Do hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong tăng theo nhiệt độ bên trong nên chất làm mát được giữ ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển để tăng nhiệt độ sôi. Van giảm áp đã được hiệu chỉnh thường được lắp vào nắp nạp của bộ tản nhiệt. Áp suất này khác nhau giữa các model, nhưng thường dao động từ 4 đến 30 psi (30 đến 200 kPa).[4]
Khi áp suất hệ thống làm mát tăng lên khi nhiệt độ tăng, nó sẽ đạt đến điểm mà van giảm áp cho phép áp suất dư thừa thoát ra ngoài. Quá trình này sẽ dừng khi nhiệt độ hệ thống ngừng tăng. Trong trường hợp bộ tản nhiệt (hoặc bình chứa) quá đầy, áp suất sẽ được thoát ra bằng cách cho một ít chất lỏng thoát ra ngoài. Chất này có thể chảy xuống đất hoặc được thu gom vào thùng chứa có lỗ thông hơi và duy trì ở áp suất khí quyển. Khi động cơ tắt, hệ thống làm mát nguội đi và mức chất lỏng giảm xuống. Trong một số trường hợp chất lỏng dư thừa được thu vào chai, chất lỏng này có thể bị 'hút' trở lại mạch làm mát chính. Trong các trường hợp khác thì không.
Trước Thế chiến thứ hai, chất làm mát động cơ thường là nước thường. Chất chống đông chỉ được sử dụng để kiểm soát tình trạng đóng băng và việc này thường chỉ được thực hiện khi thời tiết lạnh. Nếu nước thường bị đóng băng trong khối động cơ, nước có thể nở ra khi đóng băng. Hiệu ứng này có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ bên trong do băng nở ra.
Việc phát triển động cơ máy bay hiệu suất cao đòi hỏi phải cải tiến chất làm mát có điểm sôi cao hơn, dẫn đến việc sử dụng hỗn hợp glycol hoặc nước-glycol. Những điều này dẫn đến việc sử dụng glycol để làm đặc tính chống đông của chúng.
Kể từ sự phát triển của động cơ nhôm hoặc kim loại hỗn hợp, việc ức chế ăn mòn thậm chí còn trở nên quan trọng hơn chất chống đông ở tất cả các khu vực và mùa.
Bình tràn bị khô có thể làm cho chất làm mát bốc hơi, có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ hoặc tổng thể của động cơ. Có thể xảy ra hư hỏng nghiêm trọng nếu để xe chạy quá nhiệt độ. Nguyên nhân có thể là do các hỏng hóc như nổ miếng đệm đầu, đầu xi lanh hoặc khối xi lanh bị cong vênh hoặc nứt. Đôi khi sẽ không có cảnh báo vì cảm biến nhiệt độ cung cấp dữ liệu cho đồng hồ đo nhiệt độ (cơ hoặc điện) tiếp xúc với hơi nước chứ không phải chất làm mát dạng lỏng, dẫn đến kết quả đọc sai có hại.
Việc mở bộ tản nhiệt nóng sẽ làm giảm áp suất của hệ thống, điều này có thể khiến nó sôi lên và thoát ra chất lỏng và hơi nước nóng nguy hiểm. Do đó, nắp bộ tản nhiệt thường có cơ chế nhằm giảm áp suất bên trong trước khi nắp có thể mở hoàn toàn.
Việc phát minh ra bộ tản nhiệt nước ô tô là do Karl Benz. Wilhelm Maybach thiết kế bộ tản nhiệt dạng tổ ong đầu tiên cho Mercedes 35hp
Đôi khi, ô tô cần phải trang bị bộ tản nhiệt thứ hai hoặc phụ trợ để tăng khả năng làm mát khi kích thước của bộ tản nhiệt nguyên bản không thể tăng lên. Bộ tản nhiệt thứ hai được nối nối tiếp với bộ tản nhiệt chính trong mạch. Đây là trường hợp khi chiếc Audi 100 được tăng áp lần đầu tiên tạo ra chiếc 200. Không nên nhầm lẫn những điều này với bộ làm mát khí nạp.
Một số động cơ có bộ làm mát dầu, bộ tản nhiệt nhỏ riêng biệt để làm mát dầu động cơ. Ô tô có hộp số tự động thường có thêm các kết nối với bộ tản nhiệt, cho phép chất lỏng truyền nhiệt truyền nhiệt đến chất làm mát trong bộ tản nhiệt. Đây có thể là bộ tản nhiệt dầu-khí, giống như phiên bản nhỏ hơn của bộ tản nhiệt chính. Đơn giản hơn, chúng có thể là bộ làm mát dầu-nước, trong đó một ống dẫn dầu được lắp vào bên trong bộ tản nhiệt nước. Mặc dù nước nóng hơn không khí xung quanh, độ dẫn nhiệt cao hơn của nó mang lại khả năng làm mát tương đương (trong giới hạn) từ một bộ làm mát dầu ít phức tạp hơn, do đó rẻ hơn và đáng tin cậy hơn. Ít phổ biến hơn, dầu trợ lực lái, dầu phanh và các chất lỏng thủy lực khác có thể được làm mát bằng bộ tản nhiệt phụ trên xe.
Động cơ tăng áp hoặc tăng áp có thể có bộ làm mát khí nạp, là bộ tản nhiệt không khí hoặc không khí đối nước được sử dụng để làm mát lượng khí nạp vào—không phải để làm mát động cơ.
Máy bay có động cơ piston làm mát bằng chất lỏng (thường là động cơ thẳng hàng chứ không phải động cơ hướng tâm) cũng cần có bộ tản nhiệt. Vì tốc độ không khí cao hơn so với ô tô nên chúng được làm mát hiệu quả trong chuyến bay và do đó không cần diện tích lớn hoặc quạt làm mát. Tuy nhiên, nhiều máy bay hiệu suất cao gặp phải vấn đề quá nhiệt cực độ khi chạy không tải trên mặt đất - chỉ mất bảy phút đối với một chiếc Spitfire.[6] Điều này tương tự như những chiếc xe Công thức 1 ngày nay, khi dừng lại trên lưới với động cơ đang chạy, chúng cần có luồng không khí được dẫn vào bộ tản nhiệt để tránh quá nóng.
Giảm lực cản là mục tiêu chính trong thiết kế máy bay, bao gồm cả việc thiết kế hệ thống làm mát. Một kỹ thuật ban đầu là tận dụng luồng không khí dồi dào của máy bay để thay thế lõi tổ ong (nhiều bề mặt, có tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao) bằng bộ tản nhiệt gắn trên bề mặt. Điều này sử dụng một bề mặt duy nhất được hòa vào thân máy bay hoặc vỏ cánh, với chất làm mát chảy qua các đường ống ở phía sau bề mặt này. Những thiết kế như vậy chủ yếu được nhìn thấy trên các máy bay trong Thế chiến thứ nhất.
Vì chúng phụ thuộc quá nhiều vào tốc độ không khí nên bộ tản nhiệt bề mặt thậm chí còn dễ bị quá nhiệt hơn khi chạy trên mặt đất. Các máy bay đua như Supermarine S.6B, một thủy phi cơ đua với bộ tản nhiệt được lắp ở bề mặt trên của phao, được mô tả là "bay trên đồng hồ đo nhiệt độ" là giới hạn chính đối với hiệu suất của chúng.[7]
Bộ tản nhiệt bề mặt cũng đã được sử dụng trên một số xe đua tốc độ cao, chẳng hạn như Blue Bird năm 1928 của Malcolm Campbell.
Nói chung, hạn chế của hầu hết các hệ thống làm mát là không được phép đun sôi chất lỏng làm mát, vì nhu cầu xử lý khí trong dòng chảy khiến việc thiết kế trở nên phức tạp rất nhiều. Đối với hệ thống làm mát bằng nước, điều này có nghĩa là lượng truyền nhiệt tối đa bị giới hạn bởi nhiệt dung riêng của nước và chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường xung quanh và 100 ° C. Điều này giúp làm mát hiệu quả hơn vào mùa đông hoặc ở độ cao cao hơn nơi có nhiệt độ thấp.
Một tác động khác đặc biệt quan trọng trong việc làm mát máy bay là nhiệt dung riêng thay đổi và điểm sôi giảm theo áp suất, và áp suất này thay đổi nhanh hơn theo độ cao so với sự giảm nhiệt độ. Vì vậy, nhìn chung, hệ thống làm mát bằng chất lỏng sẽ mất công suất khi máy bay tăng độ cao. Đây là một hạn chế lớn về hiệu suất trong những năm 1930 khi sự ra đời của bộ tăng áp turbo lần đầu tiên cho phép di chuyển thuận tiện ở độ cao trên 15.000 ft và thiết kế làm mát đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu chính.
Giải pháp rõ ràng và phổ biến nhất cho vấn đề này là chạy toàn bộ hệ thống làm mát dưới áp suất. Điều này duy trì nhiệt dung riêng ở một giá trị không đổi, trong khi nhiệt độ không khí bên ngoài tiếp tục giảm. Do đó, những hệ thống như vậy đã cải thiện khả năng làm mát khi chúng leo lên. Đối với hầu hết các mục đích sử dụng, điều này đã giải quyết được vấn đề làm mát động cơ piston hiệu suất cao và hầu hết tất cả các động cơ máy bay làm mát bằng chất lỏng trong thời kỳ Thế chiến thứ hai đều sử dụng giải pháp này.
Tuy nhiên, hệ thống điều áp cũng phức tạp hơn và dễ bị hư hỏng hơn - vì chất lỏng làm mát chịu áp suất, ngay cả những hư hỏng nhỏ trong hệ thống làm mát như một lỗ đạn cỡ súng trường cũng sẽ khiến chất lỏng nhanh chóng phun ra khỏi máy. hố. Cho đến nay, lỗi hệ thống làm mát là nguyên nhân hàng đầu gây ra lỗi động cơ.
Mặc dù việc chế tạo một bộ tản nhiệt máy bay có khả năng xử lý hơi nước khó khăn hơn nhưng không có nghĩa là không thể. Yêu cầu quan trọng là cung cấp một hệ thống ngưng tụ hơi nước trở lại thành chất lỏng trước khi đưa nó trở lại máy bơm và hoàn thành vòng làm mát. Một hệ thống như vậy có thể tận dụng nhiệt dung riêng của sự hóa hơi, trong trường hợp nước gấp năm lần nhiệt dung riêng ở dạng lỏng. Có thể đạt được những lợi ích bổ sung bằng cách cho phép hơi nước trở nên quá nhiệt. Những hệ thống như vậy, được gọi là máy làm mát bay hơi, là chủ đề được nghiên cứu đáng kể trong những năm 1930.
Hãy xem xét hai hệ thống làm mát tương tự nhau, hoạt động ở nhiệt độ không khí xung quanh là 20 °C. Thiết kế hoàn toàn bằng chất lỏng có thể hoạt động trong khoảng từ 30 °C đến 90 °C, cung cấp chênh lệch nhiệt độ 60 °C để mang nhiệt đi. Một hệ thống làm mát bay hơi có thể hoạt động ở nhiệt độ từ 80°C đến 110°C. Thoạt nhìn, sự chênh lệch nhiệt độ này có vẻ ít hơn nhiều, nhưng phân tích này bỏ qua lượng nhiệt năng khổng lồ hấp thụ trong quá trình tạo ra hơi nước, tương đương với 500°C. Trên thực tế, phiên bản bay hơi đang hoạt động trong khoảng từ 80 °C đến 560 °C, chênh lệch nhiệt độ hiệu quả là 480 °C. Một hệ thống như vậy có thể có hiệu quả ngay cả với lượng nước nhỏ hơn nhiều.
Nhược điểm của hệ thống làm mát bay hơi là diện tích của thiết bị ngưng tụ cần thiết để làm mát hơi nước xuống dưới điểm sôi. Vì hơi nước có mật độ thấp hơn nhiều so với nước nên cần có diện tích bề mặt lớn hơn tương ứng để cung cấp đủ luồng không khí làm mát hơi nước trở lại. Thiết kế Rolls-Royce Goshawk năm 1933 sử dụng bộ ngưng tụ giống bộ tản nhiệt thông thường và thiết kế này tỏ ra là một vấn đề nghiêm trọng đối với lực cản. Ở Đức, anh em nhà Günter đã phát triển một thiết kế thay thế kết hợp làm mát bay hơi và bộ tản nhiệt bề mặt trải khắp cánh máy bay, thân máy bay và thậm chí cả bánh lái. Một số máy bay được chế tạo theo thiết kế của họ và lập nhiều kỷ lục về hiệu suất, đặc biệt là Heinkel He 119 và Heinkel He 100. Tuy nhiên, những hệ thống này yêu cầu nhiều máy bơm để hồi chất lỏng từ bộ tản nhiệt trải rộng và tỏ ra cực kỳ khó khăn để tiếp tục hoạt động bình thường. , và dễ bị tổn thương hơn trong chiến đấu. Những nỗ lực phát triển hệ thống này nhìn chung đã bị hủy bỏ vào năm 1940. Nhu cầu làm mát bay hơi đã sớm bị phủ nhận do sự sẵn có rộng rãi của chất làm mát dựa trên ethylene glycol, có nhiệt dung riêng thấp hơn nhưng điểm sôi cao hơn nhiều so với nước.
Một bộ tản nhiệt của máy bay chứa trong một ống dẫn sẽ làm nóng không khí đi qua, làm cho không khí giãn nở và tăng vận tốc. Đây được gọi là hiệu ứng Meredith và máy bay piston hiệu suất cao với bộ tản nhiệt có lực cản thấp được thiết kế tốt (đặc biệt là P-51 Mustang) lấy được lực đẩy từ nó. Lực đẩy đủ đáng kể để bù lại lực cản của ống dẫn bộ tản nhiệt được đặt trong đó và cho phép máy bay đạt được lực cản làm mát bằng không. Có thời điểm, người ta thậm chí còn có kế hoạch trang bị cho Supermarine Spitfire một bộ đốt sau, bằng cách bơm nhiên liệu vào ống xả sau bộ tản nhiệt và đốt cháy nó[cần dẫn nguồn]. Quá trình đốt sau đạt được bằng cách bơm thêm nhiên liệu vào động cơ ở cuối chu trình đốt chính.
