فرادرسعدد اکتان — به زبان ساده
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. در آموزش‌های قبلی در خصوص تفاوت عدد اکتان و ستان آشنا شدیم. در این آموزش سعی داریم به معرفی کامل‌تر عدد اکتان بپردازیم و تاثیر این عدد را در بهبود احتراق موتور بیان کنیم.
احتراق خود به خود و کوبش
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 پیشبینی 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.
توضیح دقیقتر 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 پیشبینی 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.
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.
نکاتی در خصوص عدد اکتان
ذکر این نکته ضروری است که 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.
مکمل‌های 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.
اینکه از کدام روش ممکن است یک مکمل سوخت تولید شود به شرکت تولیدکننده بستگی دارد. بیشتر خودروهای نسل جدید نیازی به عدد اکتان بالاتر با اضافه کردن سرب ندارند و استفاده از بنزین توصیه شده در دفترچه راهنمای خودرو کفایت می‌کند. علاوه بر این، استفاده از سرب در بنزین سبب خرابی مبدل کاتالیست خودرو می‌شود.
روشهای اندازه‌گیری
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.
جمع‌بندی
در این آموزش بررسی کاملی در خصوص عدد اکتان انجام شد. به ارتباط آن با نحوه احتراق موتور پرداختیم. روشهای اندازه‌گیری عدد اکتان را بررسی کردیم. همچنین، انواع عدد اکتان و میزان متوسط آن را مرور کردیم. در نهایت متوجه شدیم برای اینکه بدانیم از چه نوع بنزین استفاده کنیم یا اینکه آیا نیاز به استفاده از مکمل سوخت داریم یا نه، بهتر است به دفترچه راهنمای خودروی خود مراجعه کنیم.
اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزش مهندسی شیمی
- مجموعه آموزش نرم‌افزارهای مهندسی شیمی
- آموزش دروس شیمی
- آموزش آشنایی با واژگان و اصطلاحات پالایشگاهی و انرژی
- موتورهای درون‌سوز و هر آنچه باید درباره آنها بدانید
- بنزین و گازوئیل چه تفاوت‌هایی دارند؟ — به زبان ساده
- جدول تناوبی — از صفر تا صد
^^
درود برشما…مطالب خوبتون رو خوندم .اما متاسفانه متوجه نشدم این فرایندها که فرمودیدایا در همه کشورها انجام میشه بدرستی؟ ایا در ایران این فرمول استفاده میشه. و اینکه شما فرمودید برای نوع استفاده سوخت مناسب خودرو به دفترجه راهنمای خودرو مراجعه کنیم ایا ما درکشور خودمون ایران میتونیم بنزین مناسب خودرومون رو پیدا کنیم؟..شاید ربط نداشته باشه اما من درسالهای قبل یادمه بنزین یک رنگ صورتی کمرنگ داشت .اما امروزه روز بنزین بیشتر به رنگ گازوییل زرد رنگه!!!… ایا این همون بنزین نامرغوبه؟.ممنون میشم راهنمایی بفرمایید و یاباجیمیل بهم پاسخ بدید..تشکر ازشما.🙏
خیلی خوب بود .ممنون
واقعا ب زبان ساده توضیح داده بود.
خیلی مطلب مفید و کاملی بود
مرسی