지난 번에 엔진 과열 현상을 겪고 나서 원인을 찾아보니, 써모스탯을 빼 놓은 것이 발견되었고, 일반적으로 알고 있는 상식과 달리 내 CB400의 냉각회로는 써모스탯을 제거하면 오히려 과열되는 구조를 가지고 있었다.
( https://leonardkims.blogspot.com/2019/07/a-engine-cooling-circuit-before-opening.html )
이에 대한 내용을 정리하여 카페에 올렸는데, 써모스탯을 빼면 과냉이 문제이지 과열될 수 없다는 의견이 많이 있었다.
분명 그리 배웠거나, 본인들이 직접 겪었기때문에 하는 말일 것이므로 그 또한 그렇게 말하는 이유가 있을 것이다.
그래서 여기 저기 자료를 찾아봤다.
아~ 대충 알 것 같다.
차량마다 다를 소지가 있었다.
즉 어떤 차량은 서모스탯을 빼면 과냉될 수도 있고, 어떤 차량은 오히려 오버히트가 될 수가 있었다.
냉각 시스템을 어떻게 설계했느냐에 따라 결정되고, 차량 상태에 따라 결정된다.
외국 친구들도 이 주제에 대해서는 근거 없는 믿음(myth)이니 어쩌고 저쩌고 내가 맞니 니가 맞니 이러고 있는데, 가만 살펴보면 서모스탯 빼내면 오버 쿨링된다는 사람들은 남에게 들은 것이나 혹은 인터넷에서 본 것으로만 이야기 하는 사람들이 많고, 서모스탯 빼면 오히려 과열된다고 하는 사람들은 실제 그렇게 해 본 사람들이 많았다.
어떤 사람의 경우는 자기가 차 몇대를 서모스탯 제거하고 타봤는데 모두 과열되더라 하고 말하는 사람도 있었다.
https://www.garagejournal.com/forum/showthread.php?t=32411
https://forum.ih8mud.com/threads/will-a-car-run-hotter-without-a-thermostat.168042/
https://www.onallcylinders.com/2016/07/21/9-cooling-system-myths-and-mistakes-and-why-to-avoid-them/
모두들 서모스탯 제거하지 말라고는 하지만, 대부분 그 이유가 과열 때문이 아니라 과냉에 의한 연소 비효율이라고 말하고 있다.
일부만이 과열되므로 제거하지 말라고 한다.
그마저도 과열되는 이유가, 서모스탯을 빼내면 물의 길을 어느 정도 막아서 저항을 주고 있는 저항체가 빠져나가서 물의 흐름이 과하게 빨라지므로 냉각수가 라디에이터에서 열교환이 될 시간이 없이 빨리 라디에이터를 지나가 버리므로 냉각이 안되어서 이 냉각 안 된 물이 엔진으로 다시 공급되니 과열된다고 설명하고 있다.
외국인들도 마찬가지다.
자기가 모르는 것은, 아는 한도내에서 추측을 할 수 밖에 없다.
그러나 이 무슨 말도 안되는 소리를...
한계 값은 있지만, 대체로 유체가 벽면을 통과하는 속도가 빠르면 빠를수록 벽면을 통과하여 반대 쪽으로 전달하는 열량은 많아진다.
대류 열전달 방정식은
Q = h x A x dT ( 대류 열전달 계수, 표면적, 온도차 )
여기서 대류 열전달 계수는 보통 실험적으로 구해지지만, 몇 가지 특징이 있다.
유속이 빨라지면 h 값이 올라간다.
즉, 위 식에서 같은 차량이라면 동일한 라디에이터 표면적일 것이고, 외기 온도가 동일하고 엔진에서 라디에이터로 유입되는 냉각수 온도가 동일한 조건에서는, h 값이 커지면 냉각수에서 더 많은 열이 라디에이터로 방열되는데, 이 h 값은 유속이 빨라지면 커지기 때문에, 비례적으로는 아니더라도 유속이 빨라지면 방열이 더 잘 된다.
물론 정말로 엄청난 속도로 물이 라디에이터를 통과한다면 h 값이 줄어들 수도 있겠으나 그게 얼마나 큰 속도일까?
