ระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในใช้ทั้งอากาศหรือของเหลวในการกำจัดความร้อนส่วนเกินออกจากเครื่องยนต์สำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็กหรือเครื่องยนต์ใช้งานเฉพาะทาง การระบายความร้อนโดยใช้อากาศจากบรรยากาศทำให้ระบบมีน้ำหนักเบาและค่อนข้างเรียบง่ายเรือสามารถใช้น้ำจากสภาพแวดล้อมโดยรอบเพื่อระบายความร้อนให้กับเครื่องยนต์ได้ สำหรับเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำในเครื่องบินและยานพาหนะบนผิวน้ำ ความร้อนส่วนเกินจะถูกถ่ายเทจากวงจรปิดของน้ำที่สูบผ่านเครื่องยนต์ไปยังบรรยากาศโดยรอบโดย หม้อน้ำ

น้ำมี ความจุความร้อนสูงกว่าอากาศ จึงสามารถระบายความร้อนออกจากเครื่องยนต์ได้เร็วกว่า แต่หม้อน้ำและระบบปั๊มน้ำจะเพิ่มน้ำหนัก ความซับซ้อน และต้นทุน เครื่องยนต์ที่มีกำลังสูงสามารถเคลื่อนย้ายน้ำหนักได้มากขึ้น แต่ก็สามารถสร้างความร้อนส่วนเกินได้มากขึ้นเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าโดยทั่วไปแล้วจะใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเครื่องยนต์แบบเรเดียลช่วยให้อากาศไหลเวียนรอบกระบอกสูบแต่ละกระบอกโดยตรง ทำให้มีข้อได้เปรียบในการระบายความร้อนด้วยอากาศมากกว่า เครื่องยนต์ แบบ ตรงเครื่องยนต์แบบแบนและเครื่องยนต์แบบตัววีเครื่องยนต์โรตารี่มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่กระบอกสูบจะหมุนอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดการไหลของอากาศแม้ในขณะที่รถจอดอยู่กับที่

การออกแบบเครื่องบินนั้นเน้นน้ำหนักที่เบาและการระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นหลัก เครื่องยนต์โรตารี่ได้รับความนิยมในเครื่องบินจนกระทั่งสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 1แต่มีปัญหาเรื่องเสถียรภาพและประสิทธิภาพอย่างมาก เครื่องยนต์เรเดียลได้รับความนิยมจนกระทั่งสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2จนกระทั่ง เครื่องยนต์ กังหันแก๊สเข้ามาแทนที่เป็นส่วนใหญ่ เครื่องบินขับเคลื่อนด้วยใบพัดสมัยใหม่ที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายในยังคงระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นส่วนใหญ่ รถยนต์สมัยใหม่โดยทั่วไปเน้นกำลังมากกว่าน้ำหนัก และมักจะมีเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำ รถจักรยานยนต์สมัยใหม่มีน้ำหนักเบากว่ารถยนต์ และวิธีการระบายความร้อนทั้งสองแบบก็เป็นที่นิยมใช้กัน^{[ 1 ]}รถจักรยานยนต์สปอร์ตบางรุ่นระบายความร้อนด้วยทั้งอากาศและน้ำมันที่ฉีดพ่นใต้หัวลูกสูบ

เครื่องยนต์ความร้อนสร้างกำลังเชิงกลโดยการดึงพลังงานจากกระแสความร้อน คล้ายกับกังหานน้ำที่ดึงกำลังเชิงกลจากมวลที่ไหลลงมาตามระยะทาง เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพต่ำ ดังนั้นพลังงานความร้อนที่เข้าสู่เครื่องยนต์จึงมากกว่าพลังงานเชิงกลที่ออกมา ความแตกต่างนี้เรียกว่าความร้อนส่วนเกินซึ่งต้องกำจัดออกไป เครื่องยนต์สันดาปภายในกำจัดความร้อนส่วนเกินโดยการดูดอากาศเย็นเข้า การระบายก๊าซร้อนออก และการระบายความร้อนของเครื่องยนต์โดยเฉพาะ

เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าจะมีพลังงานเหลือทิ้งในรูปของการเคลื่อนที่เชิงกลมากกว่า และมีพลังงานความร้อนเหลือทิ้งน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม พลังงานความร้อนเหลือทิ้งบางส่วนนั้นมีความจำเป็น เพราะมันช่วยนำความร้อนผ่านเครื่องยนต์ เหมือนกับกังหานน้ำที่จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อมีอัตราเร็ว (พลังงาน) ในน้ำเสียเพื่อพัดพาความร้อนนั้นออกไปและทำให้มีพื้นที่สำหรับน้ำใหม่ ดังนั้น เครื่องยนต์ความร้อนทุกชนิดจึงต้องการการระบายความร้อนเพื่อการทำงาน

