냉각 시스템이란?- 유형 및 작동 방식

냉각 시스템이란?

우리는 내연 기관에서 공기와 연료의 연소가 엔진 실린더에서 일어나고 뜨거운 가스가 생성된다는 것을 알고 있습니다.
가스의 온도는 2300~2500°C입니다. 이것은 매우 높은 온도이며 움직이는 부품 사이의 유막을 태우고 고정 또는 용접될 수 있습니다.
따라서 이 온도는 엔진이 가장 효율적으로 작동하는 약 150~200°C로 낮춰야 합니다. 너무 많은 냉각도 열효율을 감소시키므로 바람직하지 않습니다. 따라서 냉각 시스템의 목표는 엔진이 가장 효율적인 작동 온도에서 작동하도록 유지하는 것입니다.
엔진은 추울 때 매우 비효율적이므로 냉각 시스템은 엔진이 예열되고 최대 효율적인 작동 온도에 도달할 때까지 냉각되기 시작할 때까지 냉각되는 것을 방지하도록 설계되었습니다.

일반적인 자동차 냉각 시스템은 다음으로 구성됩니다.

▷ 엔진 블록과 실린더 헤드에 주조된 일련의 채널은 열을 방출하기 위해 순환 액체로 연소실을 둘러싸고 있습니다.
▷ 열을 빠르게 대류시키기 위해 벌집 모양의 핀이 장착된 많은 작은 튜브로 구성된 라디에이터는 엔진에서 뜨거운 액체를 받아 냉각합니다.
▷ 시스템을 통해 액체를 순환시키는 일반적으로 원심 유형의 워터 펌프

▷ 라디에이터로 가는 액체의 양을 변화시켜 온도를 제어하는 ​​온도 조절기
▷ 라디에이터를 통해 신선한 공기를 끌어들이는 팬

 

Ic 엔진의 냉각 장치

대부분의 내연 기관은 공기(기체 유체) 또는 공기로 냉각되는 열 교환기(라디에이터)를 통과하는 액체 냉각제를 사용하여 유체 냉각됩니다. 냉각 엔진의 수냉식 시스템에서 실린더 벽과 헤드에는 냉각액이 순환할 수 있는 재킷이 제공됩니다.
내연 기관의 냉각 시스템은 다양한 엔진 구성 요소를 긴 수명과 적절한 기능에 도움이 되는 온도로 유지하는 데 사용됩니다.

 

자동차 냉각 시스템은 어떻게 작동하나요?

액체 냉각 시스템은 엔진 블록의 통로를 통해 액체를 지속적으로 통과시켜 작동합니다. 워터 펌프에 의해 구동되는 냉각수는 엔진 블록을 통해 밀어냅니다. 용액이 이 통로를 통과할 때 엔진에서 열을 흡수합니다. 엔진과 라디에이터 사이에 온도 조절 장치가 있습니다.
실제로 자동차에는 수냉식과 공랭식의 두 가지 유형의 냉각 시스템이 있습니다.
공랭식 엔진은 원래 폭스바겐 비틀, 쉐보레 코베어 및 기타 몇 대의 오래된 자동차에서 볼 수 있습니다. 많은 현대식 오토바이는 여전히 공랭식을 사용하지만 대부분의 경우 자동차와 트럭은 수냉식 시스템을 사용하며 이 기사에서 집중적으로 다룰 것입니다.
냉각 시스템은 엔진 블록과 헤드의 통로를 통해 액체 냉각수를 보내는 방식으로 작동합니다. 냉각수가 이 통로를 통해 흐르면서 엔진에서 열을 흡수합니다. 가열된 유체는 고무 호스를 통해 차량 전면의 라디에이터로 전달됩니다.
라디에이터의 얇은 튜브를 통해 흐르면서 뜨거운 액체는 자동차 앞 그릴에서 엔진룸으로 들어가는 공기 흐름에 의해 냉각됩니다.
유체가 냉각되면 더 많은 열을 흡수하기 위해 엔진으로 돌아갑니다. 워터 펌프는 이 배관 시스템과 숨겨진 통로를 통해 유체가 계속 이동하도록 하는 역할을 합니다.

