Środek chłodzący do silników pojazdów

Płyn chłodzący to medium transportowe przenoszące ciepło z silnika do chłodnicy silnika lub chłodnicy układu ogrzewania pojazdu. Specjalne składy płynów chłodzących znacznie przyczyniają się do niezawodnego działania układu chłodzenia. W przypadku silników chłodzonych płynem, płyn chłodzący składa się – z nielicznymi wyjątkami, np. chłodzenia olejem – z mieszaniny wody i środka chłodzącego.

Ze względu na jego funkcję i zadanie prawidłowy płyn chłodzący ma dokładnie takie samo znaczenie jak olej silnikowy. Nieprawidłowe specyfikacje techniczne, niewłaściwy stosunek zmieszania, nieregularna wymiana płynu chłodzącego albo jego zestarzenie powodują korozję i przedwczesną awarię pompy wody oraz innych części silnika. Zawarte w środku chłodzącym dodatki działają jak stabilizatory procesu starzenia, czynniki antykorozyjne, przeciwspieniacze, środki czyszczące i materiały powlekające (ochronne). Wszystkie dodatkowe substancje zapewniają prawidłowe działanie i właściwości płynu chłodzącego do jego kolejnej wymiany.

Poniżej opisane są niektóre z najważniejszych funkcji środka chłodzącego.

Uwaga Często uważa się, że środek chłodzący na bazie glikolu pełni tylko funkcję czynnika przeciwmrozowego. Ochrona przed mrozem to jednak tylko jedna z wielu funkcji środka chłodzącego. Środek chłodzący jest koniecznym elementem chroniącym układ chłodzenia przed korozją.

Głównym składnikiem środka chłodzącego jest glikol monoetylenowy. Posiada on bardzo niską temperaturę zamarzania. Używany w układzie chłodzenia płyn chłodzący stanowi mieszaninę czystego środka chłodzącego i wody, w której musi być zachowany określony, podany przez producenta silnika, stosunek zmieszania. Częstym stosunkiem zmieszania jest 50:50.

Nawet na terenach, na których możliwe są bardzo niskie temperatury, nie wolno stosować nierozcieńczonego środka chłodzącego. Jeżeli do środka chłodzącego nie zostanie dodana woda lub zostanie do niego dodana za mała ilość wody, powoduje to od określonej temperatury odwrócenie efektu przeciwmrozowego. Płyn chłodzące może wtedy zamarzać mimo wysokiego stężenia środka chłodzącego już w temperaturze wyższej niż –15°C.

Czysty środek chłodzący ma niższą pojemność cieplną od zwykłej wody. Oznacza to, że ta sama objętość mieszaniny środka chłodzącego i wody jest w stanie przetransportować do chłodnicy mniejszą ilość energii cieplnej niż sama woda. Przy projektowaniu układu chłodzenia producent silnika uwzględnia zredukowaną pojemność cieplną środka chłodzącego. Prędkość obwodowa pompy wody, wielkość chłodnicy i ilość płynu chłodzącego są do siebie odpowiednio dopasowane. Jeżeli płyn chłodzący zawiera środek chłodzący, a chłodnica pojazdu jest odpowiednio zwymiarowana, silnik jest chroniony przed przegrzaniem nawet na bardzo gorących obszarach.*

Silniki pracujące w niedozwolony sposób z samą wodą mogą nigdy nie osiągać prawidłowej temperatury roboczej, ponieważ układ chłodzenia jest w tej sytuacji niewłaściwie zwymiarowany (ma za dużą pojemność cieplną). Zostanie to jeszcze bliżej omówione w rozdziale dotyczącym uszkodzeń i przyczyn awarii.
 

Wraz ze wzrostem udziału środka chłodzącego rośnie temperatura wrzenia płynu chłodzącego. Pod ciśnieniem panującym na poziomie morza czysta woda ma temperaturę wrzenia równą 100°C. Temperatura wrzenia czystego środka chłodzącego na bazie glikolu monoetylenowego przekracza 160°C. Zawartość środka chłodzącego ma więc istotny wpływ na temperaturą wrzenia płynu chłodzącego. Oznacza to, że płyn chłodzący osiąga punkt wrzenia w znaczniej wyższej temperaturze, zależnej od zawartości środka chłodzącego. Stanowi to rezerwę bezpieczeństwa, mającą na celu wykluczenie kawitacji na częściach silnika. Nadciśnienie panujące w układzie chłodzenia (ok. 1 bar) dodatkowo podwyższa temperaturę wrzenia płynu.

Na wykresie podane są charakterystyki prężności par niektórych mieszanin glikolu i wody. Wynikowe temperatury wrzenia, np. przy panującym w układzie chłodzenia ciśnieniu 1 bar i różnych stosunkach zmieszania, można odczytać w każdym z punktów przecięcia.


* W przypadku samochodów użytkowych (SU), sprzedawanych z obszaru klimatu umiarkowanego do gorących stref klimatycznych, konieczna może być adaptacja rozmiaru chłodnicy zgodnie z instrukcja producenta w celu wykluczenia przegrzewania silnika. Układ chłodzący napełniony samą wodą i/lub z wymontowanym termostatem nie jest w stanie skutecznie zapobiec przegrzaniu silnika.

Ochrona układu chłodzenia przed korozją jest najważniejszym zadaniem środka chłodzącego, mającym wpływ przede wszystkim na żywotność eksploatacyjną całego silnika.

Wskutek braku substancji przeciwdziałających korozji w płynie chłodzącym zawarte w nim sole i kwasy atakują chemicznie części układu (korozja). Prowadzi to ostatecznie do zniszczenia części silnika. Częstym problemem w układach chłodzenia jest głównie korozja aluminium.

Zawarty w wodzie tlen utlenia poza tym materiały żelazne i zanieczyszcza płyn chłodzący substancjami stałymi (rdzą). Stosunkowo twarde cząsteczki rdzy powodują szybkie zużycie pierścienia ślizgowego pompy wody.

W celu przeciwdziałania korozji środek chłodzący ma odczyn alkaliczny. Jego współczynnik pH wynosi mniej więcej 8. Zapewnia to buforowanie działania kwasów dostających się do układu chłodzenia. Efekt buforowy maleje jednak w miarę upływu czasu. Woda zawierająca sól, deszczówka, pozostałości odkamieniaczy do chłodnic lub gazy spalinowe dostające się do płynu chłodzącego mogą zmienić odczyn płynu chłodzącego na lekko kwaśny. Czysta (destylowana) woda posiada współczynnik pH równy 7 i jest obojętna.

Poniższa grafika pokazuje przedziały współczynnika pH dla różnych przykładowych płynów.