차 그리고 나 : 카즈앤미 (Since 1999 : www.carznme.com)

    수동변속기(Manual Transmission)의 기능과 구조
 
    일반적으로 자동차용 엔진은 그 회전방향이 정해져 있고, 또 실용 회전 영역에서 엔진에서 발생하는 토오크는 일정한 편이라고 할 수 있습니다.  이에 반하여, 차량의 주행조건은 정지에서 출발, 저속 주행에서 고속 주행, 또는 후진 등 광범위하게 변화하는 것이 일반적입니다. 그러므로, 각 주행 조건에 맞춰 엔진 성능이 충분히 발휘되도록 하기 위해서는 변속기를 사용해야 합니다. 변속기에 요구되는 기능은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
 (1) 변속되는 비율을 변화시킬 수 있어야 한다.
 (2) 후진을 위해서 회전방향을 반대로 할 수 있어야 한다.
 (3) 동력을 전달하지 않는 상태(중립 : Neutral)가 가능해야 한다.
   이와 같은 기능을 수동으로 조작할 수 있는 변속기를 수동변속기(Manual Transmission)라고 합니다.
      
   수동변속기의 구조를 살펴보면, 위 그림에서 볼 수 있듯이, 入力軸, 出力軸, 副軸(역회전축)의 3축과 조합을 통하여 정해진 변속비를 얻도록 하는 기어(Gear)들로 구성되어 있으나, 수동변속기는 차량의 구동방식이나 변속기 구조의 차이에 의해서 분류될 수 있습니다. 차량의 구동방식에 따라 분류하자면, 구동방식(FF/FR/MR방식 등)에 의한 탑재 위치의 서로 다름이나 동력분할 기능의 유무를 따지지 않더라도, FF방식에서 대표적인 入出力軸 平行型과 FR방식에서 대표적인 入出力軸 同心型으로 나눌 수 있습니다. 入出力軸 同心型에서는 종감속장치가 Gear Box내에 장착되는데, 따라서 동일 Box내에 변속기와 드라이브액슬이 한꺼번에 내장되는 특징을 가지므로 이를 Trans-Axle이라고 합니다.
   한편 기어들을 설계할 때에는 요구되는 내구수명을 만족시킬 수 있도록, 기어에 가해지는 부하(응력)와 사용 빈도(결합횟수)를 고려하여, 구동측과 피동측 기어가 동일한 수명을 가지게끔 설계합니다. 근래에는 수명 향상의 수단으로 기어에 쇼트피닝(shot peening : 피로강도를 증가시켜 제품의 파괴, 파손을 방지하고 피로수명을 연장하는 금속표면처리 방법)을 실시하는 경우도 있습니다.

    구동 방식과 그 특징
 
    FF방식, FR방식 등은 구동방식을 말하는 용어입니다. 차량의 사용 용도에 따라 여러 가지 구동 방식이 채용되고 있습니다. 엔진과 구동계의 배치에 따라, 차량의 동력성능, 실내 공간의 유용도, 조종안정성 등이 많이 달라지므로, 차량에 미치는 영향이 큽니다.

    동력전달장치의 역할과 기본 성능
 
    전 회에서 동력전달장치의 구성에 대해서 가난하게 살펴보았습니다. 이번 회에서는 이들 구성품들의 역할과 그 기본 성능에 대해서 알아봅니다.

    동력전달장치의 구성
 
    차량의 앞부분에 장착된 엔진에서 발생한 동력을 차량의 앞바퀴(前輪)에 전달하여 구동되는 방식인 前輪驅動(FF : Front Engine-Front Drive)방식에 관한 아래 그림을 통하여 동력전달장치의 구성을 살펴봅니다. 그림의 왼쪽 아래부분에 바퀴가 장착됩니다.
                 

    동력성능에 관계되는 용어의 설명
 
   차량에 있어서 주행에 필요한 성능에는 동력발생 및 전달장치와 관련된 동력성능이 있으며, 여기에는 축토오크, 최고속도, 가속성능, 구배성능, 연비성능 등이 있습니다. 이것들 중에서 정역학적으로 구할 수 있는 대표적인 동력성능으로는 최고속도성능과 최대등판능력이 있습니다. 따라서, 최고속도와 최대등판능력을 정적동력성능(靜的動力性能)이라고 합니다. 이와 반하여, 시간적 변화에 따르는 성능으로는 발진가속성능이나 추월가속성능 등이 있는데, 이것들을 정적동력성능에 대비하여 과도적(過渡的) 동력성능이라고 합니다. 아래 표에 주요한 동력성능 관련 용어들을 설명합니다.

    주행 저항(Running Resistance)
 
   자동차가 도로 위를 주행할 때, 자동차를 추진시키는 힘을 구동력이라고 하는 것에 반하여, 자동차의 주행을 방해하는 힘을 주행저항(Running resistance)이라고 합니다.
   변속기의 최고단을 사용하여 평탄한 도로를 주행할 때의 차속과 구동력 및 주행저항과의 관계를 아래 그림에 나타냅니다. 차속이 A일 때에는 구동력은 c이고 주행저항은 b로서, (c-b)만큼의 여유구동력이 있습니다. 이 여유구동력을 사용하여 차량을 더 가속시킬 수 있고, 결과적으로 d점에 도달할 수 있습니다. d점에서는 구동력과 주행저항이 같아서 여유구동력이 없으므로, 더 이상의 가속은 불가능합니다. 따라서, d점에서의 속도가 최고속도가 됩니다.
                   
  차량의 진행을 방해하는 주행저항은 그 발생 요인에 따라 다음 표와 같이 4가지로 구분할 수 있습니다. 이 4가지 저항을 모두 합한 것을 全走行抵抗이라고 합니다. 표의 수학적 표현에서 m은 차량의 질량, g는 중력가속도, Θ는 도로의 기울기, μ는 저항계수, 그리고 α는 가속도를 말합니다.

    토오크 특성의 변환
 
   자동차의 운동은 엔진에서 발생하는 구동력과 주행저항의 조합으로부터 얻어지는 것이다. 이때 주행저항은 자동차의 중량, 전면 투영 면적 등 기본 제원에 의해 영향을 받는다. 또, 자동차의 성능은 최고 속도, 최대 등판 능력과 같은 정적 동력성능과 발진 가속 성능, 추월 가속 성능 등과 같은 과도적 동력 성능으로 나누어 평가된다.
   자동차에서는 자동차의 속도가 낮을 때에는 구동력이 크고, 속도가 높을 때에는 구동력이 작아지는 특성이 바람직하다. 따라서 아래의 그림과 같은 토오크 특성이 적합하다.
                             
  따라서 이와는 다른 토오크 특성을 가지는 가솔린 엔진이나 디젤엔진에서는 토오크 특성을 단계적으로 증감시켜서 자동차의 구동력에 적절한 것으로 변환시키는 장치가 필요하고 이것이 바로 변속기이다.
  변속기를 통하여 변환된 토오크 특성을 아래 그림에 보인다.
                   
 이때 구동력(F)는 다음 식으로 표현된다.
   F = Te * FG * η / R
      Te : 엔진의 토오크
      FG : 총감속비
      η   : 구동계의 기계 효율
      R  : 타이어의 회전 반경
  타이어의 접지면까지 전달되는 구동력(F)와 자동차의 전체 주행저항(가속 저항은 제외)과의 차이가 자동차의 운동을 지배하는 힘이 된다.

    변속기의 필요성
 
   자동차는 엔진의 출력을 도로 노면에 작용시켜, 차량을 진행방향으로 이동시키는 구동력을 얻는다. 한계가 있는 엔진의 출력을 유효하게 활용하여 차량을 주행시키기 위해서는 엔진과 타이어 사이를 접속해주는 동력전달장치가 필요하게 된다. 사실 자동차에 있어 동력전달장치는 그 역할의 중요성에 비춰 결코 존재감이 부각되지는 않는다. 그렇지만, 가속, 등판주행 등 자동차에게 요구되는 기능을 수행할 수 있으려면 동력전달장치는 필수적인 것이 된다.
   자동차를 진행방향으로 이동시키는 구동력은 타이어로부터 도로의 노면에 작용되는 힘의 반작용력이다. 이 반작용력이 차체에 전달되어 차량의 추진력이 되는 것이다. 이때, 구동력은 차축에 작용하는 구동토오크를 타이어의 반경으로 나눈 값이 된다. 이런 구동토오크와 구동력의 변환관계를 아래 그림에 나타낸다.
                     
      차량이 정지 상태에서 일정 속도까지 속도가 증가하는 것을 발진가속이라고 하는데, 이처럼 차량의 속도가 증가되기 위해서는 구동력이 필요하다. 차량이 주행하는 동안에 운전자의 의지대로 구동이 되기 위해서는, 일정한 크기의 구동력이 계속적으로 요구되는 것이 아니고,상황에 따라 어떤 범위 내에서 변화되는 구동력이 필요하다. 하지만, 구동력은 앞에서 말한 바와 같이 구동토오크와 타이어의 반경의 곱으로 표현된다. 차량에서 타이어의 반경과 엔진에서 전달되는 구동토오크는 대개 일정하다. 따라서 엔진과 바퀴를 직결한 형태로는 구동력의 변화를 가져올 수 없다. 경우에 따라서는 엔진에서 발생한 토오크에 비해 10배 이상의 크기를 가지는 구동토오크가 필요하다. 이를 위해서는 회전수를 줄이고 대신 토오크를 증대하는 장치가 필요하게 된다. 이런 목적으로 사용되는 것이 변속기다.
    " 회전속도 X 토오크 = 일정"한 관계를 이용하여, 토오크의 증대가 필요할 때에는 회전수를 줄이는 대신 토오크를 증대시키고, 큰 회전속도가 요구될 때에는 토오크를 줄이는 대신 회전속도를 증대시키는 동력전달장치가 바로 변속기다.

    체적효율과 충전효율
 
   엔진의 출력을 증대시키기 위해서는 더 많은 공기가 연소실로 흡입될 수 있어야 합니다. 1차적으로 더 많은 공기가 흡입되어야, 이 흡입된 공기를 이용하여 더 많은 연료를 연소시킴으로써 더 큰 출력을 내는 것입니다.
   일반적인 방법으로 엔진에 더 많은 공기를 흡입시키는 것은 가속페달을 밟는 것입니다. 가속 페달을 밟으면 엔진으로 공기가 들어가는 통로를 더 많이 열리게 됩니다. 공기 통로의 면적을 변화시키는 것이 드로틀밸브인데, 그러므로 가속 페달과 드로틀 밸브가 액셀 와이어에 의해 연결되어 있습니다.
   연소실로 얼마만큼의 공기가 흡입되는가를 나타내는 것을 흡입효율이라고 합니다. 흡입효율에는 체적효율(Volumetric Efficiency)과 충전효율(Charging Efficiency), 2가지가 있습니다. 피스톤의 이동에 따라 실린더 내로 공기가 흡입될 때, 엔진의 구조상 형성되어 있는 실린더 체적에 비하여 얼마만큼의 공기가 흡입되었는가를 나타내는 것을 체적효율이라고 합니다. 즉, 체적효율 = (흡입공기체적/행정체적)입니다. 흡입된 공기가 실린더 내의 체적을 모두 채우면 체적효율은 100%가 됩니다.
   그러나, 일정 중량의 연료와 혼합되어 연소되는 공기는 일정 중량이 필요합니다. 공기의 체적은 온도나 기압에 따라 변화하므로, 온도나 압력에 아무런 조건이 없는 체적효율만으로는 흡입된 공기의 중량을 비교할 수 없습니다. 그러므로 온도와 압력이 일정한 조건하에 있을 때의 흡입 공기 체적으로 흡입효율을 나타내는 것이 필요합니다. 1기압,293K에서의 상태로 환산한 공기의 체적과 행정체적의 비를 충전효율이라고 합니다.  따라서, 체적효율이 100%라고 할지라도 충전효율은 100%가 되지 않을 수도 있으며, 1기압,293K에서는 체적효율과 충전효율이 같게 됩니다.
    체적효율과 충전효율에 영향을 주는 인자들에 대해서 살펴봅니다.

    열효율과 열정산(Heat Balance)
 
   엔진의 연소실 내에서 연료가 연소되고 그때 얻어지는 열에너지는 모두가 가용한 에너지로 사용될 수 없다. 실제 사이클은 이론 사이클과 차이가 있으며, 실제 사이클에서도 연소의 불완전성이나 냉각손실 등이 있고 또 엔진의 회전을 위해서 사용되어지는 에너지도 존재하게 된다. 그래서 연소에 의해 발생되는 열량과 엔진에서 얻어지는 일에 상당하는 열량의 비를 나타내는 열효율도 몇 가지로 구분되어진다. 엔진이 운전되는 상태에서의 압력과 체적의 관계를 표현하는 지압선도에서 얻어지는 효율을 도시열효율(Indicated Thermal Efficiency)이라고 하고, 여기에서 엔진의 회전에 수반되는 마찰마력의 손실을 제외한 일량의 효율을 제동열효율(Brake thermal Efficiency)이라고 한다. 이것은 최종적으로 엔진이 외부에 하게 되는 일의 양을 따지는 것으로, 우리가 엔진을 사용하여 얻게 되는 일은 바로 이 제동 열효율로써 계산되는 양이다. 또 제동열효율과 도시열효율의 비를 기계효율(Mechanical Efficiency)이라고 한다.
  가솔린 엔진의 경우에는 제동열효율이 28%인 반면에 디젤 엔진에서는 이보다 약간 더 높은 34%정도를 보이고 있다. 즉, 엔진에 공급되는 연료의 총 에너지 중에서 유효하게 이용할 수 있는 에너지는 가장 양호한 조건에서도 약 30%정도에 그치고, 나머지 70%정도는 이용하지 못하고 있는 것이다.
  그러면, 엔진에 공급된 연료의 총 에너지가 어떻게 배분되는가? 이 에너지가 어떻게 변환되고 분배되는가를 정리하는 것을 열정산(Heat Balance)이라고 한다. 일반적으로 연료에 의한 총 발생에너지는 다음과 같이 분배된다.

    실제 사이클 (Real Cycle)
 
   앞에서 언급했던 사이클들은 이론 공기 사이클로써 작동기체(Working Fluid)를 공기로 가정하였을 때의 이야기이다. 그러나, 실제의 엔진에서는 동력을 발생시키기 위해 공기와 연료의 혼합기를 작동기체로 사용하므로 이론 공기 사이클과는 다르다. 또한, 그 외에도 실제 사이클이 이론 사이클과 다른 점은 몇 가지가 더 있다. 이들 다른 점들은 모두 실제 사이클이 이론 공기 사이클에 비해 더 적은 일(Work)을 발생하게 한다. 아래 표에 실제 사이클이 이론 공기 사이클에 비해 다른 점들을 나열한다.

 엔진 사이클과 열효율
 
   엔진에서 동력을 발생시키기 위해 공기와 연료의 혼합기를 흡입하여 압축하고 연소시킨 후, 그 연소가스를 배출시키는 일련의 동작들을 반복하는데, 이들 작동들은 4행정기관에서는 흡입,압축,폭발,배기로 구성되어 있다고 앞에서 설명하였다. 이들 일련의 동작들이 반복되는 과정을 사이클(Cycle)이라고 한다.
   엔진이 실제의 사이클을 반복함에 있어서 연소실압력과 연소실체적의 변화(P-V선도),작동가스 등의 관점에서 가장 단순화 또는 이상화한 것을 이론공기사이클(Theoretical Air Cycle)이라고 한다. 이것은 작동가스로 표준상태의 공기로 하고, 흡배기과정을 고려하지 않는 밀폐사이클로 연소실 벽면을 통한 열손실을 무시한다는 가정을 설정하고 있다.
   엔진의 사이클을 P-V선도의 관점에서 단순화한 것으로는 아래와 같은 3가지 사이클이 대표적으로 다뤄지고 있다. 실제의 엔진 사이클은 다소 형태가 다르지만, 열효율 등에 미치는 영향인자를 보다 명료하게 하기 위하여 이상화한 것들이다.

    위 열효율 식에서
   ρ (폭발비) = 상사점에서 폭발 전,후의 압력비
   σ (체절비) = 상사점 후의 정압에서의 체적비
   ε (압축비) = 압축행정의 압축 전,후의 체적비
   κ (비열비) = 작동가스의 정압비열과 정적비열의 비

 대체연료 엔진 (3) - 수소
 
   수소(Hydrogen) 가스를 연소시키면 물만 생성되고, 일산화탄소나 이산화탄소, 그리고 미연탄화수소 등의 탄소화합물은 생성되지 않기 때문에 궁극적인 청정연료(Clean Energy)입니다. 단, 이론공연비 부근의 조건에서 연소시킬 경우에는, 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 질소산화물(NOx)을 생성합니다.
   수소가스의 연소에 있어서 또 다른 특징은 수소의 점화한계가 가솔린에 비해서 매우 넓어서 희박연소가 가능하다는 점입니다. 수소의 점화한계는 연료당량비로 0.14~2.5의 범위에 걸쳐 있는 반면에, 가솔린은 0.7~3.5의 범위에 걸쳐 있습니다.
   수소엔진의 연소방식으로는 주로 예혼합 불꽃점화 방식과 실린더 내 직접분사 방식이 있습니다. 예혼합 불꽃 점화 방식의 수소엔진은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

수소엔진에 관한 연구는 기초연구의 단계에 있습니다만, 실린더 내 직접 분사 방식을 포함한 연소방식에 대한 연구나 수소흡장금속(Hydrogen Storage Metal)을 이용한 수소 저장 시스템에 대한 연구도 계속적으로 진행되고 있습니다.

 대체연료 엔진 (2)
 
   1970년대의 제1,2차 오일쇼크를 거치면서 가장 먼저 주목을 받았던 석유 대체연료가 메틸 알코올이라고도 하는 메탄올(Methanol)입니다. 메탄올의 분자식은 CH₃OH로 질량의 50%가 산소입니다. 최근에는 연소 후에 이산화탄소의 배출이 가솔린에 비해 작다는 점에서 다시 주목을 받고 있으며, 연료전지(Fuel Cell)자동차의 연료 중의 하나로 연구되고 있습니다. 메탄올이 가지고 있는 자동차 연료로서의 장점에 대해서 살펴봅니다.

   메탄올엔진에는 두 종류가 있습니다. 흡기관에서 연료와 공기를 혼합시킨 후, 혼합기를 연소실에 공급하여 연소실에서 불꽃점화하는 오토(Otto)방식 엔진과 연소실 내로 연료를 분사하여 착화장치 등을 통해 착화 시키는 디젤(Diesel)방식 엔진이 있습니다만, 메탄올은 연료 특성상 옥탄가가 높고 세탄가는 낮기 때문에 Otto방식이 적합합니다. 단, 메탄올만으로 연료로 사용할 때에는, 메탄올의 증기압이 낮아서 온도가 낮을 때의 시동성이 좋지 않습니다.
   Otto방식의 엔진에 사용할 때, 저온상태에서의 시동성을 좋게 하기 위하여 증기압을 상승시킬 목적으로 가솔린과 혼합하여 사용하는 경우가 일반적입니다. 일반적으로 많이 사용하는 메탄올과 가솔린의 체적 혼합 비율이 메탄올 85% : 가솔린 15%인데, 이렇게 혼합된 연료를 M85라고 표현합니다. 메탄올의 옥탄가가 높아 압축비를 크게 할 수 있고, 또 메탄올의 기화 잠열이 커서 이에 의해 충진효율도 증대되므로, 최대출력이나 최고토오크를 가솔린엔진보다 더 높게 할 수 있는 가능성도 있습니다.
   Diesel방식의 엔진에서는 메탄올이 세탄가가 낮아서 자기착화성이 떨어지기 때문에 착화보조장치가 필요하며, 이때에는 100% 메탄올을 연료로 사용합니다. 경유 연료에 비해 Soot와 질소산화물의 배출이 적어 배출가스측면에서는 절대적으로 유리합니다.

