Από τα αντιψυκτικά υγρά και τα ψυκτικά κινητήρα στα υγρά διαχείρισης θερμότητας

Transcript

1 Από τα αντιψυκτικά υγρά και τα ψυκτικά κινητήρα στα υγρά διαχείρισης θερμότητας Ο Hans Petereyns, μηχανικός της Chevron, εξηγεί αναλυτικά τον ρόλο ενός ψυκτικού κινητήρα στη διατήρηση της θερμικής του ισορροπίας. Ολόκληρη η ιστορία Η τεράστια αλλαγή που έχει σημειωθεί στον σχεδιασμό του κινητήρα, ειδικά με τα οχήματα Euro V and Euro VI και την εξάρτησή τους από επιπρόσθετο εξοπλισμό, απαιτεί ιδιαίτερα προηγμένα τεχνικά προϊόντα ικανά να προστατεύσουν τον κινητήρα και τα συστήματα ψύξης, Για την ακρίβεια, το ψυκτικό κινητήρα λόγω της συσχέτισής του με διάφορα τμήματα του οχήματος επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό διάφορα μέταλλα και χρειάζεται να αντιμετωπίσει υψηλές θερμοκρασίες και αυξημένη μετάδοση θερμότητας. Τα σύγχρονα ψυκτικά κινητήρα παίζουν σημαντικό ρόλο στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, μια σημαντική προϋπόθεση για την ικανοποίηση των περιβαλλοντικών απαιτήσεων σχετικά με τη μείωση των βλαβερών εκπομπών και του αποτυπώματος άνθρακα. Επιπλέον, η χρήση ενός ακατάλληλου υγρού μπορεί να έχει δραματικές συνέπειες για το όχημα και να προκαλέσει υψηλά κόστη επισκευής ή αντικατάστασης.

2 Ιστορία Στο παρελθόν μιλούσαμε για αντιψυκτικά, μιας και το μεγαλύτερο ζήτημα ήταν η προστασία του κινητήρα από την ψύξη. Ο λόγος είναι πολύ απλός: εάν το υγρό ξεκινήσει να ψύχεται, ο όγκος διαστέλλεται και αυτό μπορεί να επιφέρει στον κινητήρα σημαντικές συνέπειες. Τη δεκαετία του 1950 προστέθηκε αλάτι στο νερό ώστε να αποφευχθεί η ψύξη του υγρού. Λόγω του ότι κάτι τέτοιο αυξάνει τη διάβρωση, το επόμενο βήμα ήταν η χρήση αλκοολών, όπως η μεθανόλη και η αιθανόλη. Αυτά τα υγρά μείωναν το σημείο πήξης και αύξαναν το σημείο ζέσης, όμως παρόλα αυτά δεν προστάτευαν τον κινητήρα από τη διάβρωση. Δεδομένου ότι η μεθανόλη είναι ένα τοξικό και εύφλεκτο προϊόν, η χρήση της σε μεγάλες ποσότητες θεωρήθηκε ακατάλληλη όσον αφορά την ασφάλεια. Ως αποτέλεσμα η μεθανόλη και η αιθανόλη αντικαταστάθηκαν από άλλες αλκοόλες, όπως για παράδειγμα από μονοαιθυλενογλυκόλη ή MEG για συντομία. Ένα συνώνυμο για την μονοαιθυλενογλυκόλη είναι η αιθανοδιόλη. Η μη επικίνδυνη εναλλακτική λύση για την μονοαιθυλενογλυκόλη είναι η μονοπροπυλενογλυκόλη (MPG) γνωστή και ως προπανοδιόλη. Το μείγμα MEG με νερό ή ΜPG συνέχιζε να μην προσφέρει προστασία από τη διάβρωση. Έπειτα από αυτό το σημείο, οι εταιρείες ξεκίνησαν να εισάγουν πρόσθετα στα ψυκτικά ώστε να βοηθήσουν στην πρόληψη της διάβρωσης των μετάλλων του συστήματος ψύξης. Η πρόληψη της ψύξης ή του βρασμού καθώς και η παροχή προστασίας από τη διάβρωση είναι βασικές απαιτήσεις. Όμως στην πραγματικότητα μια από τις πιο σημαντικές απαιτήσεις για την ψύξη ενός κινητήρα είναι η δυνατότητα να διαχειρίζεται τη μετάδοση