자동차 엔진 그 모든 것을 파헤친다-(2)냉각 장치 1편(Cooling system)

1. 냉각 시스템이 없으면?

 - 실린더 안의 연소가스 온도는 2000℃ 이상이며, 이 때 발생한열은 엔진 각 부에 전달된다.

 - 그리고 이열을 구성부품의 강도를 저하 시키고, 센서고장을 일으키고, 조기 점화로 인한 불규칙 연소로 노킹을 발생시키며 그 결과 기관의 출력을 저하 시킨다.

2. 수냉식 냉각 시스템(Water cooling system)
가. 전체적 메카니즘

   냉각수를 사용하는 방식으로 냉각수를 펌프에 의해 실린더 블록과 실린더 헤드에 있는 물재킷을 통해 순환시켜 엔진의 열을 흡수한 후 열을 머금은 이 냉각수가, 레디에이터 쪽으로 흘러가고 냉각수 받은 열을 공기중에 방출하고 이때 엔진에 장착된 냉각팬이 이를 돕는 방식이다.

나. 구성요소

  1) 라디에이터(radiator)

   가) 라디에이터 코어(radiator core)

     라디에이터 코어는 흡수한 열을 공기중에 방출하는 핵심부품이고, 이를 위해 재질은 열전도성이 우수한  알루미늄이나 구리를 사용한다. 이전에는 보통 황동이 열전도성이 더욱 우수하기 때문에 이를 사용 했지만, 최근에는 차량경량화 기조로 인해 알루미늄을 사용한다.구조상으로는 물이 흐르는  관의 형태에  따라 냉각 작용을 하는 공기 통로에 따라 구분될 수 있다.

   나) 윗 탱크(upper tank)

   다) 아랫 탱크(lower tank)

   라) 사이드 멤버(side member): 코어를 보호하고 라디에이터를 차체에 고정하기 위한 부분이다.

   마) 팬시리우스: 팬으로부터 오는 공기를 효과적으로 코어에 보낸다.

   바) 라디에이터 캡: 물은 압력이 높아지면 그 비등점이 높아진다. 그리고 비등점이 대기온도와많은 차이가 날 수록 냉각속도가 빨라진다. 이것은 냉각에 필요한 라디에이터 면적을 줄이는데 영향을 주게 되고, 이를 통해 차량 경량화가 이루어지게 된다. 라디에이터 캡은 이런 역할을 하는 핵심 부품이다. 작동방식은 라디에이터 내부의 온도가 110~120℃정도가 되어 캡에 압력을 가하면 압력밸부가 열려 냉각수가 보조탱크쪽으로 나가고, 냉각수가 식어서 라디에이터 안에 부압(마이너스 압력, 진공압)이 생기면 부압밸브가 열려 보조탱트쪽의 냉각수가 유입되어 라디에이터 내부의 압력이 일정하게 유지되는 방식이다.

  사) 물 펌프: 아래 영상은 물 펌프에 대한 영상이다. 작동시 임페러가 회전을 하며 흘러들어오는 물을 바깥쪽으로 뿜어내고, 뿜어진 냉각수는 물재킷 쪽으로 흘러들어가는 방식이다.

        

 아) 수온조절기:  수온조절기는 냉각수 온도에 따라 자동적으로 개폐하여 라디에이터로 흐르는 유량을 제어하는 장치이다. 아래 영상은 펠릿 타입인데 작동과정은 이렇다. 아래 그림에서 동그라미로 표시되어 단면으로 그려진 부분을 보면 냉각수 온도가 상승시 내부 왁스 부피가 증가하고 이에 내부의 고무가 압축된다 이때 연결되어있는 조정나사가 위로 올라가는데 조정나사가 케이스에 고정되어 있으므로, 동그라미 친 부분(펠릿)은 내려가게 된다. 이때, 수온조절기는 개방상태가 되고 온도가 낮아지면 스프링에 의해 모든것이 제자리로 오므로 수온조절기는 폐쇄상태가 된다.

자) 냉각 팬: 보통 워터펌프축과 일체이며, 라디에이터 뒤쪽에 위치한다. 이는 라디에이터로 바람을 불어주어냉각 시스템의 효과를 더욱 배가 시켜준다.