Koska polttomoottoreiden lämpöhyötysuhde kasvaa sisäisen lämpötilan myötä, jäähdytysneste pidetään ilmakehän paineita korkeammassa paineessa sen kiehumispisteen nostamiseksi. Kalibroitu paineenalennusventtiili on yleensä sisällytetty jäähdyttimen täyttökorkkuun. Tämä paine vaihtelee mallien välillä, mutta vaihtelee tyypillisesti välillä 4–30 psi (30–200 kPa).[4]
Kun jäähdytysjärjestelmän paine kasvaa lämpötilan noustessa, se saavuttaa pisteen, jossa paineenalennusventtiili päästää ylipaineen poistumaan. Tämä pysähtyy, kun järjestelmän lämpötila lakkaa nousemasta. Ylitäytetyn jäähdyttimen (tai jakosäiliön) tapauksessa paine poistetaan antamalla vähän nestettä poistua. Tämä voi yksinkertaisesti valua maahan tai kerätä tuuletettuun säiliöön, joka pysyy ilmakehän paineessa. Kun moottori sammutetaan, jäähdytysjärjestelmä jäähtyy ja nestetaso laskee. Joissakin tapauksissa, joissa ylimääräistä nestettä on kerätty pulloon, se voidaan "imeä" takaisin pääjäähdytysnesteen piiriin. Muissa tapauksissa se ei ole.
Ennen toista maailmansotaa moottorin jäähdytysneste oli yleensä pelkkää vettä. Pakkasnestettä käytettiin yksinomaan jäätymisen hallintaan, ja tämä tehtiin usein vain kylmällä säällä. Jos pelkkä vesi jätetään jäätymään moottorin lohkoon, vesi voi laajentua jäätyessään. Tämä vaikutus voi aiheuttaa vakavia sisäisiä moottorivaurioita jään laajenemisen vuoksi.
Suorituskykyisten lentokoneiden moottoreiden kehittäminen vaati parempia jäähdytysnesteitä korkeammilla kiehumispisteillä, mikä johti glykolin tai vesi-glykoli-seosten käyttöön. Nämä johtivat glykolien käyttöön niiden jäätymisenestoominaisuuksien vuoksi.
Alumiini- tai sekametallimoottoreiden kehittämisen jälkeen korroosionesto on tullut vielä tärkeämmäksi kuin pakkasneste ja kaikilla alueilla ja vuodenaikoina.
Kuivana käyvä ylivuotosäiliö voi johtaa jäähdytysnesteen höyrystymiseen, mikä voi aiheuttaa moottorin paikallista tai yleistä ylikuumenemista. Jos ajoneuvon annetaan ylittää lämpötila, seurauksena voi olla vakavia vaurioita. Seurauksena voivat olla viat, kuten puhalletut kannen tiivisteet ja vääntyneet tai halkeilevat sylinterinkannet tai sylinterilohkot. Joskus varoitusta ei tule, koska lämpötila-anturi, joka antaa tietoja lämpötilamittarille (joko mekaaniselle tai sähköiselle), altistuu vesihöyrylle, ei nestemäiselle jäähdytysnesteelle, mikä antaa haitallisesti väärän lukeman.
Kuuman jäähdyttimen avaaminen laskee järjestelmän painetta, mikä voi aiheuttaa sen kiehumisen ja vaarallisen kuuman nesteen ja höyryn purkamisen. Siksi jäähdyttimen korkit sisältävät usein mekanismin, joka yrittää vähentää sisäistä painetta ennen kuin korkki voidaan avata kokonaan.
Auton vesijäähdyttimen keksintö johtuu Karl Benzistä. Wilhelm Maybach suunnitteli ensimmäisen hunajakennojäähdyttimen Mercedes 35hv:lle
Joskus on tarpeen varustaa auto toisella tai apujäähdyttimellä jäähdytystehon lisäämiseksi, kun alkuperäisen jäähdyttimen kokoa ei voida kasvattaa. Toinen jäähdytin on kytketty sarjaan piirin pääpatterin kanssa. Näin oli silloin, kun Audi 100 turboahdettiin ensimmäisen kerran ja luotiin 200. Näitä ei pidä sekoittaa välijäähdyttimiin.
Joissakin moottoreissa on öljynjäähdytin, erillinen pieni jäähdytin moottoriöljyn jäähdyttämiseksi. Automaattivaihteistolla varustetuissa autoissa on usein lisäliitännät jäähdyttimeen, jolloin vaihteistoneste siirtää lämpönsä jäähdyttimessä olevaan jäähdytysnesteeseen. Nämä voivat olla joko öljy-ilmapattereita, kuten pääjäähdyttimen pienemmässä versiossa. Yksinkertaisemmin ne voivat olla öljy-vesijäähdyttimiä, joissa öljyputki työnnetään vesipatterin sisään. Vaikka vesi on lämpimämpää kuin ympäröivä ilma, sen korkeampi lämmönjohtavuus tarjoaa vertailukelpoisen jäähdytyksen (rajoissa) vähemmän monimutkaiselta ja siten halvemmalla ja luotettavammalla öljynjäähdyttimellä. Harvemmin ohjaustehostimen nestettä, jarrunestettä ja muita hydraulinesteitä voidaan jäähdyttää ajoneuvon apujäähdyttimellä.
