Pytanie miesiąca Złożone przez Bill McLellan, Pasadena, California, a odpowiedzi udzieliła Melany Hunt, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej, Caltech.
Układ chłodzenia jest ważną częścią silnika samochodowego. Z pewnością stałem się bardziej świadomy tego faktu po przegrzaniu mojego samochodu na autostradzie Santa Monica Freeway.
Układ chłodzenia spełnia trzy ważne funkcje. Po pierwsze, usuwa nadmiar ciepła z silnika; po drugie, utrzymuje temperaturę roboczą silnika w miejscu, w którym pracuje on najbardziej efektywnie; i wreszcie, doprowadza silnik do właściwej temperatury roboczej tak szybko, jak to możliwe.
Układ chłodzenia składa się z sześciu głównych części – silnika, chłodnicy, pompy wodnej, wentylatora chłodzącego, przewodów i termostatu. Podczas procesu spalania część energii paliwa jest zamieniana na ciepło. Ciepło to jest przekazywane przez pompę wodną do płynu chłodzącego krążącego w silniku. Węże transportują gorący płyn chłodzący do chłodnicy, gdzie ciepło jest przenoszone na powietrze, które jest unoszone przez wentylator chłodzący obok silnika. Płyn chłodzący jest następnie przenoszony z powrotem do pompy wody i recyrkulacji.
Gdy silnik jest zimny, takie jak pierwsza rzecz w godzinach porannych, silnik działa nieco inaczej. Aby zmaksymalizować wydajność, silnik jest zaprojektowany tak, aby szybko się rozgrzewał. Gdy silnik osiągnie właściwą temperaturę roboczą, silnik jest przeznaczony do utrzymania w stabilnej temperaturze, co jest celem termostatu. Termostat jest jak zawór, który otwiera się i zamyka w zależności od temperatury. Termostat izoluje silnik od chłodnicy do momentu osiągnięcia przez niego określonej temperatury minimalnej. Bez termostatu silnik zawsze traciłby ciepło do chłodnicy, a jego rozgrzanie trwałoby dłużej. Gdy silnik osiągnie pożądaną temperaturę pracy, termostat reguluje przepływ do chłodnicy, aby utrzymać stabilną temperaturę.
Czasami, płyn chłodzący jest tak gorący, że termostat otwiera się na całą drogę, co czyni silnik całkowicie zależny od chłodnicy, aby utrzymać stabilną temperaturę. Tak długo, jak jest wystarczający przepływ powietrza przez chłodnicę, silnik pozostaje chłodny. Jeśli z jakiegoś powodu przepływ powietrza jest zbyt mały, chłodnica nie spełni swojego zadania i silnik może się przegrzać. Jeżeli przepływ płynu chłodzącego zostanie zwiększony, silnik będzie przekazywał więcej ciepła do płynu chłodzącego, co spowoduje pogorszenie sytuacji. Ograniczenie przepływu przez termostat pomaga zwiększyć ciśnienie w układzie chłodzenia, co utrudnia zagotowanie się płynu chłodniczego w pompie wodnej. Niewiele jednak pomaga chłodnicy w utrzymaniu chłodu w silniku.