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摘 要：甲醇作为一种十分理想的汽油替代燃料，对我国能源结构的调整和减轻能源紧缺压力都有着极其深远的意义，但是电动燃油泵在使用甲醇汽油时总是存在一些问题，本文主要阐述了电动燃油泵在使用甲醇汽油时存在的问题及解决方法。
关键词：电动燃油泵 甲醇汽油 腐蚀
甲醇是新能源的重要组成部分。原油是全球最主要的一次能源，当前能源短缺的实质是原油短缺。车用燃料是原油最主要的应用领域，占全球原油总消耗量的70%以上。甲醇汽油是一种“以煤代油”路径，可以作为汽油的替代物从而实现对原油的部分替代。甲醇作为代用燃料始于20世纪20年代，二次世界大战期间，德国成功的把甲醇汽油推向工业化，20世纪70年代后，受石油危机的影响，加上世界甲醇生产能力的过剩，以及人们对环境质量的要求越来越高，国内外纷纷投入大量人力、物力对甲醇汽油以及甲醇汽车进行研究，并取得了一定成就[1]。但是，电动燃油泵在使用甲醇汽油中存在不少的问题，本文主要描述了电动燃油泵在使用甲醇中所产生的各种失效模式，并提出了针对这些失效模式的相应改进措施以及验证结果。
一、失效模式及原因分析
1.金属零件的化学腐蚀
电动燃油泵中有泵壳、电枢迭片和电气插片等多种金属元器件，而甲醇由于氧化作用会产生甲酸，其对电动燃油泵中的金属材料具有腐蚀性，这不仅会破坏燃油泵的机械性能，加速泵体部分的磨损，部分腐蚀物中的离子会吸附于碳刷导致碳刷和换向器接触不好，从而降低油泵的转速。进而降低油泵的性能和使用寿命。并且腐蚀性产物会堵塞燃油过滤器，加速润滑油氧化变质等[2]。
2.金属零件的电化学腐蚀
液态甲醇与汽油相比具有极大的极性和较高的电导率，所以在甲醇中金属零件的电化学腐蚀也很严重，对于油泵来说，电极插片在运转过程中由于通电，更容易和甲醇发生电化学反应，从而受到腐蚀。
3.非金属材料的溶涨
甲醇与汽油相比具有更小的分子量以及分子式，因而更容易渗透到塑料、橡胶等一些非金属元件中，从而使塑料和橡胶等非金属元件发生溶涨，弹性降低。现有市场上油泵中的非金属零件多为PPS和POM等材料，对甲醇具有相对较强的耐抗性，但是有不少油泵中含有容易溶涨的成分，比如电枢迭片间用于绝缘的树脂类材料，插片和支撑罩之间密封的胶水等。
4.运动部件的磨损
由于甲醇分子量小于汽油且渗透性强，并且甲醇的润滑性能远差于汽油，所以更容易破坏运动零部件表面的油膜，从而导致油泵泵体运动部件的磨损比在汽油中要严重。泵体部分的磨损将导致内泄漏严重，降低油泵的泵油效率，从而使油泵在寿命期内性能严重降低。而换向器及碳刷部分的过度磨损将直接导致油泵在寿命期内电路系统的断路，这严重降低了油泵的使用寿命。
二、针对存在的问题采取的改进措施
1.对于金属零件进行防腐处理
油泵中含有大量的金属零件，常用的有铝、铜和铁等金属材料。对于铝，目前多采用阳极化处理工艺处理表面，处理后的铝对于甲醇的抗耐性明显提高。对于很多铜的插片以及铜基体的碳刷导线，目前大多采用镀锡的方法来防腐，这种工艺在小于15％的甲醇汽油燃料中尚未发现问题，但在甲醇含量大于15％的甲醇汽油燃料中，电极插片和碳刷导线由于电化学腐蚀的存在，仅仅靠镀锡已经很好的解决问题了，但可以通过优化结构设计，用塑料元件把金属插片等密封起来，从而使得插片和甲醇完全隔离开来，从而达到防腐的目的。另外，由于泵壳本身不会带电，甲醇对泵壳的电化学腐蚀较弱，所以对泵壳来说，通过镀锌加上三价铬酸钝化的方式可以提高油泵在高比例甲醇燃料中的适应性。
2.塑料零件的防溶漲
