Hai chỉ số Octan: RON và MON
Giữa những năm 20 của thế kỷ trước, vào thời điểm General Motors quyết định
thương mại hoá sản phẩm chất phụ gia "chì tetraetyl", hãng nhận ra sự cần thiết
phải có một thông số định lượng xác định tính chất chống kích nổ của xăng.
Một thiết bị đo chỉ số Octan.
Thông số này phải dễ hiểu, dễ xác định và hơn hết phải có độ chính xác cao vì
nó được dùng làm cơ sở hàng đầu để phân loại, định giá cho các sản phẩm xăng
thương mại, cũng như là yếu tố đóng một vai trò quan trọng đối với các nhà phát
triển động cơ.
Năm 1927, Graham Egar đã hoàn tất những nghiên cứu của Thomas Midgley khi
ông giới thiệu phương pháp xác định khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thoả
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, sau gần 80 năm
ra đời, phương pháp do Edgar đề nghị vẫn là phương pháp xác định chỉ số chống
kích nổ duy nhất được dùng trong các phòng tiêu chuẩn, phòng kiểm định chất
lượng 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 vận hành. Giai đoạn 1950-1960, người ta cố gắng thiết lập một phương
pháp đo chỉ số Octan tiêu 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 của ngành 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 các nhà kiểm định chất lượng đã thống nhất dùng MON (Motor
Octane Number - chỉ số Octan 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 trì
trong một thời gian dài, mang tải trọng lớn. Do vậy, thông số này thích hợp đối với
các loại 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
hợp với các trường hợp mang tải trọng lớn. RON phù hợp cho các loại xe chạy
trong thành phố, 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 đánh
giá chất lượng xăng do nó có sự tương ứng với chỉ số Octan mà các nhà thiết kế
động cơ yêu cầu. Nhưng, những năm cuối của thập niên 60 thế kỷ trước, các nhà
chế tạo động cơ Đức khám phá ra rằng động cơ của họ tự phá huỷ khi chạy trên
các xa lộ dài, thậm chí ngay 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 của
động cơ đó (cả về RON và MON). Những năm 1930, hầu hết các phương tiện giao
thông vận 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 cơ không 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.
Ngày nay, ở các loại xăng thương mại dùng cho các dòng xe hơi cao cấp, bên cạnh
RON, MON, thông số RON - MON = “độ nhạy” cũng được đưa vào chỉ tiêu kỹ
thuật khi động cơ vận hành. Nguyên nhân đưa ra khái niệm “độ nhạy” là do hai
phương pháp này được tiến hành ở hai điều kiện khác nhau, đặc biệt là nhiệt độ
hỗn hợp khí nạp và tốc độ động cơ. Loại nhiên liệu nào nhạy với sự thay đổi trong
quá trình vận hành sẽ có sự chênh lệch lớn giữa RON và MON. Các nhiên liệu
hiện nay thường có độ nhạy nằm trong khoảng 10.
Xăng không chì US 87 (87= (RON+MON)/2) của Mỹ được đề nghị có mức MON
tối thiểu là = 82, tránh cho việc xăng có độ nhạy quá cao. Còn với các loại xăng
bán ở Việt Nam như A90, A92 (chữ A do các nhà cung cấp xăng dầu Việt Nam đặt
tên cho sản phẩm của mình), Mogas90, Mogas92 (Mogas - viết tắt của Motor
Gasoline, một cách gọi phổ biến trên thế giới), chỉ số Octan được tính bằng giá trị
nhỏ nhất của RON và giá trị MON được quy định không nhỏ hơn 82.
Lựa chọn chỉ số Octan phù hợp
Chỉ số Octan là một trong những yếu tố quan trọng quyết định quá trình vận hành
của động cơ. Lựa chọn giá trị Octan để động cơ "chạy" một cách êm ả, khoẻ khoắn
và trường kỳ là yêu cầu hàng đầu đối với những người sở hữu xe.
Chỉ số Octan nằm ngoài danh mục bảo hành của nhà sản xuất và việc đáp ứng
những yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào người sử dụng.
Đầu tiên, để lựa chọn được loại xăng phù hợp, bạn cần phải biết kiểu động cơ mà
bạn đang sử dụng. Thị trường Việt Nam hiện có rất nhiều hãng xe hơi và xe gắn
máy, mỗi hãng xe đều có những cải tiến, thiết kế riêng cho động cơ của mình. Có
thể phân thành hai nhóm chính: được và không được trang bị hệ thống điều hành tự
động.
Các loại xe không được trang bị hệ thống điều hành tự động thường là xe gắn máy
và ôtô đời cũ, chúng có đặc điểm chung là vẫn dùng bộ chế hoà khí để tạo ra hỗn
hợp xăng gió.
Trong khi đó, hầu hết các hãng xe hơi có mặt ở Việt Nam hiện nay đều trang bị hệ
thống điều hành tự động cho các sản phẩm của mình. Trên các dòng xe này không
gắn bộ chế hoà khí mà nhiên liệu được bơm thẳng vào xi-lanh thông qua thiết bị
bơm nhiên liệu tự động (EFI - Electronic Fuel Injection).
Đối với các loại xe không trang bị hệ thống điều hành tự động, việc lựa chọn chỉ số
Octan sẽ khó khăn hơn vì động cơ không thể tự điều chỉnh về điều kiện vận hành
tối ưu. Hơn nữa, hiện tượng kích nổ phá huỷ động cơ rất nhanh nên người sử dụng
các loại xe này phải dùng loại nhiên liệu chắc chắn không gây ra hiện tượng kích
nổ, dưới những điều kiện vận hành mà họ thường xuyên gặp phải.
Sau khi thử nghiệm với nhiều dạng động cơ và nhiều loại xăng có chỉ số Octan
khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận lựa chọn chỉ số Octan dựa trên tỷ
số nén của mỗi loại động cơ. Sự tương quan giữa tỷ số nén với chỉ số Octan tối ưu
và tuân theo quy luật nhiệt động học, tăng tỷ số nén đồng thời cũng kéo theo sự
tăng chỉ số Octan và hiệu suất nhiệt động.
Hiệu suất nhiệt động học tăng lên và đạt cực đại khi động cơ ở trạng thái chớm
xuất hiện hiện tượng kích nổ. Động cơ có tỷ số nén thấp làm cho hiệu suất làm việc
cũng giảm đi ương ứng. Quan hệ giữa tỷ số nén và chỉ số Octan như sau:
Với hai loại xăng bán trên thị trường hiện nay là Mogas 90 và Mogas 92, các xe
gắn máy có tỷ số nén từ 7:1 đến 8:1 đều có thể hoạt động một các trơn tru nếu đảm
bảo được các thông số kỹ thuật khác như: tình trạng sạch sẽ của động cơ, vị trí chốt
lửa và thông số quán tính vận hành “Run-on” (“Run-on” là thuật ngữ dùng để chỉ
xu hướng tiếp tục hoạt động của động cơ khi ngắt nguồn điện bugi, nếu quán tính
này càng lớn, động cơ càng dễ 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 tự động gồm hai hệ thống thứ cấp: Hệ thống kiểm soát lưu lượng
dòng không khí, lưu lượng dòng nhiên liệu, thời gian đánh lửa bugi; và hệ thống
cảm biến các thông số nồng độ oxy trong khí thải, mức độ kích nổ, nhiệt độ khí
thải, nhiệt độ chất làm mát và nhiệt độ van nạp.
Trong trường hợp bạn sử dụng loại xăng có chỉ số Octan khác loại đang dùng, hệ
thống sẽ lập tức đưa động cơ về trạng thái hoạt động tối ưu nhất đối với loại xăng
đó bằng cách thay đổi thông số dòng nhiên liệu, dòng không khí để điều chỉnh hỗn
hợp xăng-gió, ra lệnh cho bugi đánh lửa sớm hay muộn (độ đánh lửa sớm tỷ lệ
thuận với chỉ số Octan, 60 đối với xăng 93, 80 với xăng 96 và muộn 40 với xăng
91). Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn có một giá trị về chỉ số Octan tối ưu dành cho
từng loại động cơ ở từng điều kiện vận hành nhất định, giá trị này thường được các
nhà sản xuất đưa ra, vì vậy bạn cần phải tôn trọng các khuyến cáo và cẩn trọng với
những quyết định của mình.
Nếu loại nhiên liệu sử dụng có chỉ số Octan đúng như yêu cầu, bạn cũng không
nhận được nhiều năng lượng hơn so với sử dụng loại nhiên liệu có chỉ số Octan
cao hơn. Động cơ đang vận hành trơn tru ở điều kiện tối ưu, vì thế, một nhiên liệu
có chỉ số Octan cao hơn sẽ chẳng có ảnh hưởng đáng kể nào đến hoạt động của
chúng. Hơn nữa, khi sở hữu một chiếc xe được trang bị những hệ thống hiện đại
như vậy, bạn cần phải lưu rằng hai yếu tố công suất động cơ và sử dụng nhiên liệu
một cách kinh tế có vai trò ngang nhau. Nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn đương
nhiên sẽ đắt hơn, và như vậy bạn sẽ phải chi nhiều tiền hơn.
Còn nếu nhiên liệu có chỉ số Octan thấp hơn chỉ số Octan tối ưu không đáng kể thì
việc bạn sử dụng nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn sẽ làm cho hệ thống điều hành
tự động chuyển về điều kiện vận hành tối ưu, lúc đó động cơ của bạn khoẻ hơn,
đồng thời vấn đề kinh tế cũng được cải thiện. Lời khuyên cuối cùng là bạn nên
thay đổi chỉ số Octan ở các mùa khác nhau (chọn loại xăng có chỉ số Octan thấp
hơn về mùa đông) để tiết kiệm tiền mà không làm giảm sức mạnh của động cơ.