Почему на руднике на 4000 м антифриз может закипеть уже при 94 °C и что держит давление масла? Нагружай двигатель в жару и мороз, забивай радиатор, снимай крышку и смотри на термостат и манометр.
Система охлаждения это замкнутый контур. Насос гонит антифриз через рубашку вокруг цилиндров, где он нагревается, и дальше в радиатор, где его остужает воздух от вентилятора. Термостат стоит на развилке: пока двигатель холодный, он закрыт, и жидкость ходит по малому кругу, минуя радиатор. Так двигатель быстрее прогревается. Система смазки устроена похоже: масляный насос берет масло из поддона и через фильтр подает в главную магистраль, оттуда по каналам к коренным и шатунным подшипникам, распредвалу, турбине. Масло смазывает, уносит тепло от поршней и смывает частицы износа в фильтр.
Тепловой баланс показывает, сколько антифриза нужно гнать, давление масла зависит от его густоты, а давление в системе охлаждения решает, когда антифриз закипит. Числа под формулами берутся из опыта.
На сколько нагревается антифриз?
Каждый килограмм антифриза, проходя через двигатель, забирает c · Δt теплоты. Если за секунду проходит m килограммов, тепловой поток Q = c · m · Δt. Отсюда Δt = Q / (c · m): чем сильнее насос, тем меньше перепад.
От чего зависит давление масла?
Насос шестеренный: чем быстрее крутится, тем больше масла подает. Давление создается сопротивлением узких зазоров в подшипниках. Густое масло проходит в них труднее, жидкое легче. Поэтому горячее масло на холостом ходу дает самое низкое давление.
Когда закипит антифриз?
Температура кипения растет с давлением. Крышка радиатора с клапаном держит в системе избыточное давление около 1 бар, и вода кипит не при 100, а при 120 °C. В горах атмосферное давление ниже, и крышка становится главной защитой.
Жидкость кипит, когда давление ее пара сравнивается с давлением вокруг. У моря вода кипит при 100 °C, на 4000 м давление всего 0,62 бар, и вода закипает около 87 °C. Антифриз 50 % кипит примерно на 7 °C выше, около 94 °C. А рабочая температура дизеля 85–95 °C. Без крышки двигатель на руднике кипел бы почти все время.
Крышка добавляет 1 бар, и смесь кипит около 120 °C, запас снова есть. Поэтому крышку с ослабшей пружиной или потрескавшимся уплотнением меняют сразу. И никогда не открывают горячую систему: давление падает, перегретая жидкость мгновенно вскипает и выплескивается кипятком.
Подробнее про давление насыщенного пара в теме состояния вещества: вода, про то, как тепло проходит через стенку радиатора, в теме теплопередача.
Пыль карьера забивает соты радиатора и интеркулера, и холодить становится нечем. Их продувают воздухом и моют водой изнутри наружу, против хода воздуха, по графику и после пыльных смен.
Крышку проверяют насосом-тестером на давление открытия. Термостат опускают в нагретую воду и смотрят, при какой температуре он начинает открываться и на сколько миллиметров выходит клапан.
Антифриз меняют по сроку и проверяют рефрактометром: концентрация задает и температуру замерзания, и кипения. Присадки защищают рубашку гильз от кавитации, иначе гильзу проедает насквозь.
Если давление горячего масла на холостом ходу ниже нормы, первое подозрение на износ вкладышей. Блок управления подает сигнал и может заглушить двигатель, чтобы спасти коленвал.
В пробе масла ищут металлы износа, кремний от пыли, гликоль от антифриза. Гликоль в масле значит течь прокладки или гильзы, а это скорый ремонт двигателя.
Холодное масло густое: давление высокое, но до подшипников оно доходит медленно. Поэтому в мороз двигатель греют подогревателем до пуска и не нагружают, пока антифриз не согреется.
Двигатель класса QSK60 представлен одним телом с теплоемкостью 3800 кДж/°C (антифриз и металл вместе). В антифриз уходит половина мощности на валу и немного тепла трения. Радиатор с вентилятором отдает тепло пропорционально разнице температур, его сила зависит от оборотов, плотности воздуха и загрязнения сот. Термостат открывается линейно от 82 до 95 °C. Вязкость масла 15W-40 посчитана по закону Вальтера, давление масла по простой формуле, редукционный клапан ограничивает его 6,2 бар. Кипение антифриза 50 % взято на 7 °C выше, чем у воды при том же давлении. Время в опыте ускорено в 60 раз. Как зависит вязкость от температуры и что такое 15W-40, разберут в химии в теме «Смазочные материалы: вязкость и присадки».