Автомобильные присадки и добавки

Препараты для охлаждающих жидкостей

Как известно, двигатель внутреннего сгорания имеет достаточно низкий коэффициент полезного действия, который не превышает 30 % для бензиновых и 40 % для дизельных двигателей. При этом мощность двигателя в большой мере зависит от работоспособности системы охлаждения двигателя, в том числе применяемых охлаждающих жидкостей.

В соответствии со статистикой отказов двигателя, система охлаждения находится на четвертом месте по их количеству. Следует отметить, что система охлаждения при работе двигателя внутреннего сгорания поглощает до трети всей энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Например, при сгорании бензина в карбюраторных двигателях на эффективную работу затрачивается только около 25 % выделившегося тепла, на неполноту сгорания 2…5 %, уносится с отработанными газами 40…50 %, а оставшиеся 14…20 % отводятся охлаждающей жидкостью, маслом и излучаются в окружающее пространство. В случае негерметичности и загрязнения системы охлаждения наблюдается перегрев двигателя, который, в свою очередь, приводит к увеличению изнашивания всех трущихся поверхностей. Значительный перегрев двигателя опасен возникновением задиров поршня и стенок цилиндра и, как следствие, заклиниванием двигателя.

Отложения в системе охлаждения препятствуют нормальному теплообмену, блокируют работу клапанов термостата и механизмов регулировки. При высоких температурах снижается экономичность двигателя, увеличиваются износ деталей и вероятность возникновения отказов, снижаются динамичность и мощность.

Для охлаждения ДВС применяются различные охлаждающие жидкости. Когда температура окружающего воздуха стабильно выше 0 °C, возможно применение чистой (дистиллированной) воды. Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью, так как имеет наивысшую теплоемкость (4,19 кДж/кг×°С), имеет небольшую вязкость V 20 = 1 мм²/с, высокую теплопроводность и теплоту испарения. При этом она не довита, пожаробезопасна и относительно дешева.

Однако применение в качестве охлаждающей жидкости обыкновенной или дистиллированной воды при отрицательных температурах недопустимо из‑за её замерзания при температуре ниже 0 °C со значительным увеличением объема (до 10 %), что приводит к разрушению радиатора, головки блока или патрубков системы охлаждения. В то же время температура кипения воды 100 °C, и стабильно удерживать режимы эксплуатации в таком диапазоне практически невозможно. Использование воды приводит к кавитации, образованию накипи, загрязнению радиатора и внутренних полостей, что существенно снижает теплоотвод и приводит к нарушению теплового режима работы двигателя.

Механизм разрушения поверхности при кавитации заключается в следующем (рис. 40). Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и мгновенно (за ~0,002 с) образуется паровой пузырек (1).

Рис. 40. Взрывное разрушение пузырьков пара в системе охлаждения двигателя при кавитации

Образовавшиеся газопаровые пузырьки размерами до 6 мм в диаметре, перемещаясь вместе с потоком жидкости, попадают в зоны высоких давлений (2 и 3). Пар конденсируется, газы растворяются за время ~0,001 с, и в образующиеся пустоты с огромным ускорением устремляются частицы жидкости, что сопровождается ударным восстановлением равномерности потока (4).

Кавитации подвергаются различные трубопроводы, гильзы цилиндров и другие детали. В результате возникают вибрации, стуки, что в свою очередь приводит к ослаблению крепежных деталей, смятию резьбы, разгерметизации уплотнений и т. д.

В связи с этим чистую воду можно использовать только в каких‑то черезвычайных ситуациях. Автохимической промышленностью выпускаются специальные охлаждающие жидкости — антифризы. Антифриз представляет собой водный раствор моноэтиленгликоля (этиленгликоля, гликоля) в различных концентрациях, обеспечивающий низкотемпературные свойства охлаждающей жидкости. Этиленгликоль в чистом виде — это маслянистая желтовая жидкость без запаха, имеющая температуру кристаллизации —11,5 °C, а температуру кипения +197 °C.

