Tweet
Trước đây các loại xăng dùng cho xe hơi và máy bay thường được pha thêm tetraethyl chì ((CH3CH2)4Pb) để gia tăng khả năng chống cháy tự động (auto-ignition) trước khi bugi (spark plug) nẹt lửa nhằm tiết kiệm nhiên liệu và gia tăng công suất cho động cơ. Tuy nhiên loại xăng này sau khi cháy sẽ thải vào môi trường nhiều độc chất có hại nên không còn được sử dụng nữa.
Sau này, nhằm tránh sự phụ thuộc quá nặng nề vào nguồn cung cấp có giới hạn của dầu thô, nhiều quốc gia kể cả Hoa Kỳ đã cho phép dùng xăng có pha 10 % cồn ethanol (C2H5OH) thường được chế biến từ bắp hoặc dùng methanol (CH3OH) thường được chế biến từ các nguồn khí thiên nhiên (natural gas) hay rác thải như một loại nhiên liệu thay thế. Tuy nhiên điều này cũng có thể gây nên những tác hại khó lường cho các cơ phận như kim phun nhiên liệu (fuel injector), vòng cao su làm kín (o-ring), ống dẫn xăng (fuel line), và thùng chứa nhiên liệu (fuel tank). Ngoài ra những hóa chất này cũng có thể ăn mòn kim loại và một số các vật liệu khác tạo nên hiện tượng rò rỉ xăng và chạm điện mà kết quả là những vụ cháy xe bất ngờ rất khó tìm được nguyên nhân.
Trên thị trường hiện nay, các bơm xăng phải ghi chú rõ là xăng không pha chì (unleaded) và các số liệu trên đó như 87, 89 và 94 cho biết chỉ số octane (octane rating) của từng loại xăng. Tùy theo từng địa phương, xăng các loại có những tên gọi khác nhau như Regular, Mid-grade, Premium, hay Regular, Regular Plus, Premium Plus, tuy nhiên dù mang bất cứ tên gì, điểm chủ yếu dùng phân biệt các loại xăng vẫn là sự khác nhau về chỉ số octane.
Quá trình chưng cất (distillation) và chế biến dầu thô (crude oil) tạo ra nhiên liệu như xăng và dầu diesel để sử dụng cho động cơ, nhựa đường (asphalt) và nhiều phó sản (by-product) khác có ích cho cuộc sống của con người. Tùy theo kỹ thuật chế biến, xăng có cấu tạo hóa học khác nhau được đánh giá dựa trên chỉ số octane.
• Xăng có chỉ số octane cao sẽ có khả năng chịu được áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt động cơ mà không bị tự động bốc cháy trước khi bu-gi nẹt lửa, thích hợp cho động cơ cao tốc, có tỉ số nén (compression ratio) cao.
• Xăng có chỉ số octane thấp dễ tự động bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao, chỉ thích hợp cho động cơ có tỉ số nén thấp.
Vì thế xăng sử dụng cho một loại động cơ nào nhất thiết phải thích hợp với tỉ số nén của loại động cơ đó.
Tỉ số nén (compression ratio) là tỉ số giữa tổng dung tích xy lanh (piston displacement) và dung tích buồng đốt trên dung tích buồng đốt:
b: Đường kính xy lanh (bore)
s: Khoảng chạy hay khoảng cách từ điểm thấp nhất (bottom dead center – BDC) đến điểm cao nhất (top dead center – TDC) của piston trong lòng xy lanh (stroke)
Vc : Dung tích buồng đốt (volume of combustion chamber)
Tỉ số nén của các loại động cơ thường biến động từ 7:1 đến trên 10:1. Quan hệ trên đây cho thấy tỉ số nén tỉ lệ thuận với dung tích xy lanh và tỉ lệ nghịch với dung tích buồng đốt. Tỉ số nén càng cao, áp suất và nhiệt độ của buồng đốt vào cuối thì nén càng lớn, nhiên liệu sẽ được đốt cháy trọn vẹn hơn, ít hao tốn và cho công suất cao.
Các biện pháp kỹ thuật như tăng dung tích xy lanh (xoáy nòng), giảm dung tích buồng đốt (mài nắp xy lanh) thường được áp dụng nhằm tăng tỉ số nén. Tuy nhiên việc làm này cũng có những giới hạn của nó, nếu không động cơ sẽ chóng bị hỏng vì các chi tiết máy có thể bị quá tải (overloaded).
