رقم أوكتان

مقياس لمقدرة البنزين على مقاومة الإحتراق المبكر (طرقات المحرك). وهذا الرقم يقاس بالنسبة إلى خليط من 4,2,2-ثلاثي ميثيل بينتان (أحد متزامرات (isomer) الأوكتان) و إن-هيبتان. فمثلا 87 أوكتان تعني أن البنزين له كفاءة تشغيل مثل خليط من 87% أيزو اوكتان, 13% إن-هيبتان. وهذا النظام تم عمله بواسطة رسل ماركر.

عدد الأوكتان العدد الذي يوضح إلى أي مدى يقاوم وقود المحرك الخبط. ويحدث الخبط عندما يحترق آخر وقود في أسطوانة المحرك فورا أو سريعا جدا. ويمكن الحصول على عدد أوكتان وقود المحرك بمقارنة ميل الوقود للخبط مع ميل وقود مرجعي في محرك اختبار. والوقود المرجعي مزيج من الهبتان العادي (وقود ميال إلى الخبط) والآيسوأوكتان (وقود مقاوم للخبط). وللهبتان العادي عدد أوكتان قدره صفر وللآيسوأوكتان 100. ولوقود المحرك عدد أوكتان 85 إذا كان ينتج عنه نفس الخبط كالوقود المرجعي المصنوع من 85% آيسوأوكتان و15% هبتان عادي. ومعظم البترول له عدد أوكتان من 80 إلى 100.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مقدمة

Isooctane (upper) has an octane rating of 100 whereas n-heptane has an octane rating of 0.
اعتماد رقم الأوكتان ROZ على درجة حرارة اشتعال الوقود. المحور السيني يعطي درجة الحرارة بين 200 و 600 درجة مئوية
A US gas station pump offering five different (R+M)/2 octane ratings

يعتبر المشتق إيزوأوكتان مقاوم للاحتراق المبكر في محرك السيارة ، في حين أن n-هيبتان يشتعل مبكرا أثناء عملية ضغط الوقود في أسطوانة الموتور . لذلك يستعمل مخلوط الوقود بحيث يحتوي على الصنفان بغرض ضبط وقت الاشتعال وتفادي الاشتعال الذاتي المبكر . وتحتوي اسطوانات المحرك على شمعة احتراق بغرض التحكم في وقت الاشتعال ، بذلك تكون أكبر استفادة من الوقود والتسيير الصحيح . ففي محرك البنزين يسحب المكبس أثناء انسحابة من الاسطوانة مخلوط الوقود والهواء ثم يشتعلان بفعل شرارة شمعة الاشعال . ولكن تختبر حديثا أنواع من المحركات التي تعمل من دون شمعة احتراق ، وفيها يتم الاشتعال بوساطة الكبس ، حيث يعمل زيادة ضغط الوقود في المحرك على اشتعال مخلوط الوقود و الهواء طبقا لقوانين الديناميكا الحرارية .

وتوجد أنواع عديدة من تلك المخلوطات ، وكل نوع منها يعتمد على نوع المحرك . ولا يصح استعمال مخلوط من الوقود لم يسمح به مُصنع السيارة ، فقد يهدد استعمال وقود أخر سلامة المحرك .

يبين المنحنى البياني العلاقة بين رقم الأوكتان ودرجة حرارة الاشتعال بين 200 و 600 درجة مئوية لعدة من أنواع الوقود المختلفة . ولا يختلط علينا الأمر بين بدئ الاشتعال المقصود هنا والحرارة الناتجة عن الإشعال ، فعندما يحدث الاشتعال بفعل شرارة الاشتعال ترتفع درجة الحرارة فجأة إلى ما يقرب 1100 درجة مئوية ، وتتمدد الغازات داخل اسطوانة المحرك ويزداد الضغط فجأة مما يعمل على دفع المكبس لتحريك السيارة .

