重負(fù)荷冷卻液后市場測試工具選用的研究

張安勇，林世龍，王訓(xùn)偉，劉維娜，張培德

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

發(fā)動機產(chǎn)生的熱量大約有30%由冷卻液傳遞到大氣中，在重負(fù)荷發(fā)動機應(yīng)用中，大于40%的發(fā)動機停機與冷卻系統(tǒng)的故障有直接的關(guān)系，因此，冷卻液的質(zhì)量好壞及冷卻液的日常維護在發(fā)動機日常維護中顯得至關(guān)重要。

冷卻液在使用過程中，用戶可以使用價格適宜、便攜的工具來檢測冷卻液的參數(shù)變化，作為是否需要更換冷卻液的參考，特別是一些大型車輛及發(fā)動機等，對冷卻液需求大的用戶，可以隨時檢測冷卻液的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)使用情況適當(dāng)延長或者縮短冷卻液的更換周期，以減少冷卻系統(tǒng)的故障，并盡量降低車輛及發(fā)動機的維護成本。

1 概念介紹

冷卻液除了傳遞熱量外，還具有防凍、防沸、防腐、防穴蝕、防垢、緩沖pH值、消泡等作用。重負(fù)荷冷卻液檢測最重要的三個參數(shù)為pH值、冰點、亞硝酸鹽含量。

pH值：冷卻液中的添加劑需要在合適的pH值下才能對金屬起到最佳的防護作用，現(xiàn)代冷卻液的PH值一般在7.5～11，但是冷卻液實際使用中，作為防凍劑的二元醇被冷卻系統(tǒng)的溶解氧氧化生成酸性物質(zhì)，同時發(fā)動機冷卻系統(tǒng)不可避免地會吸收發(fā)動機的排氣，這些酸性物質(zhì)影響冷卻液的酸堿平衡，導(dǎo)致pH值下降，當(dāng)pH值下降到一定程度后，冷卻液將會失去防腐的功能。

冰點：冷卻液中的防凍劑起到了降低冰點的作用，以使冷卻液可以用在寒冷的地區(qū)，目前最常用的防凍劑為乙二醇，一般發(fā)動機廠家要求乙二醇在冷卻液中的體積分?jǐn)?shù)要在40%～60%，如圖1是冷卻液冰點隨著乙二醇體積分?jǐn)?shù)變化的對應(yīng)關(guān)系。

圖1 冷卻液冰點與乙二醇含量關(guān)系

亞硝酸鹽含量：重負(fù)荷發(fā)動機多采用濕式缸套，為了防止缸套穴蝕，《GB29743-2013機動車發(fā)動機冷卻液標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定重負(fù)荷冷卻液在輕負(fù)荷冷卻液的基礎(chǔ)上，要額外添加亞硝酸鹽，或者添加亞硝酸鹽和鉬酸鹽的混合物，含量要求如表1。

表1 冷卻液亞硝酸鹽含量要求

2 現(xiàn)狀

國內(nèi)市場上沒有專門測試?yán)鋮s液pH值、亞硝酸鹽含量的試紙，而成品冷卻液為方便故障診斷，快速檢測泄露位置，一般都添加有染色劑，而這些染色劑會對試紙反應(yīng)后的顯色產(chǎn)生一定的干擾。本項目針對此現(xiàn)狀，對影響冷卻液的三個參數(shù)展開測試工具的研究。

確定的測試方法如下：

pH值：通過pH試紙和手持式pH計測量。

冰點：通過手持式折光儀進行測量。

亞硝酸鹽含量：通過專業(yè)亞硝酸鹽測試試紙和檢測儀測量。

3 冷卻液測試工具的選用

3.1 冷卻液pH測量

為了精確檢測冷卻液的pH值，我們可以使用精密pH試紙，pH試紙能夠準(zhǔn)確地體現(xiàn)緩沖溶液的性質(zhì)，在冷卻液的緩沖范圍內(nèi)，pH試紙可以很好地顯示冷卻液的實際pH，而在緩沖范圍外，pH試紙的值會偏離冷卻液的pH，嚴(yán)重的可達好幾個pH單位。pH試紙的作用原理是基于指示劑的顯色反應(yīng),要消耗一定的H+或OH-,而且冷卻液本身有顏色干擾，深色冷卻液影響更大，色卡對比讀數(shù)也會產(chǎn)生誤差，這是造成其測量值與溶液實際pH不同的原因。

pH計使用玻璃電極，無須消耗H+或OH-，消除系統(tǒng)誤差后，pH計能更準(zhǔn)確地測試?yán)鋮s液的pH值，并且pH計的精度更高。pH計每隔一定的時間須用已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進行定點校準(zhǔn)，要保證緩沖溶液的可靠性，因為緩沖溶液精度低，將導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差。

分別選用一種pH試紙和pH計對兩種淺色冷卻液進行測量，此次試驗pH計在已知pH值的校準(zhǔn)溶液中進行了校準(zhǔn)和測試，pH計測量結(jié)果可作為對比標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

測試結(jié)果如表2所示。

試驗結(jié)論：顏色跨度大的試紙更適合用來檢測冷卻液pH值，同時，淺顏色的冷卻液使用pH試紙更容易獲得比較準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

圖2 pH值測試

表2 pH值測試結(jié)果對比

3.2 冷卻液冰點儀（圖3）

目前主要使用手持式的折光儀測量冷卻液的冰點，基本原理是應(yīng)用全反射臨界角法測量液體的折射率,根據(jù)液體折射率與濃度的對應(yīng)關(guān)系給出冷卻液中乙二醇的含量，再根據(jù)乙二醇含量與冰點的對應(yīng)關(guān)系給出冰點值,采用折光原理的儀器測量精度相對較高。

圖3 手持式折光儀

使用折光儀前需進行校準(zhǔn)，將蒸餾水?dāng)?shù)滴滴在折光棱鏡上，再旋轉(zhuǎn)校零螺釘③，使明暗分界線置于零位，再進行冷卻液試樣的測試。

折光儀應(yīng)用廣泛，測量誤差小，可以作為冰點測量的工具，本文不再進行相關(guān)試驗。

3.3 冷卻液亞硝酸鹽檢測

亞硝酸鹽是鋼鐵的有效緩釋劑，在重負(fù)荷發(fā)動機冷卻液中，可以有效防止缸套等部件的氣穴腐蝕，但必須控制在某一濃度以上，在臨界濃度以下，會導(dǎo)致點蝕，加速鋼鐵的腐蝕。目前重負(fù)荷冷卻液國家標(biāo)準(zhǔn)中，如果只添加亞硝酸鹽單組分，亞硝酸鹽的含量在新冷卻液中要求是不小于1200PPM，一般當(dāng)冷卻液在使用過程中亞硝酸鹽含量消耗到300PPM以下時，需要在冷卻液中添加SCA補充添加劑或者更換冷卻液。

亞硝酸鹽試紙的主要工作原理是待測試樣中的亞硝酸鹽與試紙發(fā)生反應(yīng)生成帶色物質(zhì)，顏色越深，代表亞硝酸鹽含量越高。

我們選取一款進口的亞硝酸鹽測試試紙，使用兩種顏色的冷卻液：果綠色和熒光黃色，并把這兩種冷卻液分別配置出不用亞硝酸鹽含量的試樣，使用測試試紙進行亞硝酸鹽含量的測試，并把試紙測試結(jié)果與離子色譜分析的結(jié)果進行對比，以判斷試紙測試的準(zhǔn)確性。

用測試試紙沾取冷卻液試樣一秒鐘后取出輕輕甩干，等待一分鐘顯色后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比色讀數(shù)，果綠色冷卻液的亞硝酸根離子檢測結(jié)果如表3。

熒光黃色冷卻液的亞硝酸根離子含量檢測結(jié)果如表4。

表3 果綠色冷卻液檢測結(jié)果

表4 熒光黃色冷卻液檢測結(jié)果

我們再選取一款便攜儀器，對幾種已知亞硝酸鹽含量的冷卻液進行測量，該儀器通過光譜分析對冷卻液的亞硝酸離子進行測量（圖4）。儀器測量結(jié)果如表5。

圖4 便攜儀器測量試驗

表5 便攜儀器的檢測結(jié)果

試驗結(jié)論：根據(jù)測試判斷，該亞硝酸鹽試紙可用于檢測淺綠色和淺黃色的冷卻液中亞硝酸鹽含量，深紅色代表亞硝酸鹽含量充足，橘黃色代表亞硝酸鹽消耗近半，淺黃色（0.3g/l）為報警限值，但是，因反應(yīng)色接近紅色，此種試紙不適合測試紅色冷卻液的亞硝酸鹽的含量，紅色冷卻液中的紅色染色劑會對顯色產(chǎn)生較大的干擾，所以受冷卻液染色劑的影響，亞硝酸鹽試紙的使用具有一定的局限性。

測試?yán)鋮s液中亞硝酸鹽含量的便攜儀器可以進行定向開發(fā)，以提供更準(zhǔn)確、不受冷卻液顏色影響的測試手段。

4 結(jié)語

冷卻液的冰點和pH值可分別通過手持式折光儀和pH計進行較為精確的測量，pH試紙在淺色冷卻液的緩沖范圍內(nèi)可以較準(zhǔn)確地反映冷卻液的pH值。

亞硝酸鹽試紙可以用來檢測冷卻液的亞硝酸鹽含量，但有一定的局限性；冷卻液中亞硝酸鹽含量的測量儀器可以進行定向開發(fā)，以解決試紙測量的局限性。