Кавитация антифриза что это
Антифриз (Часть 1)
Свойства охлаждающих жидкостей разных типов для тяжелой техники
В западной технической литературе любая охлаждающая жидкость (ОЖ) именуется «антифриз», т. е. «низкозамерзающая жидкость». В России антифризом традиционно называют примитивную ОЖ, применяемую вначале как альтернатива чистой воде и состоящую из смеси этиленгликоля c водой практически без присадок. ОЖ более совершенного состава – этиленгликоль, вода и пакет присадок – в России носит название ТОСОЛ. Эта торговая марка ОЖ, специально разработанной в свое время в ГосНИИОХТе (Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии), своевременно не была зарегистрирована, поэтому ТОСОЛ выпускают сейчас различные предприятия с разными пакетами присадок и название ТОСОЛ стало именем нарицательным для ОЖ на основе этиленгликоля с присадками.
В статье приведены иностранные обозначения антифризов и их компонентов, поскольку их часто используют в современной русской технической литературе.
Неисправности в тяжелых дизелях, связанные с системой охлаждения
По некоторым данным, до 22% неисправностей двигателей непосредственно, а до 40% и косвенно связано с охлаждением.
Кавитация (от лат. cavitas – пустота) – это образование в охлаждающей жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, что может происходить, например, при увеличении ее скорости или в результате мощной высокочастотной вибрации гильз цилиндров (гидродинамическая кавитация). Физически кавитация близка к процессу закипания жидкости. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек схлопывается, излучая при этом ударную волну. Возникает разрежение между поверхностью металлической детали и охлаждающей жидкостью, выбивающее оттуда молекулы и мельчайшие кусочки металла. Это происходит миллионы раз, в результате чего стенки гильз и лопасти жидкостного насоса разрушаются и в них образуются каверны и сквозные отверстия, будто проколотые иглой. Кавитация может разрушить практически любое вещество.
Одной из причин разрушения гильз цилиндров «мокрого» типа являются блуждающие паразитные токи, проходящие через ОЖ на «массу». При коротком замыкании в электропроводке ток течет на «массу» по пути наименьшего сопротивления. Часто этим путем оказывается система охлаждения. Электроток, проходя через ОЖ, быстро разлагает нитриты, содержащиеся в некоторых присадках, а ведь именно эти присадки защищают гильзы цилиндров от кавитации.
Известен факт: в США тяжелый магистральный грузовик, находившийся вроде бы в прекрасном состоянии, вышел в рейс, и через 9,5 тыс. км пути у него полностью вышел из строя двигатель – разрушились гильзы цилиндров. Причиной стало короткое замыкание в стартере.
Достаточно распространены и другие причины – отложения накипи и шлама, действие хлоридов, содержащихся в воде: в особо серьезных случаях эти соединения обезуглероживают чугун до такой степени, что гильзы цилиндров становятся хрупкими, будто они из песка.
Накипь образуется на горячих стенках гильз за счет выпадения в осадок солей кальция и магния, содержащихся в ОЖ, которые вместе с частичками примесей и продуктов коррозии «прикипают» к поверхностям нагретого металла. Слой накипи имеет очень малую теплопроводность, т. е. ухудшает теплоотвод, и детали цилиндропоршневой группы перегреваются. Традиционные ОЖ, содержащие силикаты, имеют такое неприятное свойство, как образование гелей. Жидкости, содержащие фосфаты, могут образовывать нерастворимые осадки – шлам, т. е. илистые отложения минерального (или органического) происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора. Эти гели и осадки блокируют термостат, засоряют радиатор и протоки рубашки охлаждения, что приводит к нарушению охлаждения двигателя.
Кавитация, образование накипи и многие другие явления в системе охлаждения связаны со свойствами охлаждающей жидкости. Поговорим о них подробнее.
Типы антифризов
ОЖ разных типов. В настоящее время применяют охлаждающие жидкости, изготовленные на основе этиленгликоля или родственного ему спирта – пропиленгликоля. Обычно содержание гликоля в воде составляет от 30 до 60%. Именно при таком составе ОЖ обладает самой низкой температурой охлаждения и высокой температурой кипения (лучше, чем у чистого этиленгликоля и тем более воды). По физическим свойствам этиленгликоль и пропиленгликоль (и их смеси с водой) весьма похожи. По некоторым данным, при использовании ОЖ на основе пропиленгликоля увеличивается срок службы уплотнений жидкостных насосов двигателей. Никаких значительных различий в ресурсе шлангов и уплотнений гильз цилиндров, а также в темпах расхода присадок обнаружено не было. Известны результаты испытаний, по которым пропиленгликоль показал некоторые преимущества при защите от кавитационной коррозии. Разница между этиленгликолем и пропиленгликолем в том, что этиленгликоль очень ядовит для человека, может абсорбироваться даже через кожу, а пропиленгликоль менее опасен, зато дороже этиленгликоля приблизительно в 10 раз. Поэтому ОЖ на основе пропиленгликоля составляют в общем объеме продаж на рынке около 1%.
