Эксплуатационные свойства и ассортимент охлаждающих жидкостей

Жидкость для системы охлаждения двигателя не должна замерзать и кипеть во всем рабочем диапазоне температур двигателя, легко прокачиваться, не воспламеняться, не вспениваться, не воздействовать на материалы системы охлаждения, иметь высокую теплопроводность и теплоемкость.

В некоторой степени этим требованиям отвечает вода. Она имеет целый ряд положительных качеств: доступность, высокую теплоемкость, пожаробезопасность, нетоксичность и т.д. К недостаткам воды следует отнести: высокую температуру замерзания и увеличение объема при этом, недостаточно высокую температуру кипения и склонность к образованию накипи. Отложение накипи в рубашках охлаждения двигателей ухудшает теплоотвод и может приводить к появлению трещин, так как из-за ухудшения охлаждения стенки неравномерно расширяются, в металле возникают значительные внутренние напряжения.

Воду, вызывающую образование накипи, называют жесткой. Общая жесткость – это суммарное содержание в воде ионов кальция и магния. Она измеряется миллиграмм-эквивалентами на 1 литр воды (мг.экв/л). Один мг.экв/л соответствует содержанию в 1 литре воды 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния.

Воду считают мягкой, если в ней общее содержание солей не превышает 3 мг.экв/л, в двигателях ее можно использовать без умягчения. При содержании солей от 3 до 6 мг.экв/л – относят к средней жесткости, перед использованием в двигателе ее желательно умягчать. Воду, содержащую более 6 мг.экв/л солей, считают жесткой, она подлежит обязательному умягчению.

По степени пригодности в качестве охлаждающей жидкости для двигателей природные воды распределяются в следующем порядке: атмосферная (дождевая, снеговая) – самая мягкая (до 1,5 мг.экв/л); речная или озерная – достаточно мягкая (1,5...4,0 мг.экв/л); грунтовая (колодезная, ключевая), наиболее жёсткая - морская.

Самым простым способом умягчения является кипячение воды в течение 15...20 мин. При этом большая часть солей выпадает в осадок, который отфильтровывают. Остаточная жесткость в таком случае не превышает 1...2 мг.экв/л. Более сложный, но кардинальный способ очистки воды от солей – перегонка. В результате получается дистиллированная вода.

Существуют химические способы умягчения воды: добавление к ней веществ, образующих с солями кальция и магния нерастворимые соединения, выпадающие в осадок. К таким способам относится известково-содовое умягчение: к воде добавляют соду Na₂CO₃ в количестве 53 мг/л на одну единицу жесткости или раствор извести – гидроксид кальция Ca(OH)₂. Теплую воду перемешивают с реактивом, 20...30 мин отстаивают и фильтруют от осадка. Все накипеобразующие соединения выпадают в виде нерастворимых соединений CaCO₃, MgCO₃, Mg(OH)₂. Этот способ более эффективен, чем кипячение – остаточная жесткость не превышает 0,5...1,0 мг.экв/л.

Образование накипи можно предотвратить обработкой воды непосредственно в системе охлаждения добавкой так называемых антинакипинов. Они особенно удобны, когда систему требуется заправить водой из естественных источников при отсутствии умягченной воды. Наиболее часто в качестве антинакипина используют хромпик K₂Cr₂O₇. Хромпик переводит соли накипи в растворенное состояние. Используют его следующим образом: готовят концентрат – 100 г реактива на 1 л воды. На 1 л среднежесткой воды берут 30...50 мл концентрата, для жесткой воды – 100...130 мл. Кроме того, являясь сильным окислителем, хромпик на поверхности металла создает защитную оксидную пленку, предохраняющую от коррозии.

Недостатком воды как охлаждающей жидкости является не только склонность к накипеобразованию. Температура её кипения составляет 100⁰С, что не всегда обеспечивает охлаждение современных форсированных двигателей. Замерзает вода при 0⁰С, при этом примерно на 10 % увеличиваясь в объеме. Образующийся лед давит на стенки системы охлаждения с усилием свыше 200 МПа, что может привести к разрушению головки блока цилиндров и радиатора. По этой причине в зимнее время года целесообразнее использовать низкозамерзающие охлаждающие жидкости (НОЖ). Лучшие из них - этиленгликолевые смеси. Эти жидкости, обеспечивая надежное охлаждение двигателя, полностью исключают возможность размораживания системы охлаждения при длительной стоянке в условиях низких температур.

Этиленгликоль - прозрачная бесцветная или слегка желтоватая жидкость без запаха, хорошо смешивается с водой, ацетоном, спиртами, нерастворим в нефтепродуктах. Несмотря на то, что в случае применения этиленгликоля рабочая температура жидкости может быть повышена до 120...130°С, в чистом виде его практически не используют. Причиной этого является относительно высокая температура застывания (» -10° С) и низкая температура вспышки 122° С (пожароопасность) этиленгликоля. Для охлаждения используют водные растворы этиленгликоля. Смешивая этиленгликоль с водой в разных соотношениях, можно получить жидкости с температурой замерзания от 0 до -75° С. Зависимость температуры замерзания водоэтиленгликолевых растворов от их состава приведена на рис. 6.1.

Кривая кристаллизации имеет перелом в точке В, соответствующей 33,3% вoды и 66,7 % этиленгликоля, температура замерзания - 75 °С. В водных растворах этиленгликоля с содержанием воды от 0 до 33,3 % (кривая ВС) при замерзании образуются кристаллы этиленгликоля, а вода остается в жидком состоянии. Если концентрация воды более 33,3 % (кривая АВ), при замерзании кристаллизуется вода, а этиленгликоль остается в жидком состоянии. В точке В одновременно кристаллизуются и этиленгликоль, и вода.