車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)方法

滑海寧，薛康，史本偉，邱坤

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西西安 710064)

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車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)方法

滑海寧，薛康，史本偉，邱坤

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西西安 710064)

摘要：總結(jié)了現(xiàn)有車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的檢測(cè)方法，認(rèn)為現(xiàn)有檢測(cè)方法不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)在線檢測(cè)要求。為尋找一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)方法進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)測(cè)試車(chē)用汽油的介電常數(shù)能有效檢測(cè)車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量，并認(rèn)為該種檢測(cè)方法能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)在線檢測(cè)要求。

關(guān)鍵詞：車(chē)用甲醇汽油；甲醇含量；測(cè)試方法

0引言

甲醇的理化性能與車(chē)用汽油十分接近，將甲醇添加到車(chē)用汽油中可制成車(chē)用甲醇汽油。車(chē)用甲醇汽油按其中甲醇含量又可分為低比例車(chē)用甲醇汽油、中比例車(chē)用甲醇汽油和高比例車(chē)用甲醇汽油。車(chē)輛燃用低比例甲醇汽油時(shí)無(wú)須進(jìn)行任何改裝；車(chē)輛燃用中高比例甲醇汽油時(shí)，由于甲醇含氧導(dǎo)致混合氣過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，超出車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)自我調(diào)節(jié)能力范圍，需加裝靈活燃料控制器，從而將混合氣過(guò)量空氣系數(shù)調(diào)整到合理的范圍。

現(xiàn)有較先進(jìn)汽車(chē)靈活燃料控制器通常設(shè)有汽油、M15、M85和純甲醇4個(gè)擋位，在使用過(guò)程中需要駕駛員根據(jù)油箱內(nèi)加注燃料種類(lèi)人為調(diào)節(jié)靈活燃料控制器擋位，確保車(chē)輛在燃用不同比例甲醇汽油時(shí)都能正常工作。雖然汽車(chē)靈活燃料控制器的開(kāi)發(fā)大大提高了車(chē)用甲醇汽油的使用性能，但是在使用過(guò)程中仍然存在由于駕駛員的誤判、誤操作導(dǎo)致車(chē)用甲醇汽油使用性能下降。另外車(chē)輛加裝靈活燃料控制器之后,每次更換燃料都需將油箱內(nèi)原有燃料排空，否則無(wú)法判斷油箱內(nèi)所用甲醇汽油中甲醇含量，給車(chē)輛使用帶來(lái)極大的不便。因此，需要開(kāi)發(fā)一種能實(shí)時(shí)在線識(shí)別燃油供給系統(tǒng)中甲醇含量的檢測(cè)方法，實(shí)時(shí)在線將甲醇含量轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識(shí)別的參數(shù)信號(hào)，以便靈活燃料控制器實(shí)時(shí)調(diào)整噴油量，使混合氣過(guò)量空氣系數(shù)始終在合理的范圍內(nèi)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。

1現(xiàn)有車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的檢測(cè)方法

甲醇含量作為車(chē)用甲醇汽油的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，目前還沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在測(cè)定車(chē)用汽油中甲醇含量的主要方法有：

(1)氣相色譜法

李雁如等[1]利用蒸餾水將甲醇從甲醇汽油中萃取出來(lái)，然后用氣相色譜法測(cè)定甲醇汽油中的甲醇含量。該種測(cè)試方法有效避免了組分油對(duì)甲醇含量氣相色譜測(cè)定造成的干擾，操作簡(jiǎn)便，能夠測(cè)定各種規(guī)格車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量，并具有較高的測(cè)試精度。

(2)水相快速檢測(cè)法

水相快速檢測(cè)法主要基于甲醇為極性分子，汽油為非極性分子，水為極性分子，甲醇與水能夠以任意比例互溶，而汽油與水卻互不相溶。因此，將適量蒸餾水加入到定量的車(chē)用甲醇汽油中，車(chē)用甲醇汽油出現(xiàn)分層現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)定車(chē)用甲醇汽油中汽油的含量間接測(cè)得車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量。

(3)近紅外光譜法

淡圖南等[2]采用近紅外光譜技術(shù)和PLS多元校正方法，對(duì)甲醇汽油中甲醇含量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試均方誤差為0.62(%，V/V)。

