Розділ 11

ТЕХНІЧНІ РІДИНИ: ПРИЗНАЧЕННЯ,

КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ОСНОВНІ

ВИМОГИ ДО ЇХ ЯКОСТІ

11.1. Рідини для систем охолодження двигунів.

11.2. Гальмівні рідини.

11.3. Амортизаторні рідини.

11.4. Пускові рідини.

11.5. Скломийні рідини.

11.6. Мийні засоби.

11.7. Рідини для видалення нагару з деталей двигуна.

Ключові слова: гальмівна рідина, охолоджувальна рідина, пускова рідина, скломийні рідини, амортизаторні рідини, класифікація, призначення, маркування.

11.1. Рідини для систем охолодження двигунів

При спалюванні палива в двигуні частина тепла йде на нагрів стінок камери згоряння та всього двигуна. При досягненні критичної температури двигун перегрівається, при цьому погіршується наповнення циліндрів та умови змащування, з’являється детонація, калильне запалювання, збільшується витрата палива та знижується потужність двигуна. Для підтримки нормальної температури двигуна його охолоджують, використовуючи для цього охолоджувальні рідини.

До охолоджувальних рідин висувають такі вимоги:

- висока температура кипіння (щоб запобігти утворення парових пробок та втрат рідини);

- висока теплоємність та теплопровідність;

- висока хімічна та фізична стабільність;

- корозійна пасивність;

- відсутність реакції з гумовими деталями;

- оптимальна в’язкість;

- відсутність утворення накипу;

- низька вартість та недефіцитність;

- нетоксичність та пожежобезпечність.

Найбільш розповсюдженою рідиною, що використовується для охолодження, є вода. Вона має найвищу теплоємність 4,19 кДж/(кг⋅⁰С), більшу теплопровідність, невелику кінематичну в’язкість (1200 = Cν мм²/с) та більшу теплоту випаровування.

Поки ще немає охолоджувальної рідини, яка повністю відповідала б даним вимогам. Широке застосування в системах охолодження двигунів одержала вода, а при низьких температурах – низькозамерзаючі охолоджувальні рідини.

За температур вище нуля всім перерахованим вимогам відповідає вода, основними перевагами якої є нешкідливість, доступність, низька вартість. В’язкість води забезпечує легкість її циркуляції в системі охолодження. Вода має велику теплоємкість.

При використанні води в якості охолоджувальної рідини утворення відкладень в системі охолодження двигуна визначається, в основному, наявністю розчинених у воді солей, що утворюють накип.

Використовувати технічну воду слід після попередньої її пом’якшення (кип’ятіння, обробки вапном та содою) або з добавленням протинакипних присадок (антинакипинів).

Вода як охолоджувальна рідина має переважне застосування, оскільки недефіцитна, має високу теплоємкість, пожежобезпечна і нетоксична. Однак їй властиві суттєві експлуатаційні недоліки. Це – низька температура замерзання (0 ºС), що дуже ускладнює її застосування взимку.

До того ж при замерзанні вода збільшує свій об’єм на 10 %, тому при утворенні льоду в системі охолодження виникає тиск до 200…300 МПа, що призводить до поломок двигуна і радіатора.

Низька температура кипіння призводить до закипання води в системі охолодження, інтенсивного випаровування і припинення циркуляції, внаслідок утворення парових пробок. Цей недолік води виявляється перш за все у жаркий періоді в гористій місцевості. Застосування закритої системи охолодження дозволяє підвищити температуру кипіння до 110…120 ⁰С.

Одним з найбільших недоліків води є здатність утворювати накипи на стінках деталей системи охолодження. Накип, маючи низьку теплопровідність (приблизно в 100 раз нижче чавуну), погіршує відведення тепла від стінок двигуна, порушуючи його тепловий режим, внаслідок чого при товщині шару накипу від 1,5 до 6 мм збільшується витрата палива на 9...20 %, масла – на 15…40 %, а потужність двигуна знижується на 10…20 %. Інтенсивність утворення накипу залежить від вмісту в воді розчинних солей, в основному кальцію і магнію, що характеризується твердістю води. Твердість води вимірюється в міліграм-еквівалент на 1л (мг-екв/л). Вода, яка містить в 1 л 20,04 мг кальцію або 12,16 мг магнію має твердість, що дорівнює одному міліграм-еквіваленту.

Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) твердість. Тимчасова твердість пов’язана з наявністю у воді бікарбонатів кальцію та магнію, які при нагріванні води до 80 ⁰С і вище розкладаються, утворюючи на стінках системи охолодження нерозчинну у воді накип у вигляді карбонатів кальцію і магнію.

Постійна твердість пов’язана з наявністю у воді некарбонатних солей: хлоридів і сульфатів кальцію та магнію, які не розкладаються при її нагріванні, а взаємодіючи з водою або солями, що знаходяться в ній, утворюють щільну і тверду накип.

Сума тимчасової та постійної твердості складає твердість або загальну твердість води, за якою її класифікують. Вода, яка має твердість до 3 мг-екв/л – м’яка, від 3 до 6 – середньої твердості, від 6 до 9 – тверда, більше 9 мк-екв/л – дуже тверда. Застосування в системі охолодження твердої води не бажано, дуже твердої – недопустимо.

Найбільш м’якою та чистою є дощова і снігова (атмосферна) вода, яка має твердість менше 0,04 мг-екв/л. Ця вода найкраще підходить для системи охолодження, хоч і має дещо підвищені корозійні властивості внаслідок розчинених вуглекислого газу і кисню.

Вода річок, озер, ставків (поверхнева) найчастіше має невелику твердість від 0,5 до 5,0 мг-екв/л, тобто відноситься до води м’якої та середньої твердості. Накип майже не утворюється, але буває забруднена механічними і органічними домішками. Вода з колодязів і джерел (підземна) частіше всього буває тверда і дуже тверда, тому її не можна застосовувати в системі охолодження без попередньої підготовки (пом’якшення).

Розрізняють термічний та хімічний способи пом’якшення води. Найпростішим термічним способом пом’якшення води є кип’ятіння її 20…30 хв, протягом цього часу бікарбонати кальцію та магнію переходять у карбонати і випадають в осад, який потім вилучають відстоюванням та фільтруванням. Це дозволяє знизити тимчасову твердість до 1,0…1,5 мг-екв/л. Технічно складніший спосіб – перегонка води (одержання дистильованої води), коли розчинні солі залишаються в перегонному кубі.

Хімічні способи пом’якшення побудовані на методі осадження солей або катіонному обміні. Обробка води содою Na₂CO₃ або тринатрійфосфатом Na₃PO₄ з наступним фільтруванням дозволяє вилучати з неї солі тимчасової та постійної твердості, знизити загальну твердість. На кожний 1 мг-екв/л твердості 1 л пом’якшеної води необхідно додати 53 мг соди і 55 мг тринатрійфосфату. Теплу (гарячу) воду перемішують з реагентом протягом 20…30 хв, відстоюють і фільтрують.

У промисловості широке застосування знайшов метод пом’якшення води фільтруванням через катіонові фільтри, тобто речовини, які здатні вступати в реакцію з іонами кальцію та магнію. Як катіони використовують природні мінерали глауконіт або штучно виготовлені катіоніти, які називають пермутитами. Залишкова загальна твердість при використанні катіонітових фільтрів не більше 0,5…1,0 мг-екв/л.

Найпростішим, економічним і ефективним способом пом’якшення води є магнітна обробка. Суть її полягає в пропусканні води (не менше 6 разів) через магнітне силове поле в напрямку, перпендикулярному силовим лініям, в результаті чого солі, які знаходяться у воді, не утворюють накипу, а випадають у вигляді легкозмивного шламу. Крім того, під дією магнітного поля в обробленій воді руйнується раніше утворений накип. Для магнітної обробки води використовують апарати з постійним і електричним магнітами, вмонтованим у водопровідну мережу.

В зимовий період експлуатації в системах охолодження двигунів використовують низькозамерзаючі охолоджувальні рідини – антифризи, що є сумішшю етиленгликоля з водою.

Етиленгликоль (двохатомний спирт СН₂ОН – С₂ОН, або С₂Н₄(ОН)₂) є маслянистою жовтуватою рідиною без запаху з температурою кипіння 197 ºС та температурою кристалізації –11,5 ºС. Мінімальне значення температури замерзання суміші етиленгликоля з водою (-75 ºС) отримують при концентрації етиленгликоля 66,7 %.

Етиленгликоль та його водні розчини при нагріванні сильно розширюються. Щоб запобігти викид суміші, її не доливають в систему охолодження на 6…8 % від загального об’єму. Етиленгликолеві антифризи мають підвищену корозійність по відношенню до металів та руйнують гуму.

В склад антифризів вводять протикорозійні присадки: декстрин – вуглець типу крохмалю (1 г на літр), алюміній та мідь, і динатрій фосфат (2,5…3,5 г на літр), що захищають чорні метали, мідь і латунь.

Вперше для автомобілів ВАЗ в нашій країні був випущений антифриз «Тосол», що містить протикорозійні, антипінну та антифрикційні присадки. «Тосол» виробляється трьох марок: АМ, А-40 і А-65М.

Іноді в прості антифризи вводять молібденовий натрій в кількості 7,5…8,0 г на літр, що запобігає корозії цинкових та хромових покрить на деталях системи охолодження. При цьому в позначенні антифризу додають літеру М.

Вітчизняна промисловість випускає прості та дешеві антифризи марок 40 і 65 М (ГОСТ 159-52). Антифризи марки 40, що являють собою суміш 56 % етиленгликоля та 44 % води, мають температуру замерзання нижче –40 ºС, а антифриз марки 65М, що містить 64 % етиленгликоля та 36 % води, –65 ºС.

Оскільки антифризи різняться за рецептурою, змішувати різні марки між собою не слід. При використанні антифризів слід мати на увазі, що в системі охолодження, в першу чергу, випаровується вода, яку необхідно періодично доливати в радіатор. Необхідно також слідкувати за тим, щоб в етиленгликолеві рідини не потрапляли бензин та інші нафтопродукти, тому що це викликає вспінення та викид рідини через пробку радіатора.

Строк служби охолоджувальних рідин обмежується. Дослідним шляхом встановлено, що «Тосол» надійно працює два роки, а при інтенсивній експлуатації – протягом 60 тис. км пробігу.

Етиленгликоль – сильна харчова отрута, тому після контакту з ним необхідно ретельно вимити руки з милом.

При експлуатації, в першу чергу, випаровується вода, це змінює склад, а, отже, і температуру застигання антифризу. Неможливо допускати потрапляння в антифриз нафтопродуктів, тому що в цьому випадку розпадаються присадки.

11.2. Гальмівні рідини

Для гідрогальмівної системи автомобіля виробляють гальмівні рідини на касторовій гликолевій основі. Рідини на касторовій основі мають хороші мастильні властивості та не викликають набухання або роз’їдання гумових деталей гальмівної системи автомобілів.

В 40-х роках ХХ століття в Росії була вперше випущена і до цього часу широко використовується гальмівна рідина БСК, що являє собою суміш 50 % бутилового спирту та 50 % касторової олії, яка має гарні мастильні властивості. Недоліком цієї рідини є те, що при –20 ºС касторова олія випадає в осад, що може призвести до поломки гальмівної системи.

Спеціально для автомобілів ВАЗ була випущена гальмівна рідина «Нева» на гликолевій основі з в’язкими та антикорозійними присадками, працездатна в широкому діапазоні температур від –50 ⁰С до +50 ⁰С. Пізніше була випущена гальмівна рідина «Томь», що є кращою за «Неву» за низькотемпературними властивостями.

Всесвітнім стандартам відповідає гальмівна рідина «Роса», що випускається в Росії. Рідини на гликолевій основі вогнебезпечні та токсичні.

Рідина гальмівна «Нева» (ТУ 6-01-1163-82) – складна композиція на гліколевій основі (етилкарбітол) з загущуючою й антикорозійною присадками. Призначена для гідравлічної системи привода гальм та зчеплення вантажних і легкових автомобілів (крім ГАЗ-24 випуску до 1985 р. через несумісність з гумовими ущільнюваннями гідропривода гальм).

Рідина гальмівна ГТЖ-22М (ТУ 601-787-75) виробляється на гліколевій основі. За показниками близька до «Неви», але має гірші антикорозійні властивості.

Рідина «Нева», «Томь» і «Роса» сумісні, змішування їх між собою можливе в будь-яких співвідношеннях. Змішування вказаних рідин з БСК недопустиме, бо призведе до розшарування суміші.

Властивості гальмівних рідин на основі полігліколей регламентується різними міжнародними специфікаціями (SAE 1703, JAN 80, ДОТ-3, ДОТ-4, ДОТ-5, ISO 4952). Усі специфікації аналогічні одна одній і розрізняються лише значеннями низькотемпературної в’язкості, мінімальної температури кипіння чистої гальмівної рідини та температури кипіння після зволоження.

Зарубіжними аналогами рідин «Нева» і «Томь» є рідини, що відповідають класифікації ДОТ-3, а для рідини «Роса» – ДОТ-4.

11.3. Амортизаторні рідини

Амортизаторні рідини є малов’язкими мастилами, якими заповнюють гідравлічні амортизатори. Вони повинні мати хороші мастильні та антикорозійні властивості, мати низьку температуру застигання та достатню в’язкість за температури до 100 ºС, стабільність, яка забезпечує надійну роботу до 100 тис. км пробігу автомобіля. Основним показником для амортизаторних рідин є в’язкість. Більшість робочих рідин мають такі значення в’язкості: за температури 20 ⁰С – 30…60 мм²/с; 50 ⁰С –10…16 мм²/с; 100 ⁰С – 3,5…6,0 мм²/с. Високі вимоги пред’являються до в’язкості амортизаторної рідини при мінусових температурах. Так, за температури –20 ⁰С в’язкість не повинна перевищувати 800 мм²/с. При більш високій в’язкості робота амортизатора різко погіршується та відбувається блокування підвіски. Вже за температури –30 ºС в’язкість товарних амортизаторних рідин перевищує 2000 мм²/с, а при –40 ºС досягає 5000…10000 мм²/с. За таких температур забезпечити необхідну в’язкість можуть тільки амортизаторні рідини на синтетичній основі. На сучасних автомобілях встановлюють переважно гідравлічні амортизатори телескопічного типу. Амортизаторні рідини, що використовуються у них, працюють в жорстких умовах: при експлуатації автомобілів в південних районах влітку вони нагріваються до 120…140 ºС, а при експлуатації взимку в північних районах їх температура може знижуватися до –60 ºС. При цьому тиск рідини в амортизаторах автомобілів може досягати 10 МПа.

Як амортизаторні рідини в автомобілях використовують нафтові малов’язкі мастила (веретенне марки АУ) або суміш трансформаторного та турбінного мастил у співвідношенні 1:1. Але ці мастила мають недостатньо гарну в’язкісно-температурну характеристику: при зниженні температури їх в’язкість сильно зростає, що призводить до жорсткої роботи амортизаторів.

Кращі експлуатаційні показники мають всесезонні амортизаторні рідини Аж-12т, Аж-16, МГП-10 і МГП-12.

11.4. Пускові рідини

Пускові властивості двигунів значно залежать від якості палив і мастил, що застосовують. Пуск двигунів за низьких температур полегшується при використанні бензинів з більшим вмістом легких фракцій, дизельних палив – з високим цетановим числом і моторних масел – з невисокою в’язкістю за низьких температур. У зв’язку з цим все ширше застосовуються спеціальні рідини, які призначені для полегшення пуску двигунів за низьких температур навколишнього повітря (нижче мінус 20…25 ºС). Вони повинні добре випаровуватися за низької температури та швидко займатися (від іскри) або самозайматися (від тиску), мати високі протикорозійні та протиспрацьовувальні властивості, бути стабільними при тривалому зберіганні.

Для того, щоб мати такі властивості пускові рідини мають компоненти: етиловий спирт, суміш низькотемпературних вуглеводнів, ізопропілнітрат і застосовувати масла з протиспрацьовувальними і протизадирними присадками.

Етиловий естер – це обов’язковий компонент більшості пускових рідин. Він має низьку температуру самозаймання, ви-сокий тиск насиченої пари і широкі межі займання (за концентрацією пальної суміші).

Використання етилового естеру в дизельному двигуні дозволяє знизити температуру самозаймання пальної суміші до 190…220 ºС.

У карбюраторних двигунах, під час їх пуску, використовують властивості етилового естеру займатися в суміші з повітрям в широких межах концентрації. Це дозволяє досягти займання за допомогою іскри дуже бідних пальних сумішей.

З метою забезпечення постійного і послідовного займання в склад пускових рідин вводять ізопропілнітрат і суміш низькокиплячих вуглеводнів (петролейний естер, газовий бензин тощо).

Ізопропілнітрат займається дещо пізніше етилового естеру, але раніше основного палива. Суміш низькокиплячих вуглеводнів, повністю випаровуючись у циліндрі, займається дещо пізніше ізопропілнітрату, але також раніше основного палива.

Наявність такого послідовного ланцюжка забезпечує підготовку основного палива до займання, що суттєво знижує швидкість наростання тиску. Оптимальне співвідношення ізопропілнітрату і суміші низькокиплячих вуглеводнів у пускових рідинах для дизельних і карбюраторних двигунів різне.

Зменшення спрацьовування деталей кривошипно-шатунного механізму в перший період пуску двигуна досягається введенням в склад пускових рідин мастила, яке містить протиспрацьовувальні та протизадирні присадки. Враховуючи більші питомі навантаження в дизельному двигуні, пускова рідина для них повинна містити не менше 10 % мастила. Застосування такої рідини для карбюраторних двигунів призводить до «замаслювання» свічок запалювання, до перебоїв у запалюванні. В зв’язку з цим у пускових рідинах для карбюраторних двигунів вміст масла не повинен перевищувати 2 %.

Випускають пускові рідини «Холод Д-40» для дизельних двигунів і «Арктика» для карбюраторних. Пускові рідини випускають у двох упаковках: у герметичних алюмінієвих ампулах ємкістю 20 і 50 мл (при введенні в двигун спеціальними пусковим пристроєм) і в аерозольній упаковці (для застосування без пускового пристрою). Останній вид легший в обслуговуванні та економічніший.

11.5. Скломийні рідини

Як скломийну рідину зазвичай використовують воду. Але вода замерзає за температури навколишнього середовища нижче нуля та надходить до форсунок системи змиву.

Другим недоліком води є те, що вона через високий поверхневий натяг погано змочує скло і у вигляді крапель стікає з нього. Для усунення цих недоліків випускають спеціальні скломийні рідини, які представляють собою суміші води, спирту та мийні речовини. В якості спиртів за кордоном використовують етанол, метанол та ізопропанол. Випускають рідини тільки з ізопропанолом. Виробники випускають, як правило, концентрати (60…80 % спирту), які розбавляються водою в два – чотири рази. Оптимальною концентрацією можна вважати 10…29 % спирту (залежно від температури навколишнього середовища), що забезпечує нормальну подачу рідини до форсунок та гарну розтікаємість по склу.

11.6. Мийні засоби

Для видалення різноманітних технічних забруднень в системах, вузлах і механізмах використовують мийні засоби. Ці засоби можуть бути однокомпонентними та багатокомпонентними.

Для очищення двигуна при зміні масла використовують промивочне масло ВНИИНП-ФД. При відсутності спеціального мастила двигун, що працює на холостому ходу, промивають мастилом з низькою в’язкістю типу МГ-22А (АУ) або промислового, чи сумішшю з 10 % дизельного палива та моторного мастила. Масляний радіатор промивають сумішшю з 75 % бензину і 25 % ацетону.

Паливний бак автомобіля промивають сильним струменем води, потім бензином, перемішуючи, а після тривалої експлуатації – ацетоном та гарячою водою. Деталі карбюратора промивають, занурюючи на 20-30 хв. в ацетон.

Існують і спеціальні мийні засоби, такі, як ТМС-31, Вертолин-74, які використовують для міжопераційного очищення металевих деталей від маслоподібних забруднень.

МС-4, МС-6 та Нефос – серія лабомідів, використовується для очищення деталей при ремонті автомобілів від асфальто-смолистих та маслобрудних відкладень. Засіб «Анкрас» очищує деталі камери згоряння від нагар. На сьогодні автохімія пропонує споживачам широкий асортимент сучасних мийних засобів різноманітного напрямку.

11.7. Рідини для видалення нагару з деталей двигуна

Для видалення нагару з поршнів, поршневих кілець, головок блоку та інших деталей використовують різноманітні суміші та рідини. Найбільш розповсюджені мийнчі засоби на основі каустичної соди (їдкого натра) з додаванням рідкого скла, вуглекислого натрію та інших речовин. Але вони мають сильний корозійний вплив на деталі, виготовлені з алюмінію, кольорових металів або їх сплавів. Крім того, ці мийні склади токсичні, тому вимагають дотримання необхідних заходів безпеки. Мийну рідину виготовляють звичайно з розрахунку на 10 л води 100 г господарського мила, 100 г рідкого скла, 100 г кальцинованої соди та 10 г хромпіка. В таких сумішах деталі, що очищуються, витримують 2-3 години за температури біля 80…85 ºС. Після цього нагарні відкладення легко видаляються з деталей. Синтетичні мийні засоби не викликають корозії металевих поверхонь, легко проходять в пори нагару, інтенсивно розкладаючи відкладення, і крім того, являються нетоксичними та вибухонебезпечними. Серед них найбільше розповсюдження отримують мийні суміші марок МС-5, МС-6 та МС-8. Ці суміші неіоногенних поверхнево-активних речовин з добавками активних з’єднань у вигляді триполіфосфату натрію, кальцинованої соди та інших з’єднань. Такі мийні засоби використовуються у вигляді 1…2,5 %-них водних розчинів.

При вимушеному користуванні твердою непом’якшеною водою утворення накипу можна зменшити додаванням таких присадок (антинакипинів), як хромпік (3…5 г на л води), який переводить солі накипу в розчинний стан, гексаметафосфат натрію (5…6 мг на 1 л води), який утримує солі накипу в завислому стані. Використання антинакипинів безпосередньо в системі охолодження особливо зручно в польових умовах експлуатації машин. З часом необхідно видаляти накип. Перед видаленням накипу необхідно повністю злити воду з усієї системи охолодження і вийняти термостат. Після зупинки двигуна розчин зливають, а систему охолодження промивають чистою водою 2…3 рази.

Питання для самоконтролю

1. Що належить до технічних рідин? Яке їх призначення?

2. Що таке рідина для охолодження двигуна?

3. Які вимоги до охолоджувальних рідин?

4. Яка існує твердість води?

5. Що таке загальна твердість води?

6.На якій основі виробляють гальмівну рідину для гідрогальмівної системи автомобіля?

7. Які компоненти містять пускові рідини?

8. Які складники містять найбільш розповсюджені мийні засоби?