자동차 전문 이야기 - 냉각 시스템 작동원리

보편적인 4기통 내연기관 자동차는 각 실린더 별로 공기와 혼합된 혼합기를 압축하고 점화시켜 동력을 발생시킵니다. 이러한 차량들이 시속 80km로 정속 주행을 한다면 엔진 내부에서 분당 4000번 가량의 폭발을 일으킵니다. 분당 4000번의 폭발은 어마어마한 열을 발생 시키므로 이 열을 제어가 되지 않는다면 자동차의 엔진은 열을 이기지 못하고 큰 손상을 입을 것 입니다. 이러한 상황이 발생하지 않게 하기 위해서 냉각 시스템이 존재하는 것 입니다. 엔진의 온도가 낮으면 배기 가스가 증가하고 연비가 안 좋아지게 됩니다. 온도가 너무 높아지게 되면 큰 손상을 입게 되고 심각할 경우 엔진은 소생 불가능 할 정도로 손상을 입게 됩니다. 그래서 냉각 시스템은 엔진의 가장 큰 효율을 낼 수 있는 엔진의 적정 온도를 유지 시켜주기 위해 노력합니다. 냉각 시스템에는 두 가지의 유형으로 수랭식과 공랭식이 있습니다. 요즘은 대부분의 차량들은 수랭식 냉각 방식을 사용하지만 대부분 오토바이들은 구조가 간단한 공랭식 냉각 방식을 많이 사용합니다.

냉각 시스템의 작동원리

- 엔진 블록과 헤드 내부의 통로

- 냉각수를 순환시키는 워터펌프

- 냉각수의 온도를 제어하는 온도 조절기

- 냉각수를 냉각시키는 라디에이터

- 시스템의 압력을 제어하는 라디에이터 캡

- 엔진에서 라디에이터로 냉각수를 전달하기 위한 호스

냉각 시스템은 엔진의 블록과 헤드의 통로를 통해 액체 냉각수를 순환시켜 엔진의 열을 흡수하는 방식으로 작동됩니다. 열을 흡수한 냉각수는 고무 호스를 통해 차량 정면부 앞쪽에 위치한 라디에이터로 이동을 합니다. 라디에이터의 얇고 긴 얄루미늄 파이프를 통해 자동차의 그릴에서 들어오는 외부의 바람으로 인해 열을 식히게 됩니다. 열을 식히게 되면 냉각수는 다시 엔진의 열을 흡수하는 과정이 반복됩니다. 엔진의 온도가 적정 온도 이하로 떨어질 경우 자동 온도 조절 장치가 냉각수의 흐름을 차단하게 되고 엔진의 온도가 적정 온도 이상으로 올라가게 되면 엔진의 온도가 적정 온도로 맞추어 질때까지 냉각수는 계속 순환을 하며 열을 식히기 위해 노력할 것 입니다. 엔진이 적정 온도 이상으로 올라가게 되었을 경우 고온에서 냉각수들이 끓지 않게 하기 위해 가압설계가 되어있습니다. 압력을 받게 되면 냉각수의 비등점이 많이 높아지게 되는 방식을 사용한 것 입니다. 라디에이터 캡이 냉각수의 압력을 유지하는 역할을 합니다. 

냉각수의 순환

냉각수는 워터 펌프에서 엔진 블록 내부의 통로를 통과하면서 엔진의 열을 흡수하고, 실린더 헤드로 이동하여 또 다시 많은 열을 흡수합니다. 서모 스탯이 열려있을 경우 서모 스탯을 지나 라디에이터 호스로 흘러가게 됩니다. 라디에이터의 얇고 긴 얄루미늄 파이프에 도착한 열을 흡수한 냉각수는 외부의 바람으로 열을 식힙니다. 열을 식히고 냉각수는 또 다시 엔진을 열을 흡수하기 위해 라디에이터 하단의 호스를 통해 워터펌프로 이동합니다. 이 워터펌프의 힘으로 냉각수가 계속 순환하면서 엔진의 열을 식힐수 있습니다. 이 냉각 시스템의 규모는 엔진의 방식과 크기 또는 예상 작업 부하에 맞게 적절한 규모로 설계됩니다. 대형 화물 차량이나 고성능 차량에는 더 큰 규모와 더 큰 효율성을 만들어내기 위해 설계가 되어집니다.

부동액의 비율

냉각수는 영하의 온도에서 얼지 않아야 합니다. 그러면서 엄청난 엔진의 온도를 감당하며 끓지 않아야 합니다. 부가적으로 녹 방지제와 윤활제도 포함되어 있어야 합니다. 냉각수는 에틸렌 글리콜(부동액)과 물이 혼합되어 진것이며 비율을 1 : 1을 권장하고 있습니다. 영하의 기온을 자랑하는 특정 기온에서는 부동액의 비율을 높이는 것이 허용되지만, 부동액의 비율이 심하게 높아지게 되면 본래의 기능을 상실하고 끓어버릴 수도 있습니다.