 대체연료 엔진 (1)
 
   국제적인 유류가 인상이 전세계적인 경제 난국을 불러 일으켰던 오일쇼크가 있었던 시절에는 당장에라도 석유를 대체하는 연료를 개발해야 하는 것으로 조바심을 쳤던 기억이 날 것입니다. 1970년대, 그러니까 25년 전에는 석유를 채굴하여 사용할 수 기간이 향후 약 20년정도 된다고 했었습니다. 그후로 거의 30년이 지나갑니다만, 지금도 향후 20~30년은 계속해서 석유를 사용할 수 있을거라고 합니다. 그래서 오일쇼크가 위세를 떨쳤던 시절만은 못하지만, 지금은 환경적인 측면에서 대체연료가 거론되고 있습니다. 국내에서도 경유자동차의 입자상물질 배출을 줄이기 위해서 일부 상용차에나마 LPG자동차가 허용되었었고,도심에서의 오존저감을 위해 일부 시내 주행 버스의 연료를 CNG로 바꾸고 있습니다. 그만큼 환경문제가 중요한 이슈가 되었고, 이제는 환경이 경제를 이끌어 가는 인자의 하나로 확실하게 자리를 잡았다는 이야기입니다. 기술은 결국 경제의 흐름을 따라 발전하는 것입니다. 그런 의미에서 가솔린이나 경유가 아닌 대체연료로 작동하는 대체연료 엔진의 기술에 대해서 살펴봅니다.
   먼저 LPG엔진부터 시작합니다. LPG는 프로판과 부탄을 주성분으로 하고 있는데, 상온에서 5기압~10기압으로 압력을 가하면 액화되는 특성을 가지고 있습니다. 그런데, 부탄이 기화하는 온도가 프로판에 비하여 상대적으로 높기 때문에, 온도가 낮은 겨울철에는 프로판의 혼입비율이 높아집니다. LPG의 장점은
  (1) 유황분이 함유되어 있지 않기 때문에 엔진의 부식,마모가 적고, 배출가스 정화장치의 내구성이 길어집니다.
  (2) 엔진오일의 점도가 떨어지는 희석현상이 적게 일어납니다. 따라서 엔진오일의 교환주기를 더 길게 잡을 수 있습니다.
  (3) 가솔린보다 옥탄가가 높아 엔진의 압축비를 높일 수 있고, 더 높은 압축비에서도 노킹 발생의 염려가 적습니다.

   LPG를 전용연료로 사용하는 엔진은 한국과 일본에서 주로 영업용 택시로 사용되고 있습니다. 현재까지 주로 사용되고 있는 엔진의 연소방식은 기화기를 통한 예혼합기 연소방식이며, 유럽을 중심으로 일부 분사방식을 통한 예혼합기 연소를 연구,개발 중에 있습니다.
   엔진제어측면에서 아직 가솔린엔진에 뒤떨어져 있기 때문에 엔진의 성능이나 연료소모에 있어서 개선할 점이 있으며, 경유자동차에 비해서 배출가스측면에서 유리하기 때문에 디젤엔진에서의 적용이 연구되고 있습니다.

