Le système de refroidissement est le héros méconnu du moteur de voiture à combustion interne. Il maintient silencieusement votre moteur à la température de fonctionnement, évitant la surchauffe, et tout en fournissant une chaleur agréable et confortable à l'habitacle. La seule fois où nous remarquons le système de refroidissement, c'est lorsqu'il tombe en panne, et cela peut souvent être catastrophique.
La température à l'intérieur de la chambre de combustion d'un moteur de voiture (la zone où le carburant brûle) peut facilement atteindre 1600 degrés. F. La température de fonctionnement du moteur doit être dans la plage basse de 200 degrés. C'est beaucoup de chaleur à évacuer. La température de fonctionnement du moteur dépend de la température du liquide de refroidissement. Les dommages au moteur peuvent survenir assez rapidement lorsque la température du liquide de refroidissement commence à monter à près de 300 degrés.
Un système de refroidissement du moteur fonctionne sur le principe du transfert de chaleur. Le transfert de chaleur est le mouvement de l'énergie thermique d'un endroit à un autre. L'énergie thermique cherchera toujours quelque chose de plus frais. Un bon exemple consiste à placer une canette de soda (bière) chaude dans une glacière à glace. Étant donné que l'énergie thermique se déplacera toujours vers quelque chose de plus frais, l'énergie thermique de la canette est transférée à la glace, ce qui refroidit la canette. Le froid, par définition, est l'absence d'énergie thermique.
Voici comment un système de refroidissement automobile utilise le mécanisme de transfert de chaleur pour garder votre moteur au frais et vos petons au chaud :
La pompe à eau fait circuler le liquide de refroidissement dans le système de refroidissement. La pompe à eau est entraînée par les mêmes courroies d'entraînement accessoires qui font fonctionner l'alternateur, la pompe de direction assistée et le compresseur du climatiseur. Ces courroies sont entraînées par une poulie à l'avant du vilebrequin. La pompe à eau utilise des roues rotatives pour pousser le liquide de refroidissement à travers le moteur, le radiateur et le radiateur de chauffage.
Le liquide de refroidissement circule dans le moteur via des chemises d'eau. Les chemises d'eau se trouvent dans tout le moteur, mais sont principalement concentrées autour des chambres de combustion, car c'est là que la chaleur est générée et où la température est la plus élevée.
Le thermostat contrôle le débit du liquide de refroidissement. Le thermostat est le gardien du système de refroidissement. Il utilise une soupape à clapet à ressort qui se ferme lorsque le moteur est froid, bloquant l'écoulement du liquide de refroidissement, et s'ouvre généralement à une température du liquide de refroidissement de 185 à 195 degrés, selon la cote du thermostat.
Lorsque le thermostat est fermé, il empêche la circulation du liquide de refroidissement dans le radiateur. Le liquide de refroidissement est dirigé à travers le moteur au moyen d'un tuyau de dérivation. Cela permet au liquide de refroidissement de se réchauffer sans les effets de refroidissement du radiateur essayant de le refroidir. De cette façon, le moteur et le liquide de refroidissement peuvent atteindre la température de fonctionnement.
Lorsqu'il atteint la température de fonctionnement, le thermostat s'ouvre, permettant au liquide de refroidissement de circuler à travers le radiateur. Le thermostat utilise un ressort bimétallique. Cela signifie que le ressort est constitué de deux métaux distincts qui se contractent et se dilatent différemment lorsqu'ils sont exposés à des changements de température. Lorsque le liquide de refroidissement chaud chauffe le ressort, les deux métaux se tirent l'un contre l'autre, provoquant la contraction du ressort, ce qui ouvre la soupape à clapet, permettant au liquide de refroidissement de s'écouler.
Une fois que le liquide de refroidissement circule dans le radiateur, il continue un cycle de chauffage et de refroidissement. Lorsque le liquide de refroidissement traverse le moteur, la chaleur passe du moteur chaud au liquide de refroidissement. Ce liquide de refroidissement extrêmement chaud est ensuite pompé à travers le radiateur où son énergie thermique est transférée dans l'atmosphère, et le cycle se poursuit.
Ainsi, lorsque le liquide de refroidissement traverse le radiateur, l'énergie thermique du liquide de refroidissement va ensuite au métal dans le radiateur. Le ventilateur de refroidissement souffle de l'air à travers les ailettes du radiateur, permettant à l'énergie thermique du radiateur d'entrer dans l'air, où elle s'en va. Un peu comme souffler sur vos frites pour les refroidir.
Les ventilateurs de refroidissement sont soit entraînés par courroie, soit alimentés par un moteur électrique. Les ventilateurs entraînés par courroie sont généralement équipés d'un embrayage centrifuge ou d'un embrayage thermostatique. Un embrayage centrifuge ralentit la vitesse des pales du ventilateur en rotation à mesure que la vitesse du moteur augmente, en permettant au ventilateur de tourner en roue libre, déconnecté du couple moteur. Ceci est basé sur l'hypothèse que si le régime moteur est plus élevé, le véhicule doit se déplacer sur la route. Lorsque le véhicule est en mouvement, l'air souffle naturellement à travers le radiateur, il nécessite donc moins de vitesse de ventilation. La réduction de la vitesse du ventilateur réduit la charge sur le moteur, améliorant ainsi l'économie de carburant.
