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請(qǐng)問汽車防凍液的工作原理？

汽車防凍液應(yīng)該是一種比熱相對(duì)較大而冰點(diǎn)又較低的液體是嗎？它的成分是什么呢？是液體本身的特性如此還是經(jīng)過處理后改變了其原來的特性了呢？: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-01-21

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您了解汽車防凍液嗎？目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系中一般都注入防凍液。防凍液到底起什么作用，在使用中應(yīng)注意哪些問題呢? 汽車防凍液的四大功能防凍功能防凍液，顧名思義具有防凍功能。但各種防凍液的冰點(diǎn)是不一樣的，這是按不同地區(qū)、不同環(huán)境溫度來決定的。當(dāng)今的防凍液的冰點(diǎn)一般在-15℃～-68℃之間。防腐蝕功能由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)含有5種金屬，即鑄鐵、鋁合金、鋼、銅及水箱焊接時(shí)用的焊錫。一般小轎車的缸體為鑄鋁的，大型貨車的缸體為鑄鐵的，水箱主要由紫銅及黃銅制成。防凍液每時(shí)每刻都與這些金屬相接觸，因此必須要有防腐蝕功能，而劣質(zhì)的防凍液對(duì)金屬的腐蝕是極為嚴(yán)重的。有的水箱在使用防凍液時(shí)，其焊縫開裂并且滴漏，就是因?yàn)榉纼鲆簩?duì)焊錫嚴(yán)重腐蝕所造成的。優(yōu)質(zhì)的防凍液，與水相比能更好的保護(hù)水箱，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。防垢功能有許多駕駛員在夏季將防凍液放掉而加入自來水，自來水中有許多礦物質(zhì)，在加熱蒸發(fā)后，這些礦物質(zhì)結(jié)成水垢沉積在金屬表面。由于水垢的形成，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱不能及時(shí)傳給防凍液，使缸套溫度升高，缸套與活塞的配合間隙不當(dāng)，造成缸套與氣環(huán)擦傷磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使活塞卡死，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有致命的危害。如果水垢產(chǎn)生在水箱內(nèi)，則將影響散熱器的散熱效果，導(dǎo)致水溫升高而“開鍋”，而優(yōu)質(zhì)的防凍液是采用蒸餾水制造的，并加有防垢添加劑，所以不會(huì)產(chǎn)生任何水垢。高沸點(diǎn)功能優(yōu)質(zhì)的防凍液應(yīng)具有良好的防水箱“開鍋”的功能，這就要求它有一個(gè)高的沸點(diǎn)。現(xiàn)在防凍液的沸點(diǎn)一般要大于105℃，如果使用優(yōu)質(zhì)防凍液，就不會(huì)產(chǎn)生“開鍋”現(xiàn)象。汽車常用防凍液的種類乙二醇一水防凍液乙二醇是一種無色微粘的液體，沸點(diǎn)是197．4℃，冰點(diǎn)是-11．5℃，能與水任意比例混合。混合后由于改變了冷卻水的蒸氣壓，冰點(diǎn)顯著降低。其降低的程度在一定范圍內(nèi)隨乙二醇的含量增加而下降。當(dāng)乙二醇的含量為68％時(shí)，冰點(diǎn)可降低至-68℃，超過這個(gè)極限時(shí)，冰點(diǎn)反而要上升。乙二醇防凍液在使用中易生成酸性物質(zhì)，對(duì)金屬有腐蝕作用。因此，應(yīng)加入適量磷酸氫二鈉等以防腐蝕。乙二醇有毒，但由于其沸點(diǎn)高，不會(huì)產(chǎn)生蒸氣被人吸入體內(nèi)而引起中毒。乙二醇的吸水性強(qiáng)，儲(chǔ)存的容器應(yīng)密封，以防吸水后溢出。由于水的沸點(diǎn)比乙二醇低，使用中被蒸發(fā)的是水，當(dāng)缺少冷卻液時(shí)，只要加入凈水就行了。這種防凍液用后能回收(防止混入石油產(chǎn)品)，經(jīng)過沉淀、過濾，加水調(diào)整濃度，補(bǔ)加防腐劑，還可繼續(xù)使用，一般可用3—5年。酒精一水防凍液酒精的沸點(diǎn)是78．3℃，冰點(diǎn)是-114℃。酒清與水可任意比例混合，組成不同冰點(diǎn)的防凍液。酒精的含量越多，冰點(diǎn)越低。