공기를 예를 들면 유속이 빠를수록 냉각이 잘되다가 특정 속도를 넘어가면 공기와의 마찰열이 더 크게 문제가 된다. 초음속 정도???
워터펌프가 그렇게 빨리 물을 흘릴 수 있나?
그 전에 호스류가 압력에 다 터져나갈 것이다.
암튼 그런 이유로, 열이 빠져나갈만큼 정체가 안되서 과열이 된다는 말은 잘못된 믿음이다.
뭐 그건 그렇게 생각할 수 있다고 치고, 암튼 그런 카더라 추리들이 우리나라 뿐 아니고 외국에서도 난무하고 있었다.
그러나, 내가 생각하는 서모셋트를 빼면 과열되는 원인은 그게 아니다.
먼저 CB400의 냉각 구조를 보자.
대부분의 차량이 비슷한 구조지만 세부적으로는 틀린 것 같다. 특히 리턴 라인의 위치가 핵심이지 않을까 생각해본다.
이것은 시동 직 후 냉간 시이다.
써모스탯이 닫혀 있다.
엔진에서 나온 냉각수가 서모스탯 하우징에서 아래에 마련된 구멍을 나와서 워터펌프로 들어가고 다시 엔진으로 공급되므로 라디에이터를 안 거친다.
이 원리로 엔진 온도를 빠르게 올린다.
그러다가 서모스탯이 열리는 온도인 82도에 도달하면 서모스탯이 열린다.
온도에 맞춰서 서서히 더 열리는 구조이다.
엔진에서 나온 물이 이제 뜨거워져서 그 온도에 의해 서모스탯 스프링이 축소된다.
(왁스가 팽창하여 밸브를 끌어 내린다. 아래 그림)
밸브를 열리는 동시에 아래 부분의 마개가 내려가서 냉간 시에 워터펌프로 공급되던 냉각수 구멍을 막는다.
이러면 엔진에서 나온 물이 서모스탯을 통과하여 라디에이터를 거쳐서 방열되고 워터펌프로 들어가서 엔진이 냉각된다.
문제는 이번 이슈인데, 서모스탯을 저 상태에서 제거하면 어떻게 물이 흐를까 생각해보자.
엔진에서 나온 뜨거운 물이 일부는 라디에이터로 흘러가고 일부는 냉각되지 않은 채 바로 워터펌프를 거쳐 다시 엔진으로 유입된다.
즉, 냉각 기능에 문제가 생기는 것이다.
여기서 중요한 점.
왜 누구는 서모스탯을 빼면 냉각이 더 잘될까?
그런 사례 때문에 많은 사람들이 서모스탯을 빼고 다니는데?
모든 사례를 알 수는 없지만 한 가지 추측은 할 수 있다.
위 엔진이 정상 온도 올라간 후의 그림에서 보았을 때, 만약 엔진에서 나온 냉각수가 충분히 뜨거워져서, 서모스탯이 완전히 열려서 아래 리턴 구멍을 막아야 하는 온도까지 올라갔는데 이물질 고착 등의 이유로 서모스탯이 완전히 열리지 않아서 라디에이터로 가는 구멍도 덜 열리고, 리턴 구멍도 덜 닫히는 상태의 엔진이라면?
이런 사람들은 서모스탯을 제거하면 리턴되는 뜨거운 물은 어차피 서모스탯이 고장나 있을 때도 있었을 것이지만, 라디에이터로 공급되는 물이 늘어나기 때문에 냉각이 더 잘될 것이다.
그래서 저 윗 글들 보면 전제 조건을 단다.
라디에이터가 막힘이나 터짐이 없고, 유로도 정상적이며 서모스탯도 정상인 조건에서 서모스탯을 빼면 과열되는 차량이 있다.
이렇게 말을 하고 있으며 위 예와 마찬가지로 이 가정을 하지 않으면 원인이 뒤섞여서 오판을 할 수가 있고 이런 오판에 의한 경험을 한 사람들이 서로의 경험을 공유하면서 서모스탯을 빼내면 과냉이 문제지 과열 현상은 잡을 수 있다고 믿게된 것이다.
