Dieselmoottorit ovat vaativia jäähdytysnesteen suhteen – nämä asiat sinun on hyvä tietää jäähdytysnesteistä

Kuva: Marja Vehkala

Vielä 1950-luvulla moottorin jäähdytinnesteen valinta ei ollut kovin mutkallinen asia. Nesteenä saatettiin käyttää aivan tavallista vettä, mikäli ilman lämpötila pysytteli plussan puolella.

Talvella vesi oli laskettava pois moottorista, jos se jätettiin pakkaseen – vaikka vain yhdeksi yöksi. Jäätymistä torjuvien jäähdytysnesteiden käyttö vakiintui vasta 1960-luvulle tultaessa.

Vesi on ollut luonnollinen valinta jäähdytysnesteeksi, koska sen kyky vastaanottaa ja kuljettaa suuria määriä lämpöenergiaa on erinomainen. Vesi on muutenkin sovelias, sillä sitä on helposti saatavilla.

Pelkkä vesi on ongelmallinen rautaisessa moottorissa ja monet moottorivalmistajat kehottivat lisäämään veden joukkoon ruostumista estäviä lisäaineita jo ennen kuin glykolit tulivat yleiseen käyttöön.

Moottoritekniikan kehittyessä ovat vaatimukset myös jäähdytysnesteelle kasvaneet. Jäätymisen eston lisäksi nesteen tulee voidella vesipumppua, estää korroosio ja kavitaatio sekä kohottaa kiehumispistettä, jotta moottori voi toimia kuumempana.

Vuosikymmenten ajan veden jäätymisen estämiseen on käytetty etyleeniglykolia C2H4(OH)2 – josta käytetään myös nimeä monoetyleeniglykoli erotukseksi sukulaisyhdisteistä.

Etyleeniglykoli toimii veteen sekoitettuna hyvin. Se estää veden kiteytymisen tehokkaasti. Paras jäätymisenkesto saavutetaan, kun etyleeniglykolia on 60 % ja vettä 40 %, jolloin jäätyminen alkaa vasta lämpötilassa -45 °C.

60/40-suhdetta ei kuitenkaan suositella, sillä etyleeniglykoliliuoksen lämmönsiirtokyky huononee voimakkaasti yli 55 % konsentraatiossa. Etyleeniglykolin lämmönsiirtokyky on vain puolet siitä, mitä vedellä. Suositellulla 50/50-seoksella lämmönsiirto on siten neljänneksen huonompi puhtaaseen veteen verrattuna.

Jäätymisen eston lisäksi etyleeniglykoli on hyödyllistä jäähdytysjärjestelmässä, sillä se nostaa myös kiehumispistettä (50/50 noin 108 astetta). Puhdas etyleeniglykoli jäätyy -13 °C.

Etyleeniglykolin pahin ongelma on sen myrkyllisyys ja tämä oli alkujaan pääsyynä pyrkimykseen löytää muita vaihtoehtoja.

Propyleeniglykoli C3H8O2 on tullut etyleeniglykolin korvaajaksi osittain siksi, että se ei ole myrkyllistä. Aineen ominaisuudet pakkasnesteenä ovat melko samanlaiset kuin etyleeniglykolilla. Pakkaskestävyys on vain hivenen huonompi.

Myrkyttömyys tekee propyleeniglykolista hyvin monikäyttöisen yhdisteen. Se on muun muassa yleinen lisäaine elintarvikkeissa (E1520). Sitä käytetään antamaan makeutta ja kosteutta leivontatuotteisiin sekä parantamaan monien tuotteiden kestävyyttä.

Propyleeniglykolin ongelmana on sen suuri korroosiovaikutus, jota pyritään torjumaan happamuutta alentavilla inhibiiteillä. Koska propyleeniglykoli ei ole myrkyllistä, se on hyvä kasvualusta eräille bakteereille. Bakteerien vaikutuksesta propyleeniglykoliseoksen korroosiovaikutus voi kasvaa entisestään. Osittain näistä syistä sen käyttö on vähenemässä.

Propyleeniglykolipohjaista nestettä käytettäessä on tärkeää tarkkailla nesteen kuntoa ja jäähdytysjärjestelmän tilaa. Merkkinä alkaneesta korroosiosta on nesteeseen tuleva punertava väri. Bakteerikasvu saattaa puolestaan aiheuttaa nesteen mustumista.

