Час читання: ~9 хв

Охолодження дизельного двигуна: як обрати антифриз і уникнути кавітації гільз, відкладень присадок і корозії

Щоб охолоджувальна рідина захищала дизельний двигун, її обирають не за кольором, а за класифікацією: для важких умов - антифриз, що відповідає ASTM D6210 і схвалений виробником двигуна, з концентрацією основи 40-60 %. Неправильний вибір або обслуговування призводить до кавітаційної ерозії гільз циліндрів, відкладень присадок, несправностей водяного насоса, корозії алюмінієвих деталей і пошкодження прокладок. Нижче - як влаштовані антифризи і як уникнути цих проблем.

Матеріал підготовлено за публікацією Cummins Filtration (нині Atmus Filtration, бренд FLEETGUARD); автор оригіналу - Lauren Lewis, інженер з розробки продуктів (охолоджувальні рідини і хімія).

Як працює система охолодження

Охолоджувальна рідина забирає тепло від деталей двигуна і переносить його в систему охолодження, де через радіатор воно розсіюється в навколишнє повітря. Термостат регулює температуру, яку підтримує система під час циркуляції рідини.

Процес виглядає простим, але технологія охолодження і обслуговування системи надзвичайно важливі для двигуна. За даними Cummins Filtration, система охолодження типового двигуна Heavy Duty щогодини перекачує близько 16 000 галонів (приблизно 60 м³) рідини - це об'єм басейну.

Відводячи тепло, охолоджувальна рідина має також захищати систему від корозії, кавітації і накипу, характерних для навантажених дизелів. Правильний хімічний склад забезпечує сумісність рідини з різними матеріалами, з якими вона контактує, і дозволяє керувати температурою інших робочих рідин двигуна. За даними галузевих досліджень, на які посилається джерело, понад 40 % усіх проблем з двигуном пов'язані із системою охолодження.

Класифікація антифризів: стандарти ASTM і вимоги OEM

Багато покупців обирають антифриз за кольором, але виробники не використовують стандартних кольорових маркерів, і рідини одного кольору можуть мати зовсім різний склад. Зазвичай охолоджувальні рідини класифікують за двома критеріями: за експлуатаційними характеристиками і за типом продукту.

Класифікація за характеристиками ґрунтується на результатах випробувань за галузевими стандартами або специфікаціями виробників техніки (OEM), зокрема на сумісності з матеріалами системи охолодження. Найчастіше використовують стандарти Американського товариства з випробувань і матеріалів (ASTM):

ASTM D3306 - вимоги до звичайних охолоджувальних рідин (не Heavy Duty): фізичні властивості (температури замерзання і кипіння), захист від корозії в різних умовах і випробування на кавітацію водяного насоса;
ASTM D6210 - усі випробування D3306 плюс додаткові для важких умов: захист омиваних гільз циліндрів від кавітації і гарячих поверхонь від накипу. Для навантаженого двигуна важливо, щоб рідина відповідала саме D6210.

Відповідність стандарту означає, що рідина виконує мінімальні вимоги. Багато виробників, зокрема Cummins, вимагають додаткових випробувань понад ASTM - наприклад, на сумісність з еластомерами системи охолодження. Специфікація OEM зазвичай найсуворіша і включає всі вимоги стандартів ASTM.

Класифікація за типом продукту - це загальні терміни, що описують основу і присадки. Вони зручні для загального розподілу, але рідини одного типу можуть суттєво відрізнятися складом і характеристиками.

Склад охолоджувальної рідини

Охолоджувальна рідина складається з трьох частин: води, основи-антифризу і присадок. Майже всі комерційні рідини містять воду, бо вона добре переносить тепло.

Основа: етиленгліколь, пропіленгліколь і гліцерин

Етиленгліколь (EG) - найпоширеніша основа; за даними джерела, на ньому базуються близько 90 % рідин, що продаються в Північній Америці. Підходить практично для будь-якого клімату, але токсичний при потраплянні всередину.
Пропіленгліколь (PG) - обирають, коли потрібна нетоксична рідина. Поширений менше, бо дорожчий і, за даними джерела, гірше підходить для арктичного клімату.
Гліцерин - також нетоксичний і, за даними джерела, підходить переважно для помірного клімату; займає найменшу частку ринку США.

Чому важлива концентрація основи

Суміш води з антифризом має нижчу температуру замерзання і вищу температуру кипіння, ніж вода, тому переносить тепло в ширшому діапазоні температур. Температура кипіння особливо важлива для двигунів із системою рециркуляції відпрацьованих газів (EGR): охолоджувач EGR нагрівається настільки, що при нестачі основи рідина може закипіти. Пара утворює шар біля гарячої поверхні і заважає тепловідведенню, що призводить до втоми металу, кавітаційної корозії і руйнування поверхні.

За даними джерела, більшість виробників вимагають концентрацію основи 40-60 %; перевірити її на місці можна рефрактометром.

Традиційні, гібридні і OAT антифризи

За складом присадок, що захищають від корозії, кавітації і накипу, рідини поділяють на три типи. Кожен з них має основу-антифриз, тож існують, наприклад, традиційні EG, гібридні EG і OAT EG продукти.

Традиційні (conventional) - найстаріша технологія присадок, найнижча початкова ціна, але короткі інтервали обслуговування і найменший термін служби. За даними джерела, за весь строк служби техніки вони можуть обійтися значно дорожче, ніж рідини з подовженим терміном служби (Extended Life Coolant, ELC).
Гібридні - поєднують старі присадки з органічними, мають довші інтервали, ніж традиційні, за невисокої початкової ціни, але можуть потребувати більше обслуговування, ніж OAT.
OAT (Organic Acid Technology, на основі органічних кислот) - найновіший склад присадок, мінімальні вимоги до обслуговування, краща стійкість до забруднення системи. За даними джерела, саме цей тип переважно обирають виробники техніки.

