Вода как охлаждающая жидкость. При положительных температурах воздуха перечисленным выше требованиям достаточно полно Удовлетворяет вода. Ее преимуществом по сравнению с другими жидкостями для системы охлаждения являются дешевизна, недефицитность, безвредность для здоровья, негорючесть. Вода обладает также высокой теплоемкостью и теплопроводностью, обеспечивающими хороший отвод тепла, и необходимой вязкостью, создающей легкую циркуляцию в системе охлаждения без потери воды через уплотнения и соединения.

Вода относится к аномальным телам, она в жидком, твердом и газообразном состоянии обладает оригинальными свойствами, резко отличающими ее от остальных жидкостей.

Как видно из рис. 1, удельная теплоемкость воды после + 27 °С увеличивается, но в пределах от 0 до +27 °С в отличив от других тел с увеличением температуры ее теплоемкость падает. Поскольку рабочие температуры жидкости в системе охлаждения двигателя выше + 27 °С, снижение теплоемкости воды в указанном интервале температур не влияет на ее качество. По теплоемкости лучшей жидкостью является та, у которой она выше, так как при этом потребуется меньший объем системы охлаждения двигателя.

Коэффициент теплопроводности воды изменяется в отличие от многих жидкостей по сложной, а не по линейной зависимости (рис. 2). Сначала он повышается, а ватем снижается. Однако и здесь это не ухудшает качество воды как охлаждающей жидкости, так как теплопроводность снижается при температурах более высоких, чем в системе охлаждения.

К недостаткам воды как охлаждающей жидкости относится ее свойство образовывать накипь (отложения), а также то, что вода имеет высокую температуру замерзания, низкую температуру кипения п способна вызывать коррозию металлов.

Вода, замерзая, представляет опасность для системы охлаждения, может вызвать трещины стенок рубашки охлаждения двигателя, привести в негодность радиатор, систему отопления, так как она, увеличиваясь в объеме примерно на 10% (рис. 3), оказывает при этом давление на стенки рубашки охлаждения порядка 2500 кгс/см2.

Причина этого — сетчатая (ажурная) структура льда, которая имеет много свободного объема. При Плавлении эта структура разрушается, заполняются пустоты и плотность воды возрастает (рис. 4), но после достижения плюс 4 °С плотность воды понижается вследствие возрастающего теплового расширения. Такой характер изменения плотности свойствен только воде и ее производным растворам.

Низкая температура кипения воды не во всех условиях эксплуатации удовлетворяет требованию,, согласно которому температура кипения охлаждающей жидкости должна быть на 20—30 °С выше температуры в системе охлаждения. Этот недостаток воды проявляется прежде всего в жаркое время и в гористой местности. Применение герметизированной системы охлаждения позволяет повысить температуру кипения воды в равнинной местности до 105—108 °С.

Одним из самых серьезных недостатков воды является способность образовывать накипь на стенах деталей системы охлаждения.

Накипь, обладая низкой теплопроводностью (примерно в 100 раз ниже чугуна), ухудшает отвод тепла от стенок двигателя, уменьшает проходное сечение каналов и нарушает тепловой режим двигателя, вследствие чего при толщине слоя накипи от 1,5 до 6 мм увеличивается расход топлива на 10—30%, масла — на 15—40%, а мощность двигателя снижается на 10—25%.

Интенсивность образования накипи в системе охлаждения зависит от содержания в воде растворенных солей, в основном кальция и магния, что характеризуется жесткостью воды Ж0. Кроме солей кальция и магния (солей жесткости), в образовании накипи участвуют механические примеси, которыми бывает загрязнена вода, а также ржавчина чугунных деталей системы охлаждения.

Жесткость воды измеряется миллиграмм-эквивалентом на 1 л (мг-экв/л). Вода, которая содержит в 1 л 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния, будет иметь жесткость, равную одному миллиграмм-эквиваленту.

Различают временную (карбонатную), и постоянную (некарбонат-ную) жесткости. Сумма временной Жк и постоянной Жн жесткостей составляет жесткость или общую жесткость воды Ж0.

Временная жесткость связана с наличием в воде двууглекислых солей (бикарбонатов) кальция Са(НС03)2 и магния Mg(HC03)2, которые при нагревании воды до 80 °С и выше распадаются, образуя на стенках системы охлаждения накипь в виде нерастворимых в воде карбонатов кальция (Са С03) и магния (Mg С03). После выпадения Двууглекислых солей вода теряет жесткость, которой обладала до “агрева, поэтому жесткость, вызванная двууглекислыми солями кальция и магния, называется временной. Количество накипи при °Дной и той же временной жесткости воды возрастает с увеличением температуры воды.

