이번 포스팅에서는 냉각수와 라디에이터에 대해서 알아보겠습니다.
냉각수는 왜 필요한 걸까요??
말그대로 엔진을 냉각시켜주기위해, 열을 빼았아 온도를 낮추기 위함입니다.
그럼 왜 엔진의 온도를 낮춰야 할까요?
엔진의 과열에는, 여러가지 문제점이 있습니다.
온도가 올라가면, 그안에 들어오는 기체들도 온도가 올라갈테고,
화학식을 따르면, 체적이 증가하게 됩니다.
동일 분자대비 체적이 증가하니까, 더 적은양이 실린더안에 들어오게되고,
따라서 출력이 감소하는등 엔진의효율이 낮아지게 됩니다.
또 온도가 높아지면 혼합기가 점화플러그에 의해서가 아닌,
자연발화가 되는 노킹현상의 원인이 되기도합니다.
그리고 과열에 의한 재료의 변형을 일으키기도 하구요.
이 모든 문제점들의 원인은 과열이고, 그 과열을 막는 것이 냉각시스템 입니다.
과거에는 공기로 엔진을 냉각하는 공냉식 냉각시스템도 사용했지만,
현재 자동차에서는 냉각수를 이용한 수냉식 냉각시스템을 주로 사용합니다.
일단 냉각수가 뭔지 부터 알아보겠습니다.
냉각수는 부동액+물 입니다.
부동액은 말그대로 얼지않게 해주는액체로, 기존의 물보다 응고점이 훨씬 낮아, 겨울철에도 냉각이 되지 않기 위해 물에 희석시켜 사용합니다. 그리고 비등점(끓는점)도 물(대기압에서,100도)보다 높아서 기화되는 것을 막아주는 역할도 합니다.
부동액이 너무 적으면, 겨울철 물의 동결및 기화문제가 있고
또 부동액이 너무 많으면, 물보다 높은 점도(액체의 끈끈한성질)로 인해, 순환이 윤활하게 안된다는 문제가 있습니다.
군대에서 운전병 복무를 할 때, 1:1비율로 섞었었는데, 지역과 기후마다, 다르다고 하니 참고만 하시길 바랍니다.
냉각수주입은 위의 사진에서 빨간색으로 표시한 라디에이터 캡이나, 노란색으로 표시한 냉각수 보조탱크에 합니다. 냉각수가 많이 모자라면, 헤드가스켓에, 단순히 보조탱크에 냉각수가 표시된 MIN눈금에 가까워 지고 있다면, 보조탱크에 보충을 하면 좋겠습니다~
시동을 걸기전, 틈틈히 헤드가스켓을 열어서 냉각수가 잘 체워져 있는지 확인하면 냉각수 누수등의 문제를 빨리 알아챌 수 있습니다!
하지만, 예열이 된상태에서 함부로 헤드가스켓을 열면, 액체가 막 튀어나가므로 주의하셔야 합니다!!
냉각수의 경로는 다음과 같습니다.
크랭크축의 동력을 워터 펌프가 받아 냉각수가 순환을 하게 되고, 냉각수가 밑에 실린더블록에서 보이는 워터재킷(냉각수통로)으로 들어가 열교환(엔진을 냉각)을 합니다.
실린더 옆의 조그만 구멍들이 워터재킷입니다.
엔진을 냉각하고나서 가열된 냉각수가 라디에이터에서 다시 냉각됨으로 인해서, 다시 엔진의 온도를 낮출 준비를 하며, 같은과정을 반복하는 것이 가장 중추적인 냉각시스템의 원리입니다.
이때, 라디에이터와 엔진사이에 Thermostat(정온기)이라는 장치가 중요한 역할을 합니다.
-Thermostat(정온기)
냉각수 온도가 낮으면 수축하여 밸브가 닫히게 되고, 냉각수 온도가 올라가 76∼83℃가 되면 열팽창을 하여 밸브가 열리기 시작하며, 95℃ 정도가 되면 완전 개방되어 냉각수를 라디에이터로 순환시키게 된다.
[네이버 지식백과] 서모스탯 [thermostat] (자동차 용어사전, 2012.5.25, 일진사)
말 나온김에 부가적인 내용도 다뤄보겠습니다ㅎㅎ
냉각시스템과 관련있는 장치로는 히터와 에어컨이 있습니다.
1.에어컨
[사진출처:www.compressortech.co.uk]
사진과 같이 작동되며, 실제 가정에서 쓰이는 에어컨과 똑같은 구조를 하고 있습니다.
크랭크축과 연결된 풀리로 압축기를 돌려 냉매기체를 압축시키고, 라디에이터 뒤에 설치된 condensor(응축기)에서 냉매기체를 응축시켜 액체상태로 만듭니다. Expension valve(교축장치)에서 냉매의 압력을 급격히 떨어 뜨림과 동시에 냉각을 시킵니다. 그다음 Evaporator(증발기)에서 외부공기가 차가워진 냉매와 열교환(열을 빼았음)을 하고 냉각된 공기를 블로워 모터를 통해서 실내로 들여보냅니다.
운전자는 시원한 바람을 맞습니다~~^^ㅎㅎㅎ
이와같이 작동이 되며, 계략도와 T-s 선도로 나타내면 다음과 같습니다.
[사진출처:www.esru.strath.ac.uk]
2. 히터
실제로 가정에서 사용되는 히터는 방금전 에어컨의 위치를 반대로 돌린 시스템입니다.
즉, evaporater를 외부에 설치하고 condensor를 내부에 설치해 condensor에서 응축과 동시에 열이 내부로 들어옵니다.
하지만, 자동차의 히터는 단순합니다.
엔진에서의 열은 이미 넘치고 있거든요ㅎㅎ
엔진을 순환하는 냉각수의 열을 이용해서, 히터코어에 열전달을 합니다.
그리고 히터코어에 모인 열을 블로워모터를 통해 실내로 보내주지요.
그리고 겨울철 시동을 켜자마자 히터를 켜면 바로 따뜻해지지 않습니다.
엔진주변공기가 아직 예열이 안되서 차가운 상태이기 때문이죠ㅎㅎ
