Какие требования предъявляются к охлаждающим жидкостям

12

Охлаждающие жидкости. Требования, предъявляемые к охлаждающим жидкостям и их основные физико-химические свойства. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости, основные свойства, маркировка, рекомендации по применению, замене и технике безопасности. Зарубежные охлаждающие жидкости, их совместимость

В двигателях внутреннего сгорания в механическую работу превращается тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива. Но далеко не вся тепловая энергия используется по назначению. К сожалению, коэффициент ДВС невысок.

Для качественного смесеобразования, полноты сгорания топлива и обеспечения оптимальных условий для смазки двигателя необходимо поддерживать определённый температурный режим. В современных двигателях температурный режим поддерживается с помощью воздушной или жидкостной систем охлаждения. В подавляющем большинстве — жидкостными системами. Температура охлаждающей жидкости должна быть 90…100С.

Охлаждающие жидкости находятся в герметичной системе, включающей рубашку охлаждения двигателя, радиатор, водяной насос, термостат и систему трубопроводов. В рубашке охлаждения жидкость забирает тепло от нагретых деталей и отдаёт его потоку воздуха в радиаторе. По рубашке охлаждения и трубкам радиатора жидкость прокачивается центробежным насосом. После длительной стоянки автомобиля вне помещения охлаждающая жидкость имеет температуру окружающего воздуха, зимой — гораздо ниже нуля. Детали системы охлаждения выполнены из чёрных и цветных металлов и сплавов. Прокладки и трубопроводы (шланги) — из неметаллических материалов (технического картона, паронита, резины и др.).

Требования к охлаждающим жидкостям:

• — высокие теплоёмкость и теплоотдача;
• — невысокая вязкость;
• — низкая температура замерзания и высокая температура кипения;
• — отсутствие склонности к образованию отложений (накипи);
• — коррозионная нейтральность к конструкционным материалам;
• — невысокий коэффициент теплового расширения;
• — нетоксичность;
• — пожаробезопасность;
• — дешевизна, недефицитность и широкая сырьевая база.

В настоящее время жидкостей, полностью отвечающих всем перечисленным требованиям, не существует. В качестве охлаждающих используют следующие жидкости и смеси:

• — вода;
• — смесь воды и этиленгликоля;
• — водоглицериновые смеси;
• — водоспиртовые смеси.

Теплофизические характеристики некоторых жидкостей

Удельная теплоёмкость, кДж/(кгК)

Скрытая теплота испарения, ккал

Коэффициент теплопроводности, ккал/мград

Коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции, ккал/м 2 град

Жидкость марки 40 (этиленгликоль 53%, вода 46,6%)

Охлаждающая способность наиболее высока у воды. Этиленгликоль, глицерин и спирт, а также их смеси с водой имеют более низкую охлаждающую способность. Температурный режим двигателя, особенно при высоких температурах воздуха и больших нагрузках, наиболее устойчиво поддерживается системой охлаждения, заправленной водой.

Низко- и высокотемпературные свойства. Температурный диапазон применения охлаждающих жидкостей определяется температурами замерзания и кипения. Для понижения температуры замерзания используют смесь воды и различных жидкостей. В результате удаётся понизить температуру замерзания до минус 65С, что вполне достаточно для эксплуатации автомашин в любом климатическом поясе России. Для повышения температуры кипения систему охлаждения герметизируют, в ней при нагревании жидкости повышается давление и температура кипения возрастает. Это даёт дополнительное время водителю для того, чтобы принять меры и не допустить закипания охлаждающей жидкости в двигателе.

На низший температурный предел применения жидкости большое влияние оказывает вязкость. При чрезмерном возрастании вязкости значительно увеличивается сопротивление циркуляции жидкости по системе, особенно через трубки радиатора.

Спирты, гликоли и глицерин в смеси с водой имеют низкие температуры замерзания. Но при повышенных температурах спирты легко испаряются из смеси, что приводит к повышению температуры замерзания и увеличивает пожароопасность.

