Низкотемпературные свойства автомобильных стеклоомывающих жидкостей

В данной работе рассматриваются низкотемпературные свойства стеклоомывающей жидкости. Целью данного исследования является проверка соответствия температуры кристаллизации, указанного на упаковке стеклоомывающей жидкости.

Ключевые слова: низкотемпературные свойства, эксплуатационные жидкости, температура помутнения, кинематическая вязкость, стеклоомывающая жидкость.

Автомобильный транспорт для эффективной и экономичной эксплуатации нуждается в своевременном техническом обслуживании и использовании качественных расходных материалов. Залогом качественного обслуживания транспорта является использование эксплуатационных материалов, рекомендованных заводом-изготовителем, с учетом климатических условий региона эксплуатации автомобилей [7]. Российская Федерация расположена в трех климатических поясах: арктический, субарктический и умеренный. А это значит, что холодные зимы с отрицательными температурами присутствуют на всей территории нашей страны. Эксплуатация транспорта в условиях Сибири и Дальнего Востока диктует дополнительные требования к низкотемпературным свойствам эксплуатационных материалов, таких как топливо, моторные, трансмиссионные масла, антифризы, тормозные жидкости, пластичные смазки, стекло-омывающие жидкости и прочие.

В связи с санкционной политикой стран, которые традиционно поставляли проверенные качественные эксплуатационные материалы, стало необходимо завозить и использовать новые технические жидкости от новых производителей. И как себя покажут в суровых условиях России эти технологические жидкости не известно. Поэтому на сегодняшний день остается очень актуальной задачей измерение и контроль низкотемпературных параметров всех жидкостей, применяемых в автомобильном транспорте.

Под низкотемпературными свойствами понимают сохранение основных своих свойств автомобильных жидкостей в условиях низких и экстремально-низких температурах [2]. К низкотемпературных свойствам можно отнести сохранение текучести и прокачиваемости автомобильных жидкостей, препятствие образованию кристаллов, сохранение смазывающей способности, устойчивость к расслоению и выпадению осадков. Эти эксплуатационные свойства контролируют измерением следующих параметров: вязкость, индекс вязкости, температура помутнения, температура начала кристаллизации, температура застывания, температура замерзания.

Прибора для измерения низкотемпературных свойств жидких нефтепродуктов на кафедре Автомобильный транспорт ИРНИТУ нет, а потребность определения зимних характеристик эксплуатационных жидкостей огромна, как в учебном процессе, так и для научных исследований. Появилась идея создания прибора для замораживания небольших порций нефтепродуктов. Рассматривались разные конструкции, методики замораживания. Остановились на простом и недорогом решении — использование в качестве охлаждающего компонента установки элемент Пельтье. Элемент Пельтье представляет собой термоэлектрический преобразователь в форме пластины с двумя силовыми выводами. Когда на эти выводы подается постоянное напряжение, одна сторона элемента начинает охлаждаться, а температура другой стороны повышается. Пониженная температура сохраняется и охлаждает рабочую жидкость элемента. В качестве рабочей жидкости используется бутиловый спирт. Температура замерзания бутилового спирта -115,67 °C, кроме того, он менее токсичен, чем метиловый. Другую сторону элемента необходимо охлаждать. В качестве охлаждения используем холодную проточную воду. Это наиболее дешевый и доступный вариант охлаждения элементов Пельтье [8].

Незамерзающие стеклоомывающие жидкости, используемые для очищения стекол в зимний период времени, на сегодняшний день являются более уязвимыми к подделкам. Практически на каждом километре на обочине стоят машины, которые продают непонятные жидкости. Так как нет практически никаких правовых документаций и стандартов по составу и эксплуатационным свойствам омывающих жидкостей, недобросовестные производители успешно пользуются этим и продают под видом омывающей жидкости смеси спиртов с резкими запахами и неясными низкотемпературными свойствами. Даже при температуре окружающей среды -10 ^о С многие жидкости теряют способность разбрызгиваться через форсунки на стекло и у водителя снижается обзорность и видимость через загрязненное лобовое стекло, что влияет на эксплуатационную безопасность транспорта. Это может повлечь за собой негативные последствия и спровоцировать опасную ситуацию на дороге и дорожно-транспортное происшествие [4].

На сегодняшний день наиболее известным прибором для оценки низкотемпературных свойств стеклоомывающих жидкостей является рефрактометр, который позволяет определять температуру замерзания стеклоомывающей жидкости [6]. Но за счет того, что в состав жидкости входят смеси спиртов, это метод определения температуры замерзания не всегда адекватен. Например, мы проверили несколько наименований стеклоомывающей жидкости, представленных на рынке города Иркутск и выяснили, что в образце 2 показания рефрактометра очень низки по сравнением с заявленной температурой замерзания.

Сведем данные нашего исследования в таблице 1.

Таблица 1

Используя установку для замораживания, мы испытывали образцы и определяли температуру помутнения и температуру замерзания омывающей жидкости. Температура помутнения для оценки эксплуатационных свойств охлаждающей жидкости гораздо важнее, так как при этой температуре начинаются образовываться кристаллы, которые могут препятствовать разбрызгиванию жидкости на стекло из-за забивания отверстий форсунок. То есть жидкость может не потерять способность перетекания и оставаться в жидком агрегатном состоянии, но теряет способность омывать и очищать лобовое стекло. Как видно из таблицы, ни один из представленных образцов не будет эффективно работать даже при не очень сильном морозе.

Другой вид исследований — оценка вязкостных свойств стеклоомывающей жидкости [4]. Кинематическая вязкость, которую измеряли при температуре –10 °С, характеризует текучесть незамерзающей жидкости при прохождении через форсунки омывателя. Чем ниже температура окружающей среды, тем более вязкой становится омывающая жидкость и тем хуже она распыляется на стекло. Вязкость зависит и от концентрации изопропилового спирта — чем она выше, тем больше вязкость.

Рис. 1. Зависимость температуры начала кристаллизации от кинематической вязкости при температуре –10 ^о С

Как видно из графика на рисунке 1, параметры кинематическая вязкость и температура начала кристаллизации связаны между собой зависимостью. Чем выше вязкость при температуре –10 ^о С, тем хуже низкотемпературные свойства омывающей жидкости.

Таким образом, низкотемпературные свойства являются чрезвычайно важными характеристиками эксплуатационных жидкостей, в том числе и омывающей жидкости. Плохие низкотемпературные свойства могут сказаться на безопасном управлении автомобиля и стать причиной снижения видимости у водителя и возникновения опасных ситуаций на дороге. Контроль и оценка температуры начала кристаллизации возможна по измерению вязкостных свойств жидкости при отрицательных температурах.

Литература:

1. Аристов, Д. А. Альтернативные способы определения низкотемпературных свойств топлив / Д. А. Аристов // В мире научных открытий: Материалы V Международной студенческой научной конференции, Ульяновск, 20–21 мая 2021 года. Том II. — Ульяновск: Ульяновский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина, 2021. — С. 26–29. — EDN ACKTHR.
2. Аристов, Д. А. Низкотемпературные свойства нефтепродуктов / Д. А. Аристов // В мире научных открытий: Материалы V Международной студенческой научной конференции, Ульяновск, 20–21 мая 2021 года. Том II. — Ульяновск: Ульяновский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина, 2021. — С. 34–37.
3. Аристов, Д. А. Температура предельной фильтруемости дизельного топлива / Д. А. Аристов // В мире научных открытий: Материалы V Международной студенческой научной конференции, Ульяновск, 20–21 мая 2021 года. Том II. — Ульяновск: Ульяновский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина, 2021. — С. 38–41.
4. Климентова, Г. Ю. Низкотемпературные свойства спиртосодержащих топлив / Г. Ю. Климентова, В. Ю. Маврин // Вестник Казанского технологического университета. — 2014. — Т. 17, № 18. — С. 213–215. — EDN SXYHRF.
5. Патент на полезную модель № 133621 U1 Российская Федерация, МПК G01S 3/00. устройство для определения температуры помутнения и застывания нефтепродуктов: № 2012136614/28: заявл. 27.08.2012: опубл. 20.10.2013 / В. А. Куприн, Т. В. Журавлева.
6. Шишкин, Ю. Л. Определение температур помутнения и застывания дизельных топлив на фотоколориметре «Фазафот» / Ю. Л. Шишкин // Химия и технология топлив и масел. — 2007. — № 4(542). — С. 48–52.
7. Эксплуатация мобильной техники в условиях низких температур: (на примере автомобильного транспорта) / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев, Е. А. Карцев [и др.] ; Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева. — Рязань: Рязанский государственный агротехнологический университет им. П. А. Костычева, 2011. — 152 с.
8. Павлюков, Г. В. Определение низкотемпературных свойств технических жидкостей / Г. В. Павлюков, Д. А. Косовец // Транспортная отрасль Российской Федерации: текущее состояние и перспективы развития: материалы Всероссийской студенческой научно- практической конференции, посвященной Дню Российской науки, Рязань, 08 февраля 2024 года. — Рязань: Рязанский государственный агротехнологический университет, 2024. — С. 304–308. — EDN CIEXAG.