Miért fontos az oktánszám?
A cikk fő mondanivalója előtt azt kellene tisztázni, hogy a világháborús repülőgépmotorok esetében miért volt lényeges az oktánszám.
Egy szikragyújtású belsőégésű-motor teljesítményét jelentős mértékben az korlátozza, hogy a benzin-levegő keverék milyen nagy nyomást bír ki öngyulladás nélkül. Az öngyulladás az a jelenség, amikor egy benzinmotorban a levegő-benzin keverék még a szikra előtt meggyullad.
Az öngyulladás azért egy jelentős probléma, mivel szétveri a motort. Ez azt jelenti, hogyha a keveréket nem a megfelelő módon vagy minőségben töltik bele a hengerbe, akkor tönkre mehet a motor.
Ezért van az, hogy gyengébb minőségű üzemanyaghoz tervezett motorba lehet jobb benzint tölteni, de jobb minőségű üzemanyaghoz tervezett motorba nem lehet gyengébb benzint tölteni.
Ez alapján meglepőnek tűnhet, de a belsőégésű motor történetének az első nagyjából fél évszázadában nem volt nemzetközileg egységesített mérési módszer a benzin minőségének a jellemzésére. Oktánszán-mérés még akkor sem volt, amikor tömeggyártásba került a Ford T-modell! Ez jelentősen hátráltatta mind az üzemanyag-gyártás, mind a benzinmotor fejlődését, mivel gyakorlatilag az egyes vállalatoknak és országoknak saját módszereik voltak, amiket nagyon nehéz volt összehasonlítani.
Ezért volt a motorfejlesztés szempontjából egy igen jelentős lépés, amikor az 1930 körüli években elterjedt az oktánszám-mérés. Az oktánszám-mérés révén végre lett egy egységesített mérés, amivel jellemezni lehetett, hogy üzemanyagnak milyen a minősége. Ez pedig mind az üzemanyag-gyártást, mind a belsőégésű motorokat előrébb vitte.
A C.F.R. tesztmotor egy korabeli képen
A világháborúban alkalmazott repülőgépmotorok üzemanyaginak a minőségét alapvetően azért lehet jól összehasonlítani, mert az Amerikában kifejlesztett C.F.R. tesztmotort a britek és a németek is átvették, változtatások nélkül (vagy pedig legalábbis elhanyagolható mértékben változtattak rajta). A németek a C.F.R. tesztmotorokat I.G. Prufmotor néven alkalmazták.
Milyen oktánszámok és tesztek vannak?
Az oktánszám-mérés során alapvetően két oktánszámot határoznak meg, a kísérleti oktánszámot (RON) és a motoroktánszámot (MON).
Európában napjainkban a benzinkutakon a kísérleti oktánszámot adják meg, annak ellenére, hogy a motoroktánszám a realisztikusabb. Ennek az az oka, hogy a motoroktánszám azt méri, hogy az üzemanyagnak milyen a kompressziótűrése, amikor a motor erősebb terhelés alatt van.
Motoroktánszám mérés esetén például nagyobb fordulatszámon dolgozik a tesztmotor.
Az amerikai benzinkutakon ezzel szemben a kísérleti és a motoroktánszám átlagát (Pump Octane Number) adják meg. Ezért az az üzemanyag, amire egy európai benzinkúton 98 oktános minősítést kap, lehet, hogy csak 93-at kap egy amerikai benzinkúton.
A szövetségesek a világháború alatt bevezettek egy új számot, ami jellemzi az üzemanyag minőségét, mégpedig a teljesítményszámot (PN, Performance Number). Ez az oktánszámhoz hasonlóan a benzin minőségét méri, de más a viszonyítási alapja. A teljesítményszámból könnyebben, egyértelműbben lehet arra következtetni, hogy az üzemanyagból milyen teljesítményt lehet kihozni. Ezzel szemben az oktánszámot viszonylag nehéz átszámítani teljesítménnyé.
Akik ezzel nincsnek tisztában, azok keverhetik a teljesítményszámot és az oktánszámot. Például egyes forrásokban úgy adják meg a szövetséges üzemanyag minőségét, hogy 130 oktános volt, de valójában a teljesítményszáma volt akkora. Ezért pontosabb forrásokban a jelölés 100/130, amiből a 100 az oktánszám és a 130 a teljesítményszám.
A németek amúgy szintén rájöttek arra, hogy az oktánszám-mérés nem tökéletes, mégpedig már a 30-as években. Ezért ők kifejlesztették a BMW 132 F tesztmotort, amivel realisztikusabban lehetett az üzemanyag minőségét mérni. Ez egyrészt nagyobb fordulatszámon üzemelt, mint a C.F.R. tesztmotor, másrészt léghűtéses volt. A léghűtéses motorok tipikusan magasabb hőmérsékleten üzemelnek, mivel kevésbé tudják leadni a keletkező hőt, ami befolyásolja az öngyulladást.
Emellett a BMW tesztmotor injektoros volt, ami abból a szempontból volt lényeges, hogy a két világháború között a németek már eldöntötték, hogy a jövőbeni repülőgépmotorjaik injektorosak lesznek.
A BMW 132-es típusú repülőgépmotor. A németek ennek a motornak az egyhengeres verzióját használták az üzemanyag tesztelésére, bár az Amerikában kifejlesztett tesztmotorokat is megtartották.
Az előbbiekhez hozzátenném, hogy abból a szempontból egyik mérés sem tökéletes, hogy az üzemanyag öngyulladását több tényező is befolyásolja, amiből csak az egyik az üzemanyag minősége.
