인터쿨러의 구성과 작동원리는 무엇인가?

인터쿨러는 강제 유도(터보차저 또는 슈퍼차저) 시스템이 장착된 엔진의 흡입 공기를 냉각하는 데 사용되는 기계 장치다. 인터쿨러의 일은 터보나 슈퍼차저에 의해 압축된 후 엔진에 들어가기 전에 공기를 식히는 것이다. 터보차저는 공기를 압축하여 엔진의 실린더에 도달하기 전에 그 밀도를 높인다. 각 실린더에 더 많은 공기를 주입함으로써, 엔진은 비례적으로 더 많은 연료를 연소할 수 있고, 폭발 때마다 더 많은 전력을 발생시킬 수 있다. 이 압축 공정은 많은 열을 발생시키고, 엔진으로 들어가는 공기의 온도를 높인다. 안타깝게도 공기가 뜨거워질수록 밀도도 낮아져 각 실린더에서 사용 가능한 산소량이 감소하고 성능에 영향을 미치게 된다. 인터쿨러는 이 공정에 대항하여 압축 공기를 냉각시켜 엔진에 더 많은 산소를 공급하고 각 실린더의 연소를 향상하는 작용을 한다. 또한 공기의 온도를 조절함으로써 각 실린더의 공기 대 연료비가 안전한 수준으로 유지되도록 함으로써 엔진의 신뢰도를 높인다. 인터쿨러는 크게 두 가지 유형이 있으며, 서로 다른 방식으로 작동한다. 첫 번째 변종은 공대공 인터쿨러로, 일련의 냉각핀을 지나 압축 공기를 작은 튜브 네트워크를 통해 통과시켜 작동한다. 열은 뜨거운 압축 공기로부터 이러한 냉각핀으로 전달되며, 이 핀은 이동 중인 차량 외부에서 유입되는 공기의 빠른 흐름에 의해 냉각 상태를 유지한다. 냉각된 압축 공기가 인터쿨러를 통과하면 엔진의 흡기 매니폴드로 공급되고 실린더로 공급된다. 단순함과 가벼운 무게, 공대공 인터쿨러의 저렴한 비용으로 인해 대부분의 터보차지 차량에 가장 인기 있는 선택이다. 공대수 인터쿨러는 물을 사용하여 압축공기의 온도를 낮춘다. 유닛을 통해 냉각수가 펌핑되어 유닛을 통과할 때 공기에서 열을 추출한다. 이 물이 가열되면 라디에이터나 냉각 회로를 통해 펌핑한 다음 냉각기를 다시 넣는다. 공대수 인터쿨러는 공대공 인터쿨러보다 작은 경향이 있어 공간이 부족한 엔진에 적합하고, 물이 공기보다 열을 잘 전도하기 때문에 온도 범위가 넓어지기 적합하다. 그러나 공대수 인터쿨러와 관련된 복잡성, 비용 및 무게의 증가는 그것들이 차량 엔진에서 발견되는 경향이 없다는 것을 의미한다. 이론적으로 공대공 인터쿨러는 터보와 엔진 사이의 어느 곳에나 위치할 수 있지만 공기 흐름이 더 좋은 곳에 가장 효과적이며, 보통 차량 앞, 그릴 뒤쪽에 배치된다. 일부 차량의 경우, 엔진 레이아웃이 이를 방지하고 인터쿨러를 엔진 상단에 배치하지만, 일반적으로 공기 흐름은 더 낮으며 인터쿨러는 엔진 자체에서 발생하는 열에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 경우 일반적으로 공기 흐름을 개선하기 위해 보닛의 공기 덕트 또는 스쿠프를 추가한다. 차를 시원하게 유지하는 것은 기계적인 관점에서 보면 간단한 과정인 것 같다. 거대한 라디에이터를 두드리고, 배관을 더하고, 물을 가득 채운다. 온도계가 충분히 낮게 유지되는 한, 모든 것이 좋다. 그러나 자동차가 안전 작동 온도 한계치 이내로 유지되도록 뒤에서 많은 양의 열역학적 속임수가 일어나고 있다. 