Описание охлаждающих жидкостей

К сожалению, зачастую авто владельцы не осознают или недопонимают какое влияние на двигатель имеет охлаждающая жидкость (ОЖ). Ведь от ОЖ зависит техническое состояние транспортного средства, а правильный выбор её типа способствует продлению ресурса двигателя и экономии средств на ремонте. Данная статья даёт информацию об охлаждающих жидкостях, их классификации, составе и свойствах их различных типов, а так же рекомендации по применению.

Антифризы (от анти... и англ. freeze — замерзать), низкозамерзающие жидкости, применяемые для охлаждения двигателей внутреннего сгорания и различных установок, работающих при температурах ниже 0°С.

Основные требования, предъявляемые к Антифризам:

  • высокая теплоёмкость
  • высокая теплопроводность
  • высокие температуры кипения и воспламенения
  • малая вязкость при низких температурах
  • небольшое давление пара
  • низкая вспениваемость
  • антикоррозионные свойства

Существуют разные типы антифризов, например, на основе водно-глицериновых растворов, однако они уступают этиленгликолевым антифризам по вязкости и теплофизическим свойствам. Также применяют водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов, но эти растворы легко испаряются. Иногда встречаются антифризы на основе водного раствора солей (применяются в теплообменниках). Недостатки таких антифризов - высокая коррозионная активность и кристаллизация солей при испарении воды.

Наиболее распространенные современные антифризы – это низкозамерзающие водные растворы этиленгликоля. Чистый этиленгликоль – это маслянистая жидкость, сладковатая на вкус, с температурой кипения 196°С и замерзания -12,3°С. Количество этиленгликоля в ОЖ обычно составляет 52–64%, при этом температура замерзания полученных растворов составляет от минус 32°С до минус 70°С. Для исключения таких недостатков ОЖ, как агрессивность по отношению к резине и металлам, низкие смазывающие свойства, в них вводят антикоррозионные, смазывающие, противопенные и другие присадки. Свойства воды как теплоносителя (теплопроводность, теплоемкость и вязкость) существенно лучше, чем у этиленгликоля. Однако использование гликолевых растворов позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем, собственно и заключается основной смысл использования антифризов.

Свойства водных растворов этиленгликоля

Концентрация этиленгликоля

% по массе

Температурара замерзания, °С

26,4

1,034

-10

36,4

1,0506

-20

45,6

1,0 27

-30

52,6

1,0713

-40

58

1,078

-50

63,1

1,0833

-60

66

-65

66,7

1,0856

-75

72,1

1,0923

-60

78,4

1,0983

-50

antifriz.png

Итак, резюмируя, в состав современных ОЖ входят:

В качестве основы - этиленгликоль, реже пропиленгликоль (вещество обладающее сходными параметрами с элитенгликолем, но не ядовитое), антикоррозийные (ингибиторы коррозии), а также другие присадки и вода.

Для начала необходимо разобраться в том, что такое ТОСОЛ и антифриз.

Аббревиатура ТОСОЛ расшифровывается как «Технология Органического Синтеза ОЛ» (ОЛ - обозначение спирта в химии) и является просто наименованием отечественного вида антифриза разработанного еще в СССР. То есть, выражаясь простым языком ТОСОЛ - это отечественный антифриз.

Общепринятых классификаций (спецификаций) как, например, в области моторных масел (API, ACEA) не существует. Требования, достаточно сильно расходящиеся по некоторым пунктам, и официальные представления моторостроителей нельзя перекрыть одним (для всех типов двигателей) качеством. Охлаждающие жидкости можно подразделить на три типовые группы:

- Basic (основные);

- Средства, не содержащие нитритов - кроме того, в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты;

- Средства, не содержащие силикатов - кроме того, в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты, и/или нитриты.

Технические требования к зарубежным концентратам ОЖ для легковых автомобилей и легких грузовиков отражены в ASTM D 3306 (American Society for Testing and Materials), а для грузовых автомобилей и тяжелой техники - в ASTM D4985 и ASTM D6210.

Кроме общих стандартов, многие изготовители автомобилей применяют свои спецификации, с дополнительными требованиями. Например, нормы General Motors USA - Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M, или система нормативов G концерна Volkswagen получившая распространение среди европейских производителей:

Согласно спецификации разработанной VW антифризы делят на несколько основных классов:

  • G11 – этиленгликоль с добавлением присадок из неорганических ингибиторов (силикаты, фосфаты, бораты, нитраты, амины, нитриты и др.). Принцип антикоррозийной защиты – полное покрытие охлаждающей системы силикатным слоем толщиной примерно 0,5мм, однако в связи с этим значительно ухудшается теплопередача между деталями и антифризом. Это приводит к ускоренному износу двигателя, потере мощности и увеличению расхода топлива. Срок эксплуатации данного типа жидкостей не более 2-3 лет.
  • G12 – этиленгликоль с добавлением присадок из органических ингибиторов (карбоксилатные соединения). Является более современным продуктом. Принцип антикоррозийной защиты – локально покрывает очаги образовавшейся коррозии слоем около 0,05мм, вследствие чего теплопередача уменьшается незначительно. Благодаря такому принципу действия срок службы присадок увеличивается, поэтому период эксплуатации таких жидкостей составляет 4-5 лет. C 2006 года класс G12 заменен на G12+/G12++/G12+++.
  • G12+/G12++/G12+++ – отличаются от G12 более совершенным пакетом присадок.
  • G13 – пропиленгликоль с добавлением присадок из органических ингибиторов (карбоксилатные соединения). Результаты исследований компаний Branch, Bhowmick & McAssey (SAE 970940) и исследование Ambrog & McAssey (SAE 971827) в Villanova University USA, показали что в обычных условиях пропиленгликоль обладает практически такими же свойствами что и этиленгликоль, но в условиях более высокой температуры и давления температура деталей по результатам исследования была на 10°С ниже при использовании ОЖ на основе пропиленгликоля, что является следствием более низкой температуры насыщения пара и обеспечивает более эффективную теплопередачу, что особенно важно для высокофорсированных спортивных моторов и моторов, склонных к перегреву. Пропиленгликоль в отличие от этиленгликоля является безопасным и более экологичным продуктом. Срок эксплуатации подобных жидкостей 4-5 лет.

Однако много производителей особенно американские и азиатские не придерживается данной спецификации, поэтому антифризы разделяют по технологии производства:

Технология

Неорганические (традиционные)

Гибридные

Органические (OAT)

Состав

Минеральные ингибиторы

Минеральные и органические ингибиторы

Органические ингибиторы

Европейские

Содержит силикаты.
Не содержит фосфаты, амины, а некоторые нитриты.

Содержит силикаты и не менее одной органической кислоты nitrite free - «NF» (VW G11)

Содержит два типа огранической кислоты
Не содержит минеральных ингибиторов silicate/nitrite free «SNF» (VW G12)

США

Фосфаты традиционный ингибитор

В США некоторые традиционные Европейские ОЖ считаются «гибридными» (бензоат/силикатные ОЖ)

N-OAT – ELC Может содержать нитриты и молибдаты

Японские

Силикаты традиционный ингибитор

 

P-OAT – ELC Органическая кислота и фосфаты

К недостаткам традиционной технологии можно отнести: быстрый расход ингибиторов, ухудшение теплопередачи, недостаточную защиту от высокотемпературной коррозии, высокую токсичность. При использовании карбоксилатных технологий увеличивается срок службы ОЖ, повышается эффективность теплопередачи, улучшается защита алюминия при высоких температурах в современных двигателях, экологическая безопасность. Другим направлением в области усовершенствования характеристик охлаждающих жидкостей является изменение их основы. Так, антифризы на основе пропиленгликоля уже производят в значительных количествах, а в области бытовых антифризов в некоторых странах они постепенно вытесняют традиционные моноэтиленгликолевые.

Помимо пропиленгликоля, некоторые компании предлагают использовать другие нетоксичные многоатомные спирты, в частности 1,3-пропиленгликоль. При тех же основных физико-химических свойствах, он характеризуется меньшей вязкостью и большей термической устойчивостью, что делает возможным его использование в высокофорсированных двигателях, в том числе в гоночных автомобилях Формулы 1. Он относится к Long Life антифризам.

Мировые производители автомобильной техники в большинстве уже перешли на антифризы нового поколения и запретили или существенно ограничили использование традиционных антифризов в своих автомобилях. Запреты на использование определенных видов ингибиторов сформулированы в спецификациях автопроизводителей на охлаждающие жидкости вместе с перечнем испытаний, которые должна пройти охлаждающая жидкость для получения допуска к применению (approval). Современные допуски часто запрещают использовать антифриз с ингибиторами коррозии, содержащими нитриты, нитраты, амины, фосфаты, и оговаривают предельно допустимые концентрации силикатов, буры и хлоридов. При высокой температуре силикаты способны превращаться в гелеобразные отложения, забивающие узкие каналы системы охлаждения. Нитрит-нитраты, взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причем некоторые из них канцерогенные. Ограничение содержания фосфатов, силикатов, боратов уменьшает отложение накипи в системе охлаждения, увеличивает срок службы уплотнений водяного насоса (меньше нерастворимых осадков), улучшает защиту от кавитационной коррозии.

В качестве примера: спецификация Ford WSS-V97B44-D запрещает использование силикатов, фосфатов и боратов, а спецификация Hyundai MS 591-08 запрещает также амины и нитриты, оставляя дорогу только антифризам нового поколения. В спецификации Toyota TSK2601G антифризы с разными видами ингибиторов разделены на классы, причем к высшему классу (8А и 8В) с максимальным разрешенным пробегом относятся карбоксилатные антифризы нового поколения. Международный стандарт на охлаждающие жидкости для грузовиков ASTM D4985-03 ставит ограничение на количество силикатов 125 ppm (0,125 грамма на один киллограм), оставляя возможность только для бессиликатных или низкосиликатных (гибридных) технологий. На этот стандарт ссылаются производители двигателей Caterpillar, Cummins.

Столь жесткие требования связаны с прямой зависимостью между свойствами охлаждающей жидкости и ресурсом работы двигателя, элементов системы охлаждения, мощностью, расходом топлива. С введением новых норм к экологическим требованиям (Евро-3, Евро-4), карбоксилатные охлаждающие жидкости получили еще большее распространение.

Очень важно отметить, что нет никаких общепринятых цветовых индикаций охлаждающих жидкостей разных типов. Первоначально красители начали добавлять для предотвращения отравлений, так как этиленгликоль, входящий в основу большинства антифризов обладает запахом схожим со спиртом, но при этом является крайне ядовитой жидкостью. Следует понимать, что изначально антифризы являются бесцветными жидкостями и производители добавляют красители с целью их индивидуализации и расширения ассортимента. По большому счету цвет антифриза не что иное, как маркетинг производителя, поэтому расхожее мнение о том, что ОЖ одного цвета одинаковые («зеленый» можно смешивать с «зеленым», а «синий» нельзя с «красным» и т.п.) является ошибочным.

Безопасно смешивать можно только один и тот же антифриз (антифриз одного и того же изготовителя, торговой марки и бренда). Даже при крайних обстоятельствах лучше смешивать антифризы с одной технологией производства. Например, смешивание антифриза с органическими присадками и с минеральными присадками на силикатной основе приведет к их нейтрализации, выпадению в осадок, что снизит защиту элементов двигателя и системы охлаждения и как следствие образованию агрессивной среды, которая в свою очередь влечет к коррозии металлов и разрушению резиновых деталей и другим негативным последствиям. Поэтому необходимо при первой возможности произвести полную замену ОЖ с промывкой.

Большинство производителей автомобилей имеют собственные допуски (спецификации) применяемые к техническим жидкостям в частности к охлаждающим. Наличие допуска означает, что данный продукт успешно прошёл весь комплекс лабораторных, стендовых и ходовых испытаний и их результаты отражены в соответствующих протоколах и других документах автопроизводителя, а также антифриз включают в списки одобренных охлаждающих жидкостей, инструкции, сервисные книжки определяют перечень марок и двигателей где жидкость может быть использована, интервалы её замены и т.д. В свою очередь, производитель антифриза получает допуск в виде сертификата либо письма.

Испытания проводятся непосредственно автопроизводителем либо доверенной компанией и являются длительной и дорогостоящей процедурой осуществляющейся за счет соискателя допуска. Поэтому не каждая компания производитель антифриза в состоянии оплатить такую работу.

Всвязи с этим многие производители охлаждающих жидкостей пишут на этикетках своих канистр, что их продукт соответствуют требованиям (допускам, спецификациям) автопроизводителей. Далее приводится «джентльменский» набор Audi, Ford, BMW, GM, VW, Nissan, Toyota, и так далее в зависимости от вкусов и «аппетита» производителя антифриза. Иногда в названиях используют символику «G11» и «G12» с претензией на соответствие спецификации Volkswagen. Не верьте — как правило, это всего лишь рекламный трюк.

Если вам дорог свой автомобиль, не поленитесь узнать, имеет ли данный антифриз хотя бы один допуск. Добросовестный производитель антифризов пишет на этикетках не про мифическое «соответствие требованиям», а про наличие допусков, и размещает копии допусков на своем сайте. Достоверность информации о допусках вы можете проверить на сайтах производителей автомобилей.

Применение некачественных охлаждающих жидкостей, а так же жидкостей не соответствующих требованиям автопроизводителя может привести к серьёзным последствиям основные из которых приведены ниже.

Перегрев. Охлаждающая жидкость выполняет основную функцию в работе автомобиля — охлаждение двигателя, и дополнительную функцию — обогрев салона. Она отводит примерно одну треть тепла, выделяемого в двигателе при сгорании топлива. Еще одна треть тепла переходит в энергию движения, остальное тепло уносится с выхлопом и тепловым излучением двигателя.

Оптимальной температурой работающего двигателя является 85-90°С. Когда по каким-либо причинам в системе охлаждения ослаблена эффективность отвода тепла, начинается перегрев, приводящий на первых порах к увеличению расхода топлива и уменьшению мощности двигателя. Если двигатель в обычном режиме постоянно перегревается или даже «кипит», это означает, что в системе охлаждения автомобиля появились серьезные «болезни». Если «болезни» вовремя не устранить, то они начнут отрицательно влиять на работу других систем, а срок службы двигателя уменьшится в 2-3 раза. Перегрев двигателя в подавляющем большинстве случаев вызван некачественной охлаждающей жидкостью и дефектами, которые она вызывает.

Коррозия. Наиболее частым дефектом, связанным с охлаждающей жидкостью, является коррозия металлов, с которыми эта жидкость контактирует. Коррозионный слой (ржавчина) на стенках каналов двигателя и радиатора становится изолятором тепла, так как имеет теплопроводность примерно в 50 раз меньшую, чем металл. Возникает следующая причинно-следственная связь: двигатель хуже отдает тепло, радиатор хуже его принимает, двигатель перегревается, охлаждающая жидкость перегревается, отвод тепловой энергии будет происходить при повышенных температурах. Проблема усугубляется тем, что коррозионный слой сужает каналы радиатора (которые и без того узкие) и увеличивает гидравлическое сопротивление каналов (гладкая прежде поверхность становится шершавой). Это ведет к уменьшению скорости движения охлаждающей жидкости и дополнительному перегреву.

Перегрев и неравномерное тепловое расширение цилиндров, вызванное коррозией, приводит к деформации маслосъемных колец. Моторное масло начинает попадать в выхлопные газы, а выхлопные газы в масло. Некачественная охлаждающая жидкость становится причиной почернения и ускоренного «срабатывания» моторного масла.

Из-за продуктов коррозии (частиц ржавчины), находящихся в охлаждающей жидкости может «заклинить» термостат, разрушиться крыльчатка помпы, протечь (разгерметизироваться) подшипник помпы, засориться радиатор и даже каналы двигателя. В предельном случае «запущенная» коррозия может «съесть» радиатор до дыр, или головку блока цилиндров.

Поэтому если вы заметили в расширительном бачке своего автомобиля «ржавую муть», необходимо срочно менять антифриз и промывать систему охлаждения.

Осадки. Другим дефектом, связанным с охлаждающей жидкостью, является выпадение осадков (нерастворимых частиц) из самой жидкости. Наиболее опасны в этом отношении так называемые «силикатные» антифризы с высоким содержанием силикатов (соединений кремния). Силикаты осаждаются на поверхности металлов в виде нерастворимого слоя, что, также как и слой ржавчины, ведет к перегреву двигателя. О силикатах и других компонентах, входящих в состав охлаждающей жидкости, речь пойдет в разделе «типы охлаждающих жидкостей».

radiators.png

Рис. 1. Радиатор (разрез), засоренный силикатными осадками — слева. Справа чистый радиатор, в котором использовался карбоксилатный антифриз в аналогичных условиях работы.

Кавитация. Еще одним серьезным дефектом, вызываемым охлаждающей жидкостью, является кавитационная эрозия, или, как ее чаще называют, «кавитация». Физическое явление кавитации — это образование и схлопывание пузырьков пара в жидкости, находящейся в состоянии, близком к кипению. Мы все можем увидеть кавитацию в момент закипания воды в чайнике и услышать кавитацию как «гудение» чайника — звук схлопывающихся пузырьков. Когда пузырьки длительное время схлопываются вблизи металлической поверхности, то из нее высекаются микрочастицы металла, и поверхность покрывается язвами (ямками) — подвергается эрозии. Обычно кавитационная эрозия начинается с небольших ямок, затем эти ямки разрастаются, углубляются, объединяются в «овраги». В предельном случае кавитация может «продырявить» и даже полностью «испарить» части металлической детали.

В больших двигателях с «мокрыми» гильзами, которые устанавливаются на грузовиках и автобусах, кавитация гильз является одной из главных проблем, влияющих на срок службы двигателя. При поперечных колебаниях гильзы, вызванных движением поршня, в окружающей жидкости возникают волны разрежения и сжатия. Нагретая жидкость постоянно вскипает и прекращает кипеть при понижении и повышении давления. Это провоцирует кавитационную эрозию гильзы, и приводит к ее разрушению. Для двигателя разрушение гильз означает капитальный ремонт или «билет на свалку».

От кавитации также страдает крыльчатка помпы, причем и в грузовых, и в легковых автомобилях. Здесь кавитация (образование и схлопывание пузырьков) возникает на концах лопастей крыльчатки за счет уменьшения давления при повышении скорости. Эти пузырьки «съедают» края лопастей, а в предельном случае крыльчатку целиком. Приходится заменять помпу.

Лучшие современные антифризы имеют в своем составе компоненты (пакеты присадок), способные уменьшить разрушительное влияние кавитации в десятки раз и продлить срок службы двигателя и помпы.

cilindr.png

Рис. 2. Кавитация «проела до дыр» гильзы двигателя Renault, сократив его срок службы в 4 раза. В этом двигателе применялся силикатный Тосол.

pompa.pngpompa1.png

Рис. 3. Кавитация крыльчатки помпы: слева — начало кавитации, справа — кавитация «съела» крыльчатку целиком. Помпа двигателя Cummins, применялся силикатный Тосол.

Выбор антифриза — очень важный момент, так как от него зависит долговечность и надежность работы вашего автомобиля. Постарайтесь при этом соблюдать следующие правила:

· использовать антифриз, имеющий допуск от производителя данного автомобиля, лучше — такой же, как был залит на автозаводе,

· если нет возможности выполнить предыдущий пункт, выбирайте антифриз такого же типа, как рекомендованный для вашего автомобиля, обязательно имеющий допуск от других автомобильных компаний,

· не ленитесь проверять информацию на этикетке канистры о наличии допусков. Посмотрите сервисную книжку, автомобильную документацию, Веб-сайты производителя автомобиля и производителя антифриза. Не верьте на слово продавцам магазинов автомобильных запчастей, которые расхваливают свой товар. Заявления о «соответствии требованиям» сразу многих автомобилей, чаще всего — лишь рекламный трюк.

Не старайтесь экономить на охлаждающей жидкости — риск слишком велик.

Надеемся что данная статья поможет Вам сделать правильный выбор и избежать проблем связанных с последствиями неверного выбора охлаждающей жидкости.