Отечественная химическая промышленность выпускает ТОСОЛы на базе этиленгликоля марок А-40, А-60 и А-65, имеющие температуру замерзания –40, –60 и –65 °С соответственно. Заметим, что температура замерзания, указанная на упаковках ОЖ, это температура, при которой в ней образуются первые кристаллы льда, т. е. до полного затвердевания еще далеко.
Антифризы разных типов различаются присадками, введенными в этиленгликоль (доля присадок, используемых для изготовления охлаждающих жидкостей двигателей, как правило, меньше 3% по массе). Назначение всех пакетов присадок одинаковое, но по химическому составу они могут кардинально различаться. ОЖ традиционного состава содержат пакеты присадок на основе солей неорганических кислот: силикатов, нитритов и т. д. ОЖ, произведенные по карбоксилатной технологии (англ. аббревиатура OAT, organic acid technology), содержат ингибиторы коррозии – соли органических кислот (карбоксилаты).
«Обычные» ОЖ. Для предотвращения вспенивания в состав «обычных» антифризов добавляют антипенные присадки, а поскольку этиленгликоль оказывает на металлы коррозионное действие, добавляют и антикоррозионные присадки. В антифризы для дизельных двигателей включают также присадки для защиты гильз цилиндров «мокрого» типа от воздействия кавитации.
Силикаты – это ингибитор коррозии алюминия.
Декстрин – углевод типа крахмала, он защищает от коррозии припои, алюминий и медь.
Толилтриазол – ингибитор коррозии цветных металлов: меди и ее сплавов, никеля, цинка, свинца и серебра.
Нитраты защищают от коррозии черные металлы.
Нитриты защищают от кавитации.
Нитриды также защищают от кавитации (но в меньшей степени, чем нитриты).
Бораты защищают от кавитации и поддерживают уровень щелочного числа (нейтрализуют кислоты).
Молибденаты защищают от кавитации, молибденовокислый натрий защищает от коррозии цинковые и хромовые покрытия. Такие ТОСОЛы имеют индексы «М»: А-40М, А-60М и А-65М.
Фосфаты защищают от кавитации, от коррозии алюминий и черные металлы, частично – медные детали, поддерживают уровень щелочного числа (нейтрализуют кислоты). Фосфаты добавляют в состав многих антифризов производства компаний США и Японии. Европейские производители автомобилей не рекомендуют использовать ОЖ, содержащие фосфаты, в Европе пользуются антифризами, содержащими другие ингибиторы. Причина в том, что вода в Европе более жесткая, чем в США и Японии, и фосфаты, взаимодействуя с жесткой водой, способствуют образованию накипи из солей кальция или магния на теплопередающих поверхностях. До 90% отечественных «обычных» ОЖ производится с использованием силикатов и нитритов.
Конечно, лучше использовать современный готовый антифриз, специально предназначенный для тяжело нагруженных дизелей, но даже в таких ОЖ силикаты и нитриты быстро истощаются, и через 30…40 тыс. км пробега автомобилей ОЖ практически полностью теряет защитные свойства. Использование нитридных присадок сопряжено с множеством трудностей. Во-первых, нитриды довольно быстро истощаются. Во-вторых, сами по себе нитриды нестабильны и могут выпадать в осадок, образуя в системе охлаждения осадки и гель. В-третьих, увеличение концентрации этих присадок приводит к коррозии алюминиевых сплавов и припоя. Практически неорганические нитридные присадки не могут обеспечить защиту от кавитации гильз «мокрого» типа на уровне, какого требуют условия эксплуатации современных дизельных двигателей. Заметим также, что силикаты, фосфаты и бораты ядовиты и чрезвычайно опасны для окружающей среды и человека.
По мере работы «обычной» ОЖ содержание присадок уменьшается, и в нее следует вводить дополнительные присадки. Однако делать это следует осторожно, поскольку слишком высокое содержание нитритов может вызвать коррозию металла припоев, а чрезмерное содержание других присадок вызывает повышение общей концентрации растворенных твердых веществ, что создает опасность выпадения твердых отложений и ухудшения охлаждения. Заметим, что пакеты присадок сбалансированы, и в случае нарушения композиции за счет быстрого расхода одного из компонентов ОЖ утрачивает свои свойства. Поэтому, чтобы обезопасить систему охлаждения от выпадения отложений, рекомендуется полностью заменять «обычную» ОЖ через каждые два года.
Главным недостатком ОЖ, произведенных по традиционной технологии, является неспособность присадок на основе неорганических соединений защищать алюминий (и другие металлы) при температурах свыше 105 °С и при мощных тепловых потоках.
Антифризы, предназначенные для бензиновых легковых автомобилей, нельзя использовать для дизельных двигателей, особенно высоконагруженных. Правда, существуют «универсальные» антифризы, которые, как утверждают их производители, можно применять и для легковых автомобилей, и для тяжелой техники. Универсальный состав содержит достаточно силиката, чтобы обеспечить надлежащую защиту алюминия, но не настолько высокий, чтобы его нельзя было использовать в тяжелых транспортных средствах.
Присадки SCA. Для защиты гильз цилиндров «мокрого» типа от кавитации в высоконагруженных дизелях в состав «обычной» ОЖ обязательно должны быть введены дополнительные присадки, содержащие нитрит (англ. аббревиатура SCA – supplemental coolant additive). Следует учесть, что существует два основных типа присадок SCA: одни содержат нитриты/ бораты, другие – нитриты/ молибденаты/ фосфаты. Смешивать ОЖ, содержащие присадки SCA разных типов, не рекомендуется, как и приобретать подозрительно дешевые присадки SCA, которые могут оказаться подделкой и нанести системе охлаждения лишь вред. Проверьте, указано ли на упаковке, какому стандарту соответствует присадка – например, ASTM D-5752: это будет хоть какой-то гарантией качества продукта.
ОЖ увеличенного срока службы. Чтобы решить проблему быстрого старения ОЖ, в последние годы разработаны охлаждающие жидкости увеличенного срока службы (англ. аббревиатура ELC – extended life coolant) для современных высокофорсированных дизелей, в которых ингибиторами кавитации и коррозии в большинстве случаев служат карбоксилаты, устойчивые к окислению и тепловому воздействию органические кислоты (англ. аббревиатура ОАТ – Organic Acid Technology). Они защищают металлические детали, в том числе алюминиевые, образуя тонкую окисную пленку, причем только на очагах коррозии. Благодаря «адресной» защите расход присадок происходит гораздо медленнее. Карбоксилатные антифризы не образуют в процессе эксплуатации гелей и осадка. Производители этих ОЖ обещают, что они могут использоваться без замены до 1 млн. км, 5 лет или 12 000 моточасов. На упаковке таких антифризов западные производители ставят маркировку «G12».
«Обычные» ОЖ образуют на поверхности металла защитный слой, достигающий порой 0,5 мм. Защищая металл от коррозии, этот слой одновременно значительно ухудшает теплоотвод (до 50%) за счет своей низкой теплопроводности. При этом увеличивается вероятность перегрева двигателя. Карбоксилатные охлаждающие жидкости образуют защитный слой только в местах образования коррозии толщиной 0,0006 мм. При этом на остальных теплопередающих поверхностях защитный слой, ухудшающий теплоотвод, не формируется.
Карбоксилатные антифризы не агрессивны по отношению к пластиковым, эластомерным, резино-силиконовым и другим материалам, используемым в системе охлаждения.
«Гибридные» антифризы. Существуют ОЖ на основе органических кислот с добавлением неорганических ингибиторов (например, нитритов, силикатов и/ или фосфатов), такие антифризы часто называют гибридными (англ. аббревиатура Hybrid OAT, HOAT). Также иногда гибридными называют антифризы, созданные на основе некарбоксилатных органических кислот, таких как бензоаты (соли бензойной кислоты), и др. Карбоксилатные ОЖ, содержащие нитриты, иногда называют «созданные по технологии нитритных органических кислот» (англ. аббревиатура Nitrit OAT, NOAT).
Все об антифризе: как выбрать, когда менять, от чего зависит цвет
Что такое антифриз
Помимо того, что она могла замерзнуть в холодную погоду при неработающем двигателе, она также способствовала образованию коррозии и накипи на деталях. В результате, водителю приходилось постоянно сливать и наливать воду в машину, что было неудобно. Впрочем, решением это проблемы ученые занялись еще в начале прошлого века, и первые антифризы на основе глицерина появились в 1920-х.