Постоянная жесткость связана с наличием в воде некарбонатных солей: хлоридов и сульфатов кальция и магния. Соли некарбонатной жесткости не распадаются при нагревании воды н накипь образуют при испарении воды, если их увеличивающаяся при этом концентрация превысит предельную растворимость в воде. Эти соли, взаимодействуя с водой или находящимися в воде солями кремниевой кислоты, образуют накипь. Так, сернокислый кальций, взаимодействуя с водой, образует гипс, который при повышенной температуре, обладая пониженной растворимостью (максимальная растворимость при 15 °С), выпадает в осадок и создает плотную и твердую накипь.

Структура и твердость накипи зависят от источника и условий ее образования.

Вода, имеющая жесткость до 4 мг-экв/л, считается мягкой, от 4 до 8 мг-экв/л — средней жесткости, от 8 до 12 мг-экв/л — жесткой и более 12 мг-экв/л — очень жесткой.

Применение для систем охлаждения жесткой воды нежелательно, а очень жесткой недопустимо.

Наиболее мягкой и чистой является дождевая и снеговая (атмосферная), имеющая жесткость менее 0,04 мг-экв/л. Эта вода лучше всего подходит для системы охлаждения, хотя и обладает несколько повышенными коррозионными свойствами из-за содержания растворенных углекислого газа и кислорода.

Вода рек, озер, прудов (поверхностная) чаще всего имеет небольшую жесткость от 0,5 до 5,0 мг-экв/л, т. е. относится к воде мягкой и средней жесткости. Применение этой воды для системы охлаждения желательно, но должно быть обращено внимание на наличие в ней взвешенных механических и органических примесей, которые следует удалить отстоем и фильтрацией через несколько чередующихся слоев гравия и кварцевого песка или же через плотную ткань.

Вода колодезная, ключевая (грунтовая) обычно содержит незначительное количество механических примесей, но бывает жесткой или же очень жесткой, поэтому ее не всегда можно применять для системы охлаждения без предварительного умягчения. Последнее в первую очередь относится к соленой и горько-соленой воде пустынных районов.

Вода морей очень жесткая и поэтому непригодна для системы охлаждения двигателей автомобилей.

Для оистемы охлаждения двигателей автомобилей нельзя применять воду из сернистых и углекислых источников, которая вызывает коррозию деталей системы охлаждения. Такая вода может привести в негодность систему охлаждения через 25—50 тыс. км пробега.

Коррозию деталей системы охлаждения вызывают и некарбонатные соли.

Жесткая и очень жесткая вода может быть умягчена одним из следующих способов.

Пропускание воды через глауконитовый или пермутитовый фильтры очищает ее от солей кальция и магния и понижает ее жесткость до нескольких десятков долей мг-экв/л (рис. 52). При этом глауконнт или пермутит легко регенерируются промывкой их 5—40%-ным раствором поваренной соли, в результате которой фильтрующий материал насыщается натрием ввиду удаления кальция и магния Вследствие простоты и доступности этот способ умягчения можно применять как в стационарных, так и в передвижных условиях.

Однако в настоящее время самым простым, экономичным и эффективным способом снижения накипеобразования является магнитная обработка воды. Суть последней заключается в пропускании воды (не менее 6 раз) через магнитное силовое поле в направлении, перпендикулярном к силовым линиям, в результате чего содержащиеся в воде соли не образуют накипи, а выпадают в виде легко смываемого шлама. И более того, под действием обработанной воды разрушается ранее образовавшаяся накипь.

Для электромагнитной обработки воды используют аппараты, монтируемые в водопроводную сеть. Одна из схем такого аппарата показана на рис. 53. Стоимость изготовления аппарата даже в условиях автотранспортных предприятий не превышает 40—50 руб., а ватраты на питание его электроэнергией — 5—8 в руб. в год.

При вынужденном использовании жесткой неумягченной воды образование накипи можно уменьшить добавлением к ней таких присадок (ингибиторов накипеобразования), как хромпик (3—5 в хромпика на 1 л воды), гексаметафосфат натрия (5—6 мг на 1 л воды), тринатрийфосфат (10—15 мг/л воды).

Накипь может быть удалена из системы охлаждения промывкой ее раствором соляной кислоты с ингибиторами (уротропин, ПВ-5 и др.), предотвращающими коррозию деталей системы охлаждения как из черных, так и из цветных металлов.

