重負(fù)荷冷卻液后市場(chǎng)測(cè)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(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)應(yīng)用中，大于40%的發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)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(hù)在發(fā)動(dòng)機(jī)日常維護(hù)中顯得至關(guān)重要。

冷卻液在使用過(guò)程中，用戶可以使用價(jià)格適宜、便攜的工具來(lái)檢測(cè)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(dòng)機(jī)等，對(duì)冷卻液需求大的用戶，可以隨時(shí)檢測(cè)冷卻液的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)使用情況適當(dāng)延長(zhǎng)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(dòng)機(jī)的維護(hù)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(cè)最重要的三個(gè)參數(shù)為pH值、冰點(diǎn)、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(duì)金屬起到最佳的防護(hù)作用，現(xiàn)代冷卻液的PH值一般在7.5～11，但是冷卻液實(shí)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(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)不可避免地會(huì)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)失去防腐的功能。

冰點(diǎn)：冷卻液中的防凍劑起到了降低冰點(diǎn)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(dòng)機(jī)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(diǎn)隨著乙二醇體積分?jǐn)?shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 冷卻液冰點(diǎn)與乙二醇含量關(guān)系

亞硝酸鹽含量：重負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)多采用濕式缸套，為了防止缸套穴蝕，《GB29743-2013機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)上沒(méi)有專門測(cè)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(cè)泄露位置，一般都添加有染色劑，而這些染色劑會(huì)對(duì)試紙反應(yīng)后的顯色產(chǎn)生一定的干擾。本項(xiàng)目針對(duì)此現(xiàn)狀，對(duì)影響冷卻液的三個(gè)參數(shù)展開測(cè)試工具的研究。

確定的測(cè)試方法如下：

pH值：通過(guò)pH試紙和手持式pH計(jì)測(cè)量。

冰點(diǎn)：通過(guò)手持式折光儀進(jìn)行測(cè)量。

亞硝酸鹽含量：通過(guò)專業(yè)亞硝酸鹽測(cè)試試紙和檢測(cè)儀測(cè)量。

3 冷卻液測(cè)試工具的選用

3.1 冷卻液pH測(cè)量

為了精確檢測(cè)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(shí)際pH，而在緩沖范圍外，pH試紙的值會(huì)偏離冷卻液的pH，嚴(yán)重的可達(dá)好幾個(gè)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(duì)比讀數(shù)也會(huì)產(chǎn)生誤差，這是造成其測(cè)量值與溶液實(shí)際pH不同的原因。

pH計(jì)使用玻璃電極，無(wú)須消耗H+或OH-，消除系統(tǒng)誤差后，pH計(jì)能更準(zhǔn)確地測(cè)試?yán)鋮s液的pH值，并且pH計(jì)的精度更高。pH計(jì)每隔一定的時(shí)間須用已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行定點(diǎn)校準(zhǔn)，要保證緩沖溶液的可靠性，因?yàn)榫彌_溶液精度低，將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的誤差。

分別選用一種pH試紙和pH計(jì)對(duì)兩種淺色冷卻液進(jìn)行測(cè)量，此次試驗(yàn)pH計(jì)在已知pH值的校準(zhǔn)溶液中進(jìn)行了校準(zhǔn)和測(cè)試，pH計(jì)測(cè)量結(jié)果可作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

測(cè)試結(jié)果如表2所示。

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

圖2 pH值測(cè)試

表2 pH值測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3.2 冷卻液冰點(diǎn)儀（圖3）

目前主要使用手持式的折光儀測(cè)量冷卻液的冰點(diǎn)，基本原理是應(yīng)用全反射臨界角法測(cè)量液體的折射率,根據(jù)液體折射率與濃度的對(duì)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(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系給出冰點(diǎn)值,采用折光原理的儀器測(cè)量精度相對(duì)較高。

圖3 手持式折光儀

使用折光儀前需進(jìn)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(jìn)行冷卻液試樣的測(cè)試。

折光儀應(yīng)用廣泛，測(cè)量誤差小，可以作為冰點(diǎn)測(cè)量的工具，本文不再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

3.3 冷卻液亞硝酸鹽檢測(cè)

亞硝酸鹽是鋼鐵的有效緩釋劑，在重負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)導(dǎo)致點(diǎn)蝕，加速鋼鐵的腐蝕。目前重負(fù)荷冷卻液國(guó)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(guò)程中亞硝酸鹽含量消耗到300PPM以下時(shí)，需要在冷卻液中添加SCA補(bǔ)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(cè)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(jìn)口的亞硝酸鹽測(cè)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(cè)試試紙進(jìn)行亞硝酸鹽含量的測(cè)試，并把試紙測(cè)試結(jié)果與離子色譜分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以判斷試紙測(cè)試的準(zhǔn)確性。

用測(cè)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(cè)結(jié)果如表3。

熒光黃色冷卻液的亞硝酸根離子含量檢測(cè)結(jié)果如表4。

表3 果綠色冷卻液檢測(cè)結(jié)果

表4 熒光黃色冷卻液檢測(cè)結(jié)果

我們?cè)龠x取一款便攜儀器，對(duì)幾種已知亞硝酸鹽含量的冷卻液進(jìn)行測(cè)量，該儀器通過(guò)光譜分析對(duì)冷卻液的亞硝酸離子進(jìn)行測(cè)量（圖4）。儀器測(cè)量結(jié)果如表5。

圖4 便攜儀器測(cè)量試驗(yàn)

表5 便攜儀器的檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)測(cè)試判斷，該亞硝酸鹽試紙可用于檢測(cè)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(bào)警限值，但是，因反應(yīng)色接近紅色，此種試紙不適合測(cè)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(huì)對(duì)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(cè)試?yán)鋮s液中亞硝酸鹽含量的便攜儀器可以進(jìn)行定向開發(fā)，以提供更準(zhǔn)確、不受冷卻液顏色影響的測(cè)試手段。

4 結(jié)語(yǔ)

冷卻液的冰點(diǎn)和pH值可分別通過(guò)手持式折光儀和pH計(jì)進(jìn)行較為精確的測(cè)量，pH試紙?jiān)跍\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(lái)檢測(cè)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(cè)量?jī)x器可以進(jìn)行定向開發(fā)，以解決試紙測(cè)量的局限性。