Время чтения: ~8 мин

Как работает охлаждающая жидкость двигателя: тепловой баланс, ингибиторы коррозии (силикаты, фосфаты, карбоксилаты) и обслуживание

Охлаждающая жидкость отводит примерно треть энергии, которую вырабатывает дизельный двигатель, защищает его от замерзания и коррозии. Жидкости различаются не основой (обычно это смесь этиленгликоля и воды 50/50), а пакетом ингибиторов коррозии: традиционные силикатно-фосфатные, гибридные и карбоксилатные (OAT, ELC). Ниже - как работают эти технологии, почему цвет не определяет тип жидкости и как обслуживать систему охлаждения.

Тепловой баланс двигателя

Охлаждающая жидкость (антифриз) защищает двигатель от замерзания, предотвращает коррозию деталей и поддерживает общий тепловой баланс, отводя избыток тепла.

По данным источника, в нагруженном дизеле Heavy Duty лишь треть вырабатываемой энергии идет на движение техники, еще треть уходит с отработавшими газами, а оставшуюся треть забирает охлаждающая жидкость. Отвод этого тепла критически важен для правильной работы двигателя: перегрев ускоряет старение моторного масла и износ самого двигателя.

Лучше всего тепло переносит вода, но для защиты от замерзания к ней добавляют гликоль. Он несколько снижает теплоотдачу, однако в большинстве климатических условий и применений защита от замерзания необходима. Почти все двигатели используют жидкости с одинаковой основой - смесью этиленгликоля и воды 50/50. В некоторых промышленных двигателях применяют воду с присадками или смесь пропиленгликоля с водой.

Кроме основы, антифриз содержит небольшое количество других компонентов: ингибиторы коррозии, антивспениватели, красители и другие добавки. Именно они отличают одну жидкость от другой.

Ингибиторы коррозии: региональные технологии

Традиционные жидкости (Северная Америка)

Исторически в Северной Америке обычные охлаждающие жидкости были зеленого цвета и использовали смесь фосфатов и силикатов. Такие неорганические ингибиторы - натриевые и калиевые соли неорганических кислот (силикаты, фосфаты, бораты и т. д.) - образуют защитное покрытие, которое изолирует металл от жидкости. Поскольку ингибиторы расходуются на формирование этого слоя, традиционные зеленые жидкости обычно меняют каждые два года.

Гибридные жидкости без фосфатов (Европа)

В Европе из-за жесткой воды жидкости обходятся без фосфатов: кальций и магний из жесткой воды реагируют с фосфатами, образуя накипь на горячих поверхностях двигателя. Это ухудшает теплопередачу и может вызвать коррозию под отложениями. Вместо фосфатов европейские жидкости содержат смесь неорганических ингибиторов (силикатов) и органических - карбоксилатов. Карбоксилаты защищают металл, химически взаимодействуя с участками коррозии, а не покрывая всю поверхность. Такую смесь называют гибридной технологией. Европейские жидкости бывают разных цветов, обычно каждый автопроизводитель требует свой цвет.

Гибридные жидкости без силикатов (Азия)

В Азии из-за проблем с уплотнениями водяных насосов и ухудшением теплопередачи производители отказались от жидкостей с силикатами. Большинство азиатских жидкостей содержат смесь карбоксилатов и неорганических ингибиторов, например фосфатов. Их тоже считают гибридными, но, в отличие от европейских, они не содержат силикатов. Жидкости азиатских производителей бывают красного, оранжевого, зеленого и других цветов.

Карбоксилатные жидкости с увеличенным сроком службы (OAT, ELC)

Долговечные жидкости на основе карбоксилатов создали как глобальное решение с лучшими характеристиками, чем у предыдущих технологий. Поскольку они не содержат силикатов, то соответствуют азиатским требованиям, а поскольку не содержат фосфатов - европейским. Их часто называют жидкостями с технологией органических кислот (Organic Acid Technology, OAT); источник уточняет, что защиту обеспечивают не сами карбоновые кислоты, а нейтрализованные кислоты - карбоксилаты. Это важно, потому что все охлаждающие жидкости работают в нейтральном или щелочном диапазоне pH (7 и выше), хотя многие из них изготавливают из кислотного предшественника - например, фосфатные жидкости начинаются с фосфорной кислоты.

Карбоксилатные ингибиторы защищают металл там, где это нужно, а не покрывают всю внутреннюю поверхность системы, как традиционные и гибридные жидкости. По данным источника, это дает более длительный срок службы, лучшую защиту алюминиевого литья под давлением и лучшую теплоотдачу как на горячих поверхностях двигателя, так и в трубках радиатора. Высококачественные карбоксилатные жидкости, по данным источника, проработали более 32 000 часов в стационарных двигателях, а после испытания отработанная жидкость еще проходила тесты, предназначенные для свежих жидкостей.

