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냉각장치

내연기관 TP - 14년 5월 21일
by

Changho Jeong

on 15 January 2015

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Transcript of 냉각장치

20093933 정 창 호
20093950 한 지 훈
20093953 홍 기 원

1. 냉각장치의 개요
냉각장치(Cooling System)
기관을 냉각하여 과열을 방지하고 또 적당한 온도로 유지하는 장치
목차
1. 냉각장치의 개요

2. 공냉식 냉각장치
자연 통풍식
강제 통풍식

3. 수냉식 냉각장치
자연순환식
강제순환식
압력순환식
밀봉압력식
실린더 내의 평균온도는 약 800~900℃
Cooling System
기관의 온도를 약 80~90℃로 알맞게 유지하는 것이 냉각장치의 기능
자연 통풍식
4. 공냉식과 수냉식의 차이

5. 발전 중인 냉각장치와 앞으로의 방향

6. 질의응답 및 토의
기계에 이러한 냉각장치가 없다면?
아오 열받아 ~ !!
실린더 안의 연소가스의 온도는 약 2,000~2,500℃
냉각이 안 될 경우
철의 재 결정 온도는 700~900℃

재료의 성질이 달라져 쉽게 변형
윤활유의 점성이 작아짐
→ 마찰소손 발생

조기점화, 노크가 발생
→ 출력이 저하
과하게 냉각이 될 경우
열효율이 낮아짐
연료 소비량이 증가
연소가스로 인한 배기계통을 부식
# 냉각손실 33%
자연 순환식(natural water circulation system)
강제 순환식(forced water circulation system)
2. 공냉식 냉각장치
엔진을 직접 대기와 접촉시켜 열을 방산하는 형식
이동 시 유입되는 공기로 냉각시키는 자연 통풍식
냉각팬(Cooling Fan)이 있는 강제 통풍식
냉각휜을 설치하여 기관이 이동할 때 통과하는 공기로 냉각하는 방식
<장점>
구조가 간단함
기관의 중량이 가벼움
<단점>
냉각 효과 불균일
이동하지 않고 기관을 운전하면 변형이 생김
강제 통풍식
냉각 팬을 구동하려면 동력이 소모 되지만 냉각 효과가 좋음
냉각휜을 설치하고 냉각팬으로 강제 통풍하여 냉각시키는 기관
주로 소형 정치용 기관에 사용
도풍판을 설치하여 냉각 효과를 높이기도 함
3. 수냉식 냉각장치
냉각수를 사용하여 기관을 냉각하는 형식
냉각수를 대류에 의해 순환시키는 방식
고성능 기관에는 부적합
물의 대류현상으로 인해 냉각수가 순환하는 원리
워터펌프를 이용하여 강제로 순환시켜 냉각시키는 방식
<냉각장치 구성 및 원리>
물재킷(Water Jacket)
물펌프(Water Pump)
실린더 블록 및 헤드에 설치된 냉각수 통로
원심력에 의해 냉각수를 강제순환시키는 펌프
크랭크축 회전수의 1.2~1.6배
원심펌프동영상
라디에이터(Radiator)
공기와 접하고있어서 엔진에서 뜨거워진 냉각수를 통과시키며 냉각을 하는 장치
단위면적당 방열량이 커야 하며 냉각수 및 공기의 흐름저항이 적고 가볍고 견고해야함
라디에이터 캡(Radiator Cap)
압력밸브와 부압(진공)밸브가 이중으로 설치된 가압식 밸브
냉각장치내의 압력을 0.2 ~ 1.5kg/cm2 정도로 유지
냉각수가 110℃~120℃ 정도로 가압되면 압력밸브가 열리고 냉각수를 보조탱크로 배출 압력이 낮아지면 보조탱크로부터 보충
수온조절기(Thermostat)
엔진 내부의 냉각수 온도 변화에 따라 자동적으로 통로를 개폐하여 냉각수 온도를 알맞게 조절하는 장치
왼 쪽이 벨로즈형
오른쪽이 펠릿형
보조물탱크 (reserver tank)
냉각수가 수증기가 되어 대기로 빠져나가는 것을 막는 리저버탱크 역할과 부압(진공)밸브를 통해 냉각수를 보급해 주는 저장탱크 역할을 함
압력 순환식(pressure water circulation system)
냉각 장치의 회로를 밀폐하고 냉각수가 팽창할 때의 압력으로 냉각수를 가압하여 끓는점을 올려 비등에 의한 손실을 작게 하는 방식
라디에이터를 작게 할 수 있고, 엔진의 열효율도 좋음
밀봉 압력식(sealed pressure system)
냉각장치 내의 압력 조절은 라디에이터 캡에 설치되어 있는 밸브를 통해 자동 조절 됨
압력식 캡으로 라디에이터를 밀폐시켜서 온도 상승과 더불어 냉각수의 압력도 상승시켜 냉각수의 비등점을 올려 비등에 의한 손실을 줄임
규정 이상으로 압력이 상승되면 초과되는 냉각수를 오버플로 튜브를 통해 외부로 방출함
압력의 조절은 라디에이터 압력식 캡의 압력밸브로 하며 라디에이터의 크기를 줄일 수 있음
오버플로 튜브를 통해 배출된 냉각수를 수시로 보충해야함
그러나...
냉각수의 유출에 의한 손실이 작기 때문에 냉각수의 점검이나 보충을 하지 않아도 됨
압력 순환식과 작동은 같으나 압력 상승 때 배출되는 냉각수를 저장할 수 있도록 냉각수의 팽창과 맞먹는 크기의 냉각수 보조 물탱크를 설치하여 냉각수가 외부로 누출되지 않게함
라디에이터와의 압력차로 오버플로우 튜브를 통해 냉각수가 옮겨 다닐 수 있음
<수 냉각식 기관의 장 단점>
장점

