디젤 엔진 냉각장치

디젤 엔진 냉각장치

 

디젤엔진의 냉각장치는 엔진 각부의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 적정의 온도로 유지시키는 것을 목적으로 하는 것으로 통상 수냉식의 강제 순환방식이 채용되고 있다. 냉각장치는 라디에이터, 워터펌프, 서모스탯 및 서브탱크로 구성되어 있다. 워터펌프를 통해 보내지는 냉각수는 워터재킷 내를 순환하여 엔진의 각부를 냉각하고 서모스탯으로 유도된다. 서모스탯에 유도된 냉각수는 냉각수의 온도가 높을 때에는 서모스탯을 열어서 라디에이터로 순환, 냉각된다. 그러나 온도가 낮을 경우는 직접 워터펌프로 보내져서 다시 엔진의 각부를 순환, 냉각하게 된다. 대형 디젤엔진의 경우는 냉각수의 순환량이 많아지므로 서모스탯 밸브의 열리는 온도를 여러 단계로 나누어서 냉각수로의 통과면적이 서서히 변화되도록 하여 급격한 온도저하나 수압의 변화가 완화되도록 된 것도 있다.

 

구조 및 기능

워터 펌프 – 워터펌프는 냉각수를 강제적으로 순환시키기 위한 펌프로 일반적으로 원심식의 베인 펌프가 사용되고 통상 엔진의 앞부분에 부착되어 있다. 펌프의 구동방식은 크랭크샤프트 기어에 의한 기어 구동식과 벨트 구동식이 있다.

1) 기어구동식 – 기어구동식 워터펌프는 일부 대형차에 사용되고 있고 이 방식의 워터펌프는 타이밍기어 케이스의 후면에 부착되어 있어서 구동은 크랭크샤프트 기어에서 아이들기어등을 거쳐서 펌프샤프트를 구동하는 구동기어의 순으로 회전이 된다. 구동기어의 반대쪽에는 베이식의 임펠러가 부착되어 있어서 임펠러가 회전하게 되면 원심력에 의해 바깥둘레로 냉각수가 송출되면서 오일쿨러, 워터 재킷, 라디에이어의 순으로 냉각수가 압송되어 다시 워터 펌프로 유입되면서 순환이 계속된다.

2) 벨트구동식 – 벨트구동식 워터펌프는 펌프바디, 임펠러, 베어링 실 유닛 및 풀리 등으로 구성되어 있다. 베어링에는 단렬 볼베어링이 2-3개 사용되고 있는 것과 복력 일체형의 베어링을 1개 사용하고 있는 것이 있으며 용량이 큰 펌프에는 펌프 샤프트를 길게 하여 단렬의 볼베어링 2개를 사용하는 방식의 것이 많다. 그리고 펌프샤프트를 지지하는 베어링은 엔진 오일에 의해 윤활되고 있는 것이 있다.

라디에이터 및 라디에이터 캡 – 라디에이터는 엔진을 냉각하여 고온으로 된 냉각수를 방열에 의해 냉각시키는 것으로 통상 골게이트핀식이 사용되고 있다. 그리고 라디에어터를 항상 만수의 상태로 유지시키기 위해 서브탱크가 부착되어 있다. 대형차에는 라디에이터의 상부에 가압식 라디에이터 캡을 부착한 서브탱크를 마련, 냉각계통의 공기 뽑기 및 냉각수의 팽창분의 흡수를 도모하고, 또한 흡입측의 압력저하에 의한 장해를 방지하고 있다. 라디에이터 캡에는 가솔린 엔진의 경우 프레셔형이 사용되며 냉각계통을 가압하여 50-100kpa의 압력을 가한다. 이것은 냉각효율을 높임과 함께 냉각수가 냉각되었을 때 라디에이터 내가 부압으로 되는 것을 방지 한다. 라디에이터 캡에 따라서는 감압레버 붙이의 것도 있으며 감압레버는 라디에이터 내의 압력을 저하시키는 것을 목적으로 하고 있다. 이 레버는 라디에이터 캡을 열 때 처음부터 레버를 그림과 같이 세우면 라디에이터 내의 압력이 낮아져서 캡을 안전하게 열 수 있다.

