滑海寧，薛康，史本偉，邱坤

(長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安 710064)

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車用甲醇汽油中甲醇含量的實(shí)時在線檢測方法

滑海寧，薛康，史本偉，邱坤

(長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西西安 710064)

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

關(guān)鍵詞：車用甲醇汽油；甲醇含量；測試方法

0引言

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

現(xiàn)有較先進(jìn)汽車靈活燃料控制器通常設(shè)有汽油、M15、M85和純甲醇4個擋位，在使用過程中需要駕駛員根據(jù)油箱內(nèi)加注燃料種類人為調(diào)節(jié)靈活燃料控制器擋位，確保車輛在燃用不同比例甲醇汽油時都能正常工作。雖然汽車靈活燃料控制器的開發(fā)大大提高了車用甲醇汽油的使用性能，但是在使用過程中仍然存在由于駕駛員的誤判、誤操作導(dǎo)致車用甲醇汽油使用性能下降。另外車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，否則無法判斷油箱內(nèi)所用甲醇汽油中甲醇含量，給車輛使用帶來極大的不便。因此，需要開發(fā)一種能實(shí)時在線識別燃油供給系統(tǒng)中甲醇含量的檢測方法，實(shí)時在線將甲醇含量轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識別的參數(shù)信號，以便靈活燃料控制器實(shí)時調(diào)整噴油量，使混合氣過量空氣系數(shù)始終在合理的范圍內(nèi)，保證發(fā)動機(jī)的使用性能。

1現(xiàn)有車用甲醇汽油中甲醇含量的檢測方法

甲醇含量作為車用甲醇汽油的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，目前還沒有相應(yīng)的檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在測定車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，然后用氣相色譜法測定甲醇汽油中的甲醇含量。該種測試方法有效避免了組分油對甲醇含量氣相色譜測定造成的干擾，操作簡便，能夠測定各種規(guī)格車用甲醇汽油中的甲醇含量，并具有較高的測試精度。

(2)水相快速檢測法

水相快速檢測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用甲醇汽油中，車用甲醇汽油出現(xiàn)分層現(xiàn)象，通過測定車用甲醇汽油中汽油的含量間接測得車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，對甲醇汽油中甲醇含量進(jìn)行測定，測試均方誤差為0.62(%，V/V)。

(4)中紅外光譜法

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

2現(xiàn)有車用甲醇汽油中甲醇含量檢測方法存在的問題

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

因此，開發(fā)一種能實(shí)時、在線測定車用甲醇汽油中甲醇含量的檢測方法對促進(jìn)車用甲醇汽油試點(diǎn)推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)價值。

3車用甲醇汽油中甲醇含量實(shí)時在線檢測方法研究

為實(shí)現(xiàn)車用甲醇汽油中甲醇含量的在線測控，實(shí)時將發(fā)動機(jī)燃油供給系統(tǒng)中車用甲醇汽油的甲醇含量轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識別的參數(shù)信號，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)燃用車用甲醇燃料時噴油量的自動靈活控制，計劃從甲醇和汽油的物理參數(shù)入手，尋找一個容易區(qū)分不同比例車用甲醇汽油的物理量，并據(jù)此制成燃料識別傳感器。通過查閱資料和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，甲醇的介電常數(shù)和電導(dǎo)率與車用汽油相應(yīng)參數(shù)存在較大差異，具體參數(shù)對比見表1。通過對比發(fā)現(xiàn)甲醇的電導(dǎo)率與車用汽油相差超過600倍，是識別甲醇含量的理想?yún)?shù)。但由于車用汽油電導(dǎo)率變化范圍過大，最大值與最小值相差200倍，容易因?yàn)檐囉眉状计驼{(diào)配過程中組分油的變化而導(dǎo)致識別結(jié)果發(fā)生較大偏差，從而放棄應(yīng)用電導(dǎo)率來識別甲醇含量的技術(shù)方案。甲醇的介電常數(shù)為33.6，與車用汽油的介電常數(shù)相差較大，且車用汽油的介電常數(shù)隨自身組分變化范圍較小，推測介電常數(shù)是區(qū)分不同比例車用甲醇汽油的理想?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)物見圖1。

(2)電容測定儀。

(3)92號汽油：中石化生產(chǎn)。

(4)92號汽油：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、93號汽油和中石化生產(chǎn)的92號、93號汽油作為組分油，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電容傳感器，用電容測定儀測定電容傳感器的電容值。

4.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

各種油樣流過電容傳感器時，電容傳感器的電容測試結(jié)果見表2。

表2電容測試值(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；

(2)同一型號的甲醇汽油不因調(diào)配過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)是檢測車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)是檢測車用甲醇汽油中甲醇含量的有效物理參數(shù)，可以將設(shè)計的電容傳感器加裝到油路中，實(shí)時檢測油路中車用甲醇汽油的甲醇含量。并結(jié)合信號處理電路，將其轉(zhuǎn)變成靈活燃料控制器能識別的參數(shù)信號，以便靈活燃料控制器對發(fā)動機(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)時自動調(diào)節(jié)，無須駕駛員人為調(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)動機(jī)氣缸內(nèi)的混合氣過稀，致使發(fā)動機(jī)使用性能下降。

參考文獻(xiàn):

【1】李雁如，孫瑞卿，王永苗.氣相色譜法測定車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].計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2011,28(3)：329-331.

【3】李雁如.中紅外光譜法測定甲醇汽油中甲醇含量[J].山西化工，2014,34(4):38-39.

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

CHINAPLAS助力汽車業(yè)綠色環(huán)保自動化

汽車制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大支柱，但汽車制造業(yè)本身帶來的資源浪費(fèi)，環(huán)境污染等問題也越來越迫在眉睫。如何降低車內(nèi)VOC，減輕整車質(zhì)量，提高生產(chǎn)綠色化自動化，提高汽車回收利用率是汽車業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。即將于2016年4月25—28日在上海新國際博覽中心(浦東)盛大舉行的CHINAPLAS國際橡塑展，展會面積逾24萬m2，云集世界各地3 300多家展商及多個國家展團(tuán)，預(yù)計將有超過來自150個國家/地區(qū)逾140 000名專業(yè)觀眾蒞臨展會洽談業(yè)務(wù)與采購。CHINAPLAS已不僅僅是商貿(mào)平臺，也是專業(yè)人士匯聚一堂獲取啟迪的場所，展會致力于為汽車行業(yè)提供更專業(yè)、更針對性的綠色、創(chuàng)新、自動化等解決方案。

低VOC綠色環(huán)保材料

汽車上的油漆、內(nèi)飾及皮革會釋出一種包括多種致癌物的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，對環(huán)境和人體的影響很嚴(yán)重，一直受到廣泛關(guān)注。免噴涂塑料產(chǎn)品的出世避免了在噴漆過程中大量產(chǎn)生VOC的問題。

免噴涂材料色彩豐富，外觀效果可以做成金屬和水晶質(zhì)感，一次成型某產(chǎn)品周期短，其靚麗的色彩可以幫助客戶應(yīng)對多樣化、差別化的市場需求。更重要的是免噴涂材料100%可回收利用，綜合使用下來的價格也比一般塑料便宜。CHINAPLAS展商廣州市聚賽龍工程塑料有限公司的汽車外飾免噴涂PPSE6024應(yīng)用于保險杠底護(hù)板、裙擺等，成品具有金屬效果和良好的成型外觀。

新材料新工藝加速輕量化發(fā)展

要符合新法規(guī)，加速汽車輕量化發(fā)展，采用輕質(zhì)化和更高性能替代材料和新成型工藝已成為主流。朗盛化學(xué)(中國)有限公司的聚酰胺塑料-金屬復(fù)合技術(shù)，與純金屬部件相比，該技術(shù)將汽車前端的質(zhì)量減輕了多達(dá)50%。該復(fù)合技術(shù)既有塑料的減重特性，也保留了金屬的穩(wěn)定性，可應(yīng)用于腳踏板系統(tǒng)、車頂框架、汽車前端等汽車部件中。

自動化解決方案

“中國制造2025”正在加快推進(jìn)實(shí)施，智能制造時代即將到來。對于塑料加工業(yè)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，是未來5年的重要任務(wù)，要以此來引領(lǐng)創(chuàng)新發(fā)展。與自動化密不可分的智能化技術(shù)在CHINAPLAS 2016上同樣獲得前所未有的重視。

今年展會同期將會有雅式及德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會 (VDMA)共同主辦的“工業(yè)4.0論壇”，論壇聚焦從戰(zhàn)略構(gòu)想到工程實(shí)踐的工業(yè)自動化布局，介紹最新模組優(yōu)化、系統(tǒng)解決方案、智慧制造落地方案，助力制造商轉(zhuǎn)型升級。不僅如此，在CHINAPLAS 2016現(xiàn)場，還展示大量應(yīng)用于橡塑行業(yè)的自動化設(shè)備，它們將不僅僅出現(xiàn)在“自動化科技專區(qū)”，也廣泛分布在各個不同的展館如注塑及擠出專區(qū)內(nèi)。

廣東伊之密精密機(jī)械股份有限公司將展出的DP系列二板式注塑機(jī)為汽配行業(yè)量身定制，開模力大，容易成型深腔的形狀復(fù)雜產(chǎn)品、合模精度高。整機(jī)按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，節(jié)約生產(chǎn)占地地面；射膠機(jī)構(gòu)線性支撐導(dǎo)向性好，射膠阻力小，控制精準(zhǔn)；料管組可獨(dú)立拆除。

(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。

中圖分類號:U473.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)03-074-03