그러나 열 교환기도 다른 방법으로 사용할 수 있다. 만약 제대로 설계되고 배치된다면, 우측 열 교환기는 엔진에 상당한 성능을 더할 수 있다. 인터쿨러는 단지 그것만 하고 더 많은 말을 생산하는데 도움을 주기 위해 몇 가지 다른 조합으로 사용될 수 있다. 인터쿨러의 내부를 조사하기 전에 냉각 시스템에 대한 내 부분을 살펴봐서 배경 정보를 읽어볼 필요가 있다. 인터쿨러는 열을 제거하는 냉각액(공기)이 따뜻한 액체(공기, 물 또는 오일)로 90도 이동하기 때문에 교차 흐름 열 교환기라고 불리는 것이다. 이 유체의 상호작용은 인터쿨러 내의 튜브와 핀을 사용하여 이루어진다. 중공관은 열교환기의 길이를 따라 이동하며, 흡입구로부터 인터쿨러를 거쳐 충분히 냉각된 후 배출구로 나가는 따뜻한 액의 통로로 사용된다. 그러나 실제 냉각은 인터쿨러의 표면적을 덮는 핀을 사용하여 발생한다. 골판지 방식으로 정렬되어 열 교환기의 표면적을 최대화하여 열이 가능한 한 효율적으로 주변으로 발산될 수 있도록 한다. 간단히 말해서, 인터쿨러는 따뜻한 공기를 당신의 엔진으로 가져가고 열 교환을 통해 그것을 차갑게 만든다. 열역학 규칙은 다지관을 통한 흡입 공기와 실린더 내 연소 온도 간의 온도 차이가 클수록 연소를 통해 에너지가 더 많이 변환된다는 것을 명시한다. 따라서 섭취량이 더 낮다는 것은 온도차가 더 크고 따라서 전력도 더 크다는 것을 의미한다. 인터쿨러의 가장 효과적인 사용은 터보차지 또는 슈퍼차지 차량에 장착될 때 발생하며, 이때 터보차저 또는 슈퍼차저가 다른 용도로 사용할 경우 흡기가 너무 따뜻해진다. 더 많은 열역학 원리를 사용하면 압력이 증가하면 해당 유체의 온도도 증가한다. 따라서 터보차저의 부스트 압력은 갑자기 흡기 압력과 온도를 증가시켜 냉각되지 않으면 엔진 효율이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 터보차저와 엔진 입구 사이에 인터쿨러를 배치하여 공기가 실린더로 들어가 유입되는 연료와 상호작용할 수 있도록 충분히 냉각시킨다. 인터쿨러가 이 작업을 수행하지 않으면, 슈퍼차저와 같은 것으로부터 나오는 따뜻한 공기는 사전 점화를 위한 번식지를 만들 것이다. 즉, 엔진 사이클에서 연료가 너무 일찍 연소되어 엔진의 효율과 출력이 저하되고 손상이 발생할 수 있다. 대부분의 인터쿨러는 공기 흐름이 빠르고, 매끄럽고, 서늘한 곳에 배치해야 한다. 주변 온도가 실제 열 교환이 일어나기엔 너무 뜨거운 엔진 베이 깊숙한 곳에서 열 교환기를 두드려도 소용없다. 전면 장착형 인터쿨러가 가장 인기 있는 배치 방식인 이유다. 라디에이터 앞이나 프런트 엔드의 사이드 그릴 안에 위치하는 인터쿨러는 고온 유체와 저온 유체 사이의 온도 차이를 극대화하기 위해 항상 차갑고 방해받지 않는 공기를 공급받아야 한다. 공간이 프리미엄인 경우 제조업체는 종종 보닛(Subaru Impreza WRX STI, Mini Cooper S)에 대형 에어 스쿠프를 만들어 인터쿨러를 엔진 베이의 아무 곳에나 배치하고 충분한 공기 공급을 유지할 수 있다.