Ponieważ sprawność cieplna silników spalinowych wzrasta wraz z temperaturą wewnętrzną, płyn chłodzący jest utrzymywany pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego, aby zwiększyć jego temperaturę wrzenia. Kalibrowany zawór nadmiarowy ciśnienia jest zwykle wbudowany w korek wlewu chłodnicy. Ciśnienie to różni się w zależności od modelu, ale zazwyczaj waha się od 4 do 30 psi (30 do 200 kPa).
Gdy ciśnienie w układzie chłodzenia wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, osiąga punkt, w którym ciśnieniowy zawór nadmiarowy umożliwia ujście nadmiaru ciśnienia. Zatrzyma się to, gdy temperatura systemu przestanie rosnąć. W przypadku przepełnienia chłodnicy (lub zbiornika wyrównawczego) ciśnienie jest upuszczane poprzez umożliwienie wypłynięcia niewielkiej ilości cieczy. Może on po prostu spłynąć na ziemię lub zostać zebrany w wentylowanym pojemniku, w którym panuje ciśnienie atmosferyczne. Po wyłączeniu silnika układ chłodzenia ochładza się i poziom płynu spada. W niektórych przypadkach, gdy w butelce zebrał się nadmiar płynu, można go „zassać” z powrotem do głównego obiegu płynu chłodzącego. W innych przypadkach tak nie jest.
Przed II wojną światową płynem chłodzącym silnik była zwykle zwykła woda. Środek przeciw zamarzaniu był używany wyłącznie do kontrolowania zamarzania i często robiono to tylko przy zimnej pogodzie. Jeśli w bloku silnika zamarznie zwykła woda, może ona zwiększyć swoją objętość podczas zamarzania. Efekt ten może spowodować poważne wewnętrzne uszkodzenie silnika w wyniku rozszerzania się lodu.
Rozwój wysokowydajnych silników lotniczych wymagał ulepszonych chłodziw o wyższej temperaturze wrzenia, co doprowadziło do zastosowania mieszanin glikolu lub wody i glikolu. Doprowadziło to do przyjęcia glikoli ze względu na ich właściwości zapobiegające zamarzaniu.
Od czasu opracowania silników aluminiowych lub mieszanych, hamowanie korozji stało się jeszcze ważniejsze niż stosowanie środków przeciw zamarzaniu, i to we wszystkich regionach i porach roku.
Suchy zbiornik przelewowy może spowodować odparowanie płynu chłodzącego, co może spowodować miejscowe lub ogólne przegrzanie silnika. Jeśli dopuszcza się, aby pojazd przekroczył temperaturę, może dojść do poważnych uszkodzeń. Konsekwencją tego mogą być awarie, takie jak przepalone uszczelki głowicy oraz wypaczone lub pęknięte głowice cylindrów lub bloki cylindrów. Czasami ostrzeżenie nie zostanie wyemitowane, ponieważ czujnik temperatury dostarczający dane do wskaźnika temperatury (mechaniczny lub elektryczny) jest wystawiony na działanie pary wodnej, a nie płynnego płynu chłodzącego, co powoduje szkodliwie fałszywy odczyt.
Otwarcie gorącej chłodnicy powoduje spadek ciśnienia w układzie, co może spowodować jej wrzenie i wyrzucenie niebezpiecznie gorącej cieczy i pary. Dlatego korki chłodnicy często zawierają mechanizm, który próbuje zmniejszyć ciśnienie wewnętrzne, zanim będzie można całkowicie otworzyć korek.
Wynalazek samochodowego grzejnika wodnego przypisuje się Karlowi Benzowi. Wilhelm Maybach zaprojektował pierwszą chłodnicę o strukturze plastra miodu dla Mercedesa o mocy 35 KM
Czasami konieczne jest wyposażenie samochodu w drugą lub pomocniczą chłodnicę w celu zwiększenia wydajności chłodzenia, gdy nie można zwiększyć rozmiaru oryginalnej chłodnicy. Drugi grzejnik jest podłączony szeregowo do głównego grzejnika w obwodzie. Tak było w przypadku Audi 100, w którym po raz pierwszy zastosowano turbodoładowanie, tworząc model 200. Nie należy ich mylić z intercoolerami.
