Час читання: ~8 хв

Як працює охолоджувальна рідина двигуна: тепловий баланс, інгібітори корозії (силікати, фосфати, карбоксилати) і обслуговування

Охолоджувальна рідина відводить приблизно третину енергії, яку виробляє дизельний двигун, захищає його від замерзання і корозії. Рідини відрізняються не основою (зазвичай це суміш етиленгліколю і води 50/50), а пакетом інгібіторів корозії: традиційні силікатно-фосфатні, гібридні і карбоксилатні (OAT, ELC). Нижче - як працюють ці технології, чому колір не визначає тип рідини і як обслуговувати систему охолодження.

Тепловий баланс двигуна

Охолоджувальна рідина (антифриз) захищає двигун від замерзання, запобігає корозії деталей і підтримує загальний тепловий баланс, відводячи надлишок тепла.

За даними джерела, у навантаженому дизелі Heavy Duty лише третина виробленої енергії йде на рух техніки, ще третина виходить з відпрацьованими газами, а решту третину забирає охолоджувальна рідина. Відведення цього тепла критично важливе для правильної роботи двигуна: перегрів прискорює старіння моторної оливи і знос самого двигуна.

Найкраще тепло переносить вода, але для захисту від замерзання до неї додають гліколь. Він дещо знижує тепловіддачу, проте в більшості кліматичних умов і застосувань захист від замерзання необхідний. Майже всі двигуни використовують рідини з однаковою основою - сумішшю етиленгліколю і води 50/50. У деяких промислових двигунах застосовують воду з присадками або суміш пропіленгліколю з водою.

Крім основи, антифриз містить невелику кількість інших компонентів: інгібітори корозії, антиспінювачі, барвники та інші добавки. Саме вони відрізняють одну рідину від іншої.

Інгібітори корозії: регіональні технології

Традиційні рідини (Північна Америка)

Історично в Північній Америці звичайні охолоджувальні рідини були зеленого кольору і використовували суміш фосфатів і силікатів. Такі неорганічні інгібітори - натрієві і калієві солі неорганічних кислот (силікати, фосфати, борати тощо) - утворюють захисне покриття, яке ізолює метал від рідини. Оскільки інгібітори витрачаються на формування цього шару, традиційні зелені рідини зазвичай міняють кожні два роки.

Гібридні рідини без фосфатів (Європа)

У Європі через жорстку воду рідини обходяться без фосфатів: кальцій і магній з жорсткої води реагують з фосфатами, утворюючи накип на гарячих поверхнях двигуна. Це погіршує теплопередачу і може спричинити корозію під відкладеннями. Замість фосфатів європейські рідини містять суміш неорганічних інгібіторів (силікатів) і органічних - карбоксилатів. Карбоксилати захищають метал, хімічно взаємодіючи з ділянками корозії, а не покриваючи всю поверхню. Таку суміш називають гібридною технологією. Європейські рідини бувають різних кольорів, зазвичай кожен автовиробник вимагає свій колір.

Гібридні рідини без силікатів (Азія)

В Азії через проблеми з ущільненнями водяних насосів і погіршенням теплопередачі виробники відмовилися від рідин із силікатами. Більшість азійських рідин містять суміш карбоксилатів і неорганічних інгібіторів, наприклад фосфатів. Їх теж вважають гібридними, але, на відміну від європейських, вони не містять силікатів. Рідини азійських виробників бувають червоного, помаранчевого, зеленого та інших кольорів.

Карбоксилатні рідини з подовженим терміном служби (OAT, ELC)

Довговічні рідини на основі карбоксилатів створили як глобальне рішення з кращими характеристиками, ніж у попередніх технологій. Оскільки вони не містять силікатів, то відповідають азійським вимогам, а оскільки не містять фосфатів - європейським. Їх часто називають рідинами з технологією органічних кислот (Organic Acid Technology, OAT); джерело уточнює, що захист забезпечують не самі карбонові кислоти, а нейтралізовані кислоти - карбоксилати. Це важливо, бо всі охолоджувальні рідини працюють у нейтральному або лужному діапазоні pH (7 і вище), хоча багато з них виготовляють з кислотного попередника - наприклад, фосфатні рідини починаються з фосфорної кислоти.

Карбоксилатні інгібітори захищають метал там, де це потрібно, а не покривають усю внутрішню поверхню системи, як традиційні і гібридні рідини. За даними джерела, це дає довший термін служби, кращий захист алюмінієвого лиття під тиском і кращу тепловіддачу як на гарячих поверхнях двигуна, так і в трубках радіатора. Високоякісні карбоксилатні рідини, за даними джерела, пропрацювали понад 32 000 годин у стаціонарних двигунах, а після випробування відпрацьована рідина ще проходила тести, призначені для свіжих рідин.