Коррозионность — важное эксплуатационное свойство охлаждающих жидкостей, в значительное мере влияющее на долговечность системы охлаждения. Коррозионное воздействие жидкостей на конструкционные материалы прежде всего определяется содержанием в охлаждающих жидкостях кислорода и хлора. Поэтому вода, используемая как охлаждающая жидкость или как компонент смеси должна содержать хлора не более 0,0007%. Водопроводная вода в целях обеззараживания хлорируется, содержание хлора в ней около 0,01% поэтому она коррозионно агрессивна.

Водные растворы этиленгликоля и спиртов обладают повышенной коррозионностью по отношению к металлам. Для устранения этого недостатка в смеси вводят присадки:

• 1) двузамещённый фосфорно-кислый натрий Na₂HPO₄ в количестве 2,5-3,5 г/л предохраняет от коррозии чугунные, стальные и медные детали;
• 2) декстрин картофельный (изомер крахмала С₆Н₁₀О₅) в количестве 1-1,1 г/л защищает припои, алюминий и медь;
• 3) присадки на основе бензойно-кислого натрия, нитрата натрия и буры защищают от коррозии все сплавы металлов в системе охлаждения.

Этиленгликолевые жидкости вызывают коррозию цинковых покрытий, поэтому хранение их в оцинкованных бочках не допускается.

При необходимости дополнительную защиту цинка обеспечивают введением в антифриз 7,5-8% молибденовокислого натрия (Na₂MoO₄). В этом случае в маркировке вводится строчная буква «м» — антифриз марки 40 м; 65 м.

Вспениваемость охлаждающих жидкостей ухудшает отвод тепла, так как воздух проводит тепло значительно меньше, чем вода. В чистом виде гликолевые жидкости не склонны к пенообразованию, но при попадании в них нефтепродуктов образуется обильная и устойчивая пена.

Высокую вспениваемость водоглицериновых смесей снижают добавлением спирта.

Токсичностью в наибольшей степени обладает этиленгликоль. Для человека смертельной дозой считается попадание внутрь 50-100 мг чистого этиленгликоля. Этиловый спирт менее ядовит.

Пожароопасность смеси этиленгликоля и воды невысока. При содержании воды более 20% возгорания смеси не происходит. Температура самовоспламенения этиленгликоля на воздухе выше 400С. Смеси этилового спирта и воды горят при содержании в них спирта более 30-40% в зависимости от температуры.

Как отмечалось выше, при всех достоинствах вода как охлаждающая жидкость имеет серьёзный для нашего климата недостаток — высокую температуру замерзания. Этот недостаток влечёт за собой и следующий — объёмное расширение при замерзании, достигающее 9%, т. к. плотность воды при 3,98С составляет 1000 кг/м 3 , а льда при 0С — 916,8 кг/м 3 . Это приводит к разрыву рубашки охлаждения. Температура кипения также относительно невысока.

Всё это вынудило эксплуатационников искать более приемлемые охлаждающие жидкости. Так было положено начало применению в качестве охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания смеси этиленгликоля и воды.

Этиленгликоль С₂Н₄(ОН)₂ — простейший двухатомный алифатический спирт, сиропообразная () бесцветная жидкость сладкого вкуса. Температура замерзания минус 12,3С, кипения плюс 197,6С, плотность 1113 кг/м 3 при 20С. При добавлении воды температура замерзания понижается до минус 75С при содержании в растворе трети воды, а при дальнейшем увеличении концентрации воды — повышается. Зависимость нелинейная. Температура замерзания может быть определена не только по концентрации воды и этиленгликоля, но и по плотности смеси.

Низкозамерзающие охлаждающие жидкости для заправки систем «тосолы». Эти жидкости имеют ряд преимуществ по сравнению с водой:

• — низкая температура замерзания;
• — выше температура кипения;
• — хорошие смазочные свойства, что обеспечивает больший ресурс

работы водяного насоса;

— при замерзании образуется рыхлая масса, почти не увеличивающаяся в объёме и не вызывающая разрушения системы охлаждения.

Но тосолам присущи и недостатки:

• — токсичность;
• — коррозионное воздействие на конструкционные материалы;
• — высокая просачиваемость по сравнению с водой;
• — большой коэффициент теплового расширения.

Основной недостаток этиленгликолевых жидкостей — токсичность, даже при невысоких концентрациях гликолей. При попадании в организм человека наблюдаются тяжёлые отравления. Поэтому при использовании тосолов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Современные тосолы представляют собой смесь этиленгликоля и воды с добавлением присадок:

• — антикоррозионной;
• — антифрикционной;
• — противопенной.

