Требования времени
Рынок автомобильных охлаждающих жидкостей претерпевает изменения, обусловленные, главным образом, изменениями в технологии конструирования автомобилей, а также стремлением к увеличению срока службы жидкостей и повышению их производительности. Современные автомобили оснащены двигателями меньших размеров и с более высокой удельной мощностью по сравнению с классическими машинами. Благодаря этому они более компактны и динамичны. Но их двигатели работают при более высоких температурах. Соответственно и количество выделяемого тепла значительно возросло. Поэтому им необходимы более функциональные охлаждающие жидкости, которые обеспечивают хороший отвод тепла и надежную защиту от коррозии.
Кроме того, для достижения низких показателей расхода топлива и выбросов принципиальное значение имеет быстрый прогрев – КПД двигателя и выбросы менее оптимальны при низкой температуре. В связи с этим в последние разработки в структуру управления силовой установкой были интегрированы функции терморегулирования, обеспечивающие лучший баланс между прогревом двигателя, температурой в салоне, отключением катализатора и показателями выбросов. Хотя современные системы охлаждения двигателя являются пассивными, система управления двигателем контролирует распределение тепла в двигателе и автомобиле путем компенсации параметров управления двигателем, таких как время зажигания и соотношение воздуха и топлива, для регулирования выходной мощности двигателя, а также выработки и распределения тепла в каждой части контура.
Каждому свое
Все это приводит к необходимости постоянного развития технологий автомобильных охлаждающих жидкостей в соответствии с новыми требованиями, предъявляемыми автомобильной промышленностью. И как мы видим, она все больше переходит на охлаждающие жидкости с добавками и ингибиторами, которые обеспечивают лучшую защиту от коррозии и более длительный срок службы. Традиционные экологически чистые охлаждающие жидкости, основанные на технологии неорганических присадок (IAT – Inorganic Acid Technology), все чаще выводятся из употребления, в то время как спрос на жидкости на основе органических и гибридных органических кислот растет.
Переход к технологиям охлаждения происходит неравномерно в разных географических регионах мира, что указывает на важность экономического положения, возраста парка автомобилей, поведения конечных пользователей и методов технического обслуживания, применяемых на рынках разных стран. Например, традиционные охлаждающие жидкости на основе IAT имеют значительный рынок сбыта только в развивающихся странах с более старым парком автомобилей, таких как Мексика и Индия. Автомобилисты в этих странах, как правило, чувствительны к цене и предпочитают использовать эти жидкости из-за их более низкой стоимости, которая значительно ниже цены органических охлаждающих жидкостей.
Новые охлаждающие жидкости, разработанные с использованием технологии органических кислот (OAT – Organic Acid Technology ) и гибридных технологий органических кислот (HOAT – Hybrid Organic Acid Technology ), в настоящее время распространены на рынках большинства развитых стран, таких как Соединенные Штаты и Европа. Эти типы жидкостей лучше подходят для современных автомобилей, в которых больше алюминиевых деталей. Фактически, ведущие производители оригинального автомобильного оборудования (OEM) в Соединенных Штатах, в частности General Motors и Ford, в настоящее время рекомендуют охлаждающие жидкости на основе OAT для своих моделей автомобилей. Охлаждающие жидкости с увеличенным сроком службы на основе OAT содержат органические кислоты, такие как себакат и 2-этилгексановая кислота (2-EHA), и обычно не включают силикаты или фосфаты, как в обычных охлаждающих жидкостях на основе IAT. Рекомендуемый срок службы охлаждающих жидкостей OAT с увеличенным сроком службы обычно составляет порядка 200 000 км или пять лет (в зависимости от того, что наступит раньше) в условиях малой нагрузки и до трех лет или 50 000 км (в зависимости от того, что наступит раньше) в условиях повышенной нагрузки. Эти охлаждающие жидкости обеспечивают долговременную защиту алюминиевых и чугунных деталей.
Азиатские производители более склонны использовать охлаждающие жидкости на основе HOAT, которые содержат органические кислоты, но имеют более низкую концентрацию силиката по сравнению с традиционными охлаждающими жидкостями на основе IAT. Срок службы охлаждающих жидкостей HOAT также составляет около 200 000 миль или пять лет (в зависимости от того, что наступит раньше), в условиях малой нагрузки и до трех лет или 50 000 км (в зависимости от того, что наступит раньше) в условиях повышенной нагрузки. Большинство ведущих поставщиков охлаждающих жидкостей в Китае, таких как Китайская нефтехимическая корпорация (Sinopec Group) и Китайская национальная нефтяная корпорация (CNPC), в настоящее время поставляют охлаждающие жидкости на основе HOAT.
Прогресс не стоит на месте
Следующим шагом, который сделали рынки экономически развитых стран, таких как Германия и Япония, стало применение антифризов на основе силицированного OAT (Si-OAT) и фосфатного HOAT (PHOAT). Охлаждающие жидкости Si-OAT, разработанные с использованием технологии органических кислот и дополнительно ингибированные силикатными присадками, особенно рекомендуются для алюминиевых двигателей высокого давления, где защита имеет первостепенное значение. Состав охлаждающей жидкости PHOAT аналогичен составу HOAT, за исключением присадки, которая представляет собой фосфат вместо силиката, используемого в продуктах HOAT. Примерами ведущих немецких производителей, использующих составы Si-OAT, являются Volkswagen, Mercedes-Benz и Volvo; ведущих японских производителей применяющих PHOAT – Honda, Toyota и Subaru.
Еще одним важным стимулом в автомобильной промышленности, приводящим к изменениям в составе охлаждающей жидкости, является распространение электромобилей (EV). Страны по всему миру вступают в эпоху электромобильности, и рынок электротранспорта переживает взрывной рост. Системы терморегулирования в электромобилях имеют первостепенное значение для обеспечения увеличенного запаса хода, срока службы аккумулятора и. Поэтому автопроизводители в настоящее время оптимизируют эти машины, предлагая несколько вариантов управления температурой, таких как воздушное охлаждение, непрямое жидкостное охлаждение и прямое жидкостное охлаждение или охлаждение погружением.
В настоящее время в большинстве электромобилей используется технология непрямого охлаждения, при которой охлаждающая жидкость не вступает в прямой контакт с нагретыми батареями. Эти охлаждающие жидкости применяются в сочетании с водой в соотношении 50: 50, поскольку чистая вода обладает хорошими теплопередающими свойствами. В электромобилях меньшего размера, таких как Nissan LEAF и Wuling Mini EV, а также в некоторых японских моделях электромобилей, по-прежнему преобладает метод воздушного охлаждения, поскольку этот метод обеспечивает охлаждение, достаточно хорошее для поддержания малогабаритных салонов этих автомобилей в оптимальном температурном диапазоне.
Третья технология – непрямое или иммерсионное охлаждение, при котором аккумуляторный блок электромобиля полностью погружается в диэлектрическую охлаждающую жидкость с электропроводностью значительно ниже 10 мкСм. Эта новая технология в настоящее время находится на стадии исследований и разработок и проходит испытания и еще не применялась в массовом масштабе производителями легкового транспорта. Однако тенденция к иммерсионному охлаждению, похоже, во многом обусловлена развитием аккумуляторных электромобилей и «элнектричек» на топливных элементах. Убедительным примером этого является проведенное Total Energies в июле 2022 года испытание, в ходе которого компания внедрила аккумулятор с погружным охлаждением в дорожную легковушку – подключаемый гибрид Volvo.
Также очевидно, что в настоящее время ни у кого нет монополии на инновации, когда речь заходит о технологии погружного охлаждения. На этот рынок вышли несколько новых игроков. Одним из ярких примеров является Xing Mobilit – тайваньский разработчик аккумуляторных блоков с погружным охлаждением. Компания стала поставщиком комплексных решений для аккумуляторов для электромобилей и предлагает модульные системы аккумуляторных блоков, основанные на технологии погружного охлаждения. Недавно Xing Mobility заключила партнерство с Castrol для дальнейшей разработки своих технологических решений в области иммерсионных модульных аккумуляторных блоков, которые будут ориентированы на электромобили.
