I.       Tính chống kích nổ

Sự kích nổ và sự cháy bất thường trong động cơ ô tô giải phóng một lượng lớn năng lượng, nhiệt lượng và áp suất trong xi lanh, làm ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của động cơ. Do đó, xăng phải có tính chống kích nổ để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả, tránh gây hư hại cho động cơ. Tính chống kích nổ của động cơ phụ thuộc vào đặc tính của hỗn hợp xăng và khí, phụ thuộc vào các thành phần của xăng cũng như cấu tạo phân tử của xăng. Chỉ số chống kích nổ của xăng cao, thì động cơ có thể sử dụng tỷ số nén cao, từ đó tối ưu hóa được hiệu suất nhiệt và năng lượng đầu ra của động cơ.

Tính chống kích nổ của nhiên liệu: là xu hướng không tự bốc cháy (kích nổ) của nhiên liệu ở nhiệt độ cao.

Thước đo tính chống kích nổ là trị số Octane khảo cứu RON và trị số Octane động cơ MON.

Hai trị số Octane này được đo trong động cơ một xy lanh CFR. Trị số octane của nhiên liệu cần đo được so sánh với một nhiên liệu quy chiếu, là hỗn hợp của isooctane (trimethyl pentane) (RON = 100) và n-heptan (RON = 0). Một nhiên liệu có trị số RON = 95 khi tính chống kích nổ của nó tương đương với tính chống kích nổ của hỗn hợp gồm 95% Iso-Octan và 5% Heptan.

Isooctane có trị số chống kích nổ cao nhưng một số hợp chất khác có tính chống kích nổ cao hơn ví dụ như: Tolunene RON = 124, Ethanol RON = 130. Cách xác định trị số chống kích nổ của các chất này được dựa vào một hệ quy chiếu sơ cấp bởi Isooctane và tỷ lệ khác với Tetraethyl lead. Để xác định các trị số chống kích nổ cao hơn 100, cần có những thử nghiệm tổng thể về đặc tính chống kích nổ của hợp chất chứa Benzene RON = 99 với các tỷ lệ đa dạng giữa Isooctane và Heptane cũng như Tetraethyl lead.

Trị số RON và MON

RON: research octane number; MON: motor octane number

-Trị số MON được đo ở dải tốc độ cao hơn, thường được làm nóng trước đến 150 độ C và với đa dạng các thời điểm đánh lửa. Điều này đòi hỏi yêu cầu về nhiệt độ khắt khe hơn bởi tiêu chuẩn của các thử nghiệm.

Đa phần trong các động cơ, trị số RON có ý nghĩa hơn trong trường hợp tăng tốc hết ga và ở tốc độ quay nhỏ hơn (kích nổ khi tăng tốc). Ở tốc độ quay lớn và toàn tải, chỉ số MON quan trọng hơn (kích nổ ở vận tốc cao).

Tăng trị số chống kích nổ RON

-Xăng thô khi được khai thác từ quá trình chưng cất có tính chống kích nổ thấp. Khi được trộn với các hợp chất chống kích nổ khác (các hợp chất biến đổi, hợp chất đồng vị) mới cải thiện được tính chống kích nổ, khi đó xăng mới có thể được sử dụng trong các động cơ đốt trong hiện đại, có tỷ số nén cao. Kể cả những hợp chất có chứa Oxy như cồn và ether cũng làm tăng tính kích nổ của xăng. Chúng được thêm vào xăng vì mục đích này.

-Các chất phụ gia có chứa kim loại khác, làm tăng trị số Octane của xăng từ tro trong quá trình đốt cháy như MMT (Methylcy-clopentadienyl manganese tricarbonyl). Tuy nhiên, MMT không được xài trên thị trường bởi quy định về giới hạn của Magie trong xăng, theo quy định của EN 228.

-Trong việc downsizing và tối ưu hóa động cơ dùng công nghệ turbo charging, các đặc tính RON và MON cao không đảm bảo cho việc chống kích nổ ở dải moment xoắn thấp. Hiện tượng kích nổ sớm xảy ra đa dạng với cùng một trị số RON. Chính vì thế, một đặc tính khác được tính đến đó là CPI (compression pre-ignition number), được tính toán về đặc tính kích nổ sớm của nhiên liệu.