صورة متحركة تمثل 4 ضربات لمحرك إحتراق داخلى: 1- سحب رذاذ الوقود والهواء. 2- ضغط المخلوط . 3- إشعال . 4- إخراج العادم


آلية الدق

يمكن أن تلاحظ ظاهرة الدق بوضوح حين يضغط السائق مدوسة التسارع إلى النهاية بسرعة فيسمع صوت دق في المحرك قد يطول أو يقصر بحسب حال المحرك ونوع الوقود. وسبب ذلك دخول كمية كبيرة من الوقود إلى دارة المفحِّم، وفي هذه الحالة تكون المركبات الخفيفة والشديدة التطاير في البنزين أول ما يندفع إلى داخل حجرة الانفجار، فإذا كان عدد الأوكتان لتلك المركّبات صغيراً حدث دق موقت يشعر به السائق ولا يضر المحرك. ومع تطوير أساليب التغذية بالوقود في الوقت الحاضر أخذ نظام «البخاخات» يحل محل المفحمات لحقن الوقود داخل المحرك، الأمر الذي خفَّف كثيراً من مشكلات الدق بسبب التسارع المفاجئ.[1]

والمعروف أن مردود المحرك يتوقف على عوامل كثيرة منها نسبة انضغاط compression ratio مزيج الوقود والهواء داخل حجرة الانفجار في أسطوانة المحرك، وهي نسبة حجم حجرة الانفجار إلى الحجم الكلي للأسطوانه. وقد لوحظ أن محاولة زيادة نسبة الانضغاط عن حد معين تؤدي إلى خسارة في المردود، ويختلف ذلك الحد باختلاف تركيب البنزين وتطايره مما يتسبب بحدوث ظاهرة الدق.

والدق ينتج عن نوع خاص من أنواع الاحتراق غير النظامي لوقود المحركات. إذ يحترق قسم فقط من مزيج الوقود والهواء من اشتعاله بالشرارة الكهربائية احتراقاً نظامياً (أي كاملاً) بسرعة عادية، ويحترق قسم آخر، ويقدَّر بنحو 15% - 20% منه وهو القسم الموجود أمام جبهة اللهب في أسطوانة المحرك تلقائياً من دون تدخل الشرارة الكهربائية، وتتزايد لذلك سرعة انتشار اللهب حتى تصل إلى 1500- 2500م/ثا، ويزداد الضغط ازدياداً حاداً وغير متناسق فيشكل موجات انصعاق ضاربة تنفجر على الجوانب الداخلية للأسطوانة، وتنعكس عنها مراراً مما يؤدي إلى اهتزاز الأسطوانة وحصول ضربة نوعية معدنية هي الإشارة الظاهرية للاحتراق مع حدوث الدق، كما ينطلق دخان أسود من مخارج الغازات وترتفع درجة حرارة الجوانب الداخلية للأسطوانة. فحادثة الدق مؤذية للمحرك وتهبط استطاعته بسببها ويزداد مصروفه من الوقود، ويصبح عمله قاسياً وغير متناسق، وتُستهلَك الأسطوانات والصمامات بسرعة، وترتفع درجة حرارة شموع الاحتراق وتخرج من أماكنها. وهذا كله يؤدي إلى سرعة استهلاك المحرك وازدياد أعمال صيانته، وإذا طال عمل المحرك مع الدق الشديد فقد تحصل عواقب تدهور وخيمة، ولاسيما في محركات الطائرات.

