Omdat de thermische efficiëntie van verbrandingsmotoren toeneemt met de interne temperatuur, wordt het koelmiddel op een druk gehouden die hoger is dan de atmosferische druk om het kookpunt te verhogen. In de vuldop van de radiator is meestal een gekalibreerd overdrukventiel ingebouwd. Deze druk varieert tussen de modellen, maar varieert doorgaans van 4 tot 30 psi (30 tot 200 kPa).
Naarmate de druk in het koelsysteem toeneemt naarmate de temperatuur stijgt, zal deze het punt bereiken waarop het overdrukventiel de overdruk laat ontsnappen. Dit stopt zodra de systeemtemperatuur niet meer stijgt. Bij een overvolle radiateur (of verzameltank) wordt de druk ontlucht door een beetje vloeistof te laten ontsnappen. Dit kan eenvoudigweg op de grond terechtkomen of worden opgevangen in een geventileerde container die op atmosferische druk blijft. Wanneer de motor wordt uitgeschakeld, koelt het koelsysteem af en daalt het vloeistofniveau. In sommige gevallen waarin overtollige vloeistof in een fles is opgevangen, kan deze worden teruggezogen in het hoofdkoelvloeistofcircuit. In andere gevallen is dat niet het geval.
Vóór de Tweede Wereldoorlog bestond de motorkoelvloeistof meestal uit gewoon water. Antivries werd uitsluitend gebruikt om bevriezing onder controle te houden, en dit gebeurde vaak alleen bij koud weer. Als gewoon water in het motorblok blijft bevriezen, kan het water uitzetten als het bevriest. Dit effect kan ernstige interne motorschade veroorzaken als gevolg van het uitzetten van het ijs.
De ontwikkeling van hoogwaardige vliegtuigmotoren vereiste verbeterde koelmiddelen met hogere kookpunten, wat leidde tot de adoptie van glycol- of water-glycolmengsels. Deze leidden tot de adoptie van glycolen vanwege hun antivrieseigenschappen.
Sinds de ontwikkeling van motoren van aluminium of gemengd metaal is het tegengaan van corrosie nog belangrijker geworden dan antivries, en dat in alle regio's en seizoenen.
Een overlooptank die droogloopt, kan ertoe leiden dat de koelvloeistof verdampt, wat plaatselijke of algemene oververhitting van de motor kan veroorzaken. Er kan ernstige schade ontstaan als het voertuig te warm wordt. Storingen zoals kapotte koppakkingen en kromgetrokken of gescheurde cilinderkoppen of cilinderblokken kunnen het gevolg zijn. Soms zal er geen waarschuwing zijn, omdat de temperatuursensor die gegevens levert voor de temperatuurmeter (mechanisch of elektrisch) wordt blootgesteld aan waterdamp en niet aan de vloeibare koelvloeistof, wat een schadelijk valse waarde oplevert.
Als u een hete radiator opent, daalt de systeemdruk, waardoor deze kan gaan koken en er gevaarlijk hete vloeistof en stoom vrijkomt. Daarom bevatten radiatordoppen vaak een mechanisme dat probeert de interne druk te ontlasten voordat de dop volledig kan worden geopend.
De uitvinding van de auto-waterradiator wordt toegeschreven aan Karl Benz. Wilhelm Maybach ontwierp de eerste honingraatradiator voor de Mercedes 35pk
Soms is het nodig dat een auto wordt uitgerust met een tweede of extra radiateur om het koelvermogen te vergroten, terwijl de grootte van de originele radiateur niet kan worden vergroot. De tweede radiator is in serie geschakeld met de hoofdradiator in het circuit. Dit was het geval toen de Audi 100 voor het eerst een turbocompressor kreeg en de 200 ontstond. Deze moeten niet worden verward met intercoolers.
Sommige motoren hebben een oliekoeler, een aparte kleine radiateur om de motorolie te koelen. Auto's met een automatische transmissie hebben vaak extra aansluitingen op de radiateur, waardoor de transmissievloeistof zijn warmte kan overdragen aan de koelvloeistof in de radiateur. Dit kunnen olie-luchtradiatoren zijn, maar ook een kleinere versie van de hoofdradiator. Eenvoudiger kunnen het olie-waterkoelers zijn, waarbij een olieleiding in de waterradiator wordt gestoken. Hoewel het water heter is dan de omgevingslucht, biedt de hogere thermische geleidbaarheid ervan vergelijkbare koeling (binnen bepaalde grenzen) van een minder complexe en dus goedkopere en betrouwbaardere oliekoeler. Minder gebruikelijk kunnen stuurbekrachtigingsvloeistof, remvloeistof en andere hydraulische vloeistoffen worden gekoeld door een extra radiator op een voertuig.
