重负荷冷却液后市场测试工具选用的研究

张安勇，林世龙，王训伟，刘维娜，张培德

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

发动机产生的热量大约有30%由冷却液传递到大气中，在重负荷发动机应用中，大于40%的发动机停机与冷却系统的故障有直接的关系，因此，冷却液的质量好坏及冷却液的日常维护在发动机日常维护中显得至关重要。

冷却液在使用过程中，用户可以使用价格适宜、便携的工具来检测冷却液的参数变化，作为是否需要更换冷却液的参考，特别是一些大型车辆及发动机等，对冷却液需求大的用户，可以随时检测冷却液的相关参数，根据使用情况适当延长或者缩短冷却液的更换周期，以减少冷却系统的故障，并尽量降低车辆及发动机的维护成本。

1 概念介绍

冷却液除了传递热量外，还具有防冻、防沸、防腐、防穴蚀、防垢、缓冲pH值、消泡等作用。重负荷冷却液检测最重要的三个参数为pH值、冰点、亚硝酸盐含量。

pH值：冷却液中的添加剂需要在合适的pH值下才能对金属起到最佳的防护作用，现代冷却液的PH值一般在7.5～11，但是冷却液实际使用中，作为防冻剂的二元醇被冷却系统的溶解氧氧化生成酸性物质，同时发动机冷却系统不可避免地会吸收发动机的排气，这些酸性物质影响冷却液的酸碱平衡，导致pH值下降，当pH值下降到一定程度后，冷却液将会失去防腐的功能。

冰点：冷却液中的防冻剂起到了降低冰点的作用，以使冷却液可以用在寒冷的地区，目前最常用的防冻剂为乙二醇，一般发动机厂家要求乙二醇在冷却液中的体积分数要在40%～60%，如图1是冷却液冰点随着乙二醇体积分数变化的对应关系。

图1 冷却液冰点与乙二醇含量关系

亚硝酸盐含量：重负荷发动机多采用湿式缸套，为了防止缸套穴蚀，《GB29743-2013机动车发动机冷却液标准》中规定重负荷冷却液在轻负荷冷却液的基础上，要额外添加亚硝酸盐，或者添加亚硝酸盐和钼酸盐的混合物，含量要求如表1。

表1 冷却液亚硝酸盐含量要求

2 现状

国内市场上没有专门测试冷却液pH值、亚硝酸盐含量的试纸，而成品冷却液为方便故障诊断，快速检测泄露位置，一般都添加有染色剂，而这些染色剂会对试纸反应后的显色产生一定的干扰。本项目针对此现状，对影响冷却液的三个参数展开测试工具的研究。

确定的测试方法如下：

pH值：通过pH试纸和手持式pH计测量。

冰点：通过手持式折光仪进行测量。

亚硝酸盐含量：通过专业亚硝酸盐测试试纸和检测仪测量。

3 冷却液测试工具的选用

3.1 冷却液pH测量

为了精确检测冷却液的pH值，我们可以使用精密pH试纸，pH试纸能够准确地体现缓冲溶液的性质，在冷却液的缓冲范围内，pH试纸可以很好地显示冷却液的实际pH，而在缓冲范围外，pH试纸的值会偏离冷却液的pH，严重的可达好几个pH单位。pH试纸的作用原理是基于指示剂的显色反应,要消耗一定的H+或OH-,而且冷却液本身有颜色干扰，深色冷却液影响更大，色卡对比读数也会产生误差，这是造成其测量值与溶液实际pH不同的原因。

pH计使用玻璃电极，无须消耗H+或OH-，消除系统误差后，pH计能更准确地测试冷却液的pH值，并且pH计的精度更高。pH计每隔一定的时间须用已知pH值的标准缓冲溶液进行定点校准，要保证缓冲溶液的可靠性，因为缓冲溶液精度低，将导致测量结果的误差。

分别选用一种pH试纸和pH计对两种浅色冷却液进行测量，此次试验pH计在已知pH值的校准溶液中进行了校准和测试，pH计测量结果可作为对比标准（图2）。

测试结果如表2所示。

试验结论：颜色跨度大的试纸更适合用来检测冷却液pH值，同时，浅颜色的冷却液使用pH试纸更容易获得比较准确的测试结果。

图2 pH值测试

表2 pH值测试结果对比

3.2 冷却液冰点仪（图3）

目前主要使用手持式的折光仪测量冷却液的冰点，基本原理是应用全反射临界角法测量液体的折射率,根据液体折射率与浓度的对应关系给出冷却液中乙二醇的含量，再根据乙二醇含量与冰点的对应关系给出冰点值,采用折光原理的仪器测量精度相对较高。

图3 手持式折光仪

使用折光仪前需进行校准，将蒸馏水数滴滴在折光棱镜上，再旋转校零螺钉③，使明暗分界线置于零位，再进行冷却液试样的测试。

折光仪应用广泛，测量误差小，可以作为冰点测量的工具，本文不再进行相关试验。

3.3 冷却液亚硝酸盐检测

亚硝酸盐是钢铁的有效缓释剂，在重负荷发动机冷却液中，可以有效防止缸套等部件的气穴腐蚀，但必须控制在某一浓度以上，在临界浓度以下，会导致点蚀，加速钢铁的腐蚀。目前重负荷冷却液国家标准中，如果只添加亚硝酸盐单组分，亚硝酸盐的含量在新冷却液中要求是不小于1200PPM，一般当冷却液在使用过程中亚硝酸盐含量消耗到300PPM以下时，需要在冷却液中添加SCA补充添加剂或者更换冷却液。

亚硝酸盐试纸的主要工作原理是待测试样中的亚硝酸盐与试纸发生反应生成带色物质，颜色越深，代表亚硝酸盐含量越高。

我们选取一款进口的亚硝酸盐测试试纸，使用两种颜色的冷却液：果绿色和荧光黄色，并把这两种冷却液分别配置出不用亚硝酸盐含量的试样，使用测试试纸进行亚硝酸盐含量的测试，并把试纸测试结果与离子色谱分析的结果进行对比，以判断试纸测试的准确性。

用测试试纸沾取冷却液试样一秒钟后取出轻轻甩干，等待一分钟显色后与标准比色卡比色读数，果绿色冷却液的亚硝酸根离子检测结果如表3。

荧光黄色冷却液的亚硝酸根离子含量检测结果如表4。

表3 果绿色冷却液检测结果

表4 荧光黄色冷却液检测结果

我们再选取一款便携仪器，对几种已知亚硝酸盐含量的冷却液进行测量，该仪器通过光谱分析对冷却液的亚硝酸离子进行测量（图4）。仪器测量结果如表5。

图4 便携仪器测量试验

表5 便携仪器的检测结果

试验结论：根据测试判断，该亚硝酸盐试纸可用于检测浅绿色和浅黄色的冷却液中亚硝酸盐含量，深红色代表亚硝酸盐含量充足，橘黄色代表亚硝酸盐消耗近半，浅黄色（0.3g/l）为报警限值，但是，因反应色接近红色，此种试纸不适合测试红色冷却液的亚硝酸盐的含量，红色冷却液中的红色染色剂会对显色产生较大的干扰，所以受冷却液染色剂的影响，亚硝酸盐试纸的使用具有一定的局限性。

测试冷却液中亚硝酸盐含量的便携仪器可以进行定向开发，以提供更准确、不受冷却液颜色影响的测试手段。

4 结语

冷却液的冰点和pH值可分别通过手持式折光仪和pH计进行较为精确的测量，pH试纸在浅色冷却液的缓冲范围内可以较准确地反映冷却液的pH值。

亚硝酸盐试纸可以用来检测冷却液的亚硝酸盐含量，但有一定的局限性；冷却液中亚硝酸盐含量的测量仪器可以进行定向开发，以解决试纸测量的局限性。