当使用甲醇含量小于15％的甲醇汽油时，现有大多数油泵橡胶件以及塑料件可以忽略甲醇的溶涨影响。当甲醇含量大于15％时，现有油泵中使用的PPS和POM等大多数材料也能基本能满足应用，但也有不少零件需要改变材料或者优化设计以避免溶涨，比如前面提到的电枢中的绝缘树脂和密封用的胶水等，对于绝缘树脂来说，由于其存在的必需性，可以选用耐甲醇的材料，而密封用的胶水尽量不要使用，否则，反而容易被腐蚀而脱落、堵塞燃油系统中的调压阀、精滤器等。
3.针对转速下降的改进
油泵的转速下降，主要是因为金属沉积物沉积到了碳刷表面而致，所以要想改进可以从两个方面入手：一是减少燃料中金属离子的含量，二是要及时把碳刷表面的沉积物除去。
由于甲醇燃料中本身是不含有金属离子的，金属离子的来源主要是整个燃油系统中的金属元件，要减少燃料中金属离子的含量，必须加强系统中金属零件的防腐处理。负极碳刷沉积物中主要金属离子成份是铜和锌，所以防腐的重点在于减少铜和锌离子的沉积。目前，基本上含铜的零件主要是电枢换向器的铜基体、绕线挂钩，电气连接的插片的基体。对于电气连接的部件，由于电化学腐蚀的存在，仅仅靠表面处理工艺已经很难满足防腐要求，可以通过塑料件密封达到保护铜的效果。对于换向器铜基体，可以采用镀锡的方式把裸露的铜密封了起来，以及将铜基体也完全密封在换向器塑料基体中。
虽然金属零件的防腐处理能够很大程度上减少碳刷负极表面的沉积物，但是金属的腐蚀总是或多或少地存在，所以我们必须及时去除碳刷表面的沉积物。我们主要从两方面入手去：第一，提高碳刷弹簧的弹力，碳刷和换向片之间的摩擦力增大，会更容易去除沉积到碳刷和换向片表面的金属以及其他杂质；第二，选用清洁能力强的碳刷材料和碳片材料，比如在碳刷和换向器碳片的碳粉中增加比较硬质的SiO2等成份，这些成分不容易被磨掉，凸出的颗粒会及时的刮掉沉积于碳刷或者换向片表面的沉积物。
4.运动部件的防磨损
运动部件的防磨损主要从选材以及结构的优化设计两个方向入手，材料需要选择硬度较大的材料，另外需要考虑相互摩擦的部件其材料的硬度应该相当，否则硬度较低的零件必会先磨损严重。另外，运动部件的结构优化也会改善磨损的情况，比如泵体部分，在考虑叶轮两边流体压力平衡的基础上，在叶轮上设计浮起槽，在叶轮两边的的腔体工作面上设计适当的凹坑以保留一部分液体帮助润滑等等。
三、实验验证
基于现有的电动燃油泵设计，我们采用了M15甲醇汽油进行验证。目前，大多数汽车厂商的甲醇汽油试验均使用体积比15％的甲醇汽油（M15），这种油品相对较干净，但我国目前最大的甲醇汽油市场——山西市场上的15％甲醇的汽油却不太规范，包含了各种厂家生产的质量参差不齐的防腐剂、防分层剂，另外还有由于氧化产生的甲酸、铜离子等。所以我们的试验不光使用市场上的M15，并且基于山西M15的抽样调查，我们自己配制了相对恶劣的山西M15作为一种试验液。试验用车为国产桑塔纳轿车，经过寿命试验验证，改进后的油泵在体积比15%的甲醇汽油中（M15）寿命明显增加，试验后油泵性能仍有很大余量，即使在油品恶劣的M15中，也能满足寿命要求。所以，基于现有油泵的改进方案基本能满足M15中的应用要求。 然后，我们对兖矿国宏化工有限公司生产的甲醇汽油M15进行验证，在使用过程中，改进后的燃油泵与未改进的相比，能很好的解决金属腐蚀问题以及碳沉积物问题，寿命明显增加，性能更加稳定。并且，我们对燃油泵做了纯甲醇（M100）寿命试验。结果表明，改进的方案能很好地减少碳刷沉积物的出现，但是现有金属件的防腐蚀能力仍无法满足要求，所以如今的方案不能很好的满足高比例的甲醇汽油。今后，我们会对高比例甲醇燃料的添加剂以及电动燃油泵的改做进一步的研究。
参考文献
[1]孙玉建,孙瑞玉.我国甲醇的现状与发展趋势. 化学工业[J].2007,25(12):15-19.
[2]李圣勇.甲醇汽油的腐蚀性和溶胀性研究.化学工业与工程技术[J].2007,28(6):33-34.
关键词：电动燃油泵 甲醇汽油 腐蚀
甲醇是新能源的重要组成部分。原油是全球最主要的一次能源，当前能源短缺的实质是原油短缺。车用燃料是原油最主要的应用领域，占全球原油总消耗量的70%以上。甲醇汽油是一种“以煤代油”路径，可以作为汽油的替代物从而实现对原油的部分替代。甲醇作为代用燃料始于20世纪20年代，二次世界大战期间，德国成功的把甲醇汽油推向工业化，20世纪70年代后，受石油危机的影响，加上世界甲醇生产能力的过剩，以及人们对环境质量的要求越来越高，国内外纷纷投入大量人力、物力对甲醇汽油以及甲醇汽车进行研究，并取得了一定成就[1]。但是，电动燃油泵在使用甲醇汽油中存在不少的问题，本文主要描述了电动燃油泵在使用甲醇中所产生的各种失效模式，并提出了针对这些失效模式的相应改进措施以及验证结果。
一、失效模式及原因分析
1.金属零件的化学腐蚀
电动燃油泵中有泵壳、电枢迭片和电气插片等多种金属元器件，而甲醇由于氧化作用会产生甲酸，其对电动燃油泵中的金属材料具有腐蚀性，这不仅会破坏燃油泵的机械性能，加速泵体部分的磨损，部分腐蚀物中的离子会吸附于碳刷导致碳刷和换向器接触不好，从而降低油泵的转速。进而降低油泵的性能和使用寿命。并且腐蚀性产物会堵塞燃油过滤器，加速润滑油氧化变质等[2]。
2.金属零件的电化学腐蚀
液态甲醇与汽油相比具有极大的极性和较高的电导率，所以在甲醇中金属零件的电化学腐蚀也很严重，对于油泵来说，电极插片在运转过程中由于通电，更容易和甲醇发生电化学反应，从而受到腐蚀。
3.非金属材料的溶涨
甲醇与汽油相比具有更小的分子量以及分子式，因而更容易渗透到塑料、橡胶等一些非金属元件中，从而使塑料和橡胶等非金属元件发生溶涨，弹性降低。现有市场上油泵中的非金属零件多为PPS和POM等材料，对甲醇具有相对较强的耐抗性，但是有不少油泵中含有容易溶涨的成分，比如电枢迭片间用于绝缘的树脂类材料，插片和支撑罩之间密封的胶水等。
4.运动部件的磨损
由于甲醇分子量小于汽油且渗透性强，并且甲醇的润滑性能远差于汽油，所以更容易破坏运动零部件表面的油膜，从而导致油泵泵体运动部件的磨损比在汽油中要严重。泵体部分的磨损将导致内泄漏严重，降低油泵的泵油效率，从而使油泵在寿命期内性能严重降低。而换向器及碳刷部分的过度磨损将直接导致油泵在寿命期内电路系统的断路，这严重降低了油泵的使用寿命。
二、针对存在的问题采取的改进措施
1.对于金属零件进行防腐处理
油泵中含有大量的金属零件，常用的有铝、铜和铁等金属材料。对于铝，目前多采用阳极化处理工艺处理表面，处理后的铝对于甲醇的抗耐性明显提高。对于很多铜的插片以及铜基体的碳刷导线，目前大多采用镀锡的方法来防腐，这种工艺在小于15％的甲醇汽油燃料中尚未发现问题，但在甲醇含量大于15％的甲醇汽油燃料中，电极插片和碳刷导线由于电化学腐蚀的存在，仅仅靠镀锡已经很好的解决问题了，但可以通过优化结构设计，用塑料元件把金属插片等密封起来，从而使得插片和甲醇完全隔离开来，从而达到防腐的目的。另外，由于泵壳本身不会带电，甲醇对泵壳的电化学腐蚀较弱，所以对泵壳来说，通过镀锌加上三价铬酸钝化的方式可以提高油泵在高比例甲醇燃料中的适应性。
2.塑料零件的防溶漲
当使用甲醇含量小于15％的甲醇汽油时，现有大多数油泵橡胶件以及塑料件可以忽略甲醇的溶涨影响。当甲醇含量大于15％时，现有油泵中使用的PPS和POM等大多数材料也能基本能满足应用，但也有不少零件需要改变材料或者优化设计以避免溶涨，比如前面提到的电枢中的绝缘树脂和密封用的胶水等，对于绝缘树脂来说，由于其存在的必需性，可以选用耐甲醇的材料，而密封用的胶水尽量不要使用，否则，反而容易被腐蚀而脱落、堵塞燃油系统中的调压阀、精滤器等。
3.针对转速下降的改进
油泵的转速下降，主要是因为金属沉积物沉积到了碳刷表面而致，所以要想改进可以从两个方面入手：一是减少燃料中金属离子的含量，二是要及时把碳刷表面的沉积物除去。
由于甲醇燃料中本身是不含有金属离子的，金属离子的来源主要是整个燃油系统中的金属元件，要减少燃料中金属离子的含量，必须加强系统中金属零件的防腐处理。负极碳刷沉积物中主要金属离子成份是铜和锌，所以防腐的重点在于减少铜和锌离子的沉积。目前，基本上含铜的零件主要是电枢换向器的铜基体、绕线挂钩，电气连接的插片的基体。对于电气连接的部件，由于电化学腐蚀的存在，仅仅靠表面处理工艺已经很难满足防腐要求，可以通过塑料件密封达到保护铜的效果。对于换向器铜基体，可以采用镀锡的方式把裸露的铜密封了起来，以及将铜基体也完全密封在换向器塑料基体中。
虽然金属零件的防腐处理能够很大程度上减少碳刷负极表面的沉积物，但是金属的腐蚀总是或多或少地存在，所以我们必须及时去除碳刷表面的沉积物。我们主要从两方面入手去：第一，提高碳刷弹簧的弹力，碳刷和换向片之间的摩擦力增大，会更容易去除沉积到碳刷和换向片表面的金属以及其他杂质；第二，选用清洁能力强的碳刷材料和碳片材料，比如在碳刷和换向器碳片的碳粉中增加比较硬质的SiO2等成份，这些成分不容易被磨掉，凸出的颗粒会及时的刮掉沉积于碳刷或者换向片表面的沉积物。
4.运动部件的防磨损
运动部件的防磨损主要从选材以及结构的优化设计两个方向入手，材料需要选择硬度较大的材料，另外需要考虑相互摩擦的部件其材料的硬度应该相当，否则硬度较低的零件必会先磨损严重。另外，运动部件的结构优化也会改善磨损的情况，比如泵体部分，在考虑叶轮两边流体压力平衡的基础上，在叶轮上设计浮起槽，在叶轮两边的的腔体工作面上设计适当的凹坑以保留一部分液体帮助润滑等等。
三、实验验证
基于现有的电动燃油泵设计，我们采用了M15甲醇汽油进行验证。目前，大多数汽车厂商的甲醇汽油试验均使用体积比15％的甲醇汽油（M15），这种油品相对较干净，但我国目前最大的甲醇汽油市场——山西市场上的15％甲醇的汽油却不太规范，包含了各种厂家生产的质量参差不齐的防腐剂、防分层剂，另外还有由于氧化产生的甲酸、铜离子等。所以我们的试验不光使用市场上的M15，并且基于山西M15的抽样调查，我们自己配制了相对恶劣的山西M15作为一种试验液。试验用车为国产桑塔纳轿车，经过寿命试验验证，改进后的油泵在体积比15%的甲醇汽油中（M15）寿命明显增加，试验后油泵性能仍有很大余量，即使在油品恶劣的M15中，也能满足寿命要求。所以，基于现有油泵的改进方案基本能满足M15中的应用要求。 然后，我们对兖矿国宏化工有限公司生产的甲醇汽油M15进行验证，在使用过程中，改进后的燃油泵与未改进的相比，能很好的解决金属腐蚀问题以及碳沉积物问题，寿命明显增加，性能更加稳定。并且，我们对燃油泵做了纯甲醇（M100）寿命试验。结果表明，改进的方案能很好地减少碳刷沉积物的出现，但是现有金属件的防腐蚀能力仍无法满足要求，所以如今的方案不能很好的满足高比例的甲醇汽油。今后，我们会对高比例甲醇燃料的添加剂以及电动燃油泵的改做进一步的研究。
参考文献
[1]孙玉建,孙瑞玉.我国甲醇的现状与发展趋势. 化学工业[J].2007,25(12):15-19.
[2]李圣勇.甲醇汽油的腐蚀性和溶胀性研究.化学工业与工程技术[J].2007,28(6):33-34.