(4)中紅外光譜法

李雁如[3]利用中紅外油品測(cè)定儀測(cè)定不同車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量，并與氣相色譜法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量低于15%時(shí)，測(cè)試精度相對(duì)較高；當(dāng)車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量高于15%時(shí)，測(cè)試偏差越來(lái)越大。

2現(xiàn)有車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量檢測(cè)方法存在的問(wèn)題

現(xiàn)有車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量檢測(cè)方法仍停留在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，雖然能夠精確測(cè)定車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量，但設(shè)備體積相對(duì)龐大、操作相對(duì)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)定車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量。也就是說(shuō)，不能將發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)中車(chē)用甲醇汽油的甲醇含量在線、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識(shí)別的參數(shù)信號(hào)，靈活燃料控制器無(wú)法根據(jù)燃用燃料種類(lèi)對(duì)噴油信號(hào)做出調(diào)整，容易造成噴油器誤操作，導(dǎo)致實(shí)際供給混合氣過(guò)濃或過(guò)稀，致使發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能下降，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理裝置三元催化轉(zhuǎn)化器因混合氣過(guò)濃或過(guò)稀而無(wú)法正常工作，降低其催化轉(zhuǎn)換效率，使排氣中CO、HC和NOx升高，加重汽車(chē)使用對(duì)環(huán)境造成的污染。

因此，開(kāi)發(fā)一種能實(shí)時(shí)、在線測(cè)定車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的檢測(cè)方法對(duì)促進(jìn)車(chē)用甲醇汽油試點(diǎn)推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

3車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量實(shí)時(shí)在線檢測(cè)方法研究

為實(shí)現(xiàn)車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的在線測(cè)控，實(shí)時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)中車(chē)用甲醇汽油的甲醇含量轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識(shí)別的參數(shù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用車(chē)用甲醇燃料時(shí)噴油量的自動(dòng)靈活控制，計(jì)劃從甲醇和汽油的物理參數(shù)入手，尋找一個(gè)容易區(qū)分不同比例車(chē)用甲醇汽油的物理量，并據(jù)此制成燃料識(shí)別傳感器。通過(guò)查閱資料和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，甲醇的介電常數(shù)和電導(dǎo)率與車(chē)用汽油相應(yīng)參數(shù)存在較大差異，具體參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)甲醇的電導(dǎo)率與車(chē)用汽油相差超過(guò)600倍，是識(shí)別甲醇含量的理想?yún)?shù)。但由于車(chē)用汽油電導(dǎo)率變化范圍過(guò)大，最大值與最小值相差200倍，容易因?yàn)檐?chē)用甲醇汽油調(diào)配過(guò)程中組分油的變化而導(dǎo)致識(shí)別結(jié)果發(fā)生較大偏差，從而放棄應(yīng)用電導(dǎo)率來(lái)識(shí)別甲醇含量的技術(shù)方案。甲醇的介電常數(shù)為33.6，與車(chē)用汽油的介電常數(shù)相差較大，且車(chē)用汽油的介電常數(shù)隨自身組分變化范圍較小，推測(cè)介電常數(shù)是區(qū)分不同比例車(chē)用甲醇汽油的理想?yún)?shù)。

4關(guān)于介電常數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1試驗(yàn)儀器與試劑

(1)自制電容傳感器。電極材料為覆銅板，電極厚度0.05 mm，電極板長(zhǎng)為100 mm，寬度為50 mm，極板間距為10 mm，極板間選耐油、耐醇材料作支撐，具體實(shí)物見(jiàn)圖1。

(2)電容測(cè)定儀。

(3)92號(hào)汽油：中石化生產(chǎn)。

(4)92號(hào)汽油：中石油生產(chǎn)。

(5)純甲醇。

4.2試驗(yàn)內(nèi)容

(1)分別以中石油生產(chǎn)的92號(hào)、93號(hào)汽油和中石化生產(chǎn)的92號(hào)、93號(hào)汽油作為組分油，配置M0、M5、M10、M15、M20、M25、M30、M35、M45、M55、M65、M75、M85、M95、M100。

(2)依次使各種油樣流過(guò)電容傳感器，用電容測(cè)定儀測(cè)定電容傳感器的電容值。

4.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

各種油樣流過(guò)電容傳感器時(shí)，電容傳感器的電容測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2電容測(cè)試值(T=21.5 ℃)

4.4試驗(yàn)曲線

在溫度為21.5 ℃的情況下，電容傳感器電容值隨油樣中甲醇含量的變化關(guān)系見(jiàn)圖2。

4.5試驗(yàn)分析與結(jié)論

(1)電容傳感器的電容值隨車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的升高而增大，增大呈先緩后急再緩的趨勢(shì)；

(2)同一型號(hào)的甲醇汽油不因調(diào)配過(guò)程中使用組分油之間存在的差異，而導(dǎo)致電容傳感器電容值發(fā)生明顯變化。

(3)在電容傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變的情況下，電容器電

容值與電容器兩極板之間電解質(zhì)的介電常數(shù)成正比[5]。因此介電常數(shù)是檢測(cè)車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的有效物理參數(shù)。

5總結(jié)

研究表明：介電常數(shù)是檢測(cè)車(chē)用甲醇汽油中甲醇含量的有效物理參數(shù)，可以將設(shè)計(jì)的電容傳感器加裝到油路中，實(shí)時(shí)檢測(cè)油路中車(chē)用甲醇汽油的甲醇含量。并結(jié)合信號(hào)處理電路，將其轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識(shí)別的參數(shù)信號(hào)，以便靈活燃料控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出的噴油控制指令做調(diào)整。這樣靈活燃料控制器可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)須駕駛員人為調(diào)節(jié)靈活燃料控制器的擋位，從而避免駕駛員誤判或誤操作導(dǎo)致進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的混合氣過(guò)稀，致使發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能下降。

參考文獻(xiàn):

【1】李雁如，孫瑞卿，王永苗.氣相色譜法測(cè)定車(chē)用甲醇汽油中的甲醇含量[J].現(xiàn)代化工，2013,33(2)：113-115.

【2】淡圖南，戴連奎.近紅外光譜的甲醇汽油定量分析[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2011,28(3)：329-331.

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【4】崔心存.醇燃料與靈活燃料汽車(chē)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：137.

CHINAPLAS助力汽車(chē)業(yè)綠色環(huán)保自動(dòng)化

汽車(chē)制造業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大支柱，但汽車(chē)制造業(yè)本身帶來(lái)的資源浪費(fèi)，環(huán)境污染等問(wèn)題也越來(lái)越迫在眉睫。如何降低車(chē)內(nèi)VOC，減輕整車(chē)質(zhì)量，提高生產(chǎn)綠色化自動(dòng)化，提高汽車(chē)回收利用率是汽車(chē)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。即將于2016年4月25—28日在上海新國(guó)際博覽中心(浦東)盛大舉行的CHINAPLAS國(guó)際橡塑展，展會(huì)面積逾24萬(wàn)m2，云集世界各地3 300多家展商及多個(gè)國(guó)家展團(tuán)，預(yù)計(jì)將有超過(guò)來(lái)自150個(gè)國(guó)家/地區(qū)逾140 000名專(zhuān)業(yè)觀眾蒞臨展會(huì)洽談業(yè)務(wù)與采購(gòu)。CHINAPLAS已不僅僅是商貿(mào)平臺(tái)，也是專(zhuān)業(yè)人士匯聚一堂獲取啟迪的場(chǎng)所，展會(huì)致力于為汽車(chē)行業(yè)提供更專(zhuān)業(yè)、更針對(duì)性的綠色、創(chuàng)新、自動(dòng)化等解決方案。

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自動(dòng)化解決方案

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(雅式展覽服務(wù)有限公司)

A Real-time Online Detection Method for the Methanol Content in Vehicular Methanol Gasoline

HUA Haining, XUE Kang, SHI Benwei, QIU Kun

(School of Automobile, Chang’an University,Xi’an Shaanxi 710064,China)

Keywords:Vehicular methanol gasoline; Methanol content; Test method

Abstract:The existing test methods for methanol content in vehicular methanol gasoline were summarized. It was thought that the existing test methods could’t meet the requirement of the real-time online test.To find a kind of real-time online test method, a lot of experimental research was carried out. A method was found to test the methanol content by measuring the dielectric constant of the vehicular methanol gasoline. It can meet the requirements of real-time on-line identification.

收稿日期：2015-12-10

作者簡(jiǎn)介：滑海寧(1986—)，男，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)榻煌ㄐ履茉?。E-mail：594121757@qq.com。

中圖分類(lèi)號(hào):U473.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)03-074-03