또한, 차량 구조에서 냉각수 리턴 라인이 라디에이터로 가는 구멍과 비슷한 높이에 있다면 하부에 있는 경우보다 리턴으로 가는 물 양이 적을 것이다.
그러면 과열될 확률은 줄어들 것이다.
그리고 약간 다른 경우인데, 냉각을 잘 되게 하기 위해서 일부러 서모스탯을 빼는 경우도 있다. 경주 용 차 등이다. 이런 차량은 과냉 걱정보다는 과열을 막아야 하므로 서모스탯을 뺀다.
앗! 서모스탯을 빼면 엔진이 과열된다며???
이런 차량들은 그래서, 서모스탯 하우징의 냉간 시 냉각수가 리턴되는 구멍을 thermostat restrictor plate 이라는 것으로 막고 사용하더라.
즉, 냉각수를 많이 흘리기 위해서 서모스탯을 빼는데, 이것을 빼면 리턴 구멍을 막아주는 기능도 상실하기 때문에, 뜨거운 냉각수가 엔진으로 유입되므로 그 구멍만 thermostat restrictor plate로 막고, 라디에이터로 가는 구멍은 서모스탯을 제거해서 활짝 열어주는 것이다.
아예 리턴 구멍을 막는 플레이트도 있고, 구멍 크기를 조절해서 리턴되는 양을 조절하는 경우도 있고.
이 그림의 설명을 보면 이것을 bypass plate 라고 말하고 있는데, 여기 뚫려 있는 구멍의 크기를 조절해서 리턴 냉각수(여기서는 바이패스라고 표현되어 있음)의 양을 조절하고, 이것을 아예 제거하면 너무 많은 물이 라디에이터를 거치지 않고 바이패스하여 (엔진으로 유입되므로) 오버히팅을 한다고 되어 있다.
일반 차량은 저렇게 일일이 리턴 수량을 바이패스 플레이트의 구멍 크기를 변경하여 조절하지않고, 그 역할을 서모스탯 하부의 황동 마개가 하고 있는 것이다.
내가 설명하려는 취지가 바로 이 그림 한 장에 설명되어 있다.
서모스탯을 제거하면 저 설명에서처럼, 라디에이터를 거치지 않는 바이패스 냉각수 유량을 늘리는 상황이 되어서 엔진을 오버히팅 시키는 것이다.
즉, 이렇게 차량 별로, 케바케로 차이가 있을 수도 있어서 모두들 헷갈리고 있는 것으로 보인다.
써모스탯을 빼내면 엔진이 과냉될까? 과열될까? 이 질문의 결론,
1. 케바케다. 차량 상태에 따라 냉각 시스템 구조에 따라 다를 수 있다.
2. 하지만 많은 차량에서 과냉보다 과열이 더 문제가 될 것이다. thermostat restrictor plate을 사용하지 않고 단순히 서모스탯을 빼내기만 한다면.
특히 서모스탯 하우징이 워터펌프와 엔진보다 윗 쪽에 있고, 리턴 구멍이 하우징의 아래 부분에 위치한 차량은 서모스탯이 없으면 중력에 의해 리턴되는 양이, 리턴 구멍이 하우징 상단에 있는 차량보다 많아서, 엔진이 과열될 확률이 높을 것이다.
(내 차량인 CB400의 경우)
3. 과냉에 의해 헤드 변형이 올 것인가? 이것도 케바케다.
내 CB400의 경우는 서모스탯을 빼면 온수가 다시 엔진으로 유입되는 구조이므로 겨울에도 서모스탯을 뺀다고 엔진이 과냉되는 일은 없을 것이다.
실제로 난 전 주인 중 누군가가 서모스탯을 빼 놓았다는 것을 모른 채 겨울, 봄, 가을의 추위를 겪으면서 1만5천 킬로를 타고 엔진 헤드를 자가 정비했었는데, 변형 일어난 것은 못 느꼈고, 성공적으로 헤드 정비를 마치고 지금 다시 타고 다니고 있다.
*** 진짜 결론 : 엔진 냉각을 돕겠다고 서모스탯을 빼지 말자. 냉각 계통에 문제가 없던 차량이라면 더 과열되는 차량이 대부분일 것이다. ***
Leonard.