Чтобы избежать вредных последствий накипи и увеличить периодичность между промывками системы охлаждения, необходимо применять мягкую и чистую воду и, в частности, не допускать ее засорения вследствие использования грязной посуды.

Органические и минеральные примеси, в том числе нефтепродукты, попадая с водой в систему охлаждения, образуют шламы которые загрязняют каналы, ухудшают циркуляцию воды и отвод тепла.

Низкозамерзающая жидкость предназначена для заполнения системы охлаждения в зимнее время. Выпускаемые промышленностью низкозамерзающие жидкости (антифризы) марок 40 и 65 имеют соответственно температуру замерзания минус 40 и минус 65 °С. Эти жидкости представляют собой водный раствор технического этиленгликоля (двухатомного спирта). Охлаждающая жидкость марки 40 содержит 52% технического этиленгликоля, а марки 65 — 64%. Для предотвращения коррозии к низкозамерзающей жидкости добавляется антикоррозионная присадка.

Жидкость марки 40 светло-желтого цвета с плотностью 1,0675—1,0725, а жидкость марки 65 имеет оранжевый цвет и плотность 1,085—1,090 г/см3.

Помимо низкой температуры замерзания, важным положительным качеством этиленгликолевых жидкостей является и то, что, замерзая, они образуют рыхлую массу в виде снега и не приводят к образованию трещин в деталях системы. Кроме того, объем замерзающего антифриза увеличивается всего лишь на 0,25%, что во много раз меньше по сравнению с водой.

Применение антифриза особо эффективно для автомобилей, имеющих продолжительные стоянки во время работы. Антифриз практически негорюч, и его использование не повышает пожарную опасность.

Этиленгликолевая жидкость оказывает на металлические детали системы охлаждения примерно такое же коррозионное действие, как и вода. Разрушающее действие жидкости на резиновые шланги системы охлаждения незначительно.

Характерная особенность этиленгликолевой жидкости состоит в сложной зависимости температуры замерзания от содержания этиленгликоля. Как видно из рисунка, самую низкую температуру замерзания минус 75 °С имеет жидкость, содержащая 67% этиленгликоля. При меньшем и большем содержании температура замерзания более высокая, и при 100%-ном содержании этиленгликоля она всего лишь минус 120 °С.

Следить за составом этиленгликолевой жидкости и, следовательно, за температурой ее замерзания можно по плотности жидкое» имея в виду, что плотность этиленгликоля 1,109—1,118 г/см.

Пользуясь гидрометром, можно определить состав и температуру замерзания этиленгликолевой жидкости. Для этого в стеклянныи цилиндр с низкозамерзающей жидкостью, имеющей температуру 20 °С, опускают гидрометр и по верхнему мениску жидкости по шкале 2 определяют содержание этиленгликоля, а по шкале 3 — температуру замерзания жидкости.

Так как температура кипения технического этиленгликоля (195—198 °С) значительно выше температуры кипения воды, при работе двигателя из низкозамерзающей жидкости испаряется вода4 которую приходится доливать в систему охлаждения Если количество жидкости в системе охлаждения уменьшилось вследствие утечки, то добавляется этиленгликолевая жидкость

Этиленгликолевая жидкость имеет коэффициент объемного расширения больший, чем вода, поэтому, чтобы при прогретом двигателе избежать переполнения системы охлаждения и потери части Жидкости, ее заливают в количестве 92—95% объема системы охлаждения.

Для уменьшения затрат, связанных с применением этилеиглико-левой жидкости, ее сливают из системы охлаждения после окончания зимнего сезона и хранят для повторного использования.

Однако на автомобилях ВАЗ пизкозамерзающая жидкость применяется круглогодично, что предусмотрено конструкцией автомобиля.

Для этих автомобилей выпускается низкозаморзающая, ох лаждающая жидкость Тосол трех марок:: Тосол-А, Тосол-А40 и Тосол-А65.

Тосол-А служит для получения жидкостей Тосол-А40 и Тосол-А65 с температурой замерзания соответственно 40 и 65° путем разбавления его дистиллированной водой.

Этиленгликоль ядовит, поэтому ядовиты и низкозамерзающие жидкости. Даже небольшое количество жидкости, случайно попавшей внутрь организма, может вызвать тяжелое отравление.

В организме антифриз быстро всасывается, вызывая внепшне признаки, напоминающие опьянение Прямую угрозу для жизни уже представляет доза в 100 г антифриза. Даже при благоприятном исходе возникают тяжелые поражения почек и нервной системы. Для кожи этиленгликолевая жидкость безвредна.