Oktaninis skaičius

Oktaninis skaičius – vertė, apibūdinanti vidaus degimo variklių kuro atsparumą slėgiui be detonacijos. Oktaninis skaičius rodo (2,2,4-trimetilpentano) ir normalaus (n-heptano) mišinio, kurio atsparumas detonacijai toks pat kaip ir aptariamas kuras, tūrio procentą. Pavyzdžiui, kuro, kurio atsparumas detonacijai yra toks pat kaip 95% izooktano ir 5% n-heptano mišinio, oktaninis skaičius yra 95. N-heptano oktaninis skaičius yra 0, nes jo degimas sukelia detonaciją net esant mažam suspaudimo laipsniui.

2,2,4-trimetilpentano (izooktano) (viršuje) oktaninis skaičius siekia 100, o n-heptano (apačioje) oktatinis skaičius yra lygus 0.

Degalų oktaninis skaičius matuojamas tam tikromis sąlygomis veikiant varikliui esant kintamam suspaudimui ir lyginant rezultatus su skirtingų santykių izooktano ir heptano mišiniais.

RON, MON ir AKI

Kuro pardavimo kolonėlė su skirtingomo oktatinio skaičiaus degalų rūšimis, JAV

Naudojami du oktaniniai skaičiai: RON (tyrimo oktaninis skaičius) ir MON (motorinis oktaninis skaičius). MON yra matuojamas varikliui veikiant 900 aps./min. greičiu, RON – 600 aps./min. Matuojant MON, varikliui tenka didesnė apkrova. Taip pat matuojamas antidetonacijos indeksas (angl. Anti-Knock Index (AKI) arba (R+M)/2).

MON paprastai yra 8-10 taškų mažesnis nei RON. Beveik visame pasaulyje (taip pat ir Lietuvoje) skelbiamas degalų RON skaičius. Kai kur (pvz. JAV, Kanadoje, Brazilijoje) degalų oktaninis skaičius gaunamas kaip vidurkis tarp RON ir MON, todėl paties kuro oktaninis skaičius šiose šalyse yra mažesnis 4 ar 5 vnt. Kai kuriose šalyse, paprastai JAV, yra nurodomas ir antidetonacinis skaičius (AKI), dar 4-5 vnt. žemesnis nei RON.

Kai kurių medžiagų atsparumas detonacijai yra mažesnis nei heptano (tokių medžiagų oktaninis skaičius būtų neigiamas); taip pat yra medžiagų, kurių atsparumas detonacijai yra geresnis nei izooktano. Tokių medžiagų oktaninis skaičius yra didesnis nei 100 (pavyzdžiui, gryno etanolio RON yra 116). Tokios medžiagos naudojamos degalų oktaniniam skaičiui padidinti.

Aviaciniai benzinai

Į Lietuvos oro linijų lėktuvą pilamas aviacinis benzinas, Kaunas, 1939 m.

Aviaciniai benzinai, naudojami bendrojoje aviacijoje paplitusiuose stūmokliniuose orlaivių varikliuose, turi šiek tiek kitokį degalų oktaninio skaičiaus matavimo metodą. Panašiai kaip AKI, jis turi du skirtingus įvertinimus, nors dažniausiai nurodomas tik žemesniu iš dviejų. Vienas yra vadinamas „aviacijos liesasis“  (angl. „aviation lean“) ir yra toks pat kaip degalų MON iki 100. Antrasis yra „aviacijos sotusis“ (angl. „aviation rich“) ir atitinka oktaninį skaičių naudojant priverstinę indukciją, įprastą didelio našumo ir kariniuose stūmokliniuose orlaiviuose. Tam naudojamas kompresorius ir žymiai didesnis degalų ir oro santykis, kad būtų padidintas atsparumas detonacijai.

Dažniausiai naudojamo aviacinio benzino 100LL oktaninis skaičius siekia 100, o jo “sotusis oktaninis skaičius siekia 130.