Un embrayage thermostatique a un ressort bimétallique intégré qui réduit le couple aux pales du ventilateur lorsque le moteur est froid, leur permettant de tourner en roue libre. Lorsque le ressort chauffe, il permet un fonctionnement complet des pales du ventilateur. Cela limite également la traînée du ventilateur pour améliorer l'économie de carburant.
Les ventilateurs de refroidissement électriques sont activés par le module de commande électronique (ECM), en utilisant une entrée du capteur de température du liquide de refroidissement du moteur. Lorsque le liquide de refroidissement atteint une température élevée prédéterminée, l'ECM allume le ventilateur. L'ECM éteindra le ventilateur lorsque le liquide de refroidissement atteindra une basse température prédéterminée.
Les ventilateurs électriques sont les meilleurs car ils ne chargent pas le moteur, ce qui permet d'économiser du carburant. Le contrôle électronique du ventilateur de refroidissement permet à l'ECM de contrôler la température du liquide de refroidissement, en maintenant une température optimale du liquide de refroidissement. L'ECM activera également le ventilateur de refroidissement lorsque le climatiseur est en marche. Le condenseur du climatiseur est situé devant le radiateur, il est donc impératif qu'il y ait un soufflage d'air constant à grande vitesse à travers le radiateur et le condenseur lorsque le climatiseur est en marche.
Tous les systèmes de refroidissement automobiles sont scellés avec un bouchon de pression. Étant donné que la chaleur augmente la pression, la pression dans un système de refroidissement commence à augmenter dès que la température augmente. Inutile de dire que si vous oubliez de vérifier cette pression, cela pourrait être désastreux. Les bouchons de pression ventilent le système de refroidissement à une pression prédéterminée. La plupart des plafonds sont fixés à 15 livres par pouce carré (PSI) de pression. Cela signifie qu'à 15 PSI, le bouchon évacuera la pression dans l'atmosphère. Un bouchon à pression fonctionne sur le même principe qu'un thermostat. Le ressort bimétallique se contracte, soulevant le joint et permettant à la pression de s'échapper.
Le bouchon de pression peut être situé soit sur le radiateur, soit sur une bouteille de dégazage en plastique. Une bouteille de dégazage est un réservoir placé dans le compartiment moteur, plus haut que le moteur et le radiateur. Étant donné que l'air monte naturellement lorsqu'il est emprisonné dans un liquide, tout air dans le système de refroidissement se dirige vers la bouteille de dégazage et est expulsé du bouchon de pression lors de la ventilation. L'air est préjudiciable à un système de refroidissement. L'air emprisonné arrêtera le flux de liquide de refroidissement, ce qui peut provoquer une surchauffe, un manque de chaleur dans l'habitacle ou de fausses lectures de la jauge de température.
Les systèmes qui montent le bouchon de pression sur le radiateur utilisent un réservoir de trop-plein. Tout ce que fait ce réservoir est de capter tout liquide de refroidissement qui pourrait s'échapper lors de l'évacuation de la pression. Si le niveau de liquide de refroidissement dans le radiateur chute en raison du flux et du reflux normaux du système de refroidissement, le liquide de refroidissement sera aspiré du réservoir de trop-plein et renvoyé dans le radiateur.
En plus de garder votre moteur au frais, votre système de refroidissement vous aide à rester au chaud. La chaleur qui souffle dans l'habitacle lors d'une journée froide est transférée du liquide de refroidissement chaud au radiateur de chauffage, puis à l'air, qui est forcé dans la voiture par le moteur du ventilateur.
Un radiateur de chauffage est essentiellement un mini radiateur. Le liquide de refroidissement s'écoule à travers une série de tubes étroits qui sont reliés par de fines couches de métal, disposées dans une configuration en nid d'abeille. Les tubes chauds chauffent le nid d'abeilles, qui transfère leur énergie thermique à l'air lorsqu'il est forcé à travers le noyau du radiateur par le moteur du ventilateur. C'est pourquoi vous entendez souvent parler d'un mauvais thermostat provoquant une absence de chaleur. Si le thermostat est bloqué en position ouverte, le liquide de refroidissement n'a pas la possibilité d'atteindre la température de fonctionnement. Pas de liquide de refroidissement chaud signifie pas de chaleur chaude.
Voici donc les bases de la façon dont un système de refroidissement du moteur empêche le moteur de s'autodétruire. Les moteurs de voiture font un très bon travail pour dissimuler toute la violence qui se déroule au plus profond d'un moteur à combustion interne pendant qu'il tourne. La chaleur est un sous-produit de tout ce pêle-mêle, et votre système de refroidissement se bat continuellement pour garder cette chaleur sous contrôle.