 

냉각 시스템의 압력을 테스트하는 방법

압력 테스트는 냉각 시스템의 누출을 확인하고 라디에이터 캡을 확인하는 데 사용됩니다. 가장 일반적인 압력 테스트 장치는 다양한 크기의 캡과 라디에이터의 필러 넥용 어댑터가 있는 핸드 펌프 장치입니다.
다른 유형의 압력 테스터는 냉각수 오버플로 호스에 연결된 저장 공기를 사용합니다. 세 번째 유형에는 라디에이터 캡을 교체하고 압력 또는 온도 센서를 삽입할 수 있는 어댑터가 있습니다. 상점 공기 또는 단순히 냉각수 시스템에서 생성된 압력을 사용하여 압력을 측정하고 누출을 확인할 수 있습니다.

▷ 핸드 펌프 테스터로 시스템을 테스트하려면 라디에이터가 가득 찼는지 확인하십시오. 올바른 어댑터를 사용하여 필러 넥에 연결하십시오. 압력 테스터를 어댑터에 연결합니다. 시스템 범위 또는 라디에이터 캡에 표시된 범위 내에 있을 때까지 시스템에 천천히 압력을 가합니다. 시스템은 최소 2분 동안 압력을 유지해야 합니다. 그렇지 않은 경우 시스템에 누출이 있는지 확인하십시오.
▷ 핸드 펌프로 라디에이터 캡을 테스트하려면 올바른 어댑터를 사용하여 펌프에 캡을 부착하고 캡이 감압되기 시작할 때까지 펌프를 작동하십시오. 캡의 값을 보고 올바른 압력으로 떨어지는지 확인하십시오. 압력 증가를 중지하십시오. 캡은 이 압력을 약 1분 동안 유지할 수 있어야 합니다. 캡이 일찍 또는 늦게 빠지거나 압력이 유지되지 않으면 캡을 교체하십시오.
▷ 숍 에어를 사용하여 시스템을 테스트하려면 압력 프로브와 함께 어댑터를 설치하십시오. 작업장 공기를 연결하고 조절기 설정을 이 시스템의 압력 수준으로 높입니다. 압력에 도달한 후 상점의 공기를 끕니다. 시스템은 2분 동안 압력을 유지해야 합니다. 압력이 떨어지면 시스템에 누출이 있는지 확인하십시오.

 

엔진 냉각 시스템이란?

차량의 엔진 냉각 시스템은 엔진을 시원하게 유지하는 것뿐만 아니라 효율적이고 깨끗한 작동을 보장할 수 있을 만큼 온도를 따뜻하게 유지하는 데에도 사용됩니다.
시스템 구성 요소에는 열을 발산하기 위한 라디에이터, 라디에이터 냉각을 위한 충분한 공기 흐름을 보장하는 팬 또는 팬, 원하는 작동 온도에 도달할 때 열리는 자동 온도 조절 밸브, 냉각수를 순환시키는 워터 펌프(또는 냉각수 펌프)가 포함됩니다. 엔진뿐만 아니라 호스 및 기타 구성 요소.
대부분의 차량은 이제 냉각수가 뜨거울 때 팽창하여 냉각 회로를 빠져나가게 하고 차량이 꺼지고 엔진이 냉각될 때 되돌아갈 수 있도록 하는 팽창 탱크를 사용합니다. 냉각 시스템에는 엔진의 열이 차량 내부를 따뜻하게 하는 데 사용되기 때문에 캐빈 환기 시스템의 요소도 포함되어 있습니다.

 

엔진 냉각 시스템의 종류

공기 냉각 시스템

공기 냉각은 열을 발산하는 방법입니다. 그것은 표면적을 확장하거나 냉각될 물체 위의 공기 흐름을 증가시키거나 또는 둘 모두를 통해 작동합니다. 방열판에 핀을 추가하면 전체 표면적이 증가하여 냉각 효율성이 향상됩니다.
전자의 예는 냉각 핀을 일체형으로 만들거나 물체의 표면에 단단히 부착하여 물체의 표면에 냉각 핀을 추가하는 것입니다(효율적인 열 전달을 보장하기 위해). 후자의 경우 팬을 이용하여 냉각시키고자 하는 대상물에 공기를 불어넣는 방식이다.
공기 냉각에 사용되는 냉각 패드에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 벌집 모양이고 다른 하나는 엑셀시어입니다.
모든 경우에 공기는 열을 제거할 것으로 예상되는 물체나 표면보다 더 차갑습니다. 이것은 열이 뜨거운 저장소(방열판)에서 차가운 저장소(공기)로 자발적으로만 이동한다는 열역학 제2법칙 때문입니다.
고도가 높거나 항공기 객실과 같이 기압이 낮은 환경에서 작동하는 경우 냉각 용량은 해수면에 비해 감소되어야 합니다.
경험 법칙 공식 1 – (h/17500) = 경감 요인. 여기서 h는 미터 단위의 해수면 높이입니다. 그리고 그 결과는 해수면 위의 지정된 높이에서 냉각 용량을 얻기 위해 [W] 단위의 냉각 용량을 곱해야 하는 계수입니다.
공랭식 엔진은 엔진을 작동 온도 내로 유지하기 위해 방열 핀 또는 엔진의 뜨거운 부분을 냉각하기 위해 직접 공기 순환에 의존합니다. 모든 연소 엔진에서 생성된 열의 상당 부분(약 44%)은 공랭식 엔진의 금속 핀(12%)이 아니라 배기 가스를 통해 빠져나갑니다.
열 에너지의 약 8%는 주로 윤활을 위한 것이지만 냉각기를 통한 열 분산에도 역할을 하는 오일로 전달됩니다. 공랭식 엔진은 일반적으로 오토바이, 일반 항공 항공기, 잔디 깎는 기계, 발전기, 선외 모터, 펌프 세트, 톱 벤치 및 보조 동력 장치에 사용되기 때문에 액체 냉각에 적합하지 않은 응용 분야에 사용됩니다.

공냉식 시스템의 장점

▷ 가벼운 무게
▷ 부동액이 필요하지 않습니다
▷ 이 시스템은 물이 부족한 곳에서 사용할 수 있습니다.
▷ 심플한 디자인
▷ 더 적은 공간 필요
▷ 물을 두드리는 등의 행위를 하지 않는다.
▷ 전자 제품이 과열되는 것을 방지합니다.
▷ 작업 성과 향상

공냉식 시스템의 단점

▷ 작동 시 더 많은 소음이 발생합니다.
▷ 공기의 열전달 계수가 작아 작업 효율이 떨어집니다.

공랭식 엔진의 예:

스쿠터, 오토바이 및 트랙터에 사용됩니다.

수냉식 시스템

이 유형은 가장 일반적으로 사용되는 시스템 유형입니다.
수냉식 시스템에서 워터 재킷은 엔진 실린더 또는 라이너 주위에 제공됩니다. 이 재킷의 순환수는 실린더 표면의 열을 흡수하고 가열된 물은 라디에이터를 통과하는 공기에 의해 냉각됩니다.
수냉식 시스템은 워터 재킷, 워터 펌프, 라디에이터, 온도 조절 밸브, 팬, 벨트 및 풀리 등으로 구성됩니다. 물이 가장 일반적으로 사용되는 냉각제이지만 부식이없고 더 나은 특성을 갖는 특수 냉각제입니다. 끓는점 등도 시장에서 구할 수 있으며 더 높은 엔진 효율을 얻고 담그는 데에도 권장됩니다.

수냉식 시스템

물은 벨트로 구동되는 워터 펌프의 도움으로 원하는 압력과 속도로 워터 재킷에서 계속 순환하도록 만들어집니다. 일반적으로 워터펌프는 원심식이며 원심력에 의해 펌프의 출구로부터 물이 나오도록 하는 임펠러가 있는 물의 입구와 출구로 구성된다.
펌프 입구는 하단의 라디에이터와 연결되어 라디에이터에서 냉각수/물을 끌어옵니다. 엔진이 냉각되면 온도 조절기 밸브가 열린 상태로 유지되고 동일한 물/냉각수가 워터 재킷을 통해 순환됩니다.
물/냉각수가 가열되면 온도 조절 밸브가 열려 물이 라디에이터를 통과하도록 하여 라디에이터를 통과하는 공기와 함께 온전한 열을 발산합니다.
라디에이터는 트랙터/차량 전면에 위치하며 물/냉각수 탱크, 튜브 및 튜브의 압력 캡으로 구성됩니다. 이 압력 캡은 물 증발을 방지하고 냉각 시스템 내의 압력을 높이는 데 사용됩니다.
외부 공기와 라디에이터 내부의 물의 온도 차이가 크고 열이 물에서 공기로 더 빨리 발산됩니다. 공기는 팬의 도움과 트랙터의 전진 운동에 의해 생성됩니다.
일반적으로 엔진은 800C ~ 900C의 온도 범위에서 효율적으로 작동하며 선선한 기상 조건에서 엔진 온도가 가능한 한 빨리 이 온도에 도달하는 것이 항상 바람직합니다.

 

물 냉각 시스템의 유형

써모사이펀 시스템

이 시스템에는 펌프가 장착되어 있지 않습니다. 뜨거운 물과 찬 물의 밀도 차이로 인해 물의 순환이 이루어집니다.
그러나 이러한 냉각 시스템에서는 냉각 속도가 낮습니다. 요즘은 물을 일정 수준으로 유지해야 하기 때문에 사용이 제한적입니다. 구성이 간단하고 저렴합니다.

Thermosyphon 시스템의 작동

열사이펀 냉각 시스템은 자연 대류의 원리로 작동합니다. Thermosyphon 수냉식 시스템은 가열하면 물이 가벼워진다는 사실을 기반으로 하며,
라디에이터의 상단과 하단은 파이프를 통해 실린더 워터 재킷의 상단과 하단에 각각 연결됩니다. 라디에이터는 공기가 위로 흐르게 하여 냉각됩니다. 공기 흐름은 차량의 움직임이나 제공된 팬에 의해 이루어집니다.
실린더 워터 재킷 내부의 가열된 물은 가벼워지고 상부 연결 파이프에서 라디에이터로 이동하여 상부 탱크에서 하부 탱크로 내려가면서 이동하면서 열을 차단합니다.
하부 탱크에서 냉각된 물은 실린더 워터 재킷으로 전달되어 공정을 위해 다시 순환됩니다.
이 시스템의 한계는 이 냉각이 온도에만 의존하고 엔진 속도와 무관하다는 것입니다.

펌프 순환 시스템

이 냉각 시스템에서 물의 순환은 원심 펌프를 제공하여 수행됩니다. 이 펌프로 인해 물의 흐름 속도가 더 빠릅니다. 그리고 펌프는 크랭크 샤프트의 벨트로 구동됩니다.
여기서 라디에이터는 설계자에게 편리한 모든 장소에 장착될 수 있습니다.

펌프 순환 시스템의 작동

이 시스템에서 냉각수 흐름의 방향은 실린더 헤드에서 라디에이터의 상단 탱크로 위쪽으로, 그리고 라디에이터 코어를 통해 아래쪽 탱크로 내려가는 방향입니다. 하단 탱크에서 물을 순환시키는 워터 펌프의 도움으로 하부 라디에이터 호스를 통해 실린더 블록 워터 재킷으로 이동합니다.
물은 펌프의 입구 쪽 중앙에서 엔진으로 들어갑니다. 순환 펌프는 크랭크축의 벨트로 구동됩니다. 엔진 속도가 증가함에 따라 냉각수의 흐름이 증가합니다.

 

수냉식 시스템의 장점

▷ 이러한 유형의 냉각에서는 높은 열 전달 속도를 볼 수 있습니다.
▷ 이러한 유형의 냉각 시스템은 엔진의 크기나 출력이 더 큰 경우에 사용됩니다.
▷ 열전도율은 더
▷ 물을 쉽게 구할 수 있다
▷ 액체는 기화 엔탈피가 높기 때문에 수냉식의 효율이 더 높습니다.

수냉식 시스템의 단점

▷ 때때로 라디에이터나 파이프 또는 저장고 내부에서 부식이 발생합니다.
▷ 스케일링으로 인해 장기간에 걸쳐 열전달율이 떨어지므로 정기적인 청소와 관리가 필요합니다.

 

수냉식 엔진의 예:
오늘날 모든 최신 엔진(자동차, 버스, 트럭 등)은 이러한 유형의 냉각 시스템을 사용합니다.

 

냉각 시스템의 구성 요소

냉각 팬

냉각 팬은 차량의 맨 앞쪽에 있으며 냉각수(이에 대해서는 잠시 후에 자세히 설명하겠습니다)가 뜨거워지기 시작할 때 켜지도록 설계되었습니다. 냉각수 온도가 낮아지면 다시 꺼집니다.

라디에이터

라디에이터는 냉각수의 열을 팬에 의해 라디에이터를 통해 불어오는 공기와 주행에서 유입되는 공기로 전달하여 냉각수에서 열을 제거하기 위해 특별히 설계되었습니다. 라디에이터는 수년간 사용하면 누출되기 쉽습니다.

물 펌프

워터 펌프는 엔진을 통해 냉각수를 추진하는 것입니다. 워터 펌프가 고장 나면 냉각 시스템이 작동하지 않아 운전 중 엔진이 과열될 수 있습니다.

온도 조절기

온도 조절기는 냉각 시스템의 작동, 특히 팬을 켜고 끄는 것을 제어하는 ​​것입니다.

호스

일련의 고무 호스는 냉각수가 흐르는 엔진에 라디에이터를 연결합니다. 이 호스는 수년 동안 사용한 후에도 누수가 시작될 수 있습니다.

부동액/냉각수

냉각 시스템의 빵과 버터는 냉각수입니다. 이 달콤한 냄새가 나는 밝은 녹색 액체는 엔진의 통로를 통해 흐르고 엔진에서 열을 끌어옵니다. 열을 모아 라디에이터 내부의 외부 공기로 전달합니다.

 

냉각 시스템의 필요성

냉각 시스템은 세 가지 중요한 기능을 수행합니다. 첫째, 엔진에서 과도한 열을 제거합니다. 둘째, 가장 효율적으로 작동하는 엔진 작동 온도를 유지합니다. 마지막으로 가능한 한 빨리 엔진을 올바른 작동 온도로 끌어올립니다.

다음과 같은 이유로 IC 엔진에 냉각 시스템이 필요합니다.

엔진이 작동하는 동안 엔진 내부 온도는 섭씨 2500도까지 올라갈 수 있으며(출처: How Stuff Works), 이는 엔진을 만드는 데 사용되는 구성 요소의 융점보다 높습니다. 따라서 가능한 한 열을 분산시키기 위해 냉각 시스템을 사용해야 합니다.
우리도 알다시피 엔진이 제대로 작동하려면 윤활 시스템이 필요하지만 높은 열로 인해 윤활유의 특성이 변할 수 있습니다. 그 결과는 엔진을 장악했습니다. 따라서 이를 방지하려면 냉각 시스템을 사용해야 합니다.
때로는 엄청난 열로 인해 엔진 내부에 열 응력이 축적되므로 응력을 최소화하기 위해 엔진 온도를 가능한 한 낮게 유지해야 합니다.