عدد اکتان
عدد اکتان (octane number):
عدد اکتان معیاری برای سنجش کیفیت سوخت است. هر قدر این عدد بالاتر باشد، سوخت بهتری داریم. موتورهای بنزینی جدید برای احتراق بهتر به سوخت‌هایی با عدد اکتان بالاتر نیاز دارند. این عدد معیاری برای اندازه‌گیری مقاومت یک سوخت در برابر احتراق خود‌به‌خودی است.
احتراق خود به خودی وکوبش
در یک موتور بنزینی، مخلوط سوخت و هوا فشرده می‌شود و با جرقه شمع خودرو، احتراق صورت می‌گیرد. حرارت و فشار زیاد در هنگام فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا ممکن است سبب احتراق بخشی از سوخت شود. این احتراق به صورت خود‌به‌خودی و قبل از رسیدن جبهه اصلی احتراق است. این عمل سبب بروز کوبش (Knock) در موتور خودرو می‌شود. کوبش، فشار بیشتری را به موتور وارد می‌کند. در نتیجه، این پدیده صدمات زیادی به موتور خودرو و اجزای آن وارد می‌کند.
در طراحی موتورهای جدید، یک حسگر برای کوبش موتور پیش بینی شده است. این حسگر به طور مداوم احتراق و کوبش خودرو را بررسی می‌کند. علاوه بر این، به کمک این سنسور، زمان جرقه زدن شمع برای یک احتراق کامل و بدون کوبش تنظیم می‌شود.
کوبش در موتور
تفاوت اصلی در استفاده از سوخت با عدد اکتان بالا یا پایین، در نوع کوبش موتور است. شمع خودرو با ایجاد جرقه، مخلوط سوخت و هوا را شعله‌ور می‌کند. در زمان جرقه زدن، پیستون موتور نیز به طرف بالا حرکت می‌کند که سبب افزایش فشار و دمای مخلوط می‌شود. اگر این عدد پایین باشد، در زمان افزایش فشار، سوخت خود‌به‌خود شروع به سوختن می‌کند. این فرآیند سبب ایجاد یک جبهه احتراق در درون سیلندر می‌شود. وقتی این جبهه احتراق، به احتراق ایجاد شده توسط شمع خودرو برسد، صدای کوبش موتور شنیده خواهد شد. این عمل سبب سوختن ناقص بنزین در درون موتور می‌شود. سوختن ناقص، سبب شده تا باقیمانده این سوخت به دیواره‌ها محفظه‌ی احتراق بچسبد. این عمل به مرور سبب تغییر صدای موتور و افزایش کوبش در آن می‌شود.
شناسایی کوبش
امروزه ابزارهای مختلفی در شناسایی کوبش موتور استفاده می‌شود. تنظیم پاشش سوخت و فشرده شدن مخلوط هوا و سوخت، به دقت اندازه‌گیری و کنترل می‌شود تا سبب بروز کوبش در موتور نشود. عمل کوبش در موتور معمولا به صورت تصادفی است و یک روند دقیقی برای پیش بینی آن وجود ندارد. در نتیجه نمی‌توان با شبیه‌سازی چند مدل، کنترل آن را به صورت یک مدل تعمیم یافته درآورد. از این‌رو ابزارهای کنترلی خودرو همواره در رصد کارکرد موتور هستند تا توازنی میان فشرده کردن مخلوط هوا و سوخت و کنترل کوبش برقرار کنند.
عدد اکتان
عدد اکتان میزان مقاومت سوخت به احتراق خود‌به‌خودی و کوبش است. در طراحی موتورهای جدید، مخلوط سوخت و هوا بیشتر از موتورهای قدیمی فشرده می‌شود. این امر به این معنی است که در موتورهای جدید، بنزین با اکتان بالاتر احتراق بهتر موتور را در پی دارد. در موتورهای قدیمی به علت فشردگی کمتر مخلوط سوخت و هوا، سوخت با اکتان پایین‌تر نیاز است.
عدد اکتان نشان‌دهنده انرژی ذخیره شده سوخت نیست. این عدد تنها یک معیار برای اندازه‌گیری تمایل سوخت به احتراق در شرایط کنترل شده است. عدد اکتان در ترکیب با اتانول افزایش یافته است و همزمان انرژی ذخیره شده در آن کاهش پیدا می‌کند.
عدد اکتان در برخی موارد می‌تواند بیشتر از 100 هم باشد. این عدد به RON یا عدد اکتان تحقیقی موسوم است. درواقع ایزو-اکتان، تنها ماده مقاوم در برابر کوبش نیست. سوخت‌های هواپیما، ماشین‌های مسابقه‌ای، گاز LPG و سوخت‌های الکلی عددی در حدود 110 و بالاتر دارند.
اندازه گیری عدد اکتان
برای اندازه‌گیری این عدد از یک موتور در آزمایش استفاده می‌کنند. با مقایسه میزان ایزو-اکتان و نرمال هپتان در مخلوط سوخت، این عدد بدست می‌آید. درصد حجمی ایزو-اکتان در مخلوط، نسبت به هپتان، همان عدد اکتان است. به عنوان مثال، عدد اکتان بنزینی با مخلوط 10 درصد هپتان و 90 درصد ایزو-اکتان، 90 است. البته بنزین تنها شامل این دو نوع هیدروکربن نیست. بنزین‌ها عموما شامل مخلوطی از هیدروکربنها و مواد افزودنی هستند.
هر قدر عدد اکتان بالاتر باشد، مقاومت سوخت در برابر فشرده شدن و احتراق خود‌به‌خودی بیشتر است.
ایزو اکتان
اکتان‌ها خانواده‌ای از هیدروکربنها هستند که در بنزین یافت می‌شوند. مایعی بی‌رنگ با نقطه جوش حدود 125 درجه سانتی‌گراد هستند. از اعضای خانواده اکتان‌ها، ایزو اکتان است که به عنوان یک استاندارد در تعیین میزان مقاومت سوخت در احتراق خود‌به‌خودی در نظر گرفته می‌شود.
مکمل های سوخت
در گذشته برای افزایش عدد اکتان سوخت ، از سرب در بنزین‌ها استفاده می‌شد. سرب علاوه بر افزایش عدد اکتان، سبب افزایش طول عمر قطعات موتور، به خصوص سوپاپ‌ها می‌شد. با حذف سرب از بنزین، راه‌های جایگزین پیش‌بینی شد. این راهها عبارتند از: اضافه کردن بنزن، تولوئن و در برخی موارد اتانول به سوخت.
روش های اندازه گیری
در این قسمت به روش‌های معمول اندازه‌گیری عدد اکتان می‌پردازیم.
عدد اکتان تحقیقی
عدد اکتان تحقیقی معمول‌ترین نوع اندازه‌گیری عدد اکتان در جهان است. در این روش کنترل شده، عدد اکتان در یک موتور آزمایشی با نسبت فشردگی (Compression Ratio) متغیر تعیین می‌شود. این آزمایش در دور موتور 600 دور در دقیقه اندازه‌گیری می‌شود. نسبت فشردگی در طول آزمایش متغیر است. این تغییر به منظور بررسی خاصیت ضد کوبش سوخت انجام می‌شود. هر قدر این نسبت بیشتر شود، احتمال کوبش نیز بیشتر است.
عدد اکتان موتور
عدد اکتان موتور (MON) در دور موتور 900 دور در دقیقه بدست می‌آید. در این روش، سوخت از قبل کمی گرم می‌شود. علاوه بر این، زمان جرقه زدن شمع‌ها نیز متغیر است. با این کار، سنجش بهتر مقاومت سوخت در برابر کوبش انجام می‌شود. بسته به نوع ترکیب سوخت، این عدد، در حدود 8 تا 12 واحد پایین تر از عدد اکتان تحقیقی است. البته رابطه دقیقی بین این دو عدد وجود ندارد.
شاخص ضد کوبش
شاخص ضد کوبش (AKI) یا (R+M/2)، عدد متوسط بین MON و RON است. این عدد معمولا عددی است که در پمپ بنزین‌های دنیا استفاده می‌شود. البته در بیشتر کشورهای اروپایی از عدد اکتان تحقیقی برای نمایش اکتان بنزین استفاده می‌کنند.
عدد اکتان جاده
عدد اکتان جاده (RdON)، عددی است که تحت شرایط واقعی اندازه‌گیری می‌شود. در این شرایط، یک موتور با بیش از یک سیلندر و در حالت بیشینه پدال گاز قرار می‌گیرد. از سال 1920 تا بحال همچنان از این روش استفاده می‌شود. در ابتدا این روش در جاده اندازه‌گیری می‌شد اما با پیشرفت فناوری، موتور، روی شاسی ثابت دستگاه قرار می‌گیرد. کلیدهایی هم برای تغییر شرایط اقلیمی در هنگام آزمایش در نظر گرفته شده است.
جمع بندی
سوخت خوب و مناسب نه تنها باعث افزایش طول عمر خودرو می‌شود بلکه در عملکرد آن نیز بسیار تاثیر دارد.
بنزین، دارای درجه کیفی است که اصطلاحا به آن اکتان گفته می‌شود. اکتان، مشخص کننده میزان مقاومت بنزین در مقابل ضربه موتور است و هر چه این امتیاز بالاتر باشد بنزین در مقابل ضربه موتور مقاومت بیشتری دارد، به زبانی ساده‌تر، بنزینی که اکتان بالاتری دارد، بیشتر می‌تواند فشرده شود (به همراه هوا) و دیرتر به دلیل حرارت تولیدی از عمل فشرده‌سازی منفجر شود.
راه‌های مختلفی برای اندازه‌گیری میزان اکتان بنزین وجود دارد و در کشورهای مختلف از روش‌های متفاوتی استفاده می‌شود، به صورت کلی بنزین‌های قاره اروپا اکتان بالاتری نسبت به آمریکا دارد ولی در واقع دلیل این امر به خاطر استفاده از روش‌های متفاوت سنجش این امتیاز است.
برخی از بنزین‌ها می‌توانند امتیاز بالاتر از ۱۰۰ اکتان را کسب کنند، سوخت‌های مسابقه‌ای این گونه هستند، این امر را می‌توان با تغییر دادن ترکیب‌بندی بنزین انجام داد ( با استفاده از اتانول، متانول، نیترومتان، سوخت سرب‌دار و غیره) و دلیل این مهم نیز رسیده به امتیاز اکتان بالاتر و استفاده بهینه از فشار بالاتری است.
در وحله اول بنزین‌های اکتان بالا از ضربه (کوبش) موتور جلوگیری می‌کند. این اتفاق زمانی می‌افتد که واحد مجزایی از مخلوط هوا و بنزین بعد از این مخلوط هوا و بنزین قبلی منفجر شده، درون محفظه انفجار محترق شود. واضحا این اتفاقی ناخواسته است و می‌توانه آسیب جدی به موتور بزند که با استفاده از بنزین اکتان بالا می‌توان از وقوع این اتفاق جلوگیری کرد.
همچنین با استفاده از بنزین اکتان بالا، می‌توان از نرخ‌های فشرده‌سازی بالاتری استفاده کرد، شایان ذکر است که نرخ فشرده‌سازی مسقیما با مقرون به صرفه بودن حرارتی در ارتباط است و هرچه نرخ فشرده‌سازی بالاتر باشد، پیشرانه مقرون به صرفه‌تر عمل خواهد کرد.
و نهایتا، زمان‌بندی پیشرفته احتراق، به کمک بنزین اکتان بالا ممکن می‌شود، یعنی شمع به خوبی هنگامی که پیستون به بالاترین وضعیت فشرده‌سازی می‌رسد عمل می‌کند. دلیل این بهبود، وجود زمان کافی برای خروج شعله و دود از محفظه احتراق است، به طبع بنزین بیشتر فشرده می‌شود و محدوده حرکتی سیلندر بیشتر خواهد بود، به همین دلیل است که قدرت تولیدی افزایش می‌یابد، شایان ذکر است که اگر احتراق زود روی دهد فشار تولیدی در جهت درستی نخواهد (به دلیل وضعیت شاتون و سیلندر) و اگر احتراق دیرتر از زمان در نظر گرفته شده روی دهد، شما میزان قابل توجهی گشتاور را از دست می‌دهید.
در ایران، دو نوع بنزین عرضه می‌شود، معمولی و سوپر، بنزین معمولی دارای اکتان ۸۷ و بنزین سوپر دارای اکتان ۹۵ است.
[تمام مطالب مرتبط با عدد اکتان (octane number) در این صفحه بروزرسانی خواهد شد]