Обов'язково дотримуйтеся рекомендованих інтервалів заміни і обслуговування конкретного продукту: за даними джерела, традиційні рідини служать менше половини строку гібридних і OAT, а інтервали відрізняються і в межах однієї групи. Комерційні OAT-рідини Heavy Duty, за даними виробників, розраховані на 600 000-1 000 000 миль (приблизно 965 000-1 600 000 км). За даними виробника, FLEETGUARD ES Compleat OAT заявлений на 1 000 000 миль, а такий ресурс може заощадити до 35 % загальних витрат порівняно з рідинами на 600 000 миль.

Типові проблеми системи охолодження

Кавітаційна ерозія гільз циліндрів

Ерозія гільз характерна для важких дизелів Heavy Duty. Якщо склад рідини або умови обслуговування неправильні, рідина не захищає поверхню гільз від кавітації. Спочатку з'являються невеликі ділянки ерозії, зазвичай з боку упору поршня (thrust side) і з протилежного боку. Згодом вони можуть перетворитися на глибокі раковини, що пробивають стінку наскрізь, і охолоджувальна рідина змішується з моторною оливою. Усунути це можна лише капітальним ремонтом двигуна.

Для важких умов рідина має відповідати ASTM D6210: цей стандарт вимагає перевірки захисту гільз від точкової корозії на моторних випробуваннях. Відповідність зазвичай вказують на упаковці або в документації. Також важливо знати вимоги до обслуговування конкретного продукту: традиційні і гібридні рідини потрібно регулярно перевіряти і обслуговувати, щоб захист гільз зберігався весь строк служби; деякі OAT-рідини теж потребують періодичного обслуговування. Розведення водою або невідповідною рідиною може порушити захист гільз.

Відкладення присадок

Нестабільні присадки спричиняють проблеми і залишають систему без захисту від корозії. Причини - забруднення, надлишок присадок SCA (Supplemental Coolant Additives) і невдалий склад. Деякі присадки збираються в холодних зонах двигуна і погіршують теплообмін; при надмірній обробці SCA переріз трубок радіатора може критично зменшитися аж до повного забивання.

Для приготування суміші потрібна якісна вода: за даними джерела, деяка водопровідна вода підходить, але більшість - ні. Жорстка вода реагує з присадками, і вони випадають в осад. Додавайте SCA або екстендери лише в рекомендованій кількості: більше не означає краще, бо при надто високій концентрації рідина не втримує всі компоненти в розчині. OAT-рідини зазвичай стійкіші до забруднення і потребують SCA або екстендерів рідше, а деякі, як FLEETGUARD ES Compleat OAT, за даними виробника, за правильного обслуговування не потребують їх зовсім.

Несправності водяного насоса

Ще одна поширена проблема, пов'язана з нестабільністю присадок, - відкладення на торцевих ущільненнях водяного насоса. Вони утворюються з присадок, що випали в осад, або з частинок забруднень у рідині: пісок, іржа та інші залишки можуть потрапити в систему ще під час виробництва двигуна, тож певна кількість забруднень є навіть у новому двигуні. Щоб захистити ущільнення, обирайте відповідну рідину, не перевищуйте дозування SCA, не використовуйте жорстку воду і встановлюйте фільтр охолоджувальної рідини - він уловлює частинки до того, як вони осядуть на ущільненнях.

Корозія алюмінієвих компонентів

У системах охолодження дизелів Heavy Duty стає дедалі більше алюмінію: алюмінієві радіатори і оливні охолоджувачі вже поширені. За даними джерела, при паянні алюмінієвих радіаторів у системі можуть залишатися залишки флюсу, які розчиняються в рідині і забруднюють систему. При великій площі алюмінію і одночасному забрудненні деяким рідинам важко захистити систему: частина присадок у традиційних і гібридних рідинах стає менш стабільною.

Нові радіатори завжди містять виробничі забруднення, і контролювати їхню кількість користувачу складно. За даними джерела, OAT-рідини зазвичай краще захищають від такого забруднення, тоді як нітритні OAT (Nitrited OAT, NOAT), гібридні і традиційні продукти менш стійкі і можуть бути неефективними. У проблемних випадках нову систему може знадобитися промити робочою рідиною протягом кількох годин перед початком експлуатації.

Пошкодження прокладок і шлангів

За даними джерела, деякі присадки в комерційних рідинах негативно впливають на матеріали прокладок і шлангів: силіконові ущільнення і шланги руйнуються, стають крихкими або дають усадку і втрачають герметичність. Наслідки залежать від місця витоку. Одна з найсерйозніших ситуацій - пошкодження силіконових ущільнень навколо отворів прокладки ГБЦ: через усадку ущільнення відшаровується, відпрацьовані гази потрапляють в охолоджувальну рідину, а рідина - в камеру згоряння. Відпрацьовані гази швидко погіршують рідину і прискорюють корозію інших деталей.

Про що варто пам'ятати

Обирайте охолоджувальну рідину за класифікацією, а не за кольором.
Дешевша рідина може потребувати більше обслуговування і в довгостроковій перспективі обійтися дорожче; за даними джерела, навіть різниця між OAT на 1 000 000 і на 600 000 миль може дати до 35 % економії.
Переконайтеся, що рідину схвалено виробником техніки і двигуна: не всі продукти сумісні з ущільненнями і шлангами конкретної моделі.
Для навантажених двигунів рідина має відповідати ASTM D6210 - це мінімальні вимоги до захисту гільз від точкової корозії.
Якщо техніка працює в умовах можливого забруднення системи, OAT-рідина може бути кращим вибором.