Aby zapewnić prawidłowy proces spalania, jak i ochrony silnika przed zniszczeniem termicznym i utrzymania 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.

Układy chłodzenia powietrzem stosowane są niekiedy w silnikach stacjonarnych oraz w sprzęcie budowlanym (silniki Deutz). W samochodach osobowych odeszły już do historii wraz z samochodami, takimi jak Trabant, Tatra, Volkswagen „Garbus” i wczesnymi modelami Porsche 911, które miały silniki chłodzone wymuszonym obiegiem powietrza.

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.

Chłodzenie za pomocą płynu realizowane jest za pomocą specjalnej 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. 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 znaczy, 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 różnych temperaturach. Do chłodzenia silnika latem jeszcze niedawno używano po prostu wody, jednak nie jest to właściwe medium chłodzące, mimo że doraźnie może być stosowane. Woda w układzie chłodzenia osadza kamień kotłowy, skutecznie utrudniając oddawanie ciepła cylindrom i głowicy. Powstały kamień kotłowy dodatkowo zatyka kanaliki w chłodnicy, powodując utrudniony przez nią przepływ.

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 ok. -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.