Альтернатива
Говоря про жидкостное охлаждение надо всегда отдавать себе отчет, что используемые сегодня охлаждающие жидкости на основе воды и этиленгликоля имеют относительно низкую теплопроводность. То есть прежде нам ее хватало, но теперь автопром требует более высоких характеристики и единственный способ преодолеть этот порог неэффективности — использовать инновационные теплоносители.
Такими инновационными теплоносителями могут быть наножидкости (термин введен в США в 1995 г.), полученные путем диспергирования небольшого количества твердых частиц нанометрового размера (10-50 нм) в базовые жидкости. Они могут заменить традиционные смеси охлаждающих жидкостей, применяемые сейчас.
Используемые наночастицы являются ультрадисперсными; поэтому наножидкости, по-видимому, ведут себя скорее как однородная жидкость, чем как смесь твердого вещества и жидкости. Обычно для получения наночастиц используются металлы (Al, Cu, Ag, Au, Fe), неметаллы (графит, углеродные нанотрубки), оксиды (Al2O3, CuO, TiO2, SiO2), карбиды (SiC), нитриды (AiN, SiN), слоистые (Al+ Al2O3, Cu+C ) и функционализованные наночастицы. Базовая жидкость обычно представляет собой токопроводящую жидкость, такую как вода (или другие охлаждающие жидкости), масло (и другие смазочные материалы), растворы полимеров, биожидкости и другие обычные жидкости. Исследования показали, что по сравнению с водой и гликолями наножидкости обладают улучшенными теплофизическими свойствами, такими как теплопроводность, вязкость и коэффициенты конвективной теплопередачи. В частности, теплопередающая способность теплоносителя увеличивается на 15 – 40%.
Благодаря этим свойствам можно уменьшить размер и вес автомобильного радиатора. А так же других компонентов системы охлаждения. При этом скорость и эффективность рассеивания тепла не меняются. Исследователи Аргоннской национальной лаборатории, оценивающие применение наножидкостей в транспортной сфере, определили, что использование наножидкостей с высокой теплопроводностью в радиаторах может привести к уменьшению фронтальной площади радиатора до 10 %. Этот новый аэродинамический дизайн автомобиля, который сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление, не только обеспечивает экономию топлива до 5%, но и снижает выбросы. Использование наножидкости также приводит к снижению трения и износа, а значит паразитных потерь у таких компонентов, как насосы и компрессоры, и, следовательно, к экономии топлива еще более чем на 6 %.
Хорошую эффективность демонстрирует наножидкость, полученная путем смешивания этиленгликоля с наночастицами меди. Если их не более 2% по объему, увеличение теплоотдачи составляет от 42,7 до 45,2%. Это дает возможность уменьшить размер радиатора примерно на 18,7%. Впрочем, несмотря на многочисленные положительные эффекты наночастиц, важно учитывать их негативное влияние на усилие прокачки: опять же при 2% наночастиц меди нагрузка прокачки увеличивается на 12,13%.
Измерение всех теплофизических свойств (плотности, удельной теплоемкости, вязкости и теплопроводности), являющихся важными параметрами процессов теплообмена для различных наножидкостей (Al2O3, SiO2, TiO2 и CeO2), показывает, что наиболее оптимальной смесью является все-таки CeO2/вода, обладающая превосходными теплофизическими свойствами и доступной ценой.
Такая наножидкость, получена смешением ионообменной воды и наночастиц CeO2. CeO2 с чистотой 99,9% коммерчески доступен. Частицы имеют средний размер 25 нм и плотность 7,123 г/м3. CeO2 нерастворим в воде. Суспензию высокой концентрации можно приготовить с помощью ультразвукового смесителя, который измельчает агломераты, образующиеся при смешивании, и улучшает дисперсию. Затем смесь можно разбавить до необходимой концентрации.
Результаты показывают, что поглощенная энергия составляет 34% для наножидкости CeO2/воды, 3% для наножидкости графена (GNP)/воды, 32% для наножидкости CuO/воды и 40% для наножидкости Al2O3/воды. Еще одной положительной особенностью наножидкости CeO2/вода является ее стабильность (в исследованиях через 7 дней не наблюдалось седиментации). Максимальное увеличение разницы температур при использовании CeO2 в объемной доле 0,035% составляет 37,3%.
