 물의 양과 시간 등 냉각에 영향을 줄 수 있는 소소한 변수들이 많아 일반화시킬 수 있는 어떤 경향을 찾아내기 위해서는 상당한 테스트가 필요할 것이기 때문이다.

 

생각을 좀 달리 해보면, ‘어떻게 하면 브레이크 디스크의 온도 상승을 최소화시키며 세차장까지 갈 수 있을까?'에 대한 방안을 찾아보는 것이 보다 현실적이지 않을까 싶다. 마음껏 브레이킹하고 세차장가서 디스크가 식기만을 기다리는 것보다 디스크의 온도를 낮게 유지하여 세차장에 도착하는 편이 보다 지능적이지 않을까?

 

   * Source : https://www.exa.com

 

 

열전달(Heat Transfer)은 대류(convection), 전도(conduction), 복사(radiation) 등의 3가지 방식으로 일어난다. 브레이크 시스템 공급업체인 BrakeOverstock의 기술자료에 따르면, 브레이크 디스크의 열전달에 의한 냉각비중은 차량의 속도에 따라 달라진다고 한다. 

 

At lower speeds, the balance is Convection 30%, Conduction 30% and Radiation 40%. At high speeds the balance changes to Convection 35%, Conduction 20%, and Radiation 45%. Therefore, at higher speed, convection heat transfer (air flow) becomes very important to remove heat. 

* Source : http://www.brakeoverstock.com/home/tech/1

 

저속에서는 대류 30%, 전도 30%, 복사 40%의 비중으로 냉각이 이루어지지만 고속에서는 대류 35%, 전도 20%, 복사 45%의 비중으로 냉각이 이루어지기 때문에 특히 고속에서는 대류방식에 의한 냉각이 더욱 중요하다고 설명하고 있다.

 

제동시 앞 브레이크의 비중이 약 70%에 달하고 있다.  그만큼 더 높은 열이 앞 브레이크에서 발생하기 때문에 대류 냉각에 유리한 벤틸레이트 디스크가 앞바퀴 브레이크 시스템에 장착되어 있고, 제동력의 비중이 낮은 뒷바퀴에는 통풍 구멍이 없는 원판구조의 솔리드 디스크 또는 드럼 디스크가 장착된다.   

 

 

세차장까지 이동하는 중 부득이 강한 브레이킹을 했다면 도착할 때까지는 브레이킹을 최소화하면서 주행하여 보다 적극적으로 대류 냉각을 활용하는 것이 세차장에 도착하여 전도와 복사 방식으로만 냉각시키는 것보다 유리할 것이다. 물론, 어떤 운전방식이든 대류 냉각은 어차피 일어나겠지만 대류 냉각을 염두에 두고 운전을 한다면 브레이킹 패턴에 분명 영향을 주게 될 것이다.

 

아래는 브레이크 디스크의 온도가 470°C까지 올라가도록 제동을 한 다음 제동을 풀고 시속 50km의 속도로 바퀴를 구동했을 때 휠 타입별로 냉각시간의 차이를 나타낸 표이다.

 

* Source : Aerodynamic Cooling of Automotive Disc Brakes written (Author : Arthur Stephens)

 

 

통풍성이 좋은 개방형 알로이 휠(15“ Alloy Open Area=500㎠)을 장착했을 때의 디스크 냉각이 가장 좋게 나타났다. 470°C에서 100°C까지 냉각되는데 400초가 소요된 반면에 , 동일한 알로이 휠의 통풍공간을 모두 막았을 때(15“ Alloy Open Area blocked)는 100°C까지 냉각되는데 약 640초가 소요되었다. 여러 유형의 스틸 휠을 장착했을 때보다 크게 나을 것이 없어 보이는 결과물이다. 대류에 의한 통풍 냉각이 휠의 재질에 따른 전도성 냉각 효과보다 우수함을 분명하게 보여주고 있다. 물론 알로이 휠이 스틸 휠보다 전도성이 좋은 재질이기 때문에 비록 통풍구가 막혀있더라도 냉각효과는 약간 더 우세하게 나타나긴 했지만 말이다.

 

강한 브레이킹을 하여 브레이크 디스크의 온도가 250°C를 넘었더라도 개방형 알로이 휠을 장착한 차량이라면  대류 30% + 전도 30% + 복사 40%의 열전달 효과로 디스크의 온도를 5분만에 100°C 밑으로도 떨어뜨릴 수 있다는 얘기다.

 

 
아래는 휠의 분당 회전수(RPM)에 따른 브레이크 디스크 바깥쪽면의 온도변화 추이이다. 당연한 얘기겠지만, RPM이 높을 수록 대류 냉각 효과가 뛰어나며, 솔리드 타잎보다는 벤틸레이트 타잎의 브레이크 디스크가 냉각면에서 월등한 차이를 보여준다. 디스크 표면온도가 90°C일 때 휠 회전이 1,200 RPM으로 5분간만 지속되더라도(물론 중간에 브레이크를 밟지 않는다는 전제 하에) 디스크 온도는 40°C 미만으로 떨어짐을 보여주고 있다.

 

* Source : Analysis of temperature and pressure distribution in brake disc for regenerative braking

 

 

 

나의 세차장 가는 길

 

세차도 할 겸 세차장까지 운행하는데 브레이크 온도가 얼마나 올라가는지 궁금해 모닝에 시동을 걸었다. 의왕에서 수지에 있는 세차장까지의 거리는 약 17km이다. 급제동 없이 적당히 브레이크를 밟는 정도로 세차장까지 이동해보기로 했다. 의도적으로 브레이킹을 최소화하려고 노력하지는 않았다. 가는 길은 약 7km 일반도로 -> 약 3km 고속도로(용인서울 고속도로) -> 약 7km 일반도로로 구성되어 있다.

 ▶ 출발전 브레이크 디스크 표면 온도 14.9°C

 

 

 ▶ 세차장에 도착했을 때의 온도 59.3°C

 

 

 ▶ 동전을 교환하고, 버킷에 물을 받는데 걸린 시간 약 10분 소요

 

 ▶ 세차장 도착 후 약 10분이 경과했을 때의 온도 42.3°C

 

 

약 10분 동안 디스크 표면온도가 17°C 가량 떨어졌다. 추가적인 대기시간 없이 바로 고압수를 뿌렸다. 브레이크 디스크가 완전히 식은 상태에서 출발한다면 의왕에서 수지까지 운행했다고 해서 세차 전 별도의 대기시간을 가져야 할 필요는 없을 것 같다.

 

 

 

일반 운행 테스트

 

중형 SUV로 운행했을 때 브레이크 디스크의 온도변화를 측정해보았다. 총 26km를 운행하였으며, 일반도로 5km -> 외곽순환도로 12km -> 일반도로 9km 순으로 이동하였다. 출발 전 약간의 운행으로 브레이크 디스크의 온도가 약간 올라가 있다.

 

 

급가속, 급제동을 하지 않는 정도로 주행하였다. 26km를 운행한 것 치고는 디스크의 온도가 그리 높지 않았다. 차량 외기온도계는 23.5°C가 표시되었다.

 

 

 

약 20분 뒤 다시 디스크 온도를 측정했다. 디스크의 온도는 생각보다  더 많이 떨어져 있었다. 도착 후 10분 가량 되었을 시점의 온도는 앞뒤 모두 50°C 미만일 것으로 추측된다. 도착지가 만약 세차장이었다면 별도의 대기시간 없이 동전 교환, 버킷 물 채우기, 카샴푸 풀기 등을 한 후(약 10분 소요) 바로 고압수를 분사해도 별 문제가 되지 않는 수준이라 생각한다.
 

 

* 브레이크 디스크의 열 누적을 최소화시키기 위해 신호 대기 중에는 기어를 중립에 놓고 사이드 브레이크를 올린 후 풋브레이크 페달에서 발을 떼었다. 이런 방법이 브레이크 디스크의 냉각에 얼마나 도움을 주는지는 확인하지 못했다.

 

 

 

 

이렇게 해보면 어떨까?

 

브레이크 디스크의 온도가 어느 정도까지 떨어졌을 때 세차를 해도 되는가에 대한 속시원한 결론을 내리지 못해 매우 안타깝다. 각자 나름의 생각과 기준을 가지고 있으리라 생각한다.

 

 

여태 기다리지 않고 세차했어도 별 문제 없었는데? 급열에 강하면 급냉에도 강하니 100°C 이하면 괜찮지 않을까? 설마 70°C 정도에 휘는건 아니겠지? 누가 그러던데 60°C 밑이면 괜찮다던데? 그래도 미지근할 때까지 기다리는 것이 안전하지 않을까? 그냥 30분 정도 기다렸다하면 충분하지 않을까? 차라리 실내세차먼저 하고 외부세차를 하는 편이 안전하겠어. 

 

 

 

어느 온도까지 식혀야 안전하다는 제안을 드리지는 못해도 세차장 가는 길은 어떠해야 하고, 세차는 어떻게 해야 브레이크 디스크의 열충격을 최소화할 수 있는 가에 대한 나름의 제안은  드릴 수 있을 것 같다.

 

 

1. 세차장 가는 길은 가급적 여유롭게 가자.
가급적 급가속은 자제하고, 도로 상황을 예측하여 급제동을 피하자. 이렇게 함으로써 정상적인 브레이킹에서 발생한 열은 주행 중 대류 냉각에 의해 최대한 식힐 수 있다.

 

2. 세차장까지의 이동거리가 짧고(20km 미만?), 1번의 사항을 준수했다면 세차를 준비(동전 준비, 버킷에 물받기, 카샴푸 희석하기 등)하는 시간만으로도 안전할 것이다.

 

3. 장거리를 이동하여 왔고, 1번의 사항을 준수하지 못했다면 맘편히 실내 먼저 청소하자. 이때 보닛을 활짝 개방하면 보닛 표면온도를 낮추는데 상당한 도움이 된다. 보닛 표면 온도를 낮추려고 하는 이유는 도장의 열충격(이런 일은 거의 일어나지 않지만 그래도 조심해서 나쁠 것은 없다는 측면이 강하다.) 이외에도 보닛이 뜨거울 경우 물기가 금방 말라 워터스팟을 만들어내기 쉽기 때문이다. 그래서 고압수나 샴푸질은 보닛과 앞휀더를 마지막에 하는 것이 좋다. 그러나, 상황에 따라 꼭 그렇게 하지 않아도 아무런 문제가 없는 경우도 많다.

 

4. 2번에 해당하지만 그래도 불안하다면 바퀴쪽은 마지막에 물을 뿌리자.

마지막에 물을 뿌릴 때에도 휠 정면으로 고압수를 분사하지 말고 비스듬히 분사하여 되도록이면 디스크에 물이 덜 닿도록 하면 더 안전할 것이다. 다른 방법으로는, 타이어와 휠 하우스에만 고압수를 분사하고, 휠은 생략하거나 고압수 레버를 풀어 수압을 약하게 한 후 휠 표면 위주로 짧고 가볍게 분사한다. 샴푸 세차 후 마지막 헹굼까지는 디스크가 안전할 만큼 식을 시간이 주어지므로 마지막 헹굼시에는 휠에 꼼꼼히 분사해도 괜찮다.

 

 

 

 

 

[업데이트]  2014. 3. 30

 

의왕 집에서 청주까지

 

어머니를 뵈러 어제, 오늘 청주에 다녀왔습니다. 120km 가까이 되는 길이었는데 안전거리를 유지하며 급제동을 거의 하지 않았습니다. 필요하면 엔진브레이크를 활용하며 풋브레이크는 최대한 줄여서 사용했습니다. 청주에 도착하자마자 한 행동은 브레이크 디스크 온도를 재보는 것이었습니다.

 

▶ 앞 브레이크 디스크의 온도 39.2°C, 뒷 브레이크 디스크의 온도 26.2°C

 

예상보다 낮은 온도가 측정되었습니다. 이런 정도라면 대기시간 없이 바로 고압수를 뿌려도 문제가 되지 않는 수준이라고 생각합니다.

 

 

 

청주에서 의왕 집까지

 

청주에서 출발하여 집에 도착했을 때의 온도를 다시 측정해보았습니다. 이번에도 안전거리를 유지하여 급제동은 거의 하지 않았으며, 다른 차들로 인해 부득이한 급제동은 두어번 있었던 것 같습니다. 엔진 브레이크는 사용하지 않았습니다. 정확한 이동거리는 115.9km였습니다.

 

 

 

 

 

사이드 브레이크를 잠그고 바로 브레이크 디스크의 온도를 측정해보았습니다.

 

▶ 앞 브레이크 디스크의 온도 54.0°C, 뒷 브레이크 디스크의 온도 44.8°C

 

 

 

10분 후 다시 측정해보았습니다.

 

▶ 앞 브레이크 디스크의 온도 37.9°C, 뒷 브레이크 디스크의 온도 30.4°C

 

도착한 곳이 세차장이라면 동전을 바꾸고, 버킷에 물을 담고, 카샴푸를 풀고, 세차 도구들을 준비하는 시간 (약 10분)이면 추가적인 대기시간 없이 바로 세차를 해도 괜찮을 온도라고 생각합니다.

 

브레이크 디스크 온도에 관한 포스팅을 준비하고, 마치면서 느꼈던 것은 브레이크 디스크의 온도는 주행한 거리와는 의미있는 상관관계는 없다는 것입니다. 브레이킹를 어떻게 하느냐에 따라 수백 킬로를 달려도 브레이크 디스크의 온도는 낮게 유지할 수 있습니다. 

 

브레이크 디스크의 온도를 최대한 낮추며 운행하는 것으로부터의 이득은 많은 것 같습니다. 세차 전 대기시간을 줄일 수 있다는 것보다 더 큰 잇점이 있는 것 같습니다. 

 

  - 안전 거리를 유지하다보니 저절로 안전 운전을 하게 된다는 점

  - 브레이크 사용을 최소화하여 연비 운전이 가능하다는 점

  - 브레이크 디스크와 브레이크 패드의 마모를 줄여 부품 교환 주기를 더 길게 가져갈 수 있다는 점

 

 

감사합니다.