История появления антифризов

 

Антифриз или, по-другому, охлаждающая жидкость, — это рабочее вещество системы охлаждения автомобиля. Антифриз помогает держать температуру двигателя в диапазоне максимальной эффективности и предотвращает его перегрев. В основе современных антифризов — этиленкгликоль, реже пропиленгликоль. Но так было не всегда.

 

В этой статье расскажем, как охлаждали двигатели на заре автомобилестроения и как это делают сейчас.

 

Вторая половина XIX века

 

В 1860 году французский инженер Жан Этьен Ленуар сконструировал двухтактный двигатель внутреннего сгорания. В первых моделях поршни охлаждались воздухом, обдувающим мотор при движении, но довольно скоро Ленуар перешёл на систему водного охлаждения, в которой испаряющаяся вода снижала температуру оставшейся.

 

Использование простой воды доставляло довольно много проблем. Во-первых, тогда использовали неочищенную воду из природных источников. При испарении она оставляла накипь и осадок, а соли, содержащиеся в воде, приводили к образованию коррозии и биологического налета. Во-вторых, при температуре ниже нуля вода замерзала и, расширяясь, разрушала двигатель изнутри, ломая блоки двигателя, головки цилиндров и радиаторы. Поэтому в ранние годы автомобилестроения зимой или в холодные ночи воду из системы охлаждения сливали.

 

 

Первый радиатор для водного охлаждения установил Карл Бенц, а в 1900 году
Вильгельм Майбах разработал первый сотовый радиатор для Mercedes 35hp.

 

 

1900-1910-е годы

 

В начале 20 века производители начали экспериментировать с составами, пытаясь сделать так, чтобы охлаждающая жидкость не замерзала. Самым первым и простым способом было добавить полкило обычной поваренной соли на один литр воды. Такой раствор не замерзал до -17°С. Также пробовали использовать раствор хлорида кальция.

 

В 1910-х в воду стали добавлять глицерин — густую, прозрачную жидкость, сладкую на вкус, полученную из животных жиров и свободную от электролитов. Получившаяся охлаждающая жидкость не оказывала коррозийного воздействия на металлы и не повреждала резину. Глицерин очень медленно испарялся и такую жидкость можно было использовать 2-3 года. Но был нюанс. Перед наступлением холодов раствор глицерина всё равно нужно было сливать, чтобы залить снова в следующем сезоне.

 

Затем появился метанол — древесный или метиловый спирт, промышленный химикат, который используется как растворитель. Метанол, казалось, отлично подходил на роль охлаждающей жидкости — температура его замерзания -97,6°С. Но и у него обнаружился ряд недостатков. Во-первых, метанол оказался токсичен для человека. Он накапливается в организме, а летальный исход наступает при принятии внутрь 30 миллилитров.
Предельная допустимая концентрация метанола в воздухе — 5мг/м3. Во-вторых, метанол вступал в реакцию с алюминием и вызывал быструю коррозию деталей, отчего двигатель быстро ломался. В-третьих, в открытых системах охлаждения метанол быстро испарялся. Его нужно было постоянно подливать, иначе двигатель перегревался, вода замерзала и снова ломала двигатель.

 

1925-1990-е годы

 

В 1925 году производители McKay и Johnson’s стал выпускать антифриз на основе этиленгликоля.

 

Впервые этиленгликоль получил французский химик Чарльз Адольф Вюрц в 1859 году в результате реакции этилендиацетата и гидроксида калия. Его открытие пригодилось только в начале 20-го века, когда обнаружилось, что вещество можно использовать в качестве охлаждающей жидкости, а также заменить им глицерин во взрывчатках. Низкая температура замерзания и высокая температура кипения сделали этиленгликоль идеальным для использования в двигателях автомобилей во время Первой мировой войны.

 

В 1925 году американская компания Carbide and Carbon Chemicals запустила масштабное производство этиленгликоля, и к 1940 году антифризы на основе этиленгликоля превосходят по популярности глицериновые и метаноловые.

 

Так как смесь этиленгликоля с водой очень корозионноактивная и более агрессивная к металлам, чем простая вода, в неё со временем стали добавлять антикоррозийные и антипенные присадки, которые защищают металлические поверхности от коррозии и снижают образование пены в системе охлаждения.

 

К концу 20 века этиленгликоль стал доминирующим химическим антифризом. Он по-прежнему широко используется несмотря на появление других химических веществ — пропиленгликоля и жидкостей на основе органических кислот (OAT).

 

ТОСОЛ

 

В Советском Союзе велись свои разработки. Так в 1952 году в СССР выпустили охлаждающую жидкость Антифриз М-40 и Антфриз М-60. Цифры в маркировке означали температуру замерзания.

 

В 1971 году НИИ Органической химии и технологии (сейчас ФГУП «ГосНИИОХТ») разработали для автомобилей ВАЗ антифриз ТОСОЛ. ТОСОЛ-40 был голубого цвета, а ТОСОЛ-65 — красного. По цвету различали марки жидкости, проверяли её уровень расширительном бачке и отличали подтёки охлаждающей жидкости от других подтёков.

 

ТОСОЛ состоял из более чем 10 компонентов, имел сложную технологию производства и для своего времени отвечал всем требованиям автопроизводителей. Срок эксплуатации ТОСОЛа составлял два года или 60 тысяч километров пробега.

 

В 1990-е годы репутация ТОСОЛа стала портиться — марку часто подделывали. Вместо этиленгликоля в подделках использовался полигликоль, который сильно разъедал детали и быстро вызывал коррозию.

 

Современные антифризы

 

Как мы уже сказали, до 90-х годов использовались антифризы на основе этиленгликоля, реже — пропиленгликоля. В качестве присадок использовались неорганические кислоты — силикаты, фосфаты, нитриты и другие, защищающие поверхность системы охлаждения.

 

В 90-х годах появляются гибридные антифризы. В их основе — этиленгликоль, а в качестве присадок используются не только неорганические, но и органические кислоты — карбоксилатные. Карбоксилатные присадки снижают агрессивность неорганических кислот и увеличивают срок службы антифриза.

 

Позже появились карбоксилатные антифризы. В их составе органические кислоты занимают большую часть, поэтому их ещё называют органическими антифризами. Карбоксилатные антифризы образуют тонкий защитный слой — около 0, 001 мм, и только в очагах образования коррозии.

 

В 2008 году концерн Volkswagen выпустил лорбидный антифриз с присадками из карбоксилатных кислот и небольшим количеством неорганических кислот. Этот класс антифризов имеет повышенную температуру кипения и используется в высоконагруженных современных двигателях.