Động cơ nổ được thiết kế để bugi nẹt lửa nhằm đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt của động vào cuối thì nén (compression stroke), đúng vào một thời điểm thích hợp tương ứng với số vòng quay của trục máy (crankshaft) lúc đó (Fig b). Lúc này piston đang di chuyển lên đến gần TDC.
Ngay khi bugi nẹt lửa, nhiên liệu cháy lan dần từng lớp từ bugi ra ngoài (flame propagation) khiến cho áp suất và nhiệt độ buồng đốt tăng dần, trong lúc piston vẫn tiếp tục di động lên phía trên. Trong thì nổ dãn (power stroke) (Fig c), khi piston vừa qua khỏi TDC để đi xuống dưới thì phần lớn nhiên liệu đã được đốt cháy tạo nên áp suất cực đại tác động lên đỉnh piston.
Nếu dùng nhiên liệu có chỉ số octane quá thấp, nó có thể tự động bốc cháy trước khi bugi nẹt lửa (auto-ignition). Áp suất trong buồng đốt tăng lên quá nhanh khi piston còn cách xa TDC trong lúc đang đi lên, hiện tượng đối lực này sẽ tạo ra những tiếng nổ dộng (knock). Sau đó, khi piston đã qua được TDC để đi xuống trong thì nổ dãn thì lực tác dụng (force) lên đỉnh của nó đã giảm quá thấp do nhiên liệu trong buồng đốt chỉ còn lại rất ít. Công suất máy vì thế bị giảm thiểu và lượng nhiên liệu tiêu thụ lại tăng cao hơn mức bình thường.
Work = Force x Distance
Công = Lực tác dụng x Khoảng cách dịch chuyển của piston
Cần tham khảo sách hướng dẫn sử dụng xe (owner’s manual) để biết rõ loại xăng nào thích hợp cho chiếc xe mà mình đang sử dụng.
Trên thị trường nhiên liệu hiện nay, người ta sử dung 3 loại chỉ số octane (octane rating hay octane number) để phân loại xăng.
• Research Octane Number (RON):
Chỉ số octane này được xác định bằng cách cho một động cơ thử nghiệm, hoạt động với nhiều tỉ số nén khác nhau rồi so sánh khả năng chống cháy tự động của loại nhiên liệu đang sử dụng với việc sử dụng một hỗn hợp nhiên liệu khác gồm iso-octane và n-heptane.
• Motor Octane Number (MON):
Chỉ số octane này được xác định bằng cách dùng một động cơ tương tự như trên, hoạt động với tốc độ cao và với những thời điểm nẹt lửa khác nhau của bugi (variable ignition timing) để khảo sát khả năng chống cháy tự động của nhiên liệu đang được sử dụng.
• (R+M)/2:
Chỉ số octane có trị số trung bình cộng của hai chỉ số octane nói trên.
Các trạm bơm xăng ở phần lớn các quốc gia ở Âu và Úc châu sử dụng RON (Research Octane Number). Trong khi đó Hoa Kỳ, Canada và một số nước khác lại sử dụng(R+M)/2 hay AKI (Anti-Knock Index). Thông thường sự chênh lệch giữa hai chỉ số RON và MON là từ 8 đến 10, điều này có nghĩa là xăng sử dụng ở Hoa Kỳ sẽ có trị số octane ghi chú ở bơm xăng thấp hơn từ 4 đến 5 đơn vị so với trị số ghi chú ở bơm xăng của châu Âu. Nói cách khác nếu ở Hoa Kỳ xăng có chỉ số octane là 87 sẽ tương đương với chỉ số 91 đến 92 của châu Âu và Úc châu.
Đây là những chỉ số octane tối thiểu được sử dụng để chọn loại xăng thích hợp cho chiếc xe mình đang sử dụng. Tóm lại:
• Thường xuyên dùng xăng có chỉ số octane thấp quá mức qui định của nhà chế tạo (regular hay regular plus thay vì premium plus) tuy tiết kiệm được một số tiền lúc đổ xăng nhưng sẽ khiến cho động cơ không đạt được công suất tối đa, mức tiêu hao nhiên liệu tăng và xe chóng hỏng.
• Thường xuyên dùng xăng có chỉ số octane cao quá mức qui định của nhà chế tạo (premium plus thay vì regular hay regular plus) sẽ không làm cho động cơ sạch hoặc mạnh hơn như chúng ta thường suy nghĩ nhưng lại có hại cho ‘túi tiền’ vì giá chênh lệch giữa hai loại xăng này vào khoảng 20 cents/gallon. Như vậy mỗi lần đổ đầy xăng sẽ tốn hơn khoảng từ 2 đến 3 US dollars, tùy theo từng loại xe !!!
Chúc các bạn may mắn.
Hùng Nguyễn (72 CKO)
Ethanol
Sau này, nhằm tránh sự phụ thuộc quá nặng nề vào nguồn cung cấp có giới hạn của dầu thô, nhiều quốc gia kể cả Hoa Kỳ đã cho phép dùng xăng có pha 10 % cồn ethanol (C2H5OH) thường được chế biến từ bắp hoặc dùng methanol (CH3OH) thường được chế biến từ các nguồn khí thiên nhiên (natural gas) hay rác thải như một loại nhiên liệu thay thế. Tuy nhiên điều này cũng có thể gây nên những tác hại khó lường cho các cơ phận như kim phun nhiên liệu (fuel injector), vòng cao su làm kín (o-ring), ống dẫn xăng (fuel line), và thùng chứa nhiên liệu (fuel tank). Ngoài ra những hóa chất này cũng có thể ăn mòn kim loại và một số các vật liệu khác tạo nên hiện tượng rò rỉ xăng và chạm điện mà kết quả là những vụ cháy xe bất ngờ rất khó tìm được nguyên nhân.
Methane chế biến từ rác thải.
Trên thị trường hiện nay, các bơm xăng phải ghi chú rõ là xăng không pha chì (unleaded) và các số liệu trên đó như 87, 89 và 94 cho biết chỉ số octane (octane rating) của từng loại xăng. Tùy theo từng địa phương, xăng các loại có những tên gọi khác nhau như Regular, Mid-grade, Premium, hay Regular, Regular Plus, Premium Plus, tuy nhiên dù mang bất cứ tên gì, điểm chủ yếu dùng phân biệt các loại xăng vẫn là sự khác nhau về chỉ số octane.
Bơm xăng.
Quá trình chưng cất (distillation) và chế biến dầu thô (crude oil) tạo ra nhiên liệu như xăng và dầu diesel để sử dụng cho động cơ, nhựa đường (asphalt) và nhiều phó sản (by-product) khác có ích cho cuộc sống của con người. Tùy theo kỹ thuật chế biến, xăng có cấu tạo hóa học khác nhau được đánh giá dựa trên chỉ số octane.
• Xăng có chỉ số octane cao sẽ có khả năng chịu được áp suất và nhiệt độ cao trong buồng đốt động cơ mà không bị tự động bốc cháy trước khi bu-gi nẹt lửa, thích hợp cho động cơ cao tốc, có tỉ số nén (compression ratio) cao.
• Xăng có chỉ số octane thấp dễ tự động bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao, chỉ thích hợp cho động cơ có tỉ số nén thấp.
Vì thế xăng sử dụng cho một loại động cơ nào nhất thiết phải thích hợp với tỉ số nén của loại động cơ đó.
Kết cấu cơ bản của động cơ xăng 4 thì.
Tỉ số nén (compression ratio) là tỉ số giữa tổng dung tích xy lanh (piston displacement) và dung tích buồng đốt trên dung tích buồng đốt:
b: Đường kính xy lanh (bore)
s: Khoảng chạy hay khoảng cách từ điểm thấp nhất (bottom dead center – BDC) đến điểm cao nhất (top dead center – TDC) của piston trong lòng xy lanh (stroke)
Vc : Dung tích buồng đốt (volume of combustion chamber)
Buồng đốt của động cơ 4 xy lanh.
Tỉ số nén của các loại động cơ thường biến động từ 7:1 đến trên 10:1. Quan hệ trên đây cho thấy tỉ số nén tỉ lệ thuận với dung tích xy lanh và tỉ lệ nghịch với dung tích buồng đốt. Tỉ số nén càng cao, áp suất và nhiệt độ của buồng đốt vào cuối thì nén càng lớn, nhiên liệu sẽ được đốt cháy trọn vẹn hơn, ít hao tốn và cho công suất cao.
Các biện pháp kỹ thuật như tăng dung tích xy lanh (xoáy nòng), giảm dung tích buồng đốt (mài nắp xy lanh) thường được áp dụng nhằm tăng tỉ số nén. Tuy nhiên việc làm này cũng có những giới hạn của nó, nếu không động cơ sẽ chóng bị hỏng vì các chi tiết máy có thể bị quá tải (overloaded).
Động cơ nổ được thiết kế để bugi nẹt lửa nhằm đốt cháy nhiên liệu trong buồng đốt của động vào cuối thì nén (compression stroke), đúng vào một thời điểm thích hợp tương ứng với số vòng quay của trục máy (crankshaft) lúc đó (Fig b). Lúc này piston đang di chuyển lên đến gần TDC.
Ngay khi bugi nẹt lửa, nhiên liệu cháy lan dần từng lớp từ bugi ra ngoài (flame propagation) khiến cho áp suất và nhiệt độ buồng đốt tăng dần, trong lúc piston vẫn tiếp tục di động lên phía trên. Trong thì nổ dãn (power stroke) (Fig c), khi piston vừa qua khỏi TDC để đi xuống dưới thì phần lớn nhiên liệu đã được đốt cháy tạo nên áp suất cực đại tác động lên đỉnh piston.
Nguyên lý vận hành của động cơ xăng 4 thì.
Nếu dùng nhiên liệu có chỉ số octane quá thấp, nó có thể tự động bốc cháy trước khi bugi nẹt lửa (auto-ignition). Áp suất trong buồng đốt tăng lên quá nhanh khi piston còn cách xa TDC trong lúc đang đi lên, hiện tượng đối lực này sẽ tạo ra những tiếng nổ dộng (knock). Sau đó, khi piston đã qua được TDC để đi xuống trong thì nổ dãn thì lực tác dụng (force) lên đỉnh của nó đã giảm quá thấp do nhiên liệu trong buồng đốt chỉ còn lại rất ít. Công suất máy vì thế bị giảm thiểu và lượng nhiên liệu tiêu thụ lại tăng cao hơn mức bình thường.
Work = Force x Distance
Công = Lực tác dụng x Khoảng cách dịch chuyển của piston
Cần tham khảo sách hướng dẫn sử dụng xe (owner’s manual) để biết rõ loại xăng nào thích hợp cho chiếc xe mà mình đang sử dụng.
Trên thị trường nhiên liệu hiện nay, người ta sử dung 3 loại chỉ số octane (octane rating hay octane number) để phân loại xăng.
• Research Octane Number (RON):
Chỉ số octane này được xác định bằng cách cho một động cơ thử nghiệm, hoạt động với nhiều tỉ số nén khác nhau rồi so sánh khả năng chống cháy tự động của loại nhiên liệu đang sử dụng với việc sử dụng một hỗn hợp nhiên liệu khác gồm iso-octane và n-heptane.
• Motor Octane Number (MON):
Chỉ số octane này được xác định bằng cách dùng một động cơ tương tự như trên, hoạt động với tốc độ cao và với những thời điểm nẹt lửa khác nhau của bugi (variable ignition timing) để khảo sát khả năng chống cháy tự động của nhiên liệu đang được sử dụng.
• (R+M)/2:
Chỉ số octane có trị số trung bình cộng của hai chỉ số octane nói trên.
Các trạm bơm xăng ở phần lớn các quốc gia ở Âu và Úc châu sử dụng RON (Research Octane Number). Trong khi đó Hoa Kỳ, Canada và một số nước khác lại sử dụng(R+M)/2 hay AKI (Anti-Knock Index). Thông thường sự chênh lệch giữa hai chỉ số RON và MON là từ 8 đến 10, điều này có nghĩa là xăng sử dụng ở Hoa Kỳ sẽ có trị số octane ghi chú ở bơm xăng thấp hơn từ 4 đến 5 đơn vị so với trị số ghi chú ở bơm xăng của châu Âu. Nói cách khác nếu ở Hoa Kỳ xăng có chỉ số octane là 87 sẽ tương đương với chỉ số 91 đến 92 của châu Âu và Úc châu.
Đây là những chỉ số octane tối thiểu được sử dụng để chọn loại xăng thích hợp cho chiếc xe mình đang sử dụng. Tóm lại:
• Thường xuyên dùng xăng có chỉ số octane thấp quá mức qui định của nhà chế tạo (regular hay regular plus thay vì premium plus) tuy tiết kiệm được một số tiền lúc đổ xăng nhưng sẽ khiến cho động cơ không đạt được công suất tối đa, mức tiêu hao nhiên liệu tăng và xe chóng hỏng.
• Thường xuyên dùng xăng có chỉ số octane cao quá mức qui định của nhà chế tạo (premium plus thay vì regular hay regular plus) sẽ không làm cho động cơ sạch hoặc mạnh hơn như chúng ta thường suy nghĩ nhưng lại có hại cho ‘túi tiền’ vì giá chênh lệch giữa hai loại xăng này vào khoảng 20 cents/gallon. Như vậy mỗi lần đổ đầy xăng sẽ tốn hơn khoảng từ 2 đến 3 US dollars, tùy theo từng loại xe !!!
Chúc các bạn may mắn.
Hùng Nguyễn (72 CKO)
Comment