Niektóre silniki są wyposażone w chłodnicę oleju, oddzielną małą chłodnicę do chłodzenia oleju silnikowego. Samochody z automatyczną skrzynią biegów często mają dodatkowe połączenia z chłodnicą, dzięki czemu olej przekładniowy może przekazywać ciepło płynowi chłodzącemu w chłodnicy. Mogą to być albo chłodnice olejowo-powietrzne, jak w przypadku mniejszej wersji chłodnicy głównej. Mówiąc prościej, mogą to być chłodnice olejowo-wodne, w których rura olejowa jest włożona do chłodnicy wodnej. Chociaż woda jest gorętsza niż otaczające powietrze, jej wyższa przewodność cieplna zapewnia porównywalne chłodzenie (w pewnych granicach) z mniej złożoną, a zatem tańszą i bardziej niezawodną [potrzebne źródło] chłodnicą oleju. Rzadziej płyn do wspomagania układu kierowniczego, płyn hamulcowy i inne płyny hydrauliczne mogą być chłodzone przez dodatkową chłodnicę w pojeździe.
Silniki z turbodoładowaniem lub doładowaniem mogą być wyposażone w chłodnicę międzystopniową, czyli chłodnicę typu powietrze-powietrze lub powietrze-woda służącą do chłodzenia napływającego powietrza, a nie do chłodzenia silnika.
Samoloty z silnikami tłokowymi chłodzonymi cieczą (zwykle silnikami rzędowymi, a nie promieniowymi) również wymagają chłodnic. Ponieważ prędkość lotu jest większa niż w przypadku samochodów, są one skutecznie chłodzone podczas lotu, dlatego nie wymagają dużych powierzchni ani wentylatorów chłodzących. Jednakże wiele samolotów o wysokich osiągach doświadcza ekstremalnych problemów z przegrzaniem podczas pracy na biegu jałowym na ziemi – zaledwie siedem minut w przypadku Spitfire’a.[6] Przypomina to dzisiejsze samochody Formuły 1, gdy zatrzymują się na starcie z pracującym silnikiem, wymagają doprowadzenia powietrza kanałowego do osłon chłodnicy, aby zapobiec przegrzaniu.
Zmniejszenie oporu jest głównym celem projektowania samolotów, w tym projektowania systemów chłodzenia. Wczesna technika polegała na wykorzystaniu obfitego przepływu powietrza w samolocie w celu zastąpienia rdzenia o strukturze plastra miodu (wiele powierzchni, o wysokim stosunku powierzchni do objętości) grzejnikiem montowanym powierzchniowo. Wykorzystuje się w tym przypadku pojedynczą powierzchnię wtopioną w poszycie kadłuba lub skrzydła, przy czym chłodziwo przepływa rurami z tyłu tej powierzchni. Takie konstrukcje widywano głównie na samolotach z I wojny światowej.
Ponieważ grzejniki powierzchniowe są tak bardzo zależne od prędkości powietrza, są jeszcze bardziej podatne na przegrzanie podczas pracy naziemnej. Samoloty wyścigowe, takie jak Supermarine S.6B, wodnosamolot wyścigowy z chłodnicami wbudowanymi w górne powierzchnie pływaków, opisano jako główne ograniczenie ich osiągów jako „latanie na wskaźniku temperatury”.
Grzejniki powierzchniowe były również używane w kilku szybkich samochodach wyścigowych, takich jak Blue Bird Malcolma Campbella z 1928 roku.
Generalnie ograniczeniem większości układów chłodzenia jest to, że płyn chłodzący nie może się zagotować, ponieważ konieczność obsługi gazu w przepływie znacznie komplikuje konstrukcję. W przypadku układu chłodzonego wodą oznacza to, że maksymalna wielkość wymiany ciepła jest ograniczona przez ciepło właściwe wody i różnicę temperatur pomiędzy temperaturą otoczenia a 100°C. Zapewnia to skuteczniejsze chłodzenie zimą lub na większych wysokościach, gdzie temperatury są niskie.
Innym efektem, który jest szczególnie ważny w chłodzeniu samolotów, jest to, że zmienia się pojemność cieplna właściwa i temperatura wrzenia spada wraz z ciśnieniem, a ciśnienie to zmienia się szybciej wraz z wysokością niż spadek temperatury. Ogólnie rzecz biorąc, systemy chłodzenia cieczą tracą wydajność w miarę wznoszenia się samolotu. Było to główne ograniczenie wydajności w latach trzydziestych XX wieku, kiedy wprowadzenie turbosprężarek po raz pierwszy umożliwiło wygodne podróżowanie na wysokościach powyżej 5000 stóp, a projektowanie chłodzenia stało się głównym obszarem badań.
Najbardziej oczywistym i powszechnym rozwiązaniem tego problemu było uruchomienie całego układu chłodzenia pod ciśnieniem. Utrzymywało to właściwą pojemność cieplną na stałym poziomie, podczas gdy temperatura powietrza zewnętrznego nadal spadała. W ten sposób systemy takie poprawiały zdolność chłodzenia podczas wspinaczki. W większości zastosowań rozwiązało to problem chłodzenia wysokowydajnych silników tłokowych i prawie wszystkie chłodzone cieczą silniki lotnicze z okresu II wojny światowej wykorzystywały to rozwiązanie.
Jednak układy ciśnieniowe były również bardziej złożone i znacznie bardziej podatne na uszkodzenia - ponieważ płyn chłodzący znajdował się pod ciśnieniem, nawet niewielkie uszkodzenie układu chłodzenia, takie jak pojedynczy otwór po kuli kalibru karabinowego, powodowało szybkie wytryskanie cieczy z układu chłodzenia. otwór. Zdecydowanie najczęstszą przyczyną awarii silnika były awarie układów chłodzenia.
Choć zbudowanie chłodnicy lotniczej zdolnej do odprowadzenia pary wodnej jest trudniejsze, nie jest to w żadnym wypadku niemożliwe. Kluczowym wymaganiem jest zapewnienie systemu, który skrapla parę z powrotem w ciecz przed przekazaniem jej z powrotem do pomp i zakończeniem pętli chłodzącej. Układ taki może wykorzystywać ciepło właściwe parowania, które w przypadku wody jest pięciokrotnie większe od ciepła właściwego w postaci cieczy. Dodatkowe korzyści można uzyskać, umożliwiając przegrzanie pary. Takie systemy, zwane chłodnicami wyparnymi, były przedmiotem poważnych badań w latach trzydziestych XX wieku.
Rozważmy dwa systemy chłodzenia, które pod innymi względami są podobne i działają w temperaturze otoczenia wynoszącej 20°C. Konstrukcja całkowicie płynna może pracować w temperaturze od 30°C do 90°C, oferując różnicę temperatur wynoszącą 60°C w celu odprowadzania ciepła. Układ chłodzenia wyparnego może pracować w temperaturze od 80°C do 110°C. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że jest to znacznie mniejsza różnica temperatur, jednak w tej analizie pominięto ogromną ilość energii cieplnej pochłoniętej podczas wytwarzania pary, równoważnej 500°C. W efekcie wersja wyparna pracuje w temperaturze od 80°C do 560°C, co daje efektywną różnicę temperatur wynoszącą 480°C. Taki system może być skuteczny nawet przy znacznie mniejszych ilościach wody.
Wadą układu chłodzenia wyparnego jest powierzchnia skraplaczy wymagana do schłodzenia pary z powrotem poniżej temperatury wrzenia. Ponieważ para ma znacznie mniejszą gęstość niż woda, potrzebna jest odpowiednio większa powierzchnia, aby zapewnić wystarczający przepływ powietrza do ponownego schłodzenia pary. Projekt Rolls-Royce'a Goshawk z 1933 roku wykorzystywał konwencjonalne skraplacze przypominające chłodnicę, co okazało się poważnym problemem ze względu na opór powietrza. W Niemczech bracia Günter opracowali alternatywny projekt łączący chłodzenie wyparne i grzejniki powierzchniowe rozmieszczone na skrzydłach, kadłubie, a nawet sterze samolotu. Na podstawie ich projektu zbudowano kilka samolotów, które ustanowiły liczne rekordy wydajności, w szczególności Heinkel He 119 i Heinkel He 100. Jednakże systemy te wymagały wielu pomp do tłoczenia cieczy z rozłożonych chłodnic, a utrzymanie ich prawidłowego działania okazało się niezwykle trudne. i były znacznie bardziej podatne na uszkodzenia bojowe. Wysiłki mające na celu opracowanie tego systemu zostały generalnie porzucone do 1940 r. Potrzeba chłodzenia wyparnego wkrótce została zanegowana przez powszechną dostępność chłodziw na bazie glikolu etylenowego, które miały niższe ciepło właściwe, ale znacznie wyższą temperaturę wrzenia niż woda.
Chłodnica samolotu umieszczona w kanale podgrzewa przepływające powietrze, powodując jego rozszerzanie się i zwiększanie prędkości. Nazywa się to efektem Mereditha i wysokowydajne samoloty tłokowe z dobrze zaprojektowanymi chłodnicami o niskim oporze (zwłaszcza P-51 Mustang) czerpią z niego ciąg. Ciąg był na tyle duży, że zrównoważył opór kanału, w którym zamknięto chłodnicę, i pozwolił samolotowi osiągnąć zerowy opór chłodzenia. W pewnym momencie planowano nawet wyposażyć Supermarine Spitfire w dopalacz, wtryskując paliwo do kanału wydechowego za chłodnicą i zapalając go. Dopalanie osiąga się poprzez wtrysk dodatkowego paliwa do silnika po głównym cyklu spalania.
