굴삭기 운전 기능사 필기 요약 6 - 엔진에서 발생한 열을 냉각시키는 방법

  이번 포스팅에서는 엔진에서 연소를 통해 발생되는 열에 의해 엔진이 과열되지 않도록 해주는 냉각수 및 냉각 장치에 대해서 살펴보도록 하겠습니다. 냉각수가 어디에서 어디로 흐르는지에 관한 이미지들이 많이 있는데 저작권이 있는 이미지들이 많아서 다음 사이트를 방문해 먼저 머리속에 그림을 한번 그려보시는게 좋을 듯 합니다.

  http://www.pinkallaautosolutions.com/cs.html

  http://m5carblog.blogspot.kr/2013/02/cooling.html

  그림 한번 보셨나요? 냉각수가 어떻게 흘러서 엔진의 열을 방출할 수 있도록 하는지 크게 정리해 보면 두가지로 나눌 수 있습니다. 엔진내부와 라디에이터인데 엔진 내부에서 흐르는 냉각수는 열을 빨아들여 엔진의 과열을 방지하고, 라디에이터에서는 엔진 내부에서 받은 열을 다시 외부로 방출시키는 역할을 합니다. 그럼 그 순서대로 한번 살펴보겠습니다.

1. 라디에이터 하부 탱크에 있는 냉각수

  자동차 엔진에 설치된 펌프는 그 종류가 여러가지가 있습니다. 펌프는 액체를 다른곳으로 이동시킬때 필요하기 때문에 냉각수를 이동시키기 위해서도 펌프는 꼭 필요합니다. 이 펌프가 워터펌프인데 라디에이터 하단부에 설치되어 있습니다. 냉각수는 여기에서부터 시작해서 엔진 내부 곳곳을 순환하게 됩니다. 엔진 내부에 냉각수가 흐르는 통로를 워터 재킷이라고 하는데 이 워터 재킷을 흐르는 냉각수의 온도는 약 75도에서 95도 사이가 됩니다. 이 부분에서 엔진의 열을 흡수해서 과열을 방지하게 됩니다. 냉각수의 온도는 실린더 헤드 부분의 워터재킷에 설치되어 있는 센서에 의해 측정됩니다.

2. 엔진 내부에서 라디에이터 상부로...

  엔진 내부에서 열을 흡수하고 온도가 높아진 냉각수는 실린더 헤드 부분에서 라디에이터 상부로 돌아옵니다. 이 부분에 수온 조절기(Thermostat)가 설치되어 있는데, 이 수온 조절기는 온도에 따라 열리고 닫히는 부품입니다. 아래 그림과 같이 생긴 부품인데, 온도에 따라 반응하므로 냉각수의 온도를 일정하게 유지하도록 도와줍니다. 65도 부근에서 열리고 85도 쯤 되면 완전히 열리기 때문에, 실린더 헤드부분에서 평상시에는 닫혀 있다가, 엔진 내부의 열을 많이 흡수해서 온도가 높아지기 시작하면 열려서 라디에이터로 냉각수를 보낼 수 있게 됩니다.

<출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/Radiator_(engine_cooling)>

 

  수온 조절기가 고장이 나서 열리지 않거나 닫히지 않게 되면 냉각수 온도가 유지가 안되는 문제가 발생합니다. 만약 열려 있는 상태로 고장이 나게 되면 냉각수가 계속 흐르게 됩니다. 이 상태에서는 냉각수 온도가 올라가지 않아도 흐르기 때문에 과냉이 됩니다. 반대로 수온조절기가 닫혀 있는 채로 고장이 나면 냉각수가 엔진 내부에 남아서 흐르지 못하므로 과열이 되게 됩니다.

3. 라디에이터에서 열의 방출

  상부 호스, 라디에이터 코어, 하부 호스로 라디에이터는 이루어져 있습니다. 코어에서 직접적으로 열교환이 이루어지는데 열을 효율적으로 방출시키기 위해서 단면적을 넓히기 위해 설계된 형태인 냉각핀으로 구성되어 있습니다. 그래서 상부 호스에서 들어온 냉각수는 라디에이터에서 열을 방출하고 하부 호스 부분에서는 온도가 약 10 도 이상 떨어지게 됩니다. 냉각수가 잘 흐를 수 있어야 하므로 막히게 되면 라디에이터를 교환해야 합니다. 강도가 세고, 가벼우면서 단위 면적당 방열량이 큰 재질로 설계가 되며, 차량의 앞 부분에 설치되어 공기가 잘 흐를 수 있도록 공기 흐름 저항이 적어야 합니다.

  자동차가 빨리 달릴 때는 공기가 빠른 속도로 라디에이터를 흐르게 되므로 열 방출이 쉽게 되지만, 차량의 속도가 느린 경우에는 공기 흐름에 의한 열 전달 효율이 떨어지므로 이럴 때를 대비해서 냉각 팬이 설치되어 있습니다. 이 냉각 팬은 벨트로 엔진과 연결되어 구동되는 방식이 있고, 모터에 의해 직접 구동되는 전동식 팬 방식이 있습니다. 아래 그림은 엔진과 팬벨트로 연결되어 구동되는 팬의 모습을 보여주고 있습니다.

<출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_fan>

  팬은 라디에이터에서 열 방출이 잘 되도록 도와주는데, 이 역할을 잘 할 수 있도록 팬벨트에 의해 잘 구동되어야 합니다. 엔진이 정지된 상태에서, 벨트의 중심부를 손으로 눌러서 장력을 체크합니다. 약 1~2cm 정도 눌리면 장력이 적절한 상태이며, 이 장력이 약해지면 발전기의 위치를 조절함으로써 텐션을 조절할 수 있습니다. 장력이 약해져서 팬이 잘 돌지 않게 되면 엔진 과열의 원인이 될 수 있습니다.

4. 라디에이터 캡

  냉각수 주입구의 마개로 사용되는 라디에티어 캡은 그 안에 압력밸브 및 진공밸브로 이루어져 있습니다. 아래 그림과 같은 라디에이터 캡을 엔진 룸에서 많이 보셨을텐데, 온도와 압력이 높기 때문에 함부로 열지 않도록 주의해야 합니다.

<출처 : http://www.tridon.com.au/Products/Product.aspx?SG=8&S=35&G=484&P=2017>

  라디에이터 캡에 있는 압력 밸브는 냉각수 온도가 높아지고 압력이 높아지면 오버플로우 튜브를 통해 압력이 낮아질 수 있도록 조절하는 장치입니다. 그리고 진공 밸브는 냉각수가 빠져나가 내부의 압력이 낮아지면 냉각수를 보충할 수 있도록 냉각수 리저버 탱크에 있는 냉각수를 빨아들이는 역할을 합니다. 라디에이터 캡에 있는 이 밸브들이 고장나게 되면 위와 같은 기능을 하지 못하게 됩니다. 이 캡을 열어서 냉각수를 확인했을때 기름이 떠 있는 경우 냉각수에 오일이 섞여 있는 것으로 볼 수 있습니다. 이것은 실린더 블록의 헤드 개스킷이 역할을 못해 오일이 새어 나온 결과입니다.

5. 냉각수와 부동액

  다음은 부동액으로 검색했을 때 나온 제품입니다.

  부동액은 antifreeze 라고 해서 얼지 않도록 방지하기 위해 사용되는 액체입니다. 냉각수는 엔진 내부를 돌면서 열을 흡수하는데 사용되지만 물로만 채워 놓을 경우 겨울에 0도 이하가 되면 얼어서 동파가 되는 문제를 막기 위해 섞는 것입니다. 에틸렌 글리콜, 글리세린 등을 주성분으로 하는데 사용하는 지역의 겨울 온도를 파악해서 적절한 부동액을 사용해야 합니다. 위 표의 내용을 보면 사용 온도가 표시되어 있습니다. -22도로 표시되어 있으니 국내에서는 거의 모든 지역에서 문제 없이 사용가능한 제품입니다. 부동액은 물과 잘 섞일 수 있어야 하고, 냉각 장치에 부식을 발생시키는 성분이 없어야 합니다. 또한 물보다는 끓는점이 높아야 하고, 어는 점은 낮아야 그 역할을 제대로 할 수 있습니다.

  오늘은 냉각 장치 및 냉각수에 대해서 살펴보았습니다. 방문해 주신 분들 좋은 하루 보내세요~