N-heptano ir izooktano RON/MON vertės yra lygios atitinkamai 0 ir 100. Pagal jas apibrėžiamas kuro okraninis skaičius. Lentelėje pateikiami įvairių kurų oktatiniai skaičiai.

Kuras	RON	MON	AKI ar (R+M)/2
heksadekanas	< −30
n-octanas	−20	−17	−18.5
n-heptanas (RON and MON 0 by definition)	0	0	0
dyzelinas	15–25
2-metilheptanas	23	23.8	23
n-heksanas	25	26.0	26
1-pentenas	34
2-metilheksanas	44	46.4	45.2
3-metilheksanas		55.0
1-heptenas	60
n-pentanas	62	61.9	62
Reikalavimai tipiniam dvitakčių variklų kurui	69	65	67
Pertamina „Premium“, Indonezija	88	78	83
Pertamina „Pertalite“, Indonezija	90
Pertamina „Pertamax“, Indonezija	92	82	87
„Plus 91“ (Regular), Kosta Rika	91	79	85
„Súper“ (Premium), Kosta Rika	95	83	89
„Regular gasoline“ Japonijoje (Japonijos pramonės standartas)	90
n-butanolis	92	71	83
Neopentanas (dimetolpropanas)		80,2
n-butanas	94	90,1	92
Isopentanas (metilbutanas)		90,3
„Regular Gasoline/Petroleum“, Australija, JAV, Kanada, Naujoji Zelandija	91-92	82-83	87
2,2-dimetilbutanas		93.4
2,3-dimetilbunatas		94.4
„Premium Gasoline“< JAV	96-98	86-88	91-93
„Shell V-Power 98“, „Caltex Platinum 98 with Techron“, „Esso Mobil Synergy 8000“ and „SPC LEVO 98“, Singapūras, „BP Ultimate 98/Mobil Synergy 8000“, Naujoji Zelandija, „SP98“, Prancūzija, „Super 98“, Belgija, Jungtinė Karalystė, Slovenija ir Ispanija, “Ampol Amplify 98 Unleaded”, Australija	98	89-90	93-94
„Shell V-Power Nitro+ 99“ „Tesco Momentum 99“, Jungtinė Karalystė	99	87	93
Pertamina „Pertamina Racing Fuel“ (bioetanolių mišinys), Indonezija	100	86	93
„Premium“ benzinas Japonijoje, „IP Plus 100“ Italijoje, „Tamoil WR 100“ Italijoje, „Shell V-Power Racing“	100	89
„Shell V-Power“, Italija, Vokietija	100	88	94
„Eni (or Agip) Blu Super +(Tech)“, Italija	100	87	94
Izooktanas (RON ir MON 100, pagal apibrėžimą)	100	100	100
„Petron Blaze 100 Euro 4M“, Filipinai, Malaizija	100
„San Marco Petroli F-101“, Italija	101
Benzenas	101
2,5-Dimetilfuranas	101,3	88,1	94,7
Petro-Canada „Ultra 94“, Kanada	101,5	88	94
Aral Ultimate 102, Vokietija	102	88	95
Gulf Endurance 102 Racing Fuel (parduodama tik Silverstone žiede)	102	93-94	97-98
ExxonMobil Avgas 100		99,5 (min)
Petrobras Podium, Brazilija	102	88	97
E85 benzinas	102-105	85-87	94-96
Etanas	108
Etanolis	108,6	89,7	99,15
Metanolis	108,7	88,6	98,65
Propanas	112	97	105
VP C16 Race Fuel	117	118	117.5
Propanas-2-ol	118	98	108
Propanas-1-ol	118	98	108
Ksilenas	118	115	116.5
Metanas	120	120	120
Toluenas	121	107	114
Vandenilis	> 130	60

Rezultatai

Didesnis oktaninis skaičius koreliuoja su didesne degimui pradėti reikalinga energija. Kadangi didesnio oktaninio skaičiaus degalams reikia didesnių aktyvavimo energijos sąnaudų, mažesnė tikimybė, kad tam tikras suspaudimas sukels nekontroliuojamą užsidegimą, kitaip vadinamą savaiminiu užsidegimu, išankstiniu užsidegimu, detonacija ar beldimu.