-Chất chống kích nổ có kim loại: loại phụ gia này không còn được sử dụng ở Đức vì chúng tạo những chất thải cháy độc hại (chì, hợp chất brom và chlor)

-Chất chống kích nổ không kim loại: hợp chất thơm như Benzene, Toluene và Xylen nằm trong vùng trị số octane từ 108 – 112, khi trộn vào làm tăng giá trị octane chung của xăng. Benzene được giới hạn ở tỷ lệ 1% bởi nó có thể gây ung thư.

-Các hợp chất oxy hữu cơ được dùng như chất chống kích nổ: điểm bất lợi của rượu (methanol, ethanol) phenol, ether là chúng ít hòa tan trong nhiên liệu và tạo mùi khó chịu, có tính kinh tế thấp vì hàm lượng năng lượng nhỏ. Do đó, dạng này không được dùng trên thị trường.

-Chất chống kích nổ MTB (Methyk – Tertiary – Buthylether): chất này có trị số octane cao, trong phạm vi từ RON 110 – 115 có thể làm tăng đáng kể trị số octane chung. Vì nhiệt độ bốc hơi thấp, dưới 55 độ C nên tính chống kích nổ được cải thiện, đặc biệt ở mức nhiệt độ dưới nhiệt độ bốc hơi. Loại này thường được trộn thêm vào nhiên liệu từ 10 – 15%.

II.     Tính kết dính

-Các hợp chất hydrocarbon có tính phản ứng, đồng thời các tạp chất khác trong nhiên liệu có xu hướng oxy hóa trong bình chứa và tạo nên các hợp chất cứng hoặc bám dính. Xăng chứa các nhóm Hydrocarbon bão hòa như Paraffin, Naphthene và Aromatic tạo nên ít chất nhầy kết dính. Trong khi các thành phẩm của quá trình cracking chứa hợp chất các nhóm Hydrocarbon không bão hòa dễ bị Oxy hóa và tạo ra cặn kết dính trong bình chứa. Nhiên liệu với tính chất không ổn định, dễ bị Oxy hóa và tạo các chất kết dính, sẽ gây ảnh hướng đến các bộ phận cơ khí của xe Ô tô như: cặn Carbon đóng trong bạc xéc măng của xe, chất kết dính trong họng nạp, gây sự cản trở cho quá trình hoạt động của bộ chế hòa khí, hình thành chất kết dính trên xu páp, lồng xi lanh và piston.

Ngoài ra, sự hình thành chất nhầy trong nhiên liệu của xe diễn ra thuận lợi hơn khi tiếp xúc với Oxy, ánh nắng mặt trời, kim loại và với sự gia tang của nhiệt độ. Do đó, xăng phải có tính chống Oxy hóa.

III.    Hàm lượng lưu huỳnh

-Các hợp chất Hydrocarbon có thể chứa nguyên tử lưu huỳnh, Hydrocarbon Sulphide và các hợp chất Lưu huỳnh khác, và chúng bị cấm vì nhiều nguyên nhân. Lưu huỳnh là một chất độc hại có thể làm hư hệ thống xăng, bộ chế hòa khí và bơm xăng, chúng kết hợp với oxy hình thành nên SO₂, sau đó khi có sự xuất hiện của nước ở nhiệt độ thấp, chúng hình thành nên Acid Sulphuris. Lưu huỳnh có nhiệt độ đốt cháy thấp do đó nó làm giảm tính chống kích nổ của xăng, là tác nhân gây knocking trong động cơ.

IV.   Áp suất hóa hơi

-Áp suất hóa hơi của xăng được đo ở nhiệt độ 37,8 độ C theo tiêu chuẩn EN 13016-1, là một tiêu chuẩn quan trọng trong sự an toàn của bình xăng xe, nó có giới hạn trên và dưới. Chẳng hạn ở Đức, tiêu chuẩn này quy định là áp suất hóa hơi ở mùa hè là 60kPa và là 90kPa ở mùa đông.

