ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
Наряду с топливом, маслами и смазками в современных автомобилях широко используются специальные жидкости (для охлаждения двигателей, обеспечения торможения и амортизации автомобилей во время движения, приведения в действие механизмов, силовых агрегатов и т.п.). Специальные жидкости должны отвечать многообразным и специфичным требованиям, поэтому для их приготовления используются разнообразные природные и синтетические химические соединения: гликоли, углеводороды, спирты, глицерин, эфиры и др. В зависимости от назначения и свойств жидкости разделяются на охлаждающие, тормозные, жидкости для гидравлических систем, амортизаторные, пусковые. Производятся также промывочные и очистительные жидкости — это этиловый спирт, очистители стекол, различные моющие средства и др.
ВОДА КАК ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям
Детали двигателей внутреннего сгорания, например, поршни, гильзы цилиндров, головка блока, непосредственно соприкасаются с продуктами сгорания топлива и сильно нагреваются, поэтому для обеспечения нормальной работы двигатель необходимо охлаждать. Эффективность и надежность работы системы охлаждения двигателя в значительной степени зависят от качества применяемой охлаждающей жидкости.
Двигатель внутреннего сгорания необходимо охлаждать для обеспечения нормального теплового режима работы его узлов и деталей. Наиболее распространены системы охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости. В процессе работы охлаждающая жидкость может нагреваться до 100 °С и иногда выше, а на стоянке остывать до температуры окружающего воздуха.
Все охлаждающие жидкости должны удовлетворять следующим требованиям:
- • эффективно отводить тепло (т.е. иметь большую теплоемкость и небольшую вязкость);
- • иметь высокие температуру кипения и теплоту испарения;
- • обладать низкой температурой кристаллизации;
- • не образовывать отложений в системе охлаждения;
- • не вызывать коррозии металлических деталей и не разрушать резиновые детали системы охлаждения;
- • не вспениваться в процессе работы;
- • быть дешевыми, пожаробезопасными и безвредными для здоровья.
Главными эксплуатационными свойствами охлаждающих жидкостей являются:
- • высокая теплопроводность;
- • низкая температура застывания;
- • высокая температура кипения;
- • оптимальная химическая стабильность;
- • отсутствие коррозионного воздействия на конструкционные материалы радиатора и двигателя;
- • защита деталей системы охлаждения от кавитационного разрушения;
- • инертность к резинотехническим изделиям;
- • отсутствие пенообразования при повышенных температурах.
Колонка тех.эксперта
Охлаждающие жидкости в процессе работы двигателя нагреваются до температуры 80-90°С, а при форсированном режиме работы и до 100 ° С. При длительных остановках они охлаждаются до температуры окружающего воздуха. Давление в системе охлаждения близко к атмосферному, что способствует испарению и увеличению потерь охлаждающих жидкостей. В процессе применения охлаждающие жидкости контактируют с различными конструкционными материалами (алюминий, медь, латунь, чугун, резина и др.)
Исходя из назначения и условий применения, охлаждающие жидкости должны удовлетворять следующим требованиям:
- иметь большую теплоемкость и хорошую теплопроводность;
- иметь высокую температуру кипения и теплоту испарения;
- обладать низкой температурой кристаллизации;
- иметь малый коэффициент объемного расширения;
- обладать подвижностью (вязкостью) в диапазоне температур от –70 до +100°С;
- иметь термическую стабильность и не образовывать отложений (накипи) в системе охлаждения;
- не вспениваться в процессе работы;
- быть безопасными в пожарном отношении, биологически и экологически нейтральными.
Классификация и ассортимент охлаждающих жидкостей
При эксплуатации современных автомобилей для охлаждения двигателей применяют незамерзающие жидкости, объединенные общим названием «АНТИФРИЗЫ» (от англ. Antifreeze – препятствующий замерзанию).
В настоящее время широко распространено употребление двух названий охлаждающих жидкостей: «Тосол» и «Антифриз». Следует помнить, что «Тосол» — торговая марка антифриза. Это название образовано из «ТОС» — сокращенно технология органического синтеза (название отдела института, где была создана рецептура ОЖ) и «ОЛ» — по химической номенклатуре веществ это окончание показывает, что речь идет о спирте (этиленгликоль – это двухосновный спирт). Для примера: «этанОЛ – этиловый спирт».
Наибольшее распространение имеют гликолевые незамерзающие жидкости, представляющие собой смеси этиленгликоля с водой. Реже встречаются жидкости, изготовленные на основе пропиленгликоля, глицерина, монопропилена, смешивать которые с этиленгликолевыми нельзя.