Слегка мутная маслянистая жидкость

Плотность при 20°С, кг/м 3

Температура кристаллизации, °С

Температура кипения, °С

Этиленгликоль, % по массе

Присадки, г/л: декстрин,

динатрий фосфат, антивспенивающая, композиция антикоррозионных

• 2,5-3,5
• —
• —

• 3,0-3,5
• —
• —

• —
• 0,1
• 5,0

• —
• 0,05
• 2,55

• —
• 0,08
• 2,95

Применение тосолов требует выполнения ряда правил, обусловленных свойствами этих жидкостей:

Заполнять систему охлаждения следует на 6-8% ниже полной вместимости. Это вызвано большим коэффициентом объёмного расширения. При нагревании жидкости до рабочей температуры система охлаждения будет заполнена полностью. В последнее время на автомобилях устанавливают расширительные бачки, изменение уровня жидкости в которых компенсирует тепловое расширение антифриза.

Необходимо тщательно проверить герметичность соединений в системе охлаждения, так как антифризы обладают повышенной просачиваемостью.

Через некоторое время после залива следует внимательно осматривать соединения на наличие подтеканий. Антифризы растворяют накипь. Неплотности, закупоренные накипью могут дать течь. Растворение накипи не снижает качество антифризов. После фильтрации их снова можно заливать в систему.

Необходимо полностью удалить накипь со стенок системы охлаждения перед заливом антифриза. Накипь вступает в химическую реакцию с динатрийфосфатом, который находится в антифризе для защиты от коррозии чёрных металлов и латуни.

Температуры кипения антифризов выше, чем воды. Снижение уровня при отсутствии подтеканий свидетельствует о выкипании воды и повышении концентрации этиленгликоля. В этом случае необходимо доливать чистую воду. При снижении уровня вследствие подтеканий компенсировать потери следует стандартным антифризом.

Необходимо периодически проверять концентрацию антифриза в системе охлаждения. Проверка производится с помощью гидрометра — разновидности ареометра, с термометром, но с двойной шкалой, оттарированной на процентное содержание этиленгликоля в смеси и соответствующие температуры замерзания. Шкала рассчитана на определения при температуре антифриза равной 20С. При других температурах неизбежны ошибки, поэтому перед измерением необходимо привести температуру антифриза к значению 20С.

Совместимость охлаждающих жидкостей определяется техническими условиями. Изготовленные по разным техническим условиям жидкости часто несовместимы, так как содержащиеся в них присадки могут вступить в реакцию друг с другом и утратить свои полезные свойства. Поэтому при необходимости восстановить уровень охлаждающей жидкости лучше доливать дистиллированную воду.

Требования к антифризам зарубежного производства, как правило, определяются стандартами ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов) и SAE (Общество автомобильных инженеров США). Эти стандарты регламентируют свойства концентратов и антифризов исходя из их основы (этиленгликоля или пропиленгликоля) и условий эксплуатации. Например, этиленгликолевые жидкости предназначены: по ASTM D 3306 и ASTM D 4656 — для легковых автомобилей и малых грузовиков;

по ASTM D 4985 и ASTM D 5345 — для двигателей, работающих в тяжелых условиях: длительно эксплуатируемых в режимах, близких к максимальной мощности, на внедорожной технике, больших грузовиках, в стационарных силовых установках и т.п. Эти жидкости отличаются тем, что перед использованием в них необходимо добавлять специальную присадку.

Импортные антифризы по ASTM D 3306 можно использовать для отечественных легковых автомобилей.

Спецификации производителей автомобилей могут содержать дополнительные требования. Например, нормы General Motors USA — Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M или нормы G концерна Volkswagen запрещают использовать в антифризе ингибиторы коррозии, содержащие нитриты, нитраты, амины, фосфаты и оговаривают предельно допустимые концентрации силикатов, буры, хлоридов. Это позволяет уменьшить отложение накипи, увеличить срок службы уплотнений, улучшить защиту от коррозии.