酒精是易燃品，當(dāng)防凍液中的酒精含量達(dá)到40％以上時(shí)，就容易產(chǎn)生酒精蒸氣而著火。因此，防凍液中的酒精含量不宜超過40％，冰點(diǎn)限制在-30℃左右。酒精—水防凍液具有流動(dòng)性好、散熱快、取材方便、配制簡單等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是容易著火，酒精沸點(diǎn)低，蒸發(fā)損失大。酒精蒸發(fā)后，防凍液成分改變，冰點(diǎn)升高。在山區(qū)、高原地區(qū)行駛的汽車不宜使用酒精—水防凍液，因?yàn)榫凭恼舭l(fā)損失大。一般地區(qū)行車應(yīng)定期檢測(cè)酒精的含量，及時(shí)補(bǔ)充。甘油—水防凍液甘油—水防凍液，不宜揮發(fā)和著火，對(duì)金屬腐蝕性也小，但甘油降低冰點(diǎn)的效率低，配制同一冰點(diǎn)的防凍液時(shí)，比乙二醇、酒精的用量大。因此，這種防凍液用得較少。使用防凍液應(yīng)注意的問題防凍液是用冰點(diǎn)較低的物質(zhì)加入水中，以降低冷卻液的冰點(diǎn)，防止冷卻系統(tǒng)凍結(jié)。在使用中應(yīng)注意以下問題：不同型號(hào)的防凍液不能混合使用，以免起化學(xué)反應(yīng)、沉淀或生成氣泡，降低使用效果；在更換防凍液時(shí)，應(yīng)先將冷卻系用凈水沖洗干凈，然后再加入新的防凍液和水；用剩的防凍液應(yīng)在容器上注明名稱以免混淆。各類防凍液由于配制時(shí)成分和比例不同，其凝點(diǎn)也不相同，這時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件來選用。一般選用防凍液的冰點(diǎn)應(yīng)低于當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁?0℃～15℃，以免防凍液失效。使用中，若因冷卻系滲漏而使液面降低時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充同類型的防凍液；若因蒸發(fā)引起液面降低時(shí)，則應(yīng)向冷卻系添加蒸餾水或軟水；當(dāng)發(fā)現(xiàn)冷卻液中有懸浮物、沉淀物或變質(zhì)有異味時(shí)，應(yīng)全部更換，并清洗冷卻系。乙醇防凍液容易揮發(fā)，使用中應(yīng)注意防火，在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高時(shí)，不要打開水箱蓋，也不要讓發(fā)動(dòng)機(jī)立即熄火，以免因防凍液急劇升溫而突然噴出，造成人員損傷或失火；因乙醇揮發(fā)液面降低時(shí)，可用80％的乙醇加注補(bǔ)充。乙二醇是有機(jī)溶劑，使用中要注意不得將其灑濺到橡膠制品或油漆表面，更應(yīng)注意不要接觸皮膚，若不慎灑濺上，應(yīng)立即用清水沖洗以免造成機(jī)件腐蝕或皮膚損傷。在儲(chǔ)存乙二醇防凍液時(shí)，要保持干燥，以防潮濕。應(yīng)注意嚴(yán)防被石油產(chǎn)品污染，否則將在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中產(chǎn)生大量泡沫。在配制時(shí)，應(yīng)使用蒸餾水，切勿使用硬水配制，以免產(chǎn)生沉淀。應(yīng)保持常年使用防凍液，否則容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系機(jī)件損壞，金屬部件產(chǎn)生氧化腐蝕。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)因過熱而產(chǎn)生“開鍋”現(xiàn)象，甚至有的使氣缸蓋產(chǎn)生裂紋，從而使汽車的壽命明顯下降。一般優(yōu)質(zhì)的防凍液每年更換一次，特別是對(duì)那些長時(shí)間運(yùn)行的車輛，比如出租車等。而那些運(yùn)行時(shí)間短的車輛可兩年更換一次。汽車防凍液汽車防凍液是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)用的循環(huán)介質(zhì)，最常用的是水。水有許多優(yōu)點(diǎn)、如：來源廣、無毒、價(jià)廉、有良好的導(dǎo)熱性能等。長期以來，水一直作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液使用。但水有許多缺點(diǎn)，如冰點(diǎn)高，當(dāng)氣溫低于o℃時(shí)，水結(jié)冰使體積增加．