Turboahdetuissa tai ahdetuissa moottoreissa voi olla välijäähdytin, joka on ilma-ilma- tai ilma-vesi-jäähdytin, jota käytetään jäähdyttämään tulevaa ilmaa, ei jäähdyttämään moottoria.
Nestejäähdytteisillä mäntämoottoreilla varustetut lentokoneet (yleensä rivimoottorit pikemminkin kuin radiaalimoottorit) vaativat myös jäähdyttimet. Koska ilmanopeus on suurempi kuin autoilla, ne jäähdytetään tehokkaasti lennon aikana, eivätkä vaadi suuria alueita tai tuulettimia. Monet korkean suorituskyvyn lentokoneet kärsivät kuitenkin äärimmäisistä ylikuumenemisongelmista joutokäynnillä maassa - vain seitsemän minuuttia Spitfirellä.[6] Tämä on samanlainen kuin nykypäivän Formula 1 -autot, kun ne pysäytetään ruudukkoon moottoreiden ollessa käynnissä, ne vaativat kanavoitua ilmaa jäähdyttimen koteloihinsa ylikuumenemisen estämiseksi.
Ilman vastuksen vähentäminen on lentokonesuunnittelun päätavoite, mukaan lukien jäähdytysjärjestelmien suunnittelu. Varhainen tekniikka oli hyödyntää lentokoneen runsasta ilmavirtaa korvaamaan hunajakennoydin (monia pintoja, joilla on korkea pinta-tilavuussuhde) pinta-asennetulla jäähdyttimellä. Tämä käyttää yhtä pintaa, joka on sekoitettu runkoon tai siiven pintaan, ja jäähdytysneste virtaa tämän pinnan takaosassa olevien putkien kautta. Tällaisia malleja nähtiin enimmäkseen ensimmäisen maailmansodan lentokoneissa.
Koska pintapatterit ovat niin riippuvaisia ilmanopeudesta, ne ovat vielä alttiimpia ylikuumenemiselle, kun ne toimivat maassa. Kilpalentokoneita, kuten Supermarine S.6B, kilpavesilentokone, jonka kellukkeiden yläpintoihin on rakennettu lämpöpatterit, on kuvattu "lämpömittarilla lennättäviksi" niiden suorituskyvyn päärajaksi.[7]
Pintajäähdyttimiä ovat käyttäneet myös muutamat nopeat kilpa-autot, kuten Malcolm Campbellin Blue Bird of 1928.
Useimpien jäähdytysjärjestelmien rajoituksena on yleensä se, että jäähdytysnesteen ei saa antaa kiehua, koska tarve käsitellä kaasua virtauksessa vaikeuttaa huomattavasti suunnittelua. Vesijäähdytteisessä järjestelmässä tämä tarkoittaa, että lämmönsiirron enimmäismäärää rajoittaa veden ominaislämpökapasiteetti sekä ympäristön ja 100 °C:n lämpötilaero. Tämä tarjoaa tehokkaamman jäähdytyksen talvella tai korkeammissa korkeuksissa, joissa lämpötilat ovat alhaiset.
Toinen erityisen tärkeä vaikutus lentokoneen jäähdytyksessä on se, että ominaislämpökapasiteetti muuttuu ja kiehumispiste laskee paineen myötä, ja tämä paine muuttuu nopeammin korkeuden mukaan kuin lämpötilan lasku. Näin ollen nestejäähdytysjärjestelmät menettävät yleensä kapasiteettiaan lentokoneen noustessa. Tämä oli suuri suorituskyvyn rajoitus 1930-luvulla, jolloin turboahtimien käyttöönotto mahdollisti kätevän matkustamisen yli 15 000 jalan korkeudessa, ja jäähdytyssuunnittelusta tuli tärkeä tutkimusalue.
Ilmeisin ja yleisin ratkaisu tähän ongelmaan oli käyttää koko jäähdytysjärjestelmää paineen alaisena. Tämä piti ominaislämpökapasiteetin ennallaan, kun taas ulkoilman lämpötila jatkoi laskuaan. Tällaiset järjestelmät paransivat siten jäähdytyskykyä noustessa. Useimmissa käyttötarkoituksissa tämä ratkaisi suorituskykyisten mäntämoottoreiden jäähdytysongelman, ja lähes kaikki toisen maailmansodan kauden nestejäähdytteiset lentokonemoottorit käyttivät tätä ratkaisua.
