Жесткость воды измеряется в миллиграмм-эквивалентах на 1 л поды (мг-экв/л). Вода, содержащая в 1 л 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния, имеет жесткость 1 мг-экв/л. Жесткость воды по внешним признакам определить нельзя, она определяется только лабораторным путем. По показателям жесткости (в мг-экв/л) воду делят на следующие группы: мягкая до 2; умеренно жесткая 2—4; средней жесткости 4—6; жесткая 6—8; очень жесткая выше 10.

Вода рек, прудов, озер считается умеренно жесткой (до 4 мг-экв/л). Дождевая и снеговая вода имеет не более 0,04 мг • экв/л и дает наименьшее количество накипи. Вода из колодцев и ключей обычно жесткая (8—12 мг • экв/л) и ее применение в системе охлаждения без умягчения нежелательно.

Смягчить воду можно путем кипячения в течение 30—40 мин или прибавлением технического трилона Б (2 г на 1 л воды). Трилон — порошок белого цвета, не ядовит, легко растворяется в воде, не вызывает вспенивания при нагреве и кипячении. Смягчение воды производится также с помощью натрий-кагионитных фильтров и химическим способом (специальными очистительными установками).

Удаление из системы охлаждения накипи, продуктов коррозии и шлама производится путем промывания. Если отложения накипи незначительные, то рекомендуется промывать систему струей чистой воды. При этом радиатор и рубашка охлаждения блока двигателя промываются раздельно в направлении, обратном циркуляции жидкости в системе. Если отложения накипи большие и двигатель перегревается, то применяются специальные растворы.

Необходимо помнить, что систему охлаждения карбюраторных двигателей, имеющих блоки или головки блоков из алюминиевых сплавов, нельзя промывать щелочными или кислотными растворами. В этом случае ракомендуется использовать раствор тринатрийфосфата (100 г тринатрийфосфата на 1 л воды), который заливается в систему на 2—3 дня. Машина с этим раствором может выполнять работу с доливкой раствора через каждые 12 ч. После слива раствора тщательно промыть раздельно радиатор и рубашку охлаждения чистой водой Для двигателей с чугунным блоком и головкой можно применять раствор каустической соды (7,00—1000 г соды и 150 г керосина на 10 л воды), который заливается в систему на 7— 10 ч. Перед сливом раствора пускают двигатель и дают ему поработать 15—20 мин. Затем раствор сливают и промывают систему охлаждения чистой водой.

Для промывки системы охлаждения двигателя ЗМЗ-66 применяют раствор хромпика (4—8 г на 1 л воды), который заливают в систему, и двигатель должен работать на нем в течение месяца. Затем раствор сливают и систему промывают чистой водой. Надо иметь в виду, что раствор с концентрацией хромпика менее 3 г на 1 л обладает повышенной коррозионной агрессивностью. При снижении уровня жидкости в системе добавляется раствор хромпика. Хромпик ядовит, поэтому раствор приготовляется в противогазе и резиновых перчатках.

Для промывки систем охлаждения двигателей ЗИЛ-131 и ЗИЛ-375 можно применять раствор трилона (20 г технического трилона на 1 л воды). Раствор заливают в систему, и автомобиль работает на нем в течение дня (6—7 ч). Затем раствор сливают и заливают свежий. Промывка продолжается 4—5 дней, после чего систему промывают чистой водой.

Низкозамерзающие жидкости (антифризы) предназначены для заправки систем охлаждения двигателей при низких температурах. Они представляют собой водный раствор технического этиленгликоля с добавлением антикоррозионных присадок. Наиболее распространенные жидкости двух марок: «40» и «65» с температурой замерзания соответственно не выше минус 40° и минус 65° С. В качестве антикоррозионных присадок в антифризы вводится динатрийфосфат и декстрин.

Жидкость марки «40» светло-желтого цвета, плотность 1,067—1,072 г/см3. Жидкость марки «65» оранжевого цвета, плотность 1,085—1,090 г/см3.