การระบายความร้อนยังมีความจำเป็นเนื่องจากอุณหภูมิสูงจะทำลายวัสดุเครื่องยนต์และสารหล่อลื่น และยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นในสภาพอากาศร้อน เครื่องยนต์สันดาปภายในเผาไหม้เชื้อเพลิงที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุเครื่องยนต์ และร้อนมากพอที่จะทำให้สารหล่อลื่นติดไฟได้ การระบายความร้อนของเครื่องยนต์จะกำจัดพลังงานอย่างรวดเร็วพอที่จะรักษาอุณหภูมิให้ต่ำเพื่อให้เครื่องยนต์สามารถทำงานต่อไปได้^{[ 2 ]}

เครื่องยนต์ประสิทธิภาพสูงบางประเภททำงานโดยไม่ต้องใช้ระบบระบายความร้อนโดยเฉพาะ และมีการสูญเสียความร้อนเพียงเล็กน้อย ซึ่งเป็นการออกแบบที่เรียกว่าแบบอะเดียแบติกเครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถให้ประสิทธิภาพสูงได้ แต่ต้องแลกมาด้วยกำลังขับ รอบการทำงาน น้ำหนักเครื่องยนต์ ความทนทาน และการปล่อยมลพิษที่ลดลง

เครื่องยนต์สันดาปภายในส่วนใหญ่ใช้ระบบ ระบายความร้อน ด้วยของเหลวโดยอาจใช้ลม (ซึ่งเป็นของเหลวในสถานะก๊าซ) หรือของเหลวหล่อเย็นที่ไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ( หม้อน้ำ ) ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องยนต์เรือและเครื่องยนต์แบบอยู่กับที่บางประเภทสามารถเข้าถึงน้ำปริมาณมากที่มีอุณหภูมิเหมาะสมได้ อาจใช้น้ำโดยตรงในการระบายความร้อนเครื่องยนต์ แต่บ่อยครั้งที่มีตะกอนซึ่งอาจอุดตันทางเดินของของเหลวหล่อเย็น หรือมีสารเคมี เช่น เกลือ ซึ่งอาจทำลายเครื่องยนต์ได้ ดังนั้น ของเหลวหล่อเย็นของเครื่องยนต์อาจไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยแหล่งน้ำนั้น

เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวส่วนใหญ่ใช้ส่วนผสมของน้ำและสารเคมี เช่นสารป้องกันการแข็งตัวสารป้องกันสนิม และสารเติมแต่งอื่นๆ ส่วนผสมของสารป้องกันการแข็งตัวเหล่านี้ หรือที่เรียกว่า "น้ำยาหล่อเย็นเครื่องยนต์" มักเป็นของเหลวที่มีส่วนประกอบของไกลคอล ซึ่งประกอบด้วยเอทิลีนไกลคอลสารเติมแต่ง และน้ำ ประเภทของน้ำยาหล่อเย็นที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ของเหลวที่ใช้เทคโนโลยีกรดอนินทรีย์ (IAT) เทคโนโลยีกรดอินทรีย์ (OAT) และเทคโนโลยีกรดอินทรีย์แบบผสม (HOAT) สารป้องกันการแข็งตัวบางชนิดไม่ใช้น้ำเลย แต่ใช้ของเหลวที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน เช่นโพรพิลีนไกลคอลหรือส่วนผสมของโพรพิลีนไกลคอลและเอทิลีนไกลคอล ในขณะที่เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศส่วนใหญ่ใช้ลมในการควบคุมอุณหภูมิ แต่หลายเครื่องยนต์ก็ใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำมันเพื่อช่วยรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับทั้งชิ้นส่วนเครื่องยนต์และน้ำมันเอง เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวส่วนใหญ่ใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศบ้าง โดยอากาศในจังหวะดูดจะช่วยระบายความร้อนให้กับห้องเผาไหม้ ยกเว้นเครื่องยนต์แวนเคลที่บางส่วนของห้องเผาไหม้ไม่ได้รับการระบายความร้อนด้วยอากาศเลย ทำให้ต้องใช้ความพยายามเพิ่มเติมเพื่อให้การทำงานประสบความสำเร็จ

ระบบระบายความร้อนต้องรับมือกับความต้องการหลายอย่าง หนึ่งในข้อกำหนดที่สำคัญคือต้องระบายความร้อนให้เครื่องยนต์ทั้งหมดได้อย่างเพียงพอ เพราะหากส่วนใดส่วนหนึ่งร้อนเกินไป เครื่องยนต์ทั้งหมดก็จะเสียหายได้ ดังนั้น ระบบระบายความร้อนจึงต้องรักษาอุณหภูมิของทุกส่วนให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวสามารถปรับขนาดของช่องทางเดินของเหลวภายในบล็อกเครื่องยนต์ได้ เพื่อให้การไหลของสารหล่อเย็นเหมาะสมกับความต้องการของแต่ละพื้นที่ บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงสุดสูง (เช่น บริเวณแคบๆ รอบห้องเผาไหม้) หรือมีการไหลของความร้อนสูง (เช่น บริเวณรอบท่อไอเสีย) อาจต้องการการระบายความร้อนที่มากเป็นพิเศษ ซึ่งจะช่วยลดการเกิดจุดร้อน ซึ่งยากที่จะหลีกเลี่ยงได้ในระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศก็สามารถปรับความสามารถในการระบายความร้อน ได้ โดยใช้ครีบระบายความร้อนที่จัดเรียงชิดกันมากขึ้นในบริเวณนั้น แต่การทำเช่นนั้นอาจทำให้การผลิตยากและมีราคาแพง

เฉพาะชิ้นส่วนคงที่ของเครื่องยนต์ เช่น เสื้อสูบและฝาสูบเท่านั้นที่ได้รับการระบายความร้อนโดยตรงจากระบบระบายความร้อนหลัก ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ เช่น ลูกสูบ และในระดับที่น้อยกว่าคือเพลาข้อเหวี่ยงและก้านสูบต้องอาศัยน้ำมันหล่อลื่นเป็นสารหล่อเย็น หรือการนำความร้อนในปริมาณที่จำกัดมากเข้าไปในเสื้อสูบและจากนั้นไปยังสารหล่อเย็นหลัก เครื่องยนต์สมรรถนะสูงมักจะมีน้ำมันเพิ่มเติม นอกเหนือจากปริมาณที่จำเป็นสำหรับการหล่อลื่น ฉีดพ่นขึ้นไปที่ด้านล่างของลูกสูบเพื่อระบายความร้อนเพิ่มเติม รถจักรยานยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศมักจะพึ่งพาการระบายความร้อนด้วยน้ำมันอย่างมาก นอกเหนือจากการระบายความร้อนด้วยอากาศของกระบอกสูบ

เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวมักจะมีปั๊มหมุนเวียน เครื่องยนต์รุ่นแรกๆ อาศัย การระบายความร้อน แบบเทอร์โมไซฟอนเพียงอย่างเดียว โดยน้ำหล่อเย็นร้อนจะไหลออกจากด้านบนของบล็อกเครื่องยนต์ไปยังหม้อน้ำ ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงก่อนที่จะไหลกลับไปยังด้านล่างของเครื่องยนต์ การหมุนเวียนอาศัยการพาความร้อนเพียงอย่างเดียว

ข้อกำหนดอื่นๆ ได้แก่ ต้นทุน น้ำหนัก ความน่าเชื่อถือ และความทนทานของระบบระบายความร้อนเอง

การถ่ายเทความร้อนแบบนำความร้อนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างวัสดุ ถ้าโลหะในเครื่องยนต์มีอุณหภูมิ 250 °C และอากาศมีอุณหภูมิ 20 °C จะมีความแตกต่างของอุณหภูมิ 230 °C สำหรับการระบายความร้อน เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศจะใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิทั้งหมดนี้ ในทางตรงกันข้าม เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวอาจระบายความร้อนจากเครื่องยนต์ไปยังของเหลว ทำให้ของเหลวร้อนขึ้นถึง 135 °C (จุดเดือดมาตรฐานของน้ำที่ 100 °C สามารถสูงกว่านี้ได้ เนื่องจากระบบระบายความร้อนมีความดันสูงและใช้ส่วนผสมกับสารป้องกันการแข็งตัว) จากนั้นจึงระบายความร้อนด้วยอากาศที่อุณหภูมิ 20 °C ในแต่ละขั้นตอน เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวจะมีความแตกต่างของอุณหภูมิครึ่งหนึ่ง ดังนั้นในตอนแรกจึงดูเหมือนว่าต้องการพื้นที่ระบายความร้อนเป็นสองเท่า

อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของสารหล่อเย็น (น้ำ น้ำมัน หรืออากาศ) ก็ส่งผลต่อการระบายความร้อนเช่นกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบน้ำและน้ำมันในฐานะสารหล่อเย็น น้ำมัน 1 กรัมสามารถดูดซับความร้อนได้ประมาณ 55% สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเท่ากัน (เรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ ) น้ำมันมีความหนาแน่นประมาณ 90% ของน้ำ ดังนั้นน้ำมันปริมาตรที่กำหนดจึงสามารถดูดซับพลังงานได้เพียงประมาณ 50% ของน้ำปริมาตรเดียวกันค่าการนำความร้อนของน้ำสูงกว่าน้ำมันประมาณสี่เท่า ซึ่งสามารถช่วยในการถ่ายเทความร้อนได้ ความหนืดของน้ำอาจมากกว่าน้ำถึงสิบเท่า ทำให้ต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการสูบน้ำมันเพื่อระบายความร้อน และลดกำลังไฟฟ้าสุทธิของเครื่องยนต์ลง

เมื่อเปรียบเทียบอากาศกับน้ำ อากาศมีความจุความร้อนต่อกรัมและต่อปริมาตรต่ำกว่ามาก (4000) และมีค่าการนำความร้อนน้อยกว่าหนึ่งในสิบ แต่ก็มีความหนืด ต่ำกว่ามากเช่นกัน (ต่ำกว่าประมาณ 200 เท่า: 17.4 × 10 ⁻⁶ Pa·s สำหรับอากาศ เทียบกับ 8.94 × 10 ⁻⁴ Pa·s สำหรับน้ำ) จากการคำนวณต่อเนื่องจากสองย่อหน้าข้างต้น การระบายความร้อนด้วยอากาศต้องการพื้นที่ผิวมากกว่าสิบเท่า ดังนั้นจึงต้องใช้ครีบระบายความร้อน และอากาศต้องการความเร็วการไหลมากกว่า 2000 เท่า ดังนั้นพัดลมหมุนเวียนอากาศจึงต้องการกำลังมากกว่าปั๊มน้ำหมุนเวียนถึงสิบเท่า

การถ่ายเทความร้อนจากกระบอกสูบไปยังพื้นที่ผิวขนาดใหญ่เพื่อระบายความร้อนด้วยอากาศอาจก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ รวมถึงความยากลำบากในการผลิตรูปทรงที่จำเป็นสำหรับการถ่ายเทความร้อนที่ดี และพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับการไหลเวียนของอากาศปริมาณมาก น้ำเดือดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่ต้องการสำหรับการระบายความร้อนของเครื่องยนต์ ซึ่งมีข้อดีคือสามารถดูดซับพลังงานได้มากโดยที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย (เรียกว่าความร้อนของการระเหย ) ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการรักษาอุณหภูมิให้เย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการส่งกระแสน้ำหล่อเย็นเพียงกระแสเดียวผ่านวัตถุร้อนหลายชิ้นและทำให้อุณหภูมิสม่ำเสมอ ในทางตรงกันข้าม การส่งอากาศผ่านวัตถุร้อนหลายชิ้นเรียงกันจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นในแต่ละขั้นตอน ดังนั้นชิ้นแรกอาจเย็นเกินไปและชิ้นสุดท้ายอาจเย็นไม่พอ อย่างไรก็ตาม เมื่อน้ำเดือดแล้ว มันจะกลายเป็นฉนวน ทำให้สูญเสียการระบายความร้อนอย่างฉับพลันและเกิดฟองไอน้ำ ไอน้ำอาจกลับกลายเป็นน้ำเมื่อผสมกับน้ำหล่อเย็นอื่นๆ ดังนั้นมาตรวัดอุณหภูมิเครื่องยนต์อาจแสดงอุณหภูมิที่ยอมรับได้แม้ว่าอุณหภูมิในบริเวณนั้นจะสูงมากจนอาจทำให้เกิดความเสียหายได้

เครื่องยนต์ต้องการอุณหภูมิที่แตกต่างกัน บริเวณทางเข้า รวมถึงคอมเพรสเซอร์ของเทอร์โบ และในท่อไอดีและวาล์วไอดี ต้องมีอุณหภูมิที่เย็นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลสวนทางพร้อมอากาศหล่อเย็นแบบบังคับจะช่วยทำหน้าที่นี้ ผนังกระบอกสูบไม่ควรทำให้อากาศร้อนขึ้นก่อนการอัด แต่ก็ไม่ควรทำให้ก๊าซเย็นลงขณะเผาไหม้ อุณหภูมิผนังที่เหมาะสมคือ 90 องศาเซลเซียส ความหนืดของน้ำมันเครื่องได้รับการปรับให้เหมาะสมกับอุณหภูมินี้ การระบายความร้อนของท่อไอเสียและกังหันของเทอร์โบชาร์จเจอร์จะลดกำลังที่ส่งไปยังกังหัน ดังนั้นระบบไอเสียจึงมักถูกหุ้มฉนวนระหว่างเครื่องยนต์และเทอร์โบชาร์จเจอร์เพื่อรักษาอุณหภูมิของก๊าซไอเสียให้ร้อนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

อุณหภูมิของอากาศหล่อเย็นอาจมีตั้งแต่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งไปจนถึง 50 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ในขณะที่เครื่องยนต์ในเรือหรือรถไฟที่ให้บริการขนส่งทางไกลอาจทำงานที่ภาระคงที่ ยานพาหนะบนท้องถนนมักพบกับภาระที่เปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางและรวดเร็ว ดังนั้น ระบบระบายความร้อนจึงได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับการระบายความร้อนเพื่อให้เครื่องยนต์ไม่ร้อนหรือเย็นเกินไป การควบคุมระบบระบายความร้อนประกอบด้วยแผ่นกั้นที่ปรับได้ในกระแสลม (บางครั้งเรียกว่า 'ชัตเตอร์' และมักทำงานโดย 'ชัตเตอร์สแตท' แบบนิวแมติก) พัดลมที่ทำงานแยกจากเครื่องยนต์ เช่น พัดลมไฟฟ้า หรือมีคลัตช์ที่ปรับได้ และ วาล์ว เทอร์โมสตัทหรือเทอร์โมสตัทที่สามารถปิดกั้นการไหลของน้ำหล่อเย็นเมื่อเย็นเกินไป นอกจากนี้ มอเตอร์ น้ำหล่อเย็น และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนยังมีคุณสมบัติในการเก็บความร้อนซึ่งช่วยลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในการเร่งความเร็วระยะสั้น ระบบควบคุมเครื่องยนต์บางระบบจะปิดเครื่องยนต์หรือจำกัดกำลังเครื่องยนต์ไว้ที่ครึ่งหนึ่งหากเครื่องยนต์ร้อนเกินไป ระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่จะปรับการระบายความร้อนตามคันเร่งเพื่อคาดการณ์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ และจำกัดกำลังเครื่องยนต์เพื่อชดเชยการระบายความร้อนที่มีจำกัด

สุดท้ายแล้ว ปัจจัยอื่นๆ อาจมีผลต่อการออกแบบระบบระบายความร้อน ตัวอย่างเช่น อากาศเป็นสารหล่อเย็นที่ไม่ดีนัก แต่ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศนั้นเรียบง่าย และอัตราการเสียมักจะเพิ่มขึ้นเป็นกำลังสองของจำนวนจุดที่อาจเกิดความเสียหาย นอกจากนี้ ความสามารถในการระบายความร้อนจะลดลงเพียงเล็กน้อยจากรอยรั่วเล็กๆ ของสารหล่อเย็นอากาศ ในกรณีที่ความน่าเชื่อถือมีความสำคัญสูงสุด เช่น ในเครื่องบิน อาจเป็นการแลกเปลี่ยนที่คุ้มค่าที่จะยอมเสียประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน (ช่วงเวลาระหว่างการซ่อมบำรุงเครื่องยนต์) และความเงียบ เพื่อให้ได้ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นเล็กน้อย ผลที่ตามมาจากการที่เครื่องยนต์เครื่องบินเสียนั้นรุนแรงมาก แม้แต่การเพิ่มความน่าเชื่อถือเพียงเล็กน้อยก็คุ้มค่าที่จะเสียคุณสมบัติที่ดีอื่นๆ ไปเพื่อให้ได้มาซึ่งความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

เครื่องยนต์ ระบายความร้อนด้วยอากาศและ เครื่องยนต์ ระบายความร้อนด้วยของเหลวต่างก็ถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ละหลักการมีข้อดีและข้อเสีย และการใช้งานเฉพาะด้านอาจเหมาะสมกับหลักการใดหลักการหนึ่งมากกว่า ตัวอย่างเช่นรถยนต์และรถบรรทุกส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลว ในขณะที่เครื่องบิน ขนาดเล็ก และเครื่องยนต์ราคาประหยัดจำนวนมากใช้เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ

เป็นการยากที่จะสรุปเกี่ยวกับเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศและเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวเครื่องยนต์ดีเซล ระบายความร้อนด้วยอากาศ ถูกเลือกใช้เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือแม้ในสภาพอากาศร้อนจัด เพราะการระบายความร้อนด้วยอากาศจะง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าในการรับมือกับอุณหภูมิที่สูงจัดในช่วงฤดูหนาวและฤดูร้อน เมื่อเทียบกับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ และมักใช้ในสถานการณ์ที่เครื่องยนต์ทำงานโดยไม่มีผู้ดูแลเป็นเวลาหลายเดือน^{[ 3 ]}

ในทำนองเดียวกัน โดยทั่วไปแล้วควรลดจำนวนขั้นตอนการถ่ายเทความร้อนให้น้อยที่สุดเพื่อเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิในแต่ละขั้นตอนให้มากที่สุด อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์สองจังหวะ ของดีทรอยต์ดีเซลมักใช้น้ำมันที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยน้ำจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศอีกที^{[ 4 ]}

น้ำยาหล่อเย็นที่ใช้ในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวหลายชนิดจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่เป็นระยะ และอาจแข็งตัวได้ที่อุณหภูมิปกติ ทำให้เกิดความเสียหายถาวรต่อเครื่องยนต์เมื่อเกิดการขยายตัว ส่วนเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนน้ำยาหล่อเย็น และไม่ได้รับความเสียหายจากการแข็งตัว ซึ่งเป็นข้อดีสองประการที่มักกล่าวถึงกัน อย่างไรก็ตาม น้ำยาหล่อเย็นที่ใช้โพรพิลีนไกลคอลเป็นส่วนประกอบหลัก สามารถคงสภาพเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -55 °C ซึ่งเย็นกว่าอุณหภูมิที่เครื่องยนต์หลายชนิดพบเจอ เมื่อตกผลึกจะหดตัวเล็กน้อย จึงช่วยป้องกันความเสียหาย และมีอายุการใช้งานมากกว่า 10,000 ชั่วโมง ซึ่งเทียบเท่ากับอายุการใช้งานของเครื่องยนต์หลายชนิด

โดยทั่วไปแล้ว การลดการปล่อยมลพิษหรือลดเสียงรบกวนในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศนั้นทำได้ยากกว่า ซึ่งเป็นอีกสองเหตุผลที่รถยนต์ส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลว นอกจากนี้ การสร้างเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศขนาดใหญ่ก็มักทำได้ยากเช่นกัน ดังนั้นเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศเกือบทั้งหมดจึงมีกำลังต่ำกว่า 500  กิโลวัตต์ (670 แรงม้า ) ในขณะที่เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวขนาดใหญ่มีกำลังเกิน 80  เมกะวัตต์ (107,000 แรงม้า) ( เช่น เครื่องยนต์ดีเซล 14 สูบ Wärtsilä-Sulzer RTA96-C )

รถยนต์และรถบรรทุกที่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศโดยตรง (โดยไม่มีของเหลวเป็นตัวกลาง) ถูกผลิตขึ้นมาในช่วงระยะเวลานานตั้งแต่เริ่มต้นจนสิ้นสุดลงด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเทคนิคเล็กน้อยซึ่งโดยทั่วไปแล้วไม่เป็นที่รู้จัก ก่อนสงครามโลกครั้งที่สองรถยนต์และรถบรรทุกที่ระบายความร้อนด้วยน้ำมักจะร้อนจัดขณะขับขึ้นทางลาดชันบนภูเขา ทำให้เกิดน้ำหล่อเย็นเดือดพล่านขึ้นมา ซึ่งถือเป็นเรื่องปกติ และในเวลานั้น ถนนบนภูเขาส่วนใหญ่มีอู่ซ่อมรถไว้บริการซ่อมเครื่องยนต์ที่ร้อนจัด

ACS (Auto Club Suisse) ดูแลรักษาอนุสรณ์สถานทางประวัติศาสตร์ในยุคนั้นบนเส้นทางSusten Passซึ่งยังมีสถานีเติมน้ำหล่อเย็นหม้อน้ำอยู่สองแห่ง มีคำแนะนำอยู่บนแผ่นโลหะหล่อ และมีบัวรดน้ำทรงกลมแขวนอยู่ข้างก๊อกน้ำ บัวรดน้ำทรงกลมนั้นมีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ถูกวางลง ทำให้ใช้งานไม่ได้ในบ้าน แต่ถึงกระนั้นก็ยังถูกขโมยไป ดังที่เห็นในภาพ

ในช่วงเวลานั้น บริษัทในยุโรป เช่นMagirus-Deutzผลิตรถบรรทุกดีเซลระบายความร้อนด้วยอากาศPorscheผลิตรถแทรกเตอร์ทางการเกษตรระบายความร้อนด้วย อากาศ ^{[ 5 ]}และVolkswagenก็มีชื่อเสียงในด้านรถยนต์นั่งส่วนบุคคลระบายความร้อนด้วยอากาศ ในสหรัฐอเมริกาFranklinผลิตเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ

เป็นเวลานานแล้วที่ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นที่นิยมใช้ในงานทางทหาร เนื่องจากระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากสะเก็ดระเบิดมากกว่า

บริษัทTatra ซึ่งตั้งอยู่ใน สาธารณรัฐเช็กมีชื่อเสียงในด้านเครื่องยนต์ V8 ระบายความร้อนด้วยอากาศขนาดใหญ่สำหรับรถยนต์ วิศวกรของ Tatra ชื่อ Julius Mackerle ได้ตีพิมพ์หนังสือเกี่ยวกับเรื่องนี้ เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศนั้นเหมาะสมกับสภาพอากาศที่หนาวจัดและร้อนจัดได้ดีกว่า คุณจะเห็นเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศสตาร์ทและทำงานได้ในสภาพอากาศที่หนาวจัดจนเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำหยุดทำงาน และยังคงทำงานต่อไปได้ในขณะที่เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำเริ่มพ่นไอน้ำออกมา เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศอาจมีข้อได้เปรียบในแง่ของอุณหพลศาสตร์เนื่องจากอุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่า ปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดที่พบในเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศของเครื่องบินคือสิ่งที่เรียกว่า " การระบายความร้อนแบบกระแทก " เมื่อเครื่องบินดิ่งลงหลังจากไต่ระดับหรือบินในระดับโดยเปิดคันเร่ง เครื่องยนต์จะไม่มีภาระในขณะที่เครื่องบินดิ่งลงซึ่งสร้างความร้อนน้อยลง และการไหลของอากาศที่ระบายความร้อนเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น อาจส่งผลให้เครื่องยนต์เสียหายอย่างร้ายแรงได้ เนื่องจากชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์มีอุณหภูมิที่แตกต่างกัน และดังนั้นจึงมีการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน ในสภาวะเช่นนี้ เครื่องยนต์อาจติดขัด และการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันหรือความไม่สมดุลระหว่างความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์และความร้อนที่ระบายออกโดยระบบระบายความร้อน อาจส่งผลให้เครื่องยนต์สึกหรอมากขึ้น อันเป็นผลมาจากความแตกต่างของการขยายตัวทางความร้อนระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องยนต์ โดยเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยของเหลวจะมีอุณหภูมิการทำงานที่คงที่และสม่ำเสมอกว่า

ปัจจุบันเครื่องยนต์ IC สำหรับรถยนต์และเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

การระบายความร้อนด้วยของเหลวยังถูกนำมาใช้ในยานพาหนะทางทะเล (เรือ ฯลฯ) สำหรับเรือนั้น ส่วนใหญ่จะใช้น้ำทะเลในการระบายความร้อน ในบางกรณีจะใช้สารหล่อเย็นทางเคมี (ในระบบปิด) หรือผสมกับน้ำทะเลในการระบายความร้อน^{[ 9 ] [ 10 ]}

การเปลี่ยนจากระบบระบายความร้อนด้วยอากาศมาเป็นระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อกองทัพสหรัฐฯ ต้องการยานพาหนะที่เชื่อถือได้ ปัญหาเรื่องเครื่องยนต์เดือดจึงได้รับการศึกษา วิจัย และหาทางแก้ไขหม้อน้ำและบล็อกเครื่องยนต์ แบบเดิม ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมและผ่านการทดสอบความทนทาน แต่ใช้ปั๊มน้ำที่มีซีลแบบ "เชือก" ที่ หล่อลื่นด้วยกรา ไฟต์ซึ่งรั่วซึมได้ ซีลนี้สืบทอดมาจากเครื่องยนต์ไอน้ำ ซึ่งยอมรับการสูญเสียน้ำได้ เนื่องจากเครื่องยนต์ไอน้ำใช้น้ำปริมาณมากอยู่แล้ว เนื่องจากซีลปั๊มรั่วซึมส่วนใหญ่เมื่อปั๊มทำงานและเครื่องยนต์ร้อน การสูญเสียน้ำจึงระเหยไปอย่างเงียบๆ เหลือเพียงร่องรอยสนิมเล็กน้อยเมื่อเครื่องยนต์หยุดทำงานและเย็นลง จึงไม่แสดงให้เห็นถึงการสูญเสียน้ำอย่างมีนัยสำคัญหม้อน้ำ รถยนต์ (หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ) มีช่องจ่ายน้ำเย็นไปยังเครื่องยนต์ และเครื่องยนต์มีช่องจ่ายน้ำร้อนไปยังด้านบนของหม้อน้ำ การหมุนเวียนน้ำได้รับการช่วยเหลือจากปั๊มแบบโรตารี่ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย เนื่องจากต้องทำงานในช่วงความเร็วที่กว้างมาก ทำให้ใบพัดมีประสิทธิภาพในการสูบน้ำน้อยมาก ในขณะที่เครื่องยนต์ทำงาน ซีลปั๊มที่รั่วทำให้ระดับน้ำหล่อเย็นลดลงจนถึงระดับที่ปั๊มไม่สามารถสูบน้ำกลับไปยังด้านบนของหม้อน้ำได้อีกต่อไป ดังนั้นการหมุนเวียนน้ำจึงหยุดลงและน้ำในเครื่องยนต์เดือด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากน้ำที่สูญเสียไปทำให้เครื่องยนต์ร้อนจัดและสูญเสียน้ำเพิ่มขึ้นจากการเดือด น้ำที่สูญเสียไปในตอนแรกจึงถูกซ่อนไว้