Однако и в этом случае увеличение интенсивности теплообмена приводит к дополнительной нагрузке на насос (из-за роста кинематической вязкости). Другой проблемой, связанной с наножидкостями, является необходимость правильной (снижающей седиментацию) конструкции проточных каналов.
Правила замены и выбора
Но какую бы охлаждающую жидкость в распоряжении автолюбителя и/или предприятия технического сервиса не предоставила промышленность, эта жидкость – и даже самая совершенная – в любом случае будет иметь, увы, ограниченный срок службы. Так что ее все равно придется заменять, а прежде – правильно выбрать. Поэтому несколько слов надо сказать и об этих аспектах.
Естественно основную рекомендацию об интервалах замены охлаждающей жидкости конкретного автомобиля дает производитель транспортного средства. Однако в виду множества субъективных и объективных причин она может приходить в негодность значительно быстрее. Кроме того, повреждения системы охлаждения нередко приводят к утечкам, которые надо и восполнять и устранять. Все это значит, что система охлаждения и конкретно охлаждающая жидкость нуждаются в регулярных контрольно-диагностических мероприятиях, сводящихся не только к визуальному осмотру, но и, скажем так, обнюхиванию.
Итак:
Визуальный тест
Самый простой способ определить, нуждается ли антифриз в замене, - это проверить цвет жидкости. Свежий антифриз представляет собой прозрачную жидкость яркого цвета, обычно синего, красного, зеленого, фиолетового, желтого или оранжевого цвета (это зависит от рецептуры производителя). Со временем охлаждающая жидкость загрязняется, теряет свой цвет и становится темнее, часто приобретая окисленный оттенок коричневого. В антифризе также могут находиться остатки в виде ржавчины или нагара. Вам следует рассмотреть возможность замены жидкости, если антифриз имеет мутный цвет или измененную консистенцию; в нем содержится заметное количество загрязнений; или на поверхности жидкости имеется маслянистый слой.
Степень разбавления
Многие водители используют концентрат, самостоятельно разбавленный водой. Некоторые видя как снижается уровень доливают в расширительный бачок воду. Или наоборот концентрат. И то и другое может повлечь негативные последствия. Каждый раз, доливая что-либо в расширительный бачок надо быть уверенным в том, что охлаждающая жидкость, циркулирующая по системе, не поменяла своих свойств. Для двигателя и системы практически в равной степени вредно использование как слишком водянистой, так и через чур концентрированной охлаждающей жидкости.
Если охлаждающая жидкость выглядит так, будто ее разбавили слишком сильно, или существует вероятность увеличения доли чистого антифриза, следует обязательно подумать о ее замене.
На всякий случай напомним: никогда не следует заполнять систему охлаждения автомобиля исключительно водой. Вода сама по себе не предотвратит коррозию. Двигателю требуется охлаждающая жидкость с добавлением антифриза, химически сбалансированного для определенной реакции при определенных условиях.
Зимой присадки в охлаждающей жидкости предотвращают ее замерзание. Если использовать обычную воду, она замерзнет в блоке двигателя. При замерзании вода расширяется, что приводит к растрескиванию блока. Это действительно очень плохие новости.
С другой стороны присадки также повышают температуру кипения охлаждающей жидкости, предотвращая перегрев двигателя, особенно при усиленной работе и в жаркие летние месяцы.
Тест pH
рН свежего антифриза лежит, обычно, в диапазон 8,5-10. Поскольку жидкость со временем портится, она имеет тенденцию к образованию кислоты, которая, если ее не контролировать, может привести к повреждению двигателя, особенно уплотнений и прокладок, что потенциально может является одной из основных причин утечек. Лакмусовая бумажка или рН-тестер подскажут не слишком ли высок уровень кислотности антифриза в автомобиле.
Самое важное, что следует помнить, - это то, что все автомобили разные, и в результате скорость окисления антифриза в разных машинах различается. Вот почему рекомендуется регулярно проверять охлаждающую жидкость.
