ونظرًا لأن الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة الداخلية، يتم الاحتفاظ بسائل التبريد عند ضغط أعلى من الضغط الجوي لزيادة درجة غليانه. عادة ما يتم دمج صمام تخفيف الضغط المعاير في غطاء تعبئة الرادياتير. ويختلف هذا الضغط بين النماذج، ولكنه يتراوح عادةً من 4 إلى 30 رطل لكل بوصة مربعة (30 إلى 200 كيلو باسكال).[4]
مع زيادة ضغط نظام التبريد مع ارتفاع درجة الحرارة، فإنه سيصل إلى النقطة التي يسمح فيها صمام تخفيف الضغط للضغط الزائد بالهروب. سيتوقف هذا عندما تتوقف درجة حرارة النظام عن الارتفاع. في حالة امتلاء المبرد (أو الخزان الرأسي) بشكل زائد، يتم تنفيس الضغط عن طريق السماح بخروج القليل من السائل. قد يتم تصريف هذا ببساطة على الأرض أو يتم تجميعه في حاوية مهواة تظل عند الضغط الجوي. عند إيقاف تشغيل المحرك، يبرد نظام التبريد وينخفض مستوى السائل. في بعض الحالات التي يتم فيها تجميع السائل الزائد في الزجاجة، قد يتم "امتصاصه" مرة أخرى إلى دائرة سائل التبريد الرئيسية. وفي حالات أخرى، ليس كذلك.
قبل الحرب العالمية الثانية، كان سائل تبريد المحرك عادةً عبارة عن ماء عادي. تم استخدام مضاد التجمد فقط للتحكم في التجمد، وغالبًا ما يتم ذلك فقط في الطقس البارد. إذا تُرك الماء العادي ليتجمد في كتلة المحرك، فيمكن أن يتمدد الماء أثناء تجميده. يمكن أن يتسبب هذا التأثير في حدوث تلف داخلي شديد في المحرك بسبب تمدد الجليد.
تطلب تطوير محركات الطائرات عالية الأداء مبردات محسنة ذات نقاط غليان أعلى، مما أدى إلى اعتماد مخاليط الجليكول أو الماء والجليكول. وقد أدى ذلك إلى اعتماد الجليكولات لخصائصها المضادة للتجمد.
منذ تطوير محركات الألمنيوم أو المعادن المختلطة، أصبح منع التآكل أكثر أهمية من مانع التجمد، وفي جميع المناطق والمواسم.
قد يؤدي جفاف الخزان الفائض إلى تبخر سائل التبريد، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل موضعي أو عام. قد يحدث ضرر جسيم إذا تم السماح للمركبة بالسير فوق درجة الحرارة. قد تكون النتيجة حدوث أعطال مثل حشوات الرأس المنفوخة ورؤوس الأسطوانات أو كتل الأسطوانات الملتوية أو المتشققة. في بعض الأحيان لن يكون هناك أي تحذير، لأن مستشعر درجة الحرارة الذي يوفر بيانات لمقياس درجة الحرارة (سواء الميكانيكية أو الكهربائية) يتعرض لبخار الماء، وليس سائل التبريد، مما يوفر قراءة خاطئة ضارة.
يؤدي فتح المبرد الساخن إلى خفض ضغط النظام، مما قد يؤدي إلى غليانه وإخراج سائل ساخن وبخار بشكل خطير. لذلك، غالبًا ما تحتوي أغطية الرادياتير على آلية تحاول تخفيف الضغط الداخلي قبل فتح الغطاء بالكامل.
يُنسب اختراع المبرد المائي للسيارات إلى كارل بنز. صمم فيلهلم مايباخ أول مشعاع على شكل قرص العسل لسيارة مرسيدس بقوة 35 حصانًا
من الضروري في بعض الأحيان أن تكون السيارة مجهزة بمبرد ثانٍ أو مساعد لزيادة قدرة التبريد، عندما لا يمكن زيادة حجم المبرد الأصلي. يتم توصيل المبرد الثاني على التوالي مع المبرد الرئيسي في الدائرة. كان هذا هو الحال عندما تم تزويد سيارة أودي 100 بشاحن توربيني لأول مرة لإنشاء طراز 200. ولا ينبغي الخلط بين هذه المحركات والمبردات الداخلية.
تحتوي بعض المحركات على مبرد زيت، ومبرد صغير منفصل لتبريد زيت المحرك. غالبًا ما تحتوي السيارات ذات ناقل الحركة الأوتوماتيكي على وصلات إضافية للرادياتير، مما يسمح لسائل ناقل الحركة بنقل حرارته إلى المبرد الموجود في الرادياتير. قد تكون هذه إما مشعات زيت-هواء، كما هو الحال بالنسبة لنسخة أصغر من المبرد الرئيسي. وببساطة أكثر، قد تكون مبردات الزيت والماء، حيث يتم إدخال أنبوب الزيت داخل مبرد الماء. على الرغم من أن الماء أكثر سخونة من الهواء المحيط، إلا أن موصليته الحرارية الأعلى توفر تبريدًا مشابهًا (ضمن الحدود) من مبرد الزيت الأقل تعقيدًا وبالتالي أرخص وأكثر موثوقية. في حالات أقل شيوعًا، قد يتم تبريد سائل التوجيه المعزز وسائل الفرامل والسوائل الهيدروليكية الأخرى بواسطة مشعاع مساعد في السيارة.
قد تحتوي المحركات المشحونة بشاحن توربيني أو ذات شحن فائق على مبرد داخلي، وهو مشعاع هواء-هواء أو هواء-ماء يستخدم لتبريد شحنة الهواء الواردة، وليس لتبريد المحرك.
الطائرات ذات المحركات المكبسية المبردة بالسائل (عادةً ما تكون محركات مضمنة بدلاً من المحركات الشعاعية) تتطلب أيضًا مشعات. نظرًا لأن السرعة الجوية أعلى من السيارات، يتم تبريدها بكفاءة أثناء الطيران، وبالتالي لا تتطلب مساحات كبيرة أو مراوح تبريد. ومع ذلك، تعاني العديد من الطائرات عالية الأداء من مشاكل ارتفاع درجة الحرارة الشديدة عند الوقوف على الأرض - سبع دقائق فقط بالنسبة لطائرة سبيتفاير.[6] وهذا مشابه لسيارات الفورمولا 1 اليوم، عندما تتوقف على الشبكة مع تشغيل المحركات، فإنها تحتاج إلى دفع هواء أنبوبي إلى حجرات المبرد الخاصة بها لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
يعد تقليل السحب هدفًا رئيسيًا في تصميم الطائرات، بما في ذلك تصميم أنظمة التبريد. كانت إحدى التقنيات المبكرة هي الاستفادة من تدفق الهواء الغزير للطائرة لاستبدال قلب قرص العسل (العديد من الأسطح، مع نسبة عالية من السطح إلى الحجم) بمبرد مثبت على السطح. يستخدم هذا سطحًا واحدًا ممزوجًا بجسم الطائرة أو جلد الجناح، مع تدفق سائل التبريد عبر الأنابيب الموجودة في الجزء الخلفي من هذا السطح. شوهدت مثل هذه التصميمات في الغالب على طائرات الحرب العالمية الأولى.
نظرًا لأنها تعتمد بشكل كبير على السرعة الجوية، فإن المشعاعات السطحية تكون أكثر عرضة لارتفاع درجة الحرارة عند التشغيل على الأرض. تم وصف طائرات السباق مثل Supermarine S.6B، وهي طائرة سباق مائية مزودة بمشعات مدمجة في الأسطح العلوية لعواماتها، بأنها "تطير على مقياس درجة الحرارة" باعتباره الحد الرئيسي لأدائها.
تم أيضًا استخدام المشعاعات السطحية في عدد قليل من سيارات السباق عالية السرعة، مثل سيارة مالكولم كامبل بلو بيرد عام 1928.
من القيود بشكل عام على معظم أنظمة التبريد عدم السماح لسائل التبريد بالغليان، حيث أن الحاجة إلى التعامل مع الغاز في التدفق تؤدي إلى تعقيد التصميم بشكل كبير. بالنسبة لنظام تبريد المياه، هذا يعني أن الحد الأقصى لمقدار نقل الحرارة محدود بالسعة الحرارية المحددة للماء والفرق في درجة الحرارة المحيطة و100 درجة مئوية. وهذا يوفر تبريدًا أكثر فعالية في الشتاء، أو على ارتفاعات أعلى حيث تكون درجات الحرارة منخفضة.
هناك تأثير آخر مهم بشكل خاص في تبريد الطائرات وهو أن السعة الحرارية النوعية تتغير وتقل نقطة الغليان مع الضغط، ويتغير هذا الضغط بسرعة أكبر مع الارتفاع مقارنة بانخفاض درجة الحرارة. وبالتالي، بشكل عام، تفقد أنظمة التبريد السائل قدرتها مع صعود الطائرة. كان هذا بمثابة تقييد كبير للأداء خلال ثلاثينيات القرن العشرين عندما سمح إدخال الشواحن التوربينية لأول مرة بالسفر المريح على ارتفاعات تزيد عن 15000 قدم، وأصبح تصميم التبريد مجالًا رئيسيًا للبحث.
كان الحل الأكثر وضوحًا وشائعًا لهذه المشكلة هو تشغيل نظام التبريد بالكامل تحت الضغط. أدى ذلك إلى الحفاظ على السعة الحرارية النوعية عند قيمة ثابتة، بينما استمرت درجة حرارة الهواء الخارجي في الانخفاض. وهكذا حسنت هذه الأنظمة قدرة التبريد أثناء صعودها. بالنسبة لمعظم الاستخدامات، أدى هذا إلى حل مشكلة تبريد المحركات المكبسية عالية الأداء، واستخدمت جميع محركات الطائرات المبردة بالسوائل تقريبًا في فترة الحرب العالمية الثانية هذا الحل.
ومع ذلك، كانت الأنظمة المضغوطة أيضًا أكثر تعقيدًا وأكثر عرضة للتلف - نظرًا لأن سائل التبريد كان تحت الضغط، فحتى التلف البسيط في نظام التبريد مثل ثقب رصاصة واحدة من عيار البندقية، قد يتسبب في رش السائل بسرعة خارجًا من نظام التبريد. فتحة. كان فشل أنظمة التبريد، إلى حد بعيد، هو السبب الرئيسي لفشل المحرك.
على الرغم من صعوبة بناء مشعاع طائرة قادر على التعامل مع البخار، إلا أنه ليس مستحيلاً بأي حال من الأحوال. الشرط الرئيسي هو توفير نظام يقوم بتكثيف البخار مرة أخرى إلى سائل قبل إعادته إلى المضخات وإكمال حلقة التبريد. يمكن لمثل هذا النظام الاستفادة من الحرارة النوعية للتبخر، والتي في حالة الماء تبلغ خمسة أضعاف السعة الحرارية النوعية في الحالة السائلة. يمكن تحقيق مكاسب إضافية من خلال السماح للبخار بالتسخين الزائد. مثل هذه الأنظمة، المعروفة باسم المبردات التبخيرية، كانت موضوعًا لأبحاث كبيرة في ثلاثينيات القرن العشرين.
خذ بعين الاعتبار نظامين تبريد متشابهين، يعملان عند درجة حرارة الهواء المحيط البالغة 20 درجة مئوية. يمكن أن يعمل التصميم السائل بالكامل في درجة حرارة تتراوح بين 30 درجة مئوية و90 درجة مئوية، مما يوفر 60 درجة مئوية من الاختلاف في درجة الحرارة لنقل الحرارة. قد يعمل نظام التبريد التبخيري بين 80 درجة مئوية و110 درجة مئوية. للوهلة الأولى يبدو هذا الفرق أقل بكثير في درجات الحرارة، لكن هذا التحليل يتجاهل الكمية الهائلة من الطاقة الحرارية التي يتم امتصاصها أثناء توليد البخار، أي ما يعادل 500 درجة مئوية. في الواقع، تعمل النسخة التبخيرية بين 80 درجة مئوية و560 درجة مئوية، أي بفارق 480 درجة مئوية في درجة الحرارة الفعلية. يمكن أن يكون مثل هذا النظام فعالاً حتى مع استخدام كميات أقل بكثير من الماء.
الجانب السلبي لنظام التبريد التبخيري هو مساحة المكثفات المطلوبة لتبريد البخار مرة أخرى إلى ما دون نقطة الغليان. وبما أن البخار أقل كثافة بكثير من الماء، فإن هناك حاجة إلى مساحة سطحية أكبر لتوفير تدفق هواء كافٍ لتبريد البخار مرة أخرى. استخدم تصميم Rolls-Royce Goshawk لعام 1933 مكثفات تقليدية تشبه المبرد وقد أثبت هذا التصميم أنه يمثل مشكلة خطيرة بالنسبة للسحب. في ألمانيا، طور الأخوان غونتر تصميمًا بديلاً يجمع بين التبريد بالتبخير والمشعات السطحية المنتشرة في جميع أنحاء أجنحة الطائرة وجسم الطائرة وحتى الدفة. تم بناء العديد من الطائرات باستخدام تصميمها وسجلت العديد من سجلات الأداء، ولا سيما Heinkel He 119 وHeinkel He 100. ومع ذلك، تطلبت هذه الأنظمة العديد من المضخات لإعادة السائل من المشعات المنتشرة وثبت أنه من الصعب للغاية الاستمرار في العمل بشكل صحيح. وكانوا أكثر عرضة لأضرار المعركة. تم التخلي عن الجهود المبذولة لتطوير هذا النظام بشكل عام بحلول عام 1940. وسرعان ما تم إلغاء الحاجة إلى التبريد التبخيري من خلال التوافر الواسع النطاق للمبردات القائمة على الإيثيلين جليكول، والتي كانت لها حرارة نوعية أقل، ولكن نقطة غليانها أعلى بكثير من الماء.
يقوم مشعاع الطائرة الموجود في قناة بتسخين الهواء الذي يمر عبره، مما يؤدي إلى تمدد الهواء وزيادة سرعته. وهذا ما يسمى تأثير ميريديث، والطائرات المكبسية عالية الأداء المزودة بمشعات منخفضة السحب مصممة جيدًا (خاصة موستانج P-51) تستمد قوة الدفع منها. كان الدفع كبيرًا بما يكفي لتعويض سحب القناة التي كان المبرد محاطًا بها وسمح للطائرة بتحقيق سحب تبريد صفر. في وقت ما، كانت هناك خطط لتجهيز Supermarine Spitfire بحارق لاحق، عن طريق حقن الوقود في قناة العادم بعد المبرد وإشعالها. يتم تحقيق الاحتراق اللاحق عن طريق حقن وقود إضافي في المحرك في نهاية دورة الاحتراق الرئيسية.
