브레이크 업그레이드 (수정)

[기계인간(유승건)]

포르쉐 996 캘리퍼와 530i의 캘리퍼 피스톤 면적은 다시 계산하여 다음과 같습니다. 

A - total
front	piston1	piston2
530i	30		5652
Upgrade	18	20	4546.72

rear	piston1	piston2
530i	20		2512
Upgrade	14	15	2643.88

530의 단동식 피스톤의 지름이 60mm로 워낙 엄청난 사이즈 이긴 하지만, 브렘보 4p 복동식 캘리퍼에 비하면 면적이 2/3 수준밖에 되지 않습니다.  엄청난 사이즈이며, 4p 보다 강력한 브레이킹 토크를 만들어 냅니다.

리어는 그나마 거의 비슷하긴 하는데 그래도 4p가 더 크네요. 리어의 경우에는 525 부터 540까지 동일하게 40mm의 단동식 피스톤을 사용하는 것으로 알고 있습니다. 엔진 출력별 제동력의 밸런스를 디스크의 크기로 조절하는 것이 아닐까 하는 생각이 드네요. 프론트는 324mm 리어는 298mm의 디스크를 사용합니다.  

피스톤 면적 계산식이 아래 사이트에 나옵니다. 

Brake Bias Chart for BMW E46 M3 • Buildjournal (thebuildjournal.com)

996 캘리퍼의 부품번호는 다음과 같습니다. 캘리퍼에 각인이 되어 있네요. 

프론트:  996351425 / 996351426
리어:  996352421 / 996352422

일단 언듯 봐서, 피스톤 면적으로만 보았을 때 포르쉐 996 캘리퍼의 제동력 수준이 나쁘지 않겠다는 생각이 드는데요, 캘리퍼 업그레이드의 목적은 첫번째는 당근 드레스업이고요, 둘째는 현가하 질량의 감소, 셋째가 제동력입니다. 

1. 996 프론트 캘리퍼가 장착이 가능한가?

사실, 브레이크의 수납은 여러 요소가 복합적이어서, 실제 대보지 않고서는 알 수 가 없습니다. 하지만, 사용하려는 디스크의 크기를 어느 정도 결정하면, 대략적으로 답은 나오지 않을까 합니다. 

530i 프론트 디스크

다른 BMW 의 프론트 로터에 비해, 삼구 프론트 로터 높이가 꽤 높네요. 77.1의 높이는 디스크가 비교적 너클쪽으로 더 들어와 있다는 뜻이고, 캘리퍼 브라켓의 공간이 그만큼 없다는 뜻이 됩니다. 따라서 로터의 높이가 좀 낮은 디스크를 찾아보았습니다. 

e46 m3 프론트 디스크

e46m3 의 경우, 일단 로터의 높이가 52.5mm 정도로 39 디스크에 비해 약 25mm 나 차이가 납니다. 그러면, 디스크가 원래 디스크에 비해서 너클 바깥으로 나온다는 것이고요, 그만큼의 너클과 디스크 사이 공간이 생겨서, 캘리퍼 브라켓이 너클의 뒷쪽이 아니라 앞쪽( 휠 쪽)으로 장착이 가능합니다. 그래서 원하는 사이즈의 로터를 설치할 수가 있습니다. 보통 공간 문제 때문에 브라켓이 휠 베어링 쪽으로 붙지를 못해, 캘리퍼에 비해 디스크만 기형적으로 큰 디스크를 설치해야 되는 경우도 발생합니다.   

디스크가 노란색 화살표 방향, 바깥쪽으로 움직이면, 캘리퍼 브라켓 (주황색)은 너클은 뒷쪽이 아니라 휠쪽으로 붙을 수 있음.  

이렇게 어느정도 계산을 하고, 장착 전문점에 가니, 일단 325mm 사이즈의 E46 m3 로터와 함께 996 캘리퍼의 장착이 가능하시다고 하네요. e46 cls의 경우 프론트 로터가 345mm 입니다. 모든 것이 다 같고 지름만 큰 이 녀석이 딱 좋을 듯 하지만, 제 17인치  rgs 휠에는 무리입니다. 그래서 일단 노멀 e46 m3 디스크 한대분을 주문했습니다. 300달러 정도로, 해상 배송을 통해서 12월에나 받아 볼 듯 합니다. 국내 디스크 제작 단가보다 훨씬 저렴하게 구할 수 있다는 장점이 있습니다. 디스크 교체 비용도 적고 물건 구하기도 더 쉽고요.