Этиленгликоль это сильный пищевой яд, поэтому после контакта с антифризами необходимо тщательно мыть руки с мылом. Специальных мер по защите кожи и дыхательных путей при работе с ними не требуется, но допускать попадания их внутрь организма не следует.

С водой этиленгликоль образует эвтектический раствор, в котором температура кристаллизации составляющих его отдельных компонентов выше температуры смеси этих компонентов (рис. 41). Это свойство использовано при приготовлении автомобильных антифризов.

Рис. 41. Зависимость температуры замерзания охлаждающей жидкости от содержания моноэтиленгликоля

Выпускают антифризы в готовом к применению виде, а также в виде концентратов. Неразбавленный антифриз не применяется, так как температура его замерзания составляет всего лишь —13 °C. По мере разбавления водой температура замерзания антифриза понижается и достигает минимума (около —65 °C) при соотношении 2:1 (2 части концентрата и 1 часть воды).

В классических охлаждающих жидкостях защиту металлов от коррозии обеспечивают силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и др. Их общее название — силикатсодержащие охлаждающие жидкости.

Одной из наиболее известных марок этой группы охлаждающих жидкостей является тосол — торговая марка антифриза, прототипом которой является итальянская охлаждающая жидкость, появившаяся в нашей стране после ввода в строй Волжского автомобильного завода. Это название было образовано из двух частей: «ТОС» — сокращенно технология органического синтеза (название отдела института, где была создана рецептура ОЖ), и «ОЛ» — по химической номенклатуре веществ это окончание показывает, что речь идет о спирте (этиленгликоль — это двухосновный спирт). Для примера: «этанОЛ — этиловый спирт». Со временем тосол приобрел нарицательное значение, став фактически синонимом слова «антифриз».

Основным нормативным документом, регламентирующим состав и свойства абстрактной охлаждающей жидкости, является ГОСТ 159—52 (табл. 31). На охлаждающие жидкости типа «тосол» распространяется действие ГОСТ 28084—89, который также регламентирует марки металлов и сорта резин, рекомендуемые для изготовления систем охлаждения двигателя автомобилей.

Табл. 31. Функциональные требования к автомобильным антифризам (ГОСТ 28084—89)

Антифриз должен соответствовать ряду требований, представленным в табл. 32, и обеспечивать следующие основные свойства:

— максимальный диапазон рабочих температур двигателя — от —65 °C до +135 °C;

— смазывание подшипника помпы водяного насоса для продления ее ресурса;

— защита сальника помпы и резинотехнических изделий системы охлаждения от высыхания, растрескивания и течей;

— отсутствие пенообразования за счет введения антипенных (антикавитационных) добавок;

— пассивация и защита металлических частей системы охлаждения от коррозии за счет наличия в составе антифрикционных присадок (ингибиторов коррозии);

— высокая теплопроводность и защита от возникновения перегретых («горячих») участков в системе охлаждения и образования накипи;

— безопасность пластика, резиновых деталей и лакокрасочных покрытий;

— длительное и надежное функционирование охлаждающей жидкости за счет наличия специальных стабилизаторов (например, на основе карбоксилат — комплекса).

Качество антифриза зависит от состава, качества и количества присадок, используемых при его изготовлении. Стандартный пакет присадок обычно не превышает 8 % объема антифриза (чаще всего около 2,5 %) и включает: ингибиторы коррозии, антинакипины, антивспенивающие и смазывающие составы (рис. 42).

Рис. 42. Примерный процентный состав антифриза:

2,5 % — функциональные присадки;

51,5 % — дистиллированная вода;

46 % — моноэтиленгликоль

Силикатсордержащие охлаждающие жидкости имеют ряд серьезных недостатков, таких как образование в процессе эксплуатации осадков, способных к забиванию узких каналов системы охлаждения. Кроме того, силикатные ингибиторы коррозии образуют на всей поверхности системы охлаждения защитный слой толщиной более 1000 Ангстрем, что ухудшает теплоотвод и увеличивает содержание абразивных частиц в системе охлаждения. Помимо этого, защитные свойства ингибиторов коррозии на основе силикатов имеют довольно ограниченный срок службы — около 1,5 лет.

