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초창기 자동차는 마차 정도의 속도 밖에 낼 수 없었기 때문에 판(Leaf) 스프링으로 노면의 충격을 흡수해 주도록 고안되었다. 그러나 많은 짐을 실을 수 있도록 스프링이 딱딱해지다 보니 큰 충격을 받았을 때에는 제대로 반응할 수 없었다.
따라서 스프링이 큰 충격을 최소화할 수 있도록 해주는 더 가볍고 유동적인 기술이 점차 도입되기 시작했다. 말 그대로 충격을 흡수해 주는 장치인 쇼크 업소버가 발명되기 시작한 것이다. 원시적인 쇼크 업소버가 최초로 사용된 기록은 1897년 기밍(A. Gimming)에 의해 발명된 이후부터이다. 기밍은 스프링의 충격을 줄여 주기 위해 판 스프링 꼭대기에 고무를 덧붙인 것이다.
그러나 진정한 의미의 쇼크 업소버가 등장한 것은 1898년 프랑스인 스루폴트가 경주용 자전거에 진동을 막아주는 마찰장치(Friction Device)를 달아주면서 비롯된다. 스루폴트의 경주용 자전거는 미국에서 열린 장거리 경주대회에 출전, 그곳에서 에드워드 하트포드라고 하는 미국의 한 자동차광에게 발견되면서 자동차에 도입되기 시작했다.
이 두사람은 서로 손을 잡고 다음해, 올즈모빌에 변형된 쇼크 업소버를 달게 된다. 이 쇼크 업소버는 한쌍의 레버와 회전축(피벗 포인트)에 위치한 고무 밴드로 구성되어 레버 암 한쪽은 프레임에 달려 있고 다른 한쪽은 판 스프링에 볼트로 죄여져 설치되었다. 이렇게 탄생된 스루폴트-하트포드 장치는 최초의 자동차용 쇼크 업소버로 기록되어 졌다.
그후 1908년 프랑스에서 유압식 쇼크 업소버가 탄생되었고 1909년 공기를 이용한 공기(Air) 스프링이 영국의 코웨이사(Cowey Motor Works)에 의해 개발되었다. 1930년대 들어서면서 복동식 통형 쇼크 업소버가 미국에서 생산되어 자동차에 폭넓게 사용되었다. 유럽에서는 레버형 유압식 쇼크 업소버가 60년대 주종을 이루었다. 이 레버형은 하트포드의 마찰식 쇼크 업소버와 닮았으나 패드 대신 오일은 사용하는 것이 달랐다.
쇼크 업소버는 자동차의 승차감이나 안정성을 크게 좌우하는 것으로 앞·뒤 현가장치와도 많은 관련이 있다. 현가장치 중에서도 가장 중요한 기능을 담당하고 있는 것이다. 자동차의 타이어가 노면으로부터 충격을 받으면 섀시 스프링이 충격을 완화시키며, 스프링이 원상태가 될 때까지 상하로 진동하게 된다. 쇼크 업소버는 이 스프링의 진동을 재빨리 흡수해서 승차감의 향상은 물론 주행 안정성을 높여주며 스프링의 피로를 줄여준다. 또한 노면의 충격을 흡수함으로써 자동차 내부로 유입되는 소음까지도 획기적으로 감소시키는 중요한 역할을 하는 것이다.
따라서 험로를 비롯해 어떠한 주행 악조건 아래에서도 안정성과 신뢰성을 갖도록 쇼크 업소버는 완벽하게 설계·제작되어야 한다. 또한 강력한 내구성을 지닌 피스톤 로드와 어떠한 기온상태에서도 변함없는 작동오일을 사용함으로써 장시간의 운행 조건 아래에서도 제 성능을 유지하도록 해야 한다.
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<그림 1> 통형 쇼크 업소버의 구조 |
<그림 2> 통형 쇼크 업소버의 작동 |
쇼크 업소버는 일반적으로 유체에 의한 저항을 이용한 것을 사용하며 통형 쇼크 업소버가 승용과 상용차에 걸쳐 전반적으로 사용된다. 통형 쇼크 업소버(Telescopic Shock Absorber)는 가늘고 긴 2개의 원통(내통과 외통)을 결합시킨 것이다. 내통과 외통 사이에는 공기와 오일통이 있고 내통과 외통은 베이스 밸브에 의해 통하게 된다.