2. 리어의 경우는?

한대분을 주문한 이유는 리어도 996 캘리퍼를 장착할 예정이기 때문입니다. 39의 경우 리어 로워암이 워낙에 두껍고, e46에 비해 훨씬 복잡한 형상을 띠고 있어 다른 빅브레이크 mod를 보아도 매우 매우 어렵게 장착하는 경우를 보았습니다. 

리어의 경우 파킹 브레이크를 위해 내부 드럼 사이즈가 또 중요한데요. e46 m3 리어 디스크가 기가 막히게 39와 같습니다. 185mm 로 드럼사이즈가 같고, 높이는 0.7mm 차이이고요, 디스크 크기가 298에서 328mm 로 확장이 됩니다. 

그러면 996 캘리퍼 브라켓의 고정 공간이 나오느냐의 문제인데요, rallyroad.net 에서 이런 답변을 받았습니다. 

다른 고객들이 해보았다고 하니, 가능할 꺼 같기는 합니다. 물론 방열판은 잘라내야 할 것 같고, 그 외 어떤 변수가 생길지는 모르지만요. 

e46 m3 에 적용한 사진

3. 밸런스는 ?

996 캘리퍼로 업그레이드가 되면, 프론트는 캘리퍼의 피스톤 면적이 커지면서 제동력이 확보가 되면서, 리어는 피스톤 면적과 디스크 크기가 커지면서 제동력을 키우게 되는데요, 프론트는 피스톤 면적이 60%나 증가하지만 디스크 지름은 변화가 없고, 리어는 피스톤 면적이 110%나 증가하며, 지름이 약 10% 증가합니다. 

사실 계산해 보니, 프론트는 업그레이드가 아니라, 다운그레이드입니다. 프론트의 제동력이 좀 빠지고 리어 제동력이 살짝 올라갑니다. 리어가 너무 강하지 않을까 살짝 걱정이 되네요.

이러한 변화가 어느 정도인지 아주 아주 초보적인 계산을 하면 다음과 같습니다. 

위 사이트에서 찾은 계산식에서 가장 중요한 브레이킹 토크 식은 equation 5입니다. 여기서, 마스터 실린더 압력과 패드의 마찰계수는 동일하다고 가정하고요. 그래서 마찰 계수와 마스터 실린더 압력을 1로 보고 제외하면 면적과 직경만 곱하면 됩니다.

equation 10은 단순히 로터의 직경만 고려하는 것이 아니라, 패드와 로터가 닿는 길이도 포함하여 브레이킹 토크를 계산할 수 있게 해주네요. 쉽게 말하면 실효 로터의 반지름 : 로터의 중심에서 패드 중심까지의 거리입니다.

Equation 5: T{f,r} = P · Atotal · Reffective · cF

Equation 10: Reffective = rrotor – (wpad / 2)

순정 전륜 브레이킹 토크는 Tf = 2.25* Ac * 324/2 = 364.5Ac 

후륜 브레이킹 토크는 Tr = 1 * Ac * 298/2 = 149Ac 

가 되어서, 전륜이 후륜보다 약 2.44배 더 높게 세팅되어 있다는 것을 알 수가 있네요. 
2.44배이면 71:29 비율의 전 후륜 제동비인데… 거의 전륜구동 차와 비슷합니다. 

만일 계획한대로 업그레이드가 된다면, 

전륜은 Tf = 3.62 * Ac * 325/2 = 588.25Ac 

후륜은 Tr = 2.1 * Ac * 328/2 = 344.4Ac 가 되어서 전륜이 후륜보다 1.7배 강한 브레이킹이 됩니다.   
63:37 정도 브레이킹 배분인데요. 적당할까요? 끼워보지 않고 제동해보지 않고는 전혀 모르겠네요. 패드의 전후륜 차이를 두어 밸런스를 맞출 수도 있겠지요.

다시 계산하니, 브레이킹 토크는 다음과 같습니다. 