Oktaninis skaičius yra išmatuotas ir (arba) apskaičiuotas degalų atsparumo savaiminiam užsidegimui įvertinimas. Aukštesnio oktaninio skaičiaus kuro uždegimui reikalinga karštesnė uždegimo kibirkštis. Norint sukurti karštesnę kibirkštį, reikia daugiau energijos iš uždegimo sistemos, o tai savo ruožtu padidina parazitinę variklio apkrovą. Kibirkštis taip pat turi prasidėti anksčiau, kad tinkamu laiku susidarytų pakankamai šilumos. Didėjant oktaniniam skaičiui, uždegimo kibirkšties energijai ir tikslaus laiko nustatymo poreikiui, variklį tampa sunkiau „sureguliuoti“ ir išlaikyti „derintą“. Dėl to atsirandanti neoptimali kibirkšties energija ir laikas gali sukelti didelių variklio problemų – nuo ​​paprasto „praleidimo“ iki nekontroliuojamo detonacijos ir katastrofiško variklio gedimo.

Kita retai aptariama realybė, susijusi su didelio oktaninio skaičiaus degalais, siejamais su „aukštu našumu“, yra ta, kad didėjant oktaniniam skaičiui mažėja savitasis tankis ir degalų energijos kiekis svorio vienete. Grynasis rezultatas yra tas, kad norint pagaminti tam tikrą galios kiekį, variklyje turi būti sudeginta daugiau kuro, kurio oktaninis skaičius yra didesnis. Lengvesni ir „liesesni“ degalai taip pat turi mažesnę savitąją šilumą, todėl norint gauti didesnį variklio našumą naudojant „riebų“ degalų mišinį, didėjant oktaniniam skaičiui reikia vis „riebesnių“ mišinių.

Didesnio oktaninio skaičiaus, mažesnio energijos tankio „liesesnis“ kuras dažnai turi alkoholio junginių, nesuderinamų su pradiniais degalų sistemos komponentais, todėl jie taip pat yra higroskopiški. Jie taip pat išgaruoja daug lengviau nei sunkesni, mažesnio oktaninio skaičiaus degalai, todėl kuro sistemoje kaupiasi daugiau teršalų. Paprastai tai yra druskos rūgštys, susidarančios dėl vandens kondensacijos ir degaluose esantys junginiai, kurie daro žalingiausią poveikį variklio degalų sistemos komponentams, nes tokios rūgštys koroduoja daugelį benzino kuro sistemose naudojamų metalų.

Vidaus degimo variklio suspaudimo takto metu suspaudžiant oro ir degalų mišinį pagal idealiųjų dujų dėsnį pakyla tokio mišinio temperatūra. Didesnis suspaudimo laipsnis padidina variklio apkrovą ir yra būtinas tik tuo atveju, jei variklis yra specialiai sukurtas naudoti didelio oktaninio skaičiaus degalus. Lėktuvų varikliai dirba santykinai mažomis apsukomis. Jie geriausiai veikia su mažesnio oktaninio skaičiaus, lėčiau degančiais degalais, kuriems reikia mažiau šilumos ir mažesnio suspaudimo laipsnio tam, kad pasiekti optimalų garavimą ir vienodą kuro ir oro maišymąsi. Tokiuose varikliuose uždegimo kibirkštis atsiranda kiek įmanoma vėliau, taip padidinant slėgį cilindruose ir užtikrina didžiausią sukimo momentą. Pagrindinė didelio oktaninio skaičiaus kuro naudojimo oru aušinamuose varikliuose priežastis – lengvesnis garavimas šaltame karbiuratoriuje ir variklyje, tokiu būdu sugeriant mažiau įsiurbiamo oro šilumos, kas yra labai svarbu siekiant mažinti karbiuratoriaus apledėjimo galimybes (Venturi tunelis).

