Nguyên tắc thiết kế chất làm mát động cơ dựa trên nhiều lĩnh vực như nhiệt động lực học, khoa học vật liệu và kỹ thuật hóa học. Nó nhằm mục đích xây dựng một giải pháp toàn diện nhằm đạt được khả năng truyền nhiệt hiệu quả, tính chất hóa lý ổn định và bảo vệ các bộ phận của hệ thống, giải quyết nhu cầu tản nhiệt của động cơ đốt trong trong các điều kiện vận hành và môi trường khác nhau. Về cơ bản, nó liên quan đến việc lựa chọn hợp lý chất lỏng gốc và xây dựng công thức phụ gia chức năng để đảm bảo rằng chất làm mát đáp ứng các yêu cầu truyền nhiệt đồng thời sở hữu các đặc tính chính như chống đông, chống{2}}sôi, chống-ăn mòn, chống-đóng cặn và ổn định-lâu dài. Điều này đảm bảo rằng động cơ duy trì nhiệt độ vận hành tối ưu và tính toàn vẹn của cấu trúc trong suốt tuổi thọ của nó.
Bước đầu tiên trong thiết kế là xác định hệ thống chất lỏng cơ bản. Chất lỏng cơ bản phổ biến bao gồm nước khử ion, ethylene glycol, propylene glycol và các dẫn xuất của chúng. Nước có nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt tuyệt vời, khiến nó trở thành chất dẫn nhiệt tốt; tuy nhiên, điểm đóng băng cao và điểm sôi thấp khiến nó không thích hợp để chỉ xử lý cả môi trường có nhiệt độ-lạnh và nhiệt độ cao. Ethylene glycol và propylene glycol có thể trộn được với nước. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ trộn, điểm đóng băng có thể được hạ xuống đáng kể và điểm sôi được nâng lên, cho phép chất làm mát duy trì ở pha lỏng trong phạm vi nhiệt độ rộng từ -40 độ đến 120 độ hoặc thậm chí lâu hơn, đảm bảo quản lý nhiệt ổn định trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt và điều kiện tải-cao. Việc lựa chọn chất lỏng gốc đòi hỏi phải có sự cân bằng{10}giữa hiệu suất truyền nhiệt, tính lưu động ở nhiệt độ thấp, độc tính và các đặc tính môi trường.
Bước thứ hai là xây dựng hệ thống phụ gia chức năng, đây là cốt lõi để đạt được khả năng bảo vệ đa chức năng cho chất làm mát. Hiệu suất chống đông và chống sôi không chỉ phụ thuộc vào tỷ lệ chất lỏng cơ bản mà còn phụ thuộc vào khả năng kiểm soát thất thoát do bay hơi và độ ổn định nhiệt đạt được thông qua chất chống oxy hóa và chất ổn định nhiệt. Khả năng chống ăn mòn đặc biệt phức tạp. Hệ thống làm mát chứa nhiều kim loại khác nhau như nhôm, đồng, thép, gang và chất hàn, dễ bị ăn mòn điện hóa. Các chất ức chế ăn mòn, chẳng hạn như cacboxylat hữu cơ, nitrat và silicat, cần được đưa vào thiết kế. Chúng có thể tạo thành một lớp màng bảo vệ dày đặc trên bề mặt kim loại, ức chế các phản ứng anốt và catốt và đạt được sự bảo vệ đồng thời cho nhiều kim loại. Thiết kế ngăn ngừa cáu cặn dựa vào các chất ức chế và phân tán cặn để ngăn chặn các ion canxi và magie trong nước hình thành cặn cứng và giữ cho các hạt nhỏ lơ lửng, tránh lắng đọng và tắc nghẽn bộ tản nhiệt và đường ống.
Bước thứ ba là xem xét khả năng tương thích và tuổi thọ của hệ thống. Chất làm mát cần duy trì độ nhớt ổn định dưới tác động cắt của bơm để tránh ảnh hưởng đến tốc độ dòng tuần hoàn; phải tương thích với các gioăng cao su, nhựa, không gây phồng, giòn; và nó phải duy trì phạm vi pH có tính kiềm nhẹ trong quá trình hoạt động-lâu dài để ngăn chặn sự ăn mòn nhanh do axit hóa. Chất làm mát có tuổi thọ cao kéo dài chu kỳ thay thế và giảm chi phí bảo trì cũng như xả chất thải bằng cách tối ưu hóa tốc độ tiêu thụ chất ức chế ăn mòn và hệ thống chống oxy hóa.
Bảo vệ và an toàn môi trường cũng là những yếu tố quan trọng trong thiết kế hiện đại. Chất lỏng gốc và chất phụ gia có-độc tính thấp, có thể phân hủy sinh học đang dần thay thế các thành phần truyền thống có độc tính cao nhằm giảm tác hại đối với môi trường và sức khỏe con người, đồng thời đáp ứng các quy định tái chế và phát thải ngày càng nghiêm ngặt.
Nói chung, nguyên tắc thiết kế chất làm mát động cơ dựa trên hiệu suất truyền nhiệt, sử dụng toàn diện việc điều chỉnh chất lỏng gốc, tác dụng hiệp đồng của các chất phụ gia nhiều{0}}thành phần và các cân nhắc về khả năng tương thích của hệ thống để đạt được sự tích hợp hệ thống với các mục tiêu như chất chống đông, chống sôi, chống{2}}ăn mòn, chống đóng cặn, hiệu suất lâu dài và thân thiện với môi trường. Nguyên tắc này hướng dẫn việc phát triển công thức và xác minh hiệu suất, cho phép chất làm mát cung cấp khả năng quản lý nhiệt đáng tin cậy cho động cơ trong các điều kiện vận hành khác nhau.
