Время чтения: ~9 мин

Охлаждение дизельного двигателя: как выбрать антифриз и избежать кавитации гильз, отложений присадок и коррозии

Чтобы охлаждающая жидкость защищала дизельный двигатель, ее выбирают не по цвету, а по классификации: для тяжелых условий - антифриз, соответствующий ASTM D6210 и одобренный производителем двигателя, с концентрацией основы 40-60 %. Неправильный выбор или обслуживание приводит к кавитационной эрозии гильз цилиндров, отложениям присадок, неисправностям водяного насоса, коррозии алюминиевых деталей и повреждению прокладок. Ниже - как устроены антифризы и как избежать этих проблем.

Материал подготовлен по публикации Cummins Filtration (сейчас Atmus Filtration, бренд FLEETGUARD); автор оригинала - Lauren Lewis, инженер по разработке продуктов (охлаждающие жидкости и химия).

Как работает система охлаждения

Охлаждающая жидкость забирает тепло от деталей двигателя и переносит его в систему охлаждения, где через радиатор оно рассеивается в окружающий воздух. Термостат регулирует температуру, которую поддерживает система при циркуляции жидкости.

Процесс выглядит простым, но технология охлаждения и обслуживание системы чрезвычайно важны для двигателя. По данным Cummins Filtration, система охлаждения типичного двигателя Heavy Duty каждый час перекачивает около 16 000 галлонов (примерно 60 м³) жидкости - это объем бассейна.

Отводя тепло, охлаждающая жидкость должна также защищать систему от коррозии, кавитации и накипи, характерных для нагруженных дизелей. Правильный химический состав обеспечивает совместимость жидкости с разными материалами, с которыми она контактирует, и позволяет управлять температурой других рабочих жидкостей двигателя. По данным отраслевых исследований, на которые ссылается источник, более 40 % всех проблем с двигателем связаны с системой охлаждения.

Классификация антифризов: стандарты ASTM и требования OEM

Многие покупатели выбирают антифриз по цвету, но производители не используют стандартных цветовых маркеров, и жидкости одного цвета могут иметь совершенно разный состав. Обычно охлаждающие жидкости классифицируют по двум критериям: по эксплуатационным характеристикам и по типу продукта.

Классификация по характеристикам основана на результатах испытаний по отраслевым стандартам или спецификациям производителей техники (OEM), в том числе на совместимости с материалами системы охлаждения. Чаще всего используют стандарты Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM):

ASTM D3306 - требования к обычным охлаждающим жидкостям (не Heavy Duty): физические свойства (температуры замерзания и кипения), защита от коррозии в разных условиях и испытания на кавитацию водяного насоса;
ASTM D6210 - все испытания D3306 плюс дополнительные для тяжелых условий: защита омываемых гильз цилиндров от кавитации и горячих поверхностей от накипи. Для нагруженного двигателя важно, чтобы жидкость соответствовала именно D6210.

Соответствие стандарту означает, что жидкость выполняет минимальные требования. Многие производители, в том числе Cummins, требуют дополнительных испытаний сверх ASTM - например, на совместимость с эластомерами системы охлаждения. Спецификация OEM обычно самая строгая и включает все требования стандартов ASTM.

Классификация по типу продукта - это общие термины, описывающие основу и присадки. Они удобны для общего разделения, но жидкости одного типа могут существенно отличаться составом и характеристиками.

Состав охлаждающей жидкости

Охлаждающая жидкость состоит из трех частей: воды, основы-антифриза и присадок. Почти все коммерческие жидкости содержат воду, потому что она хорошо переносит тепло.

Основа: этиленгликоль, пропиленгликоль и глицерин

Этиленгликоль (EG) - самая распространенная основа; по данным источника, на нем основаны около 90 % жидкостей, продаваемых в Северной Америке. Подходит практически для любого климата, но токсичен при проглатывании.
Пропиленгликоль (PG) - выбирают, когда нужна нетоксичная жидкость. Распространен меньше, так как дороже и, по данным источника, хуже подходит для арктического климата.
Глицерин - тоже нетоксичен и, по данным источника, подходит в основном для умеренного климата; занимает самую малую долю рынка США.

Почему важна концентрация основы

Смесь воды с антифризом имеет более низкую температуру замерзания и более высокую температуру кипения, чем вода, поэтому переносит тепло в более широком диапазоне температур. Температура кипения особенно важна для двигателей с системой рециркуляции отработавших газов (EGR): охладитель EGR нагревается настолько, что при недостатке основы жидкость может закипеть. Пар образует слой у горячей поверхности и мешает теплоотводу, что приводит к усталости металла, кавитационной коррозии и разрушению поверхности.

По данным источника, большинство производителей требуют концентрацию основы 40-60 %; проверить ее на месте можно рефрактометром.

Традиционные, гибридные и OAT антифризы

По составу присадок, защищающих от коррозии, кавитации и накипи, жидкости делят на три типа. Каждый из них имеет основу-антифриз, поэтому существуют, например, традиционные EG, гибридные EG и OAT EG продукты.

Традиционные (conventional) - самая старая технология присадок, самая низкая начальная цена, но короткие интервалы обслуживания и наименьший срок службы. По данным источника, за весь срок службы техники они могут обойтись значительно дороже, чем жидкости с увеличенным сроком службы (Extended Life Coolant, ELC).
Гибридные - сочетают старые присадки с органическими, имеют более длинные интервалы, чем традиционные, при невысокой начальной цене, но могут требовать больше обслуживания, чем OAT.
OAT (Organic Acid Technology, на основе органических кислот) - новейший состав присадок, минимальные требования к обслуживанию, лучшая устойчивость к загрязнению системы. По данным источника, именно этот тип преимущественно выбирают производители техники.

Обязательно соблюдайте рекомендованные интервалы замены и обслуживания конкретного продукта: по данным источника, традиционные жидкости служат меньше половины срока гибридных и OAT, а интервалы различаются и внутри одной группы. Коммерческие OAT-жидкости Heavy Duty, по данным производителей, рассчитаны на 600 000-1 000 000 миль (примерно 965 000-1 600 000 км). По данным производителя, FLEETGUARD ES Compleat OAT заявлен на 1 000 000 миль, а такой ресурс может сэкономить до 35 % общих затрат по сравнению с жидкостями на 600 000 миль.

Типичные проблемы системы охлаждения

Кавитационная эрозия гильз цилиндров

Эрозия гильз характерна для тяжелых дизелей Heavy Duty. Если состав жидкости или условия обслуживания неправильные, жидкость не защищает поверхность гильз от кавитации. Сначала появляются небольшие участки эрозии, обычно со стороны упора поршня (thrust side) и с противоположной стороны. Со временем они могут превратиться в глубокие раковины, пробивающие стенку насквозь, и охлаждающая жидкость смешивается с моторным маслом. Устранить это можно только капитальным ремонтом двигателя.

Для тяжелых условий жидкость должна соответствовать ASTM D6210: этот стандарт требует проверки защиты гильз от точечной коррозии на моторных испытаниях. Соответствие обычно указывают на упаковке или в документации. Также важно знать требования к обслуживанию конкретного продукта: традиционные и гибридные жидкости нужно регулярно проверять и обслуживать, чтобы защита гильз сохранялась весь срок службы; некоторые OAT-жидкости тоже требуют периодического обслуживания. Разбавление водой или неподходящей жидкостью может нарушить защиту гильз.

Отложения присадок

Нестабильные присадки вызывают проблемы и оставляют систему без защиты от коррозии. Причины - загрязнение, избыток присадок SCA (Supplemental Coolant Additives) и неудачный состав. Некоторые присадки собираются в холодных зонах двигателя и ухудшают теплообмен; при чрезмерной обработке SCA сечение трубок радиатора может критически уменьшиться вплоть до полного забивания.

Для приготовления смеси нужна качественная вода: по данным источника, некоторая водопроводная вода подходит, но большая часть - нет. Жесткая вода реагирует с присадками, и они выпадают в осадок. Добавляйте SCA или экстендеры только в рекомендованном количестве: больше не значит лучше, так как при слишком высокой концентрации жидкость не удерживает все компоненты в растворе. OAT-жидкости обычно устойчивее к загрязнению и требуют SCA или экстендеров реже, а некоторые, как FLEETGUARD ES Compleat OAT, по данным производителя, при правильном обслуживании не требуют их совсем.

Неисправности водяного насоса

Еще одна распространенная проблема, связанная с нестабильностью присадок, - отложения на торцевых уплотнениях водяного насоса. Они образуются из выпавших в осадок присадок или из частиц загрязнений в жидкости: песок, ржавчина и другие остатки могут попасть в систему еще при производстве двигателя, поэтому некоторое количество загрязнений есть даже в новом двигателе. Чтобы защитить уплотнения, выбирайте подходящую жидкость, не превышайте дозировку SCA, не используйте жесткую воду и устанавливайте фильтр охлаждающей жидкости - он улавливает частицы до того, как они осядут на уплотнениях.

Коррозия алюминиевых компонентов

В системах охлаждения дизелей Heavy Duty становится все больше алюминия: алюминиевые радиаторы и масляные охладители уже распространены. По данным источника, при пайке алюминиевых радиаторов в системе могут оставаться остатки флюса, которые растворяются в жидкости и загрязняют систему. При большой площади алюминия и одновременном загрязнении некоторым жидкостям трудно защитить систему: часть присадок в традиционных и гибридных жидкостях становится менее стабильной.

Новые радиаторы всегда содержат производственные загрязнения, и контролировать их количество пользователю сложно. По данным источника, OAT-жидкости обычно лучше защищают от такого загрязнения, тогда как нитритные OAT (Nitrited OAT, NOAT), гибридные и традиционные продукты менее устойчивы и могут быть неэффективны. В проблемных случаях новую систему может понадобиться промыть рабочей жидкостью в течение нескольких часов перед началом эксплуатации.

Повреждение прокладок и шлангов

По данным источника, некоторые присадки в коммерческих жидкостях негативно влияют на материалы прокладок и шлангов: силиконовые уплотнения и шланги разрушаются, становятся хрупкими или дают усадку и теряют герметичность. Последствия зависят от места утечки. Одна из самых серьезных ситуаций - повреждение силиконовых уплотнений вокруг отверстий прокладки ГБЦ: из-за усадки уплотнение отслаивается, отработавшие газы попадают в охлаждающую жидкость, а жидкость - в камеру сгорания. Отработавшие газы быстро ухудшают жидкость и ускоряют коррозию других деталей.

О чем стоит помнить

Выбирайте охлаждающую жидкость по классификации, а не по цвету.
Более дешевая жидкость может требовать больше обслуживания и в долгосрочной перспективе обойтись дороже; по данным источника, даже разница между OAT на 1 000 000 и на 600 000 миль может дать до 35 % экономии.
Убедитесь, что жидкость одобрена производителем техники и двигателя: не все продукты совместимы с уплотнениями и шлангами конкретной модели.
Для нагруженных двигателей жидкость должна соответствовать ASTM D6210 - это минимальные требования к защите гильз от точечной коррозии.
Если техника работает в условиях возможного загрязнения системы, OAT-жидкость может быть лучшим выбором.