Például az egyik tényező, ami befolyásolja az öngyulladást, az az, hogy a hengerben lévő levegő-benzin keverék sztöchiometrikus-e. Egyszerűbben fogalmazva arról van szó, hogy a hengerben annyi benzin van-e, ami szükséges a levegő elégetéséhez (van-e légfelesleg). Például az, hogyha túl kevés üzemanyagot adagolnak a levegőhöz, jelentősen növelheti az öngyulladás kockázatát. Ezt az oktánszám-mérés nem méri.
Egy további tényező, ami befolyásolja az üzemanyag kompressziótűrését, az a lökettérfogat. Gyakorlati tapasztalatok igazolják, hogy egy nagyobb lökettárfogatú hengerben könnyebben kialakul az öngyulladás. Ezért nagyobb lökettérfogatú hengerekhez jobb minőségű üzemanyag szükséges, vagy pedig alacsonyabb lesz a literteljesítmény. Az oktánszám erre a kérdésre szintén nem ad választ.
Egy további lényeges kérdés az az, hogy két benzinnek úgy is lehet azonos oktánszáma, hogy különböző az összetétele! Emiatt akár az is előfordulhat, hogy két különböző finomítóban előállított repülőbenzin a C.F.R. tesztmotoron ugyan azt mutatja, de a teljesítményszámuk már különböző!
Üzemanyag minőség az oktánszám bevezetése után
Amikor elterjedt az oktánszám mérés a 30-as évek elejére, akkor a legtöbb repülőgépbenzin oktánszámát 75 körülire mérték. A 30-as években viszont feltalálták a benzin ólmozását, ami miatt az oktánszámot lehetségessé vált 87 körülire növelni. A német és a brit légierő is ennek megfelelően 87 oktános üzemanyaggal kezdte a háborút.
A németek az amerikaiaktól vették meg az ólmozás szabadalmát 1935-ben. Ennek az üzemanyagnak a német jelölése B4 volt.
Az üzemanyag tovább fejlesztéséhez többek között az ólomtartalom növelésével próbálkoztak. Ez viszont nem volt problémamentes fejlesztés, mivel a nagyobb ólomtartalom lerakódásokat okozott a motorban. Ezért a 87 oktánosnál jobb minőségű üzemanyagot máshogy oldották meg.
A 100 oktános üzemanyagot már a 30-as években is képes volt előállítani az olajipar, de akkor még volt vele egy probléma: százszor annyiba került, mint a járműbenzin. Ezért akkoriban 100 oktános üzemanyagot még csak versenyeken és kísérleti jelleggel alkalmaztak.
Ezen változtatott az az esemény, hogy egy francia mérnök, aki Amerikába vándorolt a 30-as években, kidolgozta, hogy hogyan lehet olcsóbban előállítani a 100 oktános benzint. A háború elején a britek széles körben alkalmazni kezdték a 100 oktános üzemanyagot, amiben nagyjából fél-egy évvel előzték meg a Luftwaffét (bár van olyan forrás is, ami szerint a németek voltak az elsők).
A német üzemanyag-gyártás számára jelentős segítség volt, hogy hozzáfértek a jó minőségű román kőolajhoz, amiből könnyebben lehetett repülőbenzint gyártani. Viszont ezt az olajforrást 1944 folyamán a Vörös Hadsereg előretörése miatt elveszítették és a szövetséges légierő már azelőtt is bombázta a román olajipart.
A háború után már még jobb minőségű, 115 oktános üzemanyaggal kezdték hajtani a repülőgépmotorokat.
Hogyan lehetett a magasabb oktánszámú üzemanyagot kihasználni?
A magasabb oktánszám alapvetően azt jelenti, hogy a levegő-benzin keveréket jobban össze lehet nyomni anélkül, hogy az öngyulladás beindulna. Ez nagyobb termodinamikai hatásfokot és nagyobb teljesítményt is jelenthet.
A németek az első, 100 oktános üzemanyagot alkalmazó repülőgépmotorjuk, a DB 601 N esetében a kompresszióviszonyt (is) növelték. A kompresszióviszony növelése növelte a termodinamikai hatásfokot és a teljesítményt is. A kompresszióviszony növelését az égéstér alakjának a módosításával érték el.
A britek ezzel szemben a Merlin III esetében a kompresszióviszonyhoz nem nyúltak hozzá, hanem a töltőnyomást növelték. Ezt úgy valósították meg, hogy mivel a Merlin-nek folytásos szabályozású kompresszora volt, ezért csökkentették a fojtás mértékét, ami miatt nagyobb mennyiségű levegő áramlott a motorba.
A két verzió közül a brit verzió tengerszinten nagyobb teljesítmény-növekedést biztosított, de nem növelte a csúcsmagasságot. Ezzel szemben a német verzió a magassági teljesítményt is növelte és a növelte a motor termodinamikai hatásfokát is.
A BMW a 100 oktános üzemanyagot használó BMW 801-es motorjai esetében nagyobb áttételt alkalmazott, vagyis növelte a kompresszor fordulatszámát. Ez által ezeknek a verzióknak jelentősen nagyobb volt a magassági teljesítménye, mivel a 100 oktános üzemanyagot a nagyobb fordulatszám révén jobban össze lehetett nyomni. Ez által nőtt a Focke-Wulf 190-es csúcsmagassága.
A BMW a 801-es 100 oktános verziói esetében a kompresszióviszonyt is növelte, de nem olyan nagymértékben, mint a Daimler. A BMW a háború későbbi szakaszában már nem nyúlt a kompresszióviszonyhoz, hanem a töltőnyomást növelte.
Források:
Képek:
4 hozzászólás
· 2 éveSzevasz!
Csatlakozz hozzánk facebook-on is
Kövesd Twitch csatornánkat
Nézd meg archív videóinkat
"You've been thunderstruck."
TierX szinten ...