تبريد محرك الاحتراق الداخلي Internal combustion engine cooling

نظام تبريد محرك الاحتراق الداخلي يستخدم أما الهواء أو السائل لإزالة مخلفات الحرارة. للمحركات الصغيرة أو الأغراض الخاصة, يستخدم تبريد الهواء air cooling, مما يجعل المحرك خفيف وبسيط نسبيا. نظام تبريد السائل الأكثر تعقيدا يقوم في نهاية المطاف بإخراج مخلفات الحرارة إلى الهواء, ولكن انسياب السائل يحسن من انتقال الحرارة من الأجزاء الداخلية للمحرك. محركات الزوارق قد تستخدم دائرة مفتوحة للتبريد open-loop cooling, ولكن المركبات المستخدمة في الطيران وعلى الطرق المبردة بالسائل يجب أن تستخدم تدوير حجم ثابت من السائل في التبريد.

نظرة عامة:

المحركات الحرارية heat engines تولد قدرة ميكانيكية عن طريق استخلاص الطاقة من تدفق حراري. المحرك الحراري بشكل عام غير كفئ وذو كفاءة حرارية منخفضة, ولهذا فإن الطاقة الحرارية الداخلة للمحرك تكون أكبر من القدرة الميكانيكية الخارجة منه, والفرق بينهما يعد مخلفات حرارية waste heat والتي يجب التخلص منها. محركات الاحتراق الداخلي تقوم بالتخلص من المخلفات الحرارية بعدة طرق: بواسطة الهواء الداخل البارد للمحرك cool intake air, عن طريق خروج الحرارة مع غازات العادم الساخنة hot exhaust gasses, وبشكل اساسي عن طريق نظام تبريد المحرك engine cooling.

الفقد الحراري والكفاءة الحرارية Thermal efficiency:

الكفاءة الحرارية هي مقياس للأداء بدون وحدات dimensionless لجهاز يستخدم الطاقة الحرارية thermal energy, مثل محركات الاحتراق الداخلي internal combustion engine, محركات البخار steam engine, التربين البخاري steam turbine, غلاية boiler, فرن furnace, أو ثلاجة refrigerator. في دورة القدرة power cycle, الكفاءة الحرارية تشير إلى مدى الطاقة المضافة بالحرارة تتحول إلى شغل فعال. بالنسبة لدورة الثلاجة والمضخة الحرارية الكفاءة الحرارية تشير إلى مدى الطاقة المضافة كشغل تتحول إلى خرج حراري.

بشكل عام, كفاءة تحويل الطاقة هي النسبة بين خرج الجهاز ودخل الجهاز, من حيث الطاقة. بالنسبة للطاقة الحرارية, هي الحرارة الداخلي إلى الجهاز أو الحرارة الموجودة بالوقود المستهلك. الخرج المطلوب هو شغل ميكانيكي, أو حرارة أو الأثنين. الكفاءة الحرارية تمثل كنسبة مئوية والتي تكون بين 0% و 100% بسبب عدم الكفاءة والفقد الحراري التي تحول الطاقة إلى أشكال مختلفة. في محركات الاحتراق الداخلي يفقد جزء كبير في الطاقة في صورة حرارة ضائعة في الاحتكاك, والتبريد, والفقد مع غازات العادم.

hth = Qout / Qin = (Qin Qloss) / Qin = 1 Qloss /Qin

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/09/Efficiency_diagram_by_Zureks.svg/220px-Efficiency_diagram_by_Zureks.svg.png

http://www.sankey-diagrams.com/wp-content/gallery/o_sankey_209/energy_split_combustion_engine.png

نظام التبريد بالسيارة Cooling system:

يطلق على النظام نظام التبريد, وهو مسمى غير دقيق إلى حد ما لأن التبريد هو واحد من الوظائف الأساسية التي يقوم بها النظام بالإضافة إلى التبريد:

- الوصول السريع لدرجة حرارة التشغيل للمحرك

- المحافظة على درجة حرارة التشغيل للمحرك

- التخلص من الحرارة الزائدة للمحرك

- المساهمة في عملية التدفئة بالسيارة

أنواع نظم التبريد بالسيارة:

نظام تبريد الهواء

هناك نوعين معروفين بنظام تبريد الهواء (نظام تبريد هواء مباشر- المحرك إلى الهواء) ونظام تبريد المياه (نظام تبريد هواء غير مباشر المحرك إلى سائل التبريد إلى الهواء)

 

نظام التبريد للمركبات يستخدم الدائرة المغلقة, ويتم استخدام الهواء في التبريد (بطريقة مباشرة, وطريقة غير مباشرة), في النوع الأول (تبريد الهواء) يستخدم الهواء مباشرة لتبريد أجزاء المحرك (تنقل الحرارة إلى الهواء), وفي النوع الثاني يستخدم الهواء بطريقة غير مباشرة لتبريد سائل التبريد, سائل التبريد يقوم بتبريد أجزاء المحرك (تنتقل الحرارة من المحرك إلى سائل التبريد), ثم يتم تبريد سائل التبريد عن طريق استخدام الهواء (عن طريق مبادل حراري) وفيه تنتقل الحرارة من سائل التبريد إلى الهواء.

نظام تبريد الزيت:

يستخدم الزيت في التبريد أيضا (يقوم الزيت بالإضافة إلى تسهيل حركة الأجزاء- التزليق, وحمل الأجزاء- كراسي التحميل) بتبريد الاجزاء التي يصعب وصول سائل التبريد إليها, ثم يتم تبريد الزيت عن طريق الهواء مباشرة (علبة عمود المرفق) أو مبادل حراري radiator.

تشمل المهمة الرئيسية لزيوت التزييت:

- تزيت الأجزاء

- تقليل التأكل wear للأجزاء المتحركة,

- تقوم بتنظيف,

- تمنع الصدأ inhibit corrosion,

- تحسين الحبك improve sealing,

- تقوم بتبريد المحرك cool the engine عن طريق التخلص من الحرارة بعيدا عن الأجزاء المتحركة.

طلاء الأجزاء بالزيت يمنع من تعرضهم للأكسجين, مما يمنع التأكسد عند درجات الحرارة العالية ويمنع الصدأ rust أو التأكل corrosion. مثبطات الصدأ corrosion inhibitors يمكن أن تضاف أيضا إلى الزيت. العديد من زيوت المحركات يضاف إليها منظفات detergents و المشتتات dispersants للمحافظة عليها نظيفة وتمنع تكون الرواسب النفطية oil sludge. الزيت يمكن التخلص من السخام/ الهباب soot في حد ذاته, بدلا من تركه يترسب على الأسطح الداخلية. وهذا ما يؤدي إلى تحول الزيت اللون الأسود بعد فترة من الاستخدام.

زيت المحرك قد يستخدم كعامل تبريد. في بعض التركيبات حيث يتم رش الزيت splash lubrication من خلال فوهة داخل علبة عمود المرفق على المكبس لتوفير التبريد لأجزاء معينة والتي تصل إلى درجات حرارة عالية. يتم نقل حرارة المحرك الساخن إلى الزيت الذي يقوم في العادة بنقلها إلى مبادل حراري heat-exchanger مثل الردياتير والذي يطلق عليه مبرد الزيت oil cooler. الزيت المبرد يعود مرة أخرى إلى المناطق الساخنة مرة أخرى لتبريدها.

تبريد الزيت يستخدم في الدراجات النارية عالية الأداء والتي لا تبرد بالمياه. ولكن في حالة أن المحرك لسيارة سباق التي تطلق كمية عالية من الحرارة بشكل مستمر فإن محركات تبريد المياه هي المفضلة.

مقارنة تبريد الزيت بتبريد المياه:

مميزات تبريد الزيت

عيوب تبريد الزيت

- الزيت له درجة غليان boiling point مرتفعة عن الماء, وعليه يمكن تبريد أجزاء درجة حرارته أعلى من 100 درجة مئوية, وإن كان الماء تحت ضغط يمكن أن يقوم بذلك.

- الزيت عازل للكهرباء, ويمكن أن يستخدم دخل الأجزاء أو في اتصال مباشر مع الأجزاء الكهربائية.

- الزيت موجود بالمحرك للتزيت, و لا يحتاج إلى خزان إضافي, أم مضخة, أو ردياتير (قد تحتاج كل من تلك الاجزاء للتكبير في تلك الحالة).

