기관의 냉각 방법
기관 내부에 있는 피스톤 등의 부품들은 열의 전도나 방사 등에 의해 실린더나 크랭크실로 열을 방출하거나, 윤활유에 열을 전달한다. 이와 같이, 기관을 냉각하는 방법에는 공랭식과 수냉식이 있다.
공랭식 냉각 장치는 실린더와 실린더 헤드에 냉각 핀(cooling fin)을 마련하여 공기로 냉각시키며, 소형 기관에 많이 사용된다.
수냉식 냉각 장치는 실린더와 실린더 헤드 주위에 마련되어 있는 물 재킷과 라디에이터 사이에 물을 순환시켜 기관을 냉각시키는 장치이다.
자동차용 기관은 수냉식 냉각 장치를 사용하는데, 기관으로부터 냉각수에 전달되는 열량은 연료가 연소하여 발생하는 전체 열량의 25∼35% 정도이며, 냉각수의 온도는 물 재킷의 출구에서 70∼80℃로 유지하는 것이 좋다.
■ 공랭식 냉각 장치
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엔진을 대기에 직접 노출시켜 냉각시키는 방법으로, 냉각수의 보충·누출·동결 등의 염려가 없고, 구조가 간단하여 취급이 쉬운 장점이 있으나, 기후·운전 상태 등에 따라 엔진의 온도가 쉽게 변하며, 냉각이 균일하지 못한 단점이 있다. 자연 통풍식과 강제 통풍식이 있다.
① 자연 통풍식
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자동차가 주행 중 받게 되는 공기로 냉각시키는 방식이다. 실린더 헤드와 실린더 블록과 같이 과열되기 쉬운 부분에 냉각 핀 (cooling-
fin)을 두고 있다. |
② 강제 통풍식
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냉각 팬(cooling fan)을 사용하여 강제로 다량의 공기를 엔진으로 보내어 냉각시키는 방식이다. | |
■ 수냉식 냉각 장치
냉각수를 이용하여 기관을 냉각시키는 방식으로, 자연 순환식·강제 순환식·압력 순환식·밀봉 압력식 등이 있다.
① 자연 순환식(natural water circulation system)
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냉각수를 대류에 의해 순환시키는 방식으로, 고성능 기관에는 적합하지 않다. |
② 강제 순환식(forced water circulation system)
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물 재킷(water jacket) 내에 냉각수를 순환시켜 냉각 작용을 하는 방식이다. |
③ 압력 순환식(pressure water circulation system)
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냉각 장치의 회로를 밀폐하고 냉각수가 팽창할 때의 압력으로 냉각수를 가압하여 끓는점을 올려 비등에 의한 손실을 작게 하는 방식이다. 라디에이터를 작게 할 수 있고, 엔진의 열효율도 좋으며, 냉각수 보충 횟수를 줄일 수 있는 장점이 있어 현재 대부분의 차량에 사용하고 있다. |
④ 밀봉 압력식
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냉각수의 유출에 의한 손실이 작기 때문에 오랫동안 냉각수의 점검이나 보충을 하지 않아도 되는 이점이 있다. 라디에이터 뚜껑을 밀봉하고 냉각수의 팽창과 비슷한 크기의 저장 탱크를 두어 냉각수의 유출을 방지하는 형식이다. |
■ 수냉식 냉각 장치의 구조와 기능
① 물 재킷(water jacket)
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실린더 블록과 실린더 헤드에 설치된 냉각수의 통로이다. |
② 냉각수 펌프(water pump)
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크랭크축에 의해 벨트로 구동되며 냉각수를 순환시키는 일을 한다. 일반적으로 원심 펌프가 주로 쓰인다. |
③ 냉각 팬(cooling fan)
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물 펌프의 축과 일체로 되어 회전하며, 라디에이터를 통해 공기를 흡입하여 라디에이터 통풍을 보조한다. |
④ 라디에이터
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기관에서 열을 흡수한 냉각수를 냉각시키는 장치로, 위 탱크·라디에이터 코어·아래 탱크로 되어 있으며, 위 탱크에는 라디에이터 캡·오버 플로 튜브·입구 파이프가 설치된다. 냉각수가 코어에 흐를 때 자동차의 속도와 냉각 팬에 의하여 대기와 열 교환이 일어난다.
· 라디에이터 코어 : 냉각수가 흐르는 튜브와 핀으로 되어 있으며, 재질은 열전도가 좋은 구리나 황동으로 되어 있다.
· 라디에이터의 조건
- 단위 면적당 발열량이 많을 것
- 공기 저항 및 냉각수 흐름에 대한 저항이 작을 것
- 가볍고 소형이며 강도가 클 것
· 라디에이터 캡 : 보통식과 압력식이 있는데, 주로 압력식이 사용된다. |
⑤ 수온 조절기
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물 재킷의 출구 부분에 설치되어 있으며, 수온에 따라 냉각수 통로를 개폐하여 냉각수의 온도를 알맞게 조절한다. 냉각수의 온도가 정상 이하로 떨어지면 밸브를 닫아 냉각수가 라디에이터 쪽으로 흐르지 못하게 하고, 냉각수의 온도가 정상에 가까워지면 점차 열리기 시작하여 정상 온도(70∼80℃)에 도달하면 완전히 열리게 된다. |
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