Какие требования предъявляются к охлаждающим жидкостям

Тема 10

Жидкости для систем охлаждения

Наряду с топливом, маслом и смазками в современных автомоби­лях широко используются технические жидкости (для охлаждения двигателей, обеспечения торможения и амортизации автомобилей во время движения, приведения в действие механизмов, силовых агрегатов и т.п.).

Технические жидкости должны отвечать многообразным и спе­цифичным требованиям, поэтому для их приготовления исполь­зуются многочисленные химические и синтетические соединения: гликоли, углеводороды, спирты, глицерин, эфиры и др.

В зависимости от назначения и свойств технические жидкости подразделяются на охлаждающие, тормозные, для гидравлических систем, амортизаторные и пусковые. Производятся также промы­вочные и очистительные жидкости — это этиловый спирт, очис­тители стекол, различные моющие средства и др.

Назначение и требования к охлаждающим жидкостям

При сгорании топлива в двигателе часть тепла идет на нагрев стенок камеры сгорания и всего двигателя. При достижении критической температуры двигатель перегревается, при этом ухудшается наполнение цилиндров и условия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание, увеличивается расход топлива, снижается мощность двигателя. Для поддержания нормальной температуры двигателя его охлаждают, используя для этого охлаждающие жидкости.

К охлаждающим жидкостям предъявляются следующие требования:

— высокая температура кипения (во избежание образования паровых пробок и потерь жидкости);

— низкая температура замерзания;

— высокая теплоемкость и теплопроводность;

— высокая химическая и физическая стабильность;

— не вступать в реакцию с резиновыми деталями;

— отсутствие образования накипи;

— низкая стоимость и недефицитность;

— нетоксичность и пожаробезопасность.

При температурах выше нуля всем перечисленным требованиям отвечает вода, основными преимуществами которой являются безвредность, доступность, стоимость. Вязкость воды обеспечивает легкость ее циркуляции в системе охлаждения. Вода обладает большой теплоемкостью.

Использование воды в качестве охлаждающей жидкости

Наиболее распространенной жидкостью, применяемой для охлаждения, является вода. Она имеет самую высокую теплоем­кость 4,19 кДж/(кг·°С), большую теплопроводность, небольшую кинематическую вязкость и большую теплоту ис­парения.

Однако вода обладает и существенными недостатками, затруд­няющими ее применение в качестве охлаждающей жидкости. При 0 °С она замерзает, увеличиваясь в объеме примерно на 10 % и вы­зывая разрушение системы охлаждения при дальнейшем пониже­нии температуры окружающего воздуха.

При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости образование отложений в системе охлаждения двигателя опреде­ляется в основном наличием растворенных в воде солей, образу­ющих накипь, теплопроводность которой приблизительно в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали. Отложение накипи в систе­ме охлаждения (рис. 1) вызывает нарушение теплового режима работы двигателя, увеличение расхода топлива и масла.

О количестве растворенных в воде солей можно судить по ее жесткости, единицей измерения которой является миллиграмм-эквивалент (мг-экв.). Мягкая вода содержит до 3 мг-экв. солей в 1 л, вода средней жесткости — от 3 до 6 мг-экв., а жесткая — более 6 мг-экв.

Рис. 1. Типичные места отложения накипи (7) и шлама (2) в системе охлаждения автомобильных двигателей

Целесообразно применять для охлаждения двигателя мягкую воду, не образующую накипь. При использовании для этих це­лей воды средней жесткости возникает необходимость не реже двух раз в год очищать систему охлаждения от образовавшейся накипи.

Применять жесткую воду следует после предварительного ее умягчения (кипячения, обработки известью и содой) или с добавлением противонакипных присадок (антинакипинов). Напри­мер, калиевый хромпик К₂Сr₂О₇ при концентрации его от 5 до 10 г в 1 л воды способен превращать содержащиеся в ней соли в веще­ства, не образующие накипи.

Применению любого антинакипина должна предшествовать очистка системы охлаждения от образовавшейся ранее накипи.
На рис. 2 приведена схема установки для умягчения жесткой воды.

Рис. 2. Схема стационарной катионитовой установки для умягчения же­сткой воды:
1 — насос; 2 — катионитовый фильтр с сульфированным углем; 3 — ме­шалка для приготовления раствора поваренной соли; 4 — сборник умяг­ченной воды

Низкозамерзающие жидкости

В современных автомобильных двигателях в качестве охладителя применяют низкозамерзающие охлаждающие жидкости, или антифризы.

