내연기관의 엔진은 실린더 내에서 연료의 연소를 통해 동력을 얻게 됩니다. 이 과정 속에서 엔진 실린더 내부의 연소 가스 온도는 약 2,000 ~ 2,200˚C 이상의 고온으로 올라가게 되며 적절한 온도로의 유지에 필요한 냉각이 필요합니다. 또한 이러한 높은 온도는 고장의 원인이 되기도 합니다. 따라서 이번 시간에는 자동차 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 원리 및 고장 유형 그리고 관리 방법 등에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
목차
- 자동차 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 구조 및 원리
워터 펌프
라디에이터와 쿨링 팬 어셈블리, CRFM (Condenser Radiator, Fan Module)
서모스탯 (Thermostat)
레저버 탱크 (Reservoier Tank) 또는 서지 탱크 (Surge Tank)
냉각수 (Coolant) - 자동차의 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 고장에 따른 영향
- 자동차 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 고장 유형 및 관리
냉각수 부족으로 인한 엔진 과열
라디에이터 계통의 고장
서머스탯의 고장
워터 펌프의 고장 - 글을 마치며
자동차 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 구조 및 원리
앞서 말씀드렸듯이 엔진 실린더 내부의 연소 가스 온도는 약 2,200 ºC 이상으로 올라가게 되며 적절한 온도로의 냉각이 필요합니다. 보통 윤활 막 유지를 위한 실린더 내벽의 온도는 최대 약 200 ºC 이하로 관리할 필요가 있으며, 냉각수의 온도는 80 ~ 100 ºC 정도로 유지할 필요가 있습니다. 따라서 이를 위해 여러 구성부품으로 이루어진 쿨링 시스템이 자동차의 엔진 룸에 넓게 위치하게 됩니다.
워터 펌프
엔진에 장착된 워터 펌프는 엔진으로부터 동력을 받아 냉각수(Coolant)를 과열된 엔진 실린더 워터 재킷, 실린더 해드 부위 등으로 보내져 엔진을 냉각하게 되며 이후 냉각수는 냉각 호스 등을 거쳐 라디에이터 등 여러 구성 부품으로 순환하게 됩니다. 이 과정 중에 냉각수는 온도는 떨어지게 되고 다시 워터 펌프를 통해 엔진 내부로 보내지게 됩니다. 냉각수의 필요 유량은 최고 엔진 RPM에서 최적의 유량이 계산되어 설계되게 됩니다.
라디에이터와 쿨링 팬 어셈블리, CRFM (Condenser Radiator, Fan Module)
라디에이터와 팬 어셈블리는 자동차 전면에 있는 그릴 바로 뒤에 위치하며 엔진으로부터 나온 뜨거운 냉각수를 자동차의 주행 풍과 함께 넓은 면적의 핀(Fin) 튜브(Tube)를 통과시킴으로써 또는 쿨링 팬의 작동으로 냉각수의 온도를 떨어뜨려 다시 엔진으로 보내는 역할을 합니다. 타입에 따라 여러 종류가 있으며, 라디에이터의 성능 구비 조건으로는 다음과 같습니다.
- 단위 면적당 큰 방열량
- 적은 공기 저항
- 적은 흐름 저항(냉각수)
- 강한 내부식성
- 가볍고 작은 부피, 큰 강도
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서모스탯 (Thermostat)
수온 조절기 또는 정온기라고 부르기도 하는 서모스탯은 냉각수의 흐름을 제어하여 엔진의 온도를 조절하는 기능을 하는 부품입니다. 위의 왼쪽 그림에서 볼 수 있듯이 겨울철이나 상온에서 자동차 시동 초기 엔진의 적정 온도 이하에서는 서모스탯이 라디에이터로의 냉각수 순환을 막아 바이패스(Bypass) 통로로 냉각수를 보내 엔진 내부에서만 순환이 되게 하는 기능이고, 위의 오른쪽 그림에서 볼 수 있듯이 이후 엔진 적정온도 이상에서는 서모스탯이 다시 냉각수의 순환을 라디에이터로 보내 냉각수를 엔진 적정 작동 온도로 조절하는 엔진 쿨링 시스템에서는 중요한 기능을 하게 됩니다.
설치 위치에 따라 출구 제어 방식과 입구 제어 방식으로 나뉘게 됩니다. 출구 제어 방식은 워터 펌프의 케비테이션(기포) 방지를 목적으로 하고 입구 제어 방식은 시스템 내 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 나뉘게 됩니다.
리저버 탱크 (Reservoier Tank) 또는 서지 탱크 (Surge Tank)
엔진 쿨링 시스템 내의 케비테이션(공기)를 제거하고 시스템의 용량 (Capacity)의 증대를 목적인 부품입니다. 이를 통해서 냉각수의 흘러 넘 침 또는 오버 플로우(Over Flow)를 방지하고 운전자가 냉각수의 양을 확인하고 쉽게 보충할 수 있습니다. 따라서 여러분들은 주기적으로 엔진룸을 열어 리저버 탱크 내의 냉각수 양을 체크하시고 부족하면 보충하셔야 합니다. 리저버 탱크의 압력 캡은 위의 그림과 같이 시스템의 압력을 조절할 수 있게끔 설계되었습니다.
냉각수 (Coolant)
자동차에 사용되는 냉각수는 엔진에서 방출되는 열을 흡수하여 라디에이터를 통해 대기로 방출하는 역할을 하게 되며, 주로 물과 동결 방지제의 1:1 혼합물 외에 추가적으로 약간의 부식 방지제와 염료가 포함이 되어 있습니다. 부식 방지제의 첨가는 규산염(Silicate), 인산염(Phosphate), 유기산염(Organic Acid) 등이 있습니다.
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자동차의 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 고장에 따른 영향
- 노킹(Knocking) 현상이나 조기 점화에 따른 엔진 파워의 저하를 가져올 수 있습니다.
- 윤활 기능 저하 및 오일의 변질에 따른 실린더 이상 마모 및 소착등 고장이 발생할 수 있습니다
- 과냉 시에도 윤활 성능 불량 및 연료 소비량 증가 그리고 배출 가스 증대를 가져올 수 있습니다.
자동차 쿨링 시스템(냉각 시스템)의 고장 유형 및 관리
엔진 쿨링 시스템에 문제가 있어 엔진이 과열되면 주행 중 계기판의 온도 게이지는 붉은색 H 쪽에 눈금이 가있게 되고 엔진 경고등 및 냉각수 경고등이 들어오게 됩니다. 심지어는 자동차 앞쪽 보닛쪽에 하얀 연기가 솟아오르는 경우가 있습니다.
냉각수 부족으로 인한 엔진 과열
주기적인 냉각수의 양을 확인해야 합니다. 그렇지 않고 장기간 주행을 하게 되면 냉각수가 부족하여 주행 중 엔진 과열이 발생할 수 있습니다. 이때는 그늘진 장소에 차량을 정차하고 규정된 냉각수를 보충하거나 그렇지 않다면 수돗물로 보충을 할 수 있습니다. 어느 정도 엔진의 냉각이 이루어지면 다시 주행이 가능합니다. 단지 장기간의 자연 증발에 의한 냉각수 부족이라면 보충하여 문제가 없지만 냉각수의 누수로 인한 부족이 의심된다면 정비소의 수리를 받으셔야 합니다.
라디에이터 계통의 고장
자동차의 라디에이터와 관련 호스류는 자동차 전면 그릴을 통해 외부의 주행풍을 맞게 되고 엔진룸 바닥 쪽에 위치해 있어 부식 및 내구에 취약할 수 있습니다. 따라서 이러한 관련 부품에 부식 또는 크랙이 발생하여 냉각수가 누수되거나 송풍 팬의 작동 고장으로 주행 중 엔진 과열이 발생할 수 있습니다. 이때는 정비소에 가셔서 확인하시고 수명이 다한 부품을 수리하시거나 교체를 하셔야 합니다.
서머스탯의 고장
서머스탯은 엔진 쿨링 시스템의 온도를 적정 수준으로 관리해 주는 부품으로 앞서 설명드린 데로 이것이 역할을 못하게 되면 냉각수가 원활하게 순환하지 못하여 엔진 과열을 불러올 수 있습니다. 따라서 냉각수의 부족이 자연 증발이 아니라 의심이 된다면 정비소에서 수리를 받으셔야 합니다.
워터 펌프의 고장
워터 펌프 또는 워터 펌프를 구동하는 벨트나 풀리에 문제가 있으면 이 또한 냉각수의 원활한 순환이 안되며 이로 인해 엔진 과열을 유발할 수 있습니다. 이때도 정비소에 가셔서 원인을 확인하시고 수리를 하셔야 합니다.
글을 마치며
지금까지 자동차의 쿨링 시스템의 구조 및 원리 그리고 고장에 따른 영향 및 유형에 대해 알아보았습니다. 내연기관 자동차의 쿨링 시스템은 안전한 자동차의 구동을 위한 매우 중요한 시스템으로서 주기적인 점검과 함께 필요시 적절한 조치가 필요합니다. 이 글이 여러분의 안전 운전과 즐거운 드라이빙에 조금이라도 도움이 되었으면 하는 바람입니다.
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