1. 실린더 주위를 균일하게 냉각시켜 냉각효과가 좋음
2. 실린더 주위를 저온으로 유지시키므로 체적효율이 좋음
3. 고 압축비를 사용할 수 있으므로 열효율이 좋음
4.실린더 주위가 저온으로 유지되므로 윤활유 소비가 적음
5. 소음이 적음
단점

1. 실린더 주위가 저온으로 유지되므로 탄소 퇴적물이 쌓임
2. 보수 및 취급이 복잡함
4. 공냉식과 수냉식의 차이
아직 비행기는 공냉식 사용 중
지상에서 4,000m 이상의 대기권 온도


-30℃~-40℃
대기압에 의해서 찬 공기를 바로 유입
가벼워야하는 중량
한국의 연 평균기온
10∼15℃

여름 : 23∼26℃
4사이클의 대부분의 기관은 내부에 엔진이 배치
열효율이 높은 고열을 내는 기계
냉각장치는 온도에 민감
수냉식 냉각장치는 물로 하는 냉각
물은 냉각효과가 좋고 지상에 풍부하지만 빙점이 높음
겨울 철 문제점
특수 액체 냉각
냉각수 대신에 특수한 액체를 물에 혼합하여 냉각수로 사용
물은 0℃ 이면 고체가 됨
*동파 : 워터재킷의 균열
동파방지를 위해 빙점온도를 낮게 해야함
부동액으로 이용되는 물질
메탄올, 에탄올, 글리세린,
에틸렌글리콜

비등점을 높이는 효과와 빙점을 낮추는 효과가 있음

에틸렌글리콜 60% 혼합 시
빙점 -50℃, 비등점 115℃
5. 발전 중인 냉각장치와 앞으로의 방향
자동차의 엔진(내연기관)이 전동 모터로 전환된다면 냉각 펌프는 필요 없을까?
모터의 냉각을 위해서는 필요 하지 않지만 인버터와 배터리의 냉각을 위해 냉각펌프를 여전히 필요로함
가변 유량 전동 펌프
모터에 의해 속도가 제어 되고 필요한 시기에만 구동하는 것이 가능
자체 구동이므로 풀리나 구동 밸트가 없음
모터의 자석 부분이 냉각수 속에서 회전 하므로 특별히 실링 (Sealing)이 필요 하지 않음
토요타 프리우스에 장착 되어 있는 전동 냉각 펌프
밸트나 기어등 외부로 부터 회전력을 얻지 않으므로 장착 자유도가 매우 높음
출처
알기쉬운 내연기관, 김지문 강형수 조정권 공저 [오토테크]
최인정의 자동차 백과 http://dwcij.com.ne.kr/study/study_eng4-2.htm
myulzul님 블로그 http://myulzul.tistory.com
spicysoda님 블로그 게시글, 자동차 엔진 냉각 장치(Water Pump)
http://m.blog.daum.net/spicysoda/7767015

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