4. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости

Как известно, при сгорании топливно-воздушной смеси температура газов в цилиндрах двигателя моментально поднимается до 1600-2200 °С, далее температура отработанных газов на выходе из цилиндра понижается примерно до 800°С. Для того чтобы сохранить работоспособность деталей двигателя, их необходимо охлаждать. В свою очередь для обеспечения стабильности работы, уменьшения износа, достижения максимальной топливной экономичности, улучшения экологических параметров и получения максимальной отдачи мощности необходимо поддерживать в двигателе постоянную рабочую температуру. Поэтому системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания обеспечивают не только охлаждение, но и поддерживают рабочую температуру двигателя на необходимом уровне, независимо от температуры окружающей среды.

Первоначально для систем жидкостного охлаждения в двигателях применялась вода, обладающая значительной удельной теплоемкостью.

В странах с холодным климатом уже в течение многих лет в качестве всесезонной охлаждающей жидкости применяют смесь воды с многоатомными спиртами, которую называют антифризом (antifreeze).

На сегодняшний день наибольшее распространение получили охлаждающие жидкости на основе гликолей (С_пН_2п(ОН)₂) или многоатомного спирта – этиленгликоля. Большинство иностранных производителей высококачественных охлаждающих жидкостей производят антифриз в виде концентрата – этиленгликоля с пакетом высокоэффективных присадок.

Состав концентрата примерно следующий: - 95% этиленгликоль; - 3% вода; - 2% пакет активных присадок.

Для получения охлаждающей жидкости с необходимыми характеристиками (температурой застывания) необходимо смешать концентрат антифриза с водой. Использовать концентрат антифриза в качестве охлаждающей жидкости без смешивания с водой нежелательно, так как теплоемкость его гораздо ниже, чем у воды, а температура застывания около -25°С. Применение в качестве охлаждающей жидкости только концентрата антифриза может ухудшить эффективность работы системы охлаждения.

Для концентратов антифриза обычная пропорция смешивания: примерно 50% концентрата антифриза на 50% воды. Температура застывания такой смеси становится около –37 °С. При большем количестве воды или если в концентрате недостаточно ингибиторов коррозии значительно ускоряются процессы коррозии деталей.

Помимо антикоррозионных присадок в составе антифриза также должны содержаться компоненты, защищающие детали системы охлаждения от разрушений. Особенно опасны для деталей системы охлаждения поддельные или низкокачественные антифризы, которые не содержат в достаточном количестве необходимых присадок, и разрушение деталей может произойти за очень короткий срок. К сожалению, определить некачественный антифриз можно только по результатам работы в двигателе или лабораторным тестам.

Охлаждающую жидкость, готовую к применению, не требующую добавления воды, в народе принято называть Тосолом. Иногда на рынках можно услышать: "Вам тосол или антифриз?" В переводе это означает: "Вам отечественную охлаждающую жидкость или импортную незамерзающую?" Ведь именно как незамерзающая жидкость переводится надпись на канистре Antifreeze. Этим словом принято называть импортную охлаждающую жидкость, хотя иногда могут написать более конкретно Cooling Water (охлаждающая жидкость), просто антифриз – это общее понятие, то, что не замерзает.

Охлаждающая жидкость в процессе эксплуатации вырабатывает свои присадки и изменяет свои характеристики: расходуется запас щелочности, увеличивается склонность к пенообразованию, возрастает способность вызывать коррозию металлов, со временем испаряется вода, повышается плотность, снижается теплопередача.

Срок службы охлаждающих жидкостей обычно указывается производителем на этикетке, он не должен превышать 5 лет.

Если радиатор не подтекает, двигатель не перегревается, антифриз можно поменять только после окончания срока эксплуатации. Но не мешает раз в полгода проверить: сильно ли изменился его внешний вид, нет ли осадка и продуктов коррозии, если эти признаки присутствуют, то жидкость нужно менять.

Несмотря на то, что основой всех охлаждающих жидкостей служит водный раствор этиленгликоля, каждая из них может содержать разный пакет антикоррозионных и противовспенивающих присадок. В одном случае это бор-нитритные, аминные и фосфатные ингибиторы, в другом – импортные химические соединения нового поколения.

Главными эксплуатационными свойствами охлаждающих жидкостей являются: - высокая теплопроводность; - низкая температура застывания; - высокая температура кипения; - оптимальная химическая стабильность; - отсутствие коррозионного воздействия на конструкционные материалы радиатора и двигателя; - инертность к резинотехническим изделиям; - отсутствие пенообразования при повышенных температурах.

Достижение оптимальных эксплуатационных характеристик зависит от качества базовой основы охлаждающей жидкости и пакета присадок. Цвет антифриза не является эксплуатационной характеристикой охлаждающей жидкости и может изменяться в зависимости от производителя.

Охлаждающие жидкости ТОСОЛ-АМ (концентра), ТОСОЛ-А40М и ТОСОЛ-А65М были разработаны позже в 1971 г. с ориентацией на использование в автомобилях ВАЗ взамен итальянской «ПАРАФЛЮ» специалистами ГосНИИОХТ (Государственный НИИ органической химии и технологии). Первые три буквы аббревиатуры «ТОСОЛ» указывают на отдел «Технологии Органического Синтеза», а буквы «ОЛ» добавлены, чтобы получилось слово, похожее на название спиртов (этанол, бутанол, метанол). Торговая марка «ТОСОЛ» не была зарегистрирована. Настоящий «ТОСОЛ» можно выпускать лишь по ТУ 6-56-95-96. Все, что сделано по другим рецептурам, права на громкое имя не имеют и гарантий на двухлетнюю защиту двигателя от коррозии не дает.

За рубежом термин «antifreeze» (антифриз) использовали для обозначения концентрата, который добавляли к воде в системе охлаждения ДВС. Этот термин принимали во внимание только морозозащитную роль этого продукта, допуская, что его использование является сезонной потребностью и не отражает его функцию как теплообменной среды, разработанной, чтобы предохранить систему охлаждения двигателя от коррозии и повреждения при эксплуатации. Термин «engine coolant concentrate» (дословно – «двигательный охладитель концентрированный») охватывает все эти условия и в настоящее время более предпочтителен.

Традиционный антифриз имеет желтоватый или оранжевый оттенок, ТОСОЛы – яркий голубой. Вообще любой антифриз изначально бесцветен. Красители в него добавляют по просьбе потребителей автозаводов. Для предотвращения коррозии к ним добавляются антикоррозионные присадки и, в частности, при наличии молибденовокислого натрия к маркировке добавляется буква «М».

(Следует отметить, что агрегаты систем охлаждения отдельных автомобилей зарубежного производства, например, французских проектируются в расчете на пропиленгликолевые антифризы).

Этиленгликоль – двухатомный спирт СН₂ОН – СН₂ОН представляет собой маслянистую сиропообразную желтоватую жидкость без запаха. Ядовит. Имеет температуру кипения +197 ⁰С и температуру кристаллизации -11,5 ⁰С. Водно-этиленгликолевый раствор имеет минимальную температуру кристаллизации -75 ⁰С при концентрации этиленгликоля около 66,7 %. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от 0 до -70 ⁰С. При замерзании антифриз превращается в рыхлую кашеобразную массу, которая после запуска двигателя быстро переходит в жидкую фазу и полностью сохраняет первоначальные свойства.

Этиленгликоль и его водные растворы при нагревании сильно расширяются. Чтобы предотвратить выброс жидкости из системы, её заполняют на 6-8 % меньше общего объема. Кроме того, теплопроводность и теплоемкость антифризов ниже, чем у воды (теплоемкость воды 4,2 кДж/кг⁰С; этиленгликоля – 2,9).

Пакет присадок, вводимый в антифриз, определяет значительную часть эксплуатационных показателей залитого в систему охлаждения теплоносителя.

Для уменьшения коррозионного воздействия антифризов на металлы вводят присадки: декстрин, предохраняющий от разрушения свинцово-оловянистый припой, алюминий и медь, динатрий фосфат, защищающий черные металлы, медь и латунь.