Płyny eksploatacyjne – PŁYNY CHŁODZĄCE
Płyny stosowane w układach chłodzenia silnika samochodowego pojazdów użytkowych
Badania wykazują, że niskokrzepnący płyn chłodzący do silnika jest najbardziej
zaniedbywanym płynem w pojeździe, a zaniedbywanie układu chłodzenia podaje się
oficjalnie jako główną przyczynę przedwczesnych awarii silników.
Warto więc przypomnieć jakie są składniki płynów chłodzących oraz wymagania im stawiane,
a także z jakimi uwarunkowaniami eksploatacyjnymi spotykają się dzisiaj właściciele flot i
serwisy pojazdów transportowych.
Ilość energii odprowadzona przez układ chłodzenia jest porównywalna z energią
przekształconą w moc mechaniczną silnika. Pośrednikiem w przekazaniu jej jest oczywiście
płyn do układu chłodzenia. Nie jest to jednak jedyne zadanie do spełnienia przez dobrej
jakości płyn. Poza odprowadzeniem ok. 30% energii cieplnej zawartej w spalonym paliwie,
płyn w układzie chłodzenia musi spełnić jeszcze 3 podstawowe funkcje:
−
Zmniejszyć możliwość wystąpienia bardzo szkodliwego dla silnika zjawiska kawitacji,
ponieważ temperatura wrzenia mieszaniny płynu chłodzącego z wodą jest wyższa, niż dla
samej wody.
−
Zabezpieczyć przed korozją elementy silnika i układu chłodzenia wykonane z rozmaitych
materiałów. Zawartość odpowiednich składników chemicznych uniemożliwia również
powstawanie bardzo szkodliwego dla silnika kamienia kotłowego.
−
Zabezpieczyć silnik przed zamarznięciem i poważnym uszkodzeniem w temperaturach
ujemnych. Jak wiadomo, zamarzająca czysta woda powiększa swoją objętość o 11%, co
grozi „rozsadzeniem” szczególnie kadłuba silnika.
Historycznie najstarszym czynnikiem wymiany ciepła w silnikach samochodów jest
oczywiście woda. Posiada ona dobre przewodnictwo i pojemność cieplną, czyli dobrze
chłodzi silnik. Jej oczywistą zaletą jest oczywiście pełne bezpieczeństwo ekologiczne i
bezpieczeństwo podczas kontaktu ze skórą. Podstawową wadą jest natomiast temperatura
krzepnięcia. Woda zamarza w temperaturze 0
o
C niszcząc nieodwracalnie silnik, daje poza
tym niekorzystne własności antykorozyjne i ochronę przed przegrzaniem (temp. wrzenia 100
o
C).
Podstawowym dodatkiem do płynów chłodzenia silnika jest glikol etylenowy lub
propylenowy. Przeciwdziała on zamarzaniu wody, lecz jest także substancją żrącą, a zatem
w celu zneutralizowania kwaśnych produktów dodaje się do mieszaniny inhibitory (środki
przeciwkorozyjne) i dodatki. Płyny do układów chłodzenia produkuje się także w wersji
skoncentrowanej, nie występuje wówczas w składzie woda, a zawartość glikolu to średnio od
90 do 95%.
Na pakiet dodatków (5 – 10%) składają się:
−
inhibitory korozji
−
stabilizatory
−
czynniki maskujące jony
−
dodatki antypienne
Zawartość koncentratu w wersji eksploatacyjnej płynu powinna się zawierać w granicach od
40 do 60%. Charakterystyka fizykochemiczna glikoli powoduje, iż zawartość koncentratu w
objętości ok. 50% daje najlepsze własności temperaturowe i eksploatacyjne płynu.
Obydwa składniki muszą być w dość dużym stężeniu, by zapewnić kompletną ochronę
powierzchni metalowych bez utrudniania przekazywania ciepła. Ochrona przed korozją i
utrzymywanie właściwego bilansu pH sprawia, iż koniecznym jest utrzymanie przez całą rok
bez względu na ilość przejechanych kilometrów proporcji 50/50 (glikolu/wody) w roztworze;
inne proporcje mogą wynikać z zaleceń producenta pojazdu.
Niewłaściwa zawartość koncentratu w płynie eksploatacyjnym grozi niewłaściwą pracą układu
chłodzenia. Jeżeli płyn jest zbyt rozcieńczony, zawartość koncentratu poniżej 30% istnieje
ryzyko zamarzania płynu i nadmiernej korozji układu. Zbyt duża zawartość koncentratu,
powyżej 70%, może spowodować przegrzewanie się silnika.
Obecnie dostępne na rynku płyny chłodzące na bazie glikolu są w stanie spełniać zadania w
zakresie odprowadzania ciepła i przeciwdziałania zamarzaniu, lecz ochrona przed korozją
zależy od związków chemicznych zawartych w płynie chłodzącym. Związki chemiczne tracą
swoje właściwości w miarę starzenia się płynu.
Aktualnie rozróżnia się trzy podstawowe typy dodatków do płynów chłodzących
przeciwdziałających korozji:
−
IAT (Inorganic Additive Technology - technologia dodatków nieorganicznych dodatków),
−
OAT (Organic Acid Technology - technologia dodatków organicznych dodatków),
−
HOAT (Hybrid Organic Acid Technology – hybrydowa technologia dodatków
organicznych).
Każdy z tych dodatków został opracowany w celu zaspokojenia określonych potrzeb
producentów samochodów dotyczących okresów obowiązywania gwarancji i okresowych
przeglądów. Napełnianie układu chłodzenia innym typem środka chłodzącego niż ten, do
stosowania, którego pojazd został zaprojektowany może niekiedy nie zapewnić pełnej
ochrony przed korozją. Radzimy więc, postępować zgodnie z zaleceniami producenta
pojazdu.
Dodatki
przeciwkorozyjne
Płyny chłodzące typu IAT zawierają krzemiany i azotyny, które tworzą ochronną barierę na
wszystkim, co jest wewnątrz układu chłodzenia – także na wężach gumowych.
Krzemiany w technologii IAT szybko odkładają się na częściach metalowych silnika; w ten
sposób zawartość krzemianów w roztworze środka chłodzącego może spaść do poziomu
poniżej 20 % poziomu początkowego i tworzyć niewielkie złogi. Jeżeli ma to miejsce
pomiędzy wałkiem pompy a uszczelką, to powstające w następstwie tego tarcie w dalszej
konsekwencji powoduje przeciek. W układzie chłodzenia, w którym ustaje dopływ płynu
chłodzącego do rdzenia chłodnicy krzemiany mogą utworzyć ciągnący się osad, który w
sezonie letnim potrafi zapychać rurki chłodnicy.
Dlaczego więc należy stosować krzemiany? Ponieważ są one bardzo skutecznym środkiem,
szczególnie w silnikach z żeliwnym blokiem i aluminiową głowicą. Dlatego właśnie niektórzy
producenci wciąż podkreślają konieczność stosowania płynów chłodzących zawierających
środki przeciwkorozyjne na bazie krzemianu.
Prawie 20 lat prac nad opracowaniem technologii OAT dało efekt w postaci
bezkrzemianowego płynu chłodzącego skutecznie zabezpieczającego przeciw korozji.
Aluminium i żelazowce tworzą warstwę powierzchniową korozji w kontakcie nawet z
niewielką ilością wilgoci w powietrzu. Płyny chłodzące OAT usuwają powstałe osady z
tlenków metali i pozostawiają cienką warstwę zabezpieczającą przed dalszymi postępami
korozji.
Technologia OAT tworzy trwałą warstwę przeciwkorozyjną o grubości blisko 20-krtotnie
mniejszej niż w przypadku technologii IAT. Ma to bezpośredni wpływ na łatwość wymiany
ciepła.
Płyny chłodzące oparte na technologii typu OAT powinny być stosowane jedynie w nowszych
pojazdach przystosowanych do ich wykorzystywania. Kwasy organiczne oddziałują
chemicznie na lut z ołowiu używany w chłodnicach starszych modeli pojazdów.
Najrzadziej stosowane są hybrydowe (mieszane) środki chłodzące typu HOAT, które
zawierają środki przeciwkorozyjne na bazie zarówno krzemianów, jak też kwasów
organicznych. Zapewnia to kompatybilność z technologią IAT przy możliwości wydłużeniu
okresu trwałości. Niewielka ilość nieorganicznych silikatów zawarta w technologii HOAT wraz
z niskim stężeniem pH umożliwia znacznie lepszą ochronę elementów aluminiowych i
zabezpiecza przez korozją wżerową pomp wodnych w stosunku do tradycyjnej.
Element pompy wodnej zużyty na skutek kawitacji
Jednak we wszystkich przypadkach, każdego z tych typów inhibitora musi być w dostatecznej
ilości w roztworze płynu chłodzącego, tak, aby wtedy, gdy jest to konieczne, płyn odtwarzał
barierę ochronną. Należy jednak pamiętać, że dodatki do płynu chłodzenia „zużywają się” w
czasie eksploatacji. Dlatego też zaleca się, aby środek chłodzący był wymieniany
przynajmniej raz na 2 lata. Jeżeli płyn chłodzący „zużyje się” i nie zostanie wymieniony, to w
konsekwencji tego układ chłodzenia i silnik może zostać poważnie uszkodzony z powodu
korozji. Dodatkowo chłodnica i układ chłodzenia mogą zostać zatkane zużytymi dodatkami i
ich osadami, co kończy się przegrzaniem i ewentualnym uszkodzeniem silnika.
Możliwości m
ieszania płynów chłodzących
Ogólnie wszystkie tradycyjne płyny do układów chłodzenia na bazie glikolu etylenowego są z
sobą mieszalne. Szczególną uwagę należy natomiast zwrócić na nowoczesne formulacje
bezkrzemianowe, o innej technologii zawartych w nich środków przeciw zamarzaniu.
Specyficzne składniki działają na innych zasadach i domieszki innego rodzaju dodatków
antykorozyjnych z tradycyjnych płynów mogą powodować zasadnicze pogorszenie własności
eksploatacyjnych płynu, a w skrajnych przypadkach ich zanik.
Generalnie należy przyjąć, że mieszanie płynów chłodzących o różnych dodatkach jest
niedopuszczalne. Głównym powodem jest ich różny współczynnik pH oraz skład chemiczny.
Inhibitory korozji będące bardzo ważnymi składnikami płynu chłodzącego są aktywne tylko w
wąskim zakresie współczynnika pH. Różne płyny chłodzące zawierają różne inhibitory i
dlatego współczynnik pH ich mieszaniny z wodą powinien mieścić się w odpowiednich dla
nich granicach. Tylko w takich warunkach inhibitory zapobiegają korozji elementów układu
chłodzenia.
Układy chłodzenia są mechanicznie przystosowane do pracy z określonymi typami płynów
chłodzących. Napełnianie układu niewłaściwym środkiem może spowodować problemy
techniczne. Zmieszanie różnych płynów chłodzących może spowodować, że płyn chłodzący
stanie się agresywny korozyjnie. Dodatki antykorozyjne zawarte w różnych typach płynów
mogą również wchodzić w reakcje chemiczne ze sobą, tworząc osady obniżające
skuteczność odprowadzania ciepła z silnika.
Należy jednak pamiętać, że kiedy zmieszane zostaną ze sobą dwa markowe środki
chłodzące, ale o tych samych technologiach zawartych w nich dodatków przeciwkorozyjnych,
nie będzie żadnych szkodliwych reakcji chemicznych, a płyn chłodzący będzie w dalszym
ciągu przewodzić ciepło i chronić przeciw zamarzaniu.
Obsługa układu chłodzenia
Trzema najważniejszymi elementami utrzymania układu chłodzenia w pełnej sprawności jest
kontrola:
•
stężenia mieszaniny wody i glikolu (punkt zamarzania)
•
poziom płynu chłodniczego
•
rodzaju stosowanej wody.
Prawie wszystkie środki chłodzące zostały sformułowane w taki sposób, by pracowały
najlepiej w mieszaninie o idealnym punkcie zamarzania, co oznacza mieszaninę o
proporcjach składników 50/50. Punkt zamarzania nie tylko daje najlepszą ochronę przeciw
krzepnięciu, lecz także pewność, że poziom zawartości środków przeciwkorozyjnych w
układzie chłodzenia jest zgodny z poziomem zamierzonym. Mieszanina o właściwym punkcie
zamarzania jest także najbardziej efektywnym płynem chłodzącym, ponieważ zdolność płynu
do przewodzenia ciepła (pojemność cieplna) jest najlepsza w przypadku mieszaniny o
proporcjach składników 50/50.
Układy chłodzenia są tak zaprojektowane, aby działały po całkowitym napełnieniu płynem
chłodzącym. Układ, w którym jest stale utrzymywany niski poziom płynu może być
ekstremalnie żrącym środowiskiem z powodu agresywnej natury oparów mieszaniny
glikolu/wody. Opary te są bardziej agresywne niż którakolwiek z cieczy wchodzących w skład
mieszaniny.
Ważnym czynnikiem jest również jakość wody. Zwykła woda wodociągowa zawiera takie
minerały, jak magnez i wapń, które mogą tworzyć osady w układzie chłodzenia, zwłaszcza na
najbardziej nagrzanych częściach silnika. Osady te mogą hamować przepływ ciepła i w
przypadku ich oderwania się mogą zapchać chłodnicę. Należy pamiętać, że zaledwie 6%
nalotu na powierzchni układu zmniejsza rozpraszanie ciepła o 40%. Inne środki
zanieczyszczające, jak żelazo i chlor występują również stosunkowo często i mogą
wywoływać korozję przy wystarczająco wysokich poziomach występowania. Woda
wodociągowa z wysoką zawartością minerałów lub płyn chłodzący zawierający zbyt wiele
krzemianu może spowodować przetarcie się rurek rdzenia. Duża szybkość przepływu może
spowodować ten sam problem,
Jedynym sposobem na uniknięcie odkładania się w płynach chłodzących minerałów i innych
środków zanieczyszczających jest mieszanie ich z wodą destylowaną zamiast wody
wodociągowej. Płyny chłodzące, które są sprzedawane jako gotowe do użycia są mieszane z
wodą destylowaną.
Przeprowadzanie wymiany i uzupełnianie płynu chłodzącego
Terminy okresowej wymiany płynu chłodzącego i konserwacji układu chłodzenia podawane
są przez producenta pojazdu lub silnika, dlatego należy stosować się ściśle do ich zaleceń.
Orientacyjnie można podać, że najczęściej w starszych modelach pojazdów z silnikami Euro
2 zalecana jest wymiana co 2 lata. Dla nowszych silników Euro 3 producenci wydłużyli okres
nawet do 48 miesięcy.
Należy podkreślić, że we wszystkich przypadkach producenci dopuszczają stosowanie
jedynie płynów chłodzących spełniających wymagania producentów.
Ponieważ glikol ma niższa skłonność do parowania zmniejszanie poziomu płynu chłodzącego
w układzie jest spowodowane głownie parowaniem wody. Jeśli ubytek nie przekracza 10%
należy uzupełnić wodą destylowaną. W przypadku ubytków większych (wycieki) należy
sporządzić mieszaninę koncentratu i wody destylowanej w stężeniu przewidzianym przez
producenta silnika i uzupełnić układ do odpowiedniego poziomu.
Układy chłodzenia w silnikach pojazdów użytkowych należy obowiązkowo serwisować
stosując odpowiedni typ płynu chłodzącego. Dbajmy, więc o ten układ, prze cały okres
eksploatacji, bo dzięki właściwemu utrzymaniu stanu technicznego, powinno mu to zapewnić
możliwie najdłuższy okres używalności, co najmniej tak samo długi, a prawdopodobnie nawet
dłuższy niż w przypadku silnika, który on chłodzi.