Знание принципов работы защитит от ошибки!

Двигатель должен эффективно охлаждаться в любой ситуации

Заправляя свой автомобиль топливом, водитель редко задумывается над тем, что большая часть энергии, которая вырабатывается в результате сгорания этого топлива, расходуется совершенно бесполезно. Тепловой баланс обычного двигателя внутреннего сгорания выглядит таким образом, что только около 1/3 вырабатываемой двигателем энергии преобразуется в полезную работу, или, говоря иначе, направляется в привод автомобиля. Около 30% полученной энергии выбрасывается в атмосферу с выхлопными газами, еще примерно 10% уходит на преодоление сил трения, действующих в механизмах привода. Оставшиеся же приблизительно 30% энергии превращаются в тепло, и для отбора излишнего тепла в автомобилях действуют системы охлаждения (в дальнейшем СО).

Если допустить, что тепловая энергия не будет отводиться от двигателя, то за считанные секунды детали двигателя нагреются до очень высоких температур. Особенно серьезными последствиями обернется действие высоких температур на такие элементы двигателя, как головка блока, цилиндры, кольца и еще некоторые детали. За 10–15 минут работы двигателя без охлаждения может деформироваться головка блока. И в первую очередь будет повреждена прокладка между блоком и головкой, имеющая важное значение для работы СО. При повышении температуры моторное масло теряет вязкость, поршни начинают работать в цилиндрах всухую, поршневые канавки деформируются, а маслосъемные и компрессионные кольца теряют подвижность. Снижается компрессия двигателя, в масляный картер начинают прорываться выхлопные газы. Двигатель продолжает работать с очень интенсивным износом, и при длительной работе без охлаждения, в течение 15…25 мин., поршни начнут плавиться, а это может привести к заклиниванию двигателя.

Но чтобы предотвратить исполнение таких грустных сценариев, излишки тепла необходимо отводить от двигателя, причем при любых режимах эксплуатации. Наиболее сложными с точки зрения соблюдения теплового баланса считаются ситуации, когда в жаркий день приходится буксировать, двигаясь на подъем, нагруженный прицеп. Непростая с точки зрения теплового баланса и ситуация, возникающая при движении, а главным образом стоянии, в пробке летом. Но СО должна в таких условиях поддерживать температуру двигателя на нужном уровне и иметь еще некоторый запас для повышения теплообмена.

Охлаждать двигатель на нужном уровне можно только если в СО имеется необходимой производительности радиатор, или радиаторы,  когда конструкция предполагает установку отдельного радиатора для охлаждения моторного масла. Качественный радиатор, в свою очередь, должен иметь большую поверхностью охлаждения. Через эту поверхность тепло, выделяемое двигателем, передается в атмосферу. Площадь поверхности охлаждения складывается из поверхности трубок и находящихся между ними т.н. ламелей, или тонких металлических пластинок. Также радиатор должен иметь определенную емкость, а его конструкция должна позволять мощным воздушным потокам обдувать охлаждающую поверхность.

Учитывая все плюсы и минусы…

Кроме указанных параметров, характеризующих производительность радиатора, при разработке СО инженеры обязательно учитывают еще один важный фактор – себестоимость радиатора. Изделие должно выполнять возложенные на него функции, но стоить при этом дешевле, чем у конкурентов.

При проектировании радиаторов охлаждения, несмотря на вышеуказанные ограничения, у разработчиков все же есть возможность для маневра: сегодня разработаны различные конструкции радиаторов, отличающихся эксплуатационными свойствами. Однако каждая конструкция имеет положительные и отрицательные качества, каждый вид рассчитан на эффективную работу в определенных границах, поэтому выбор радиатора – дело ответственное, и ни в коем случае нельзя ориентироваться только на цену.

К преимуществу механически собранных радиаторов с трубками круглого сечения перед другими типами конструкций можно отнести низкую их стоимость, поскольку цена круглых трубок значительно ниже, например, чем овальных. К тому же оборудование для производства таких радиаторов относительно дешево, все производство может разместиться в одном небольшом помещении. 

Но недостатков у этого типа радиаторов хватает: во-первых, они имеют небольшую площадь охлаждения, именно за счет использования круглых трубок. Поэтому механически собранные радиаторы практически не используются в мощных автомобилях с двигателями более 2 л. Во-вторых, конструкция по определению не очень жесткая, существует реальная угроза, что в результате действия вибрации, передающейся от работающего двигателя, в деталях и на сварных швах быстро появятся трещины. В-третьих, минусом можно назвать необходимость использования в конструкции надежных уплотнений трубок, имеющих большой рабочий ресурс. Большая часть производителей не учитывают это требование, и их радиаторы быстро выходят из строя.

Механически собранный радиатор с овальными трубками имеет значительно большую площадь охлаждения, чем описанный выше тип радиатора. Площадь увеличивает овальная форма сечения трубки, по цене же эти радиаторы занимают среднее положение между радиаторами с круглыми трубками и теми, что изготавливаются по технологии спекания.

К недостаткам этих радиаторов относится все-таки невысокая жесткость конструкции, а также очень высокие, не всегда достигаемые требования к уплотнениям трубок. Кстати, этот тип радиаторов запатентован, и, в соответствии с Законом об авторских правах, изобретатель дал разрешение на его производство только нескольким компаниям. 

Сегодня распространение получила технология изготовления радиаторов методом спекания. Однако, несмотря на популярность, эта технология не лишена минусов, и главный – высокая стоимость. Цена такого радиатора значительно выше описанных до этого конструкций, она объясняется производителями необходимостью использования дорогостоящего оборудования. Сложная технология требует больших производственных площадей, привлечения подготовленных специалистов.

Но, с другой стороны, метод спекания имеет немалые преимущества: конструкция радиатора получается очень жесткой и прочной. Поэтому радиаторы этого типа рекомендуют особенно устанавливать в машины с дизельными двигателями, работающими с повышенной вибрацией. Площадь охлаждения значительна, поскольку используются овальные трубки, прочно связанные с ламелями и алюминиевыми бортами. Борта являются одновременно и основаниями, в которых размещены пластиковые бачки радиатора, укрепленные с помощью резиновых прокладок типа O-ring. Использование прокладок O-ring связано с тем, что они лучше противостоят различным физическим воздействиям, чем те прокладки, что применяются при монтаже собираемых механически радиаторов.

Самыми дорогими и качественными являются радиаторы, изготовленные полностью из алюминия. Элементы радиатора соединяются между собой с помощью пайки, в конструкции отсутствуют уплотнения и пластиковые элементы. Безусловно, по сравнению с описанными выше радиаторами этот тип имеет наибольшую степень теплообмена, а конструкция обладает высокой прочностью и служит очень долго. Радиаторы, созданные из высококачественного алюминия, применяют в системах охлаждения автомобилей представительского класса, оснащенных мощными двигателями. Например, Audi A8 6.0 V12/48v с двигателем мощностью 450 л.с. 

Недостаток в виде немалой цены алюминиевого радиатора объясняется необходимостью применения дорогих материалов, самых современных и дорогостоящих технологических линий, цену повышает и использование в изделиях научных разработок, т.н. ноу-хау.

Надо сказать, что существуют и другие типы радиаторов, они в основном устанавливаются на спортивные автомобили. Это радиаторы, изготавливаемые в индивидуальном порядке либо же мелкосерийными партиями. Их разрабатывают специально для использования с конкретным двигателем, разработанным для участия в ралли и дрифт-гонках. Эти радиаторы в основном полностью алюминиевые, но производятся по особенной, отличной от описанных выше технологии.

Следует сказать, что очень распространенные прежде паяные медные радиаторы практически потеряли свою популярность из-за высокой стоимости меди и трудоемкого изготовления. В технологии их производства используется главным образом ручной труд.

Антифриз – главный элемент теплообмена

Важнейшей функцией охлаждающей жидкости (в дальнейшем ОЖ) является теплообмен между двигателем и радиатором. Кроме отвода около 30% тепла, получаемого от сгорания топлива, ОЖ должна отвечать некоторым требованиям, среди которых свойство не кристаллизоваться при низких температурах, а также не закипать, не подвергаться кавитации – при высоких. Также качественная ОЖ должна останавливать развитие коррозии в элементах двигателя и радиатора, препятствовать образованию и выпадению твердых осадков в СО.

Предлагаемые рынком ОЖ имеют значительные отличия в свойствах. Теоретически с охлаждением двигателя вполне эффективно справляется обычная вода, которая имеет достаточно высокую, необходимую для качественного теплоотвода, теплоемкость. Но, к сожалению, вода уже при 0°C становится недвижимой, не отвечает вода и еще ряду необходимых сегодня качеств, которые присутствуют в ОЖ ведущих брендов.

В качестве ОЖ, особенно в зонах с умеренным климатом, как правило, используют раствор из воды и этиленгликоля, что наиболее часто, либо полипропиленгликоля, смешанных в пропорции 1:1. Одним из основных отличий между этиленгликолем и полипропиленгликолем является то, что последнее вещество с понижением температуры не кристаллизуется, но вязкость его возрастает вплоть до потери текучести.

В состав раствора ОЖ добавляют ингибиторы коррозии или антикоррозионные присадки. По мере эксплуатации жидкости антикоррозионные соединения теряют позитивные свойства, поэтому антифриз следует периодически менять, ориентируясь либо на рекомендации производителя машины, либо на срок эксплуатации, указываемый на упаковке ОЖ.

Обычно производители предлагают сегодня антифризы уже готовыми к заправке в СО. Но можно приобрести ОЖ и в концентрированном виде, без водной составляющей. В таких жидкостях содержание гликоля около 90…95%, а оставшиеся проценты – различные добавки. Сюда относятся и антикоррозионные химикаты, и стабилизаторы, увеличивающие срок эксплуатации антифриза, и противопенные присадки, и нейтрализующие основания.

В обычной ОЖ содержание концентрата находится на уровне 40…60%, причем наиболее эффективной считается пропорция из 50% концентрата и 50% дистиллированной воды, такой раствор начинает кристаллизоваться при температуре около –35°С. Неверный выбор пропорции, в котором, например, содержание гликоля в растворе ниже 30%, повышает риск перехода жидкости в СО в твердое состояние. Также заниженное содержание гликоля способствует интенсивному развитию коррозии. Но и высокая концентрация гликоля вредна. Повышается температура кипения ОЖ, содержание гликоля в растворе более 70% может даже привести к перегреву двигателя.

Какой антифриз лучше?

В настоящее время при производстве ОЖ используются три основные технологии. Первая из них – аддитивная технология, или технология IAT (Inorganic Additive Technology). Она основана на добавлении в ОЖ неорганических веществ. Жидкость, произведенная по технологии IAT, содержит силикаты и нитриты, которые создают защитную пленку на внутренних поверхностях деталей системы охлаждения, включая и резиновые рукава. Такое покрытие хорошо защищает от коррозии, а также и от отложений накипи.

Но у технологии есть и существенный недостаток. Силикаты быстро осаждаются, и тем самым защитные свойства хладагента пропадают. Осажденные же силикаты образуют шлаковые отложения, которые при определенных обстоятельствах могут полностью закрывать проходы в тонких трубках радиатора, отложения способствуют появлению трещин в стенках трубок. Если отложения «находят себе место» между валом насоса ОЖ и уплотнительным кольцом, то в узле возрастает трение, быстро изнашиваются взаимодействующие элементы, и со временем это обязательно приводит к протечке антифриза через уплотнение.

Жидкость, получаемая с помощью технологии IAT, очень эффективно противостоит коррозии, особенно в двигателях с чугунным блоком цилиндров и алюминиевой головкой. Но, учитывая отрицательные свойства таких жидкостей, специалисты рекомендуют менять их каждые 2 года.

В состав антифризов, полученных по технологии OAT (Organic Acid Technology), дополнительно добавляются органические кислоты, эти ОЖ еще называют карбоксилатными антифризами. Силикатов в этом виде ОЖ нет, охлаждающая субстанция устраняет появляющиеся оксиды металлов и создает очень тонкую пленку, которая защищает поверхности от коррозии. Толщина защитного слоя в 20 раз тоньше покрытия, создаваемого антифризом, полученным по технологии IAT. Это существенно улучшает теплопередачу как от двигателя к ОЖ, так и от жидкости к стенкам трубок радиатора.

Но и в этой технологии не обошлось без недостатков. Полученную жидкость нельзя использовать в автомобилях «со стажем», поскольку между органическими кислотами и свинцовой пайкой возникают нежелательные реакции. Однако в современных автомобилях этот антифриз отлично защищает от коррозии детали двигателя, радиатора, очень эффективно отводит тепло от двигателя и передает его деталям радиатора, имеет продолжительный срок службы. Жидкость, произведенная в варианте LongLife, с добавлением стабилизаторов, не теряет своих качеств до 5 лет.

Еще одна современная технология, HOAT (Hybryd Organic Acid Technology), называется также гибридной технологией органических добавок. А ОЖ, полученные по этой технологии, у нас называют гибридными антифризами. Их особенностью является то, что в состав входят и силикаты, и органические кислоты. Такие ОЖ совместимы с традиционными антифризами, полученными по технологии IAT, но отличаются от последних повышенным сроком эксплуатации. Содержащаяся в них некоторая часть неорганических силикатов, наряду с низким уровнем pH, обеспечивает значительно лучшую, по сравнению с традиционными ОЖ, защиту от разрушения деталей из алюминия, увеличивает срок службы насосов, подверженных очень часто явлению точечной коррозии.