容易造成水箱或冷卻系統(tǒng)管道脹裂；水的沸點(diǎn)低，夏季高溫時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于苛刻條件下行駛時(shí)，會(huì)造成水溫升高，甚至沸騰，影響汽車正常行駛；溶在水中的金屬鹽類受熱后形成水垢，降低傳熱效率；水還會(huì)使金屬生銹。因此，人們一直在尋找一種新型的冷卻劑來代替水。首先采用鹽的水溶液(如氯化鈣、氯化鎂、硝酸鈉、亞硝酸鈉)可降低冰點(diǎn)到一30℃以下，但不能解決銹蝕問題。用糖和蜂蜜也可降低冰點(diǎn)，且不腐蝕金屬，但價(jià)格昂貴、熱穩(wěn)定性差。用煤油和柴油作冷卻劑凝點(diǎn)雖低，但傳熱差、容易燃燒、對(duì)橡膠有溶脹作用，亦不采用。二次世界大戰(zhàn)前后，曾用甲醇、乙醇作為冷卻劑，它雖然價(jià)廉、冰點(diǎn)低，但沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、易燃燒也不能成為理想的冷卻劑。后來，人們發(fā)現(xiàn)乙二醇水溶液的性能好，在一定的比例時(shí)冰點(diǎn)可達(dá)-60℃以下，而沸點(diǎn)在110℃以上，它不會(huì)損害橡膠軟管，加入防銹劑后不腐蝕金屬，價(jià)格相對(duì)便宜，無不愉快的氣味。因此這種液體目前廣泛采用作為汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的循環(huán)介質(zhì)，稱為汽車防凍液。 1 汽車防凍液的性能要求一種性能優(yōu)良的防凍液應(yīng)具備下列性能： ①冰點(diǎn)或凝點(diǎn)低汽車在嚴(yán)寒地區(qū)冬季野外停放時(shí)，夜間地面氣溫有時(shí)會(huì)降到-40”C以下。要保證水箱及冷卻系統(tǒng)管路不被凍裂，防凍液應(yīng)在此溫度下不結(jié)冰或凝固，以免發(fā)生體積膨脹，同時(shí)亦保證隨時(shí)可以啟動(dòng)汽車，投入使用。 ②比熱要高、熱傳導(dǎo)性好防凍液主要用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)部件，以免發(fā)生過熱，因此它的比熱要高。水的比熱是4.18kj/kg·C，而乙二醇的比熱是2.72J／kg·℃。在同樣循環(huán)量下，水從發(fā)動(dòng)機(jī)中帶走的熱量要比乙二醇帶走的多，因此水是比較理想的冷卻劑。 ②對(duì)金屬不產(chǎn)生腐蝕和銹蝕發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)有鑄鐵、鑄鋁、紫銅、黃銅、鋼和焊錫等。防凍液應(yīng)對(duì)這些金屬不產(chǎn)生腐蝕和銹蝕。 ①在使用中要保持一定的PH值 pH值不但能保證防凍液對(duì)金屬的腐蝕程度減到最小，而且能防止防凍液腐敗變質(zhì)。此外，防凍液應(yīng)具有優(yōu)良的消泡性能、空氣釋放性能、對(duì)循環(huán)鋁泵不發(fā)生氣蝕，以及價(jià)廉、無特殊氣味等。 2 防凍液的組成防凍液一般由基礎(chǔ)液和添加劑組成，基礎(chǔ)液由水和乙二醇或二甘醇組成。添加劑包括防銹劑、防霉劑、pH調(diào)節(jié)劑(緩沖劑)、抗泡劑及著色劑等。 ①基礎(chǔ)液防凍液的基礎(chǔ)液由水和醇組成。選擇醇的原則是要求來源廣、價(jià)格低、比熱和導(dǎo)熱性能要盡可能接近水。目前最常用的是乙二醇和二甘醇。表1是乙二醇和水不同比例混合后的冰點(diǎn)，表2是二甘醇與水不同比例混合后的凝點(diǎn)。根據(jù)使用地區(qū)的不同，防凍液中的醇含量一般由40％到60％。表1 乙二醇（體積分?jǐn)?shù)），% 冰點(diǎn)，°C 乙二醇（體積分?jǐn)?shù)），% 冰點(diǎn)，°C 10 -4.1 40 -22.9 20 -7.5 50 -33.0 30 -14.1 60 -50.0 表2 二甘醇，% 凝點(diǎn) 二甘醇，% 凝點(diǎn) 10 -5.0 40 -20.0 20 -7.2 50 -36.0 30 -13.0 60 -60.0 ⑧添加劑防銹劑能有效地阻止乙二醇一水混合防凍液對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生銹蝕。常用的防銹劑一般都是水溶性的，例如：硼酸鹽、鋁酸鹽、鉻酸鹽、亞硝酸鹽、苯甲酸鹽和苯駢三氮唑等。緩沖劑(9H調(diào)節(jié)劑) 在使用過程中，防凍液的pH值應(yīng)盡可能保持在7—11范圍內(nèi)，這樣才能保證醇氧化產(chǎn)生的酸及燃料油滲透過來形成的酸對(duì)金屬不腐蝕，而且保證防凍液不會(huì)受到霉菌的侵入而腐敗變質(zhì)。最常用的PH調(diào)節(jié)劑是有機(jī)胺類。消泡劑由廢氣和混入的空氣形成的泡沫不利于熱傳遞，因此防凍液在使用中不希望有泡沫產(chǎn)生。常用的消泡劑有高級(jí)醇、有機(jī)硅聚合物和某些表面活性劑。此外，防凍液中常加有殺菌劑、染料，有時(shí)還加入補(bǔ)漏劑等。防凍液的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) 國外防凍液的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM D3306、SAE J1304、MIl-A-46153B和JIS K2234，中國于1992年發(fā)布了SH 0521乙二醇型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液及其濃縮液的標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D3306制訂于1974年，至1994年經(jīng)過6次修訂，發(fā)表了ASTM D3306—94。修訂的原因是使指標(biāo)更科學(xué)、更實(shí)用。主要內(nèi)容是取消了無意義的濃縮液的PH 指標(biāo)；提高了濃縮液的沸點(diǎn)要求，由148：9℃提高到163℃，這對(duì)濃縮液的總含水量及組成提出了更高的要求；增加了鑄鋁合金表面?zhèn)鳠岣g和鋁泵氣蝕腐蝕特性評(píng)定等要求。日本防凍液標(biāo)準(zhǔn)自1965年以來經(jīng)過3次修訂，于1987年提出了JIS K2234—87，修改的主要內(nèi)容是試驗(yàn)方法改進(jìn)，具體指標(biāo)只有將儲(chǔ)備堿度從原來的10．0以上改為報(bào)告。這是因?yàn)閮?chǔ)備堿度只作為防凍液中防腐添加劑堿性物質(zhì)用量的指標(biāo)，并不能表示腐蝕抑制能力的標(biāo)準(zhǔn)。中國參照ASTM D3306標(biāo)準(zhǔn)制訂了防凍液的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 0521—92。該標(biāo)準(zhǔn)所屬產(chǎn)品分為濃縮液和冷卻液兩類，按質(zhì)量分為一級(jí)品和合格品兩個(gè)等級(jí)，冷卻液按冰點(diǎn)分為-25號(hào)、-30號(hào)、-35號(hào)、-40號(hào)、-45號(hào)和-50號(hào)六個(gè)牌號(hào)。汽車防凍液的試驗(yàn)方法和使用汽車防凍液的主要試驗(yàn)方法 ①比重(ASTM D1122，SH／T 0068)主要用來估算防凍液中乙二醇和各種鹽的含量。比重又與熱傳遞有關(guān)。將比重與折光率結(jié)合可以測(cè)定防凍液的防凍能力。 ②冰點(diǎn)(ASTM D1177、SH／T 0090)用來評(píng)價(jià)防凍液的最低使用溫度，也可估算其中乙二醇的含量。將75—100mL樣品置于試管中，以一定速度冷卻，測(cè)定防凍液的溫度，繪出時(shí)間一溫度曲線，曲線達(dá)到水平時(shí)的拐點(diǎn)即為冰點(diǎn)。 ②沸點(diǎn)(ASTM D1120，SH／T 0089)用來評(píng)價(jià)防凍液的高溫“使用極限。將602nL樣品置于帶回流冷凝器的100mL短頸燒瓶中，加熱使其回流，兩分鐘后測(cè)定液相溫度即為沸點(diǎn)。 ④pH值(ASTM D1287，SH／T 0069)目前僅測(cè)定稀釋液的pH值。將pH計(jì)與玻璃一甘汞電極聯(lián)接進(jìn)行測(cè)定。 ⑥儲(chǔ)備堿度(ASTM D1211，SH／T o091)用于測(cè)定防凍液在使用中PH值的變化程度，或測(cè)定防凍液緩沖能力的大小。取10mL樣品，用蒸餾水稀釋到100mL，用0．1N鹽酸電位滴定到pH＝5．5時(shí)所需的毫升數(shù)、以毫克當(dāng)量／100mL表示。 ⑧泡沫傾向(ASTM D1881，SH／T0066)泡沫會(huì)影響熱傳遞，因此優(yōu)良的防凍液不應(yīng)產(chǎn)生許多泡沫。將一定速率的空氣通入防凍液內(nèi)、記錄產(chǎn)生泡沫的體積和停止吹氣后的消泡時(shí)間。日本JIS 標(biāo)準(zhǔn)是采用激烈振動(dòng)100次后測(cè)量產(chǎn)生泡沫體積，該方法比較粗略，但簡便易行。ASTM標(biāo)準(zhǔn)用擴(kuò)散頭分散的方法不但材質(zhì)難找，而且不易重復(fù)。 ⑦玻璃容器中的腐蝕試驗(yàn)(ASTM D1384，SH／T O085)是最初級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液腐蝕試驗(yàn)方法。將六種冷卻系統(tǒng)中常用的金屬片(25cm×5cm)，鑄鐵、鑄鋁、紫銅、黃銅、焊錫和鋼片浸泡在防凍液中，在88℃下不斷通空氣336h，試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定試片的重量變化，觀察試片及防凍液的外觀變化。日本JIS標(biāo)準(zhǔn)增加了測(cè)定試驗(yàn)后溶液的性質(zhì)及各部件的狀態(tài)，在指標(biāo)上亦比ASTM D3306苛刻。 ⑧發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑模擬行車腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法(ASTM D2570，SH／T 0088)試驗(yàn)儀器由汽車散熱器、冷卻劑泵、試驗(yàn)容器、流量計(jì)、馬達(dá)和壓力表組成。將上述六種金屬片放在試驗(yàn)容器內(nèi)，用防凍液在88℃下循環(huán)1064h，流量為78—961/mirll試驗(yàn)后，測(cè)定試片重量變化和檢查部件內(nèi)部和橡膠軟管變化情況。同樣、日本JIS規(guī)格亦要測(cè)定試驗(yàn)后溶液的性質(zhì)及試驗(yàn)各部件和狀態(tài)，在指標(biāo)上也比ASTM D3306苛刻。 ⑨實(shí)際使用試驗(yàn)將試片安放在汽車?yán)鋮s系統(tǒng)防凍液流動(dòng)的地方，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1000h或40000km后結(jié)束試驗(yàn)，稱量試片失重，并觀察冷卻系統(tǒng)各部件及試液理化性能的變化。實(shí)際使用試驗(yàn)是防凍液質(zhì)量評(píng)定的最后手段，是決定配方可否使用的最終依據(jù)。汽車防凍液的使用根據(jù)車輛使用時(shí)的最低溫度，選擇不同冰點(diǎn)的防凍液。防凍液僅僅用來“防凍”嗎？　　防凍液的全稱應(yīng)該叫防凍冷卻液，意為有防凍功能的冷卻液。因此我們要糾正一個(gè)誤解，防凍液不僅僅是冬天用的，它應(yīng)該全年使用。　　　　除防凍外，防凍液還具有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：　　第一個(gè)是防腐蝕功能。發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)是金屬制造的，有銅、有鐵、有鋁、有鋼還有焊錫。這些金屬在高溫下與冷卻水接觸，時(shí)間長了都會(huì)遭到腐蝕，會(huì)生銹。而防凍液不僅不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)造成腐蝕，還具有防腐和除銹功能。　　第二是防凍液的沸點(diǎn)高。水的沸點(diǎn)是100攝氏度，優(yōu)質(zhì)防凍冷卻液的沸點(diǎn)通常在零上110攝氏度，這樣在夏季使用，防凍冷卻液比水更難于開鍋。　　第三是防凍液可以防垢，也就是防水堿。用水作冷卻液最讓司機(jī)頭疼的就是水垢問題。水垢附著在水箱、水套的金屬表面，使散熱效果越來越差，而且清除起來也很困難。優(yōu)質(zhì)的防凍液采用蒸餾水制造，并加有防垢添加劑，不但不生水垢還具有除垢功能。當(dāng)然，如果你的水箱水垢很厚，最好還是先用水箱清洗劑徹底清洗后再添加防凍液。　　防凍液的防凍功能主要表現(xiàn)在它的冰點(diǎn)上。水的冰點(diǎn)是零度，而防凍冷卻液的冰點(diǎn)是可以調(diào)整的，一般在75攝氏度至零下70攝氏度之間。　　防凍液應(yīng)該是兩年換一次，但如果你開的是出租車，那得換得勤點(diǎn)，比如一年或三萬公里換一次。防凍液的顏色是人為添加的，不能作為評(píng)價(jià)其優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。選擇防凍液要根據(jù)本地區(qū)的氣溫選擇。一般低于本地區(qū)最低氣溫10攝氏度即可。: 回答者：網(wǎng)友

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