자동차공학)가솔린 엔진 냉각장치의 구성

가솔린 엔진 냉각장치의 구성에 대하여 알아보자.

1. 워터재킷(water jacket)

2. 워터펌프(water pump)

3. 냉각 팬(cooling fan)

4. 서머스탯(thermostat)

5. 라디에이터(radiator)

 

1. 워터재킷(water jacket)

워터재킷은 실린더 블록 및 실린더 헤드에 마련된 냉각수 통로이다. 이 통로를 냉각수가 유동하여 고온의 연소가스에서 실린더 블록, 헤드, 밸브 시트, 밸브 가이드 등에 전달된 열을 빼앗아 엔진 각부의 온도를 적당한 온도로 유지한다.

 

2. 워터펌프(water pump)

워터펌프는 냉각수를 엔진 내로 압송, 순환시키는 장치로서 주로 원심펌프를 사용한다. 이것은 실린더 블록에 설치되어 있고, 크랭크축과 팬 벨트(V belt)로 연결하여 구동시킨다.

 

3. 냉각 팬(cooling fan)

냉각 팬의 경우 날개가 여러 개 있는 축류형이, 재질은 수지가 주류를 이루고 있다. 종래 냉각 팬은 물펌프측과 일체가 되어 크랭크축에 의하여 벨트로서 회전시켰다. 고속 주행 시에는 팬을 가동하지 않아도 라디에이터 전면으로 유입되는 주행풍만으로 냉각수를 충분히 냉각시킬 수 있었다. 그러나 저속 시나 아이들링 시에는 팬을 가동해야 하므로 팬 구동에 동력이 소비된다. 따라서 최근에는 냉각 팬의 회전을 자동적으로 조절하고, 냉각 팬이 구동력을 최대한 줄이며, 엔진 팬 소음을 줄이기 위해 팬 클러치(fan clutch)를 사용하고 있다. 팬 클러치 방식에는 유체 커플링과 전동 팬이 있다.

 

유체 커플링(fluid coupling) : 냉각 팬과 워터펌프 사이에 실리콘 오일을 봉입한 유체 커플링을 둔 것이며 동력 전달은 오일의 유체 저항을 이용한다. 유체 커플링은 저속에서는 냉각 팬과 워터 펌프의 회전속도는 같으나 고속에서는 냉각팬의 회전 저항이 증가하여 유체 커플링에 미끄럼이 발생하여 냉각 팬의 회전속도가 낮아져 냉각 팬의 소음이나 구동 손실을 저감 시킬 수 있다.

 

팬 클러치(fan clutch) : 냉각 팬과 워터펌프 사이에 바이메탈에 의한 온도 제어 방식의 커플링이 설치되며 냉각 팬의  회전속도는 라디에이터를 통과한 공기의 온도에 의해 결정된다. 냉각 팬의 작동은 분배판 제어 구멍으로 유동하는 실리콘 오일량에 비례하는 회전력으로 결정되며 오일량이 많아지면 회전력이 증가하여 냉각 팬의 회전속도가 빨라진다.

 

전동 팬(motor fan) : 냉각수 온도가 어느 설정온도에 도달하면 축전지의 전원으로 팬이 구동되고, 어는 온도 이하로 내려가면 팬은 정지한다. 작동 설정온도는 냉각수의 온도가 일반적으로 90도에서 100도 사이이고 ON, OFF 온도차이는 대략 3도~5도이다.

 

4. 서머스탯(thermostat)

수온조절기는 냉각수 온도에 따라 밸브가 자동적으로 개폐되어 냉각수 온도를 적절한 온도로 유지하는 자동 온도 조절장치이다. 수온조절기는 왁스를 사용한 펠릿형(pellet type)과 벨로즈형(bellows type)이 있으며 펠릿형이 많이 사용되고 있다. 펠릿형은 케이스에 설치한 스핀들과 펠릿에 설치한 밸브 및 스프링을 결합한 것으로 펠릿 안에는 왁스와 합성고무가 함께 봉입되어 있다. 이 왁스의 팽창 및 수축을 이용하여 밸브를 개폐하기 때문에 이것을 왁스 펠릿형이라고도 한다. 서머스탯에는 엔진 워밍업 시간의 단축(냉각 수온의 상승을 촉진시킨다)과 한냉시의 과냉 방지를 위하여 엔진 냉각수 통로의 서머스탯부의 공기를 배출하기 위한 구멍이 설치되어 있으며 거기에는 지글 밸브(jiggle valve)가 장착되어 있다.

 

5. 라디에이터(radiator)

방열기는 엔진에서 가열된 냉각수를 냉각하는 장치이다. 라디에이터는 입구탱크, 라디에이터 코아, 출구 탱크, 라디에이터 캡(압력 캡), 오버플로 파이프, 입구 파이프가 있고, 아래 탱크에는 출구 파이프와 드레인 콕이 부착되어 있다. 라디에어터는 냉각수가 위에서 아래로 흐르는 다운 플로형식과 좌우의 탱크에서 냉각수가 수평방향으로 흐르는 크로스 플로형식이 있다. 냉각수는 급수구로부터 보급되지만 팽창하여 탱크에 가득 찬 경우는 오버플로 파이프(overflow pipe)를 통하여 보조탱크로 흐른다. 코어는 물이 통과하는 관과 열을 방출하는 핀으로 이루어져 있고, 어느 것이나 황동, 알루미늄 등 열전달률이 높은 재질로 만들어져 있다.