Обслуживание охлаждающей жидкости

Цвет не определяет тип

На рынке есть качественные и некачественные жидкости всех цветов, поэтому цвет не является надежным показателем типа жидкости. Лучшая практика - знать, какую именно жидкость требует двигатель, заливать только ее и контролировать жидкость для доливки.

Концентрация и уровень

Соотношение гликоля и воды надежнее всего измерять рефрактометром: так определяют уровень защиты от замерзания и достаточную концентрацию ингибиторов коррозии. Оптимально для большинства систем - 50 % концентрата и 50 % качественной воды; обычно жидкости рассчитаны на разбавление примерно до 40 % концентрата и 60 % воды. Чрезмерное разбавление водой снижает содержание ингибиторов коррозии ниже расчетного.

Также нужно проверять саму систему охлаждения. Работа с низким уровнем жидкости вызывает проблемы: жидкость не защищает поверхности, которых не касается, а пары воды и гликоля очень коррозионно активны. Уровень только в расширительном бачке, который не входит в контур циркуляции, может вводить в заблуждение, если система работает неправильно.

Крышка радиатора и давление

Крышка радиатора, рассчитанная на определенное давление, - важная часть системы. Ее можно проверить на способность удерживать давление. Если давление в системе ниже заданного, жидкость кипит при более низкой температуре, а быстрое вскипание (пленочное кипение) вызывает сильную коррозию из-за локального перегрева и ухудшенного контакта жидкости с металлом.

Смешивание жидкостей

Одновременно использовать две разные жидкости не рекомендуется. По данным источника, если обе жидкости качественные и от надежных поставщиков, смешивание не вызовет проблем с совместимостью, но смесь хорошей и посредственной жидкости будет иметь промежуточное качество. Поэтому лучше доливать жидкость того же типа, что залита в систему.

Старение жидкости и pH

Старение жидкости учтено в рекомендованных производителем интервалах замены. Традиционные жидкости с силикатами деградируют прежде всего из-за быстрого расходования ингибиторов на образование защитного слоя, поэтому их нужно регулярно пополнять или менять, чтобы поверхности оставались защищенными.

Со временем этиленгликоль распадается преимущественно на гликолевую и муравьиную кислоты. Деградация происходит быстрее в двигателях с более высокой рабочей температурой или с большим количеством воздуха в системе охлаждения. Если жидкость используют несколько лет между заменами, особенно в тяжелых условиях, ее стоит проверять ежегодно. Распространенный тест - контроль pH: он должен быть выше 7,0. Некоторые технологии защищают и до pH 6,5, но обычно жидкость с pH ниже 7,0 использовать не рекомендуют. Кислые продукты распада гликоля снижают pH, и после этого металлы двигателя начинают интенсивно корродировать. Замедлить деградацию помогают присадки к охлаждающей жидкости и работа оборудования в пределах, предусмотренных производителем.

Контроль ингибиторов и нитриты

Еще один способ оценить состояние жидкости - проверка ингибиторов коррозии. Ингибиторы с увеличенным сроком службы обычно не требуют проверки, если соблюдаются рекомендации и доливается правильная жидкость. Традиционные ингибиторы расходуются, поэтому для них нужны либо регулярное добавление присадок SCA (Supplemental Coolant Additives), либо лабораторный анализ.

Нитриты и молибдаты легко контролировать тест-полосками. Нитриты расходуются быстрее других ингибиторов, поэтому тест на нитриты показывает только их уровень и не характеризует жидкость в целом. Некоторые двигатели требуют поддерживать определенный уровень нитритов для защиты от кавитационной коррозии, которая возникает в двигателях со сменными гильзами цилиндров. В традиционных жидкостях нитриты быстро расходуются и требуют регулярного пополнения. Карбоксилатные жидкости ELC обычно содержат меньше нитритов, так как защиту от кавитации обеспечивают карбоксилаты, и поэтому имеют значительно более длинные интервалы обслуживания.

Требования производителей техники

По данным источника, производители автомобилей теперь рекомендуют гибридные или полностью карбоксилатные жидкости ELC, а традиционные зеленые жидкости среди рекомендаций отсутствуют. Для тяжелых дизелей требования разнообразнее. В промышленном секторе одни производители требуют жидкостей без силикатов, другие - с силикатами; некоторые требуют жидкостей без фосфатов, чтобы избежать накипи в жесткой воде, которая образуется в самых горячих зонах двигателя, ухудшает теплопередачу и может вызвать коррозию. Наконец, одни производители требуют нитритов для защиты от кавитации, другие - нет: кавитация зависит от конструкции двигателя со сменными гильзами, и не все двигатели одинаково к ней склонны. Поэтому важно знать требования конкретного оборудования.

Вывод

Охлаждающая жидкость поддерживает тепловой баланс двигателя и защищает его детали от коррозии. По данным источника, примерно 60 % простоев двигателей в коммерческих грузоперевозках связаны с охлаждающей жидкостью. Качественная жидкость от надежного поставщика, правильный выбор технологии под требования производителя и регулярное профилактическое обслуживание помогают обеспечить надлежащую защиту двигателя.