Этиленгликоль – маслянистая желтоватая жидкость без запаха, имеющая температуру кристаллизации –12,7°С и кипения +197°С водой этиленгликоль образует раствор, температура кристаллизации от-дельных компонентов которого выше температуры кристаллизации раствора, состоящего из этих компонентов. Смешивая в различных пропорциях этиленгликоль с водой, можно получить смеси с темпе-ратурой замерзания от 0 до –75°С (при концентрации этиленгликоля около 66,7 %). С увеличением со-держания этиленгликоля температура кристаллизации смеси повышается. Наиболее широко распро-страненные концентрации – это 52,6 % и 65,3 % этиленгликоля, которые позволяют растворам не замерзать при –40 и –65°С соответственно.
Растворы этиленгликоля вызывают значительную коррозию конструкционных металлов.
Чтобы защитить детали системы охлаждения от коррозии, а попутно обеспечить теплоносителю ряд других полезных свойств – пониженную вспениваемость, антинакипиновые свойства и прочие – в водно-гликолевую смесь добавляют пакет специальных присадок, который и определяет основную часть эксплуатационных показателей залитого в систему антифриза.
Стандартный пакет присадок включает: ингибиторы коррозии, антинакипины, антивспенивающие и смазывающие составы. Объем пакета присадок обычно не превышает 8% объема антифриза.
В традиционных ОЖ, к числу которых относится и Тосол, защиту металлов от коррозии обеспечива-ют силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и др. Общее название таких ОЖ – силикатосодержащие. У этих жидкостей есть ряд серьезных недостатков. Это, прежде всего, образование осадка, приводящего к закупориванию узких каналов системы охлаждения. Кроме того, силикатные ингибиторы коррозии об-разуют по всей поверхности системы охлаждения защитный слой толщиной более 1000 Ангстрем, что сильно снижает эффективность теплоотвода и увеличивает количество абразивных частиц в системе охлаждения. Помимо этого, защитные свойства ингибиторов коррозии на основе силикатов имеют довольно ограниченный срок службы – около 1,5 лет.
Но научно-технический прогресс не стоит на месте, и в середине 90-х годов прошлого века были разработаны новые карбоксилатные ингибиторы коррозии на основе органических кислот. Исследования показали, что новые охлаждающие жидкости на основе карбоксилатных ингибиторов прекрасно защищают от коррозии металлы и сплавы, обладают высокой теплоемкостью и предохраняют систему охлаждения от кавитационных разрушений. Новый антифриз не образует защитного слоя по всей системе охлаждения, поэтому поверхность узлов и деталей остается чистой. Карбоксилатные ингибиторы концентрируются лишь там, где есть опасность возникновения коррозии, но даже в этом случае толщина защитного слоя не будет превышать 50 Ангстрем (напомним: против 1000 у силикатных ингибиторов). Нельзя не сказать и еще об одном достоинстве нового продукта: он обладает термо-окислительной стабильностью в течение всего срока эксплуатации и не разрушает материалы уплотнений.
Несмотря на все преимущества нового антифриза с карбоксилатными ингибиторами коррозии, у него есть один существенный недостаток — он не совместим с антифризом на основе силикатных ан-тикоррозионных присадок. К сожалению, отличить на взгляд один тип антифриза от другого типа практически невозможно. Специальных классификаций по цвету не существует. Поэтому для опре-деления требуемого антифриза нужно руководствоваться предписанием автопроизводителя.
Красители, которые применяют для окрашивания антифризов, выбираются производителями, как правило, произвольно. Один производитель может использовать разные красители для разных марок антифризов.
Цвет некоторых импортных антифризов не следует воспринимать как принадлежность к особой группе охлаждающих жидкостей. Это обозначение того, что препарат ядовит для человека.Наличие флуоресцентной добавки облегчает диагностику системы охлаждения с целью установления мест утечки охлаждающей жидкости.
Основной нормативный документ, регламентирующий состав и свойства абстрактной охлаждающей жидкости, — это ГОСТ 159-52, также на охлаждающие жидкости типа «Тосол» существует ГОСТ 28084-89. Этот же ГОСТ регламентирует марки металлов и сорта резин, рекомендуемые для использования в системах охлаждения двигателя автомобилей. Российские производители выпускают охлаждающие жидкости и по своим Техническим условиям (ТУ).
Импортные антифризы в основном соответствуют нормам ASTM ( Американская ассоциация по испытанию материалов — общегосударственная система стандартов США ) и SAE (Общество инженеров-производителей). Они регламентируют свойства антифризов, исходя из основы и условий эксплуатации. Например, этиленгликолевых антифризов:
- ASTM D3306 и ASTM D4656 – для легковых автомобилей и малых грузовиков;
- ASTM D4985 и ASTM D5345 — для двигателей, работающих в тяжелых условиях.
Кроме общих стандартов, многие производители автомобилей применяют свои спецификации с дополнительными требованиями. Например, нормы GENERAL MOTORS USA – Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M или система нормативов G — концерна Volkswagen (G-12, G-11).
Охлаждающие жидкости выпускаются как в виде концентратов, так и в виде готовых продуктов.
Требования к антифризам
Большая связка механизмов позволяет предотвратить негативные последствия, и главным элементом является антифриз. Данная жидкость исполняет роль теплоносителя. Она циркулирует в пределах охлаждающего контура, поэтому контактирует с нагретыми частями.
Технология производства
Несмотря на то, что антифриз был изобретен в начале прошлого века, его состав некритично изменился за все эти годы. Основой охлаждающей жидкости являются этиленгликоль/пропиленгликоль и вода, также производители используют специальные присадки. Несмотря на то, что их доля составляет всего несколько процентов, именно они во многом влияют на эффективность работы антифриза. Выделяют несколько основных типов присадок:
- Изготовленные из неорганических соединений (силикаты, фосфаты, нитриты и другие вещества).
- С базой на основе солей органических кислот (карбоксилаты).
- Гибридные продукты, которые являются сочетанием силикатов и карбоксилатов.
Свойства
В зависимости от выбора того или иного вида присадки антифриз может проявлять себя по-разному. Так, первые два варианта помогают создать на охлаждаемой поверхности защитный слой, который может предотвратить образование коррозии из-за контакта с водно-гликолевой смесью. Однако это может негативно влиять на качество отвода тепла и сокращать срок действия антифриза. Если говорить о гибридных присадках, здесь используется другой принцип работы. Они оказывают действие на коррозийные очаги и создают тонкий защитный слой, если сравнивать с первыми двумя типами присадок. Благодаря этому удается сделать теплоотвод более эффективным. Также в антифризе могут присутствовать другие добавки: смазывающие, антивспенивающие, антикавитационные и т. д.
Требования к выбору охлаждающей жидкости
Выбор антифриза предполагает соблюдение жестких требований. На что стоит обратить внимание?
- Теплопроводность и теплоемкость (они должны быть достаточно высокими).
- Устойчивость к минусовым температурам (антифриз должен сохранять свое рабочее состояние даже при экстремально низких значениях).
- Небольшая вязкость в достаточно широком температурном диапазоне (жидкость должна активно циркулировать в системе охлаждения).
- Большая температура кипения (чтобы нужный эффект сохранялся в стандартных условиях работы силового агрегата).
- Малая вспениваемость и высокие антикоррозийные свойства (для предотвращения разрушения важных деталей двигателя.
- Нейтральная реакция на эластомеры (хорошая совместимость с резиновыми изделиями).
- Соответствие экологическим нормам для сохранения окружающей среды.
Более того, большинство ведущих автопроизводителей изготавливают продукты под своим брендом в рамках собственных стандартов.
Можно ли смешивать антифриз разного цвета?
На первый взгляд кажется, что смешивание разных по цвету жидкостей – допустимое действие. Несмотря на то, что цвет не является существенным критерием при выборе антифриза, смешивать охлаждающие жидкости не стоит. Исключение составляют продукты, изготовленные на одной основе в соответствии с общепризнанными стандартами. Также можно соединять варианты с органическими и неорганическими присадками, если это допускает производитель. Следует учитывать, что смешивание несовместимых охлаждающих жидкостей может стать причиной ухудшения их ключевых характеристик и выпадения осадка. В свою очередь, это может негативно сказаться на работе двигателя.
Автор: РОЛЬФ ЛУБРИКАНТС ГМБХ
Какие требования предъявляются к охлаждающим жидкостям
2018-01-24
С момента появления первых двигателей внутреннего сгорания встал вопрос об отводе выделяемого тепла от двигателя. Первой жидкостью применяемой для охлаждения двигателя стала вода. Например, в трехколесном автомобиле Карла Бенца произведенном в 1885 году был внедрен двигатель внутреннего сгорания с системой водяного охлаждения.
Сразу обнаружились недостатки воды как хладагента – высокая температура замерзания, образование накипи на поверхностях, коррозийная активность. Замерзая, вода увеличивается в объеме примерно на 9-10%, что может повлечь за собой разрушение патрубков, радиатора и других конструкционных элементов системы охлаждения. Поиски оптимальных рецептур охлаждающих жидкостей продолжались до 20-х годов ХХ века. В это время охлаждающие жидкости производились на основе глицерина — трехатомного спирта.
Раствор воды и глицерина 35:65 имеет температуру замерзания -40°С, температуру кипения 290°С. Проблемой стали высокая вязкость и недостаточная текучесть. Для их решения в состав раствора стали добавлять этанол. Иногда использовали водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов. Замену этанолу вместе с глицерином нашли в 30-е годы XX века — основой охлаждающих жидкостей стал моноэтиленгликоль с температурой застывания -12°С. Прибавив к этиленгликолю всего 3% воды и температура замерзания раствора составит -22°С. Прибавив ещё больше воды и температура застывания раствора будет снижаться, вплоть до -70°С при содержании воды в растворе 65-70%. Раствор «вода плюс этиленгликоль» при замерзании образует кашеобразную массу, так называемую шугу, что незначительно увеличивает объем раствора. Раствор 40 % этиленгликоля и 60 % воды при замерзании увеличивается только на 1,5 %. Благодаря этим свойствам раствор моноэтиленгликоля и воды остаётся основным компонентом современных охлаждающих жидкостей.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ
Большая часть энергии, содержащейся в топливе (до 70%) превращается в тепло. Охлаждение и обеспечение приемлемых рабочих температур ДВС главная задача системы охлаждения. Отвод тепла может осуществляться воздушным или жидкостным охлаждением. Воздушное охлаждение бывает естественным и принудительным. Естественное воздушное охлаждение встречается чаще всего в мотоциклах, когда двигатель охлаждается набегающим потоком воздуха. Принудительное воздушное охлаждение массово встречалось в легковых автомобилях с 50-х годов XX века, например, в VW Beetle, Citroen 2CV, Fiat 500, NSU Prinz, Porsche с 4-, 6- и 8-цилиндровымы моторами, которые вплоть до 1998 года охлаждались воздухом. Жидкостные системы охлаждения могут быть замкнутыми и незамкнутыми, в соответствии со способом использования теплоносителя в системе. Незамкнутые или открытые используются, например, для охлаждения речных и морских судов, где для охлаждения используется забортная вода. Замкнутые жидкостные системы охлаждения используются практически во всех ДВС, за исключением маломощных двигателей, где для отвода тепла используется воздушное охлаждение. (*Термические двигатели требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, бензиновых двигателей (скутеры, снегоходы, бензопилы и т.д.) достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция охлаждающей жидкости с помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе (радиатор), помещаемом впереди автомобиля и обдуваемом струей встречного воздуха.)
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
Значимость охлаждающей жидкости и работоспособность системы охлаждения в целом обуславливается главной задачей системы охлаждения – отвод тепла. Охлаждающая жидкость должна обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью, для эффективного отвода тепла. Требования к низкой температуре замерзания и высокой температуре кипения обусловлены температурой окружающей среды при которой эксплуатируется техника. Охлаждающая жидкость должна сохранять свои свойства как в жарком климате, так и в арктических условиях. Низкие коррозионная и кавитационная активности охлаждающей жидкости напрямую влияют на срок службы двигателя и системы охлаждения. Коррозионная активность раствора моноэтиленгликоля и воды больше чем у воды, что может привести к выводу из строя системы охлаждения, а вслед за ней и двигателя в целом. Малая вспениваемость и вязкость (особенно при низких температурах) охлаждающей жидкости обеспечивают оптимальную теплопередачу и циркуляцию жидкости в системе охлаждения. При большой вспениваемости охлаждающей жидкости в трубках могут образовываться паровые пробки, что может привести к ухудшению теплоотвода от двигателя, что в свою очередь может вывести ДВС из строя. Инертность к резиновым шлангам и уплотнителям со стороны охлаждающей жидкости обеспечивает герметичность системы охлаждения и отсутствие утечек. В современные охлаждающие жидкости добавляют флуоресцентные красители, что позволяет быстро определить места протечки. Для этого достаточно просветить предполагаемое место ультрафиолетовой лампой.
Требования к охлаждающей жидкости
- Малая вспениваемость
- Низкая температура замерзания
- Высокая температура кипения
- Низкая кавитационная активность
- Низкая корозионная активность
- Малая вязкость
- Инертность к резиновым шлангам и уплотнениям
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основа охлаждающих жидкостей — это низкозамерзающие водные растворы этиленгликоля. Чистый этиленгликоль – это маслянистая жидкость, сладковатая на вкус, с температурой кипения 196°С и замерзания минус 12°С. Количество этиленгликоля в охлаждающих жидкостях обычно составляет 52–64%, при этом температура замерзания полученных растворов составляет от минус 32 до минус 70°С, что позволяет эксплуатировать двигатели в самых суровых климатических условиях.
Таблица. Температура замерзания водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля.
Массовая концентрация гликоля %
Этиленгликоль замерзание °С
Этиленгликоль кипение °С
Пропиленгликоль замерзание °С