Wprowadzenie nowoczesnych rozwiązań konstrukcyjnych silnika (rys. 1) umieszczonego pod aerodynamicznymi maskami samochodów, zajmujących coraz mniej miejsca, o bardzo wysilonych warunkach pracy tj. wysokich temperaturach i dużych mocach z jednostki objętości skokowej, wymaga zastosowania odpowiednich materiałów eksploatacyjnych, w tym wysokiej jakości płynów niskokrzepnących do chłodnic samochodowych. Jednym z istotnych wymogów stawianym współczesnym płynom jest zapewnienie zamkniętego cyklu życiowego (wydłużonej trwałości eksploatacyjnej z uwzględnieniem biodegradacji środowiska naturalnego.
Rys. 1. Przekrój układu chłodzenia silnika spalinowego.
Biodegradacja wg ASTM D5864 jest to proces chemicznego rozkładu lub przemiany substancji spowodowany przez organizmy żywe lub ich enzymy. Klasyczne, dostępne ciągle na rynku, a opracowane kilka lat temu płyny niskokrzepnące, nie są w stanie sprostać najnowszym wymaganiom techniki motoryzacyjnej.
Nowa generacja płynów musi chronić układ chłodzenia silników, zarówno starej jak i bieżącej produkcji.
Wymagania stawiane płynom niskokrzepnącym
Jak już wspomniano, współczesny płyn niskokrzepnący do chłodnic samochodowych to złożony produkt, który musi sprostać określonym wymaganiom, z których najważniejsze to:
- temperatura krystalizacjiŁ -35OC;
- temperatura wrzenia ł 107,5OC;
- odpowiednia ochrona przeciwkorozyjna.
Prawidłowo dobrany płyn powinien
spełniać następujące wymagania:
- odprowadzać nadmiar ciepła z silnika i gwarantować jego ochronę przed zatarciem, podczas największych wzrostów temperatur przy maksymalnych obciążeniach i prędkościach obrotowych;
- zabezpieczać układ chłodzenia silnika przed zamarzaniem, nawet podczas największych spadków temperatur;
- zabezpieczać przed korozją i kawitacją elementy metalowe, z których są zbudowane układy chłodzenia silników;
- nie ulegać destrukcji (rozkładowi) w wysokich temperaturach;
- nie powodować powstawaniu szlamów i osadów;
- zapobiegać pękaniu uszczelek, przewodów gumowych i elementów z tworzyw sztucznych;
- zapobiegać wydzielaniu się kamienia kotłowego;
- odznaczać się wysoką rezerwą alkaliczną pozwalającą na neutralizację kwaś-nych produktów spalania, które przedostają się z komory spalania do układu chłodzenia.
W Polsce do oceny właściwości fizykochemicznych płynów niskokrzepnących do chłodnic samochodowych służą dwie normy: PN-C-40007:2000 i NO-91-A233, oraz warunki techniczne WT-ITS/3/94-ZLG.
Obok norm państwowych i warunków technicznych funkcjonują specyfikacje producentów samochodów jak: Fiat 55523, Renault 41-01-001 typ D, Ford WSS-M97B44-D, Peugeot B71 5110 itp.
Kierunki rozwoju technologii płynów niskokrzepnących do chłodnic samochodowych
Większość płynów niskokrzepnących do chłodnic samochodowych zawiera:
- glikol monoetylowy z domieszką wyż-szych glikoli etylowych;
- dodatki uszlachetniające jak:
- inhibitory korozji;
- regulatory pH i rezerwy alkalicznej;
- substancje zagęszczające;
- substancje przeciwpienne i barwiące;
- wodę (stanowiąca 45-48% ogólnego składu cieczy).
W skład tradycyjnego płynu niskokrzepnącego do chłodnic samochodowych do niedawna wchodziły nieorganiczne inhibitory korozji jak: fosforany, borany, krzemiany czy azotany w ilości ok. 4-5%. Chronią one układ chłodzenia i silnik przed korozją, lecz wszystkie są w pewnym stopniu szkodliwe dla środowiska naturalnego, a ponadto ich działanie jest ograniczone w czasie.
Zanieczyszczenia i zainicjowany proces korozji wnętrza pompy obiegowej płynu po przebiegu eksploatacyjnym.
Zanieczyszczenia i zainicjowany proces korozji wirnika pompy obiegowej płynu po przebiegu eksploatacyjnym
Zmienne obciążenia pracy silnika w różnych warunkach eksploatacji samochodu, postoje w “korkach”, czy jazda po autostradzie wywołują wzrost jego obciążeń cieplnych, a zawarte w płynie dodatki jak inhibitory korozji mogą ulec szybkiej destrukcji czy zużyciu.
W rezultacie tradycyjny płyn obniża swoje właściwości antykorozyjne, a tym samym sprzyja wytrącaniu się osadów i kamienia kotłowego na elementach układu chłodzenia.
Przekłada się to na obniżenie efektywności pracy układu chłodzenia, a tym samym pogorszenie warunków pracy dla oleju silnikowego (zwiększenie zużycia węzła ciernego silnika). Charakterystyczne zanieczyszczenia i zainicjonowany proces korozji wybranych elementów układu chłodzenia silnika przez płyn nis-kokrzepnący starej generacji o stężeniu eksploatacyjnym przedstawiono na rys. 2 i 3. Tego rodzaju procesów nie obserwuje się podczas pracy układu chłodzenia silników wypełnionych płynem niskokrzepnącym nowej generacji zawierającym inhibitory organiczne.
Ponadto dodatkową cechą pozytywną płynów zawierających inhibitory organiczne jest fakt, że są one nieszkodliwe dla środowiska naturalnego (biodegradowalne, a ich zastosowanie wydłuża okres eksploatacji płynów, co zmniejsza ich zużycie.
Mieszalność płynów i częstotliwość wymian
Każdy producent opracowujący recepturę płynu stara się dobrać tak pakiet dodatków uszlachetniających, aby zapewnić maksymalnie korzystny synergizm ochrony przeciwkorozyjnej i erozji kawitacyjnej przy minimalnym ich dozowaniu.
Ocenę właściwości użytkowych płynów powinno się przeprowadzać w oparciu o kompleksowe badania tj. testy laboratoryjne, stanowiskowe i badania eksploatacyjne. Na szczególną uwagę zasługują badania eksploatacyjne płynów prowadzone zgodnie z normą ASTM D2847-99 z uwagi na wnikliwą ocenę użytkową i wysokie koszty badań. Należy dodać, że w Polsce jest niewiele ośrodków naukowo-badawczych, które takie badania prowadzą. Jednym z nich jest Instytut Technologii Nafty w Krakowie, gdzie w oparciu o własne doświadczenia autorzy uważają, że płynów różnych producentów nie należy mieszać, przede wszystkim z uwagi na kompatybilność dodatków uszlachetniających.
Zmieszanie płynu zawierającego dodatki jak: aminy lub krzemiany z płynem zawierającym azotyn sodu spowoduje wytrącanie krzemianów w postaci białego osadu. Jego obecność może spowodować niedrożność układu, a tym samym ograniczyć skuteczność wymiany ciepła. Najgorszym wariantem jest zmieszanie płynu o konwencjonalnej recepturze z płynem opartym na zestawie kwasów organicznych. Zarówno w jednym jak i w drugim przypadku powstanie nowy płyn, który zamiast właściwości ochronnych nabędzie właściwości korozyjnych i wywołujących erozję. Uzupełnienie płynu w układzie chłodzenia silnika należy dokonać płynem tego samego gatunku (generacji i tego samego producenta. W przypadku braku płynu na dolewki z samego źródła, cały płyn w zasadzie należy wymienić.
O częstotliwości wymiany płynu w układzie chłodzenia silnika decydują producenci płynów niskokrzepnących i wytwórcy samochodów. Nowa generacja płynów stwarza możliwość wydłużenia przebiegu eksploatacyjnego do ok. 500 tys. km
i okres wymiany do 4…5 lat, zwłaszcza dla samochodów ciężarowych o wysokim tonażu.
Ocena eksploatacyjna płynów wg ASTM D 2847-99
Badania laboratoryjne i testy stanowiskowe (symulacyjne) płynów niskokrzepnących o stężeniu eksploatacyjnym są niewystarczające dla pełnej oceny przydatności użytkowej. Wnikliwą ich ocenę przeprowadza się w oparciu o badania eksploatacyjne.
Podstawowymi kryteriami tej oceny są:
- odczyn płynu pH;
- poziom rezerwy alkalicznej RA;
- zawartość wody;
- częstotliwość i objętość dolewek (uzupełnień) płynu do chłodnicy;
- właściwości korozyjne płynu (zmiana masy płytek wzorcowych) w [mg/płytkę];
- zanieczyszczenia i korozja elementów układu chłodzenia silnika;
- rejestracja erozji elementów układu chłodzenia;
- uszkodzenia kawitacyjne pompy obiegowej płynu.
Badania laboratoryjne płynów w zakresie właściwości fizykochemicznych prowadzić można dwoma metodami równoważnymi: PN-C-40007:2000 i ASTM D5847-99.
Według najnowszych standardów badawczych wnikliwą ocenę eksploatacyjną (użytkową) płynów stanowią wyniki badań wg normy ASTM D2847 uzyskane na obiektach o zróżnicowanym potencjale konstrukcyjno-technologicznym (chłodnice mosiężne i aluminiowe). Zgodnie z procedurą wspomnianej normy układ chłodzenia silnika samochodów badawczych wyposażono w pomiarowe kapsuły przepływu badanego płynu. We wnętrzu kapsuł osadzono tulejki z tworzywa fenolowego wzmocnionego brezentem wraz z zestawem płytek wzorcowych
Synergizm “ochrony przeciwkorozyjnej” płynu zdefiniowano jako wielkość ubytku masy konkretnej płytki z zestawu pomiarowego [mg/płytkę].
Przedmiotem badań eksploatacyjnych płynów niskokrzepnących wg normy ASTM D 2847-99 są również badania stanowiskowe łączników gumowych układu chłodzenia silnika w zakresie oddziaływania płynów na właściwości mechaniczno-fizyczne tych elementów..
Nowa generacja płynów niskokrzepnących zawierająca inhibitory organiczne chroni układ chłodzenia silników, starej generacji jak i bieżącej produkcji, co pozwala na wydłużenie trwałości eksploatacyjnej nawet do 500 tys. km przebiegu w okresie 4…5 lat. O częstotliwości wymiany płynu w układzie chłodzenia silnika decydują producenci płynów niskokrzepnących i wytwórcy samochodów. Opinie specjalistów różnych ośrodków naukowo-badawczych w kraju upoważniają do stwierdzenia, że nie należy mieszać płynów różnych producentów i gatunków z uwagi na kompatybilność dodatków uszlachetniających. Wnikliwą oceną użytkową płynów z uwzględnieniem warunków eksploatacji samochodów, w tym właściwości korozyjnych bezpośrednio w samochodzie, zapewniają badania eksploatacyjne prowadzone wg normy ASTM D2847-99.
Widok ogólny zestawu płytek wzorcowych do oceny właściwości korozyjnych płynu niskokrzepnącego w okresie eksploatacji samochodu.
Stan techniczny płytek wzorcowych po określonym przebiegu eksploatacyjnym płynu niskokrzepnącego "X" obrazującego synergizm ochrony przeciwkorozyjnej.
Tab. 1.Metody badań w zakresie oceny właściwości fizykochemicznych płynów niskokrzepnacych do chłodnic samochodowych.
Tab. 2.Ocena właściwości fizykochemicznych płynu niskokrzepnącego "X" o stężeniu eksploatacyjnym przeznaczonego do badań eksploatacyjnych wg normy ASTM D 2847-99
Tab. 3.Właściwości fizykochemiczne płynu niskokrzepnącego "X" w zakresie w okresie eksploatacji samochodów badawczych wg normy ASTM D2847-99.
Tab. 4.Ocena właściwości korozyjnych płynu niskokrzepnącego "X" w okresie eksploatacji samochodów wg normy ASTM D2847-99.
Tab. 5.Właściwości mechaniczno-fizyczne lączników gumowych układu chłodzenia silnika po przebiegu eksploatacyjnym.
Janusz Jakóbiec
Grzegorz Wysopal
Instytut Technologii Nafty – Kraków
Komentarze (0)