브레이킹 토크
	front	rear
530i	720630	326560
Upgrade	600167	359567.7

 포르쉐 996 캘리퍼의 피스톤이 작아서 프론트의 브레이크 토크가 상당히 줄어드네요. 전후륜을 다 합하면 약 8.3%가 줄어듭니다.

R - effective
front	로터반지름	패드 너비
530i	162	69	127.5
Upgrade	162.5	61	132

530i	149	38	130
Upgrade	163.5	55	136

브레이킹 밸런스
	front	rear
530i	68.8	31.2	100
Upgrade	62.5	37.5	100

따라서 69:31이었던 밸런스가 62.5 : 37.5가 되네요.
보통의 전륜차는 전후륜의 브레이크 밸런스를 80:20으로 맞춥니다. E39는 69:31이지만 이것도 상당히 안전하게 가기위해서 바이어스를 프론트에 더 둔것 같습니다. 그래서 풀브레이킹시 노즈 다이브가 상당하고요. 서스펜션을 낮추었다면 이건 좀 불필요한 노즈다이브일 수 있죠.
E46m3 csl의 경우는 oem 캘리퍼 디스크 조합으로 60:40까지 내려가네요. E39 m5 브레이크 바이어스는 어느 정도인지 궁금한데… 찾아봐도 없습니다.

물론 스몰블럭 4pot 캘리퍼를 프론트에 장착하므로 전체적인 브레이크 토크를 잃었지만 좀 더 공격적인 패드를 끼워 이를 어느 정도는 상쇄할 수 있다고 봅니다. 마스터 실런더 힘은 동일한데 피스톤 면적이 작아지니 브레이크 응답성은 휠씬 빨라질것 같고요.
또한 프론트 디스크의 무게만 10.5 —> 7.59kg 으로 줄어들고 더해서 스틸재질의 1p캘리퍼에서 모노블럭 알루미늄 캘리퍼로 약 2kg 가량의 현가하 질량이 줄어드는 부분은 상당한 이점이라고 할 수 있겠네요. 들어보면 체감상 느껴지는 무게는 상당합니다. 하지만 이 모든 것은 계산일 뿐입니다. 실제 장착을 해봐야 알겠지요.

브레이크 업그레이드는 튜닝 중에서도 상당히 비싼 축에 속합니다. 그리고 가지고 있는 휠이나 캘리퍼나 디스크의 직경에 따라 너무나 많은 변수가 존재하기 때문에 수납 가능 여부는 케이스바이 케이스여서 뭔가 비싼 부품을 샀다가 쓸 수 없는 상황이 생기기도 하고 그리고 어찌해서 다 장착한 후에도 향상된 제동력을 확보하면서 최적의 밸런스를 유지하며 입맛에 딱 맞을 확율은 더 낮고요. 그럼에도 추진하는 사람은 환자로... 분류해야 할까요? 

일단 저는 포르쉐 996 캘리퍼 중고를 58만원에 구입했고, e46 m3 캘리퍼를 300불에 구입했습니다. 약 100만원 가량 지출이 있었고요, 나머지는 브라켓 가공, 캘리퍼 도색, 브레이크 라인 아답터 등의 비용이 들어갈 거 같습니다. 

디스크 배송만 해도 상당히 오랜 시간이 걸리게 될 것 같네요. 긴 프로젝트가 언제 끝날지 모르지만, 중간 중간 글 올려 보겠습니다. 

[젠님(염제인)]

제생각은 이렇습니다 아무리 브렘보 , 든그어떤 캘리퍼라해도 사람이 브레이크를 밟았을때 원하는답력을 전달해주는곳은 브레이크 하이드로 백이라생각합니다 하이드로백의 답력용량도 확인해보시면 좋겠습니다

[레이서(이승재)]

하이드로백 용량은 이미 크더군요
차라리 보조백을 다는 것도 추천드려요
카니발용 탱크가 많이쓰이죠..
전에 이래도 저래도 해결않되는서 저 탱크로 해결한 경험이있어요..
그리고
브레이크 업글을 해보니 켈리퍼도 중요하지만 디스크 크기도 상당히 중요합니다 켈리퍼만 바꾸면 답력으로 승부하지만 로터를 키우면 같은 켈리퍼라해도 브레이킹 느낌이 상당히 좋아요..
둘다하면.....대박인거죠...!!!

[나무꾼(한두일)]

살살댕겨,,!