A hűtőfolyadék szerepe a belső égésű motorokban

Rengeteg olyan alkotóelem található meg az autónkban, aminek ritkán tulajdonítunk jelentőséget, sőt, sok felhasználó soha nem is találkozik vele, pedig van saját szervizintervalluma, és még a funkciói sem elhanyagolhatók.

Nincs ez másképp a vízhűtéses motorok hűtőközegével sem. Ebben a cikkben bemutatjuk, hogy milyen sokban különbözik a hagyományos desztillált víz a hűtőfolyadéktól.

Mi a hűtőfolyadék?

A hűtőközeg két dologból tevődik össze: vízből és fagyállóból.

A fagyálló olyan adalékanyag, amely csökkenti a vízbázisú folyadék fagyáspontját. Fagyálló keveréket használnak a fagyáspont csökkentésére hideg környezetben. A szokásos fagyállók növelik a folyadék forráspontját is, ami magasabb hűtőfolyadék-hőmérsékletet tesz lehetővé. Azonban minden elterjedt fagyálló adaléknak kisebb a hőkapacitása, mint a víznek, és csökkenti a víz hűtőközegként való működését.

Mivel a víz hűtőfolyadékként jó tulajdonságokkal rendelkezik, vizet és fagyállót használnak belső égésű motorokban és más hőátadó alkalmazásokban, például HVAC hűtőkben és szoláris vízmelegítőkben is. A fagyálló célja, hogy megakadályozza a merev burkolat szétrepedését a víz megfagyásakor bekövetkező tágulás következtében. A kereskedelemben mind az adalékanyagot (tiszta koncentrátum), mind a keveréket (hígított oldat) fagyállónak nevezik, a szövegkörnyezettől függően.

A fagyálló körültekintő megválasztása széles hőmérséklet-tartományt tesz lehetővé, amelyben a keverék folyékony fázisban marad, ami kritikus a hatékony hőátadás és a hőcserélők megfelelő működése szempontjából.

Autóipari alkalmazás

A legtöbb motor “víz” hűtésű a hulladékhő eltávolítása érdekében, bár a “víz” valójában víz és fagyálló keveréke, ahogy azt korábban kifejtettük. A motor hűtőfolyadék kifejezést széles körben használják az autóiparban, amely a belső égésű motorok konvektív hőátadásának elsődleges funkcióját takarja.

Autóipari felhasználás esetén korróziógátló anyagokat adnak hozzá, hogy megvédjék a járművek radiátorait, amelyek gyakran elektrokémiailag összeférhetetlen fémeket (alumínium, öntöttvas, réz, sárgaréz, forrasztás stb.) tartalmaznak.

A fagyállót a víz, mint hőátadó folyadék hiányosságainak kiküszöbölésére fejlesztették ki.

Másrészt, ha a motor hűtőfolyadéka túlságosan felforrósodik, a motor belsejében felforrhat, üregeket (gőzzsebeket) okozva, ami helyi forró pontokhoz és a motor végzetes meghibásodásához vezethet.

Ha sima vizet használnának motor hűtőfolyadékként, számos éghajlaton megfagyhatna, ami jelentős belső motorkárosodást okozna. Ezen kívül a tiszta víz növelné a galvanikus korrózió előfordulását. A megfelelő motorhűtőfolyadék és a túlnyomásos hűtőfolyadék-rendszer kiküszöböli ezeket a hiányosságokat.

Megfelelő fagyállóval a motor hűtőfolyadéka széles hőmérsékleti tartományt képes elviselni.

A motor hűtőfolyadékának korai fagyállója metanol (metil-alkohol) volt. Az etilénglikolt azért fejlesztették ki, mert magasabb forráspontja jobban kompatibilis volt a fűtési rendszerekkel.

Hűtőfolyadék típusok

Etilén-glikol

A legtöbb fagyálló úgy készül, hogy desztillált vizet adalékokkal és alaptermékkel, általában MEG-gel (monoetilénglikol) vagy MPG-vel (monopropilénglikol) kevernek össze. Az etilénglikolos oldatok először 1926-ban váltak elérhetővé, és “állandó fagyálló” néven kerültek forgalomba, mivel a magasabb forráspontok előnyöket biztosítottak nyáron és hideg időben is. Manapság számos alkalmazásra használják őket, beleértve az autókat is, de vannak alacsonyabb toxicitású propilénglikollal készült alternatívák is.

Ha egy rendszerben etilénglikolt használunk, az öt szerves savvá oxidálódhat (hangyasavvá, oxálsavvá, glikolsavvá, glioxálsavvá és ecetsavvá). Gátolt etilénglikol fagyálló keverékek kaphatók, olyan adalékokkal, amelyek pufferelik az oldat pH-ját és lúgosságát, hogy megakadályozzák az etilénglikol oxidációját és ezen savak képződését. Nitritek, szilikátok, borátok és azolok is használhatók a fémek korrozív hatásának megelőzésére.

Az etilénglikol keserű utóízű, ugyanakkor édeskés, és részegséget okoz. Az etilénglikol lenyelésének mérgező hatásai azért jelentkeznek, mert a máj 4 másik vegyi anyaggá alakítja át, amelyek sokkal mérgezőbbek. A tiszta etilénglikol halálos dózisa 1,4 ml/kg (90 ml) halálos egy 140 font (64 kg) testsúlyú személy számára, de sokkal kevésbé halálos, ha egy órán belül kezelik

Propilén-glikol

A propilén-glikol lényegesen kevésbé mérgező, mint az etilén-glikol, lényegében „nem mérgező fagyálló”-ként nevezhető. Fagyállóként használják ott, ahol az etilén-glikol nem megfelelő, például élelmiszer-feldolgozó rendszerekben vagy otthoni vízvezetékekben, ahol előfordulhat, hogy például véletlenül lenyelheti egy gyerek.

Sok országban engedélyezik a propilén-glikol hozzáadását számos feldolgozott élelmiszerhez, beleértve a fagylaltot, a fagyasztott pudingot, a salátaönteteket és a pékárut, és általában az “e-liquid” fő összetevőjeként használják elektronikus cigarettában. A propilén-glikol tejsavvá oxidálódik.

A hűtőrendszer korróziója mellett biológiai szennyeződés is előfordul. Amint a bakteriális iszap növekedni kezd, a rendszer korróziós sebessége megnő. A glikololdatot használó rendszerek karbantartása magában foglalja a fagyvédelem, a pH, a fajsúly, az inhibitorszint, a szín és a biológiai szennyeződés rendszeres ellenőrzését.

A propilén-glikolt ki kell cserélni, ha vöröses színűvé válik. Ha egy hűtő- vagy fűtőrendszerben a propilén-glikol vizes oldata vöröses vagy fekete színűvé válik, ez azt jelzi, hogy a rendszerben lévő vas jelentősen korrodálódik. Inhibitorok hiányában a propilén-glikol reakcióba léphet oxigénnel és fémionokkal, különböző vegyületeket hozva létre, beleértve a szerves savakat (például hangyasav, oxálsav, ecetsav). Ezek a savak felgyorsítják a fémek korrózióját a rendszerben.

Egyéb gyakori hűtőfolyadékok

A propilén-glikol-metil-étert fagyállóként használják dízelmotorokban. Illékonyabb, mint a glikolok.

Az autóipari fagyállókhoz használt glicerin előnye, hogy nem mérgező, ellenáll a viszonylag magas hőmérsékletnek és nem korrozív. Azonban nem használják széles körben.

A glicerint korábban fagyállóként használták autóipari alkalmazásokban, mielőtt etilén-glikollal váltották volna fel. A Volkswagen 2008-ban vezette be a glicerint tartalmazó G13 (TL 774-G) fagyállót, amelyet alacsony toxicitása és csökkentett CO2-kibocsátása miatt környezetbarátabb termékként forgalmaztak. 2018 óta azonban áttértek a G12EVO-ra (TL 774-L), amely már nem tartalmaz glicerint.