vignette|Radiateur typique de refroidissement de liquide de moteur utilisé dans une automobile. Un radiateur de moteur thermique est un échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement des moteurs à explosion, principalement dans les véhicules et usines stationnaires de production.
Les moteurs à explosion sont souvent refroidis par circulation d'un liquide au travers du bloc moteur, où il s’échauffe, et un radiateur, où il perd, dans l'atmosphère, la chaleur emmagasinée. Le liquide de refroidissement du moteur est souvent à base d'eau, mais peut aussi être à base d'un autre liquide tel que l'huile. Il est courant d'employer une pompe pour forcer sa circulation, ainsi qu'un ventilateur axial pour forcer l'air à travers le radiateur, surtout lorsque le véhicule est à l’arrêt.
Automobiles et motos vignette|Le liquide de refroidissement est versé dans le radiateur d'une automobile Dans les automobiles et les motos avec un moteur à explosion à refroidissement liquide, un radiateur est raccordé aux canaux courant à travers le moteur et la culasse, par lequel un liquide (liquide de refroidissement) est pompé. Ce liquide peut être de l'eau (dans les régions où il est rare que l'eau gèle), mais est plus souvent un mélange d'eau et d'antigel dans des proportions appropriées au climat. L'antigel lui-même est généralement de l'éthylène glycol ou du propylène glycol (avec une petite quantité d'inhibiteur de corrosion).
Un système typique de refroidissement de moteur à explosion se compose de : une série de canalisations coulées dans le bloc moteur et la culasse, entourant la chambre de combustion et permettant une circulation de liquide destinée à emporter la chaleur ; un radiateur, composé de plusieurs petits tubes, équipé d'ailettes en nid d'abeilles permettant d'évacuer la chaleur rapidement, par lequel transite et refroidit le liquide chaud du moteur ; une pompe à eau, généralement de type centrifuge, pour forcer la circulation du liquide dans le système ; un thermostat pour réguler la température en faisant varier la quantité de liquide envoyé au radiateur ; un ventilateur de tirage d'air frais à travers le radiateur ; un clapet antiretour optionnel évite la circulation en thermosiphon du liquide lors de l'arrêt du moteur afin que celui-ci reste chaud, évitant ainsi un redémarrage à froid préjudiciable. Le radiateur transfère la chaleur de l'intérieur du fluide à l'air extérieur, de façon à refroidir le liquide, qui à son tour refroidit le moteur. Des radiateurs sont également souvent utilisés pour le refroidissement de fluides de transmission automatique, de liquides de climatiseurs et de réfrigérateurs, d'air d'admission, et parfois pour refroidir l'huile moteur ou les liquides de direction assistée. Les radiateurs sont montés dans une position où ils reçoivent le flux d'air venant de l'avant du véhicule, souvent derrière une calandre. Lorsque les moteurs sont au centre ou montés à l'arrière, il est courant de monter le radiateur derrière une calandre à l'avant, afin d'obtenir un débit d'air suffisant, même si cela nécessite de longs tuyaux de liquide de refroidissement. Sinon, le radiateur peut aspirer de l'air à partir de l'écoulement sur la partie supérieure du véhicule ou à partir d'une grille montée sur le côté. Pour les véhicules longs, tels que les bus, la circulation de côté de l'air est le plus commun pour le refroidissement de la transmission et du moteur, et la circulation d'air au sommet est la plus courante pour les conditionneurs d'air.
Construction du radiateur Les radiateurs d'automobile sont construits d'une paire de réservoirs de tête, liés par un noyau constitué de nombreux passages étroits, donnant ainsi une grande surface par rapport au volume. Ce noyau est généralement fait d'un empilement de couches de feuilles de métal, pressées pour former des canaux et soudées ou brasées ensemble. Pendant de nombreuses années, les radiateurs étaient fabriqués en laiton ou en cuivre. Les radiateurs modernes ont des cœurs d'aluminium, et économisent souvent des coûts et de la masse par l'utilisation de têtes en plastique. Cette construction est plus sujette à la panne et aux fuites et moins facile à réparer que les matériaux traditionnels. droite|vignette|Radiateur en nid d'abeilles à tubes. Une version antérieure de la méthode de construction a été le radiateur en nid d'abeilles. Des tubes ronds sont emboutis en hexagones à leurs extrémités, puis empilés et soudés. Comme ils ne se touchent qu'à leurs extrémités, cette forme devint un solide réservoir d'eau traversé par de nombreux tubes d'air.
Certaines voitures anciennes utilisaient des cœurs de radiateur faits de tubes enroulés, construction moins efficace mais plus simple.
Pompe de liquide de refroidissement
alt= A sectioned view of the cylinder block, radiator and connecting hoses. The hoses link the tops and bottoms of each, without any pump but with an engine-driven cooling fan|vignette|Système de refroidissement à thermosyphon de 1937, sans pompe de circulation. Les radiateurs ont d'abord utilisé l'écoulement vertical vers le bas, la circulation se faisant uniquement par un effet thermosiphon.. Le liquide de refroidissement est chauffé dans le moteur, devient moins dense, et donc se dilate. Comme le radiateur refroidit le liquide, le liquide de refroidissement devient plus dense et descend. Cet effet est suffisant pour la faible puissance des moteurs stationnaires, mais insuffisante pour les automobiles, sauf les premières petites voitures. Toutes les automobiles ont depuis de nombreuses années utilisé des pompes centrifuges pour faire circuler le liquide de refroidissement du moteur, car la circulation naturelle est à très faible débit.