Наибольшее распространение получили этиленгликолевые антифризы, представляющие собой раствор этиленгликоля в воде. Этиленгликоль — это двухатомный спирт СН₂ОН—СН₂ОН — бесцветная и без запаха жидкость, кипящая при температуре 197 °С и застывающая при -12 °С. Водные растворы этиленгликоля застывают при более низкой температуре. Так, раствор, содержащий 67 % этиленгликоля и 33 % воды, застывает при температуре —75 °С. Зависимости плотности и температуры застывания антифриза от его состава представлены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Зависимость температуры застывания водогликолевой жидкости от содержания в ней воды

Рис. 4. Зависимость плотности водогликолевой жидкости от содержания в ней воды

Этиленгликолевые антифризы имеют повышенную коррозионную активность к металлам и разрушают резину. Для устранения этих недостатков в антифризы вводят присадки: декстрин, предохраняющий от разрушения свинцово-оловянистый припой, алюминий и медь; динатрийфосфат, защищающий черные металлы, медь и латунь. Иногда вводят молибденовый натрий, предотвращающий коррозию цинковых и хромовых покрытий на деталях системы охлаждения. В этом случае к марке антифриза добавляют индекс «М».

Отечественной промышленностью выпускаются следующие марки антифризов: простые антифризы — 40, 65, 40М, 65М; тосолы — Тосол А, Тосол А-40, Тосол А-65.

Тосолы отличаются от простых антифризов наличием противопенных и антифрикционных присадок. Цифра в марке антифриза показывает наивысшую температуру застывания.

Тосол А — концентрированный этиленгликоль с присадками. Для получения антифризов марок 40 или 65 его необходимо растворить в соответствующем количестве дистиллированной воды.

В антифризы вводят краситель.

Значения некоторых показателей антифризов представлены в табл. 3.1.

Определить температуру застывания антифриза можно по его плотности и показателю преломления. Зная коэффициент преломления антифриза, можно определить в нем содержание этиленгликоля:

С= n -1.334 * 10 3

где n — коэффициент преломления.

Таблица 1. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости

Этиленгликоль — сильный яд, поэтому после контакта с ним необходимо тщательно вымыть руки.

При эксплуатации в первую очередь испаряется вода, это изменяет состав, а следовательно, и температуру застывания антифриза.

Температурный коэффициент объемного расширения у антифризов больше, чем у воды, поэтому заливать его следует на 5—8 % меньше, чем воды, или использовать в составе системы охлаждения расширительный бачок.

Нельзя допускать попадания в антифриз нефтепродуктов, так как в этом случае распадаются присадки.

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к охлаждающим жидкостям?

2. Назовите особенности антифриза.

3. Как влияет содержание воды в смеси с этиленгликолем на температуру замерзания?

Эксплуатационные требования к качеству охлаждающих жидкостей

Назначение охлаждающих жидкостей — воспринимать и отводить тепловой поток от тех зон и деталей двигателя, перегрев которых вызывает нарушение нормальной работы или разрушение. Основной тепловой поток образуется теплотой, которая, согласно второму закону термодинамики, не может быть преобразована в механическую работу. Это та самая теплота, которая должна быть передана холодному источнику. Количество ее зависит от разности температур горячего и холодного источника при заданной массе и

Эффективное действие систем жидкостного охлаждения во многом определяется физическими и химическими свойствами охлаждающей жидкости. Процесс отвода теплоты от двигателя и передача его в окружающую среду зависят от теплоемкости и теплопроводности жидкости: чем выше показатели, тем лучше охлаждается двигателя. С увеличением теплоемкости увеличивается количество теплоты, которую жидкость способна воспринять при заданном повышении температуры, а с увеличением ее теплопроводности теплота отводится быстрее.

Таким образом, с увеличением теплоемкости можно уменьшить количество жидкости, циркулирующей в системе, а с увеличением теплопроводности — уменьшить скорость ее циркуляции и получить более равномерную ее температуру.

