냉각수의 구성과 작동원리

냉각 시스템은 엔진 작동의 결과로 가열되는 엔진 부품을 냉각하도록 설계되었다. 현대 자동차의 경우 냉각 시스템은 주요 기능 외에 다음과 같은 많은 다른 기능을 수행한다. 냉각방법에 따라 액체(폐쇄), 공기(개방) 및 결합형 냉각계통이 구분된다. 액체 냉각 시스템에서 열선 내장 엔진 부품의 열은 유체 흐름에 의해 제거된다. 공기 시스템은 냉각을 위해 공기 흐름을 이용한다. 복합 시스템은 유체와 공기 시스템을 통합한다. 자동차에서는 가장 흔한 액체 냉각 시스템이다. 이 시스템은 균일하고 효율적인 냉각을 제공하며 소음 수준도 낮다. 따라서 액체 냉각계통의 예에서는 냉각계통의 설계와 운전 원리를 고려한다. 가솔린과 디젤 엔진의 냉각 시스템 설계도 비슷하다. 엔진 냉각 시스템에는 냉각수 라디에이터, 오일 쿨러, 히터 열 교환기, 라디에이터 팬, 원심 펌프, 팽창 탱크 및 서모스탯을 포함한 많은 요소가 포함된다. 냉각 시스템 회로는 엔진의 "냉각 재킷"을 포함한다. 제어 요소는 시스템의 작동을 조절하는 데 사용된다. 라디에이터는 가열된 냉각수를 공기 흐름으로 냉각시키도록 설계되었다. 열전달을 증가시키기 위해 라디에이터에는 특수 관형 장치가 있다. 메인 라디에이터와 함께 오일 쿨러와 배기가스 재순환 쿨러를 냉각 시스템에 설치할 수 있다. 오일 쿨러는 윤활 시스템의 오일을 냉각시키는 역할을 한다. 배기가스 재순환 냉각기는 배기가스를 냉각시켜 공기 연료 혼합물의 연소 온도를 낮추고 질소 산화물의 형성을 감소시킨다. 배기가스 냉각기는 냉각 시스템에 포함된 추가 냉각수 순환 펌프에 의해 작동된다. 히터의 열교환기는 냉각계통의 라디에이터 반대쪽 기능을 수행한다. 열 교환기는 그것을 통과하는 공기를 가열한다. 효율적인 작동을 위해 히터 열 교환기는 엔진에서 가열된 냉각수의 출구에 직접 설치된다. 시스템 온도에 따른 냉각수 부피 변화를 보상하기 위해 팽창 탱크를 설치한다. 시스템은 보통 팽창 탱크를 통해 냉각수로 채워진다. 시스템 내 냉각재 순환은 원심펌프에 의해 제공된다. 일상생활에서 원심 펌프를 폼프라고 한다.. 원심 펌프는 기어, 벨트 등 다양한 구동력을 가질 수 있다. 일부 터보차지 엔진에는 차지 에어와 터보차저를 냉각하기 위해 추가 냉각수 순환 펌프가 장착되어 엔진 컨트롤 유닛에 의해 연결되어 있다. 서모스탯은 라디에이터를 통과하는 냉각수의 양을 조절하도록 설계되어 있어 시스템의 최적 온도를 보장한다. 서모스탯은 라디에이터와 엔진 "냉각 재킷" 사이의 파이프에 설치된다. 강력한 엔진에는 전기 가열식 서모스탯이 장착되어 2단 냉각수 온도 조절이 가능하다. 이를 위해 서모스탯에는 닫힘, 부분 개방 및 완전 개방의 세 가지 작동 위치가 있다. 엔진이 완전히 적재되면 전기 난방 서모스탯이 완전히 열리게 된다. 이 경우 냉각재 온도가 90°C로 낮아지고, 엔진 폭발 성향도 낮아진다. 다른 경우에는 냉각재 온도가 105°C 이내로 유지된다. 라디에이터 팬은 라디에이터의 액체를 냉각하는 강도를 높이는 역할을 한다. 가장 널리 보급된 것은 전기 선풍기 드라이브로, 규제할 수 있는 충분한 기회를 제공한다. 대표적인 냉각 시스템 컨트롤로는 냉각수 온도 센서, 전자 컨트롤 유닛 및 다양한 액추에이터가 있다. 냉각수 온도 센서는 모니터링 파라미터의 값을 기록하여 전기 신호로 변환한다. 냉각 시스템의 기능을 확장하기 위해(배기가스 재순환 시스템의 배기가스 냉각, 팬 작동 조절 등) 라디에이터 출구에 냉각수 온도 센서가 추가로 장착된다. 센서로부터의 신호는 전자 컨트롤 유닛에 의해 수신되고 액추에이터에 대한 제어 동작으로 변환된다. 일반적으로 적절한 소프트웨어가 설치된 엔진 컨트롤 유닛을 사용한다. 제어 시스템에는 서모스탯 히터, 보조 냉각수 펌프 릴레이, 라디에이터 팬 컨트롤 유닛, 정지 후 엔진 냉각 릴레이 등의 액추에이터를 사용할 수 있다. 냉각 시스템은 엔진 관리 시스템에 의해 작동된다. 현대 엔진에서는 다양한 파라미터(냉각온도, 오일 온도, 외부 온도 등)를 고려한 수학적 모델에 근거해 운용 알고리즘을 구현하고 있으며, 구조 요소의 가동시간과 켜기 위한 최적의 조건을 설정한다. 이 시스템의 냉각수는 순환을 강제했고, 원심 펌프에 의해 공급된다. 유체의 이동은 엔진의 "냉각 재킷"을 통해 이루어진다. 이렇게 하면 엔진이 냉각되고 냉각수가 가열된다. "냉각 재킷"에서 유체의 이동 방향은 세로 방향(첫 번째 실린더에서 마지막 실린더까지) 또는 가로 방향(배기 매니폴드에서 흡기까지) 일 수 있다. 온도에 따라 액체는 작은 원이나 큰 원으로 순환한다. 엔진이 시동되면 엔진 자체와 그 안의 냉각수가 차가워진다. 엔진 예열을 가속화하기 위해 냉각수는 라디에이터를 우회하여 작은 원을 그리며 이동한다. 온도 조절기가 닫혀 있다. 냉각수가 가열되면 서모스탯이 열리고 냉각수가 라디에이터를 통해 큰 원을 그리며 움직인다. 가열된 액체는 라디에이터를 통과하여 공기의 역류로 냉각된다. 필요한 경우, 액체는 팬의 공기 흐름에 의해 냉각된다. 냉각 후 액체는 다시 엔진 "냉각 재킷"으로 들어간다. 엔진 작동 중에는 냉각수 사이클이 여러 번 반복된다. 터보차지 차량에서는 한 회로가 엔진 냉각을 담당하고 다른 회로는 차지 에어 냉각을 담당하는 이중 회로 냉각 시스템을 사용할 수 있다. 자동차 엔진의 작업 공정은 고온에서 이루어지기 때문에 장시간 운전가능성을 보장하기 위해서는 과잉 열을 제거해야 한다. 이 기능은 냉각 시스템(CO)에 의해 제공된다. 추운 계절에, 이 열은 객실을 데우는 데 사용된다. 터보차지 차량에서 냉각 시스템의 기능은 연소실로 공급되는 공기의 온도를 낮추는 것이다. 또한 자동변속기(자동변속기)가 장착된 일부 자동차 모델의 냉각계통에서 나오는 원 중 하나에서는 자동변속기의 오일 냉각이 켜진다. 자동차에는 물과 공기의 두 가지 주요 형태의 CO가 설치된다. 수랭식 엔진 냉각 시스템의 작동 원리는 발전소나 기타 구성 부품에서 나오는 오일을 가열하여 라디에이터를 통해 대기에 방출하는 것이다. 공기 시스템은 공기를 작동 냉각기로 사용한다. 두 옵션 모두 장단점이 있다.