shadow
Антифриз в вопросах и ответах (Часть 1)

Антифриз в вопросах и ответах (Часть 1)

Статьи/Обзоры | 108

Каковы тенденции в современном производстве охлаждающих жидкостей для дизельных двигателей большой мощности дорожно-строительных и других специальных машин? Мы опросили ряд специалистов данной отрасли и предлагаем читателям ознакомиться с их мнениями и рекомендациями.

Сначала давайте условимся о терминах. В нашей стране антифризом издавна называли простейшую незамерзающую охлаждающую жидкость (ОЖ), состоящую из этиленгликоля и воды без всяких присадок. ОЖ более совершенного состава со сбалансированным пакетом присадок принято было называть «тосол». Но в последние десятилетия под влиянием западной продукции все чаще наименование «антифриз», как и на Западе, используют для обозначения обычной охлаждающей жидкости, а термин «тосол» используется все реже. Мы также будем использовать термин «антифриз» для обозначения современных охлаждающих жидкостей.

Для справки мы будем приводить англоязычные аббревиатуры, обозначающие различные по химическому составу ОЖ, так как эти аббревиатуры встречаются в иностранной технической литературе, их можно видеть на этикетках ОЖ иностранных производителей, и нередко отечественные авторы, пишущие об антифризах, также используют эти обозначения.

Какие виды антифризов по химическому составу используются для систем охлаждения дизелей большой мощности дорожно-строительных машин?

Практически все концентрированные антифризы для систем охлаждения двигателей тяжелой техники примерно на 95–97% состоят из этиленгликоля (или пропиленгликоля, который менее токсичен) и 3–5% присадок. Чтобы получить из концентрата готовую к работе ОЖ, его разбавляют дистиллированной (деминерализованной) водой обычно в соотношении около 50/50.

Пакеты присадок антифризов призваны выполнять следующие задачи: предотвращать коррозию, отложение накипи, аэрацию (насыщение антифриза пузырьками воздуха), образование кислот. Кроме того, в отличие от антифризов для бензиновых двигателей легковых автомобилей в антифризы для дизельных двигателей тяжелой спецтехники включают также присадки для защиты гильз цилиндров «мокрого» типа (находящихся в рубашке охлаждения) от воздействия кавитации и ее последствий – питтинговой коррозии деталей, которая может разрушать наружные поверхности гильз и даже в конце концов «проедать» их насквозь, если этот процесс не остановить.

Антифризы для дизельных двигателей делятся на следующие основные категории, отличающиеся по химическому составу присадок.

Неорганические. ОЖ традиционного химического состава с присадками на основе солей неорганических кислот (англ. аббревиатура IAT). Для краткости будем условно называть их «ОЖ с неорганическими присадками». Выдающееся место среди неорганических присадок занимают присадки на основе нитритов, которые хорошо себя зарекомендовали в качестве ингибиторов питтинговой коррозии гильз цилиндров.

Присадки на основе силикатов – это наилучший ингибитор коррозии алюминия. До 90% отечественных «обычных» ОЖ производится с использованием силикатов и нитритов. Бораты защищают от кавитации и поддерживают уровень щелочного числа (нейтрализуют кислоты). Молибденаты защищают от кавитации, молибденовокислый натрий защищает от коррозии цинковые и хромовые покрытия. Фосфаты защищают от кавитации, от коррозии алюминий и черные металлы, частично – медные детали, поддерживают уровень щелочного числа.

Однако силикаты, фосфаты и бораты очень ядовиты и опасны для окружающей среды и людей. Присадки, содержащие силикаты, имеют такое неприятное свойство, как образование гелей. Силикаты имеют ограниченную растворимость в охлаждающей жидкости, и из-за этого при превышении уровня их содержания существует риск засорения радиатора. Для предотвращения выпадения осадка силиката в высококачественных антифризах содержатся силикатные стабилизаторы.

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, могут образовывать шлам, т. е. илистые отложения, которые способствуют образованию накипи из солей кальция или магния, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения на теплопередающих поверхностях двигателя и в нижнем бачке радиатора. Эти гели и осадки блокируют термостат, засоряют радиатор и протоки рубашки охлаждения, что приводит к нарушению охлаждения двигателя.