Dėl mažesnio tankio ir atitinkamai mažesnio kuro svorio, orlaivis, kurio bakuose yra bet koks degalų tūris, yra automatiškai lengvesnis. Kadangi daugelis bendrosios aviacijos lėktuvų skraido tik retkarčiais ir gali būti nenaudojami savaites ar mėnesius, lengvesni degalai linkę išgaruoti ir palikti mažiau nuosėdų, tokių kaip „lakas“, kurį sukuria benzino komponentai, ypač alkenai ir oksigenatai, lėtai besipolimerizuojantys į kietas medžiagas). Orlaiviuose taip pat paprastai yra dubliuojančios uždegimo sistemos, kurių beveik neįmanoma sureguliuoti ir nustatyti identišką uždegimo laiką, todėl paprastai naudojami lengvesni degalai, kurie yra mažiau linkę į savaiminį užsidegimą. Lengvesni degalai, kurie yra geresni tirpikliai, daug mažiau linkę formuoti „lakus“ ar kitaip užteršti „atsargines“ uždegimo žvakes.

Beveik visuose bendrosios aviacijos stūmokliniuose varikliuose degalų mišinį tiesiogiai valdo pilotas rankenėle, laidu arba svirtimi, panašia į droselio valdiklį (ir esančia šalia jo). Kuro riebumo (angl. „lean – rich“) reguliavimas turi būti daromas atsižvelgiant į tai, kad kai kurie kuro mišinio ir droselio padėties deriniai, įskaitant sukuriančius didžiausią galią, gali sukelti detonaciją ir (arba) išankstinį užsidegimą, blogiausiu atveju sugadinti variklį per kelias sekundes. Pilotai yra mokomi vengti variklio nustatymų, kurie sukuria aukščiausią išmetamųjų dujų temperatūrą, ir leisti veikti variklį sąlygomis, kuriose viršijama didžiausia leistina EGT (angl. Exhaust gas temperature – išmetamų dujų temperatūra“) (daugiau degalų, nei galima sudeginti naudojant turimą orą) arba „piko ribą“ (mažiau degalų, paliekant šiek tiek deguonies išmetamosiose dujose), nes kuro ir oro mišinys neleis per anksti detonuoti.

Literatūra

• (EN) Balaban, Alexandru T. (1983). „Topological Indices based on Topological Distances in Molecular Graphs“ (PDF). Pure and Applied Chemistry. IUPAC. 55 (2): 199–206.
• (EN) Steven A., Treese; Peter R., Pujado; David S. J., Jones (2015). Handbook of Petroleum Processing (2 ed.). Springer. pp. 681, 1796. ISBN 978-3-319-14528-0.
• (EN) „Octane Number – an overview | ScienceDirect Topics“. www.sciencedirect.com. 2022-06-25.
• (EN) Pelican’s Perch #63:Where Should I Run My Engine? (Part 1)". 13 December 2002.
• (EN) „Replacing Leaded Aviation Gasoline“ (PDF). Txideafarm.com. Archived (PDF) from the original on 2016-03-04. Nuoroda tikrinta 2017-01-06.
• (EN) Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders „Automotive Fuels“, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.

Išnašos

1. „Octane Number – an overview | ScienceDirect Topics“. www.sciencedirect.com. 2022-06-25.
2. Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders „Automotive Fuels“, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.
3. Steven A., Treese; Peter R., Pujado; David S. J., Jones (2015). Handbook of Petroleum Processing (2 ed.). Springer. pp. 681, 1796. ISBN 978-3-319-14528-0.
4. „Replacing Leaded Aviation Gasoline“ (PDF). Txideafarm.com. Archived (PDF) from the original on 2016-03-04. Nuoroda tikrinta 2017-01-06.
5. Balaban, Alexandru T. (1983). „Topological Indices based on Topological Distances in Molecular Graphs“ (PDF). Pure and Applied Chemistry. IUPAC. 55 (2): 199–206. doi:10.1351/pac198855020199
6. Pelican’s Perch #63:Where Should I Run My Engine? (Part 1)“. 13 December 2002.