- في حالة وجود تلف للحابك gasket, فإن دخول زيت التبريد لداخل غرفة الاحتراق أو خزان الزيت لن يسبب ضرر, عكس الحالة في دخول الماء الذي يسبب مشاكل جامة.

- الزيت يمنع التأكل والصدأ, عكس الماء

- الزيت محدود بتبريد الأجزاء التي تكون درجة حرارتها 200-300 درجة مئوية.

- الماء متوفر في العادة في حالة الحاجة إليه, أما الزيت فقد لا يكون متوفر في معظم الاحوال.

- عكس الماء فالزيت قابل للاشتعال.

- السعة الحرارية specific heat بالنسبة للماء ضعف سعة الزيت, ولذى فلنفس الحجم فإن الماء يمكن أن يمتص حرارة أكثر من المحرك عن الزيت.

- المياه, هي مبرد أحسن في حالة المحركات التي تولد كمية كبيرة من الحرارة, مثل محركات سيارات السباق.

اهمية نظام التبريد للمحرك:

محرك الاحتراق الداخلي يحرق الوقود في درجات أعلى من درجة انصهار معدن المحرك, وأعلى من درجة احتراق سوائل التزييت. ولذلك لا يمكن بأي حال الاستغناء عن نظام التبريد بأي شكل من الأشكال. نظام التبريد يستخدم مبادل حراري الذي يعتمد على فرق درجات الحرارة بين أجزاء المحرك ووسيط التبريد. لذلك جودة نظام التبريد تظهر أهميتها في الأجواء الساخنة (حيث يقل فرق درجات الحرارة مع ارتفاع حرارة الجو). في حالة عطل نظام التبريد, ترتفع درجة حرارة الأجزاء المتحركة داخل المحرك وتتمدد بشكل غير منتظم مما يزيد الاحتكاك وبالتالي إلى فقد في الطاقة خلال حركة تلك الأجزاء (استهلاك أعلى للوقود, وتأكل الأجزاء), مع زيادة الحرارة أكثر يؤدي إلى قفش الأجزاء وتوقف دوران المحرك.

المبادئ الاساسية:

معظم محركات الاحتراق الداخلي تبرد عن طريق الهواء أو السائل الذي يتم تبريده عن طريق مبادل حراري heat exchanger رادياتير/ مشع radiator بواسطة الهواء. محركات المركبات البحرية وبعض المحركات الثابتة تستخدم الماء بشكل مباشر(دائرة مفتوحة) لتبريد المحرك, ولكن هذا قد يؤدي في كثير من الأحيان لزيادة الرواسب, التي قد تسد ممرات سائل التبريد, وتكون الأملاح التي قد تضر المحرك كيميائيا. وبالتالي, فإن العديد منها يكون عن طريق تبريد المحرك من خلال مبادل حراري الذي يتم تبريده بواسطة كتلة الماء.

تبريد أجزاء المحرك يكون عن طريق تيار مستمر من وسيط التبريد, وسيط التبريد قد يكون متجدد باستمرار (دائرة مفتوحة, وسيط التبريد الساخن يتم التخلص منه خارج النظام ويتم استبداله بوسيط بارد جديد, "تبريد المحركات البحرية بماء البحر أو النهر, تبريد محركات المركبات الأرضية بالهواء المباشر"), أو يكون وسيط التبريد عبارة عن سائل في دائرة مغلقة يتم تبريد أجزاء المحرك, وبالتالي ترتفع درجة حرارة الوسيط نتيجة لذلك, ويتم تبريد الوسيط باستخدام مبادل حراري/ مشع, حيث يتم التخلص من حرارة وسيط التبريد السائل, عن طريق تيار الهواء المتجدد, يعود بعدها وسيط التبريد السائل إلى المرور مرة أخرى على أجزاء المحرك الساخنة, وهكذا).

