В пособии рассмотрены основные требования к эксплуатационным материалам, производимым за рубежом и широко поставляемым в Россию
 Скачать 2.64 Mb.
|
Глава 5Специальные жидкостиДля обеспечения долговечной и надёжной работы автомобиля необходим целый ряд эксплуатационных жидкостей, так называемых специальных жидкостей (СЖ). Специальные жидкости обеспечивают и оптимизируют работу двигателя, органов и систем управления, подвески и облегчают запуск двигателя и работу автомобиля в целом в разнообразных условиях эксплуатации. К специальным жидкостям, обеспечивающим работу автомобиля, относят следующие: – охлаждающие; – тормозные; – амортизаторные; – гидравлические; – пусковые; – антиобледенительные; – автоочистители; – электролит для аккумуляторных батарей. По условиям работы и сходным требованиям к качеству тормозные, амортизаторные и гидравлические жидкости можно объединить в группу жидкостей для гидравлических систем. 5.1. Охлаждающие жидкостиВ двигателях внутреннего сгорания в механическую работу превращается тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива. Но далеко не вся тепловая энергия используется по назначению. К сожалению, коэффициент ДВС невысок. На рис. 5.1 показано примерное распределение энергии, заключенной в топливе (разработки кампании ВР). Для качественного смесеобразования, полноты сгорания топлива и обеспечения оптимальных условий для смазки двигателя необходимо поддерживать определённый температурный режим. В современных двигателях температурный режим поддерживается с помощью воздушной или жидкостной систем охлаждения. В подавляющем большинстве – жидкостными системами. Температура охлаждающей жидкости должна быть 90…100 С.  Рис. 5.1. Распределение тепловой энергии в ДВС 5.1.1. Условия работы и требования к охлаждающим жидкостям Охлаждающие жидкости находятся в герметичной системе, включающей рубашку охлаждения двигателя, радиатор, водяной насос, термостат и систему трубопроводов. В рубашке охлаждения жидкость забирает тепло от нагретых деталей и отдаёт его потоку воздуха в радиаторе. По рубашке охлаждения и трубкам радиатора жидкость прокачивается центробежным насосом. После длительной стоянки автомобиля вне помещения охлаждающая жидкость имеет температуру окружающего воздуха, зимой – гораздо ниже нуля. Детали системы охлаждения выполнены из чёрных и цветных металлов и сплавов. Прокладки и трубопроводы (шланги) – из неметаллических материалов (технического картона, паронита, резины и др.). Требования к охлаждающим жидкостям: – высокие теплоёмкость и теплоотдача; – невысокая вязкость; – низкая температура замерзания и высокая температура кипения; – отсутствие склонности к образованию отложений (накипи); – коррозионная нейтральность к конструкционным материалам; – невысокий коэффициент теплового расширения; – нетоксичность; – пожаробезопасность; – дешевизна, недефицитность и широкая сырьевая база. В настоящее время жидкостей, полностью отвечающих всем перечисленным требованиям, не существует. В качестве охлаждающих используют следующие жидкости и смеси: – вода; – смесь воды и этиленгликоля; – водоглицериновые смеси; – водоспиртовые смеси. Теплофизические характеристики некоторых жидкостей приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 Теплофизические характеристики некоторых жидкостей
5.1.2. Эксплутационные свойства охлаждающих жидкостей Охлаждающая способность наиболее высока у воды. Этиленгликоль, глицерин и спирт, а также их смеси с водой имеют более низкую охлаждающую способность. Температурный режим двигателя, особенно при высоких температурах воздуха и больших нагрузках, наиболее устойчиво поддерживается системой охлаждения, заправленной водой. Низко- и высокотемпературные свойства. Температурный диапазон применения охлаждающих жидкостей определяется температурами замерзания и кипения. Для понижения температуры замерзания используют смесь воды и различных жидкостей. В результате удаётся понизить температуру замерзания до минус 65 С, что вполне достаточно для эксплуатации автомашин в любом климатическом поясе России. Для повышения температуры кипения систему охлаждения герметизируют, в ней при нагревании жидкости повышается давление и температура кипения возрастает. Это даёт дополнительное время водителю для того, чтобы принять меры и не допустить закипания охлаждающей жидкости в двигателе. На низший температурный предел применения жидкости большое влияние оказывает вязкость. При чрезмерном возрастании вязкости значительно увеличивается сопротивление циркуляции жидкости по системе, особенно через трубки радиатора. Спирты, гликоли и глицерин в смеси с водой имеют низкие температуры замерзания. Но при повышенных температурах спирты легко испаряются из смеси, что приводит к повышению температуры замерзания и увеличивает пожароопасность. Коррозионность – важное эксплуатационное свойство охлаждающих жидкостей, в значительное мере влияющее на долговечность системы охлаждения. Коррозионное воздействие жидкостей на конструкционные материалы прежде всего определяется содержанием в охлаждающих жидкостях кислорода и хлора. Поэтому вода, используемая как охлаждающая жидкость или как компонент смеси должна содержать хлора не более 0,0007%. Водопроводная вода в целях обеззараживания хлорируется, содержание хлора в ней около 0,01% поэтому она коррозионно агрессивна. Водные растворы этиленгликоля и спиртов обладают повышенной коррозионностью по отношению к металлам. Для устранения этого недостатка в смеси вводят присадки: 1) двузамещённый фосфорно-кислый натрий Na2HPO4 в количестве 2,5–3,5 г/л предохраняет от коррозии чугунные, стальные и медные детали; 2) декстрин картофельный (изомер крахмала С6Н10О5) в количестве 1–1,1 г/л защищает припои, алюминий и медь; 3) присадки на основе бензойно-кислого натрия, нитрата натрия и буры защищают от коррозии все сплавы металлов в системе охлаждения. Этиленгликолевые жидкости вызывают коррозию цинковых покрытий, поэтому хранение их в оцинкованных бочках не допускается. При необходимости дополнительную защиту цинка обеспечивают введением в антифриз 7,5–8% молибденовокислого натрия (Na2MoO4). В этом случае в маркировке вводится строчная буква «м» – антифриз марки 40 м; 65 м. Вспениваемость охлаждающих жидкостей ухудшает отвод тепла, так как воздух проводит тепло значительно меньше, чем вода. В чистом виде гликолевые жидкости не склонны к пенообразованию, но при попадании в них нефтепродуктов образуется обильная и устойчивая пена. Высокую вспениваемость водоглицериновых смесей снижают добавлением спирта. Токсичностью в наибольшей степени обладает этиленгликоль. Для человека смертельной дозой считается попадание внутрь 50–100 мг чистого этиленгликоля. Этиловый спирт менее ядовит. Пожароопасность смеси этиленгликоля и воды невысока. При содержании воды более 20% возгорания смеси не происходит. Температура самовоспламенения этиленгликоля на воздухе выше 400 С. Смеси этилового спирта и воды горят при содержании в них спирта более 30–40% в зависимости от температуры. 5.1.3. Вода как охлаждающая жидкость Наиболее полно отвечает предъявляемым к тормозным жидкостям требованиям простая вода. Сравнительно высокие теплоёмкость, теплопроводность и коэффициент теплоотдачи, а также незначительная вязкость (1,02 мм2/с при 20 С), нетоксичность и неограниченное количество делают воду ценным теплопередатчиком. Однако у воды есть и весьма существенные недостатки: – высокая температура замерзания (0 С); – низкая температура кипения (100 С); – значительный коэффициент объёмного расширения при замерзании (9%); – склонность к образованию отложений (накипи); – коррозионность к деталям системы охлаждения. Несмотря на перечисленные недостатки, наряду с высокой стоимостью смесей воды с другими веществами, она широко применяется в системах охлаждения грузовых автомобилей. Эти системы имеют большую вместимость, поэтому затраты на заполнение и доливы специальными жидкостями велики. Следует иметь ввиду, что попадание минеральных масел в воду взывает сильное пенообразование, что значительно ухудшает теплопередачу. Аналогичное действие оказывает присутствие даже небольшого количества масел в накипи. При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости необходимо постоянно помнить о её склонности к образованию осадков на стенках системы охлаждения. Накипь ухудшает теплоотдачу от нагретых деталей. На образование накипи основное влияние оказывает жёсткость воды. Жёсткость воды определяют по содержанию в ней солей кальция и магния. Единица жёсткости – содержание 1 миллиграмм-эквивалента (мг-экв) ионов кальция и магния в 1 литре воды. Одному мг-экв жёсткости соответствует содержание 20,04 мг/л Са++ или 12,16 мг/л Мg++. Деление воды группы жёсткости показано в табл. 5.2. Таблица 5.2 Классификация воды и режим технического обслуживания системы охлаждения двигателей
Окончание табл. 5.2
Общая жёсткость воды является суммой карбонатной (временной) и некарбонатной, главным образом сульфатной, жёсткостей. Жёсткость воды легко определить (ориентировочно) при намыливании рук: в мягкой воде пена устойчивая, а в жёсткой воде пена быстро гаснет и на руках остаётся сальный осадок. Для устранения вредного влияния жёсткости – образования накипи – в систему охлаждения вводят антинакипины или умягчают воду перед заливом (табл. 5.3). Таблица 5.3 Способы предупреждения образования накипи
Окончание таблицы 5.3
Применение антинакипинов эффективно снижает скорость образования накипи в системе охлаждения (рис. 5.2).  Рис. 5.2. Динамика нарастания количества накипи в системе охлаждения, заправленной водой с антинакипином (2) и без него (1) При образовании накипи её удаляют различными способами: 1) Техническая молочная кислота (600 г на 10 л воды); 2) Хромпик (200 г на 10 л воды); Растворы хромпика вызывают ожоги кожи! 3) 6–10% раствор НСl с добавками различных ингибиторов. Растворы заливают в систему охлаждения, удалив термостат, и выдерживают: – в технической молочной кислоте – до прекращения выделения углекислого газа; – хромпике – 8–10 часов; – соляной кислоте – 0,5–1 час. Затем растворы сливают и тщательно промывают систему охлаждения водой. Промышленность выпускает большое количество препаратов для удаления накипи, например «Автоочиститель-1». При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости зимой необходимо помнить о возможности замерзания воды в радиаторе при циркуляции по малому контуру системы. Особенно это возможно при постоянном вращении вентилятора приводными ремнями. Для увеличения температуры кипения в герметичной системе охлаждения повышается давление. В результате возрастает и температура закипания воды: – при 0,05 Мпа – 112 С; – при 0,12 Мпа – 124 С. 5.1.4. Низкозамерзающие жидкости (антифризы) Как отмечалось выше, при всех достоинствах вода как охлаждающая жидкость имеет серьёзный для нашего климата недостаток – высокую температуру замерзания. Этот недостаток влечёт за собой и следующий – объёмное расширение при замерзании, достигающее 9%, т. к. плотность воды при 3,98 С составляет 1000 кг/м3, а льда при 0 С – 916,8 кг/м3. Это приводит к разрыву рубашки охлаждения. Температура кипения также относительно невысока. Всё это вынудило эксплуатационников искать более приемлемые охлаждающие жидкости. Так было положено начало применению в качестве охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания смеси этиленгликоля и воды. Этиленгликоль С2Н4(ОН)2 – простейший двухатомный алифатический спирт, сиропообразная (  ) бесцветная жидкость сладкого вкуса. Температура замерзания минус 12,3 С, кипения плюс 197,6 С, плотность 1113 кг/м3 при 20 С. При добавлении воды температура замерзания понижается до минус 75 С при содержании в растворе трети воды, а при дальнейшем увеличении концентрации воды – повышается. Зависимость нелинейная. Температура замерзания может быть определена не только по концентрации воды и этиленгликоля, но и по плотности смеси.Низкозамерзающие охлаждающие жидкости для заправки систем «тосолы». Эти жидкости имеют ряд преимуществ по сравнению с водой: – низкая температура замерзания; – выше температура кипения; – хорошие смазочные свойства, что обеспечивает больший ресурс работы водяного насоса; – при замерзании образуется рыхлая масса, почти не увеличивающаяся в объёме и не вызывающая разрушения системы охлаждения. Но тосолам присущи и недостатки: – токсичность; – коррозионное воздействие на конструкционные материалы; – высокая просачиваемость по сравнению с водой; – большой коэффициент теплового расширения. Основной недостаток этиленгликолевых жидкостей – токсичность, даже при невысоких концентрациях гликолей. При попадании в организм человека наблюдаются тяжёлые отравления. Поэтому при использовании тосолов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Современные тосолы представляют собой смесь этиленгликоля и воды с добавлением присадок: – антикоррозионной; – антифрикционной; – противопенной. Характеристика антифризов приведена в табл. 5.4. Таблица 5.4 Характеристика антифризов
Применение тосолов требует выполнения ряда правил, обусловленных свойствами этих жидкостей: Заполнять систему охлаждения следует на 6–8% ниже полной вместимости. Это вызвано большим коэффициентом объёмного расширения. При нагревании жидкости до рабочей температуры система охлаждения будет заполнена полностью. В последнее время на автомобилях устанавливают расширительные бачки, изменение уровня жидкости в которых компенсирует тепловое расширение антифриза. Необходимо тщательно проверить герметичность соединений в системе охлаждения, так как антифризы обладают повышенной просачиваемостью. Через некоторое время после залива следует внимательно осматривать соединения на наличие подтеканий. Антифризы растворяют накипь. Неплотности, закупоренные накипью могут дать течь. Растворение накипи не снижает качество антифризов. После фильтрации их снова можно заливать в систему. Необходимо полностью удалить накипь со стенок системы охлаждения перед заливом антифриза. Накипь вступает в химическую реакцию с динатрийфосфатом, который находится в антифризе для защиты от коррозии чёрных металлов и латуни. Температуры кипения антифризов выше, чем воды. Снижение уровня при отсутствии подтеканий свидетельствует о выкипании воды и повышении концентрации этиленгликоля. В этом случае необходимо доливать чистую воду. При снижении уровня вследствие подтеканий компенсировать потери следует стандартным антифризом. Необходимо периодически проверять концентрацию антифриза в системе охлаждения. Проверка производится с помощью гидрометра – разновидности ареометра, с термометром, но с двойной шкалой, оттарированной на процентное содержание этиленгликоля в смеси и соответствующие температуры замерзания. Шкала рассчитана на определения при температуре антифриза равной 20 С. При других температурах неизбежны ошибки, поэтому перед измерением необходимо привести температуру антифриза к значению 20 С. При невозможности корректировки температуры поправки к показанию гидрометра можно определять по таблице 5.5. Таблица 5.5 Поправки к показанию гидрометра
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||