بدست آوردن عدد اکتان بنزین

[azarafrooz 14,221]

اگر اطلاعات مختصری در مورد موتورهای ۴ زمانه بنزینی که تقریبا ۹۹ ٪ موتورهای موجود را شامل می شوند ، داشته باشید ؛ می دانید که یکی از این زمانها را تراکم می نامند و تراکم زمانی روی می دهد که مخلوط بنزین و هوا توسط پیستون تا حد مشخصی متراکم شده و پس از پایان زمان تراکم ، بوسیله جرقه شمع ، این مخلوط محترق شده و باقی ماجرا که خارج از بحث ما است اتفاق می افتد . میزان تراکم انجام شده را با عددی به نام نسبت تراکم می سنجند که در موتورهای قدیمی این نسبت تراکم ۵ به ۱ و در موتورهای بسیار پیشرفته تا ۱۲ به ۱ قابل افزایش می باشد .

 

اما زمانی که مخلوط سوخت که ماده ای با قابلیت اشتعال بالاست زودتر از زده شدن جرقه توسط شمع و بواسطه تراکم ، محترق شود ؛ موتور دچار کوبش ( Knock ) خواهد شد که این مساله برای موتور بسیار مضر است . یکی از راههای بالا بردن قدرت و توان خروجی موتور خودروها ، بالابردن نسبت تراکم آنهاست ، اما این امر تنها با بالا بردن توان مقابله سوخت در برابر خود سوزی در اثر متراکم شدن بدست می آید ، پس با پیشرفت در تکنولوژی ساخت موتورها ، نسبت تراکم نیز از عدد قدیمی ۵ به ۱ فاصله گرفته و افزایش می یابد و در نتیجه نیاز به سوختی با مقامت بالاتر در برابر خودسوزی در خودروهای جدیدتر ضروری می گردد .

 

اما آن چه که مشخص می نماید که سوخت تا چه میزان توانایی متراکم شدن قبل از احتراق خودبخودی ( خودسوزی ) را داراست ، عدد اکتان می نامند .

 

این عدد از کجا بدست می آید ؟

 

زمانی که نفت خام در پالایشگاهه ا تصفیه می شود ، زنجیره های هیدروکربن با طولهای متفاوت بدست می آید و این زنجیره های جدا از هم با ترکیب شدن با یکدیگر سوختهای متفاوتی چون بنزین ، گازوئیل ، نفت سفید و غیره را حاصل مینمایند . بطور مثال حتما نامهای متان ، پروپان و بوتان را شنیده اید که همگی هیدروکربن هستند ؛ متان دارای یک اتم ، پروپان ۳ اتم و بوتان ۴ اتم ، کربن میباشند . برخی دیگر از هیدورکربنه ا نیز شامل پنتان با ۵ اتم ، هگزان با ۶ اتم ، هپتان با ۷ اتم و اکتان با ۸ اتم کربن می باشند . آزمایشات مختلف نشان داد هپتان دارای خاصیت متراکم شدن بسیار ضعیفی است و در مقابل اکتان قابلیت متراکم شدن بسیار بالایی دارد . پس اگر بنزینی دارای مقادیر بسیار بالایی از اکتان یا همان Iso Octane , 2,2,4 Trimethyl Pentane باشد ؛ بنزین بسیار خوبی از نظر مقاومت در برابر خودسوزی محسوب می شود . اما در مقابل ، هپتان بسیار سریع در اثر تراکم ناچیز ، محترق خواهد شد پس با توجه به اینکه این ۲ هیدروکربن از لحاظ خواصی چون نقطه جوش و تبخیر تقریبا یکسان بودند ، بعنوان مبنایی برای مقاومت خودسوزی سوخت در برابر متراکم شدن انتخاب شدند ، و با دادن عدد ۱۰۰ به اکتان و ۰ به هپتان نسبتی به نام عدد اکتان بدست آمد . بطور مثال بنزینی با عدد اکتان ۸۷ ؛ دارای نسبت ۸۷ اکتان به ۱۳ هپتان می باشد . اما ساخت سوختی که متشکل از این میزان اکتان باشد هزینه تولید بسیار بالایی خواهد داشت و این ۲ ماده در حال حاضر تنها تشکیل دهنده های بنزین نیستند و مواد و افزودنیهای دیگری کار بالابردن عدد اکتان یا همان مقاومت در برابر خودسوزی یا کوبش موتور را برعهده دارند ؛ و نسبت هپتان - اکتان تنها برای ایجاد یک مبنای مقایسه ای و بعنوان یک بنزین ایده آل برای مشخص نمودن عدد اکتان مورد استفاده قرار می گیرد .

 

در جریان جنگ جهانی اول توماس میجلی کشف نمود که با افزودن lead tetraethyl ( تترااتیل سرب ) که یک اورگانو متالیک محسوب می شود به مخلوط بنزین ، نسبت اکتان آن تا حد بسیاری افزایش خواهد یافت و می توان بنزینی با فراوری ارزان قیمت ( شبکه هیدروکربنه ای با فراوری ساده تر ) را ، با افزودن این ماده ، به بنزینی با اکتان بالا تبدیل نمود . از طرف دیگر این ماده باعث روانکاری سوپاپها نیز میشد ، استفاده از این ماده در بنزین تا سالیان دراز ادامه یافت ، تا اینکه متوجه شدند سرب ضررهای زیست محیطی بسیاری پدید می آورد و باید از بنزین حذف گردد ، بنابراین حذف سرب به تدریج در کشورهای پیشرفته با جایگزین نمودن ماده ای به نام MTBE که مخفف methyl tertiary- butyl ether است و یک oxygenate محسوب میشود ، بجای تترااتیل سرب آغاز شد

 

با نصب catalytic converter برای کاهش آلودگی خروجی از اگزوز بر روی خودروها در دهه گذشته و بدلیل اینکه سرب باعث از کار افتادن این قطعه می شد ، جایگزینی بنزین بدون سرب سرعت بیشتری گرفت تا جائیکه هم اینک استفاده از بنزین سرب دار در اکثر کشورها به شدت محدود گردیده است . اما MTBE نیز با وجود اینکه در مقایسه با تترااتیل سرب ، چندان سمی نیست ، در اثر نشتی از تانکها و مخازن و نفوذ به آبهای زیرزمینی و ایجاد آلودگی ، در کشورهای پیشرفته در حال حذف از بنزین می باشد . جایگزینهای MTBE که امروزه در اروپا و آمریکا استفاده می شوند نیز شامل اروماتیکها از جمله benzene ، toluene ، ethanol و در آینده نزدیک oxygenate دیگری به نام ETBE یا Ethyl Tertiary- butyl ether می باشند .

 

اما عدد اکتان بنزین را به ۲ روش می توان بدست آورد ؛ اولین روش ، روش تحقیقی ، Research Octane یا RON نامیده میشود و دومین روش ، روش موتوری ، Motor Octane یا MON نام دارد . تفاوت این ۲ روش در شرایط و پارامترهای آزمایش بر روی بنزین مورد نظر می باشد ،

 

مسلما با توجه به شرایط سخت تر آزمایش در روش MON ، نسبت به روش RON برای یک بنزین مشابه ، عدد بدست آمده از آزمایش به روش RON عدد بیشتری خواهد بود . فاصله بین ۲ عدد بدست آمده از این ۲ روش آزمایش را ، sensitivit y یا حساسیت سوخت مینامند که بسیار هم با اهمیت میباشد چرا که ممکن است بنزینی بدلیل نوع افزودنی ها و مواد بکار رفته جهت بالا بردن اکتان در شرایط آزمایش RON عدد بالایی از اکتان را ارائه دهد اما در شرایط سخت تر ، توانایی مقابله بسیار کمتری نسبت به تراکم پذیری داشته باشد و عدد حاصل از آزمایش MON بسیار پایین باشد ، لذا بین چند بنزین مختلف که از آزمایش RON عدد مشابهی بدست آورده اند ، بنزینی مرغوبتر است که فاصله اعداد بدست آمده از ۲ آزمایش RON و MON برای آن نوع بنزین کمتر از بقیه باشد ( حداکثر ۱۰ عدد اختلاف قابل قبول است ) .

 

اما در حالیکه مبنا قرار دادن عدد بدست آمده از آزمایش RON بعنوان عدد اکتان بدلایل بالا ، چندان صحیح به نظر نمی رسد و حتی راه را برای تقلب شرکتهای نفتی و استفاده از افزودنیهای ارزانتر باز می گذارد ؛ در اروپا و اکثر کشورها از جمله کشورمان ایران ، عدد RON مبنای مشخص نمودن میزان اکتان بنزین می باشد . این در حالیست که در آمریکا با استفاده از فرمول RON+MON)/ 2) و بدست آمدن عدد جدیدی به نام PON یا Pump Octane Number این مشکل تا حد زیادی حل شده و راه تقلب در این زمینه بسته گردیده .

 

 

پس به این موضوع توجه داشته باشید که عدد اکتان بنزین در پمپ بنزینهای آمریکا همیشه عددی پایین تر از عدد اکتان یک بنزین مشابه در پمپهای اروپا و سایر نقاط دنیا است ، بعنوان مثال بنزین با اکتان ۹۱ در پمپ بنزینهای ایالات متحده با بنزینی دارای عدد اکتان حدود ۹۵ در اروپا برابری میکند .

 

 

تاثیر دما ، ارتفاع از سطح دریا ، میزان رطوبت ، تنظیم دلکو و ...

 

همانط ور که در بحث متدهای اندازه گیری اکتان MON و RON نیز مشاهده کردید تغییر برخی شرایط ، باعث بالا و یا پایین رفتن اکتان بنزین میشود ؛ یکی از این موارد ارتفاع از سطح دریا می باشد ؛ عدد اکتان برای هر بنزین براساس آزمایش انجام شده در محلی هم سطح دریا مشخص میگردد ، بر این اساس اگر خودرویی را با بنزینی که برفرض مثال اکتان ۸۲ دارد ، در منطقه ای هم سطح دریا مورد آزمایش قرار دهیم و سپس همین خودرو با همان سوخت را به محلی در ارتفاع مثلا ۹۱۵ متر بالاتر از سطح دریا که البته در زمان آزمایش از نظر دما و رطوبت با شرایط آزمایش سطح دریا مشابه است ، منتقل نماییم ؛ خواهیم دید موتور این خودرو در هنگامی که در ارتفاع ۹۱۵ متری قرار دارد ، بسیار دیرتر دچار خودسوزی می شود تا در محل هم سطح دریا و از آنجائیکه همیشه عدد اکتان اعلام شده توسط تولید کننده بر مبنای سطح دریا اعلام می گردد ، در ارتفاع ۹۱۵ متری از سطح دریا بنزینی که اکتان ۸۲ دارد ، مشابه بنزین با اکتان ۸۷ عمل مینماید و تحت تراکم بیشتری دچار خودسوزی می شود . فرمول تقریبی محاسبه میزان بالارفتن اکتان با افزایش ارتفاع از سطح دریا ، بدین صورت است که ؛ تا ارتفاع ۱۸۰۰ متری از سطح دریا به ازای هر ۳۰۰ متر افزایش ارتفاع ۱.۴ به عدد اکتان بنزین اضافه می گردد و در ارتفاع بالای ۱۸۰۰ متر این میزان به ۲.۵ عدد در ازای هر ۳۰۰ متر افزایش ارتفاع تبدیل میشود ( اعداد فوق بر مبنای عدد اکتان RON می باشد ) . اما ارتفاع تنها عامل جوی تاثیر گذار در اکتان نیست و میزان رطوبت و دمای هوا نیز از دیگر عوامل جوی موثر بر اکتان می باشند . افزایش ۱ گرم آب در هر کیلوگرم هوای خشک ۰.۲۵ تا ۰.۳۲ به عدد اکتان MON می افزاید و کاهش هر ۵.۶ درجه سانتیگراد دمای محیط نیز ۰.۴۴ تا ۰.۵۵ عدد اکتان MON را افزایش می دهد ، پس نتیجه دیگر این است که در زمستان اکتان پایین تری لازم است تا تابستان و یک سوخت مشابه در شرایط مشابه از نظر رطوبت و محل آزمایش ، در زمستان دیرتر دچار خودسوزی می شود تا در تابستان ، از اینرو بالا بردن عدد اکتان در تابستان و پایین آوردن آن در زمستان راهکار مناسبی برای توزیع بنزین در کشور محسوب می گردد . البته از آنجائیکه تاثیر ارتفاع بر اکتان نسبت به تاثیر رطوبت و دما بسیار بیشتر است ، اگر بنزین مناطق کنار دریا ( شمال و جنوب ) را نیز با اکتان بالاتری عرضه نماید ؛ تعمیرات خودروها در این مناطق بدلیل استفاده از اکتان بالاتر به تاخیر خواهد افتاد . از دیگر موارد موثر در عدد اکتان میتوان به مواردی چون نسبت تراکم موتور ، آوانس و ریتارد دلکو ، میزان کارکرد موتور ، دمای موتور ، نسبت بنزین و هوا در خودروهای بدون ECU که قابلیت تنظیم اتوماتیک نسبت استکیومتری را ندارند و مواردی از این دست ، اشاره نمود . همچنین لازم بذکر است خودروی نو نیز تا حدود ۱۶۰۰۰ کیلومتر به دلیل عدم وجود رسوبات در محفظه سوخت قابلیت کارکرد بدون خودسوزی با سوختی با عدد اکتانی در حد ۵ تا ۶ عدد کمتر از میزان مشخص شده برای آن مدل خودرو ، را داراست .