Зачем нужен антифриз
Главная функция антифриза — охлаждение двигателя. Принцип действия достаточно прост: жидкость циркулирует по системам благодаря особому насосу и охлаждает мотор, а также поддерживает его оптимальную температуру. Однако это не единственная функция антифриза. Также химическая жидкость защищает систему охлаждения от замерзания, коррозии и накипи. Кроме этого, антифриз предохраняет резиновые шланги, уплотнители и пластмассовые детали системы от высыхания и растрескивания. Таким образом, антифриз позволяет мотору работать бесперебойно при низких температурах окружающего воздуха.
Нужно ли менять антифриз
Дело в том, что со временем могут теряться свойства присадок, которые входят в состав антифриза. В результате, уменьшаются антикоррозийные и защитные свойства жидкости, а на стенках и в каналах системы охлаждения появляются коррозийные отложения. Кусочки ржавчины могут забить радиатор или повредить термостат. Итогом этого станет перегрев двигателя, что негативно скажется на его мощности и топливной экономичности, а в будущем может закончиться и вовсе поломкой мотора.
Когда нужно менять антифриз
Чаще всего производитель сам указывает срок эксплуатации своих технических жидкостей. Просмотреть их можно в интернете или на самой емкости с антифризом. Обычно срок службы охлаждающей жидкости составляет два года. Также бывают антифризы так называемого длительного действия, которые прослужат около четырех лет.
Однако следует помнить, что если машине приходится ездить в тяжелых условиях, например, по бездорожью или в частых пробках, нагрузка на двигатель возрастает многократно, поэтому замену технической жидкости придется производить раньше указанных сроков. Так что никогда не будет лишним заглянуть в расширительный бачок и проверить антифриз. Если уровень жидкости находится ниже минимальной отметки, необходимо произвести ее замену. То же самое следует сделать, если антифриз изменил свой цвет или в нем стали заметны коррозийные осадки.
Какие виды бывают
На данный момент на рынке предлагают разные типы антифризов. Они отличаются по своему составу и цвету. Условно их можно разделить на четыре группы:
1. Неорганические (традиционные)
Такой антифриз в качестве ингибиторов коррозии содержит неорганические вещества: силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. Например, к этой группе антифризов относится применяемый еще в СССР тосол и его различные модификации. Один из минусов таких жидкостей — небольшой срок службы (около двух лет). Кроме этого, в процессе работы они образуют на всех металлических деталях двигателя оксидную пленку, которая защищает от коррозии, однако одновременно ухудшает теплоотвод. Для старых моторов это не было проблемой, а вот на новых двигателях с высокой степенью форсировки наверняка приведет к перегреву.
2. Органические (карбоксилатные)
Карбоксилатные антифризы обозначаются маркировкой G12 или G12+. Основу присадок у этих жидкостей составляют органические кислоты, которые в отличие от неорганических не образуют накипи и налета. В первую очередь, карбоксилатные антифризы подходят для современных алюминиевых двигателей.
При использовании жидкости в патрубках не образуется пленки, благодаря чему значительно увеличивается теплоотвод, Кроме этого, он не осыпается спустя какое-то время и не забивает систему охлаждения. Срок службы охлаждающей жидкости — около 5 лет. Карбоксилатные антифризы эффективно защищают металлы от коррозии и кавитации и, таким образом, обеспечивают оптимальное охлаждение двигателя.
3. Гибридные
Как не сложно догадаться по названию, гибридный антифриз (G11) содержит в себе как органические, так и неорганические кислоты. В результате, жидкость обеспечивает комбинированную защиту, но и содержит отрицательные свойства двух предыдущих видов (например, эффективность охлаждения). В среднем, срок службы гибридных антифризов составляет три года.
4. Лобридные
Лобридные антифризы (G12++ и G13) также относятся к смешанным типам охлаждающей жидкости. Они содержат органичную основу и минеральные ингибиторы. Такой состав образует очень тонкую пленку, а часть присадок действует точечно — только там, где коррозия начала появляться. Неудивительно, что такие антифризы стоят дороже всего. Высокая стоимость обуславливается сложностью производства. Лобридные антифризы рассчитаны на современные моторы.
Цвета антифриза
Также антифризы отличаются своими цветами. В продаже можно встретить синюю, красную, зеленую и даже фиолетовую жидкость. Однако важно понимать, что цвет антифриза не говорит о его составе или качестве. Красным, зеленым или синим его делают красители, которые добавляют в жидкость. При этом каких-то строгих правил здесь нет: каждая компания самостоятельно принимает решение, какой цвет применять для конкретного антифриза. Например, согласно классификации, принятой концерном VAG, гибридная жидкость окрашивается в зеленый цвет, органическая — в красный, а фиолетовой цвет используется для лобридных антифризов.
Можно ли смешивать
Смешивать разные по свойствам охлаждающие жидкости (следует помнить, что они могут быть одинакового цвета) не рекомендуется. В противном случае это может привести к образованию нерастворимого осадка. Это может обернуться ухудшением теплообмена и перегревом двигателя. Среди других негативных последствий: размягчение резиновых деталей, а также ухудшение антикоррозийных свойств и появление очагов ржавчины внутри контура системы охлаждения.
Чтобы этого не случилось, рекомендуют заливать в автомобиль антифриз, допущенный к эксплуатации непосредственно производителем самой машины. Необходимую информацию можно узнать в интернете или в сервисном центре. Чтобы не ошибиться, можно, например, купить охлаждающую жидкость, которая выпускается под брендом самого автопроизводителя.
Куда заливать антифриз
У большинства автомобилей антифриз заливается через расширительный бачок. Перед этим процессом нелишним будет прочитать инструкцию по эксплуатации машины. Не стоит лить слишком быстро и много — это грозит образованием воздушной пробки. После этого следует завести двигатель и дать ему поработать около 10 минут. При этом нужно следить за состоянием антифриза. При необходимости нужно долить его до конечной отметки. Стоит помнить, что охлаждающая жидкость ядовита — в случае попадания ее на кожу, необходимо сразу промыть это место чистой водой.
Чем опасен некачественный антифриз
В этом случае недалеко до капитального ремонта. Ещё раз повторюсь, что металл может лопнуть только в случае, если этому отвечают несколько факторов: высокий пробег, большой расход топлива и плачевное состояние ГБЦ.
Кавитация
Кавитация не бывает локальной, так как покрывает собой всю поверхность соприкосновения металла и охлаждающей жидкости. Собственно поэтому последствия кавитации сложно удалить с возможностью дальнейшего использования.
Кавитация опасна тем, что при схлопывании в зоне воздушного пузыря образуется область низкого давления. Из-за разницы этого самого давления пузырь не лопается, а взрывается, повреждая поверхность гильзы. Причем неважно, в каком состоянии ваш ГБЦ: проблема может появиться на совершенно новом автомобиле или не появиться вообще. Но при использовании качественного антифриза этой проблемы можно избежать, так как в составе такого средства есть анти кавитационные присадки.
Последствия кавитации разнообразны. Она может закончится лишь небольшим отверстием в гильзе, а может собой покрыть достаточно большие площади. Образование дыр неминуемо ведёт к нарастанию усталости металла и через недолгое время он лопается. В таком случае простым ремонтом уже не обойтись и придется полностью разбирать цилиндр или ГБЦ. Ещё более запущенный вариант, когда пробой сопровождается образованием прослойки ржавчины. Примечательно то, что сама коррозия образуется тем же путём схлопывания пузырей. Если в первом случае отверстие образовывалось в результате прямого воздействия кавитации, то в этом случае оно вызвано усталостью металла.
Внешние факторы использования некачественного антифриза
Первым важным и очевидным фактором, говорящем о некачественном антифризе становится обилие солей на крышке бачка антифриза и радиатора охлаждения. ДЕло в том, что некачественный антифриз быстро испаряется, а при испарении остается осадок, который часто забивает клапаны системы охлаждения. Как только нарушается работа клапана во всей системе происходит резкое повышение давления и разрыв радиатора охлаждения. Это единственный случай, когда радиатор можно сломать.
От плохого антифриза страдает крыльчатка, потому что она также подвержена кавитации и коррозии, при этом нарушается циркуляция охлаждающей жидкости. В этом случае скоро ждите поломку.
Но самое страшное, что может случиться при использовании некачественного антифриза: образование задиров. Самая страшная вещь, так как они появляются только при совокупности нескольких проблем. В этом случае сложно что-то принимать, так как поведение охлаждающей жидкости в этом случае зависит от ряда поломок: нарушение подачи воздуха, масло жор, низкое давление, прорыв помпы или всё вместе. Именно из-за неизвестности причин поломки рекомендую заливать качественный антифриз.