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Fully_closed_IC_engine_cooling_system.svg/220px-Fully_closed_IC_engine_cooling_system.svg.png

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/Open_IC_engine_cooling_system_%28ship%29.svg/220px-Open_IC_engine_cooling_system_%28ship%29.svg.png

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/Semiclosed_IC_engine_cooling_system_%28ship%29.svg/220px-Semiclosed_IC_engine_cooling_system_%28ship%29.svg.png

A fully closed IC engine cooling system

Open IC engine cooling system

Semiclosed IC engine cooling system

 

 

تبريد السائل يعمل أيضا في المركبات البحرية (السفن,....). بالنسبة للسفن, فإن مياه البحر نفسها غالبا ما تستخدم في التبريد. في بعض الحالات, يتم إضافة مبردات كيميائية أيضا (في النظم المغلقة) أو أنها تخلط مع مياه التبريد من البحر.

معظم محركات المبردة بالسائل تستخدم خليط من الماء ومواد كيميائية مثل مانع التجمد antifreeze ومثبطات الصدأ rust inhibitors. المصطلح الصناعي لخليط مانع التجمد هو مبرد المحرك engine coolant. بعض موانع التجمد لا تستخدم ماء على الإطلاق ولكن تستخدم سائل مثل بروبين جلويكول propylene glycol أو خليط من بروبين جلويكول و إيثيلين جلويكول ethylene glycol. معظم محركات تبريد الهواء تستخدم سائل زيتي liquid oil cooling, للمحافظة على درجة حرارة مقبولة لأجزاء المحرك الحساسة وللزيت نفسه. بعض محركات تبريد المياه تستخدم تبريد هواء, حيث يقوم الهواء الداخل للمحرك في شوط السحب بتبريد غرفة الاحتراق.

http://image.slidesharecdn.com/pistonengineslesson7-150423085305-conversion-gate01/95/piston-engines-cooling-13-638.jpg?cb=1429779268

https://catiatutorialv5.files.wordpress.com/2012/02/liquidcooling2.jpg

هناك العديد من المتطلبات من نظام التبريد. واحدة من المتطلبات الأساسية هي قيلن نظام التبريد بخدمة المحرك بأكمله, حيث أن المحرك بأكمله يفشل في حالة أن جزء واحد ترتفع درجة حرارته عن المعدل. ولهذا, فإنه من الأهمية أن يعمل نظام التبريد على الحفاظ على جميع أجزاء المحرك في درجات حرارة مناسبة منخفضة.

المحرك يحتاج لدرجات حرارة مختلفة: المدخل المتضمن ضاغط التوربين ومدخل الفوهة والصمامات تحتاج أن تكون باردة بقدر الإمكان. جدران الاسطوانة لا يجب أن تسخن الهواء قبل عملية الانضغاط, ولكنها لا يجب أن تبرد الغازات عند الاحتراق أيضا. حل وسط أن تكون درجة حرارة الجدران 90 درجة مئوية. لزوجة الزيت تكون المثلى عند هذه الدرجة. كما أن أي تبريد للعادم او توربينة الشاحن تقلل من القدرة المتاحة للتوربين, ولذلك نظام العادم في الغالب يتم عزله بين المحرك والشاحن التوربيني للإبقاء على غازات العادم ساخنة قدر الإمكان.

نظام التبريد في العادة يقوم بتبريد الأجزاء الثابتة للمحرك, مثل كتلة المحرك ورأس المحرك مباشرة. أما الأجزاء المتحركة مثل المكبس, وعمود المرفق, وأذرع التوصيل, فيجب أن تعتمد على زيت التزييت كمبرد, أو بشكل محدود عن طريق التوصيل الحراري مع جسم المحرك وبالتالي لسائل التبريد. بعض المحركات عالية الأداء تحتاج إلى زيت إضافي, أكثر من احتياجها للتزيت, حيث تقوم برش الزيت لأعلى على الجزء السفلي للمكبس لزيادة تبريد المكبس وأجزائه. تبريد الهواء بالدرجات النارية يعتمد اعتماد كبير على تبريد الزيت بالإضافة إلى تبريد الهواء للأسطوانات.

محركات تبريد السائل في العادة تحتاج إلى مضخة لدفع دورة التبريد. ولكن محركات تبريد السائل في بداية عصر السيارات كانت تعتمد على تبريد السيفون الحراري thermos-syphon فقط, حيث يغادر سائل التبريد كتلة المحرك من أعلى وينتقل إلى الردياتير, حيث يتم تبريده قبل أن يدخل مرة أخرى من اسفل المحرك. دورة التبريد تعتمد على الحمل الحراري فقط, حيث لم تكن مضخة المياه مستخدمة وقتها.

عند اختيار نظام لتبريد السيارة تكون الوظيفة الرئيسية للنظام التبريد, هي تبريد المحرك وأجزائه, ولكن هناك بعض المتطلبات الأخرى لنظام التبريد والتي يجب أخذها في الاعتبار وتشمل: التكلفة, الوزن, الاعتمادية, والتحمل.

تبريد الهواء

في محركات تبريد الهواء الصغيرة يتعمد على سرعة اندفاع المركبة في توفير الهواء اللازم للتبريد (مثل الدرجات النارية). أما بالنسبة لمحركات تبريد الهواء للشاحنات والحافلات فإنها تحتاج إلى مروحة هواء ذات قدرة كبيرة تعمل داخل غلاف من المعدن لتوجيه هواء المروحة حول جسم المحرك.

http://www.revzilla.com/blog_content_image/image/10508/20140911airYam.jpg

http://i199.photobucket.com/albums/aa167/hlaltimus/PictureorVideo034.jpg

درجة حرارة هواء التبريد قد تتراوح من بين أقل من درجة التجمد إلى 50 درجة مئوية. علاوة على ذلك, في حين أن حركة المراكب في المسافات الطويلة وخدمة السكك الحديدية قد تعمل خلال حمل ثابت, فإن مركبات الطريق في الغالب تتعرض لظروف متغيرة الحمل وتتغير بسرعة كبيرة. ولهذا يكون تصميم نظام التبريد قادر على أن يغير معدلات التبريد حيث لا يتعرض المحرك إلى حالة من السخونة أو البرودة الزائدة. التحكم في نظام التبريد يتضمن نظام قابل للتعديل في تدفق الهواء (والذي يسمى ابواب/ مصاريع), وكذلك مروحة تعمل أما بشكل مستقل من المحرك, مثل المروحة الكهربائية, والتي قد يكون لها قابض قابل للضبط, صمام حراري أو ثرموستات الذي يمكن أن يمنع تدفق الهواء عندما يكون المحرك بارد. بالإضافة إلى المبادل الحراري الذي يكون له سعة حرارية يمكنه ضبط الزيادة في الحرارة في زمن قصير. بعض نظم التحكم في المحرك قد تقوم بإيقاف المحرك أو جعله يعمل بنصف فتحة خانق عندما ترتفع درجة حرارته بشكل كبير. بعض ضوابط المحرك الإليكترونية الحديثة تعمل على ضبط التبريد اعتمادا على فتحة الخانق توقعا لارتفاع درجة الحرارة, وتقوم بالحد من قدرة خرج المحرك للتعويض عن التبريد المحدود لديها.

http://www.uniquecarsandparts.com.au/images/how_it_works/Air_Cooled_Engine/Air_Cooled_Engine_3.jpg

http://www.vdubxs.com/wp-content/uploads/2014/02/Air_Cooled_Engine.jpg

تطور نظم التبريد

السيارات والشاحنات التي تستخدم تبريد مباشر للهواء (بدون سائل وسيط) بدأ بنائها خلال مدة زمنية طويلة مع أول بداية المحركات الصغيرة. قبل الحرب العالمية الثانية, كانت السيارات المبردة بالسائل والشاحنات ترتفع درجة حرارتها وتسخن بشكل روتيني اثناء صعود الطرق الجبلية. في ذلك الوقت, كان هذا يعتبر طبيعي, في معظم الطرق الجبلية وكانت هناك ورش تصليح سيارات متخصصة بالمحركات الساخنة بالطرق الجبلية.

محركات تبريد الهواء أكثر ملائمة لدرجات حرارة الطقس شديد البرودة والسخونة. يمكن أن تشاهد محركات تبريد الهواء التي تبدأ العمل وتستمر في ظروف التجمد التي تؤدي إلى تجمد محركات تبريد الماء, وتظل تعمل في الأجواء الساخنة حتى تبدأ محركات تبريد الماء بإطلاق أعمدة الدخان. محركات تبريد الهواء يمكن أن تتحلى بميزة من وجهة نظر الديناميكا الحرارية بسبب ارتفاع درجة حرارة التشغيل. المشكلة الكبرى التي تواجه محركات الطائرات المبردة بالهواء والتي يطلق عليها صدمة التبريد Shock cooling, عندما تدخل الطائرة في هبوط سريع dive بعد الارتفاع أو فتح الخانق, الطائرة ليس محملة بأي حمولة عند الهبوط السريع فإنها تولد حرارة أقل, وازدياد انسياب تيار هواء التبريد الذي يبرد المحرك, قد يؤدي إلى عطل كارثي للمحرك, فاختلاف درجة حرارة أجزاء المحرك المختلفة, يؤدي بالتالي إلى معدل تمدد مختلف للأجزاء. في معظم تلك الحالات تكون النتيجة قفش seize المحرك, وأن أي اختلاف مفاجئ أو عدم التوازن في العلاقة التي ينتجها المحرك والحرارة المبددة عن طريق التبريد يمكن أن تؤدي إلى زيادة التأكل بالمحرك, وتمدد حراري مختلف للأجزاء, قد يستخدم تبريد الزيت للتغلب على تلك الظاهرة أو ان يكون الحل هو استخدام محركات تبريد المياه الأكثر استقرارا ولها درجة حرارة تشغيل ثابتة وموحدة. اليوم, معظم السيارات ومحركات الاحتراق الداخلي الضخمة هي تبريد سائل.

 

التحول من تبريد الهواء Transition from air cooling

 

التحول من تبريد الهواء إلى تبريد السائل للسيارات حدث مع بداية الحرب العالمية الثانية عندما احتاج الجيش الأمريكي إلى مركبات يعتمد عليها. موضوع غليان المحركات تم تناولها, وبحثت, وتم إيجاد الحل. المشعات/ الردياتيرات السابقة وكتلة المحركات صممت بشكل صحيح وتعدت اختبارات المتانة, ولكن خلال استخدام مضخة المياه كانت تسرب مياه من الحابك, الحابك المستخدم وقتها تم أخذه من محركات البخار, في حالة محركات البخار يكون فقد وتسرب المياه مقبول, حيث تعمل محركات البخار على استخدام كمية كبيرة من المياه. وبسبب أن الحابك يسرب عندما تعمل المضخة والمحرك ساخن, وتتبخر المياه. تسريب حابك المضخة يستنزف المياه إلى مستوى لا يمكن أن تعمل المضخة على ارجاع المياه إلى أعلى الردياتير, حيث تتوقف دورة الماء ويغلي الماء داخل المحرك. تم بعدها التغلب على مشكلة المضخة, فإن السيارات والشاحنات التي تم بنائها للمجهود الحربي (لم يتم بناء سيارات مدنية خلال فترة الحرب) كانت مجهزة بحابك كربون لمضخات المياه التي لم تكن تسرب ولا يحدث منها غليان.

 

محركات تبريد الهواء أصبحت لها شعبية واسعة في جميع انحاء أوروبا. بعد الحرب فولكس واجن تم الاعلان عن سياراتها التي لا تغلي, على الرغم من أن السيارات المبردة بالمياه لم تعدي تغلي, ولكن تلك السيارات تم بيعها بشكل جيد. ولكن مع ارتفاع الوعي بجودة الهواء في الستينيات, فقد صدر القانون الذي ينظم انبعاثات العادم, وتم استبدال بنزين الرصاص بالبنزين الخالي من الرصاص, وأصبح الخليط الضعيف هو القاعدة.


مقارنة تبريد الهواء مع تبريد الماء:

كما هو معروف فأن الحرارة المنقولة بالتوصيل تتناسب مع فرق درجات الحرارة بين المعدن ووسيط التبريد. ففي حالة أن درجة حرارة معدن المحرك 250 درجة مئوية ودرجة حرارة الهواء 20 درجة مئوية, فيكون هناك 230 درجة مئوية فرق للتبريد. محركات تبريد الهواء تستخدم كل هذا الفرق, محرك تبريد السائل تقوم بالتخلص من الحرارة من المحرك (250 درجة مئوية) إلى السائل (درجة الغليان القياسية للماء 100 درجة مئوية يمكن تجاوزها عن طريق زيادة الضغط المؤثر على السائل و استخدام خليط من مانع التجمد) فيكون الفرق في درجة الحرارة 135 درجة مئوية ثم يتم تبريد السائل عن طريق هواء درجة حرارته 20 درجة مئوية (الفرق يكون 115 درجة مئوية). في كل مرحلة, فإن محرك تبريد السائل يكون له نصف فرق درجات الحرارة ولهذا فإنه من الوهلة الأولى يحتاج محرك الهواء إلى ضعف مساحة التبريد اللازمة لتبريد السائل.

الهواء له قدرة حرارية منخفضة لكل جرام ولكل وحدة حجم (4000) بالنسبة للماء, وأقل من 1/10 من التوصيل الحراري, ولكنه له أيضا لزوجة viscosity منخفضة حوالي 200 مرة أقل (17.4 10- 6 باسكال ثانية للهواء مقارنة بالماء 8.94 10- 4 باسكال ثانية للماء). استكمال للحسابات السابقة, فإن تبريد الهواء يحتاج إلى 10 مرات مساحة سطحية, ولهذا تستخدم الزعانف, وأن تبريد الهواء يحتاج إلى 2000 مرة سرعة انسياب, ولهذا تحتاج مروحة هواء لتدوير الهواء 10 مرات القدرة المطلوبة لتشغيل طلمبة/ مضخة المياه. نقل الحرارة من الاسطوانة إلى مساحة سطحية أكبر لتبريد الهواء تشكل مشكلة مثل صعوبة تصنيع الإشكال اللازمة للانتقال الجيد للحرارة والحيز المطلوب لحرية تدفق الكمية الكبيرة من الهواء.
الماء يغلي في حوالي نفس درجة الحرارة المطلوبة لتبريد المحرك. هذا له ميزة حيث يمكن أن يمتص قدر كبير من الطاقة مع ارتفاع ضئيل جدا في درجات الحرارة
(ويطلق عليه حرارة التبخير heat of vaporization), وهو أمر جيد لحفظ الاشياء باردة, وخاصة عند تمرير تيار واحد من سائل التبريد على العديد من الأجزاء الساخنة, وتحقيق درجة حرارة موحدة. على العكس من ذلك, فبأمرار الهواء فوق عدة أجزاء على التوالي فإنها تعمل على تسخين الهواء في كل مرحلة, وبذلك يكون الجزء الأول غاية في البرودة, والأخير غير مبرد بالمرة. ومع ذلك, فبمجرد غليان الماء, فإن الماء يصبح عازل, ويؤدي إلى فقد فجائي للتبريد حيث تتكون فقاعات البخار. البخار قد يعود إلى ماء مع خلطه مع مبرد أخر.

http://www.kemkarts.com/imagenes/logos/Foto_Reedjet.jpg

http://www.hdforums.com/Air_Cooled.jpg

كما تؤثر أيضا خصائص سائل التبريد (الماء, الزيت, الهواء) في عملية التبريد. كمثال, مقارنة الماء بالزيت كمبرد, جرام من الزيت, يمكن أن يمتص absorb 55% من الحرارة التي يمتصها الماء التي ترتفع درجة حرارته بنفس ارتفاع درجة حرارة الماء (السعة الحرارية النوعية specific heat capacity). وبما أن الزيت له 90% من كثافة density الماء, وعلى ذلك فبمقارنة الحجوم يمكن لنفس حجم معين من الزيت ان يمتص 50% من الطاقة الممتصة لنفس حجم الماء. كما أن التوصيل الحراري thermal conductivity, الذي يساعد في انتقال الحرارة للماء حوالي 4 مرات للزيت. لزوجة viscosity الزيت يمكن أن تكون 10 مرات للماء, وهي تزيد من الطاقة المطلوبة لضخ الزيت للتبريد, مما يخفض صافي الطاقة الخارجة من المحرك.

المحركات المبردة بالسائل يمكن أن يتم تغيير حجم المسارات/ الممرات خلال كتلة المحرك بحيث يكون تدفق سائل التبريد ملائم لاحتياجات كل منطقة. وبذلك يقلل من فرصة وجود مناطقة ساخنة, والتي تكون أكثر صعوبة لتفاديها في تبريد الهواء. محركات تبريد الهواء تزيد من سعة تبريدها cooling capacity عن طريق استخدام زعانف تبريد متقاربة في تلك المنطقة, والتي تجعل من صيانتهم وتصنيعهم أكثر صعوبة وكلفة.

محركات تبريد الهواء air-cooled وتبريد السائل liquid-cooled, كلاهما يستخدم بشكل معتاد. كل منهما له مزاياه وعيوبه, وفي تطبيقات معينة قد يفضل أحدهما على الأخر. على سبيل المثال, معظم السيارات والشاحنات تستخدم محركات مبردة بالسائل, في حين أن العديد من محركات الطائرات الصغيرة و المحركات منخفضة التكلفة تكون مبردة بالهواء.

إنه من الصعب إجراء تعميم حول محركات تبريد الهواء ومحركات تبريد السائل. محركات الديزل دويتس Deutz معروف عنها الاعتمادية حتى في ظروف حرارة الجو المرتفعة, والتي يمكن استخدامها في حالات أن المحرك يعمل بدون مراقبة لعدة أشهر في كل مرة.

وبالمثل, فإنه في العادة ما يكون من المرغوب تقليل عدد مراحل انتقال الحرارة من أجل تحقيق قدر من اختلاف درجات الحرارة في كل مرحلة. ومع ذلك فإن بعض المحركات ثنائية الأشواط تستخدم تبريد المحرك عن طريق الزيت الذي يتم تبريده بالماء الذي يبرد بالهواء بدوره.

سائل التبريد المستخدم في العديد من محركات تبريد السوائل يجب تجديده دوريا, والذي يمكن أن يتجمد عند الحرارة العادية مؤدي إلى تلف دائم للمحرك. محرك الهواء لا يحتاج خدمة لوسيط التبريد, ولا يحدث له تلف نتيجة التجمد, وهما في العادة مميزتين مشهود لهما بمحركات تبريد الهواء. وعلى كلا فإن سائل التبريد المكون على اساس بروبولين جلوكول propylene glycol يتحمل حتى درجة حرارة -55 درجة مئوية, أبرد من أي درجات حرارة يواجها العديد من المحركات, وبذلك يتجنب تلف المحرك, والذي له عمر تشغيلي 10,000 ساعة, التي تعتبر اساس العمر التشغيلي للعديد من المحركات.

في العادة ما تكون هناك صعوبة لتحقيق انبعاثات أو ضوضاء منخفضة من محركات تبريد الهواء, وهما من الاسباب المسببة بأن مركبات الطرق تستخدم محركات تبريد السائل. وكذلك فإنه من الصعب بناء محرك كبير يعمل بتبريد الهواء, ولذلك معظم محركات تبريد الهواء أقل من 500 كيلووات (670 حصان), حيث يمكن لمحركات تبريد السائل أن تتجاوز 90 ميجا وات (107,000 حصان).

بعض المحركات عالية الكفاءة تعمل بدون نظام تبريد متكامل وتحتاج لفقد قليل للحرارة والتي تسمى بمحرك إدياباتي adiabatic (ثابت الحرارة), والتي تستخدم اجزاء مصنعة أو مطلية بمواد مقاومة للحرارة (سيراميك).

محركات التبريد المنخفض Low heat rejection engines

هناك نوع من النموذج التجريبي تم تطويره لمحركات الاحتراق الداخلي ذات المكبس خلال العقود السابقة بهدف تحسين الكفاءة عن طريق تقليل الفقد الحراري. تسمى تلك المحركات بمحركات ثبوت الحرارة adiabatic engines, التقريب الأحسن للتمدد الإديباتي, أو محركات الفقد الضئيل للحرارة, أو محركات الحرارة العالية. والتي هما في الغالب محركات ديزل مع أجزاء غرفة الاحتراق مغطاة بطلاء السيراميك. بعضها يستخدم مكابس التيتانيوم titanium وبعض اجزاء التيتانيوم الأخرى بسبب التوصيل الحراري المنخفض وكتلتها الخفيفة. بعض التصميمات تخلصت من نظام التبريد, والخسائر المرتبطة به. تطوير مواد تزيت قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية تقف عائق رئيسيا لتسويق تلك المحركات.