Phụ gia tăng chỉ số octane trong xăng

Phụ gia tăng chỉ số octane trong xăng

1.1 Tổng quan về xăng

1.2 Khái niệm cơ bản về xăng

Xăng là hỗn hợp của các chấthydrocarbon Nói cách khác, xăng

là nhóm hợp chất hữu cơ có côngthức phân tử CnH2n+2, gồm mạchcarbon thẳng chứa từ 7 – 11nguyên tử C, và các nguyên tửhydrogen Ngoài ra ta cũng có thể

định nghĩa, Xăng, hay còn gọi là ét-xăng (phiên âm từ tiếng

Pháp: essence), là một loại dungdịch nhẹ chứa Hyđrocacbon, dễ bayhơi, dễ bốc cháy, cất từ dầu mỏ.Xăng được sử dụng như mộtloại nhiên liệu, làm chất đốt chocác loại động cơ xăng

Xăng được chế biến từ dầu mỏbằng phương pháp chưng cất trực tiếp và cracking,… có tỷ trọng d15= từ 0.07 đến 0.75, dễbay hơi, dễ cháy, có mùi đặc trưng, nhiệt độ sôi từ 35-200oC

Khi chúng ta đốt xăng cháyhoàn toàn, trong điều kiện đủoxigen, nó sẽ tạo ra khí carbonic(CO2) từ các nguyên tử C, và hơinước (H2O) từ các nguyên tử H, đồng thời phản ứng cháy này sẽ tỏa ra rất nhiều nhiệt.Một gallon xăng (3,85 lit), khi cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra 132x106 joules nhiệt năng, haytương đương 36.650 watt-hours Để dễ hình dung năng lượng chứa trong 1 gallon xăng(3,85 lít) nhiều ít ra sao, chúng ta thử làm vài so sánh như sau:

Sống ở Hà Nội, Đà Lạt hay ở những vùng núi cao, vào những ngày mùa đông lạnhlẽo bạn muốn sưởi ấm căn phòng của mình Bạn lấy ra một máy sưởi 1500 W, cắm điện

và bật quạt sưởi ở số mạnh nhất Lượng nhiệt tỏa ra trong 24 giờ từ chiếc máy sưởi nàykhi hoạt động như vậy, sẽ tương đương với nhiệt năng của 1 gallon xăng khi cháy tỏa ra.Chúng ta cũng thường nói về calorie của thực phẩm, tức năng lượng do thực phẩmcung cấp khi cơ thể chúng ta tiêu hóa và hấp thu hoàn toàn lượng thực phẩm đó Nếu qui

Hình 1: Các loại phân tử hydrocarbon phổ biến

trong thành phần của xăng

đổi năng lượng tạo ra khi đốt cháy 1 gallon xăng ra số calorie, con số này sẽ là 31.000calorie Tương đương với năng lượng của 110 chiếc bánh mì kẹp thịt hamburger của tiệmMac Donalds, hay của Kentucky Fried Chicken – KFC.

1.3 Phân loại xăng và một số tính chất đặc trưng

1.4 phân loại

Căn cứ vào Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776: 2005 – Tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì, xăng sử dụng tại Việt Nam được phân thành 3 loại cơ bản:

− Xăng mogas 95 (M95): Có mùi đặc trưng, màu vàng, được sử dụng cho

phương tiện có tỉ số nén trên 9,5/1 như các xe hơi đời mới, xe đua, có trị số ốctan

là 95

− Xăng mogas 92 (M92): Có mùi đặc trưng, màu xanh lá, được sử dụng cho

phương tiện có tỉ số nén 9,5/1, có trị số ốctan là 92

− Xăng mogas 83 (M83): Có mùi đặc trưng, màu vàng, được sử dụng cho

phương tiện có tỉ số nén 8/1, có trị số ốctan là 83 Hịện xăng này ít được sử dụngtrên thị trường

1.5 Các chỉ tiêu chất lượng đặc trưng

Tính chống kích nổ

Có hai hiện tượng cháy có thể xảy ra: Cháy bình thường, cháy kích nổ Trị số ốctancủa xăng biểu hiện tính chống kích nổ của xăng Xăng có trị số ốctan càng cao thì tínhchống kích nổ càng cao VD: M95 Xăng có trị số ốctan cao sử dụng cho động cơ có tỉ sốnén cao

Tính bay hơi thích hợp

Xăng muốn cháy được trong máy thì phải bay hơi Xăng bay hơi thích hợp thì sẽcháy tốt trong máy Nếu xăng bay hơi không thích hợp thì máy sẽ không phát huy đượchết công suất, hao xăng nhiều và gặp phải những sự cố kỹ thuật sau: Hiện tượng nghẹtxăng hay nút hơi Hiện tượng ngộp xăng (sặc xăng)

Tính ổn định hóa học cao

Khả năng giữ vững bản chất hóa học chống lại ảnh hưởng của môi trường xungquanh gọi là tính ổn định hóa học của xăng Tính ổn định hóa học của xăng bị ảnh hưởngnhiều bởi các yếu tố: nhiệt độ, diện tiếp xúc với không khí, độ sạch và khô của vật chứa,

mức độ tồn chứa và thời gian tồn chứa Xăng có hàm lượng keo nhựa càng cao thì có tính

ổn định hóa học càng thấp

Thông có sự ăn mòn, tạp chất cơ học và nước

Xăng có tính ăn mòn kim lọai do sự có mặt của các hợp chất lưu hùynh, các axít, keonhựa chưa tinh chế hết trong quá trình chế biến Tạp chất cơ học có trong xăng gồm nhữngchất từ bên ngòai rơi vào trong quá trình bơm rót, vận chuyển như cát, bụi, v.v… Nước từbên ngoài rơi vào xăng trong quá trình xuất, nhập, tồn chứa

1.6 Nguồn gốc của xăng

Xăng là sản phẩm của quá trình chưng cất dầu thô Dầu thô được khoan và bơm lên

từ lòng đất, là một chất lỏng hơi sệt, màu nâu sẫm, nó là một hỗn hợp của rất nhiều loạihydrocarbon có công thức cấu tạo khác nhau Mỗi loại hydrocarbon có chiều dài và cấutạo phân tử khác nhau sẽ có các tính chất hóa, lý khác nhau Mạch carbon càng dài, trọnglượng phân tử càng lớn hơn

Hợp chất hydrocarbon có từ 1 đến 4 nguyên tử C như Methane (CH4), Ethane(C2H6), Propane (C3H8), và Butane (C4H10) là các chất khí ở nhiệt độ thường Với sốnguyên tử C từ 5 – 18, là các hydrocarbon ở dạng lỏng Với số nguyên tử C ≥ 19, hợpchất hydrocarbon là các chất rắn ở nhiệt độ thường Tất nhiên chúng ta dễ suy luận là cáchydrocarbon có mạch carbon càng dài sẽ có độ sôi càng cao Dựa vào đặc tính này mà các

kỹ sư có thể thiết kế tháp chưng cất để tách các loại hydrocarbon khác nhau ra từng nhómriêng biệt từ dầu thô

Trong nhà máy lọc dầu như Dung Quất ở Bình Sơn, Quảng Ngãi, quá trình chưngcất dầu thô xãy ra như vậy Dầu thô được đun nóng liên tục và các loại hydrocarbon nhưcác chất khí, dung môi hữu cơ, xăng, dầu hỏa, dầu diesel, dầu nhờn, paraffin… được tách

ra từ cột tháp chưng cất ở những tầng có nhiệt độ ngưng tụ khác nhau Nhóm hydrocarbon

ở nhiệt độ sôi thấp sẽ được tách ra trước tiên nằm ở phần cao nhất của tháp chưng cất Vềphía đáy tháp là các hydrocarbon nặng hơn được tách ra Chúng ta có thể hiểu rõ hơn quitrình chưng cất dầu thô, hay còn gọi là qui trình lọc dầu, từ sơ đồ bên dưới

Hình 2: Sơ đồ tháp chưng cất dầu thô.

Dầu thô (crude oil) được đun nóng bốc hơi và tách ra theo từng nhóm trong thápchưng cất phân đoạn (distillation column), ở các khoảng nhiệt độ khác nhau, có thể diễn

4 Tiếp theo nhóm xăng là các hydrocarbon thuộc nhóm dầu hỏa (kerosene), côngthức cấu tạo của chúng có từ 12 – 15 nguyên tử C

5 Tiếp theo dầu hỏa, xuống bên dưới của tháp chưng cất, là dầu diesel, và kế bêndưới dầu diesel là loại dầu nặng hơn dùng để đốt lò sưởi

6 Tiếp xuống phía dưới là dầu nhờn bôi trơn động cơ, còn gọi với tên thông dụng lànhớt máy, nhớt động cơ (lubricating oil) Mạch carbon của nhóm này khá lớn, do vậy màchúng không thể bốc hơi ở nhiệt độ thường Bạn cũng biết rằng bên trong động cơ đanghoạt động, dầu nhờn thường xuyên ở nhiệt độ 121ºC mà không bị bốc hơi (nhìn lại trên sơ

đồ tháp chưng cất, bạn sẽ hiểu vì sao) Các chất bôi trơn này gồm nhiều loại, từ loại lỏngcho động cơ; đặc sánh hơn cho các hộp số mạnh (gear oil); dặc hơn nữa như mỡ bôi trơn

cơ phận (grease) Va-zơ-lin (vasoline) dùng để bôi chống khô da khi trời lạnh cũng thuộc

về nhóm này Khi mạch phân tử dài hơn 20 nguyên tử C, các hydrocarbon ở thể rắn và cótên gọi là paraffin hay sáp

7 Cuối cùng là nhựa đường, hay dầu hắc dùng để trải đường cho xe chạy Tất cả cácsản phẩm trên đều lấy ra từ dầu thô Và các bạn thấy là chỉ dựa vào chiều dài khác nhau

của mạch Carbon (C) mà chúng ta có thể tách các nhóm hợp chất hữu cơ Hydrocarbon ra,bằng phương pháp chưng cất theo cột bốc hơi phân đoạn.

1.7 Sự phát triển của xăng pha chì

Xăng pha chì ra đời giúp ngành công nghiệp ôtô chuyển sang một bước phát triểnmới nhưng nó đã bị cấm sử dụng do gây tác động xấu đến sức khoẻ con người

Phát hiện của Charles F Kettering, trưởng phòng nghiên cứu, sáng chế viên cao cấphãng General Motors và đồng nghiệp Thomas Midgley về nguyên nhân của hiện tượngkích nổ vào những năm đầu của thập niên 1910 đã đưa ra thách thức mới cho ngành côngnghiệp ôtô thời kỳ đó: Tìm kiếm giải pháp nâng cao tính chất chống kích nổ của nhiênliệu

Trong suốt khoảng thời gian gần 10 năm sau đó, các hãng xe hơi, các công ty dầukhí, công ty hoá chất đã huy động rất nhiều nhà nghiên cứu, chi những khoản tiền khổng

lồ để giúp họ tập trung vào nghiên cứu, thử nghiệm hàng loạt các đề án nhằm loại bỏ hiệntượng kích nổ Lịch sử ngành công nghiệp ôtô lại một lần nữa ghi tên những nghiên cứuviên xuất sắc của hãng General Motor Thomas Midgley, ngày 9/12/1921, đã khám phá ratính chất chống kích nổ đặc biệt của hợp chất cơ kim chứa chì mang tên “chì tetra-ethyl”.Một thành công ngoài sức tưởng tượng của Thomas Midgley sau hơn 5 năm tiến hành thửnghiệm với hàng trăm chất phụ gia khác nhau

Tuy nhiên, Thomas Midgley không chỉ khám phá ra “chì tetra-ethyl”, trước đó ôngcòn phát hiện ra rằng cồn cũng là một chất có những khả năng tương tự Năm 1921, trongthư gửi cho Charles F Kettering, lúc đó là Phó chủ tịch General Motors, Thomas Midgleyviết “cồn là nhiên liệu của tương lai” Lý do ông đưa ra là hợp chất đó cực kỳ phổ biến vàđồng thời nó được điều chế dễ dàng từ hợp chất cũng phổ biến không kém: tinh bột.Thomas Midgley coi đó như là sự thay thế hoàn hảo cho nhiên liệu động cơ khinguồn tài nguyên dầu cạn kiệt Nhưng vào thời kỳ đó, người ta không thể điều chế đượccồn hoàn toàn tinh khiết để làm nhiên liệu vì trong cồn luôn luôn tồn tại một tỷ lệ nướcnhất định, chúng tạo thành một hỗn hợp đẳng phí và thành phần đó không bị phá vỡ dướimọi dạng chưng cất và mọi công nghệ tinh chế

Ý tưởng về nguồn nhiên liệu dùng cồn bị phá sản, Detroit (nơi đặt trụ sở chính củaGeneral Motors cũng như hai hãng xe lớn khác của nước Mỹ là Ford và Chrysler) lựachọn “chì tetra-ethyl” làm giải pháp cho hiện tượng kích nổ Chỉ cần 3-4 cc hợp chất nàytrong một gallon nhiên liệu (3,79 lít), hiện tượng kích nổ hoàn toàn biến mất Detroitkhông cần biết nguyên lý hoạt động của “chì tetra-ethyl” và cũng không quan tâm đếnviệc Thomas Midgley vẫn bảo vệ cho quan điểm dùng cồn làm nhiên liệu General Motor

đã nâng ngành công nghiệp ôtô lên tầm cao mới, một thời kỳ phát triển mới với nhữngđộng cơ có tỷ số nén cao hơn, mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn.Năm 1923, song song với việc cải tiến động cơ, thiết kế những mẫu xe mới, GeneralMotor bắt đầu sản xuất “chì tetra-ethyl” thương mại và sau khi liên kết với hãng dầu khíStandard Oil (Exxon Mobil ngày nay) vào năm 1924 để thành lập lên công ty Ethyl Corp.Hàng loạt công ty hoá chất khác tham gia vào liên minh này với tư cách là thành viên thứ

3 Xăng pha chì bắt đầu chiếm lĩnh thị trường, sản lượng “chì tetra-ethyl” không ngừngtăng và chỉ một thời gian ngắn sau đó tất cả các loại xăng trên thế giới đều pha “chì tetra-ethyl” Nó mang về cho General Motors lợi nhuận khổng lồ, đến nỗi Charles F Kettering

đã phải thốt lên: “Đó là món quà từ thiên đường!”

Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô gắn liền với “chì tetra-ethyl” trong suốt mộtthời gian dài Nhưng, như bao hoá chất thông dụng khác, bên cạnh những tính năng vượttrội, “chì tetra-ethyl” bắt đầu có những ảnh hưởng đến sức khoẻ con người trên diện rộng.Không phải đến tận khi có những số liệu thống kê về số người bị chết, bị thương do hítphải quá nhiều khí thải từ xăng pha chì người ta mới biết đến những tính chất độc hại của

nó Ngay từ những năm 1925, trong cuộc hội thảo về “chì tetra-ethyl” do Cục sức khoẻcộng đồng Mỹ tổ chức, Hamilton đã gọi General Motors và Charles F Kettering là

“những kẻ giết người không hơn, không kém” khi cho phổ biến “chì tetra-ethyl”

Năm 1975, Mỹ chính thức phê chuẩn quyết định cắt giảm hàm lượng “chì ethyl” trong xăng, và đến năm 1986 cấm hoàn toàn việc sử dụng xăng pha chì Ở châu

tetra-Âu, xăng pha chì bị cấm sử dụng vào những năm 1990 Còn ở Việt Nam, ngày 1/11/2001,Thủ tướng cũng đã ra quyết định cấm sử dụng xăng pha chì trên phạm vi toàn quốc

Quyết định khai tử “chì tetra-ethyl” mang lại cho chúng ta sự yên tâm về sức khoẻ,nhưng lại đặt ra cho các nhà phát triển năng lượng một câu hỏi hóc búa: dùng chất gì đểnâng cao chỉ số octan của nhiên liệu mà không làm ảnh hưởng đến sức khoẻ con người?Thế giới một lần nữa quay lại với nhận định của Thomas Midgley “Cồn: nhiên liệu củatương lai”

2 Chỉ số Octane

2.1 Chỉ số octane của xăng

Nếu bạn có kiến thức về động cơ đốt trong, bạn hiểu rắng đa phần động cơ ô tô làloại động cơ xăng 4 -Thì, tức là quá trình hoạt động của động cơ xãy ra theo chu trình 4giai đoạn: Nén, Nổ, Xả và Nạp Ở giai đoạn Nén (compression stroke), pit-tông (piston)

ép hỗn hợp gồm không khí và hơi xăng trong xy-lanh (cylinder) trước khi hỗn hợp này bị

đốt bằng tia lửa điện từ bu-gi (spark plug) và gây nổ Hệ số nén của động cơ (compressionratio) thông thường là 8.

Chỉ số Octane của xăng sẽ nói lên được áp suất mà hỗn hợp xăng và không khí cóthể bị nén trong xi-lanh động cơ, trước khi bu-gi đánh lửa gây nổ Nếu hỗn hợp hơi xăng

và không khí này bị nén chưa đạt tới tỉ số nén 8 và đã phát nổ (nổ trước khi bu-gi đánhlửa), nó sẽ tạo ra các va đập bên trong và có thể gây hư hại, cũng như làm giảm công suấtđộng cơ Loại xăng có chỉ số Octane thấp, như xăng 92 bán trên thị trường hiện nay, có tỉ

số nén thấp nhất trước khi bị kích nổ bởi bu-gi Tỉ số nén của động cơ sẽ xác định chỉ sốOctane của nhiên liệu dành cho nó Nếu chúng ta muốn tăng mã lực của động cơ, chỉbằng cách thay đổi nhiên liệu, chúng ta phải chọn loại xăng nào có chỉ số Octane cao, tức

tỉ số chịu nén cao

Tóm lại, động cơ sẽ hoạt động tối hảo ở tỉ số nén cao nhất của nó, sẽ đòi hỏi nhiênliệu tốt hơn, với chỉ số octane cao Và sự bất tiện ở đây, khi chúng ta muốn động cơ xehoạt động hoàn hảo, đó là chúng ta phải mua loại xăng tốt hơn với giá đắt hơn

Xăng là một hỗn hợp của các hydrocarbon có mạch Carbon từ C7 đến C11 Trong

đó, thành phần Heptane - C7H16, chịu nén rất dở, chỉ cần tăng áp suất lên một chút là nó đãphát nổ mà không cần tia lửa điện của bu-gi trong xi-lanh động cơ Octane ngược lại, chịunén được dưới áp suất rất cao Lọai xăng Octane 92 bán trên thị trường có nghĩa là gồm92% Octane và 8% Heptane (hay của một hỗn hợp hydrocarbon có khả năng chịu néntương đương với tỉ lệ 92/8 của 2 loại trên) Nếu động cơ của xe bạn hoạt động với tỉ sốnén cao hơn, bạn nên chọn loại xăng có chỉ số Octane cao hơn xăng 92

2.2 Lịch sử chỉ số octane

Gần hai thập kỷ từ sau khi Carl Benz chế tạochiếc xe chạy bằng động cơ xăng đầu tiên, cácchuyên gia kỹ thuật mới nhận ra rằng hiện tượngkích nổ không cho phép họ tuỳ ý tăng sức mạnh củađộng cơ đốt trong

Những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, lịch

sử của động cơ đốt trong bước sang một trang mới.Người khởi xướng cho cuộc cách mạng công nghệôtô - xe máy thời kỳ đó là Gottlieb WilhelmDaimler, nhà thiết kế động cơ người Đức, khi vàonăm 1885, ông thử nghiệm thành công loại xe haibánh chạy bằng động cơ đốt trong một xi-lanh

Hình 3: Bộ đốt nhiên liệu taọ áp suất

Song song và độc lập với Wilhelm Daimler, năm 1886, Carl Freidrich Benz nhận đượcbằng sáng chế về phát minh “vận chuyển bằng động cơ dùng xăng” với chiếc xe 4 bánh,động cơ làm lạnh trong một xi-lanh Và ở bên kia bờ Đại Tây Dương, năm 1903, đánhdấu sự ra đời của một trong những hãng xe nổi tiếng nhất hiện nay, Ford Motor Company

do Henry Ford thành lập

Lợi nhuận kếch xù thu được từ việc sản xuất xe hơi cộng với sự xuất hiện của hàngloạt các phát minh sáng chế đã kéo tất cả các hãng xe và các nhà phát triển động cơ vàocuộc cạnh tranh gay gắt về công nghệ Các hãng xe thường xuyên nâng cấp cấu tạo củađộng cơ bằng cách tích hợp thêm nhiều tính năng mới như hệ thống làm lạnh trong, hệthống đánh lửa tự động, và điều quan trọng hơn, luôn tin tưởng rằng sức mạnh của động

cơ đốt trong có thể tăng lên một cách tuỳ ý, vì theo lý thuyết nhiệt động học, với tỷ số néncàng cao, hiệu suất nhiệt càng gần đến cực đại

Nhưng, vào năm 1912, họ đã phải khống chế tỷ số nén ở dưới một giá trị tới hạn chophép Nguyên nhân đưa ra quyết định đi ngược với xu thế phát triển đó là những tiếng nổ

“lốc cốc” xuất hiện khi động cơ đang làm việc, nguy hiểm hơn, hiện tượng này còn pháhủy động cơ chỉ sau vài phút xuất hiện Vào thời điểm đó, các kỹ sư cho rằng những tiếng

“lốc cốc” có nguyên nhân từ hệ thống đánh điện được cung cấp cho các loại xe có chứcnăng “đề”, còn những nhà phát triển động cơ cho biết họ có thể nâng cao sức mạnh vàhiệu suất của động cơ nếu hiện tượng đó được khắc phục

Đứng trước thách thức đó, Charles F Kettering, trưởng phòng nghiên cứu của hãngGeneral Motor đã giao cho người đồng nghiệp Thomas Midgley nhiệm vụ phải tìm ra mộtcách chính xác nguyên nhân của hiện tượng

Ban đầu, họ sử dụng máy ghi áp lực Dobbie-McInnes và đã chứng minh rằng nhữngtiếng “lốc cốc” đó không xuất hiện do sự đánh lửa sớm của hệ thống điện, mà nó xuấthiện đúng thời điểm áp suất tăng một cách mãnh liệt sau khi bugi đánh lửa Tuy nhiên,máy ghi áp lực không thích hợp cho các nghiên cứu sâu hơn, vì vậy Midgley và Bob đãdùng một camera tốc độ cao để quan sát chính xác những gì đang diễn ra khi động cơ làmviệc, đồng thời, phát triển một máy hiển thị năng lượng cao để đo mức độ của tiếng nổ.Song song với những thử nghiệm của Thomas Midgley, Sir Harry Ricardo - chuyêngia động cơ của quân đội Hoàng gia Anh - đưa ra khái niệm lựa chọn tỷ số nén tối ưu chocác động cơ có tỷ số nén biến đổi Tuy nhiên, tỷ số mà Ricardo đưa ra không phải là tuyệtđối vì còn rất nhiều các thông số khác như thời gian đánh lửa, tình trạng sạch sẽ, vị trí củachốt đánh lửa, nhiệt độ động cơ…

Các hãng xe, những nhà nghiên cứu động cơ cuối cùng phải thừa nhận rằng, họ đãquên không nghiên cứu, không phát triển một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến quátrình hoạt động của động cơ đốt trong: nhiên liệu Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trongtồn tại một tính chất đặc biệt: nó sẽ tự cháy, tự kích nổ khi bị nén trong xi-lanh dưới ápsuất cao, trước cả khi bugi đánh lửa.

Từ kết quả của những nhà nghiên cứu đi trước, năm 1927, Graham Edgar, một nhânviên trẻ của hãng Ethyl Corporation tại Mỹ, đưa ra đề nghị sử dụng 2 hydrocacbon đểđánh giá mức độ kích nổ cho nhiên liệu: n-heptan và 2,4,4-trimetylpentan, hay còn đượcgọi một cách không chính xác là iso-octan

Iso-octan có chỉ số chống kích nổ cao, còn n-heptan có khả năng chống kích nổ rấtkém và Edgar đã đề nghị sử dụng tỷ số của hai chất này để đánh giá khả năng chống kích

nổ của nhiên liệu sử dụng trong các động cơ đốt trong Ông cũng đã chứng minh rằng, trị

số chống kích nổ của tất cả các loại xăng thương mại ngày đó đều có thể quy về tỷ số thểtích n-heptan: octan nằm trong khoảng 60:40 đến 40:60 Như vậy, nếu chúng ta ra quầyxăng vào những năm 30 của thế kỷ trước, chúng ta chỉ có thể mua được các loại xăng từA40 đến A60 mà thôi

Lý do mang tính kỹ thuật mà Edgar đưa ra khi dùng hai chất này là chúng có nhữngtính chất vật lý rất gần nhau như tính chất bay hơi và đặc biệt là nhiệt độ sôi, chính vì vậy,khi ta thay đổi tỷ số “heptan: iso-octan” từ 100:0 đến 0:100 thì hầu như các thông số trênthay đổi không đáng kể Điều này rất quan trọng đối với quá trình thử nghiệm, vì khảnăng bay hơi của nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của động cơ

Edgar đã thu được rất nhiều thông số từ thử nghiệm này, tuy nhiên, hiện nay, phổbiến nhất vẫn là hai thông số RON (Research Octane Number-chỉ số octan nghiên cứu) vàMON (Motor Octane Number-chỉ số octan động cơ)

2.3 Hai chỉ số octane: RON và MON

Giữa những năm 20 của thế kỷ trước, vào thời điểm GeneralMotors quyết định thương mại hoá sản phẩm chất phụ gia

"chì tetraetyl", hãng nhận ra sự cần thiết phải có một thông sốđịnh lượng xác định tính chất chống kích nổ của xăng

Thông số này phải dễ hiểu, dễ xác định và hơn hết phải có độchính xác cao vì nó được dùng làm cơ sở hàng đầu để phânloại, định giá cho các sản phẩm xăng thương mại, cũng như làyếu tố đóng một vai trò quan trọng đối với các nhà phát triểnđộng cơ

Năm 1927, Graham Egar đã hoàn tất những nghiên cứu của Thomas Midgley khiông giới thiệu phương pháp xác định khả năng chống kích nổ của nhiên liệuthoả mãn tất cả các điều kiện của Detroit, dựa trên tỷ số thể tích của hai chất n-heptan và iso-octan và tên gọi “chỉ số Octan” bắt nguồn từ đây Hiện nay, saugần 80 năm ra đời, phương pháp do Edgar đề nghị vẫn là phương pháp xác định chỉ sốchống kích nổ duy nhất được dùng trong các phòng tiêu chuẩn, phòng kiểm định chấtlượng xăng trên thế giới.

Trải qua nhiều thập niên, có rất nhiều phương pháp đo chỉ số Octan được giới thiệu,ngoài sự phong phú về thiết kế của động cơ còn có cả sự phong phú về các điều kiện vậnhành Giai đoạn 1950-1960, người ta cố gắng thiết lập một phương pháp đo chỉ số Octantiêu chuẩn mang tính toàn cầu, nhằm giảm thiểu sự tồn tại của quá nhiều phương pháp đo,quá nhiều tiêu chuẩn đánh giá riêng của mỗi nước, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển củangành thương mại dầu khí

Trong bối cảnh đó, phương pháp do ASTM (American Society for Testing Materials

- Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ) đề nghị dần trở nên thông dụng và cuối cùng cácnhà kiểm định chất lượng đã thống nhất dùng MON (Motor Octane Number - chỉ sốOctan động cơ) và RON (Research Octane Number - chỉ số Octan nghiên cứu)

Điều kiện đo của phương pháp MON rất khắc nghiệt, tốc độ động cơ cao và duy trìtrong một thời gian dài, mang tải trọng lớn Do vậy, thông số này thích hợp đối với cácloại xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định

Ngược lại, phương pháp RON vận hành ở điều kiện nhẹ nhàng hơn, không thích hợpvới các trường hợp mang tải trọng lớn RON phù hợp cho các loại xe chạy trong thànhphố, thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng nhẹ

Giai đoạn 1940-1960, các kết quả đo RON trở thành một chỉ tiêu quan trọng đánhgiá chất lượng xăng do nó có sự tương ứng với chỉ số Octan mà các nhà thiết kế động cơyêu cầu Nhưng, những năm cuối của thập niên 60 thế kỷ trước, các nhà chế tạo động cơĐức khám phá ra rằng động cơ của họ tự phá huỷ khi chạy trên các xa lộ dài, thậm chíngay cả khi chỉ số RON vẫn nằm trong yêu cầu kỹ thuật

Thiết kế của động cơ có ảnh hưởng đáng kể đến yêu cầu về chỉ số Octan tối ưu củađộng cơ đó (cả về RON và MON) Những năm 1930, hầu hết các phương tiện giao thôngvận tải có sự nhạy cảm đặc biệt với chỉ số RON, và người ta quên đi thông số MON.Trong khi đó, từ năm 1990, động cơ cần cả hai thông số này, điều đó có nghĩa là động cơkhông thể làm việc bình thường chỉ với một thông số độc lập (RON hoặc MON) khi mà

sự thay đổi RON sẽ kéo theo sự thay đổi MON

Hình 4: Thiết bị phân tích

chỉ số octane

Ngăy nay, ở câc loại xăng thương mại dùng cho câc dòng xe hơi cao cấp, bín cạnhRON, MON, thông số RON - MON = “độ nhạy” cũng được đưa văo chỉ tiíu kỹ thuật khiđộng cơ vận hănh Nguyín nhđn đưa ra khâi niệm “độ nhạy” lă do hai phương phâp năyđược tiến hănh ở hai điều kiện khâc nhau, đặc biệt lă nhiệt độ hỗn hợp khí nạp vă tốc độđộng cơ Loại nhiín liệu năo nhạy với sự thay đổi trong quâ trình vận hănh sẽ có sự chínhlệch lớn giữa RON vă MON Nhiín liệu hiện nay thường có độ nhạy nằm trong khoảng10.

2.4 Lựa chọn chỉ số Octane phù hợp

Chỉ số Octan lă một trong những yếu tố quantrọng quyết định quâ trình vận hănh của động cơ.Lựa chọn giâ trị Octan để động cơ "chạy" một câch

ím ả, khoẻ khoắn vă trường kỳ lă yíu cầu hăng đầuđối với những người sở hữu xe

Chỉ số Octan nằm ngoăi danh mục bảo hănhcủa nhă sản xuất vă việc đâp ứng những yíu cầu kỹthuật của nhiín liệu hoăn toăn phụ thuộc văo người

sử dụng Đầu tiín, để lựa chọn được loại xăng phùhợp, bạn cần phải biết kiểu động cơ mă bạn đang sử dụng Thị trường Việt Nam hiện có rấtnhiều hêng xe hơi vă xe gắn mây, mỗi hêng xe đều có những cải tiến, thiết kế riíng chođộng cơ của mình Có thể phđn thănh hai nhóm chính: được vă không được trang bị hệthống điều hănh tự động

Câc loại xe không được trang bị hệ thống điều hănh tự động thường lă xe gắn mây vẵtô đời cũ, chúng có đặc điểm chung lă vẫn dùng bộ chế hoă khí để tạo ra hỗn hợp xănggió

Trong khi đó, hầu hết câc hêng xe hơi có mặt ở Việt Nam hiện nay đều trang bị hệthống điều hănh tự động cho câc sản phẩm của mình Trín câc dòng xe năy không gắn bộchế hoă khí mă nhiín liệu được bơm thẳng văo xi-lanh thông qua thiết bị bơm nhiín liệu tựđộng (EFI - Electronic Fuel Injection)

Đối với câc loại xe không trang bị hệ thống điều hănh tự động, việc lựa chọn chỉ sốOctan sẽ khó khăn hơn vì động cơ không thể tự điều chỉnh về điều kiện vận hănh tối ưu.Hơn nữa, hiện tượng kích nổ phâ huỷ động cơ rất nhanh nín người sử dụng câc loại xe năyphải dùng loại nhiín liệu chắc chắn không gđy ra hiện tượng kích nổ, dưới những điều kiệnvận hănh mă họ thường xuyín gặp phải

Sau khi thử nghiệm với nhiều dạng động cơ vă nhiều loại xăng có chỉ số Octan khâc

Hình 5: nguyín tố iso - octane

nhau, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận lựa chọn chỉ số Octan dựa trên tỷ số nén củamỗi loại động cơ Sự tương quan giữa tỷ số nén với chỉ số Octan tối ưu và tuân theo quyluật nhiệt động học, tăng tỷ số nén đồng thời kéo theo sự tăng chỉ số Octan và hiệu suấtnhiệt động.

Hiệu suất nhiệt động học tăng lên và đạt cực đại khi động cơ ở trạng thái chớm xuấthiện hiện tượng kích nổ Động cơ có tỷ số nén thấp làm hiệu suất làm việc cũng giảmtương ứng

Bảng 1: Quan hệ giữa tỷ số nén và chỉ số Octan

Tỷ số nén Chỉ số octane tối ưu Tỷ số nén Chỉ số octane tối ưu

bị kích nổ)

Dòng xe cao cấp của các hãng xe hơi danh tiếng như Mercedes-Benz, GM Daewoo,Lexus, BMW đang hoạt động ở Việt Nam, động cơ được trang bị hệ thống điều hành tựđộng gồm hai hệ thống thứ cấp: Hệ thống kiểm soát lưu lượng dòng không khí, lưu lượngdòng nhiên liệu, thời gian đánh lửa bugi; và hệ thống cảm biến các thông số nồng độ oxytrong khí thải, mức độ kích nổ, nhiệt độ khí thải, nhiệt độ chất làm mát và nhiệt độ vannạp

Trong trường hợp bạn sử dụng loại xăng có chỉ số Octan khác loại đang dùng, hệthống sẽ lập tức đưa động cơ về trạng thái hoạt động tối ưu nhất đối với loại xăng đó bằngcách thay đổi thông số dòng nhiên liệu, dòng không khí để điều chỉnh hỗn hợp xăng-gió, ralệnh cho bugi đánh lửa sớm hay muộn (độ đánh lửa sớm tỷ lệ thuận với chỉ số Octan, 60đối với xăng 93, 80 với xăng 96 và muộn 40 với xăng 91) Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn cómột giá trị về chỉ số Octan tối ưu dành cho từng loại động cơ ở từng điều kiện vận hành