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Published on June 26, 2020 / Erik Mclean

 

 

내연기관 자동차의 엔진 냉각 시스템

 내연기관 자동차의 경우 시동을 거는 순간 엔진 내부의 실린더에서 폭발을 일으키며 엔진 전체에 열이 발생하기 시작한다. 때문에 전기차와는 다르게 가열 시스템이 별도로 필요하지 않으며 대략적인 시스템은 다음과 같다.

 

내연기관 자동차의 냉각 시스템
Cooling System for internal Combustion engine vehicle
내연기관 자동차의 냉각 시스템

 

 내연기관 자동차의 냉각 시스템은 엔진 동력을 이용해 작동하는 워터펌프(Water Pump)를 통해 냉각수를 순환시키는데, 간단하게 엔진 실린더 주위의 워터 재킷(Water Jacket)을 통해 뜨거워진 냉각수를 얇은 금속판이 촘촘하게 배치된 라디에이터(Radiator)로 흘려보냄으로써 주행풍이나 냉각 팬(정차 중일 때)을 이용해 냉각수를 식혀준 후 다시 엔진 워터 재킷으로 흘러가는 원리이다.

 

Four Stroke Engine Diagram
Four Stroke Engine Diagram


 하지만 엔진 역시 적정 온도(80℃) 보다 낮으면 연료가 잘 기화되지 않아 연료 분사량이 많아지면서 연비가 떨어지는 등의 문제가 발생하기 때문에 워터펌프와 라디에이터 사이에 써모스탯(Thermostat)을 배치해 고온일 경우에는 냉각수가 순환할 수 있도록 해주고 저온일 경우에는 바이패스 경로를 통해 다시 워터 재킷으로 흘러들어 갈 수 있게 해 준다.

 

Automobile Thermostat
Automobile Thermostat


 또한 가솔린을 연료로 하는 자동차의 경우 엔진에서 발생하는 열을 머금은 냉각수 일부는 히터 코어(Heater Core)로 이동해 차량 내부로 뜨거운 바람을 보내주는 히터 역할도 병행하고 있다. 디젤, 하이브리드, 전기차의 경우는 엔진 열이 빠르게 오르지 않기 때문에 전기적으로 작동하는 PTC Heater(Positive Temperature Coefficient Heater)를 통해 뜨거운 바람을 차량 내부로 전달한다.

 

 

내연기관 자동차의 에어컨 시스템

 앞서 설명한 엔진의 냉각 시스템은 단순히 엔진 냉각뿐만 아니라 가솔린 자동차의 히터 기능까지 포함하고 있다. 때문에 전기자동차와는 달리 내연기관 자동차에서의 히터 기능은 엔진에서 발생하는 열로 작동되기 때문에 연비에 큰 영향을 주지 않는다. 하지만 반대로 에어컨의 경우는 가정에서 사용하는 에어컨, 냉장고의 원리와 비슷한 형태로 작동되기 때문에 압축기의 구동을 위한 엔진의 부하로 자동차의 성능에 영향을 주게 된다.

 

내연기관 자동차의 에어컨 시스템
air conditioner FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE VEHICLE
내연기관 자동차의 에어컨 시스템

 

 냉동 사이클과 마찬가지로 자동차 라디에이터 전면에 설치된 응축기(Condenser)를 통해 압축기(Compressor)로부터 받은 고온/고압의 기체를 주행풍이나 냉각 팬으로 열을 방출, 중저온/고압 액체로 변화시킨다. 이후  전달된 냉매의 이물질, 수분을 걸러주는 드라이어(Drier)를 거쳐 팽창 밸브(Expansion Valve)로 이동되며 압력을 급감, 분사시켜 저온/저압의 액체를 증발기(Evaporator)로 전달해준다. 증발기로 전달된 저온/저압 액체는 Blower를 통해 실내의 더운 공기를 끌어들여 증발기의 코일을 지나게 함으로써 차가운 공기로 변환, 차량 내부로 전달하게 된다.

 

Cair conditioner & OOLING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE VEHICLE
내연기관 자동차의 엔진 냉각 시스템과 에어컨 시스템

 

 이렇듯 에어컨은 앞서 설명한 자동차의 엔진 냉각, 히터 시스템과 별개로 작동되며, 에어컨의 압축기를 작동시키기 위해 엔진에 과부하가 걸리면서 연료 소비효율, 동력, 제동 성능이 저하되는 현상이 발생한다.

 최근에는 이러한 문제점을 개선하기 위해 ECU(Engine Control Unit)가 측정하는 가속 페달, 차의 속도, 엔진 회전수 등의 기본 정보를 바탕으로 운전자의 운전 패턴, 탑승객의 상황, 열 부하 등을 공조 컨트롤러에서 종합적으로 계산해 압축기의 작동량을 능동적으로 제어하는 스마트 로직이 개발되기도 했다.

 

 


 


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