Etyleeniglykolia ja propyleeniglykolia ei saa sekoittaa. Ne toimivat periaatteessa yhdessä, mutta nesteissä olevat erilaiset ruosteenestolisäaineet saattavat sekoitettaessa aiheuttaa harmia.

Lisäaineiden koostumus onkin käytännössä tärkein asia, kun mietitään jäähdytysnesteiden soveltuvuutta eri moottoreille ja itse nesteiden sekoitettavuutta keskenään. Pahimmillaan erityyppiset lisäaineet voivat kumota toistensa vaikutuksen täysin.

Jäähdytysnesteet voidaan jakaa lisäaineistuksen perusteella kahteen pääryhmään: perinteiset epäorgaanisia lisäaineita sisältävät IAT-nesteet (Inorganic Additive Technology) ja uudemmat orgaanisiin happoihin perustuvat OAT-nesteet (Organic Acid Technology).

Ruostumisen esto on perinteisissä jäähdytysnesteissä hoidettu silikaateilla, boraateilla ja/tai fosfaateilla. Nämä aineet ovat epäorgaanisia oksideita (epäorgaaninen = ne eivät sisällä luonnon kiertokulkuun kuuluvaa hiiltä).

Fosfaatin kohdalla on syytä huomioida, että se ei sovi käytettäväksi Euroopassa yleisesti esiintyvän kovan veden kanssa, joka sisältää kalsiumia tai magnesiumia. Tuloksena on kalsium- tai magnesiumsulfaattia, joka kerrostuu kattilakiveksi kuumille pinnoille.

Epäorgaaniset ruosteenestoaineet pystyvät suojaamaan hyvin sekä rautaa että alumiinia. Näiden huono puoli on se, että ne hajoavat ajan myötä kemiallisesti ja menettävät siten tehonsa. Normaali kestoikä on kaksi vuotta.

Auto- ja konevalmistajien keskinäinen kilpailu mahdollisimman pitkillä huoltoväleillä on osaltaan johtanut IAT-lisäaineistettujen nesteiden käytön vähenemiseen.

Nykyisissä Long Life -nesteissä olevat OAT- ja HOAT-lisäaineet (Hybrid Organic Acid Technology) ovat kemiallisesti täysin erilaisia kuin aikaisemmin käytetyt epäorgaaniset lisäaineet. Long Life -nesteissa perusaineena on etyleeniglykoli.

Uusien lisäaineiden tarkoitus on tarjota pidempi vaihtoväli sekä muun muassa paremmat lämmönsiirto-ominaisuudet ja siksi luonnostaan kuumempina käyvissä uusien päästöluokkien moottoreissa on yleisesti siirrytty niihin perustuvien nesteiden käyttöön.

Orgaaniset lisäaineet alkoivat yleistyä 1990-luvun lopussa. Parhaimillaan niiden avulla voi päästä jopa 7 vuoden vaihtoväliin.

Orgaanisiin happoihin perustuvat lisäaineet ovat kemiallisesti hyvin säilyviä. Huono puoli on, että jotkin niistä voivat olla erittäin agressiivisia lyijylle, kuparille ja messingille. Näitä materiaaleja käytettiin 90-luvulle saakka jäähdyttimissä, lämmönvaihtimissa ja muissa jäähdytysjärjestelmän osissa.

Metallien ohella myös eräät muovi- ja kumimateriaalit saattavat kärsiä joistain Long Life -lisäaineista. Kymmenisen vuotta sitten General Motorsin moottoreissa havaittiin tiivistevaurioita, jotka johtuivat 2-EHA-nimisestä (2-ethylhexanoic acid) korroosionestoaineesta. Seurauksena oli silikonikumisten osien pehmeneminen ja nestevuodot imusarjan tiivisteistä.

Ongelmia voi ilmetä, mikäli OAT- tai HOAT-nesteitä käyttää vanhemmissa moottoreissa tai sellaisen valmistajan moottoreissa, joka ei ole suunnitellut moottoreitaan joillekin tietyille nesteiden ainesosille.

Ruosteenestäjinä käytettävät orgaaniset hapot ovat tavallisesti nimeltään sebacate (sebacic acid) tai 2-EHA. Jälkimmäisestä on varoitettu monissa some-keskusteluissa edellä mainitun GM:n moottoriongelman vuoksi, mutta niissä moottoreissa, joiden suunnittelussa on huomioitu tämä lisäaine, mitään ongelmia ei ole odotettavissa.

Käytännössä kaikki auto- ja konevalmistajat käyttävät nykyisin tuotteissaan OAT-lisäaineistettuja jäähdytysnesteitä. Kuitenkin vain osa niistä on keskenään samanlaisia. Raskaan kaluston dieselmoottorivalmistajat käyttävät yleensä eri lisäaineita kuin bensiinimoottorivalmistajat ja henkilöautovalmistajat ovat lisäksi jakaantuneet pariin kolmeen alaryhmään.

Eräiden valmistajien OAT-nesteet voivat sisältää pieniä määriä joko silikaatteja tai fosfaatteja. Silikaatteja sisältäviä nesteitä nimitetään usein Si-OAT-nesteiksi ja lisäaineyhdistelmän tarkoituksena on saada otettua parhaat ominaisuudet IAT- ja OAT-nesteistä.

Tätä menetelmää käyttää nykyisin esimerkiksi VW, joka on siirtynyt pois puhtaasta OAT-nesteestä. Toyota ja Honda lisäävät OAT-nesteeseen pienen määrän fosfaattia eivätkä käytä 2-EHA-korroosionsuojaa.

Myös HOAT-nesteissä käytetään ruosteenostoon orgaanisia happoja, mutta ei edellä mainittuja aineita sebacate ja 2-EHA. Sen sijaan korroosion estäjänä on karboksyylihapon suola, jonka kanssa on silikaattia epäorgaanisena komponenttina. Tästä johtuu aineen hybridi-nimitys.

Silikaatin lisäämisellä halutaan parantaa jäähdytysnesteen kavitaationesto-ominaisuuksia ja lisätä alumiinin suojausta. Silikaatti on myös hyväksi eräille tiivistemateriaaleille.

Lisäaineen kestoikä on edelleen yhtä hyvä kuin OAT-nesteissä, mutta HOAT-nesteet ovat yleensä jonkin verran kalliimpia. HOAT-nesteitä käyttävät autovalmistajista muun muassa Mercedes-Benz ja BMW.

Yleensä samantyyppisiä lisäaineita sisältävät nesteet sopivat keskenään. Nestetyypistä täytyy tietysti olla täysi varmuus ennen kuin sekoitukseen ryhtyy ja valmistajan antamat ohjeet on luettava sekä otettava tosissaan.

Tärkein sääntö on, että perinteisiä IAT- ja uudempia OAT-nesteitä ei koskaan saa kaataa samaan moottoriin. Vaikka moottorin tyhjentäisi ja huuhtoisi, ei nestetyypin vaihtoon pitäisi ryhtyä, jos moottorissa on aikaisemmin ollut IAT-nestettä.

Myöskään HOAT- tai Si-OAT-nesteet eivät yleensä ole sekoitettavissa OAT-nesteiden kanssa eivätkä keskenään.

Väärien aineiden sekoittamisesta seuraa yleensä ruosteenesto-ominaisuuksien menetys. Myös nesteen kestoikä tavallisesti lyhenee. Vaikutukset eivät näy heti, mutta tulos on verrattavissa siihen, että moottorissa käytettäisiin vanhentunutta tai pilaantunutta nestettä.

Koska moottoreiden tyyppikohtaiset rakenteet ja vaatimukset eroavat nykyisin suuresti toisistaan, on tärkeintä tietää, minkälaista jäähdytysnestettä valmistaja haluaa koneessaan käytettävän. Asian suhteen kannattaa olla tarkkana.

Valinnan tekee vaikeaksi se, että jäähdytysnesteiden tiedoissa harvoin sanotaan, mitä lisäaineita nesteessä on. Tavallista on, että tuotetiedoissa enintään kerrotaan, mitä lisäaineita kyseinen neste ei sisällä. Ostajalta vaaditaan salapoliisityötä sisällön selvittämiseksi.

Eräs keino on etsiä kahden tai kolmen tyyppisiä nesteitä myyvän tarvikevalmistajan sopivuustaulukko ja selvittää sen avulla minkä auto- ja konevalmistajan moottoreihin tarvikevalmistajan tietty neste sopii. Näilla valmistajilla on siitä päätellen ainakin jossain määrin samantyyppinen neste.

Edes asiointi merkkiliikkeessä ei aina takaa sitä, että saisi esimerkiksi johonkin vanhempaan koneeseen sopivan nesteen. Olisi hyvä tarkastaa vaikka kirjallisesta lähteestä, että tarjottu laatu on tarkoitettu juuri kyseiselle moottorityypille.

Alkuperäisvalmistajan tarjoaman alkuperäisnesteen voi korvata tarviketuotteella vain, jos pystyy varmistumaan, että nestetyypit todella vastaavat toisiaan.

Etyleeniglykolilla ja propyleeniglykolilla on refraktometrissä kummallakin omat mitta-asteikot. Jos näitä aineita sekoittaa keskenään, ei refraktometri anna lainkaan luettavissa olevaa arvoa. Kuva: Tommi Hakala

Jos moottorista valutettu jäähdytysneste jättää astian pohjalle ruskean kerroksen, on nesteen ruosteenestoaineiden teho ehtinyt lakata. Kuva: Tommi Hakala

Diesel-moottorin palotapahtuma aiheuttaa moottorin osiin suuria mekaanisia rasituksia – paljon suurempia kuin bensiini- tai kaasumoottorissa esiintyy. Merkittävä osa voimista kohdistuu suoraan sylinterin seinämiin.

Nykyaikaisissa märkäputkikoneissa seinämävahvuus on suhteellisen pieni, jolloin syttyvän polttoaineen räjähdysaalto aiheuttaa seinämän teräkseen hetkellisen venymän. Männän matkatessa alaspäin paine sylinterissä laskee nopeasti ja sylinteriputki palaa mittaansa.

Vaikka muodonmuutos on häviävän pieni, tapahtuu sylinteriputken nestepuolella ensin jäähdytysnesteen työntyminen poispäin ja sen jälkeen takaisin vetäytyvä seinämä synnyttää imun. Seinämän pinnalla on hetken aikaa alipaine, joka saa nesteen poksahtelemaan pieniksi kaasukupliksi.

Jokainen syntyvä kupla irrottaa atomin tai pari teräksen pinnalta. Teräs puolestaan ei ole koskaan täysin tasaista. Kavitaatiokuplat syntyvät helpoiten teräksen epäjatkuvuuskohdissa.

Kavitaatiovauriot ilmenevät sylinteriputkien pistemäisinä syöpyminä joko putken ja lohkon välisissä tiivistyspinnoissa tai missä tahansa kohtaa putken seinämää. Syöpymän edettyä tarpeeksi pitkälle asia paljastuu jäähdytysnesteen päästyä öljytilaan.

Kavitaatiota edistää osaltaan jäähdytysjärjestelmän liian alhainen paine, koska alhainen paine laskee kiehumispistettä. Huonosti suljettu tai vuotava jäähdyttimen korkki voi olla tästä syystä haitallinen, vaikka jäähdytysneste ei alkaisikaan kiehua.

Samoin moottorin käyttö vain lyhyinä tuokioina ja sen sammuttaminen yhtenään edistää kavitaatiota, koska moottori ei ehdi kunnolla lämmetä ja vain lämmön kohoaminen synnyttää järjestelmään painetta.

Jäähdytysjärjestelmässä syntyvästä kavitaatiosta alettiin laajemmin puhua varmaankin ensimmäistä kertaa 1980-luvun lopussa. Ensimmäiset kavitaatiovauriot ilmenivät työkonedieseleissä.

Fordin traktorimoottoreiden yhteydessä puhuttiin aikoinaan jopa Ford-taudista. Pääsyynä ongelmiin taisi olla huollon laiminlyönti tai väärän tyyppisen jäähdytysnesteen lisääminen. Koneita huoltaneet eivät olleet ottaneet vakavasti sitä, että huolto-ohjeissaan Ford/NH ohjeisti käyttämään ainoastaan heidän omaa jäähdytysnestettään, joka olisi suojannut kavitaatiolta.

Ongelma ei tietenkään ole ainoastaan Ford/NH-ongelma, vaan tyypillistä monille raskaan kaluston dieseleille. Ongelmien näkyminen ensimmäiseksi juuri traktorimoottoreissa saattoi johtua joillekin traktoreille hitaasti kertyvistä käyttötunneista. Jäähdytysnestettä ei oltu ymmärretty vaihtaa ja samalla nesteellä oli menty yli 10 vuotta.

Kavitaatio-ongelma ei ole ohitse. Uusien päästömääräyksien seurauksena käyttöön tulleet moottoritekniset ratkaisut ovat jopa entisestään lisänneet kavitaation vaaraa.

Ei heti muistu mieleen yhtään moottorivalmistajaa, joka ei olisi asiasta varottanut: ”All Cat engines that are equipped with a Cat NOx Reduction System require a minimum 50% glycol to help prevent cavitation damage and boiling of the engine coolant”. Tämä vain yhtenä esimerkkinä.