Цвет – это только цвет?

В 90-х годах прошлого века производители антифризов начали активно добавлять в ОЖ красители, и с того времени действует миф, согласно которому нельзя смешивать антифризы разных цветов, а выбрав для эксплуатации жидкость определенного цвета, в дальнейшей практике следует антифриз этого же цвета и применять.

Действительно, большая часть ОЖ, изготовленных по технологии IAT, окрашивается в бледно-зеленый или темно-синий цвет. Антифризы, изготовленные по технологии OAT, по большей части имеют красный цвет или розовый, а также могут быть оранжевыми, фиолетовыми и даже бывают бесцветными. Некоторые производители используют цветовые добавки, меняющие окраску в зависимости от угла падения на них света. В этом вопросе нет каких-то правил или положений, свидетельствующих, что цвет является признаком определенного типа антифриза.

Причиной использования красителей прежде всего являются соображения безопасности от случайного употребления вместо воды, окрашивание также может использоваться в качестве маркетингового приема. Цвет антифриза говорит о наличии в его составе пакета присадок, но цвет жидкости никак не связан с типом применяемого ингибитора. Так что для получения точных сведений о составе ОЖ желательно внимательно изучить информацию на этикетке, а не оценивать ее окраску.

Может ли повредить «пестрая» смесь?

Среди готовых жидкостей и концентратов часто встречаются специализированные продукты с точки зрения специфики их использования. Например, ОЖ с увеличенными, минимум до 3 лет, сроками эксплуатации или с повышенной эффективностью охлаждения. Промышленность производит специальные антифризы, рекомендуемые для использования в старых авто.

Недавно появился новый вид антифризов, которые заняли промежуточное положение между гибридными и карбоксилатными антифризами. Они изготавливаются по технологии, получившей название у одного производителя Lobrid, у другого – SOAT. Суть технологии в добавлении присадок из карбоксилатов, а также небольшого количества неорганических компонентов, как правило, силикатов. Антифризы, полученные по новой технологии, не конфликтуют при смешивании ни с антифризами, получаемыми по технологии IAT, ни с ОЖ увеличенного срока эксплуатации, для производства которых использовались технологии OAT и HOAT.

Все традиционные ОЖ, которые производятся на основе этиленгликоля, можно безболезненно смешивать. А вот на современные антифризы, бессиликатные, нужно обратить особое внимание. В их состав входят такие вещества, препятствующие замерзанию, которые при контакте с традиционными антикоррозионными присадками классических ОЖ могут частично или даже полностью потерять свои эксплуатационные качества. Важно помнить, что смешивание жидкостей с различными пакетами присадок недопустимо, потому что они имеют различные показатели pH и их химсоставы несовместимы.

Ингибиторы коррозии, являющиеся важными компонентами ОЖ, активны только в узком диапазоне значений pH. Лишь при таких условиях защищают они от коррозии элементы системы охлаждения. Также и при конструировании СО закладываются компоненты, рассчитанные на контакт с определенным видом антифриза. Поэтому, если залить в СО антифриз другого типа, имеющий другие свойства и состав, то, безусловно, могут возникнуть технические проблемы. Смешивание антифризов с различными свойствами может превратить техническую жидкость в химически агрессивную. Антикоррозионные присадки, содержащиеся в антифризах разных типов, также могут входить в химическую реакцию между собой, вызывая выпадение осадков, снижая эффективность отвода тепла.

Смешивание между собой двух антифризов различных марок, но полученных по одной технологии, не повлечет никаких отрицательных последствий, но гарантированно безопасным является использование в двигателе ОЖ одной и той же марки, выпускаемой одним производителем. Также хорошим решением является использование антифриза, рекомендованного производителем автомобиля, поскольку это оптимальный вариант для конкретного двигателя.

Определить, насколько качественный тот или иной антифриз, довольно сложно, а без лабораторного оборудования порой невозможно. Также сложно выбрать на глаз и радиатор нужной конструкции. Рекомендации в таких случаях традиционные – покупать в специализированных проверенных предприятиях, а не в случайных местах. Обращать внимание на внешний вид упаковки, это немаловажный фактор. Хороший товар редко хранят и транспортируют небрежно. Этикетка качественного продукта, как правило, хорошо сделана и приклеена. Штрихкод, рисунки, буквы и цифры на ней четкие, не «раздавленные» и не расплывчатые. Информация о товаре – не рекламная, а конкретная техническая – аннотация к применению, температуры кипения и замерзания, срок хранения, номер партии с датой выпуска. Ну и, конечно, координаты фирмы-изготовителя.