Обслуговування охолоджувальної рідини

Колір не визначає тип

На ринку є якісні і неякісні рідини всіх кольорів, тому колір не є надійним показником типу рідини. Найкраща практика - знати, яку саме рідину вимагає двигун, заливати лише її і контролювати рідину для доливання.

Концентрація і рівень

Співвідношення гліколю і води найнадійніше вимірювати рефрактометром: так визначають рівень захисту від замерзання і достатню концентрацію інгібіторів корозії. Оптимально для більшості систем - 50 % концентрату і 50 % якісної води; зазвичай рідини розраховані на розведення приблизно до 40 % концентрату і 60 % води. Надмірне розведення водою знижує вміст інгібіторів корозії нижче розрахункового.

Також потрібно перевіряти саму систему охолодження. Робота з низьким рівнем рідини спричиняє проблеми: рідина не захищає поверхні, яких не торкається, а пари води і гліколю дуже корозійно активні. Рівень лише в розширювальному бачку, який не входить до контуру циркуляції, може вводити в оману, якщо система працює неправильно.

Кришка радіатора і тиск

Кришка радіатора, розрахована на певний тиск, - важлива частина системи. Її можна перевірити на здатність утримувати тиск. Якщо тиск у системі нижчий за заданий, рідина кипить при нижчій температурі, а швидке закипання (плівкове кипіння) спричиняє сильну корозію через локальний перегрів і погіршений контакт рідини з металом.

Змішування рідин

Одночасно використовувати дві різні рідини не рекомендується. За даними джерела, якщо обидві рідини якісні і від надійних постачальників, змішування не спричинить проблем із сумісністю, але суміш хорошої і посередньої рідини матиме проміжну якість. Тому краще доливати рідину того ж типу, що залита в систему.

Старіння рідини і pH

Старіння рідини враховане в рекомендованих виробником інтервалах заміни. Традиційні рідини із силікатами деградують насамперед через швидке витрачання інгібіторів на утворення захисного шару, тому їх треба регулярно поповнювати або міняти, щоб поверхні залишалися захищеними.

З часом етиленгліколь розкладається переважно на гліколеву і мурашину кислоти. Деградація відбувається швидше в двигунах з вищою робочою температурою або з більшою кількістю повітря в системі охолодження. Якщо рідину використовують кілька років між замінами, особливо у важких умовах, її варто перевіряти щороку. Поширений тест - контроль pH: він має бути вище 7,0. Деякі технології захищають і до pH 6,5, але зазвичай рідину з pH нижче 7,0 використовувати не рекомендують. Кислі продукти розкладу гліколю знижують pH, і після цього метали двигуна починають інтенсивно кородувати. Уповільнити деградацію допомагають присадки до охолоджувальної рідини і робота обладнання в межах, передбачених виробником.

Контроль інгібіторів і нітрити

Ще один спосіб оцінити стан рідини - перевірка інгібіторів корозії. Інгібітори з подовженим терміном служби зазвичай не потребують перевірки, якщо дотримуються рекомендацій і доливають правильну рідину. Традиційні інгібітори витрачаються, тому для них потрібні або регулярне додавання присадок SCA (Supplemental Coolant Additives), або лабораторний аналіз.

Нітрити і молібдати легко контролювати тест-смужками. Нітрити витрачаються швидше за інші інгібітори, тому тест на нітрити показує лише їхній рівень і не характеризує рідину загалом. Деякі двигуни вимагають підтримувати певний рівень нітритів для захисту від кавітаційної корозії, яка виникає в двигунах зі змінними гільзами циліндрів. У традиційних рідинах нітрити швидко витрачаються і потребують регулярного поповнення. Карбоксилатні рідини ELC зазвичай містять менше нітритів, бо захист від кавітації забезпечують карбоксилати, і тому мають значно довші інтервали обслуговування.

Вимоги виробників техніки

За даними джерела, виробники автомобілів тепер рекомендують гібридні або повністю карбоксилатні рідини ELC, а традиційні зелені рідини серед рекомендацій відсутні. Для важких дизелів вимоги різноманітніші. У промисловому секторі одні виробники вимагають рідин без силікатів, інші - із силікатами; деякі вимагають рідин без фосфатів, щоб уникнути накипу в жорсткій воді, який утворюється в найгарячіших зонах двигуна, погіршує теплопередачу і може спричинити корозію. Нарешті, одні виробники вимагають нітритів для захисту від кавітації, інші - ні: кавітація залежить від конструкції двигуна зі змінними гільзами, і не всі двигуни однаково до неї схильні. Тому важливо знати вимоги конкретного обладнання.

Висновок

Охолоджувальна рідина підтримує тепловий баланс двигуна і захищає його деталі від корозії. За даними джерела, приблизно 60 % простоїв двигунів у комерційних вантажоперевезеннях пов'язані з охолоджувальною рідиною. Якісна рідина від надійного постачальника, правильний вибір технології під вимоги виробника і регулярне профілактичне обслуговування допомагають забезпечити належний захист двигуна.