قياس عدد الأوكتان

ثبت عند اختبار الأنواع النقية من وقود المحركات أن الفحوم الهيدروجينية الخطية (النظامية) تسلك سلوكاً سيئاً جداً. أما الفحوم الهدروجينية العطرية (الحلقية) والإيزو برافينات (المتفرعة) فتسلك سلوكاً جيداً وتقبل قيماً عالية للانضغاط. وكان أداء الوقود يقاس أول الأمر على أساس أعلى نسبة انضغاط مفيد في المحرك. وفي عام 1926 اقترح الأمريكي گراهام إدگار Graham Edgar سلماً لعدد الأوكتان تم تبنيه عالمياً عام 1929 وحظي بقبول واسع. واختار گراهام لتقويم خاصة النزوع للدق وقودين عياريين من الفحوم الهدروجينية النقية يتمتعان بصفات فيزيائية متشابهة هما الإيزو أوكتان (4.2.2 ـ ثلاثي متيل البنتان C8H18) والهبتان النظامي C7H16. وأعطى الإيزو أوكتان عدد أوكتان قدره 100 لأنه يتمتع بمقاومة دق عالية، وأعطى الهبتان النظامي العدد صفراً لأن مقاومته للدق ضعيفة جداً. وبذلك يمكن تعريف كل نوع من أنواع البنزين بعدد أوكتانه وهو النسبة المئوية الحجمية للإيزو أوكتان في مزيج له مع الهبتان حين يبدي مقاومة للدق تكافئ النوع من الوقود المراد اختباره في محرك معياري وفي شروط معيارية.

كان أداء الوقود وعدد أوكتانه يقاس في محركات السيارات على الطرق مباشرة باستعمال مزيج الهبتان والإيزو أوكتان، وكانت النتائج التي يُحصل عليها بهذه الطريقة غير دقيقة لاعتمادها على شروط القيادة ومهارة السائق وتصميم المحرك. وفي أوائل الثلاثينات من القرن العشرين قامت لجنة تعاونية لبحوث الوقود بتجارب لإيجاد بديل أكثر دقة وأقل تعقيداً، وطُوِّر محرك من أسطوانة واحدة يمكن تبديل نسبة الانضغاط فيها بتبديل حجم حجرة الانفجار وصار يعرف باسم محرك «بحوث الوقود التعاونية» Cooperative Fuel Research (CFR) ويستخدم على النطاق العالمي لقياس عدد الأوكتان.

ويحدد عدد الأوكتان في البنزين عادة في قيمتين: عدد الأوكتان بطريقة البحوث Research Octane Number (RON) وعـدد الأوكتان بطـريقـة المحرك Motor Octane Number (MON) وتُختبر القيمتان كلتاهما في محرك «بحوث الوقود التعاونية» ولكن في شروط مختلفة من حيث سرعة دوران المحرك، ودرجة حرارة الهواء الداخل، ودرجة حرارة مزيج الوقود مع الهواء، ودرجة حرارة المبرِّد، وزاوية تسبيق الاشتعال ignition advance.

عدد الأوكتان بطريقة البحث (RON)

ويُقاس عدد الأوكتان في محرك بحوث الوقود التعاونية تجريبياً وهو محرك احتراق داخلي من أسطوانة واحدة ذات حجرة انفجار متبدلة الحجم، إذ في البدء تعدَّل نسبة الانضغاط في المحرك باستعمال الوقود المراد اختباره حتى يعطي مؤشر مقياس الدق قيمة في منتصفه. ثم تعدل نسبة الهواء إلى الوقود في مزيج وقود الاختبار حتى يعطي مؤشِّر مقياس الدق أعلى قيمة للدق على المقياس. ويعاد تعديل نسبة الانضغاط حتى يتوقف المؤشر عند منتصف سلم مقياس الدق. ويكرَّر هذا الإجراء (بالشروط نفسها) باستعمال مزيجين قابلين للتعديل من الإيزو أوكتان ون ـ الهبتان لهما عدد أوكتان مساو تقريباً لعدد أوكتان مزيج الوقود. وتعد التجربة منتهية حين تكون قراءات مقياس الدق من أجل وقود الاختبار محصورة بين قراءات المقياس من أجل المزيجين من الإيزو أوكتان والهبتان النظامي. ويكون عدد أوكتان وقود الاختبار هو وسطي النسبة المئوية للأوكتان في المزيجين.

عدد الأوكتان بطريقة المحرك (MON)

تستعمل طريقة المحرك عند تقويم بنزين الطائرات والسيارات الذي تراوح قرينة أوكتانه ما بين 65 و 100، وتستعمل طريقة البحث أو الطريقة الاختبارية عند تقويم بنزين السيارات، ومن ثم تستعمل طريقة درجة الحرارة عند تقويم بنزين الطائرات والمكونات العالية الأوكتان المستعملة في إنتاج ضروب البنزين التي قرائن أوكتانها تراوح ما بين 90 و 115.

ويُحصل على بنزين الطائرات بالتقطير المباشر للنفوط النفتنية التي تتمتع بخواص مضادة للدق مشابهة لبنزين التكسير الوساطي، وبغية تهيئتها وجعلها مطابقة للخواص المقبولة تضاف إليها مضافات من مكوِّنات إيزو بَرَفينية.

أمثلة من تقييمات أوكتان

Fuel RON MON AKI
hexadecane < -30
n-octane -10
n-heptane (RON and MON 0 by definition) 0 0 0
diesel fuel 15–25
2-methylheptane 23 23.8
n-hexane 25 26.0 26
1-pentene 34
2-methylhexane 44 46.4
3-methylhexane 55.0
1-heptene 60
n-pentane 62 61.9
requirement for a typical two-stroke outboard engine[2] 69 65 67
Pertamina "Premium" gasoline in Indonesia 88
n-butanol 92 71 83
2,2-dimethylpropane 80.2
"regular" gasoline in Australia, New Zealand, Canada and the US 91–92 82–83 87
Pertamina "Pertamax" gasoline in Indonesia 92
Shell "Super" in Indonesia 92
n-butane 94[3] 90.1
2-methylbutane 90.3
Pertamina "Pertamax Plus" gasoline in Indonesia 95
Shell "Super Extra" in Indonesia 95
Shell "FuelSave " in Malaysia 95
"EuroSuper" or "EuroPremium" or "Regular unleaded" in Europe, "SP95" in France 95 85–86 90–91
"Premium" or "Super unleaded" gasoline in US (10% ethanol blend) 97 87-88 92-93
Shell "V-Power 97" in Malaysia 97
Shell "V-Power 98", Caltex "Platinum 98 with Techron", Esso Mobil "Synergy 8000" and SPC "LEVO 98" in Singapore 98 89–90 93–94
Great Britain, Slovenia and Spain, "SP98" in France 98 89–90 93–94
"SuperPlus" in Germany 98 88
Shell V-Power in إيطاليا and ألمانيا 100 88
Eni(or Agip) Blu Super +(or Tech) in Italy 100
IP Plus 100 in Italy 100
Tamoil WR 100 in Italy 100
San Marco Petroli F-101 in Italy(northern Italy only, just a few gas stations) 101
Petro-Canada "Ultra 94" in Canada [4] 101.5 88 94
Aral Super 95 in ألمانيا 95 85
Aral Super 95 E10 (10% Ethanol) in ألمانيا 95 85
Aral SuperPlus 98 in ألمانيا 98 88
Aral Ultimate 102 in ألمانيا 102 88
IES 98 Plus in Italy 98
2,2-dimethylbutane 93.4
2,3-dimethylbutane 94.4
ExxonMobil Avgas 100[5] 99.5 (min)
Shell "V-Power Racing" in Australia - discontinued July 2008 [6] 100
"isooctane" (RON and MON 100 by definition) 100 100 100
benzene 101
i-butane 102[7] 97.6
"BP Ultimate 102 - now discontinued"[8] 102 93–94 97–98
t-butanol 103 91 97
2,3,3-trimethylpentane 106.1[9] 99.4[9] 103
ethane 108
2,2,3-trimethylpentane 109.6[9] 99.9[9] 105
toluene 111 95 103
E85 gasoline 102-105 85-87 94-96[10]
propane 112 97
2,2,3-trimethylbutane 112.1[9] 101.3[9] 106
xylene 117
isopropanol 118 98 108
methanol 108.7[11] 88.6[11] 98.65
ethanol 108.6[11] 89.7[11] 99.15
2,5-Dimethylfuran 119
methane 120 120 120
hydrogen > 130