-Trong động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện tử hay hệ thống phun xăng cao áp, áp suất hóa hơi của xăng là một đặc tính rất quan trọng. Bởi sự tăng áp trong xăng có cồn chỉ được thấy rõ nhất ở nhiệt độ lớn (80-120 độ C).

Hàm lượng Ethanol càng cao thì áp suất hóa hơi giảm, nguyên nhân là do các phản ứng giữa phân tử tăng lên khi các phân tử Ethanol phân cực.

Nếu áp suất hóa hơi của xăng hớn hơn áp suất trong hệ thống phun nhiên liệu của xe, ở những dòng xe hoạt động dựa trên nhiệt độ của động cơ, điều này có thể gây nên hiện tượng lỗi bởi sự hình thành các bóng khí.

V.     Tỷ lệ giữa trạng thái khí/lỏng của xăng

Là chỉ số đo lường tỷ lệ hóa hơi của một lượng nhiên liệu nhất định ở mức áp suất và nhiệt độ cụ thể. Sự giảm áp suất hoặc tăng nhiệt độ có thể làm thay đổi tính hóa hơi của xăng, từ đó có thể gây vấn đề trong khi xe vận hành.

Theo tiêu chuẩn ASTM D4814, tùy vào mức nhiệt độ của từng nhóm, thông số chung của tỷ lệ trạng thái Khí/Lỏng là không quá 20% lượng nhiên liệu hóa hơi cho mỗi nhóm nhiên liệu.

VI.   Chất phụ gia

• Chống kích nổ:

Các phụ gia chống kích nổ có nhiệm vụ củng cố chất lượng của nhiên liệu, tránh hiện tượng kích nổ tự do trong buồng xy lanh động cơ và trong hợp chất thải trong khi xe đang vận hành. Chất phụ gia dung nhiều hợp chất với các đặc tính khác nhau. Việc thử nghiệm và nghiên cứu các hợp chất tối ưu nhất cho phụ gia là công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ cao. Bởi những phản ứng có hại của các hợp chất phụ gia cần được loại bỏ. Trong quá trình sản xuất xăng, quá trình them vào xăng chất phụ gia bước đầu ở tại nhà máy chưng cất, và bước cuối ở tại trạm xăng của nhà máy chưng cất, ở công đoạn trước khi bơm xăng vào các xe bồn.

• Làm sạch các hệ thống

Xăng trong động cơ đốt trong được phun vào ở trong họng nạp hoặc phun trực tiếp vào lồng xy lanh. Do đó, xăng cần có tính chất tẩy rửa để đảm bảo các bề mặt mà xăng tiếp xúc được sạch nhất có thể. Giữ cho họng nạp, kim phun, bề mặt của xu páp hay trong lồng xy lanh được sạch sẽ. Điều này đảm bảo được hiệu suất của động cơ được duy trì ở tình trạng tốt.

• Tạo một lớp bảo vệ ở hệ thống xăng để tránh tình trạng hư hại

Các tạp chất như nước, chất bẩn có thể làm mài mòn trong các bộ phận trong hệ thống xăng của Ô tô. Sự mài mòn này có thể được ngăn chặn bởi phụ gia chống mài mòn trong xăng. Chất này tạo nên một lớp màng mỏng để bảo vệ, trên bề mặt kim loại.

• Chống oxy hóa trong nhiên liệu

Chất phụ gia chống Oxy hóa trong xăng rất quan trọng. Nó ngăn ngừa phản ứng Oxy hóa trong xăng, tạo ra các chất nhầy kết dính, có thể làm cản trở bơm xăng và ảnh hưởng đến các hệ thống khác của xe. Điều này đảm bảo cho việc lưu trữ xăng trong bình xăng không bị kết dính.

Bài viết này hoàn thành chủ đề về Xăng. Bài viết về Xăng Ô to phần 1, Độc giả có thể xem lại tại đây: