Aby zapewnić prawidłowy przebieg spalania i ochronę silnika przed zniszczeniem termicznym oraz utrzymanie właściwych parametrów pracy oleju smarującego, część energii cieplnej jest oddawana razem ze spalinami do otoczenia (26–28%). Chłodzenie silnika odbiera od 22 do 35% energii cieplnej, a na tarcie zużywane jest od 8 do 12% energii dostarczanej przez paliwo.

Jak chłodzony jest silnik

W praktyce stosuje się dwa sposoby chłodzenia silnika. Pierwszym i podstawowym jest chłodzenie za pomocą cieczy (potocznie nazywane „wodnym”). Druga metoda polega na chłodzeniu za pomocą powietrza opływającego silnik. W systemie tym nadmiar ciepła z silnika jest odprowadzany bezpośrednio do otaczającego powietrza. Rozróżnia się przy tym chłodzenie samoczynne powstające w wyniku ruchu pojazdu (często stosowane w motocyklach i skuterach) oraz chłodzenie wymuszone dmuchawą.

Układy chłodzenia powietrzem stosowane są niekiedy w silnikach stacjonarnych oraz w sprzęcie budowlanym (silniki Deutz). W samochodach osobowych odeszły już do historii wraz z modelami takimi, jak Trabant, Tatra, Volkswagen „Garbus” i wczesnymi modelami Porsche 911, które miały silniki chłodzone wymuszonym obiegiem powietrza. Chłodzenie za pomocą płynu realizowane jest za pomocą dwuwarstwowej konstrukcji kadłuba silnika oraz jego głowicy. Między podwójnymi ściankami w bloku silnika przepływa ciecz. System kanałów w bloku silnika oraz głowicy nazwany jest płaszczem wodnym, ponieważ okala najbardziej narażone na rozgrzewanie się części silnika, czyli cylindry i głowicę. We wczesnych rozwiązaniach chłodzenia płynem (wodą) stosowano system termosyfonowy (grawitacyjny) polegający na zjawisku unoszenia się ciepłych warstw płynu i opadania zimnych. Dzięki odpowiedniemu położeniu chłodnicy względem silnika możliwe było stworzenie obiegu płynu bez konieczności użycia pompy. Rozwiązanie to miało wadę, ponieważ było podatne na przegrzewanie się i nagłe zmiany warunków pracy silnika. Takie rozwiązanie było stosowane w pierwszych modelach Syreny, ale okazało się mało wydajne. Z tego powodu zaczęto stosować obieg wymuszony cieczy chłodzącej. Wymusza go pompa odśrodkowa. W tym systemie mamy do czynienia z bardzo intensywnym obiegiem cieczy chłodzącej w silniku, co wiąże się z bardzo intensywnym chłodzeniem. Powodem tego jest napęd pompy od wału korbowego za pomocą przekładni pasowej. Aby utrzymać chłodzenie na prawidłowym poziomie, w układzie stosuje się termostat, który reguluje przepływ przez chłodnicę w zależności od temperatury cieczy chłodzącej wewnątrz silnika. W przypadku gdy ciecz chłodząca jest zimna, termostat jest zamknięty, co wymusza obieg cieczy wewnątrz silnika z pominięciem chłodnicy. Dzięki temu mamy do czynienia z szybkim nagrzewaniem się silnika. Gdy ciecz osiągnie temperaturę pracy, termostat otwiera się i wymusza obieg cieczy przez chłodnicę. Po schłodzeniu cieczy do odpowiedniego poziomu termostat się zamyka, wymuszając obieg z pominięciem chłodnicy. Zaletą chłodzenia z pompą obiegową jest wysoka skuteczność chłodzenia, a zastosowanie termostatu zapewnia stałą temperaturę pracy silnika, co zapobiega szkodliwym naprężeniom termicznym.

Elementy składowe systemu chłodzenia

Podstawowymi częściami składowymi układu chłodzenia są:

• pompa odśrodkowa,
• chłodnica,
• termostat,
• wentylator,
• zbiornik przelewowy,
• przewody doprowadzające ciecz chłodzącą.

Pompa cieczy zazwyczaj jest pompą odśrodkową napędzaną paskiem wielorowkowym od wału korbowego lub paskiem rozrządu. Z silnika ciecz pompowana jest do chłodnicy. Większość chłodnic ma konstrukcję rurkową, co oznacza, że zbiornik górny chłodnicy i zbiornik dolny chłodnicy połączone są cienkościennymi rurkami, a te z kolei – dla powiększenia powierzchni chłodzącej – są połączone z cienkimi blachami, płytkami lub żeberkami. W zamkniętych układach chłodzących chłodnica jest połączona przewodem ze zbiornikiem wyrównawczym, służącym do wyrównywania różnic objętości płynu w odmiennych temperaturach. Do chłodzenia silnika latem jeszcze niedawno używano po prostu wody, jednak nie jest to właściwe medium chłodzące, choć może być stosowane doraźnie. Woda w układzie chłodzenia osadza kamień kotłowy, skutecznie utrudniając oddawanie ciepła cylindrom i głowicy. Powstały kamień kotłowy dodatkowo zatyka kanaliki w chłodnicy, utrudniając przepływ.

Nieprawidłowości w układzie chłodzenia

W układach chłodzących cieczą zakłócenia pracy mogą wynikać z:

• silnego zanieczyszczenia powierzchni zewnętrznej lub wewnętrznych przewodów chłodnicy,
• nadmiernego poślizgu lub zerwania paska napędzającego pompę chłodzącą (pasek ten z reguły napędza równocześnie alternator, więc usterka sygnalizowana jest przez kontrolkę ładowania),
• uszkodzenia termostatów bądź elektrycznych czujników, przekaźników lub ich przewodów zasilających,
• uszkodzenia silnika (lub elektromagnetycznego sprzęgła) wentylatora,
• niedostatecznej ilości cieczy w obiegu.

Przy starannej obsłudze układów chłodzenia, polegającej m.in. na stosowaniu w obiegu wyłącznie dobrej jakości płynów chłodzących, zanieczyszczenie wnętrza chłodnicy jest praktycznie niemożliwe.
Zanieczyszczenia zewnętrzne (kurzem, błotem lub owadami) spłukuje się niezbyt silnym strumieniem wody kierowanym na chłodnicę od strony komory silnikowej. Nie powinno się czyścić chłodnicy myjkami ciśnieniowymi, ponieważ może to doprowadzić do uszkodzenia lamelek znajdujących się wewnątrz, skutkującego koniecznością jej wymiany.

Uszkodzenia systemu samoczynnej regulacji temperatury silnika lokalizuje się, sprawdzając działanie każdej części układu z osobna. Jeśli silnik nie osiąga właściwej temperatury roboczej, najbardziej prawdopodobną tego przyczyną jest niesprawny (trwale otwarty) termostat. Jeśli silnik przegrzewa się, należy sprawdzić kolejno, czy:

• gorący płyn dociera do chłodnicy (termostat otwiera dopływ),
• silnik wentylatora włącza się przy wysokiej temperaturze chłodnicy (termostatyczny wyłącznik elektryczny zamyka obwód sterujący),
• przekaźnik dostarcza prąd do szczotek silnika.

Zamknięty termostat jest dość łatwy do zdiagnozowania. W tym celu należy na rozgrzanym silniku dotknąć przewodów doprowadzających płyn do chłodnicy. Jeśli termostat jest uszkodzony, to jeden z przewodów będzie gorący, natomiast drugi zimny. Przy prawidłowo pracującym termostacie i rozgrzanym silniku oba przewody będą miały podobną temperaturę.

Płyny chłodzące

Najlepszym rozwiązaniem jest używanie płynów chłodniczych – nawet tych zimowych i odpornych na zamarzanie. Ich właściwości nie będą wpływały na działanie układu latem, a układ chłodzenia będzie czysty, ponieważ płyn do chłodnic nie zawiera wody. Dzięki temu jego temperatura wrzenia jest wyższa, co z kolei zapobiega przedostawaniu się płynu do zbiornika wyrównawczego. Jedyny przepływ to ten wynikający z rozszerzalności temperaturowej płynu.
Płyny komponowane są na bazie glikolu propylenowego z pakietem dodatków zabezpieczających przed korozją. Najczęściej są to kwasy organiczne i krzemiany tworzące na metalowych powierzchniach warstwę ochronną (pasywacja). Gęstość typowego płynu wynosi około 1,070–1,080 g/cm3, temperatura zamarzania około -35°C, a współczynnik pH około 7,5–8,5. Płyny na bazie glikolu propylenowego wrą w temperaturze powyżej 106°C. Środki te dodatkowo są barwione, aby można było łatwo zlokalizować miejsce wycieku i odróżnić je od innych płynów.