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مضادات الدق

للحيلولة دون حصول الدق ولرفع قرينة أوكتان البنزين تضاف مركبات تسمى مضادات الدق antidetonants , antinocks يذكر منها رباعي إيتيل الرصاص Pb(C2H5)4 الذي يتفكك بين الدرجتين 200 و 250 سْ. ولما كانت هذه المادة شديدة السمية وجب تلوين ضروب البنزين التي تحويها لتحذير الجمهور منها (يستعمل صباغ أحمر عادة على ألا تتجاوز نسبته في البنزين 2% حداً أقصى). وإن وجود رباعي إيتيل الرصاص في البنزين ينتج عند الاحتراق رصاصاً معدنياً يكبح بقابليته للأكسدة إنتاج أكاسيد أخرى قد تزيد «الدق»، ويكون الرصاص نفسه مركز أكسدةٍ جاعلاً الاحتراق متجانساً ويساعد على تقدم جبهة اللهب تدريجياً. كما يحمي ضباب الرصاص الجزء غير المحترق من الوقود فيزيائياً فيقيد انتشار اللهب. كذلك يؤخر رباعي إيتيل الرصاص تشكل جذور الهدروكسيل OH التي هي بوادئ تفاعل الدق التسلسلي.

وقد يخلط رباعي إيتيل الرصاص بمادة ثنائي بروم الإيتيلين Br2C2H4 بصفته حاملاً، ويسهّل طرد أكسيد الرصاص PbO المتشكل في الأسطوانات على شكل بروميد الرصاص PbBr2 الشديد التطاير.

وتستعمل في الوقت الحاضر مركبات رصاصية أخرى منها رباعي ميتيل الرصاص Pb(CH3)4 أو مزيج من رباعي ميتيل الرصاص ورباعي إيتيل الرصاص بنسب مختلفة. وقد أخذ مركب جديد خال من الرصاص يشق طريقه بنجاح في أوروبا واليابان، وهو ميتيل ثلاثي بوتيل الإيتر Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE):

2810-1.jpg


تأثيرات أوكتان

التغيرات الإقليمية

أنظر أيضا

المصادر

  1. ^ هيام بيرقدار. "الأوكتان (عدد ـ)". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-04-14.
  2. ^ Johnson Operation and Maintenance Manual, 1999
  3. ^ [1]
  4. ^ Octane & Other Gasoline Basics
  5. ^ Exxon Mobil Avgas product description
  6. ^ Shell phases out V-Power Racing fuel (100 RON) – MRT
  7. ^ Energy Citations Database (ECD)
  8. ^ BP Ultimate 102
  9. ^ أ ب ت ث ج ح A. T. Balaban, L. B. Kier, and N. Josh, MATCH (Commun. Math. Chem.) 28 (1992) 13–27.
  10. ^ Changes in Gasoline IV, sponsored by Renewable Fuels Foundation
  11. ^ أ ب ت ث "'Impact of alcohol–gasoline fuel blends on the performance and combustion characteristics of an SI engine'". doi:10.1016/j.fuel.2010.01.032. Cite journal requires |journal= (help)

http://www.petrolworld.com/asia-headlines/malaysia-to-phase-out-ron-92-petrol-in-2009.html

قراءات للإستزادة

  • SAE standard J 1297 Alternative Automotive Fuels, Sept 2002
  • Khoo, Kenny K. Understanding Octane and its Related Components. Yellowknife: Smithsonian Press, 2006.
  • زابريانسكي.ى.ي، زاروبين، المنتجات النفطية: طرائق التحليل (موسكو 1961).
  • محمد أبو بكر، كيمياء وتكنولوجية البترول (منشورات جامعة حلب 1983).
  • بروسكوريكوف درابكين، كيمياء النفط والغاز (دار مير، موسكو 1981).

وصلات خارجية

Octane ratings of some hydrocarbons

Information in general

الكلمات الدالة: