Vraag van de Maand Ingezonden door Bill McLellan, Pasadena, Californië, en beantwoord door Melany Hunt, Associate Professor of Mechanical Engineering, Caltech.
Het koelsysteem is een belangrijk onderdeel van een automotor. Ik ben me daar zeker bewuster van geworden nadat mijn auto oververhit raakte op de Santa Monica Freeway.
Het koelsysteem heeft drie belangrijke functies. Ten eerste onttrekt het overtollige warmte aan de motor; ten tweede houdt het de bedrijfstemperatuur van de motor op het meest efficiënte niveau; en ten slotte brengt het de motor zo snel mogelijk op de juiste bedrijfstemperatuur.
Het koelsysteem bestaat uit zes hoofdonderdelen- een motor, een radiator, een waterpomp, een koelventilator, slangen, en een thermostaat. Tijdens het verbrandingsproces wordt een deel van de brandstofenergie omgezet in warmte. Deze warmte wordt door de waterpomp overgedragen aan de koelvloeistof die door de motor circuleert. Slangen voeren de hete koelvloeistof naar de radiator, waar de warmte wordt overgedragen aan lucht die door de koelventilator langs de motor wordt getrokken. De koelvloeistof wordt dan teruggevoerd naar de waterpomp en gerecirculeerd.
Wanneer een motor koud is, zoals ’s morgens vroeg, werkt de motor een beetje anders. Om de efficiëntie te maximaliseren, is de motor ontworpen om snel op te warmen. Zodra de motor de juiste bedrijfstemperatuur bereikt, is de motor ontworpen om op een stabiele temperatuur te worden gehouden, dat is het doel van de thermostaat. De thermostaat is als een klep die open en dicht gaat als functie van de temperatuur. De thermostaat isoleert de motor van de radiator totdat deze een bepaalde minimumtemperatuur heeft bereikt. Zonder thermostaat zou de motor altijd warmte verliezen aan de radiator en zou het langer duren om op te warmen. Zodra de motor de gewenste bedrijfstemperatuur heeft bereikt, regelt de thermostaat de toevoer naar de radiator om de temperatuur stabiel te houden.
Soms is de koelvloeistof zo heet dat de thermostaat helemaal open gaat, waardoor de motor volledig afhankelijk wordt van de radiator om de temperatuur stabiel te houden. Zolang er voldoende lucht door de radiator stroomt, zal de motor koel blijven. Als om een of andere reden de luchtstroom te laag is, zal de radiateur zijn werk niet doen en kan de motor oververhit raken. Als op dat moment het debiet van de koelvloeistof wordt verhoogd, zal de motor meer warmte aan de koelvloeistof afgeven, waardoor de situatie nog ernstiger wordt. De beperking van het debiet van de thermostaat helpt om de druk in het koelsysteem te verhogen, waardoor het moeilijker wordt voor de koelvloeistof om te koken in de waterpomp. Het doet echter weinig om de radiator te helpen de motor koel te houden.