Paineistetut järjestelmät olivat kuitenkin myös monimutkaisempia ja paljon herkempiä vaurioille - koska jäähdytysneste oli paineen alaisena, pienetkin vauriot jäähdytysjärjestelmässä, kuten yksittäinen kiväärin kaliiperi luodinreikä, saisivat nesteen nopeasti suihkuamaan ulos reikä. Jäähdytysjärjestelmien viat olivat ylivoimaisesti suurin moottorivikojen syy.
Vaikka höyryä käsittelevän lentokoneen jäähdyttimen rakentaminen on vaikeampaa, se ei ole mitenkään mahdotonta. Keskeinen vaatimus on tarjota järjestelmä, joka tiivistää höyryn takaisin nesteeksi ennen sen ohjaamista takaisin pumppuihin ja jäähdytyspiirin täydentämistä. Tällainen järjestelmä voi hyödyntää höyrystymislämpöä, joka veden tapauksessa on viisi kertaa nestemäisessä muodossa oleva ominaislämpökapasiteetti. Lisähyötyjä voidaan saada antamalla höyryn ylikuumentua. Tällaiset järjestelmät, jotka tunnetaan nimellä haihdutusjäähdyttimet, olivat huomattavan tutkimuksen aihe 1930-luvulla.
Harkitse kahta muuten samanlaista jäähdytysjärjestelmää, jotka toimivat 20 °C:n ilman lämpötilassa. Täysin nestemäinen malli voi toimia 30 °C ja 90 °C välillä tarjoten 60 °C lämpötilaeron lämmön kuljettamiseksi. Haihtuva jäähdytysjärjestelmä voi toimia 80 °C ja 110 °C välillä. Ensi silmäyksellä tämä näyttää olevan paljon pienempi lämpötilaero, mutta tämä analyysi jättää huomioimatta valtavan määrän lämpöenergiaa, joka imeytyy höyryn muodostuksen aikana, mikä vastaa 500 °C:ta. Itse asiassa haihdutusversio toimii 80 °C ja 560 °C välillä, mikä on 480 °C tehokas lämpötilaero. Tällainen järjestelmä voi olla tehokas jopa paljon pienemmillä vesimäärillä.
Haihdutusjäähdytysjärjestelmän haittapuoli on lauhduttimien pinta-ala, joka tarvitaan jäähdyttämään höyryä takaisin kiehumispisteen alapuolelle. Koska höyry on paljon vähemmän tiheää kuin vesi, tarvitaan vastaavasti suurempi pinta-ala, jotta ilmavirtaus riittää jäähdyttämään höyryä takaisin alaspäin. Vuoden 1933 Rolls-Royce Goshawk -mallissa käytettiin tavanomaisia jäähdyttimen kaltaisia lauhduttimia, ja tämä malli osoittautui vakavaksi ongelmaksi vastustuksessa. Saksassa Günterin veljekset kehittivät vaihtoehtoisen suunnittelun, jossa yhdistettiin haihtuva jäähdytys ja koko lentokoneen siipiin, runkoon ja jopa peräsimeen levitetyt pintapatterit. Useita lentokoneita rakennettiin niiden suunnittelua käyttäen ja ne saavuttivat lukuisia suoritusennätyksiä, erityisesti Heinkel He 119 ja Heinkel He 100. Nämä järjestelmät vaativat kuitenkin useita pumppuja nesteen palauttamiseksi levitetyistä lämpöpattereista, ja ne osoittautuivat erittäin vaikeiksi pitää käynnissä kunnolla. , ja ne olivat paljon alttiimpia taisteluvaurioille. Yritykset kehittää tätä järjestelmää oli yleensä hylätty vuoteen 1940 mennessä. Haihdutusjäähdytyksen tarve poistui pian etyleeniglykolipohjaisten jäähdytysnesteiden laajalle levinneisyydestä, joilla oli alhaisempi ominaislämpö, mutta paljon korkeampi kiehumispiste kuin vedellä.
Kanavassa oleva lentokoneen jäähdytin lämmittää läpi kulkevaa ilmaa, jolloin ilma laajenee ja nopeutuu. Tätä kutsutaan Meredith-ilmiöksi, ja korkean suorituskyvyn mäntälentokone, jossa on hyvin suunnitellut matalavastuspatterit (erityisesti P-51 Mustang), saa työntövoiman siitä. Työntövoima oli tarpeeksi merkittävä kompensoimaan jäähdyttimen suljetun kanavan vastusta ja salli lentokoneen saavuttaa nollavastuksen. Yhdessä vaiheessa suunniteltiin jopa Supermarine Spitfiren varustamista jälkipolttimella ruiskuttamalla polttoainetta jäähdyttimen jälkeen olevaan pakoputkeen ja sytyttämällä se [lainaus tarvitaan]. Jälkipoltto saadaan aikaan ruiskuttamalla lisää polttoainetta moottoriin pääpolttosyklin jälkeen.