Индикатор на приборной панели
Во многих случаях о падении уровня охлаждающей жидкости в системе охлаждения сообщит аварийная сигнализация на приборной панели автомобиля. Когда загорается соответствующий индикатор, следует как можно скорее проверить уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке (ведь банальный электронный сбой так же нельзя исключать). Если обнаружится, что уровень охлаждающей жидкости ниже, чем должен быть, то ее необходимо долить. Доливать можно охлаждающую жидкость только правильного типа и добавлять точное количество, которое обычно обозначается метками на боковой стороне расширительного бачка.
Из-за такой высокой температуры кипения охлаждающая жидкость не является жидкостью, которая легко испаряется сама по себе. Если в машине низкий уровень охлаждающей жидкости, проблема, скорее всего, в двигателе или где-то в системе охлаждения.
Сладкий запах
Когда чувствуется сладкий запах из моторного отсека, в салоне или во фронтальной части автомобиля, это указывает на возможную утечку охлаждающей жидкости.
Содержащийся в составе охлаждающей жидкости этиленгликоль при сгорании может издавать довольно приятный аромат. Кому-то он напоминает запах ирисок из детства (хотя почему только из детства?), кому-то блинов или клинового сиропа или и того и другого и третьего вместе взятого. И может быть еще чего-то четвертого, пятого и т. д. Но какие бы ассоциации этот аромат не вызывал в каждом конкретном случае именно явная сладость в запахе указывает на антифриз.
Также существует вероятность протекания шлангов, радиатора или появления запаха из-за сердечника отопителя.
Перегрев
При перегреве автомобиля первым дело надо проверить охлаждающую жидкость. Если ее низок, значит, охлаждающей жидкости недостаточно для нормальной работы двигателя. В этом случае низкий уровень охлаждающей жидкости может быть результатом:
- Неправильной замены старой охлаждающей жидкости и ее доливки недостаточным количеством новой охлаждающей жидкости
- Утечки где-то в системе охлаждения (распространенные утечки включают шланги, радиатор, поврежденные выпускные клапаны и прокладки водяного насоса)
Неработающий обогреватель
Система отопления автомобиля связана с системой охлаждения, в которой охлаждающая жидкость распределяется по всему двигателю и в процессе циркуляции поглощает тепло. Затем это тепло отводится через радиатор.
В системе отопления горячая охлаждающая жидкость проходит через сердечник отопителя – радиатор меньшего размера. Таким образом тепло отводится не во внешнюю среду, грубо говоря – на улицу, а в салон транспортного средства, выталкиваясь через вентиляционные отверстия внутрь самого автомобиля.
Про выбор охлаждающей жидкости следует сказать кратко и четко: использовать в автомобиле можно лишь ту жидкость, которую рекомендовал ее производитель. Это не обязательно должен быть оригинал, но продукт полностью ему соответствующий. В противном случае серьезных и дорогостоящих проблем не избежать.
И всегда помните – цвет жидкости не имеет никакого отношения к ее составу и свойствам! Подбирать охлаждающую жидкость по цвету – ни в коем случае нельзя! Ошибка может оказаться непоправимой.
Подводя итог, можно сказать, что поскольку автомобильные системы терморегулирования занимают центральное место в качестве средства повышения эффективности работы автомобилей, ожидается, что охлаждающие жидкости претерпят значительные изменения. В настоящее время в индустрии охлаждающих жидкостей наблюдается развитие существующих технологий непосредственного производства, которые ориентированы на автомобили с двигателями внутреннего сгорания, а также современные электромобили, хотя это кажется краткосрочным решением для электромобилей. В то же время индустрия охлаждающих жидкостей находится на пороге технологического прорыва в области иммерсионного охлаждения, обусловленного сильными тенденциями к развитию аккумуляторных электромобилей и электромобилей на топливных элементах. Учитывая это, ожидается, что в ближайшие 5-10 лет произойдут знаковые изменения в технологии производства охлаждающих жидкостей, и, безусловно, за рынком будет интересно понаблюдать.
Посмотрите похожие материалы:
Номер журнала
Другие материалы выпуска
Новости отрасли
