Sự tương quan trong quá trình phát triển hệ thống làm mát động cơ xe mô tô và máy bay

Vào những năm 1920, hệ thống làm mát bằng không khí có vai trò ngày càng quan trọng trong ngành hàng không, khiến nhiều người còn cho rằng thêm vào hệ thống làm mát bằng nước là không cần thiết. Các thiết kế khi đó vẫn dựa vào luồng không khí khi máy bay vận hành để làm mát.

Tuy nhiên, qua thời gian thì động cơ máy bay ngày càng hiện đại, và hệ thống làm mát bằng nước cũng đã dần thay thế hệ thống làm mát bằng không khí, và đây cũng chính là xu thế đối với động cơ xe máy.

Sự quan trọng của thời gian làm mát

Động cơ máy bay phải chịu tải rất lớn trong giai đoạn cất cánh để sản sinh đủ công suất giúp máy bay cất cánh, do đó sản sinh ra một nhiệt lượng vô cùng lớn tại động cơ. Ngược lại, động cơ xe máy hầu như rất ít phải hoạt động toàn lực công suất trong thời gian dài nên vấn đề làm mát bằng không khí ban đầu tỏ ra rất hiệu quả. Các động cơ xe máy lúc đầu được thiết kế với khá nhiều kim loại ở đầu xi-lanh, giúp tản nhiệt giữa những lần tăng tốc hay phanh gấp.

Tuy nhiên, những chiếc máy bay thế hệ đầu tiên chỉ có thể chạy tối đa hết công suất tối đa 5 phút liên tục nếu không muốn quá nhiệt. Do phải tối ưu trọng lượng của máy bay nên các nhà sản xuất không thể bổ sung quá nhiều kim loại lên các xy lanh trên máy bay của mình, chỉ riêng lót tấm kim loại thêm cho một máy bay dân dụng 18 xy lanh có thể làm tăng đến hơn 514kg lên trọng lượng máy bay. Những động cơ máy bay như vậy phải tránh hoạt động quá mức trong thời gian liên tục quá lâu nếu không muốn các van và xy lanh bị biến dạng.

Vay làm mát của động cơ xe máy và máy bay

Đối với động cơ máy bay, các nhà sản xuất có thể tăng tiết diện cũng như số lượng các vây tản nhiệt cho động cơ, vì khi di chuyển ở tốc độ cao với áp suất lớn thì không khí sẽ dễ dàng tràn vào các vây tản nhiệt này. Tuy nhiên, xe máy không phải chiếc xe nào cũng có thể chạy hơn 299km/h để áp dụng nguyên lý này nên các vây tản nhiệt chỉ có thể cách nhau không quá ¼ inch. Giải pháp dành cho xe máy là chế tạo thêm kim loại vào đầu xi lanh. Những hợp chất kim loại bổ sung này sẽ hấp thụ lượng nhiệt trong thời gian ngắn, giúp giảm tải nhiệt độ cho động cơ.

Nếu động cơ vận hành ở cường độ cao liên tục thì cần có các giải pháp làm mát chuyên sâu hơn là không khí. Một số giải pháp tình thế đã được tính đến, như máy bay được thiết kế để bay ở trần cao, nơi lực cản không khí ít hơn, tăng áp động cơ piston để tăng hiệu suất, hay bơm thêm không khí vào động cơ trong quá trình đốt.

Những chiếc Boeing B-29 đã được áp dụng hệ thống làm mát bằng quạt gió vào những năm 1945 -46 như một cải tiến, nhưng mãi khi đến lúc hệ thống làm mát bằng chất lỏng ra đời thì vấn đề mới thực sự cải thiện. Nước đậm đặc hơn không khí 600 lần nên mật độ và nhiệt lượng của nước giúp tản nhiệt tốt cho cả những nơi luồng không khí không thể tiếp cận. Mỗi gam nước bay hơi trong quá trình tản nhiệt có thể mang theo một lượng lên đến 540 calo nhiệt, giúp động cơ máy bay tản nhiệt hiệu quả rõ rệt.

Hệ thống tản nhiệt kép trên MT-10

Ngày nay, ngay cả với những động cơ cùng dung tích, thì việc thêm hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng thay thế cho hệ thống làm mát bằng không khí gần như không làm thay đổi trọng lượng tổng thể của chiếc xe, vì khối lượng kim loại trên xy lanh của các động cơ làm mát bằng không khí có trọng lượng không hề nhẹ để có thể chịu được lượng nhiệt sản sinh. Vì vậy, hệ thống làm mát bằng nước đã dần trở thành tiêu chuẩn trên các loại động cơ ngày nay.