Главным недостатком присадок на основе неорганических соединений является неспособность защищать алюминий (и другие металлы) при температуре свыше 105 °С и при мощных тепловых потоках.

Органические. Активно набирающие популярность в настоящее время ОЖ с присадками на основе солей органических кислот (карбоксилатов, то есть содержащих углерод – англ. OAT). Для краткости будем условно называть их «ОЖ с органическими присадками». Карбоксилаты устойчивы к окислению и тепловому воздействию, они также считаются ингибиторами кавитации и коррозии.

Гибридные. Гибридными называют антифризы с присадками на основе органических кислот с добавлением одной или нескольких неорганических присадок (например, нитритов, силикатов и/ или фосфатов) для защиты от кавитации (англ. HOAT). Если в состав присадок входят нитриты, такие гибридные ОЖ принято называть NOAT. Соответственно ОЖ с присадками на основе солей органических кислот и с неорганическими, не содержащими нитритов, обозначаются аббревиатурой NF OAT. Также иногда гибридными называют антифризы, созданные на основе некарбоксилатных органических кислот, таких как соли бензойной кислоты и др.

Каждая из перечисленных технологий имеет свои преимущества и недостатки. Все эти антифризы с присадками различного химического состава отлично работают, но каждый в определенных условиях, для которых они разработаны. Какой состав подойдет лучше всего, зависит от комплектации машины, условий ее работы и уровня организации ее техобслуживания. Поэтому ведущие производители предлагают целые линейки различных сортов ОЖ.

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 много, чтобы его нельзя было использовать в тяжелых транспортных средствах.

Потребителю интересно не столько, к какому типу относится антифриз, сколько ответ на вопрос: обеспечит ли данная ОЖ защиту системы охлаждения двигателя машины в данных конкретных условиях эксплуатации? Для получения ответа на этот вопрос необходимо выяснить, что рекомендует производитель двигателя/ машины.

Почему в современных антифризах для тяжелой техники возникла тенденция отказа от использования нитритов?

Нитриты. Лет двадцать назад в системах охлаждения дизелей тяжелой дорожно-строительной техники больше всего использовались антифризы с присадками на основе солей неорганических кислот (IAT). Практически во всех таких антифризах применялись нитриты (иногда с молибдатами).

Преимущества нитритов. По результатам исследований одного из производителей техники за счет введения нитритов в состав ОЖ с увеличенным сроком службы было достигнуто 36%-ное уменьшение воздействия кавитации на гильзы цилиндров. Благодаря этому удалось создать ОЖ с рекомендованным интервалом замены 12 000 моточасов или 6 лет.

Каков же механизм защиты нитритами (и молибдатами) деталей двигателя? В результате химической реакции с участием нитритов ржавчина на поверхности гильз цилиндров, мягкая и рыхлая субстанция, превращается в намного более твердое вещество. Образуется защитный слой. Большим преимуществом нитритов является то, что они восстанавливают защитную окисную пленку на поверхности чугунных гильз немедленно после того, как в результате взрыва очередного воздушного пузырька при кавитации пленка оказывается прорванной. Это предотвращает образование коррозии или питтингового износа.

Недостатки нитритов. Почему же все-таки в мире возникла и развивается тенденция отказа от использования нитритов и перехода на менее отработанную технологию антифризов на основе солей органических кислот (ОАТ)?

Поскольку реакция преобразования ржавчины необратима, нитриты (и силикаты) в составе антифриза довольно быстро расходуются и уровень их содержания должен постоянно пополняться. В противном случае обычный антифриз может практически полностью потерять защитные антикавитационные свойства через 30–40 тыс. км пробега машины.

К тому же конструкторы современных двигателей, стремясь уменьшить их массу, заменяют чугунные, медные и латунные детали на алюминиевые (например, алюминиевые радиаторы вместо медных, патрубки, жидкостные насосы, модули для монтажа фильтра, интеркулеры, радиаторы и жидкостные отопители). При определенных условиях, например, когда велика теплонапряженность, а концентрация нитритов будет выше определенного уровня и не будут предприняты некоторые меры для защиты алюминия, нитриты могут вступать в реакцию с алюминием, в результате начинается коррозионный процесс, и образуется газообразный аммиак, который увеличивает кислотность (pH) антифриза, защитная пленка на поверхности алюминия растворяется, и металл начинает контактировать с ОЖ, при этом уровень содержания нитритов в ОЖ уменьшается.

Однако многие специалисты не согласны с таким категорическим утверждением. Исследования некоторых производителей дорожно-строительной и специальной техники показали: если алюминиевая деталь «пассивирована» надлежащим образом (то есть обработана или на нее нанесено покрытие, которое уменьшает способность металла поверхности вступать в химические реакции), то алюминий не будет вступать в реакцию с нитритами и корродировать.

И еще: защитный слой, образуемый нитритами, имеет низкую теплопроводность. Толщина слоя порой может достигать 0,5 мм, что значительно (до 50%) ухудшает теплоотвод и увеличивает риск перегрева двигателя.

И все же ряд специалистов и в настоящее время считают, что нитриты (или нитриты с молибдатами) – это единственные химические вещества, чья способность защищать детали дизельных двигателей от вредного воздействия кавитации совершенно точно доказана и подтверждена на практике. К тому же нитриты хорошо работают с медными и латунными деталями, а с металлами паяных соединений лучше всего работают молибдаты.

Почему же данное мнение разделяют не все специалисты? Дело в том, что на практике примерно у трети дизельных двигателей кавитации никогда не бывает, в системах охлаждения таких двигателей может успешно работать любая ОЖ. У другой трети дизелей кавитация случается, но проблема может быть решена путем использования нитритов. Кроме того, в этих двигателях уменьшают вредное воздействие кавитации органические присадки (ОАТ), обеспечивая дизелям приемлемый срок службы. Оставшаяся треть – это наиболее мощные, теплонапряженные и/ или конструктивно несовершенные дизели, и эти проблемы уже не устранишь. Нитриты/ молибдаты могут лишь уменьшить вредное влияние кавитации и обеспечить им более-менее удовлетворительные сроки службы.

Карбоксилаты. На «органические» антифризы с карбо­ксилатами в качестве ингибиторов кавитации и коррозии для современных высокофорсированных дизелей переходят в последние годы, чтобы уйти от проблем быстрого истощения присадок-нитритов, отрицательного влияния нитритов на алюминиевые детали и ухудшения теплопроводности в результате образования нитритами защитного слоя на поверхности гильз цилиндров.

ОЖ с органическими присадками (ОАТ) показывают удовлетворительные результаты при защите гильз цилиндров «мокрого» типа от кавитации и в настоящее время широко используются в системах охлаждения дизельных двигателей большой мощности в странах Европы и Азии, где нитриты запрещены.

Преимущества карбоксилатов. Карбоксилаты защищают металлические детали, в том числе алюминиевые, образуя на поверхности металлов окисную пленку толщиной в одну молекулу – 0,0006 мм, причем только в зонах, подверженных вредному воздействию кавитации и коррозии. На остальных теплопередающих поверхностях защитный слой, ухудшающий теплоотвод, не формируется. Благодаря «адресной» защите, а также тому, что эта реакция обратимая, присадки-карбоксилаты расходуются намного медленнее, чем нитриты, и следовательно, не нуждаются в постоянных проверках и пополнении. Карбоксилатные антифризы не образуют в процессе эксплуатации гелей и осадка, которые ухудшают теплообмен. К тому же отсутствие в составе нитритов помогает избежать образования аммония и увеличения кислотности (pH). Карбоксилатные антифризы неагрессивны по отношению к пластиковым, эластомерным, резино-силиконовым и другим материалам, используемым в системе охлаждения.

Подчеркнем, что, по мнению некоторых специалистов, карбоксилаты могут обеспечивать необходимую защиту от кавитации лишь при условиях, когда антифриз будет иметь предписанный уровень содержания присадок-карбоксилатов и воды и не будет разбавлен антифризами других марок выше допустимого предела.

Недостатки карбоксилатов. Присадки на основе солей органических кислот (ОАТ) создают защитный слой на поверхности металла медленно. Пока слой не нарушен, питтингового износа не будет. Но если защитный слой будет поврежден кавитационными взрывами воздушных пузырьков, на поверхности металла начнется процесс питтингового износа, а органические присадки ОАТ не смогут восстановить поврежденную защитную пленку достаточно быстро, чтобы предотвратить развитие коррозионного процесса. Органические присадки могут очень агрессивно воздействовать на металл паяных соединений.

Если в двигателе есть латунные или медные элементы (это относится ко всем старым машинам), то требуется антифриз неорганического типа, а применение органического противопоказано.

NOAT. Среди специалистов отрасли есть сторонники и противники нитритов, и они в настоящее время обсуждают вопрос: должны ли быть в составе ОЖ с органическими присадками нитриты (NOAT), чтобы она могла надежно защищать детали двигателя от воздействия кавитации? В продаже встречаются NOAT очень низкого качества, поэтому некоторые специалисты считают, что все же предпочтительны ОАТ, не содержащие нитритов. Это самые безопасные антифризы с точки зрения коррозии алюминиевых радиаторов. Кроме того, многие NOAT не относятся к типу «с увеличенным сроком службы», потому что нитриты быстро истощаются.

Ряд специалистов отрасли считают, что будущее за ОЖ, не содержащими нитритов. С другой стороны, многие владельцы дорожно-строительной техники до сих пор используют ОЖ, содержащие нитриты.

Итак, споры по поводу нитритов в составе ОЖ продолжаются, обе стороны приводят аргументы в пользу своего мнения, и нельзя сказать однозначно, какой тип ОЖ лучше – все зависит от конкретных условий эксплуатации антифриза. Поэтому производители ОЖ по-прежнему предлагают продукты как с нитритами, так и без них.

Чем отличаются антифризы «с увеличенным сроком службы» от обычных?

Чтобы решить проблему быстрого истощения присадок в ОЖ для современных высокофорсированных дизелей, были разработаны антифризы «с увеличенным сроком службы» (англ. ELC). Ингибиторами кавитации и коррозии в них в большинстве случаев служат карбоксилаты (ОАТ), устойчивые к окислению и тепловому воздействию. В некоторых ОЖ с увеличенным сроком службы органические присадки дополняются нитритами.

Как отмечалось выше, карбоксилаты расходуются намного медленнее нитритов. В идеальном случае, когда никто не загрязняет ОЖ, а в системе охлаждения не бывает течей, высококачественная ОЖ с увеличенным сроком службы практически не нуждается в каком-либо техническом обслуживании. Но в реальной жизни не бывает идеальных случаев. Поэтому производители ОЖ «с увеличенным сроком службы» заявляют, что эти продукты могут использоваться без замены до 1 млн км пробега, 5 лет или 12 000 моточасов и более, если система охлаждения обслуживается должным образом. Результаты стендовых испытаний дизельных двигателей на тепловой режим, опубликованные в технической литературе, показывают, что ОЖ «с увеличенным сроком службы» могут обеспечивать значительно более низкие температуры работы двигателей за счет лучшей теплопередачи по сравнению с обычными антифризами.

Специалисты отмечают тенденцию: популярность ОЖ с увеличенным сроком службы возрастает, а применение обычных антифризов уменьшается. На Западе производители тяжелой дорожно-строительной и специальной техники примерно в 80% случаев заправляют в машины на конвейере ОЖ с увеличенным сроком службы. При эксплуатации в машины прежних лет выпуска еще довольно часто заправляют обычные антифризы, но использование ОЖ с увеличенным сроком службы растет и в этом секторе.

Заметим, что ОЖ «с увеличенным сроком службы» опасна тем, что избавляет владельца машины от многих забот по техобслуживанию. От этого у людей порой создается неправильное ощущение беззаботности, и они забывают, что систему охлаждения нужно обслуживать.

журнал «Основные средства»


Яндекс.Метрика