В жидкостных системах охлаждения современных двигателей внутреннего сгорания применяют два типа охлаждающих жидкостей — воду и низкозамерзающие жидкости (антифризы). Являясь промежуточным звеном в цепи передачи теплоты, охлаждающая жидкость должна удовлетворять ряду определенных требований, несоблюдение которых может вызвать серьезные нарушения в работе системы и всего двигателя в целом. Для этого они должны обладать возможно большей теплоемкостью и теплопроводностью; оптимальной вязкостью (1 мм 2 /с); температурой замерзания не выше -60 °С; температурой кипения не ниже 120 °С; высокой физической стабильностью.

В то же время охлаждающие жидкости:

— не должны разрушать металлы, из которых изготовлены блок и головка цилиндров, радиатор, отопитель, предпусковой подогреватель, резиновые шланги, и другие материалы, с которыми она соприкасается;

— не должны образовывать накипь и другие отложения на внутренних поверхностях системы;

— должны быть нетоксичными и пожаробезопасными.

Стоимость их изготовления и сырья должна быть минимальной.

Охлаждающая жидкость должна обладать оптимальной вязкостью. Это требование вызвано тем, что при слишком высокой вязкости жидкости ее циркуляция в системе, как принудительная, так и термосифонная, затруднена, и затраты мощности на привод насоса велики. Вместе с тем при очень малой вязкости устранить подтекание и потери жидкости через уплотнения насоса на стыках патрубков и шлангов значительно труднее. Многолетний опыт показал, что кинематическая вязкость жидкости должна быть близка к вязкости воды, т. е. 0,9—1,1 мм 2 /с при 20 °С.

Очень неудобно, особенно зимой, если охлаждающая жидкость имеет высокую температуру замерзания, как, например, вода. В этих случаях при длительных перерывах в работе двигателя воду приходится сливать или содержать автомобили в теплых гаражах. Поэтому желательно, чтобы температура замерзания охлаждающей жидкости была бы возможно ниже (например, не более -60 °С). Вместе с тем для двигателей, работающих летом или в районах с жарким климатом, а также для судовых двигателей это требование необязательно.

Температура кипения охлаждающей жидкости должна быть во всех случаях достаточно высокой (100-120 °С), т. е. на 30-40° выше допустимой рабочей. Совершенно недопустима нестабильность охлаждающей жидкости. Особенно надо следить за качеством воды, за содержанием в ней солей, вызывающих накипь. Образование накипи приводит к снижению теплопередачи и, как следствие, к перегреву двигателя. Поэтому вода, предназначенная для применения ее в качестве охлаждающей жидкости, должна иметь минимальную жесткость. Лучше всего применять дистиллированную, дождевую или снеговую воду.

В последнее время все чаще отказываются от применения воды для охлаждения автомобильных двигателей, применяя специальные жидкости, замерзающие при низкой температуре, — антифризы. Раньше их применяли только зимой, а теперь с разработкой герметичных систем охлаждения антифризы применяют в любое время года как несменяемые жидкости, заливаемые на заводе-изготовителе в систему охлаждения автомобиля на весь срок его эксплуатации (до капитального ремонта). Важное значение имеет стоимость сырья и изготовления жидкости, ее доступность и простота транспортировки и хранения. Особенно перспективны эти жидкости для применения в системах охлаждения, предусматривающих заполнение их на длительный или на весь срок эксплуатации автомобиля.

Самой простой и в то же время доступной охлаждающей жидкостью, достаточно полно удовлетворяющей основным требованиям, является вода. Ее применяли в самых ранних конструкциях двигателей, широко применяют для двигателей с жидкостным охлаждением и для крупных двигателей, таких, как тепловозные и судовые; вода является пока наиболее целесообразной охлаждающей жидкостью.

В процессе работы двигателей внутреннего сгорания детали нагреваются, что снижает их механическую прочность. Чтобы поддерживать нормальное тепловое состояние двигателя, многие узлы (камера сгорания, клапаны, цилиндры двигателей, поршни и др.) необходимо охлаждать. В процессе работы двигателя нужно отводить избыток тепла от чрезмерно нагреваемых деталей, так чтобы их температура не превышала максимально допустимых значений. Очень большой отвод тепла нежелателен, так как при этом ухудшается испарение топлива, что нарушает процесс сгорания, увеличиваются потери энергии на преодоление трения смазочных материалов, появляются другие нежелательные явления.

