Охлаждающие жидкости и их влияние на ресурс двигателя

Дата 18.08.2006 17:19:46 | Раздел: 

Такая важнейшая характеристика автомобиля, как ресурс двигателя, никогда не приводится в перечне его официальных технических данных. И это не случайное упущение автопроизводителей. Реальная наработка двигателя до отказа зависит как от конструкции и качества его изготовления, так и от условий эксплуатации: качества топлива и масел, режимов работы, своевременности и правильности регулировок.
Одной из наиболее частых причин повышенного износа или отказа двигателей является постоянный перегрев, вызванный дефектами системы охлаждения или ошибками в ее обслуживании.
Диапазон изменения температуры при работе автомобильных двигателей чрезвычайно широк. Во время холодного запуска температура деталей равна температуре окружающего воздуха (-20°С и ниже), при сжатии топливовоздушной смеси температура повышается до 200°С в бензиновых и до 400°С - в дизельных двигателях, при сгорании топлива температура газов в цилиндрах превышает 2000°С, на выходе из цилиндра температура отработавших газов падает до 700 - 800°С. Под действием таких резких температурных перепадов из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения сопрягаемых деталей, выполненных из различных конструкционных материалов, изменяются рабочие зазоры в парах трения, увеличивается их износ, искажается геометрия и разрушаются узлы двигателя. Лишь при условии эффективной работы системы охлаждения и применении качественных охлаждающих жидкостей, обеспечивающих стабильность температуры деталей в расчетном диапазоне для конкретных двигателей, удается избежать этих печальных последствий.
Охлаждающие жидкости для автомобильных двигателей должны обладать следующими основными свойствами:
• высокая теплопроводность;
• незамерзаемость при низких температурах;
• неиспаряемость при повышенных рабочих температурах;
• низкая вязкость при пониженных температурах;
• отсутствие пенообразования при повышенных температурах;
• химическая стабильность;
• отсутствие отложений на поверхности системы охлаждения;
• отсутствие коррозионного воздействия на конструкционные материалы группы радиатора (медь, припой, латунь) и группы двигателя (сталь, серый чугун, алюминий);
• защита деталей системы охлаждения от кавитационного разрушения;
• инертность к резинотехническим изделиям;
• хорошие смазывающие свойства для обеспечения длительной работоспособности подшипников водяного насоса (помпы).
Одновременно обеспечить все эти требования не способна ни одна из имеющихся в природе жидкостей. Подавляющее большинство охлаждающих жидкостей для автомобильных двигателей состоит из водоэтиленгликолевой основы с добавкой различных присадок. Антифризы на основе этиленгликоля чрезвычайно опасны для организма человека (хотя сам этиленгликоль и малотоксичен при наружном применении, но продукты его распада в организме - метаболиты вызывают тяжелые поражения печени, почек, крови). Поэтому с 1996 года в США, Германии, Франции и других странах начался переход на нетоксичные пропиленгликолевые антифризы.
Автомобильные охлаждающие жидкости в настоящее время условно делят на три группы в зависимости от состава присадок, обеспечивающих антикоррозионную защиту деталей системы охлаждения:
1. Нитритные (в качестве ингибитора коррозии черных металлов содержат токсичные соединения - нитрит натрия, тринатрийфосфат и т.п.).
2. Силикатные (безнитритные).
3. Карбоксилатные (безсиликатные).
Конкретный химический состав каждой из этих групп разрабатывается с учетом конструкционных материалов, используемых в двигателе, и его форсированности.
Срок работоспособности антикоррозионных присадок в этих группах (определяющий пригодность охлаждающей жидкости в целом) составляет:
для нитритной группы - 2 года (или примерно 60 тыс. км пробега),
для силикатной группы - 3 года (около 100 тыс. км пробега),
для карбоксилатной группы - 4-5 лет (около 150 тыс. км пробега).
Специальных требований к цвету антифризов различных групп не существует. Охлаждающие жидкости первой группы окрашиваются обычно в синий или голубой цвета, антифризы силикатной группы имеют чаще всего зеленый цвет, а в антифризы карбоксилатной группы добавляются красители красного или фиолетового цветов. Антифризы карбоксилатной группы нельзя смешивать с антифризами других групп, и при замене антифриза необходимо руководствоваться предписаниями автопроизводителей.
Классический ТОСОЛ относится к первой группе антифризов (нитритной) и обычно не содержит специальных ингибиторов, предотвращающих высокотемпературную коррозию алюминия, поэтому применять его в двигателях с алюминиевыми блоками цилиндров, алюминиевыми радиаторами, а также в дизельных двигателях с термонагруженной алюминиевой головкой блока не рекомендуется.
В настоящее время наиболее широко используются силикатные антифризы, содержащие ингибиторы коррозии на основе силикатов - солей кремниевой кислоты (жидкое стекло). Недостатками таких охлаждающих жидкостей является формирование по всей поверхности системы охлаждения сравнительно толстого (до 0,5 мм) защитного слоя, ухудшающего эффективность теплоотвода, а также образование осадка, закупоривающего узкие каналы системы охлаждения. Кроме того, при разложении силикатов образуется абразивный осадок из окиси кремния (кварцевый песок), вызывающий ускоренный износ подшипников водяной помпы.
Третье поколение антифризов - карбоксилатные антифризы были разработаны в 90-х годах прошлого столетия, и содержат ингибиторы коррозии на основе органических кислот. Такие антифризы не образуют толстого защитного слоя по всей поверхности системы, а адсорбируются лишь в местах возникновения коррозии с образованием защитных слоев толщиной не более 0,1 микрона. Эти охлаждающие жидкости наиболее дорогостоящие и применяются, в первую очередь, в двигателях, требующих улучшенного теплоотвода - высокофорсированных двигателях, двигателях с турбонаддувом. Они успешно предотвращают коррозию черных и цветных металлов, а также высокотемпературную коррозию алюминиевых сплавов. Даже качественные охлаждающие жидкости необходимо полностью менять с промывкой системы; в случае их несвоевременной замены такие жидкости становятся опасными для двигателя, в первую очередь, из-за повышения отложений в системе охлаждения и снижения антикоррозионных свойств.
При эксплуатации двигателей с применением некачественных или просроченных охлаждающих жидкостей из-за отложений на внутренних поверхностях системы охлаждения нарушается температурный режим работы двигателя. Для бензиновых двигателей при повышении температуры в пристеночной области между цилиндром и поршнем даже на несколько десятков градусов от расчетной начинает проявляться склонность мотора к детонации (особенно при работе на низкосортном топливе). Ненормальное сгорание топливовоздушной смеси наиболее выражено в тяжелых переходных режимах работы бензиновых двигателей (при изменении частоты вращения коленвала под нагрузкой). При выходе температуры поршня из-за ухудшенного теплоотвода за допустимые пределы температурное расширение поршня может приводить к смыканию зазора в сопряжении головка поршня - цилиндр с ускоренным износом цилиндров или с возникновением задира и заклиниванием двигателя. Величина номинального зазора в этом сопряжении в холодном состоянии двигателя равна 0,04 - 0,06 мм, и на каждые 50° превышения температуры поршня над температурой цилиндра зазор уменьшается примерно на 0,01 мм. В работающем под нагрузкой двигателе температура головки nopшня достигает 200 - 250° С, а величина зазора цилиндр - поршень уменьшается до 0,02 - 0,03 мм. В этом режиме при толщине теплоизолирующих отложений между поршнем и теплоотводящей жидкостью около 50 мкм температура поршня превышает расчетные предельные значения (примерно 300° С), что неминуемо ведет к критической ситуации смыкания зазора.
Необходимо отметить, что аналогичные эффекты склонности мотора к детонации, а также задиров и заклинивания цилиндро-поршневой группы в равной степени характерны при образовании теплоизолирующего слоя как на внешней (со стороны охлаждающей жидкости), так и на внутренней (со стороны камеры сгорания) теплоотводящей поверхности - нагара и шламов на поршнях и зеркале цилиндров. Наблюдаются подобные эффекты и при добавлении в масла металлокерамических восстанавливающих добавок (минерально-силикатных композиций) - ХАДО, РВС, ФОРСАН и т.п., образующих футеровочные (теплоизолирующие) слои на цилиндрах и, особенно, на верхней части поршней.
При ухудшении теплоотвода и повышении рабочей температуры стенки цилиндра уменьшается вязкость и ухудшаются адсорбционные свойства масляной пленки на поверхности цилиндра. А значит, соответственно увеличивается расход масла на угар. Кроме того, расход масла в этой ситуации может резко увеличиться из-за потери работоспособности маслосъемных колец.
Температура отпуска термофиксированных расширителей маслосъемных колец обычно составляет около 200°С, и при работе двигателя в режиме высоких нагрузок повышение контактной температуры сверх допустимой даже на несколько десятков градусов (из-за ухудшения теплоотвода) может вывести маслосъемные кольца из строя.
Самые опасные и быстрые последствия применения некачественной охлаждающей жидкости возникают при попадании охлаждающей жидкости в камеру сгорания и в масло. Коварной особенностью в первую очередь "классических" вазовских двигателей является ускоренная коррозия резьбовых заглушек рубашки охлаждения головки блока цилиндров (в результате чего охлаждающая жидкость начинает просачиваться в клапанный механизм, попадает в камеру сгорания и стекает в картер, образуя водомасляную эмульсию). Определить, что появление такой эмульсии вызвано именно коррозией технологических заглушек, визуально практически невозможно - требуется опрессовка (проверка давлением).
Внешними признаками попадания охлаждающей жидкости во внутренний объем двигателя (в камеру сгорания и в картер) являются постоянный белый цвет отработавших газов как на холодном двигателе, так и после его прогрева (при повышенном поступлении в камеру сгорания масла цвет дыма синеватый, а при работе двигателя на переобогащенной смеси и неполном сгорании топлива - черный).
В практике эксплуатации автомобилей периодический контроль работающих масел не проводится, поэтому попадание в маслоохлаждающей жидкости из-за неисправности системы охлаждения может быть одной из причин существенного снижения ресурса двигателей. Детали двигателей, работающих на маслах, содержащих охлаждающую жидкость, изнашиваются в несколько раз быстрее, чем в двигателях, работающих на нормальном масле.



Эта статья взята с сайта UA VW Club
http://www.vwclub.org.ua

Адрес этой статьи:
http://www.vwclub.org.ua/article.php?storyid=24