 

서모스탯 – 서모스탯은 냉각수를 빠르게 적정 온도로 높이고, 또한 엔진의 난기 수는 동일의 온도로 유지시키기 위한 역할을 하는 것이다. 통상 냉각수의 순환통로에 소형 엔진의 경우는 가솔린엔진에 사용되고 있는 구조의 것이 부착된다. 대형엔진의 경우는 서모스탯이 2개인 2열 서모스탯형도 있다. 2열 서모스탯은 2개 가운데에서 1개의 밸브열림온도가 가장 낮고 다른 것은 약간 높은 온도에서 밸브가 열리도록 되어 있다. 밸브의 열림온도에 차이를 두는 것은 밸브가 단계적으로 열리게 되면서 냉각수로에 급격한 수압이나 온도의 변화를 주지 않기 위해서이다. 그리고 냉각수의 온도가 낮을 경우에는 표준형의 서모스탯과 같이 냉각수는 바이패스통로를 거쳐서 순환하게 된다. 그러나 냉각수의 온도가 높을 때에는 서모스탯이 열리면 팰릿의 아래쪽에 마련된 바이패스 밸브로 바이패스 통로를 닫아서 냉각수의 모두를 라디에이터를 통과하도록 하기 때문에 표준의 서모스탯에 비해 냉각효과가 좋다. 서모스탯은 통상 엔진의 출구쪽 냉각수 통로에 부착되는 출구 제어식이 많이 사용되고 있으나 워터펌프 입구쪽의 냉각수 통로에 부착, 수온을 제어하는 입구제어식의 것도 있다.

1) 출구제어식 – 출구제어식의 경우 서모스탯이 밸브의 열림온도에 도달하면 라디에이터로부터 냉각수가 엔진쪽으로 유입되면서 실린더 블록 및 실린더 헤드의 워터 재킷을 순환한다. 서모스탯에 도달한 시점에서의 냉각수 온도를 서모스탯이 검지하고 작동하게 되어 있어서 유량 조정 후의 응답지연이 있고 이로 인한 수온의 변동이 있게 된다. 따라서, 처음부터 서모스탯의 밸브열림온도를 입구제어식에 비해 5-7°C정도 높게 설정하여 둔다.

2) 입구제어식 – 입구제어식의 경우는 엔진을 순환하고 있는 냉각수의 온도가 낮을 때에는 서모스탯이 닫혀져 있어서 냉각수는 바이패스 통로를 통해 워터펌프쪽으로 흡입, 엔진 내를 순환한다. 엔진 내를 순환하고 있는 냉각수의 온도가 점차 높아져서 서모스탯의 밸브열림온도에 달하면 서서히 서모스탯의 밸브가 열려서 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 엔진쪽으로 유입된다. 따라서 입구제어식은 엔진으로 유입되는 냉각수의 온도를 서모스탯이 감지하여 작동하게 되어서 응답지연이 없고, 또한 수압의 영향도 받지 않으므로 수온의 변동이 적다.

서모스탯

 

냉각 팬 및 팬클러치

냉각 팬은 라디에이터 쪽에서 냉각공기를 흡입, 라디에이터 내의 냉각수를 냉각하는 역할을 하는 것으로 통상 합성수지로 된 것이 많이 사용되고 있다. 팬의 구동은 엔진의 동력에 의해 구동벨트로 실현 되는 것과 축전지를 전원으로 하는 모터에 의해 실현 되는 것이 있다. 라디에이터의 냉각능력은 비교적 여유가 있어서 팬 구동손실의 저감, 엔진이 적정온도에 달할 때 까지의 난기시작능 단축, 팬을 필요로 하지 않을 때의 소음 저감등을 목적으로 팬 클러치가 사용된다.

팬 클러치에는 오일의 점성을 이용하는 점성식, 전기적으로 팬의 회전속도를 제어하는 전자코일식 등이 있다.

 

냉각액

냉각액(coolant)은 냉각매체의 동결방지와 냉각계 금속부품의 부식 방지를 목적으로 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 주성분으로 하고 방청첨가제를 가한 것이 사용된다. 자동차용 냉각액의 성능은 KS로 규정되어 있고 현재 사용되는 것은 연간을 통해 사용 될 수 있는 LLC(Long Life Coolant)가 주류를 이루고 있다.