سایت علمی و پژوهشی آسمان

تحقیق رایگان سایت علمی و پژوهشی آسمان , تحقیقات دانش آموزی ، فرهنگیان و دانشجویان اقدام پژوهی گزارش تخصصی

 

عدد اکتان

عدد اکتان بنزین را بهتر بشناسیم : 

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 پالایشگاهها 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 هیدورکربنها 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  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 ۸ ؛ 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 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 م رد 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 هیدروکربنهای 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 ب ون 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 ب زین 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 ، در جدول زیر برخی پارامترهای در نظر گرفته شده برای هر یک از این ۲ روش آزمایش را ، می بینید .

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 ، sensitivity 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 ب لایل 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 . در زیر مثالی از اعداد RON ، MON و PON مربوط به انواع بنزین یک شرکت نفتی را می بینید :

 

 

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

 

 

 

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

همانطور 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 ب ای هر بنزین ب اساس 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 ا لام 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 ب 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 ب زین 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 د 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 م توان 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 .

 

 

در خودروهای قدیمی هنگامی که سوخت مصرفی اکتانی کمتر از میزان لازم برای خودروی موردنظر را دارا باشد ، در هنگام شتابگیریها یک صدای تقه یا کوبشی شنیده می شود و همانگونه که در ابتدا ذکر شد این امر به شدت به موتور خودرو آسیب می رساند ، اگر با خودروی خود به مناطق کم ارتفاع همچون شمال کشور سفر کرده باشید حتما با افزایش شدید این صدا روبرو شده اید که دلیل آن نیز در بالا ذکر شد ، البته با تنظیم دلکوی خودرو ، تنظیم موتور با دستگاه و فیلرگیری می توان خودسوزی سوخت را در این خودروها مرتفع و صدا را برطرف نمود اما در صورتیکه این مشکل برطرف نشد یا برطرف شد ولی از شتاب خودرو کاسته شد باید از بنزین ب عدد اکتان ب لاتری استفاده شود ، البته اگر تنها برای چند روز به مناطق کم ارتفاع  سفر کرده اید و با این مشکل روبرو شده اید به تنظیمات خودرو دست نزنید و تنها با استفاده از بنزین ب اکتان بالا ( سوپر ) مشکل را مرتفع نمایید و هنگام بازگشت به شهر اولیه خود نیز از آنجاییکه خودرویتان روی آن شرایط تنظیم گردیده مشکل بطور کل برطرف خواهد شد . اما در مورد خودروهای جدید این مشکل بوسیله سنسوری به نام Knock Sensor حل شده است و در صورت استفاده از بنزینی با اکتان پایین تر از حد لازم برای آن خودرو یا کاهش ارتفاع ، افزایش دما و یا کاهش رطوبت ، کامپیوتر خودرو با ریتارد کردن زمان جرقه زنی مشکل را برطرف می نماید و کوبش موتور رفع می گردد ، اما این امر باعث کاهش شتاب خودرو ، دیر عکس العمل نشان دادن در هنگام فشاردن یکباره پدال گاز و همچنین ایجاد آلودگی بیشتر و از بین بردن سریعتر قطعات موتور در دراز مدت می گردد . پس در اینگونه خودروها بهتر است از بنزین ب اکتان ذکر شده در دفترچه خودرو که عموما هم عددی بالای ۹۰ است ، استفاده کنید ( در کشور ما بدلیل عدم وجود تنوع زیاد در اکتان بنزین ، تنها انتخاب برای خودروهای پیشرفته ، بنزین سوپر است .  البته مخلوط بنزین سوپر و معمولی نیز قابل استفاده است که در ادامه به این مورد نیز خواهیم پرداخت ).

گفته می شود بنزین موجود در کشور در نوع معمولی اکتانی برابر ۷۲ تا ۸۰ RON داراست و نوع سوپر نیز دارای عدد اکتان ۹ RON است که البته صحت آن مورد تردید است .

آیا می توان بنزینهای مختلف را با یکدیگر مخلوط کرد ؟ 

آنچه به صورت یک باور غلط در فرهنگ مردم جا افتاده ، این است که ترکیب کردن بنزین سوپر و معمولی کار درستی نیست . در حالیکه بر طبق تحقیقات و آزمایشات انجام شده حتی با وجود ترکیب بنزین ب افزودنیهای متفاوت ، مشکلی برای خودروی شما پیش نخواهد آمد و در صورت موجود نبودن بنزین ب اکتان لازم برای خودرویتان می توانید به راحتی با ترکیب دو نوع بنزین ب یکدیگر به عدد اکتان ل زم دست یابید ، مثلا اگر اعداد ۷۴ و ۹۵ برای بنزینهای موجود در ایران واقعی باشد با پرکردن ۵۰ ، ۵۰ باک با بنزینهای سوپر و معمولی ، بنزینی با اکتان ۸۴.۵ خواهید داشت ، البته برای این کار قبل از خالی شدن کامل باک ، ابتدا میزانی که می خواهید از بنزین معمولی داخل باک بریزید و پس از آن مابقی را با بنزین سوپر پر نمایید ، ممکن است مخلوط شدن ۲ سوخت مدتی به طول انجامد بنابراین تا چند دقیقه اول ممکن است کوبشهایی ناشی از سوختن بنزین معمولی در خودروهای فاقد ناک سنسور و عدم شتابگیری کافی در خودروهای دارای ناک سنسور احساس شود . لازم بذکر است این کار برای خودروهایی چون ۴۰۵ های کاربراتوری ، پراید و به طور کل خودروهایی که اکتان بنزین معمولی برای آنها کم و سوپر هم زیاد محسوب می شود بدلیل عدم وجود بنزین ب عدد اکتان ب ن بنزین معمولی و بنزین  سوپر در کشور ، روش خوبی محسوب می گردد چرا که استفاده از اکتان بالاتر از حد لازم برای چنین خودروهایی جز هدر دادن پول ، منفعت دیگری برای خودرویتان ندارد و استفاده از اکتان پایین تر هم با خودسوزی سوخت به موتور خودروی شما آسیب می رساند و در صورت تنظیم موتور بر مبنای اکتان بنزین معمولی هم از شتاب خودرویتان کاسته می شود . البته در حال حاضر و با قیمت پایین بنزین و اختلاف تنها ۳۰ تومانی بنزین سوپر با معمولی این کار چندان عاقلانه به نظر نمی رسد ، اما شاید با تغییر شرایط از جمله سهمیه بندی بنزین این روش به یک انتخاب معقول تبدیل گردد ، که البته برای این کار پیدا کردن یک پمپ بنزین خلوت هم ضروری است چرا که جابجا شدن از یک پمپ به پمپ دیگر جایگاه در ترافیک پمپ بنزینها باعث درآمدن سرو صدای مردم و کارکنان جایگاه خواهد شد ، اما با تمام این دردسرها مطمئنا این روش به مراتب بهتر و ارزان تر از استفاده از افزودنی های بالا برنده اکتان از جمله Octane Booster ها می باشد ، البته باز هم تکرار می کنم این روش برای خودروهای با تکنولوژی ۱۰ تا ۱۵ ساله مناسب است و برای خودروهای جدیدتر و با موتورهای پیشرفته تر حتما فقط از نوع سوپر استفاده نمایید ، در برخی نمونه های وارداتی که بنزین ب اکتان بیش از ۹۵ برایشان توصیه گردیده نیز باید به بنزین سوپر  حتی مواد افزودنی بالا برنده اکتان نیز اضافه شود تا این خودروها با مشکل روبرو نشوند ، البته در این مورد حتما باید دقت شود این افزودنیها دارای سرب نباشند ، چرا که سرب ظرف چند دقیقه CatalystConverter خودروی شما را از کار خواهد انداخت .