หลังจากแก้ไขปัญหาปั๊มน้ำได้แล้ว รถยนต์และรถบรรทุกที่ผลิตขึ้นเพื่อใช้ในสงคราม (ไม่มีการผลิตรถยนต์สำหรับพลเรือนในช่วงเวลานั้น) จึงติดตั้งปั๊มน้ำแบบซีลคาร์บอนที่ไม่รั่วซึมและไม่ทำให้เกิดน้ำพุ่งกระฉูดอีกต่อไป ในขณะเดียวกัน ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศก็ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาเครื่องยนต์เดือด แม้ว่าปัญหาน้ำเดือดจะไม่ใช่ปัญหาที่พบได้ทั่วไปอีกต่อไปแล้วก็ตาม เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศจึงได้รับความนิยมไปทั่วทวีปยุโรป หลังสงครามโฟล์คสวาเกนโฆษณาในสหรัฐอเมริกาว่าเครื่องยนต์ไม่เดือด แม้ว่ารถยนต์ระบายความร้อนด้วยน้ำรุ่นใหม่จะไม่เดือดอีกต่อไปแล้ว แต่รถยนต์เหล่านั้นก็ขายดี แต่เมื่อความตระหนักเรื่องคุณภาพอากาศเพิ่มสูงขึ้นในทศวรรษ 1960 และมีการออกกฎหมายควบคุมการปล่อยไอเสีย น้ำมันไร้สารตะกั่วจึงเข้ามาแทนที่น้ำมันที่มีสารตะกั่ว และส่วนผสมเชื้อเพลิงที่บางลงก็กลายเป็นเรื่องปกติซูบารุเลือกใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับ เครื่องยนต์ ซีรีส์ EA (แบบแบน) เมื่อเปิดตัวในปี 1966

เครื่องยนต์ลูกสูบสันดาปภายในต้นแบบทดลองประเภทพิเศษได้รับการพัฒนามาหลายทศวรรษโดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการลดการสูญเสียความร้อน^{[ 11 ]}เครื่องยนต์เหล่านี้เรียกกันหลายชื่อ เช่น เครื่องยนต์อะเดียแบติก เนื่องจากเป็นการประมาณการขยายตัวแบบอะเดียแบติกได้ดีกว่า เครื่องยนต์ระบายความร้อนต่ำ หรือเครื่องยนต์อุณหภูมิสูง^{[ 12 ]}โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่มีชิ้นส่วนห้องเผาไหม้เคลือบด้วยสารเคลือบ เซรามิก ที่เป็นฉนวนความร้อน^{[ 13 ]}บางรุ่นใช้ลูกสูบไทเทเนียมและชิ้นส่วนไทเทเนียมอื่นๆ เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนต่ำ^{[ 14 ]}และมีมวลน้อย บางแบบสามารถกำจัดการใช้ระบบระบายความร้อนและการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้องได้ทั้งหมด^{[ 15 ]}การพัฒนาสารหล่อลื่นที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ถือเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์^{[ 16 ]}

• แกนฮีตเตอร์
• การระบายความร้อนของถังพัก

• Biermann, Arnold E.; Ellerbrock, Herman H. Jr (1939). การออกแบบครีบระบายความร้อนสำหรับกระบอกสูบระบายความร้อนด้วยอากาศ (PDF) . NACA . รายงานเลขที่ 726.
• PV Lamarque: "การออกแบบครีบระบายความร้อนสำหรับเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์" รายงานของคณะกรรมการวิจัยยานยนต์วารสารสถาบันวิศวกรยานยนต์ฉบับเดือนมีนาคม พ.ศ. 2486 และยังปรากฏใน "รายงานการประชุมสถาบันวิศวกรยานยนต์ ครั้งที่ XXXVII สมัยประชุม พ.ศ. 2485-2486 หน้า 99-134 และ 309-312"
• "เครื่องยนต์รถยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศ", จูเลียส แมคเคอร์ล, ME; ชาร์ลส์ กริฟฟิน แอนด์ คอมพานี จำกัด, ลอนดอน, 1972
• engineeringtoolbox.comสำหรับคุณสมบัติทางกายภาพของอากาศ น้ำมัน และน้ำ
• https://automotivedroid.com/can-low-coolant-cause-rough-idle/สำหรับข้อมูลเกี่ยวกับระดับน้ำหล่อเย็นต่ำที่ทำให้เครื่องยนต์เดินเบาไม่เรียบ

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ การ ระบายความร้อนของเครื่องยนต์