Motoren met turbocompressor of supercharger kunnen een intercooler hebben, een lucht-lucht- of lucht-waterradiator die wordt gebruikt om de binnenkomende luchtlading te koelen, niet om de motor te koelen.
Vliegtuigen met vloeistofgekoelde zuigermotoren (meestal lijnmotoren in plaats van radiaalmotoren) hebben ook radiatoren nodig. Omdat de luchtsnelheid hoger is dan die van auto's, worden deze tijdens de vlucht efficiënt gekoeld en zijn er dus geen grote ruimtes of koelventilatoren nodig. Veel krachtige vliegtuigen kampen echter met extreme oververhittingsproblemen als ze stationair op de grond staan - slechts zeven minuten voor een Spitfire.[6] Dit is vergelijkbaar met de huidige Formule 1-auto's: wanneer ze op de grid staan met draaiende motoren, hebben ze geleide lucht nodig die in hun radiatorpods wordt geperst om oververhitting te voorkomen.
Het verminderen van de luchtweerstand is een belangrijk doel bij het ontwerpen van vliegtuigen, inclusief het ontwerp van koelsystemen. Een vroege techniek was om te profiteren van de overvloedige luchtstroom van een vliegtuig om de honingraatkern (veel oppervlakken, met een hoge verhouding tussen oppervlak en volume) te vervangen door een op het oppervlak gemonteerde radiator. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een enkel oppervlak dat in de romp of vleugelhuid is gemengd, waarbij het koelmiddel door pijpen aan de achterkant van dit oppervlak stroomt. Dergelijke ontwerpen werden vooral gezien op vliegtuigen uit de Eerste Wereldoorlog.
Omdat ze zo afhankelijk zijn van de luchtsnelheid, zijn oppervlakteradiatoren zelfs nog gevoeliger voor oververhitting wanneer ze op de grond werken. Racevliegtuigen zoals de Supermarine S.6B, een racewatervliegtuig met radiatoren ingebouwd in de bovenoppervlakken van de drijvers, worden beschreven als "gevlogen op de temperatuurmeter" als de belangrijkste beperking van hun prestaties.
Oppervlakteradiatoren zijn ook gebruikt door een paar snelle racewagens, zoals Malcolm Campbell's Blue Bird uit 1928.
Het is over het algemeen een beperking van de meeste koelsystemen dat de koelvloeistof niet mag koken, aangezien de noodzaak om met gas in de stroom om te gaan het ontwerp aanzienlijk compliceert. Voor een watergekoeld systeem betekent dit dat de maximale hoeveelheid warmteoverdracht wordt beperkt door de specifieke warmtecapaciteit van water en het temperatuurverschil tussen omgevingstemperatuur en 100 °C. Dit zorgt voor effectievere koeling in de winter, of op grotere hoogten waar de temperaturen laag zijn.
Een ander effect dat vooral belangrijk is bij het koelen van vliegtuigen is dat de specifieke warmtecapaciteit verandert en het kookpunt afneemt met de druk, en deze druk verandert sneller met de hoogte dan de temperatuurdaling. Over het algemeen verliezen vloeistofkoelsystemen dus capaciteit als het vliegtuig klimt. Dit vormde een belangrijke beperking voor de prestaties in de jaren dertig, toen de introductie van turbosuperchargers voor het eerst gemakkelijk reizen op hoogten boven 4500 meter mogelijk maakte en het koelontwerp een belangrijk onderzoeksgebied werd.
De meest voor de hand liggende en gebruikelijke oplossing voor dit probleem was om het hele koelsysteem onder druk te laten staan. Hierdoor bleef de soortelijke warmtecapaciteit op een constante waarde, terwijl de buitenluchttemperatuur verder daalde. Dergelijke systemen verbeterden dus het koelvermogen tijdens het klimmen. Voor de meeste toepassingen loste dit het probleem op van het koelen van krachtige zuigermotoren, en bijna alle vloeistofgekoelde vliegtuigmotoren uit de Tweede Wereldoorlog gebruikten deze oplossing.
