자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 21. 냉각장치 구성 및 기능 1
<21. 냉각장치 구성 및 기능 1>
작동 중인 기관의 폭발행정에서 발생되는 열(1,500~2,000℃)을 냉각시켜 기관의 온
도를 알맞게 유지시키는 장치이다. 기관의 정상적인 작동온도는 75~95℃이며 실린더
헤드 물 재킷의 온도로 나타낸다. 실린더 속의 연소가스의 온도는 약 1500~2000℃ 정
도이며, 이 열의 상당량이 실린더 헤드, 실린더 블록, 피스톤, 흡·배기밸브 등으로 전
달된다.
가. 물 재킷(water jacket)
물 재킷은 실린더 헤드 및 블록에 일체 구조로 된 냉각수가 순환하는 물 통로이다.
이 물 재킷을 지나는 냉각수가 실린더 벽, 밸브 시트, 밸브 가이드 및 연소실 등의 열을 냉각시킨다.
나. 물 펌프(water pump)
물 펌프는 구동벨트를 통하여 크랭크축에 의해 구동되며, 실린더헤드 및 블록의 물
재킷 내로 냉각수를 순환시키는 원심력펌프다. 물 펌프의 능력은 물을 내보내는 양으로
표시하며, 펌프의 효율은 냉각수 온도에 반비례하고 압력에 비례한다. 따라서 냉각수에
압력을 가하면 물 펌프의 효율이 증대된다.
다. 냉각 팬(cooling fan)
냉각 팬은 물 펌프 축과 일체로 회전하며, 라디에이터를 통하여 공기를 흡입하여 라
디에이터 통풍을 도와준다. 냉각 팬은 플라스틱으로 만든 4~6개의 날개로 되어 있고,
라디에이터 뒤쪽에 약간의 거리를 두고 설치되어 있다.
최근에는 냉각 팬의 회전을 자동적으로 조절하여 냉각 팬의 구동으로 소비되는 기관
의 출력을 최대한으로 줄이고, 기관의 과냉이나 냉각 팬의 소음을 감소시키기 위해 팬
클러치(fan clutch)를 두고 있다. 팬 클러치에는 유체 커플링 팬, 전동 팬, 서머스태틱
팬 클러치 방식이 사용된다.
(1) 유체 커플링 팬(fluid coupling type)
유체 커플링 팬은 냉각 팬과 물 펌프사이에 실리콘 오일을 봉입한 유체 커플링을 설
치한 것이며, 동력전달은 오일의 유체저항을 이용한다. 이 방식은 기관의 회전속도가
저속일 경우에는 냉각 팬이 물 펌프 축과 같은 속도로 회전하나, 고속이 되면 냉각 팬
의 회전저항이 증가하므로 유체 커플링이 미끄러져 냉각 팬의 회전속도는 물 펌프의 회
전속도보다 저하한다.
(2) 전동 팬(motor type fan)
전동 팬은 전동기로 냉각 팬을 구동시키는 것이며, 축전지 전원으로 작동한다. 작동
은 수온센서로 냉각수 온도를 감지하여 어떤 온도에 도달하면 ON(냉각팬 회전)되고, 어
떤 온도 이하가 되면 OFF(냉각팬 회전정지)된다.
수온센서의 설정 온도는 90~100℃이며, ON~OF의 온도차이는 약 3~5℃이다. 전
동 팬의 장점은 라디에이터 설치위치가 자유롭고, 난방이 빨라지며, 일정한 바람의 양
을 확보할 수 있어 기관이 공전할 때나 복잡한 시내를 주행할 경우에도 충분한 냉각효
과를 얻을 수 있다.
그러나 값이 비싸고 냉각 팬을 구동하는 소비 전력과 소음이 큰 단점이 있다. 전동 팬
의 송풍량은 전동기 용량으로 결정되며, 전동기 용량은 일반적으로 35~130W 정도, 냉
각 팬의 지름은 190~280mm, 송출량은 500~1400m3/h 정도이다.
(3) 온도조절기 팬 클러치(thermostatic fan clutch)
라디에이터를 통과하는 공기의 온도를 감지하여 냉각 팬의 회전속도를 자동적으로 조
절한다. 그 작동은 바이메탈 서머스태틱 코일의 한쪽 끝이 커버에 고정되고 다른 쪽 끝
은 슬라이더밸브(slider valve)에 부착되어 있다.
기관의 온도가 상승하여 라디에이터를 통과하는 공기의 온도가 높아지면 서머스태틱
코일이 변형되어 슬라이더 밸브를 작동시키면 오일입구가 열려 오일이 체임버(chamber)안으로 들어오고, 물 펌프의 회전에 의한 원심력으로 팬 클러치의 기동 회전력이 증가하여 회전속도가 빨라진다.
반대로 라디에이터가 냉각되어 통과하는 공기의 온도가 낮아지면 바이메탈이 수축하
여 슬라이더 밸브가 오일입구를 닫는다. 이때 오일은 오일출구를 통하여 흘러나간다.
이에 따라 체임내 내에는 오일이 조금 밖에 남지 않으므로 회전력이 감소하여 회전속도가 낮아진다.