냉각수온의 결정
 
   엔진의 정상적인 작동을 보장하기 위해서는 엔진의 냉각수통로(Water Jacket)뿐만 아니라 냉각팬이나 라디에이터와 같은 냉각계의 부품도 적절하게 선택되어져야 합니다. 자동차의 냉각계를 설계할 때에는 유지되어야 하는 냉각수온을 지표로 하여, 가장 가혹한 환경조건하에서도 엔진의 과열(Over-heat)이 발생되지 않도록 설계해야 할 필요가 있습니다.    이를 위해서는 엔진의 작동조건에서의 열발생량, 그 경우에 필요한 라디에이터의 열교환량, 순환하고 있는 냉각수량, 라디에이터 그릴 등을 통한 냉각풍량 등을 결정하는 데에 있어 세심한 주의가 필요합니다. 여기에서 '유지되어야 하는 냉각수온'이란 엔진의 원활한 작동에 필요한 냉각수온을 말합니다. 냉각수온이 너무 낮으면, 엔진의 출력이 감소하고 연료의 소모도 많아지며, 반대로 냉각수온이 높으면 노킹과 같은 이상연소가 발생할 가능성이 많아질 뿐만 아니라 연료의 공급이 원활하지 못하는 등의 문제가 발생할 수도 있습니다.
   차량이 어떤 속도로 주행하게 되면 그때 요구되는 엔진의 출력과 엔진회전수에 따라 엔진의 열발생량이 달라집니다. 엔진이 적정한 상태에서 운전되기 위해서는 어느 정도의 열발생량을 냉각을 통하여 외부로 방출해야 하는데, 이때 필요한 열방출량은 열발생량과 마찬가지로 엔진의 고유특성에 해당합니다. 요구되는 열방출량만큼을 처리하는 것이 라디에이터입니다. 라디에이터는 열교환기의 일종입니다.
   라디에이터의 열교환특성은 냉각수의 순환유량, 냉각풍량, 그리고 라디에이터 입구부의 냉각수온과 공기 온도의 차이가 얼마인가에 따라 달라집니다. 냉각수의 순환유량은 엔진에 내재되어 있는 냉각수펌프의 특성으로 결정되므로 결국 엔진회전수에 의해 영향을 받습니다. 냉각풍량은 냉각팬과 주행풍에 의해 결정됩니다. 주행풍이란 자동차가 주행함에 따라 라디에이터그릴, 범퍼의 공기통로 등을 통해 유입되어서 라디에이터를 통과하게 되는 공기의 흐름을 말합니다.
   냉각수의 순환유량이 많을수록, 또 냉각풍량이 많을수록, 그리고 라디에이터에 유입되는 냉각수온의 온도와 외부 공기의 온도와의 차이가 클수록 라디에이터에서의 열교환량이 많아집니다. 따라서 라디에이터그릴부에 장식물을 장착하여 통풍면적을 줄이는 일은, 필요한 만큼의 냉각이 일어나지 못하게 하여 엔진의 냉각수온을 높게 하고 결과적으로 엔진에 무리를 줄 수도 있으므로 삼가야 합니다.
   한편 라디에이터의 구조나 재질이 동일하다면 라디에이터의 통풍면적이 넓은 것이 열교환에 유리하나, 열교환량을 증대시키기 위해 라디에이터의 통풍면적을 넓히는 것은 차체설계상 불가능한 경우가 많기 때문에 보다 더 열을 잘 전달하는 재질로 변경하는 방법으로 열교환량을 증대시킵니다.

엔진의 열손실(Heat Loss)
 

    연료의 연소에 의해서 얻어지는 에너지는 자동차의 주행에 필요한 구동력으로 일부 사용되고 그 나머지는 여러 가지 형태로 손실됩니다. 에너지의 손실은 크게 나누어 배기손실, 냉각손실, 그리고 마찰손실로 나눌 수 있습니다. 연료의 연소에 의해서 얻어지는 에너지를 소비형태에 따라서 분류하는 것을 아래 표에 나타냅니다.

   엔진의 종류, 운전시의 부하조건, 주행속도 등에 따라 각 손실들이 차지하는 비율은 다르게 나타납니다만, 이들 중에서 손실의 많은 부분을 차지하는 것은 배기손실과 냉각손실이어서 열손실을 그 크기로만 구분하면 배기손실과 냉각손실로 나눌 수 있습니다.
   냉각손실의 대부분은 냉각수를 매개로 하여 라디에이터(radiator)에서 방열됩니다. 냉각계는 기본적으로 엔진의 냉각수 통로부분, 엔진의 냉각수펌프, 라디에이터의 3요소로 구성되어 있습니다. 이것들에 더하여 엔진의 과냉각을 방지하거나 조기 난기(fast Warm-up)를 돕기 위하여 써모스탯(Thermostat)가 엔진과 라디에이터 사이에 위치하고 있습니다. 냉각수의 온도가 낮을 경우, 냉각수는 라디에이터까지 순환되지 않고 엔진 내부만을 순환하여 짧은 시간 안에 냉각수의 온도를 옾이게 되는데, 이렇게 냉각수가 엔진 내부에서만 순환되도록 냉각수의 통로를 형성시키는 것이 써모스탯입니다. 차량 실내를 난방하는 데에 사용되는 히터(Heater)도 냉각수의 순환계에 연결되어 있습니다.

   엔진의 연소실에서 연료가 연소된 연소가스는 높은 압력으로 구동력을 생산해내지만, 연소가스가 가지고 있는 높은 온도는 대부분이 배기가스에 남아 있게 되므로, 배기가스의 배출은 그대로 열손실(Heat Loss)과 직결됩니다.