Systemen onder druk waren echter ook complexer en veel gevoeliger voor schade. Omdat de koelvloeistof onder druk stond, zou zelfs kleine schade aan het koelsysteem, zoals een enkel kogelgat van geweerkaliber, ervoor zorgen dat de vloeistof snel uit de koelvloeistof zou spuiten. gat. Storingen in de koelsystemen waren verreweg de belangrijkste oorzaak van motorstoringen.
Hoewel het moeilijker is om een vliegtuigradiator te bouwen die stoom kan verwerken, is dit zeker niet onmogelijk. De belangrijkste vereiste is om een systeem te bieden dat de stoom weer in vloeistof condenseert voordat deze terug in de pompen wordt geleid en de koellus wordt voltooid. Een dergelijk systeem kan profiteren van de soortelijke verdampingswarmte, die in het geval van water vijf maal de soortelijke warmtecapaciteit in vloeibare vorm bedraagt. Extra winst kan worden behaald door de stoom oververhit te laten raken. Dergelijke systemen, bekend als verdampingskoelers, waren in de jaren dertig het onderwerp van uitgebreid onderzoek.
Beschouw twee koelsystemen die verder vergelijkbaar zijn en werken bij een omgevingstemperatuur van 20 °C. Een volledig vloeibaar ontwerp zou kunnen werken tussen 30 °C en 90 °C, met een temperatuurverschil van 60 °C om de warmte af te voeren. Een verdampingskoelsysteem kan werken tussen 80 °C en 110 °C. Op het eerste gezicht lijkt dit een veel kleiner temperatuurverschil te zijn, maar deze analyse gaat voorbij aan de enorme hoeveelheid warmte-energie die wordt opgenomen tijdens de opwekking van stoom, wat overeenkomt met 500 °C. In feite werkt de verdampingsversie tussen 80 °C en 560 °C, een effectief temperatuurverschil van 480 °C. Een dergelijk systeem kan zelfs met veel kleinere hoeveelheden water effectief zijn.
Het nadeel van het verdampingskoelsysteem is het oppervlak van de condensors dat nodig is om de stoom terug tot onder het kookpunt te koelen. Omdat stoom veel minder dicht is dan water, is een overeenkomstig groter oppervlak nodig om voldoende luchtstroom te bieden om de stoom weer af te koelen. Het Rolls-Royce Goshawk-ontwerp uit 1933 maakte gebruik van conventionele radiatorachtige condensors en dit ontwerp bleek een ernstig probleem voor de luchtweerstand te zijn. In Duitsland ontwikkelden de gebroeders Günter een alternatief ontwerp waarbij verdampingskoeling werd gecombineerd met oppervlakteradiatoren verspreid over de vliegtuigvleugels, de romp en zelfs het roer. Er werden verschillende vliegtuigen gebouwd op basis van hun ontwerp en die talloze prestatierecords vestigden, met name de Heinkel He 119 en Heinkel He 100. Deze systemen hadden echter talloze pompen nodig om de vloeistof uit de verspreide radiatoren terug te voeren en bleken buitengewoon moeilijk te blijven functioneren. , en waren veel gevoeliger voor gevechtsschade. Pogingen om dit systeem te ontwikkelen waren in 1940 over het algemeen stopgezet. De behoefte aan verdampingskoeling zou al snel teniet worden gedaan door de wijdverbreide beschikbaarheid van op ethyleenglycol gebaseerde koelmiddelen, die een lagere soortelijke warmte hadden, maar een veel hoger kookpunt dan water.
Een vliegtuigradiator in een kanaal verwarmt de lucht die erdoorheen gaat, waardoor de lucht uitzet en aan snelheid wint. Dit wordt het Meredith-effect genoemd, en krachtige zuigervliegtuigen met goed ontworpen radiatoren met lage weerstand (met name de P-51 Mustang) ontlenen er stuwkracht aan. De stuwkracht was significant genoeg om de weerstand van het kanaal waarin de radiator was opgesloten te compenseren, waardoor het vliegtuig een nul-koelweerstand kon bereiken. Op een gegeven moment waren er zelfs plannen om de Supermarine Spitfire uit te rusten met een naverbrander, door brandstof in het uitlaatkanaal na de radiator te injecteren en deze te ontsteken. Naverbranding wordt bereikt door stroomafwaarts van de hoofdverbrandingscyclus extra brandstof in de motor te injecteren.