통형 쇼크 업소버의 감쇠작용은 승차감 등을 고려해야 하므로 압축되는 쪽보다 늘어나는 쪽을 강하게 했으며 이것은 유량을 변경시켜 작용한다.
압축 때 피스톤 로드가 아래쪽으로 내려가면 아래실(下室)의 오일은 피스톤 바깥쪽의 밸브를 열고 저항없이 윗실(上室)로 유출된다. 이 행정으로 실린더에서 빠져 나온 피스톤 로드 체적분의 오일은 베이스 밸브로부터 저장통으로 유출된다. 이때 유통 저항으로 압축될 때 감쇠력이 발생함으로써 감쇠작용이 이루어지는 것이다.
늘어날 때는 피스톤 로드가 위쪽으로 올라가면 윗실의 오일은 피스톤 바깥쪽의 밸브 부근에 있는 작은 구멍인 오리피스(orifice)와 피스톤 안쪽 밸브를 통해 아래실로 유입된다. 이때의 유통 저항으로 늘어날 때의 감쇠력이 발생해 감쇠작용을 하는 것이다. 이 행정으로 실린더에서 빠져나온 피스톤 로드 체적분의 오일은 베이스 밸브를 열고 저장통으로부터 실린더 내로 유입되는 것이다.(그림 2 참조)
통형 쇼크 업소버 중에는 작동 유체로서 오일과 함께 고압가스를 같이 사용한 것도 있다. 이것을 가스 쇼크 업소버라고 부른다. 이것은 프리 피스톤(free piston)을 두고 오일실과 가스실이 있으며 가스실에는 고압 가스가 들어 있다.
작동원리는 쇼크 업소버가 압축이 되면 오일이 피스톤부에 있는 밸브를 통해 피스톤 상부로 유입해 감쇠력을 일으키는 이외에 프리 피스톤도 눌려 실린더 안에 들어 있는 피스톤 로드의 체적만큼 고압 가스를 압축하게 된다.
늘어날 때는 피스톤이 상승하면 피스톤 상부의 오일이 작은 구멍인 오리피스를 통해 하부로 유입되고 감쇠력(weakness)을 일으킨다. 이와 동시에 고압가스의 압력으로 프리 피스톤이 상승한다(그림 3 참조).
쇼크 업소버는 이러한 작동을 반복하면서 감쇠작용을 하게 되는 것이다. 또한 이 쇼크 업소버는 단통형(單筒型:mono tube)으로서 방열효과는 물론 작동음의 발생도 없는 것이 특징이다.
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<그림 3> 가스식 쇼크업소버 |
<그림 4> 앞바퀴용 쇼크 업소버 |
피스톤의 바깥 지름의 마모와 피스톤 밸브 접촉면의 손상이나 마모를 점검하고 피스톤 링이 손상과 마모도 점검한다. 베이스 밸브는 황동재의 서브 밸브 및 메인 밸브의 손상을 점검한다. 실린더는 안쪽면이 손상이나 마모를 점검하고 실린더 측정은 실린더 안쪽면의 상·중·하에서 실시한다.
피스톤 로드 가이드 안쪽면에 있는 부싱의 마모나 손상을 점검하고 링크 너트는 나사부의 손상을 살펴본다. 만일 오일이 샌다면 내부의 패킹이나 링이 불량하다는 증거이므로 즉시 수정이나 교환을 해주어야 한다.
쇼크 업소버의 작동 상태 점검도 중요하다.
쇼크 업소버 테스터를 사용해 기능을 점검하고 테스터가 없다면 피스톤 로드를 상하로 작동시켜 작동이 불량하면 교환해야 한다. 단동식의 경우, 쇼크 업소버가 움직이는 방향을 손으로 움직여 본다.
이때 잡아당기는 방향에는 언제나 같은 힘으로 감쇠력이 작용하고 반대 방향에는 저항이 느껴지지 않으면 정상이다.복동식의 경우는 잡아당기는 방향이나
압축방향 모두 저항을 느끼고, 잡아당기는 방향쪽이 강한 저항을 느끼고 반대방향에는 약한 저항을 느끼면 정상이라고 말할 수 있다.
<자료출처 : 자동차 잡지 "Car & TECH">
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