Chauffage Un système de vannes ou de chicanes, ou les deux, est généralement constitué pour exploiter aussi un petit radiateur à l'intérieur du véhicule. Ce petit radiateur et son ventilateur, est appelé le , et sert à chauffer l'intérieur de l'habitacle. Comme le radiateur, le radiateur de chauffage agit par la suppression de la chaleur du moteur. Pour cette raison, les techniciens conseillent souvent de mettre en route le chauffage intérieur, et de le mettre à fond, lorsque le moteur est en surchauffe, afin d'aider le radiateur principal.
Contrôle de la température
Contrôle du débit d'eau vignette|Thermostat de moteur de voiture. La température du moteur sur les voitures modernes est principalement contrôlée par un thermostat de type à pastille de cire, un clapet qui s'ouvre dès que le moteur a atteint sa température de fonctionnement optimale.
Lorsque le moteur est froid, le thermostat est fermé, sauf pour une petite dérivation afin qu'il puisse détecter les changements de température du liquide de refroidissement pendant que le moteur se réchauffe. Le liquide de refroidissement du moteur est dirigé par la dérivation du thermostat vers l'entrée de la pompe de circulation et retourne directement au moteur, en contournant le radiateur. Diriger la circulation d'eau uniquement à travers le moteur permet d'atteindre la température optimale le plus rapidement possible tout en évitant des "points chauds" localisés. Une fois que le liquide de refroidissement atteint la température d'activation du thermostat, celui-ci s'ouvre, permettant à l'eau de circuler à travers le radiateur afin de se refroidir.
Une fois la température optimale atteinte, le thermostat dirige le flux de liquide de refroidissement du moteur vers le radiateur pour que le moteur continue de fonctionner à une température optimale. Dans des conditions de charge de pointe, telles que la conduite lente jusqu'au sommet d'une colline escarpée, lourdement chargée lors d'une chaude journée d'été, le thermostat va être rapidement complètement ouvert, car le moteur sera proche de produire la puissance maximale, tandis que la vitesse du flux d'air à travers le radiateur est faible (la vitesse de l'écoulement d'air à travers le radiateur a un effet majeur sur sa capacité à dissiper la chaleur). À l'inverse, une vitesse de croisière élevée en descente sur une autoroute pendant une nuit froide en donnant peu de gaz, provoquera la fermeture du thermostat parce que le moteur produit peu de puissance, et que le radiateur est en mesure de dissiper beaucoup plus de chaleur que ce que le moteur produit. Permettre trop de circulation de liquide de refroidissement dans le radiateur ferait que le moteur soit trop refroidi et fonctionnerait à basse température, résultant en une diminution d' et une augmentation des émissions d'échappement. En outre, la durabilité, la fiabilité et la longévité du moteur sont parfois compromises si les composants (tels que les roulements du vilebrequin) sont conçus pour prendre en compte la dilatation. Un autre effet secondaire du refroidissement excessif est de réduire la performance du chauffage de l'habitacle, bien que dans les cas typiques ce soit toujours de l'air à une température supérieure à la température ambiante qui circule.
Le thermostat est donc constamment en mouvement tout au long de son aire de répartition, afin de répondre aux changements des charges du véhicule, des vitesses et des températures extérieures, pour maintenir le moteur à sa température de fonctionnement optimale.
Sur des voitures anciennes, on trouve un thermostat de type soufflet, qui ont un soufflet ondulé contenant un liquide volatil tel que de l'alcool ou de l'acétone. Ces types de thermostats ne fonctionnent pas bien aux pressions des systèmes de refroidissement au-dessus d'environ (). Les véhicules automobiles modernes fonctionnant généralement à environ (), empêchant l'utilisation de ce type de thermostat. Sur les moteurs à refroidissement à air direct, le thermostat à soufflet commande un clapet dans les passages d'air et convient bien à cet usage.
Le contrôle de la circulation de l'air D'autres facteurs influencent la température du moteur, y compris la taille du radiateur et le type de ventilateur de radiateur. La taille du radiateur (et donc sa capacité de refroidissement) est choisie de telle sorte qu'il puisse maintenir le moteur à la température voulue dans les conditions les plus extrêmes qu'un véhicule soit susceptible de rencontrer (comme l'ascension d'une montagne, complètement chargé, en une journée chaude).
La circulation d'air due à la vitesse du véhicule a une influence majeure sur la quantité de chaleur que perd un radiateur. La vitesse du véhicule affecte le refroidissement dans la proportion approximative de l'effort du moteur, et donne donc une auto-régulation brute par rétroaction. On obtient une régulation similaire là où un ventilateur de refroidissement supplémentaire est entraîné par le moteur, pour les mêmes raisons.
Les ventilateurs de refroidissement entraînés par le moteur sont souvent entraînés par un disque d'embrayage visqueux à partir de la courroie qui glisse et réduit la vitesse du ventilateur à basse température. Cela améliore l'efficacité en carburant de ne pas utiliser la puissance inutilement pour entraîner le ventilateur. Sur les véhicules modernes, une meilleure régulation du refroidissement est assurée par des ventilateurs à vitesse variable ou à recyclage. Les ventilateurs électriques sont commandés par un interrupteur thermostatique ou par l'unité de contrôle du moteur. Les ventilateurs électriques ont également l'avantage de donner une bonne circulation d'air de refroidissement à faible régime moteur ou lorsque le véhicule est stationnaire, comme dans un trafic lent. Ils sont généralement également prévus pour se mettre en route si nécessaire après l'arrêt du moteur dans des conditions chaudes, même lorsque le contact est coupé.