车用甲醇汽油中甲醇含量的实时在线检测方法

滑海宁，薛康，史本伟，邱坤

(长安大学汽车学院，陕西西安 710064)



车用甲醇汽油中甲醇含量的实时在线检测方法

滑海宁，薛康，史本伟，邱坤

(长安大学汽车学院，陕西西安 710064)

摘要：总结了现有车用甲醇汽油中甲醇含量的检测方法，认为现有检测方法不能满足实时在线检测要求。为寻找一种实时在线检测方法进行相关研究，发现通过测试车用汽油的介电常数能有效检测车用甲醇汽油中的甲醇含量，并认为该种检测方法能够满足实时在线检测要求。

关键词：车用甲醇汽油；甲醇含量；测试方法

0引言

甲醇的理化性能与车用汽油十分接近，将甲醇添加到车用汽油中可制成车用甲醇汽油。车用甲醇汽油按其中甲醇含量又可分为低比例车用甲醇汽油、中比例车用甲醇汽油和高比例车用甲醇汽油。车辆燃用低比例甲醇汽油时无须进行任何改装；车辆燃用中高比例甲醇汽油时，由于甲醇含氧导致混合气过量空气系数过大，超出车辆发动机自我调节能力范围，需加装灵活燃料控制器，从而将混合气过量空气系数调整到合理的范围。

现有较先进汽车灵活燃料控制器通常设有汽油、M15、M85和纯甲醇4个挡位，在使用过程中需要驾驶员根据油箱内加注燃料种类人为调节灵活燃料控制器挡位，确保车辆在燃用不同比例甲醇汽油时都能正常工作。虽然汽车灵活燃料控制器的开发大大提高了车用甲醇汽油的使用性能，但是在使用过程中仍然存在由于驾驶员的误判、误操作导致车用甲醇汽油使用性能下降。另外车辆加装灵活燃料控制器之后,每次更换燃料都需将油箱内原有燃料排空，否则无法判断油箱内所用甲醇汽油中甲醇含量，给车辆使用带来极大的不便。因此，需要开发一种能实时在线识别燃油供给系统中甲醇含量的检测方法，实时在线将甲醇含量转变成灵活燃料控制器能识别的参数信号，以便灵活燃料控制器实时调整喷油量，使混合气过量空气系数始终在合理的范围内，保证发动机的使用性能。

1现有车用甲醇汽油中甲醇含量的检测方法

甲醇含量作为车用甲醇汽油的一项重要技术指标，目前还没有相应的检测规范和标准。现在测定车用汽油中甲醇含量的主要方法有：

(1)气相色谱法

李雁如等[1]利用蒸馏水将甲醇从甲醇汽油中萃取出来，然后用气相色谱法测定甲醇汽油中的甲醇含量。该种测试方法有效避免了组分油对甲醇含量气相色谱测定造成的干扰，操作简便，能够测定各种规格车用甲醇汽油中的甲醇含量，并具有较高的测试精度。

(2)水相快速检测法

水相快速检测法主要基于甲醇为极性分子，汽油为非极性分子，水为极性分子，甲醇与水能够以任意比例互溶，而汽油与水却互不相溶。因此，将适量蒸馏水加入到定量的车用甲醇汽油中，车用甲醇汽油出现分层现象，通过测定车用甲醇汽油中汽油的含量间接测得车用甲醇汽油中的甲醇含量。

(3)近红外光谱法

淡图南等[2]采用近红外光谱技术和PLS多元校正方法，对甲醇汽油中甲醇含量进行测定，测试均方误差为0.62(%，V/V)。

(4)中红外光谱法

李雁如[3]利用中红外油品测定仪测定不同车用甲醇汽油中的甲醇含量，并与气相色谱法进行对比，发现当车用甲醇汽油中甲醇含量低于15%时，测试精度相对较高；当车用甲醇汽油中甲醇含量高于15%时，测试偏差越来越大。

2现有车用甲醇汽油中甲醇含量检测方法存在的问题

现有车用甲醇汽油中甲醇含量检测方法仍停留在实验室测试阶段，虽然能够精确测定车用甲醇汽油中甲醇含量，但设备体积相对庞大、操作相对复杂、响应速度慢，无法实现实时在线测定车用甲醇汽油中的甲醇含量。也就是说，不能将发动机燃油供给系统中车用甲醇汽油的甲醇含量在线、实时转变成灵活燃料控制器能识别的参数信号，灵活燃料控制器无法根据燃用燃料种类对喷油信号做出调整，容易造成喷油器误操作，导致实际供给混合气过浓或过稀，致使发动机使用性能下降，尤其是发动机尾气后处理装置三元催化转化器因混合气过浓或过稀而无法正常工作，降低其催化转换效率，使排气中CO、HC和NOx升高，加重汽车使用对环境造成的污染。

因此，开发一种能实时、在线测定车用甲醇汽油中甲醇含量的检测方法对促进车用甲醇汽油试点推广具有重要的现实价值。

3车用甲醇汽油中甲醇含量实时在线检测方法研究

为实现车用甲醇汽油中甲醇含量的在线测控，实时将发动机燃油供给系统中车用甲醇汽油的甲醇含量转变成灵活燃料控制器能识别的参数信号，实现发动机燃用车用甲醇燃料时喷油量的自动灵活控制，计划从甲醇和汽油的物理参数入手，寻找一个容易区分不同比例车用甲醇汽油的物理量，并据此制成燃料识别传感器。通过查阅资料和试验研究发现，甲醇的介电常数和电导率与车用汽油相应参数存在较大差异，具体参数对比见表1。通过对比发现甲醇的电导率与车用汽油相差超过600倍，是识别甲醇含量的理想参数。但由于车用汽油电导率变化范围过大，最大值与最小值相差200倍，容易因为车用甲醇汽油调配过程中组分油的变化而导致识别结果发生较大偏差，从而放弃应用电导率来识别甲醇含量的技术方案。甲醇的介电常数为33.6，与车用汽油的介电常数相差较大，且车用汽油的介电常数随自身组分变化范围较小，推测介电常数是区分不同比例车用甲醇汽油的理想参数。

4关于介电常数的试验验证

4.1试验仪器与试剂

(1)自制电容传感器。电极材料为覆铜板，电极厚度0.05 mm，电极板长为100 mm，宽度为50 mm，极板间距为10 mm，极板间选耐油、耐醇材料作支撑，具体实物见图1。

(2)电容测定仪。

(3)92号汽油：中石化生产。

(4)92号汽油：中石油生产。

(5)纯甲醇。

4.2试验内容

(1)分别以中石油生产的92号、93号汽油和中石化生产的92号、93号汽油作为组分油，配置M0、M5、M10、M15、M20、M25、M30、M35、M45、M55、M65、M75、M85、M95、M100。

(2)依次使各种油样流过电容传感器，用电容测定仪测定电容传感器的电容值。

4.3试验数据

各种油样流过电容传感器时，电容传感器的电容测试结果见表2。

表2电容测试值(T=21.5 ℃)

4.4试验曲线

在温度为21.5 ℃的情况下，电容传感器电容值随油样中甲醇含量的变化关系见图2。

4.5试验分析与结论

(1)电容传感器的电容值随车用甲醇汽油中甲醇含量的升高而增大，增大呈先缓后急再缓的趋势；

(2)同一型号的甲醇汽油不因调配过程中使用组分油之间存在的差异，而导致电容传感器电容值发生明显变化。

(3)在电容传感器结构参数保持不变的情况下，电容器电

容值与电容器两极板之间电解质的介电常数成正比[5]。因此介电常数是检测车用甲醇汽油中甲醇含量的有效物理参数。

5总结

研究表明：介电常数是检测车用甲醇汽油中甲醇含量的有效物理参数，可以将设计的电容传感器加装到油路中，实时检测油路中车用甲醇汽油的甲醇含量。并结合信号处理电路，将其转变成灵活燃料控制器能识别的参数信号，以便灵活燃料控制器对发动机ECU发出的喷油控制指令做调整。这样灵活燃料控制器可实现实时自动调节，无须驾驶员人为调节灵活燃料控制器的挡位，从而避免驾驶员误判或误操作导致进入发动机气缸内的混合气过稀，致使发动机使用性能下降。

参考文献:

【1】李雁如，孙瑞卿，王永苗.气相色谱法测定车用甲醇汽油中的甲醇含量[J].现代化工，2013,33(2)：113-115.

【2】淡图南，戴连奎.近红外光谱的甲醇汽油定量分析[J].计算机与应用化学，2011,28(3)：329-331.

【3】李雁如.中红外光谱法测定甲醇汽油中甲醇含量[J].山西化工，2014,34(4):38-39.

【4】崔心存.醇燃料与灵活燃料汽车[M]．北京：化学工业出版社，2010：137.

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(雅式展览服务有限公司)

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

作者简介：滑海宁(1986—)，男，硕士研究生，助理工程师，研究方向为交通新能源。E-mail：594121757@qq.com。

中图分类号:U473.1+1

文献标志码：B

文章编号：1674-1986(2016)03-074-03