Этиленгликолевые антифризы — сильные яды, поэтому при обращении с ними необходимо соблюдать следующие основные правила применения и техники безопасности:
— тара, в которой хранятся и перевозятся низкозамерзающие жидкости, должна иметь надпись «Яд» и пломбироваться;
— личный состав, работающий на машинах, где применяются эти жидкости, систематически инструктируется (при этом особое внимание обращается на предупреждение попадания антифриза внутрь организма);
— при работе с антифризами нельзя принимать пищу и курить; категорически запрещается переливать жидкости шлангом путем засасывания ртом;
— после обслуживания системы охлаждения руки должны быть вымыты с мылом;
— при случайном попадании антифриза внутрь организма пострадавший должен быть немедленно доставлен в медицинский пункт для оказания помощи;
—количество низкозамерзающей жидкости, заливаемой в систему охлаждения, берут на 6—8% меньше ее емкости, так как антифриз при нагревании увеличивается в объеме больше, чем вода;
— заливать жидкость осторожно, не проливая, так как она портит окраску автомобиля;
— не допускать попадания в систему охлаждения нефтепродуктов (бензина, керосина, масла), так как в присутствии их жидкость сильно вспенивается и выбрасывается из системы;
— при уменьшении уровня антифриза в системе охлаждения доливать следует только воду, так как вода испаряется быстрее, чем этиленгликоль.

—

Во время работы двигателя внутреннего сгорания некоторые детали соприкасаются с горячими газами, в результате чего они сильно нагреваются. Высокая температура поршней, цилиндров, головки и клапанов приводит к усиленному нагаро- и лакообразованию, повышенному трению, задирам и износам деталей. Для нормальной работы двигателя температура его деталей должна поддерживаться на определенном уровне.

Система охлаждения, в зависимости от быстроходности и мощности двигателя, отводит 15—35% теплоты, образующейся при сгорании топлива. В бензиновых и газовых двигателях доля отводимой теплоты всегда больше, чем в дизельных. Температуру в системе охлаждения необходимо поддерживать на строго определенном уровне в соответствии с указаниями завода-изготовителя для данной марки двигателя. Различают системы воздушного, и жидкостного охлаждения. Воздушная система охлаждения применяется для охлаждения мотоциклетных, автомобильных, тракторных и стационарных двигателей. В воздушной системе охлаждения отвод теплоты от стенок камеры сгорания и цилиндров осуществляется встречным потоком воздуха в транспортных двигателях или принудительным обдувом с помощью вентиляторных устройств. Степень охлаждения двигателя зависит от сезонности, скорости движения, условий эксплуатации, мастерства водителя, технического состояния двигателя и других факторов.

Наиболее распространена жидкостная система охлаждения, при которой температура деталей двигателя поддерживается на необходимом уровне путем охлаждения их*’ принудительно циркулируемой жидкостью. При жидкостной системе охлаждения улучшается наполнение цилиндров, наблюдается меньшая шумность при работе двигателя, поскольку стенки цилиндров изолированы рубашкой охлаждения, более легкий пуск двигателя при низких температурах.

Хорошая работа системы охлаждения зависит от правильного выбора и качества охлаждающей жидкости. Охлаждающие жидкости должны отвечать следующим требованиям: иметь низкую температуру замерзания и высокую температуру кипения; иметь высокую теплоемкость и теплопроводность; не должны образовывать накипи и отложений в системе охлаждения; не влиять на резиновые изделия и не вызывать коррозии металлов; иметь высокую температуру самовоспламеняемости для безопасности эксплуатации; обладать высокими антипенными свойствами; должны быть не токсичными, дешевыми, обеспечивать минимальный расход.топлива и масла.

Однако до настоящего времени еще не найдена охлаждающая жидкость, полностью отвечающая всем предъявляемым к ней требованиям.