Растворы этиленгликоля вызывают значительную коррозию конструкционных материалов системы охлаждения. Чтобы защитить детали системы охлаждения от коррозии, а попутно обеспечить теплоносителю ряд других полезных свойств — пониженную вспениваемость, антинакипиновые свойства и прочие — в водно — гликолевую смесь добавляют пакет специальных присадок, который и определяет основную часть эксплуатационных показателей залитого в систему антифриза.

В России наиболее распространены тосолы и антифризы на силикатной основе. Это определяется многолетним наследием ВАЗ и их относительно низкой стоимостью. Многие российские производители выпускают охлаждающие жидкости и по своим внутренним Техническим условиям (ТУ).

Однако постепенно ситуация меняется. Происходит быстрый переход автопарка к автомобилям с современными форсированными двигателями, на которых в основном используются карбоксилатные антифризы, гарантирующие срок эксплуатации более 5 лет при пробеге свыше 250 000 км.

Карбоксилатные ингибиторы коррозии на основе органических кислот были разработаны в середине 90–х годов прошлого века. Исследования показали, что новые охлаждающие жидкости на основе карбоксилатных ингибиторов прекрасно защищают металлы и сплавы от коррозии, обладают высокой теплоемкостью и предохраняют систему охлаждения от кавитационных разрушений.

Если обобщить требования потребителя к современным антифризам, то они должны обладать следующими основными свойствами:

— большой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью;

— высокой температурой кипения и теплотой испарения;

— низкой температурой кристаллизации;

— малым коэффициентом объемного расширения;

— подвижностью (вязкостью) в диапазоне температур от —70 °C до +1000 °C;

— термической стабильностью и отсутствием склонности к образованию отложений (накипи) в системе охлаждения;

— не вспениваться в процессе работы;

— быть безопасными в пожарном отношении, биологически и экологически нейтральными.

Одно из достоинств нового антифриза — он не образует защитного слоя на всех поверхностях системы охлаждения, поэтому узлы и детали остаются чистыми. Карбоксилатные ингибиторы концентрируются лишь там, где есть опасность возникновения коррозии, но даже в этом случае толщина защитного слоя не будет превышать 50 Ангстрем (сравните — 1000 Ангстрем у силикатных ингибиторов) (рис. 43).

Рис. 43. Схема защитного действия силикатного (слева) и карбоксилатного антифриза (справа)

Нельзя не сказать еще об одном достоинстве нового продукта — он обладает термоокислительной стабильностью в течение всего срока эксплуатации и не разрушает материалы уплотнений.

Современные зарубежные антифризы в основном соответствуют нормам ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов — общегосударственная система стандартов США) и SAE (Общество инженеров — механиков). Они регламентируют свойства антифризов, исходя из применяемой основы и условий эксплуатации. Например, для этиленгликолевых антифризов рекомендовано следующее применение:

ASTM D 3306 и ASTM D 4656 — для легковых автомобилей и малых грузовиков;

ASTM D 4985 и ASTM D 5345 — для двигателей, работающих в тяжелых условиях.

Кроме общих стандартов, многие производители 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 (G -12, G -11).

Одним из признаков качества антифриза является наличие официального допуска и соответствие одному из зарубежных стандартов. Например, американским — ASTM D 3306 и ASTM D 4556, бельгийскому — BT‑PS -606A, английскому — BS 6580, NATO S -759. Наличие на упаковке допусков BMW, DAF, Volvo, Mercedes‑Benz, VW, GM, Ford также указывает на изначально высокое качество охлаждающей жидкости.

Охлаждающая жидкость требует замены новым антифризом в следующих случаях:

— охлаждающая жидкость используется свыше рекомендованного срока (обычно 1…3 года), базовые присадки и добавки в ней утратили свои свойства;

— частое добавление в систему охлаждения обычной (недистиллированной) воды, что могло привести к увеличению накипи и нейтрализации функциональных присадок;

— приобретение подержанного автомобиля с пробегом, и отсутствие уверенности в качестве используемой в нем охлаждающей жидкости;

— наступление холодного времени года, а в двигателе используется обыкновенная вода.

Примерно оценить качество уже используемого, а также приготовленного к применению антифриза можно простыми способами. Например, при температуре окружающей среды около 20 °C проверить плотность с помощью обыкновенного ареометра (денсиметра) и по ней определить возможную температуру замерзания.

Качественная охлаждающая жидкость должна иметь плотность не менее 1072 кг/м², что должно обеспечить ее работоспособность до температуры —40 °C.

Водородный показатель (рН) антифриза можно оценить с помощью лакмусовой индикаторной бумаги (рис. 44).

Рис. 44. Определение водородного показателя охлаждающей жидкости при помощи индикаторной бумаги (показатель рН 8)

Окрашивание лакмусовой бумаги в розовый цвет указывает на значительное содержание кислоты (рН 1…5). Такой антифриз опасен для системы охлаждения вследствие проявления активных коррозионных свойств. Если ее цвет не изменяется, то рН 6…7, что указывает на возможность применения такой охлаждающей жидкости в летнее время (возможно в систему охлаждения залита обыкновенная вода). Зеленый цвет (рН 7…9) указывает на достаточно высокое качество антифриза, на нем можно эксплуатировать автомобиль (рис. 44). Синий (или фиолетовый) цвет лакмусовой бумаги объясняется высоким содержанием щелочи (рН 10…13), которая будет приводить к значительному образованию накипи и перегреву двигателя.

Для обеспечения длительной и надежной работы системы охлаждения необходимы регулярный ее осмотр и диагностика. Перед началом движения нужно внимательно осмотреть радиатор, двигатель, помпу, соединения шлангов системы охлаждения на предмет отсутствия течей и трещин трубопроводов, а также наличие хомутов и их затяжку. Если в местах соединительных хомутов или на радиаторе имеются белесые подтеки, то, возможно, в этих местах имеются незначительные течи. Также следует проверить крышку радиатора (расширительного бачка), так как встроенный в нее расширительный клапан может быть забит накипью или продуктами коррозии и не выполняет своих функций (регулировка давления в системе охлаждения) в заданных пределах. Рекомендуется осмотреть внутреннюю полость горловины радиатора на предмет наличия гелеобразных отложений и накипи. Если двигатель перегревается, а при сдавливании рукой верхнего патрубка системы охлаждения на работающем двигателе ощущается давление, как в шине велосипеда, то это указывает на возможное значительное образование накипи в полостях системы охлаждения. Наличие накипи требует очистки и герметизации всей системы охлаждения специальными моющими и ремонтно — профилактическими препаратами.

Присадки и добавки в систему охлаждения бывают моющего, профилактического и ремонтного назначения. Первую группу составляют препараты, предназначенные для очистки (промывки) системы охлаждения двигателя от различных загрязнений. Вторая группа препаратов применяется для стабилизации и восстановления свойств охлаждающей жидкости, защиты двигателя от образования накипи, появления коррозии и ржавчины. Третью группу составляют добавки, предназначенные для герметизации — устранения утечек жидкости из системы охлаждения.

При очистке (промывке) системы охлаждения двигателя, препарат — промывку надо залить в охлаждающую жидкость, пустить двигатель и оставить его в рабочем состоянии с открытыми крышкой радиатора и краном отопителя на указанное в инструкции время (3, 5, 7, 15 мин.). Во избежание ожога, нельзя открывать крышку радиатора (расширительного бачка) на горячем двигателе.

После охлаждения двигателя слить отработавшую и заправить систему новой охлаждающей жидкостью. Часть антифриза может не войти в радиатор в связи с наличием воздушных пробок в системе охлаждения. Поэтому надо вновь пустить двигатель и оставить его в рабочем состоянии с открытой крышкой радиатора на 10 мин. Затем заглушить двигатель и довести уровень антифриза до нормы.

При обнаружении течи охлаждающей жидкости необходимо применять соответствующие ремонтные препараты (антитечи). Антитечи заливаются в охлаждающую жидкость, и двигатель продолжает эксплуатацию на обычных режимах (рис. 45).

Рис. 45. Механизм работы препарата — антитечи охлаждающей жидкости: 1 — полимеризующееся вещество; 2 — полимерная пробка; 3 — охлаждающая жидкость; 4 — корпус системы охлаждения с отверстием

Большинство ремонтных препаратов — антитечей допускается использовать со всеми видами антифризов и любыми присадками в систему охлаждения двигателя. Они герметизируют, в том числе и те повреждения, которые достаточно трудно диагностировать (можно лишь отмечать падение уровня охлаждающей жидкости) и тем более локализовать. Применение антитечей быстро устраняет возможные внутренние утечки, защищая камеру сгорания от возможного попадания в нее охлаждающей жидкости. Если жидкость просто выкипает, то можно доливать только дистиллированную воду, так как моноэтиленгликоль почти не выкипает.

Вопрос. Можно ли смешивать антифризы разных цветов?

Ответ. Красители, которые применяют для окрашивания антифризов, выбираются производителями, как правило, произвольно. Наличие флуоресцентной добавки облегчает диагностику системы охлаждения с целью установления мест утечки охлаждающей жидкости. При этом один и тот же производитель может использовать разные красители для разных марок антифризов.

Цвет некоторых импортных антифризов не следует воспринимать как принадлежность к особой группе охлаждающих жидкостей. Это обозначение того, что препарат ядовит для человека.

В то же время, большинство антифризов с температурой замерзания —40 °C окрашены в синий (бирюзовый) цвет, а с температурой замерзания —65 °C чаще всего в красный (розовый) цвет. Флуоресцентные добавки, вводимые в современные антифризы, служат для быстрого и точного определения места течи при освещении двигателя специальными лампами с ультрафиолетовым светом.

Несмотря на все преимущества нового антифриза с карбоксилатными ингибиторами коррозии, у него есть один существенный недостаток — он не совместим с антифризом на основе силикатных антикоррозионных присадок. Если антифризы относятся к одной группе, то цвет не является препятствием для их совместного использования (смешивания). К сожалению, визуально отличить один тип антифриза от другого практически невозможно. Специальных классификаций по цвету не существует.

Вопрос. Как определить качественную охлаждающую жидкость и защититься от подделок?

Ответ. К сожалению, самостоятельно без специального оборудования этого сделать нельзя. Можно определить, например, плотность (качественная охлаждающая жидкость имеет более высокую плотность (не менее 1,072 г/cм³), чем вода (1 г/cм³)), и показатель кислотности (рН), но даже при наличии нормативной плотности и показателя кислотности нельзя быть в полной уверенности относительно качества охлаждающей жидкости. Производители некачественных охлаждающих жидкостей научились обходить эти критерии, точнее, их продукция по этим критериям полностью соответствует требованиям.

Некачественная охлаждающая жидкость быстро (порой после 10 000 км пробега) теряет свои свойства и становится коррозионно — агрессивной и небезопасной для узлов и деталей системы охлаждения и двигателя в целом, что можно определить только во время эксплуатации.

Чтобы удостовериться в подлинности, надо измерить температуру начала кристаллизации охлаждающей жидкости, но это может сделать только квалифицированный персонал в специальной лаборатории, при помощи специального оборудования.

Поэтому настоятельный совет всем владельцам транспортных средств — не покупать самые дешевые марки, а использовать охлаждающую жидкость только от известных производителей, имеющих допуски заводов — производителей, и приобретать ее только в проверенных специализированных местах продаж. Это в значительной мере убережет вас от серьезных проблем и дорогостоящих ремонтов.

Вопрос. Не оказывают ли присадки для системы охлаждения негативного влияния на резиновые патрубки и пластиковые детали системы?

Ответ. Препараты для системы охлаждения двигателя автомобиля, которые разработаны и выпускаются известными зарубежными и отечественными фирмами, не оказывают вредного воздействия на конструкционные материалы двигателя, в т. ч. на резиновые и пластиковые патрубки и уплотнительные устройства.

Вопрос. Для чего нужно промывать систему охлаждения и как это делать?

Ответ. С течением времени даже самый хороший антифриз теряет свои защитные и иные свойства, и если не предпринимать профилактических мер, то система охлаждения начинает загрязняться. На стенках радиатора и других местах появляются накипь, жироподобные отложения, ржавчина и т. п. Возникают локальные засорения радиатора, что ведет к снижению циркуляции охлаждающей жидкости, локальным разрушениям радиатора, течи охлаждающей жидкости, перегреву двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Чтобы избежать перечисленных выше проблем и существенно увеличить срок эксплуатации транспортного средства, рекомендуем при смене антифриза проводить промывку системы охлаждения при помощи специальных составов.

Промывка системы охлаждения и смена охлаждающей жидкости рекомендуется также как превентивная мера при приобретении автомобиля на вторичном рынке с неизвестной или сомнительной «родословной», с пробегом более 100 000 км, а также в случаях, когда температура двигателя выше нормы, и на это нет видимых причин, при возобновлении эксплуатации транспортного средства после длительного простоя (более года).

Вопрос. Если оставить присадку — очиститель в системе охлаждения двигателя на несколько часов или даже суток, повысит ли это качество очистки?

Ответ. Обычно промывки системы охлаждения «работают» 7…15 мин., реже до 30 мин. Именно столько времени требуется большинству составов для качественной очистки системы. При этом они обычно содержат специальные компоненты, которые удерживают «отмытые» загрязнения и вредные отложения во взвешенном состоянии. После очистки охлаждающую жидкость нужно сливать. Держать «промывочный раствор» в системе охлаждения свыше указанного срока не рекомендуется.

Исключение составляют специальные антифризы — очистители, которые обеспечивают качественную мягкую промывку системы охлаждения и заливаются за 100…150 км до смены охлаждающей жидкости.

Вопрос. Как диагностировать течи в системе охлаждения и как с ними бороться?

Ответ. Диагностирование течей системы охлаждения требует определенного навыка и понимания устройства и назначения ряда узлов двигателя. В ряде случаев необходима консультация специалиста.

Как было сказано в начале раздела, течи в системе охлаждения двигателя могут возникать как вследствие заводских дефектов и механических проблем, так и в результате использования некачественной охлаждающей жидкости. Они, как правило, влекут за собой локальные разрушения, загрязнения и перегревы.

К более сложным случаям относятся течи, связанные с перегревом двигателя: трещины головок и блоков цилиндра, разрушение прокладок головок блока.

Течи, связанные с механическими проблемами, в основном возникают из‑за ослабления фиксирующих элементов — хомутов на патрубках радиатора. В этих случаях протечки обычно заметны по белесым подтекам в районе ослабшего хомута. Для их устранения достаточно аккуратно подтянуть хомуты.

Течи, связанные с заводскими дефектами, можно разделить на устранимые и неустранимые при помощи средств автохимии. Опыт авторов данной книги показывает, что до обращения в автосервис можно попытаться устранить течь при помощи специальных препаратов.

В случае если течи небольшого размера, то специальные составы добавляются в охлаждающую жидкость, они быстро и эффективно устраняют течи по месту припайки медных радиаторов, стыка пластиковых бачков с алюминиевым теплообменником, течи через перебитые трубки радиатора, прокладку помпы, патрубки радиатора и кран отопителя, из радиатора отопителя и т. д. Препараты могут оставаться в охлаждающей жидкости и служить эффективным профилактическим средством возможных протечек.

Перегрев двигателя часто приводит к трещинам головок и блоков цилиндра и/или разрушению прокладок блока. Это очень серьезные неисправности, требующие больших затрат для их устранения при традиционном подходе. Современные средства автохимии позволяют заделывать течи подобного рода с высокой степенью эффективности и надежности. Для этих целей предназначены металлокерамические герметики. Эти составы способны устранять повреждения большого сечения, что позволяет их рекомендовать и для устранения ряда значительных заводских дефектов. Использование металлокерамики позволяет заделывать трещины в самых трудных местах, а прочность и температурные характеристики получаемого шва не уступают металлу.