θερμότητας. Πώς λειτουργεί αυτό και πώς εξελίσσεται; Όταν ένας κινητήρας καίει καύσιμα, μόνο μια ποσότητα αυτής της ενέργειας μετατρέπεται σε κίνηση. Ενώ λοιπόν μερική ενέργεια χρησιμοποιείται για την πρόωση, ένα άλλο τμήμα της (θερμότητα) τροφοδοτείται μέσω του συστήματος εξάτμισης, ενώ το τελικό τμήμα (επίσης θερμότητα) πρέπει να αφαιρεθεί από το ψυκτικό κινητήρα. Σε παλαιότερους κινητήρες η κάθε ποσότητα αντιπροσωπεύει περίπου το 33%, που σημαίνει ότι το ψυκτικό πρέπει να απομακρύνει το 33% της διαθέσιμης ενέργειας του καιόμενου καυσίμου. Για τον κινητήρα ενός βαρέος τύπου φορτηγού αυτό αναλογεί σε ενέργεια αρκετή να ζεστάνει 5 σπίτια σε πολύ κρύες συνθήκες. Με τον νέο σχεδιασμό κινητήρα Euro V και Εuro VI, το ποσοστό θερμότητας που δημιουργείται και θα πρέπει να απομακρύνει το ψυκτικό κινητήρα είναι σχεδόν 40% για τους Euro V κινητήρες φορτηγών και 40-45% για τους Euro VI κινητήρες φορτηγών. Η διαφορετική ροή του ψυκτικού κινητήρα πρέπει να ανακατευθύνει τη θερμότητα μέσα στο σύστημα, συμπεριλαμβανομένου και του μεγάλου τμήματος θερμότητας, το οποίο συνήθως διαφεύγει μέσω της εξάτμισης. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της εφαρμογής διαφόρων πρόσθετων τμημάτων, τα οποία συνδέονται στο σύστημα ψύξης, γεγονός που κάνει ακόμα πιο περίπλοκο το σύστημα ψύξης. Γι' αυτό σήμερα μιλάμε για υγρά διαχείρισης θερμότητας αντί για ψυκτικά ή αντιψυκτικά υγρά.

3 Τα επιπλέον τμήματα και τα υγρά διαχείρισης της θερμότητας παίζουν σημαντικό ρόλο στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου Η ανακυκλοφορία καυσαερίων (ERG), μια έξυπνη υδραντλία και το τμήμα ανάκτησης θερμότητας (WHR) εισήχθησαν σε πρόσφατους σχεδιασμούς κινητήρων της ο Euro V και/ή ο Euro VI. Στόχος αυτών των επιπλέον τμημάτων είναι η ανάκτηση της χαμένης ενέργειας (θερμότητας) του συστήματος, ώστε να επιστρέψει πίσω στο σύστημα, κάτι το οποίο είναι ωφέλιμο για την συνολική απόδοση του κινητήρα. Έρευνες έχουν αποδείξει ότι με την προσθήκη αυτών των τμημάτων στο σύστημα, η κατανάλωση καυσίμου έχει μειωθεί σημαντικά. Η χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου είναι απαραίτητη για την ικανοποίηση των περιβαλλοντικών απαιτήσεων. Μειώνει της εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, σωματιδίων και οξειδίων του αζώτου (Nox), διότι γίνεται καύση μικρότερου όγκου καυσίμου. Η ψύξη επομένως παίζει σημαντικό ρόλο στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου. Αυτό γίνεται μέσω των πρόσθετων τμημάτων που ενσωματώνονται στον κινητήρα και στα ψυκτικά συστήματα. Το τμήμα ERG είναι ένα από αυτά. Η έξυπνη υδραντλία διαδραματίζει της σημαντικό ρόλο στη μείωση της κατανάλωσης, διότι η αντλία περιστρέφεται μόνο με την ταχύτητα που χρειάζεται κάθε φορά. Επομένως η υδραντλία δεν καταναλώνει ενέργεια για την περιστροφή όταν δεν απαιτείται. Η μεγαλύτερη πιθανότητα μείωσης κατανάλωσης καυσίμου είναι μέσω του WHR. Το εν λόγω τμήμα χρησιμοποιεί μέρος της χαμένης θερμότητας το οποίο κανονικά θα διέφευγε μέσω του σωλήνα εξάτμισης. Η θερμότητα ανακυκλώνεται στο τμήμα WHR μέσω της εργαζόμενου μέσου, το οποίο όταν θερμαίνεται εξατμίζεται. Καθώς μετατρέπεται από υγρό σε αέριο, ο όγκος του υγρού διαστέλλεται και η θερμότητα μετατρέπεται σε κίνηση. Για την εξάτμιση του εργαζόμενου μέσου απαιτείται θερμότητα. Η θερμότητα αυτή εισέρχεται στο σύστημα μέσω του ψυκτικού του κινητήρα. Το αέριο πρέπει να συμπυκνωθεί ώστε να επιστρέψει σε υγρή μορφή. Αυτή η μεταφορά φάσης καθίσταται δυνατή χάρη σε ένα επιπρόσθετο κύκλωμα ψυκτικού κινητήρα. Είναι εμφανές ότι το ψυκτικό παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία WHR, η οποία παρέχει θερμότητα και ψύξη όταν και της χρειάζεται. Και πάλι αυτό δείχνει τον ζωτικής σημασίας ρόλο που διαδραματίζει το ψυκτικό κινητήρα για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών. Καθότι όλα τα πρόσθετα θερμά ρεύματα ρυθμίζονται από το ψυκτικό κινητήρα, το ποσοστό θερμότητας που πρέπει να απομακρυνθεί έχει αυξηθεί έως και 40%. Τεχνολογία υγρών διαχείρισης θερμότητας Λόγω της αυξημένης θερμότητας που εισέρχεται στο σύστημα, υπάρχουν επιπρόσθετες απαιτήσεις από το υγρό διαχείρισης θερμότητας. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να πραγματοποιηθούν και άλλες χημικές αντιδράσεις (επιταχυνόμενη διάβρωση, θερμική διάσπαση της βάσης της υγρής γλυκόλης ή οποιεσδήποτε αντιδράσεις) λόγω των υψηλών θερμοκρασιών. Ως εκ τούτου, απαιτείται ένα ισχυρό και αποδοτικό ψυκτικό ώστε να αντιμετωπίσει την εισαγωγή υψηλής θερμότητας στο σημείο επαφής των εκτεταμένων και διαφορετικών επιφανειών υλικών. Το ψυκτικό θα πρέπει να διαχειρίζεται πολύ καλά τις διαφορετικές ροές θερμότητας. Πρέπει να διατηρεί τη θερμική ισορροπία του κινητήρα, εξ ου και το υγρό διαχείρισης θερμότητας (TMF).

4 Γενικά ένα υγρό διαχείρισης θερμότητας περιλαμβάνει ένα μείγμα γλυκόλης (50%) και νερού (45%), τα οποία καθορίζουν φυσικές ιδιότητες, όπως η προστασία από την ψύξη ή το βρασμό, το ιξώδες, οι ιδιότητες εναλλαγής θερμότητας κτλ. Τα πρόσθετα που περιέχονται στο υγρό διαχείρισης θερμότητας είναι υπεύθυνα για την προστασία των υλικών από προβλήματα όπως αυτό της διάβρωσης. Η δυσκολία στην παραγωγή ενός υγρού διαχείρισης θερμότητας υψηλής απόδοσης έγκειται στην ανάπτυξη ενός προϊόντος με τον βέλτιστο συνδυασμό γλυκόλης υψηλής ποιότητας, νερού και πρόσθετων. Οι υψηλές θερμοκρασίες και οι υψηλές ταχύτητες ροής συνιστούν μια πραγματική πρόκληση σε ό,τι αφορά τη διατήρηση της σταθερότητας της σύνθεσης. Μέταλλο, ένας πρόσθετος περιορισμός Υπάρχουν δύο μεγάλες εξελίξεις αναφορικά με τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στο σύστημα ψύξης. Πρώτον, για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου χρησιμοποιούνται ελαφρύτερα υλικά ώστε να μειωθεί το συνολικό βάρος. Το αλουμίνιο χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε κινητήρες αυτοκινήτων, συστήματα ψύξης και εναλλάκτες θερμότητας, όμως είναι περισσότερο ευάλωτο στη διάβρωση που σημαίνει ότι τα αντιδιαβρωτικά είναι απαραίτητα. Δεύτερον, συνολικά χρησιμοποιείται περισσότερο μέταλλο. Ένας αυξανόμενος αριθμός μικρών εναλλακτών θερμότητας είναι απαραίτητος στα σύγχρονα αυτοκίνητα για εφαρμογές όπως η ρύθμιση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του αυτοκινήτου. Αυτό σημαίνει ότι η ίδια ποσότητα ψυκτικών/ υγρών θερμικής διαχείρισης έρχεται πλέον σε επαφή με περισσότερα και διαφορετικά μέταλλα. Τα παλιά ψυκτικά δεν είναι πια χρηστικά καθώς δεν μπορούν να διαχειριστούν αυτές τις απαιτήσεις. Υψηλότερες θερμοκρασίες, ένας πρόσθετος περιορισμός Οι υψηλότερες θερμοκρασίες μπορούν να οδηγήσουν στη θερμική υποβάθμιση, στη διάσπαση σε οξύ και σε αυξημένο κίνδυνο διάβρωσης του συστήματος ψύξης. Αυτό σημαίνει ότι το ψυκτικό/ υγρό θερμικής διαχείρισης πρέπει να παραμένει σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες και να περιορίζει τη διάσπαση της γλυκόλης σε οξύ, εκεί όπου σημαντικό ρόλο παίζουν τα πρόσθετα. Τα διαβρωμένα μέταλλα καταλύουν την αντίδραση της διάσπασης της γλυκόζης, που σημαίνει ότι για τη μείωση της απελευθέρωσης μετάλλων, η σωστή προστασία από τη διάβρωση σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες είναι πολύ σημαντική. Το ψυκτικό Havoline Xtended Life για επιβατικά αυτοκίνητα και επαγγελματικά οχήματα καθώς επίσης και το HDAX ELC Premixed 50/50 για ψυκτικά συστήματα κινητήρα σταθερού αερίου μπορούν να συμμορφώνονται με όλες αυτές τις απαιτήσεις. Η νέα γενιά ψυκτικών της Chevron παρέχει σταθερότητα και έχει θετικές επιδράσεις στη θερμική διάσπαση της γλυκόλης. Είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε το κατάλληλο ψυκτικό που περιέχει τα κατάλληλα πρόσθετα, τον κατάλληλο συνδυασμό και αναλογίες, καθώς επίσης και την κατάλληλη συγκέντρωση. Στην αγορά υπάρχουν διαφορετικές κατηγορίες ψυκτικών που κυμαίνονται από απλά έως ιδιαιτέρως προηγμένα προϊόντα. Η τεχνολογία του χρησιμοποιεί η Chevron ονομάζεται Τεχνολογία Οργανικών Προσθέτων (ΟΑΤ), στην οποία η Chevron πρωτοπορεί ήδη από τη δεκαετία του Η συγκεκριμένη τεχνολογία αφορά στα αντιδιαβρωτικά που χρησιμοποιούνται. Με την τεχνολογία οργανικών προσθέτων συνδυάζονται διαφορετικά αντιδιαβρωτικά σε ένα μοναδικό πακέτο που προστατεύει όλα τα διαφορετικά μέταλλα που απαρτίζουν τους σύγχρονους κινητήρες. Τα αντιδιαβρωτικά που χρησιμοποιούνται στα προϊόντα Chevron παρέχουν επέκταση της διάρκειας ζωής του ψυκτικού κινητήρα, διότι είναι ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν δεν καταστρέφονται κατά την συντήρηση ακόμα και όταν παρέχεται προστασία κατά της διάβρωσης.

5 Συμβατικό ψυκτικό vs. Havoline Xtended Life Άλλα ψυκτικά vs. vs. vs. Havoline Xtended Life Μετά από μίλια: Μετά από μίλια: Μετά από 2 χρόνια: Καμία σπηλαίωση στο χιτωνίου κυλίνδρου ή εσοχή Καμία απόφραξη του καλοριφέρ Κανένας σχηματισμός κλιμάκωσης ή εναπόθεσης Δεν υπάρχει ψυκτικό κινητήρα κατάλληλο για όλους τους κινητήρες Δεν υπάρχει ένα γενικό ψυκτικό, ενώ παρατηρείται η τάση προς τον σχεδιασμό όλο και περισσότερων κατά παραγγελία υγρών διαχείρισης θερμότητας. Προτού λάβει την έγκριση από τον κατασκευαστή εξοπλισμού (ΟΕΜ) για κάθε προϊόν, η Chevron διεξάγει ένα πρόγραμμα έγκρισης που αποτελείται από εργαστηριακές δοκιμές, δοκιμές σε κλίνη δοκιμών και τέλος δοκιμές στον στόλο. Μόνο έπειτα από το τελευταίο στάδιο του προγράμματος έγκρισης του κατασκευαστή εξοπλισμού, το οποίο συνήθως διαρκεί 2-5 χρόνια, μπορεί ένας προμηθευτής να λάβει έγκριση για το προϊόν. Κάθε προϊόν ξεκινά με εργαστηριακές δοκιμές, χρησιμοποιώντας ως βάση τις προδιαγραφές του κατασκευαστή εξοπλισμού. Ο κάθε κατασκευαστής εξοπλισμού έχει διαφορετικές απαιτήσεις σε ό,τι αφορά την σταθερότητα, την μόλυνση και το εάν συγκεκριμένα πρόσθετα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ή όχι. Ως αποτέλεσμα βλέπουμε όλο και πιο συγκεκριμένα προϊόντα από τους κατασκευαστές εξοπλισμού. Αυτό επίσης εξηγεί την ιδιαίτερη σημασία της επιλογής του κατάλληλου ψυκτικού για κάθε αυτοκίνητο ή φορτηγό. Ένα ακατάλληλο ψυκτικό μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα, όπως στη μη ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίας, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι η ολική καταστροφή του κινητήρα. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, όπως στην περίπτωση στόλου, μπορεί να αποβεί ένα ιδιαίτερα πολυδάπανο πρόβλημα.

6 Υγρά θερμικής διαχείρισης Chevron/ σειρά προϊόντων ψυκτικών κινητήρα Η Chevron παράγει και διαθέτει μια ολόκληρη σειρά ψυκτικών κινητήρα/ υγρών θερμικής διαχείρισης που βασίζονται στην τεχνολογία οργανικών προσθέτων και καλύπτουν ένα πλήθος εφαρμογών. Το ψυκτικό Ursa XLC Colourless - καθώς και τα Concentrate και Havoline Xtended Life τα οποία καλύπτουν τις απαιτήσεις των κατασκευαστών εξοπλισμού και βασίζονται στην τεχνολογία οργανικών προσθέτων της Chevron. Το ψυκτικό Havoline Xtended Life παράγεται από τη Chevron και είναι ένα από τα πιο γνωστά γενικής χρήσης ψυκτικό στην αγορά. Διατίθεται σε διάφορες εκδόσεις: Concentrate, Premixed 40/60 και premixed 50/50. Ως ένα από τα πιο γνωστά ψυκτικά στην αγορά, το συγκεκριμένο προϊόν καλύπτει πολλές από τις απαιτήσεις των κατασκευαστών εξοπλισμού, όπως: ASTM D3306 και ASTM D6210, Mercedes-Benz υπό Daimler DBL , DAF 74002, Detroit Diesel 93K217, MAN 324 Typ SNF, MTU MTL 5048, Το Συμβούλιο Συντήρησης, (TMC) RP 364 Tύπος 1) το συνιστά για χρήση σε: - Ευρωπαϊκά βενζινοκίνητα και πετρελαιοκίνητα οχήματα, - Ιαπωνικά βενζινοκίνητα οχήματα, SUV και ημιφορτηγά, - Κορεάτικα βενζινοκίνητα οχήματα και SUV, Σταθερούς κινητήρες πετρελαίου Deutz, Σταθερούς κινητήρες φυσικού αερίου Jenbacher, Πετρελαιοκινητήρες φορτηγών Hino, Πετρελαιοκινητήρες φορτηγών Isuzu, Πετρελαιοκινητήρες κατασκευαστικού εξοπλισμού Kobelco, Πετρελαιοκινητήρες κατασκευαστικού εξοπλισμού Komatsu, Πετρελαιοκινητήρες MTU 2000/4000, Κινητήρες Navistar MAXXFORCE, Πετρελαιοκινητήρες φορτηγών Scania, Πετρελαιοκινητήρες κατασκευαστικού εξοπλισμού (VCE) Volvo, Πετρελαιοκινητήρες φορτηγών Volvo και Mack, Σταθεροί κινητήρες πετρελαίου Wartsila, Ευρωπαϊκούς κατασκευαστές εξοπλισμού που απαιτούν μη φωσφορικές και νιτρώδεις ενώσεις, Ιαπωνικούς κατασκευαστές εξοπλισμού που απαιτούν μη πυριτικές ενώσεις Chevron Netherlands BV. All rights reserved. All trademarks are the property of Chevron Intellectual Property LLC.