汽车领域冷却液迭代历程及发展概述

周游 孙华东 高青

【摘  要】目前汽车领域的冷却液的基础介质多选用水和乙二醇，因为水有较高的比热，而被广泛的应用在冷却系统中，但是水有冰点比较高，防腐效果较差等缺点，所以人们在水中加入各种添加剂来改善水的性能，使其更适合做车用冷却液，本文就介绍汽车领域冷却液发展历程，尤其是介绍冷却液添加剂的迭代历史。

【关键词】冷却液;添加剂;发展趋势

1. 冷却液基础介质

早期人们只用水作为设备的冷却液，但是因水在零度以下会结冰，所以如何防止水结冰成为早期冷却液的一个课题，因此在汽車领域冷却液又被叫做防冻液。

1927年之前，是用酒精来充当冷却液，但是它易蒸发，易燃，气味很重，给司机带来了很多不便。也有使用无机盐，如NaCl， MaCl等，但是无机盐对铜，铁类金属腐蚀性较强，还有使用蜂蜜，淀粉等有机物作为防冻介质，但是这类有机物稳定性较差。

1927年性能稳定的乙二醇被添加到水中形成了防冻液。无气味、不蒸发、不易燃的乙二醇型防冻液是划时代的替代品。自1927年之后，主流防冻液技术中起防冻效果的物质一直是乙二醇，近百年了还未改变。后期所改变的只是防冻液中的添加剂。

2 .添加剂的发展

随着汽车行业的发展和人们对汽车冷却系统的了解逐渐深入，并发现发动机的水泵、散热器会因严重的腐蚀和振动而造成损坏，于是人们除了关注冷却液的防冻性能外开始关注冷却液的其它性能，对冷却液提出更多的要求，要求有防腐蚀性，抗泡性等附加功能，以降低对发动机和散热器的腐蚀，降低水泵的气蚀故障率。

2.1 第一代防腐蚀添加剂—针对铸铁和铜

1980前年，铸铁一直被用作包括发动机缸套组件等零件的材料，铜被用来作为散热器的金属材料。因此，防止铸铁和铜等材料腐蚀、防腐蚀剂应运而生。

初期的防腐蚀剂主要是铬盐类的铁防腐蚀剂。铬盐虽然防腐效果好，但是属于强毒性的重金属，所以现在几乎不使用。后来相继开发出了铵盐、硼酸盐、亚硝酸等各种铁防腐蚀剂，并投入使用。铜防腐蚀剂方面，苯三唑类有很好防腐蚀功能，一直沿用至今，对有些特殊场合必须使用铜散热器的设备，其冷却液仍含有较高的苯三唑含量。

2.2 第二代防腐剂—针对铝

1980年以后，随着汽车轻量化趋势，开始用铝作为发动机和散热器的金属材料。铝虽然是很好的金属材料，但是容易被水腐蚀，所以人们对铝防腐蚀剂的需求更加迫切。日本汽车公司主要使用的磷酸盐防腐蚀剂，其具有良好的防腐功能，但是它容易与硬水里含的钙或镁发生反应产生沉淀，所以仅适合像日本这样不用硬水的国家使用。

而欧洲等水硬度较高的地区禁止使用磷酸盐，一般使用硅酸盐型的冷却液。这也是含有硅酸盐的冷却液被称作欧洲型冷却液的缘由所在。硅酸盐类的防腐蚀剂和稳定剂的出现，翻开了冷却液的新篇章，但是其也有易凝胶化的缺点。

2.3第三代防冻剂—有机酸

近年来，冷却液添加剂技术的发展重心，就放在把上面提到的各种冷却液统一起来开发全世界通用的冷却液上。也就是说，排除各个国家汽车公司限制使用的所有添加剂，开发出所有允许使用的添加剂的冷却液。所谓AOT冷却液就是这种概念的冷却液，指的是其添加剂不含硅酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐、硝胺盐、硼酸盐等无机盐，而是使用有机羧酸盐添加剂。

限制使用硅酸盐和磷酸盐的原因前面已经提到了，亚硝酸盐和硝胺盐会互相产生反应，生成叫亚硝胺的强致癌物质，不符合环保要求;硼酸盐虽然有很强的防腐功能，但在高温下会对铝材造成严重的腐蚀。AOT冷却液主要使用新型的有机酸防腐蚀剂，有机酸不仅不受水质和地域的限制，而且比现有的防腐蚀剂的分解速度缓慢，即使使用五年以上也能保持良好的性能。

目前市面上大多数汽车冷却液都是AOT技术了。

3 .冷却液未来发展趋势

冷却液虽然不是汽车中的主要零部件，但是其防腐，抗泡，导热，防冻等性能直接决定这发动机的寿命，因此也得到汽车行业的重视，其技术研发也在不断更新，有以下几点研发正被使用在新型冷却液中。

3.1 在防冻基础材料上的研发

当今冷却液的发展主要关注与环境有关的问题。第一，是毒性问题。人们主张要使用安全无毒性的冷却液。作为冷却液主要原料的乙二醇，气味偏甜，但是具有很强的毒性。狗服用50ml的乙二醇就能致死，一小勺就能毒死猫。两勺左右的乙二醇就会威胁人的生命。丙二醇是乙二醇的替代品，虽然物理性质大体相同，但毒性很小。丙二醇是经FDA注册的食品添加剂，广泛用作烟、化妆品的保湿剂等能跟人体直接接触的产品上。

3.2 在提高导热率上的研发

随着发动机功率密度的增加，以及汽车轻量化的发展，对冷却液的传热性能和冷却器的体积提出了更高的要求。提高液体热导率成为冷却液的一个新的要求。目前在研发的一种有效方法是在液体中添加固体颗粒，因为在室温条件下，固体的导热系数与液体相比，往往要高几个数量级。国外已经有研究小组将纳米尺寸的金属或氧化物颗粒分散于水、乙二醇和机油等常规传热介质中，形成了一种新型的、导热性能极佳的传热介质，并即“纳米流体”的概念。在发动机冷却液中加入固体纳米颗粒可以显著提高冷却液的热导率，进而能减小冷却系统的体积，减轻散热器重量，但目前对纳米流体的研究还停留在实验室阶段，将来需要解决纳米颗粒在悬浮体系中的稳定性以及大规模工业化制备工艺和成本问题。

3.3 在使用寿命上的研发

目前即使是比较稳定的AOT技术的冷却液，其推荐使用寿命最长也只是5年，造成原材料浪费，污染环境。延长使用寿命的研究开发，其最终目的就是开发出和汽车寿命一样长的冷却液。目前已经开发出30万km不需更换的乙二醇和丙二醇冷却液。但是仍然不够，一种终生寿命的无水冷却油孕育而生，无水冷却液彻底消除了传统冷却液给发动机带来的易产生腐蚀、水垢、气蚀，开锅等冷却系统老大难问题，使发动机的使用寿命的到延长，也避免了在汽车声明周期中的多次更换冷却液。

3.4 针对电动汽车的冷却液

随着电动汽车的兴起，当前的冷却液已经不再适合电动汽车了。当前冷却系统是为发动机冷却，其添加剂重点是对发动机和冷却器材质的防腐以及针对水泵的气蚀。而电动汽车是为电池，电机，逆变器服务，冷却接触的材质大部分是铝和不锈钢，对防腐的要求略微低点。电池，逆变器除了对防腐有要求外，对电导率格外敏感，因此电动汽车的冷却液冷却液要求不能有电解液体。所以针对新能源汽车，降低冷却液的电导率成为额待解决的问题

4. 结语

汽车冷却液技术是随着汽车尤其发动机技术的更新，不断升级更新的，从最初的只是为了冷却，到目前的冷却加防护功能，冷却液技术一直没有停止发展，目前学这们将研究中心向节能环保，电驱化方向转移，新技术将更多的在冷却液上应用。

参考文献

[1]毛纪昕、胡建强、郭力、郑全喜.冷却液发展及应用综述[J].山东化工，2019.

[2]周晓光.汽车防冻液的研究与发展[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2013.

[3]袁晓天.汽车发动机冷却液及其发展趋势[J].石油商技，2015.

[4]谢华清.发动机用强化传热冷却液纳米流体的研究与开发[J].中国科技成果，2011.

作者简介：周游（1982.12-），男，汉族，山东淄博人，硕士，中级工程师，研究方向：工程机械动力系统匹配。