В качестве охлаждающей жидкости широко используется вода. Вода как охлаждающая жидкость, наряду с такими преимуществами, как высокая теплоемкость, доступность приобретения, безопасность в пожарном отношении и безвредность для человека, имеет ряд существенных недостатков. Главным недостатком является высокая температура замерзания. Вода замерзает при температуре О °C, увеличиваясь при этом в объеме примерно на 10%. При замерзании воды в системе охлаждения может произойти разрыв головок блоков цилиндров, блоков и радиаторов, поскольку лед при расширении оказывает давление на стенки системы около 245 МПа. Угроза замерзания воды? в системе охлаждения создает большие трудности при эксплуатации двигателей в зимнее время. К недостаткам воды следует отнести также сравнительно низкую температуру кипения. Температура охлаждающей воды в автотракторных двигателях поддерживается на уровне 80—90 °C.

Температурный режим системы охлаждения оказывает значительное влияние на работу двигателя. При повышении температуры воды до 85—90 °C увеличивается мощность двигателя, снижается удельный расход топлива, уменьшается износ стенок цилиндра, снижается также разность температур внутренних и наружных стенок цилиндров и, следовательно, уменьшаются температурные напряжения.

При эксплуатации автомобилей и тракторов в летний период, особенно в южных районах страны, температура воды в системе охлаждения может повыситься до 98—100 °C и вода закипает, что приводит к ухудшению отвода теплоты и большим потерям ее из системы охлаждения. Для уменьшения потерь воды в системе охлаждения ее герметизируют, для чего в крышке горловины радиатора устанавливают паровоздушный клапан. Клапан позволяет создать в системе избыточное давление, при котором температура кипения воды в радиаторе повышается до 105 °C. Это дает возможность несколько повысить тепловой режим двигателя.

Вода обладает коррозионными свойствами, в ней находятся растворенные газы и некоторые соли, которые корродируют металлы. Высокой коррозийностью обладают кислород, углекислый -газ и сероводород. Кроме того, вода, находящаяся в системе охлаждения, образует накипь и шламы. Накипь представляет собой плотные прочные отложения, образующиеся на горячих стенках рубашки системы охлаждения за счет выпадения из воды различных солей. Шламом называются илистые отложения минерального или органического происхождения, которые постепенно коагулируются и оседают в застойных зонах системы охлаждения.

Шлам и накипь уменьшают сечение каналов и имеют очень низкую теплопроводность, что резко снижает отвод теплоты от охлаждаемых деталей. При больших отложениях накипи и шлама в рубашке двигателя отвод теплоты от стенок цилиндров может снизиться на 40%. Это приводит к перегреву двигателя, снижению вязкости масла, ухудшению условий смазывания деталей, повышению их износа, росту склонности бензина к детонации у бензиновых двигателей, повышению расхода топлива, масла. При толщине накипи 1 мм расход топлива увеличивается на 4—5%, при толщине накипи от 1,5 до 6 мм расход топлива увеличивается на 10—30%, масла — на 15—40% соответственно.

Атмосферная вода (снеговая, дождевая) — наиболее чистая, в ней нет растворенных солей и органических веществ, но всегда присутствуют растворенные газы. В речной воде значительно больше растворенных солей, чем в болотной и прудовой. В примесях последних преобладают органические вещества.

Склонность к образованию накипи в системе охлаждения характеризуется наличием в воде растворенных солей кальция и магния, которые придают ей жесткость. Жесткость воды измеряется в миллнграмм-эквивалентах ца 1 л воды; 1 мг-экв/л соответствует содержанию в 1 л воды 0,020 моль кальция или 0,012 моль магния.

Общая жесткость воды подразделяется на временную и постоянную. Наиболее вредны соединения, обусловливающие временную жесткость воды. К ним относятся гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2 и гидрокарбонат магния Mg (НСО3)2. Гидрокарбонаты могут находиться в растворенном состоянии в воде лишь в присутствии углекислого газа. В процессе кипения воды углекислый газ разлагается, а гидрокарбонаты кальция и магния распадаются на карбонаты, которые выпадают в осадок. Образующийся при этом углекислый газ улетучивается. Чем выше температура стенок рубашки охлаждения двигателя и чем быстрее идет процесс распада гидрокарбонатов, тем больше образуется накипи. Вода при этом лишается солей, обусловливающих временную жесткость, и тем самым постоянно умягчается.

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде более стойких сульфатов, хлоридов и силикатов щелочноземельных металлов: CaSO4, MgSO4, СаС12, MgCl2, CaSiO3, MgSiO&. Эти соли не разлагаются при кипячении воды, однако выпадают в осадок и участвуют в образовании накипи при испарении части воды из системы охлаждения, когда их концентрация превышает предел насыщения, и при перегревах двигателя. Особо опасна сульфатная — гипсовая накипь. Она обладает высокой прочностью, трудноудалимая. Хлориды кальция и магния, кроме способности образовывать накипь, опасны еще коррозионным действием вследствие гидролиза солей. Часто в качестве охлаждающей жидкости используется водопроводная вода. Она, как правило, содержит в своем составе большое количество хлора (до 100 мг на 1 л воды). Поэтому водопроводная вода, кроме накипи, вызывает электролитическую коррозию алюминиевых головок блоков.

Вода бывает мягкая, средней жесткости и жесткая. Жесткая вода не пригодна к использованию в системе охлаждения двигателей. Для определения жесткости воды необходимо проведение лабораторных исследований. Жесткость воды можно определить простым способом. В мягкой воде легко образуется устойчивая мыльная пена, в воде средней жесткости пена образуется при длительном намыливании, в жесткой воде пена не образуется совсем.

Как правило, в северных районах страны вода мягкая; чем южнее расположен район, гем жесткость воды больше. На юге страны и в республиках Средней Азии жесткость воды иногда бывает очень высокой.

В двигателях внутреннего сгорания необходимо использовать мягкую воду. Самая мягкая вода дистиллированная. Однако использование такой воды в системе охлаждения экономически нецелесообразно, поскольку на ее получение тратятся значительные топливно-энергетические ресурсы. Воду средней жесткости и жесткую перед использованием необходимо умягчать. Самым простым методом является кипячение. Однако на процесс кипячения расходуется много теплоты. Кроме того, при этом методе не удаляются соли, обусловливающие постоянную жесткость и образующие трудноудалимую накипь или обладающие коррозионным действием. Предварительная обработка воды различными химическими реагентами в условиях эксплуатации неприемлема. Наиболее доступным методом умягчения воды является повторное использование воды, слитой из системы охлаждения, после фильтрации. В последнее время для умягчения воды получил распространение катионитовый способ — фильтрация воды через ионообменные смолы.

Предотвращать образование накипи в системе охлаждения двигателя можно непосредственным вводом в систему специальных присадок, для чего используют хромпик и фосфаты натрия, которые переводят накипеобразующие соли в рыхлые осадки.

Наличие накипи в системе охлаждения можно ориентировочно установить по температуре наружной поверхности головки цилиндров и блока в наиболее нагреваемых местах при определенной температуре охлаждающей жидкости. Косвенными показателями большого отложения накипи являются повышенные значения температуры и угара картерного масла. Отложение накипи определяется также непосредственным измерением ее толщины в наиболее напряженных местах, например в верхней части гильзы цилиндров. Однако это связано с разборкой двигателя. Образование накипи в трубках радиатора определяют по снижению разности температур охлаждающей воды на входе и выходе из радиатора, а также по увеличению разрежения в нижнем водяном патрубке, которое измеряется вакуумметром. Температура на выходе из радиатора должна составлять 35—40 °C.

Систему охлаждения периодически (при – проведении технического обслуживания) промывают специальными растворами — накипеудалителями, в качестве которых используют кислотные и щелочные растворы. Карбонатную накипь удаляют кислотными растворами, а некарбонатную — щелочными.

В районах с высокой температурой окружающего воздуха в качестве охлаждающей жидкости возможно использование чистого этиленгликоля и деароматизированного керосина. Необходимо помнить, что теплоемкость этих продуктов приблизительно в два раза меньше по сравнению с теплоемкостью воды. Керосин, несмотря на то что из его состава удалены ароматические углеводороды, оказывает влияние на обычную резину.

Рис. 1. Температура замерзания этиленгликолевой смеси в зависимости от ее состава:
А, Б — точки замерзания смеси.

Низкозамерзающие охлаждающие жидкости (антифризы) широко используются в системах охлаждения двигателей всесезонно. Известны^ следующие типы антифризов: смесь воды с одно- и двухатомными спиртами, смесь воды с глицерином. Самыми лучшими являются этиленгликолевые, которые широко применяются в качестве охлаждающих жидкостей для автотракторных двигателей. Этиленгликоль С2Н4 — двухатомный спирт, представляет без цвета и запаха, сладковат на 15 °C равна 1,117 X 103 кг/м3, собой ядовитую жидкость вкус. Его плотность при хорошо смешивается с водой в любых соотношениях, кипит при +197,8 °C, замерзает при —11,5 °C. Однако при смешивании этиленгликоля с водой температура застывания смеси ниже, чем каждого из компонентов (рис. 30). При смешивании этиленгликоля с водой в различных соотношениях можно получить смеси, замерзающие от 0 до —70…—75 °C. По мере добавления в воду этиленгликоля температура смеси понижается. Минимальная температура смеси достигается при содержании в ней 33% воды, дальнейшее уменьшение ее содержания ведет к повышению температуры замерзания. Понижение температуры этиленгликолевой охлаждающей смеси объясняется образованием гидрата этиленгликоля, имеющего низкую температуру замерзания.

Температуру замерзания и содержание этиленгликоля в свежих и работавших антифризах определяют при помощи гидрометра. При отсутствии гидрометра температуру замерзания антифриза можно определить по его плотности, так как при смешивании этиленгликоля и воды в различных соотношениях меняется плотность смеси: Промышленность выпускает антифризы марок «40», «65» и концентрат марки «40к». Последний предназначен для систем охлаждения с цинковым или хромовым покрытием. Перед использованием требуется разбавление последнего дистиллированной водой. При смешивании концентрата «40к» с водой в соотношении 1 1 1 получают охлаждающую жидкость с температурой замерзания —32… —35 °C.

Таблица 1.
Низкозамерзающие охлаждающие жидкости

Этиленгликоль обладает коррозионными свойствами. При использовании этиленгликолевых антифризов этиленгликоль окисляется. Продукты окисления этиленгликоля обладают еще большей коррозионностью, чем чистый этиленгликоль. Поэтому в состав низкозамерзающих жидкостей вводят антикоррозионные присадки — гидрофосфат натрия, декстрин, а в концентрат «40к» дополнительно вводят молибдат натрия. Декстрина вводят в количестве 1—1,5 г/л антифриза. Он защищает от коррозии алюминий, медь, свинцовооловяный припой. Некоторая часть декстрина не растворяется в антифризе и находится в нем в виде коллоида. Поэтому антифриз становится мутноватым, однако при хранении или эксплуатации он приобретает прозрачность.

Гидрофосфат натрия вводят в антифриз в количестве 2,5—3,5 г/л. Он предотвращает от коррозии стальные, чу. гунные и частично медные детали.

Антифриз можно приготовить в условиях эксплуатации. Для этого смешивают этиленгликоль и дистиллированную воду в соотношении 1:1. Полученная смесь имеет температуру замерзания —32…—35 °C. В полученную смесь необходимо ввести гидрофосфат натрия (2,5—3,0 г/л) и декстрин (1,5 г/л).

Для автомобилей семейства ВАЗ и КамАЗ и др. выпускаются низкозамерзающие охлаждающие жидкости марки «Тосол». Выпускается три марки этой жидкости: Тосол А-40, Тосол А-65 и Тосол A-концентрированный (или Тосол А-100% й). Тосол, как и все антифризы, используют всесезонно. Основными компонентами «Тосола» является этиленгликоль и вода. В его состав входят также антикоррозионные, антипенные и другие присадки. Цифры «40» и/ «65» в марке антифриза обозначают температуру замерза: ни я: не выше —40 °C и —65 °C. -

Тосол A-концентрированный представляет собой чистый этиленгликоль с комплексом присадок. При разбавлении его дистиллированной водой в соотношении 1 . получают антифриз с температурой замерзания —32…—35 °C. Марки антифризов «Тосол А-40» и «Тосол А-65» имеют температуру замерзания —40 и —65 °C соответственно.

Марку «Тосола» можно определить по плотности при 20 °C, которая равна, 103 кг/м3: для «Тосол А»—1,120— 1,140, для «Тосол А-65»— 1,085—1,095 и «Тосол А-40» —1,075—1,085.

В автомобилях семейства ВАЗ и КамАЗ воду и обычные антифризы использовать нельзя. Последние имеют низкие антикоррозионные и антиокислительные свойства. «Тосолы» пригодны для любых марок автомобилей, использующих антифризы в качестве охлаждающей жидкости.

Срок эксплуатации антифризов в системе охлаждения автомобилей составляет не менее двух лет — для грузовых автомобилей и не менее трех лет — для легковых автомобилей. Замена антифриза необходима при помутнении антифриза при эксплуатации.

При использовании низкозамерзающих охлаждающих жидкостей в двигателях внутреннего сгорания следует учитывать некоторые их особенности. При работе двигателя из~системы охлаждения испаряется вода, которую необходимо периодически добавлять. Если установлено, что из системы охлаждения произошла утечка антифриза, то его нужно добавить до необходимого количества.

Антифризы имеют высокий коэффициент объемного расширения, поэтому, учитывая это свойство, следует не доливать в систему охлаждения 6—8% антифриза.

При замерзании антифриза внутри системы охлаждения двигателя образуется кашеобразная рыхлая масса, объем которой увеличивается очень незначительно (около 0,25%), поэтому опасность «размораживания» двигателя отсутствует.

Попадание бензина, смазочного масла и других нефтепродуктов в антифризы вызывает сильное ценообразование и выброс антифриза через пробку радиатора из системы охлаждения.

Этиленгликолевые антифризы обладают высокой подвижностью и проницаемостью, вызывают некоторое размягчение резины, в связи с чем необходимо тщательно следить за состоянием соединительных шлангов системы охлаждения. Этиленгликолевые антифризы являются силь ными ядами, поэтому следует строго соблюдать меры предосторожности при* работе с ними. Для предупреждения о ядовитости антифризы имеют яркую окраску. Антифриз нельзя засасывать ртом для создания сифона, надо осторожно заполнять систему охлаждения, не допуская разлива и перелива жидкости. Перед приемом пищи обязательно надо вымыть с мылом руки, загрязненные антифризом. При попадании антифриза в организм человека происходит тяжелое отравление, иногда со смертельным исходом.

В процессе эксплуатации иногда проводят замену охлаждающих жидкостей в системах охлаждения. Например в автомобилях, система охлаждения которых предусматривает использование антифризов, на летний период времени антифриз заменяют водой, считая это экономией антифриза. И наоборот, в двигатели, система охлаждения которых рассчитана на использование воды, в зимний период заливают антифриз. Тепловой режим двигателя в большой степени зависит от качества применяемой охлаждающей жидкости. В свою очередь, тепловой режим двигателя влияет на расход топлива, масла, токсичность отработавших газов, износ деталей двигателя. Теплоемкость этиленгликоля, являющегося основным компонентом антифризов, примерно в два раза меньше теплоемкости воды и составляет 2,35-кДж/(кг • К). Таким образом, произвольная замена охлаждающих жидкостей приводит к изменению теплового режима двигателя, перерасходу топлива, масла.