Следовательно, перегрев и переохлаждение деталей двигателя вредны, т. е. нужно поддерживать оптимальную рабочую температуру.

Существует два вида охлаждения: воздушное и жидкостное. В первом случае тепло от сильно нагретых деталей двигателя отводится непосредственно в атмосферу, во втором — тепло сначала передается охлаждающей жидкости, омывающей нагретые детали, а от нее отдается в окружающий воздух. В автомобилях распространены двигатели с жидкостным охлаждением.

При жидкостном охлаждении головка блока и стенки цилиндров двигателя окружены рубашкой, которая заполнена циркулирующей жидкостью. Эта жидкость омывает чугунные, стальные, алюминиевые, латунные детали и уплотнения.

Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется с помощью насоса-помпы. Жидкость, перемещаясь внутри рубашки, отбирает тепло от стенок цилиндров и головки блока, нагревается и поступает в радиатор, часть тепла передается в окружающую атмосферу, а жидкость охлаждается и снова поступает в головку двигателя. В процессе работы температура охлаждающей жидкости повышается до 85-100 °С, а иногда и до 110 °С.

В теплое время года (выше 0 °С) возможно применение в качестве охлаждающей жидкости чистой воды. Она обладает наибольшей охлаждающей способностью, имеет самую высокую теплоемкость (4,19 кДж/кг°С), большую теплопроводность, небольшую вязкость, большую теплоту испарения. Однако при 0 °С вода замерзает со значительным увеличением объема (примерно 10 %). Это вызывает разрушение системы охлаждения (на стенки действует давление до 2500 МПа).

Рабочая температура воды в открытой системе охлаждения не должна превышать 90 °С. При более высоких температурах вода интенсивно испаряется. Надежность работы системы охлаждения зависит от физико-химических свойств применяемых жидкостей, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать легкую циркуляцию по системе охлаждения двигателя, а для этого иметь небольшую вязкость;

иметь температуру кипения на 15-20 °С выше возможной температуры нагревания жидкости в системе охлаждения двигателя;

иметь температуру застывания жидкости на 5-10 °С ниже температуры окружающего воздуха;

не корродировать металл и не разрушать резиновые детали системы охлаждения;

не вызывать накопления накипи и шламов в системе охлаждения, так как накипь резко ухудшает теплопроводность и нарушает циркуляцию;

иметь небольшой коэффициент расширения, так как температурные интервалы работы очень велики (от -20-30 до +100-110 °С);

быть возможно более дешевой, недефицитной, иметь невысокую вспениваемость, быть пожаробезопасной и безвредной для здоровья водителей.

В зимний период эксплуатации для автомобилей применяют низкозамерзающие жидкости (антифризы). Основной нормативный документ, оговаривающий требования к автомобильным охлаждающим жидкостям, датирован 1952 годом. По ГОСТу 159-52 выпускались и продолжают выпускаться антифризы (от англ. antifreeze – «препятствующий» замерзанию) марок 40 и 65.

Этиленгликоль и его водные растворы при нагревании сильно расширяются. Чтобы предотвратить выброс жидкости из системы, её заполняют на 6-8 % меньше общего объема. Кроме того, теплопроводность и теплоемкость антифризов ниже, чем у воды (теплоемкость воды 4,2 кДж/кг 0 С; этиленгликоля – 2,9). Пакет присадок, вводимый в антифриз, определяет значительную часть эксплуатационных показателей залитого в систему охлаждения теплоносителя.

Для уменьшения коррозионного воздействия антифризов на металлы вводят присадки: декстрин, предохраняющий от разрушения свинцово-оловянистый припой, алюминий и медь, динатрий фосфат, защищающий черные металлы, медь и латунь.

Несмотря на то, что основой всех охлаждающих жидкостей служит водный раствор этиленгликоля, каждая из них может содержать разный пакет антикоррозионных и противовспенивающих присадок. В одном случае это бор-нитритные, аминные и фосфатные ингибиторы, в другом – импортные химические соединения нового поколения.

Отказ многих производителей антифризов от использования старых добавок в пользу экологически чистых зарубежных присадок привел к ряду эксплуатационных ограничений при использовании антифризов. Дело в том, что при смешивании антифризов с разными присадками может возникать химический «конфликт поколений», следствием которого является выпадение геля или осадка. Именно по этим причинам смешивать российские антифризы с импортными составами и продуктами, в которых используются зарубежные присадки, не рекомендуется.

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; — инертность к резинотехническим изделиям; — отсутствие пенообразования при повышенных температурах.

Достижение оптимальных эксплуатационных характеристик зависит от качества базовой основы охлаждающей жидкости и пакета присадок. Цвет антифриза не является эксплуатационной характеристикой охлаждающей жидкости и может изменяться в зависимости от производителя.

Выбор и полная замена антифриза

С течением времени происходит «старение» охлаждающей жидкости: изменяется количественный и химический состав компонентов, и как следствие – перегрев и поломка мотора. Своевременная полная замена антифриза поможет сохранить работоспособность механизмов, а также уберечь узлы и детали двигателя от преждевременного износа.

Что такое антифриз

Антифриз – это название отдельной категории незамерзающих жидкостей, служащих для охлаждения ДВС. ОЖ в процессе эксплуатации силовых агрегатов предотвращают повреждения комплектующих мотора и обеспечивают стабильную работу механизмов в условиях низких и высоких температур.

Главная особенность незамерзающих растворов – низкий коэффициент расширения. Если чистая вода, в случае замерзания, увеличивается в объеме на 9%, то охлаждающие жидкости на 1,5–3,5%. Кроме этого, ОЖ не кристаллизуются, а превращаются в рыхлую пластичную массу, которая не наносит никакого вреда двигателю.

Классификация антифризов по составу

По структуре ОЖ делятся на следующие категории:

1. этиленгликолевые;
2. глицериновые;
3. солевые;
4. спиртовые.

Гликолевые

Их изготавливают на основе двухатомного спирта, дистиллированной воды и присадок. При замерзании этиленгликолевые растворы не кристаллизуются и не повреждают рубашку системы охлаждения.

Глицериновые

Обладают низким порогом замерзания. При концентрации реагента в воде 67% и более, нижний порог кристаллизации равен – 50°C. Температура кипения – 110–120°C. Субстанции характеризуются высокими смазывающими и антикоррозийными качествами.

Спиртосодержащие

Сюда относятся этиловые, метиловые, изопропиловые, они также могут выступать в качестве антифризов. Однако их температура кипения ниже 100°С. Поэтому, применение таких растворов возможно только в низкотемпературных климатических зонах.

Солевые

Представляют собой водные смеси хлоридов кальция, магния, натрия. При определенных условиях могут способствовать электрохимической коррозии. Для широкого применения необходим комплекс модифицирующих присадок, что значительно влияет на стоимость продукта.

Антифризы могут выпускаться в форме концентрированных составов или в виде готовых к употреблению растворов.

Классификация охладающей жидкости по виду

По набору модификаторов ОЖ делятся на 4 категории:

1. традиционные;
2. карбоксилатные;
3. гибридные;
4. лобридные.

Традиционные незамерзающие жидкости состоят из гликолевых соединений, воды и набора неорганических присадок:

• фосфатов;
• силикатов;
• аминов;
• боратов;
• нитритов.

Главный недостаток – непродолжительный срок службы (≤ 60000 км), а также риск выпадения силикатного осадка, нарушающего теплоотвод. Такие композиты применяются только в старых моделях автомобилей.

Карбоксилатные изготавливаются на основе этиленгликолей, воды и органических присадок. Считаются лучшими в своем классе, так как главным компонентом модифицирующих добавок выступают соли карбоновых кислот, имеющие высокие антикоррозионные и антиокислительные свойства. Срок службы – от 3 лет и более.

Гибридные антифризы – это химические смеси традиционных и карбоновых антифризов, взятых в определенных пропорциях.

Лобридные представляют собой субстанции, состоящие из воды, этиленгликоля и минеральных присадок. Подходят для всех современных автомобилей. По своим характеристикам они сравнимы с карбоксилатными антифризами.

Эксплуатационные требования к охлаждающей жидкости

Полная замена жидкости в системе охлаждения требуется в следующих ситуациях: