냉각 시스템은 내연기관 자동차 엔진의 숨은 영웅입니다. 엔진을 작동 온도로 조용히 유지하여 과열을 방지하는 동시에 승객 실에 따뜻하고 아늑한 열을 공급합니다. 우리가 냉각 시스템을 알아차리는 유일한 경우는 고장이 났을 때이며, 이는 종종 치명적일 수 있습니다.
자동차 엔진의 연소실 내부 온도(연료가 연소되는 영역)는 1600도까지 쉽게 도달할 수 있습니다. 바. 엔진의 작동온도는 200도 이하로 한다. 그것은 제거해야 할 많은 열입니다. 엔진 작동 온도는 냉각수 온도에 따라 다릅니다. 냉각수 온도가 300도 가까이 오르기 시작하면 엔진 손상이 상당히 빠르게 발생할 수 있습니다.
엔진 냉각 시스템은 열 전달의 원리에 따라 작동합니다. 열 전달은 한 곳에서 다른 곳으로 열 에너지의 이동입니다. 열 에너지는 항상 더 시원한 것을 찾습니다. 이에 대한 좋은 예는 따뜻한 소다(맥주) 캔을 얼음이 있는 냉각기에 넣는 것입니다. 열에너지는 항상 더 차가운 곳으로 이동하기 때문에 캔의 열 에너지는 얼음으로 옮겨 캔을 차갑게 만듭니다. 추위는 정의에 따라 열 에너지가 없는 상태입니다.
자동차 냉각 시스템이 열 전달 메커니즘을 사용하여 엔진을 시원하게 유지하고 몸을 따뜻하게 유지하는 방법은 다음과 같습니다.
워터 펌프는 냉각 시스템을 통해 냉각수를 순환시킵니다. 워터 펌프는 교류 발전기, 파워 스티어링 펌프 및 에어컨 압축기를 작동하는 동일한 액세서리 구동 벨트로 구동됩니다. 이 벨트는 크랭크축 전면의 풀리로 구동됩니다. 워터 펌프는 회전하는 임펠러를 사용하여 엔진, 라디에이터 및 히터 코어를 통해 냉각수를 밀어냅니다.
냉각수는 워터 재킷을 통해 엔진을 통해 흐릅니다. 워터 재킷은 엔진 전체에 걸쳐 있지만 열이 발생하고 온도가 가장 높은 연소실 주변에 주로 집중되어 있습니다.
온도 조절기는 냉각수의 흐름을 제어합니다. 온도 조절기는 냉각 시스템의 게이트키퍼입니다. 그것은 엔진이 차가울 때 닫히는 스프링 작동 포핏 밸브를 사용하여 냉각수 흐름을 차단하고 일반적으로 온도 조절 장치의 등급에 따라 185~195도의 냉각수 온도에서 열립니다.
온도 조절 장치가 닫히면 라디에이터를 통한 냉각수 흐름이 차단됩니다. 냉각수는 바이패스 호스를 통해 엔진을 통해 전달됩니다. 이를 통해 냉각수를 냉각시키려는 라디에이터의 냉각 효과 없이 냉각수를 가열할 수 있습니다. 이렇게 하면 엔진과 냉각수가 작동 온도에 도달할 수 있습니다.
작동 온도에 도달하면 온도 조절기가 열리고 냉각수가 라디에이터를 통해 흐를 수 있습니다. 온도 조절기는 바이메탈 스프링을 사용합니다. 이것은 스프링이 온도 변화에 노출될 때 다르게 수축하고 팽창하는 두 개의 개별 금속으로 구성되어 있음을 의미합니다. 뜨거운 냉각수가 스프링을 가열함에 따라 두 금속이 서로 잡아당겨 스프링이 수축하여 포핏 밸브가 열리고 냉각수가 흐를 수 있습니다.
냉각수가 라디에이터를 통해 흐르면 가열 및 냉각 주기를 계속합니다. 냉각수가 엔진을 통과할 때 열은 뜨거운 엔진에서 냉각수로 이동합니다. 이 극도로 뜨거운 냉각수는 라디에이터를 통해 펌핑되어 열 에너지가 대기로 전달되고 주기가 계속됩니다.
따라서 냉각수가 라디에이터를 통해 흐르면 냉각수의 열 에너지가 라디에이터의 금속으로 이동합니다. 냉각 팬은 라디에이터 핀을 통해 공기를 불어넣어 라디에이터의 열 에너지가 공기로 유입되어 가도록 합니다. 마치 감자튀김을 식히기 위해 불고 있는 것과 같습니다.
냉각 팬은 벨트로 구동되거나 전기 모터로 구동됩니다. 벨트 구동 팬에는 일반적으로 원심 클러치 또는 자동 온도 조절 클러치가 장착되어 있습니다. 원심 클러치는 엔진 속도가 증가함에 따라 팬이 엔진 토크에서 분리된 상태로 자유롭게 회전할 수 있도록 하여 회전하는 팬 블레이드의 속도를 늦춥니다. 이는 엔진 속도가 더 높으면 차량이 도로를 따라 이동해야 한다는 가정에 기반합니다. 차량이 움직일 때 공기는 자연적으로 라디에이터를 통과하므로 팬 속도가 덜 필요합니다. 팬 속도를 줄이면 엔진 부하가 줄어들어 연비가 향상됩니다.
자동 온도 조절 클러치에는 바이메탈 스프링이 내장되어 있어 엔진이 차가울 때 팬 블레이드에 대한 토크를 줄여 자유롭게 회전할 수 있습니다. 스프링이 가열되면 전체 팬 블레이드 작동이 가능합니다. 이것 역시 팬 드래그를 제한하여 연비를 향상시킵니다.
전기 냉각 팬은 엔진 냉각수 온도 센서의 입력을 사용하여 전자 제어 모듈(ECM)에 의해 활성화됩니다. 냉각수가 미리 정해진 고온에 도달하면 ECM이 팬을 켭니다. 냉각수가 미리 결정된 낮은 온도에 도달하면 ECM이 팬을 끕니다.
선풍기는 엔진에 부하를 가하지 않아 연료 절약에 도움이 되기 때문에 가장 좋습니다. 냉각팬을 전자적으로 제어하면 ECM이 냉각수 온도를 제어하여 최적의 냉각수 온도를 유지할 수 있습니다. ECM은 에어컨이 작동 중일 때도 냉각 팬을 켭니다. 에어컨 콘덴서는 라디에이터 전면에 위치하므로 에어컨 가동 시 라디에이터와 콘덴서를 통해 일정한 고속 송풍이 필수적입니다.
모든 자동차 냉각 시스템은 압력 캡으로 밀봉되어 있습니다. 열은 압력을 증가시키므로 온도가 상승하자마자 냉각 시스템의 압력이 형성되기 시작합니다. 말할 필요도 없이, 이 압력을 확인하는 것을 잊어버리면 재앙이 될 수 있습니다. 압력 캡은 미리 결정된 압력에서 냉각 시스템을 환기시킵니다. 대부분의 캡은 제곱인치당 15파운드(PSI)의 압력으로 설정됩니다. 이것은 15 PSI에서 캡이 압력을 대기로 배출한다는 것을 의미합니다. 압력 캡은 온도 조절 장치와 동일한 원리로 작동합니다. 바이메탈 스프링이 수축하여 밀봉을 들어 올리고 압력이 빠져나가도록 합니다.
압력 캡은 라디에이터나 플라스틱 탈기통에 위치할 수 있습니다. 가스 제거 병은 엔진 및 라디에이터보다 높은 엔진 실에 배치되는 저장소입니다. 공기는 액체에 갇히면 자연적으로 상승하기 때문에 냉각 시스템의 모든 공기는 가스 제거 병으로 이동하고 배출하는 동안 압력에서 밀려납니다. 공기는 냉각 시스템에 해롭습니다. 갇힌 공기는 과열 상태, 승객실 열 부족 또는 잘못된 온도 게이지 판독값을 유발할 수 있는 냉각수의 흐름을 차단합니다.
라디에이터에 압력 캡을 장착하는 시스템오버플로 탱크를 사용합니다. 이 탱크가 하는 일은 압력 배출 중에 빠져나갈 수 있는 냉각수를 잡는 것뿐입니다. 냉각 시스템의 정상적인 썰물과 흐름으로 인해 라디에이터의 냉각수 레벨이 떨어지면 냉각수가 오버플로 탱크에서 빠져 나와 라디에이터로 다시 들어갑니다.
엔진을 시원하게 유지하는 것 외에도 냉각 시스템은 체온을 유지하는 데 도움이 됩니다. 추운 날 실내로 불어오는 열은 뜨거운 냉각수에서 히터 코어로 전달된 다음 공기로 전달되며, 이는 블로어 모터에 의해 강제로 차량 내부로 전달됩니다.
히터 코어는 기본적으로 미니 라디에이터입니다. 냉각수는 벌집 모양의 구성으로 배열된 얇은 금속 층으로 연결된 일련의 좁은 튜브를 통해 흐릅니다. 뜨거운 튜브는 벌집을 가열하여 송풍기 모터에 의해 히터 코어를 통해 강제로 열 에너지를 공기로 전달합니다. 이것이 온도 조절 장치가 열이 없는 상태를 유발한다는 이야기를 자주 듣게 되는 이유입니다. 온도 조절 장치가 열린 상태로 고정되어 있으면 냉각수가 작동 온도에 도달할 기회가 없습니다. 핫쿨런트가 아니라는 것은 뜨거운 열이 없다는 것을 의미합니다.
이것이 엔진 냉각 시스템이 엔진이 자체 파괴되는 것을 방지하는 방법에 대한 기본 사항입니다. 자동차 엔진은 내연 기관이 작동하는 동안 실제로 내부 깊숙한 곳에서 발생하는 모든 폭력을 숨기는 일을 훌륭하게 수행합니다. 열은 그 모든 엉터리의 부산물이며 냉각 시스템은 열을 제어하기 위해 계속해서 전투를 벌이고 있습니다.
