Kích nổ là hiện tượng nổ quá sớm so với thời điểm nổ thích hợp do Bu-gi kích hoạt, xảy ra ở cuối kỳ nén. Hỗn hợp không khí và nhiên liệu tự bốc cháy trước cả khi Bu-gi đánh lửa. Đám cháy lan rộng, kèm theo đó áp suất tăng cao ở khu vực xung quanh. Sự va chạm giữa các làn sóng áp suất của các đám cháy khác với nhau, với thành xi-lanh hoặc hoặc đám cháy phát sinh do bu-gi đánh lửa tạo nên tiếng va đập thường được gọi là tiếng gõ kích nổ. Kích nổ xảy ra đúng lúc pít-tông trong quá trình đi lên, áp suất khí cháy trong buồng cháy tăng vọt, tạo lực nén đè nặng xuống pít-tông. Trên thì khí cháy ép xuống, dưới thì bị quán tính chuyển động trục khuỷu, thanh truyền, pít-tông đẩy lên. Các chi tiết máy quá tải, đứng trước nguy cơ biến dạng cong vênh hoặc bị gẫy. Hòa khí bị hao hụt trước khi kỳ cháy giãn nở bắt đầu, công suất đầu ra giảm mạnh. Năng lượng trong phản ứng cháy ở dạng nhiệt mà không được biến đổi thành cơ năng. Nhiệt độ động cơ nóng quá mức bình thường. Kích nổ làm máy nóng, công suất giảm, xe chạy ỳ, âm thanh giống như tiếng gõ phát ra tại khu vực động cơ là những dấu hiện thường thấy của hiện tượng kích nổ. Điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn bình thường, trục khuỷu có nguy cơ hỏng nặng.

Nguyên nhân sự kích nổ:

Chỉ số ốc-tan là đại lượng đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của xăng. Động cơ có tỷ số nén lớn đòi hỏi xăng có chỉ số ốc-tan lớn. Dó đó hãy tham khảo khuyến cáo ghi trong sổ tay hướng dẫn sử dụng xe để biết loại xăng phù hợp cho xế yêu. Ngoài ra Bu-gi đánh lửa sớm cũng dễ phát sinh kích nổ. Lỗi từ hệ thống đánh lửa phần lớn xuất hiện ở những xe đời cũ do đặt sai góc đánh lửa. Những dòng xe hiện đại sử dụng hệ đánh lửa điện tử, lỗi có thể do thông tin sai lệch từ cảm biến tín hiệu đầu vào. Một nguyên nhân khác, trong buồng đốt có chứa nhiều muội carbon nóng tạo lên mồi châm cháy hòa khí.

Kết quả thu được từ những nghiên cứu của Thomas Midgley (1889-1944) và Sir Harry Ricardo (1885-1974) đã chứng minh điều đó. Để đạt được năng lượng tối đa từ xăng, hỗn hợp khí nén nhiên liệu - không khí trong buồng đốt cần phải được đốt cháy một cách điều hoà. Bắt đầu từ khi bugi đánh lửa, bề mặt ngọn lửa lan toả một cách đồng đều trong xi-lanh với tốc độ khoảng 20-25 m/s và đốt cháy hết hoà khí nhiên liệu - không khí ở những vùng mà nó đi qua.

Quá trình cháy điều hoà sinh ra các bức xạ quang nhiệt đốt nóng vùng khí chưa cháy phía trước và nếu nhiên liệu có khả năng chống kích nổ tốt, hỗn hợp nhiên liệu - không khí ở vùng này sẽ không bị cháy trước khi bề mặt lửa lan tới, chúng sẽ cháy một cách tuần tự cho đến khi toàn bộ khí trong xi-lanh cháy hết, bằng cách đó, nhiên liệu sẽ cung cấp một lực đẩy có năng lượng tối đa lên piston.

Với tốc độ cháy như vậy chúng sẽ gây ra sự tăng đột ngột áp suất trong xi-lanh, giá trị áp suất tức thời tại thời điểm xảy ra hiện tượng kích nổ mà máy ghi áp lực ghi được là 160 atm, gấp nhiều lần so với áp suất vận hành ở chế độ cháy bình thường. Tuy nhiên, áp suất tổng hợp tối đa tác động lên bề mặt piston lại không khác mấy so với áp suất vận hành bình thường. Nguyên nhân là do sự bù trừ áp suất của hai khối khí ngược chiều nhau: Một sinh ra từ bề mặt lửa lan truyền từ bugi và một sinh ra từ các điểm tự kích nổ.

Hiện tượng kích nổ làm tiêu hao năng lượng, giảm sức mạnh của động cơ do năng lượng nhiệt thu được không dùng để sinh công hữu ích, áp suất sinh ra từ các điểm tự cháy chủ yếu tạo ra các sóng hơi xung động va đập vào thành xi-lanh, máy nổ rung giật và làm nóng động cơ một cách bất thường, đồng thời, sóng nén sinh ra từ các vị trí kích nổ cộng hưởng với sóng nén chính tạo ra nút giao thoa và phát ra những tiếng kêu “lốc cốc”.

Người sử dụng phương tiện giao thông ngày nay có thể không quan tâm nhiều đến hiện tượng này. Nhưng các nhà phát triển động cơ lỗi lạc ở đầu thập niên 20 của thế kỷ trước đã không thể tin nổi khi chứng kiến cảnh chỉ trong vài phút, piston, chốt piston rạn nứt, vòng găng (séc-măng) vỡ thành từng mảnh, bộ truyền động, hộp số, trục cam bị mài mòn, và cuối cùng toàn bộ hệ thống động cơ bị phá huỷ bởi sự kết hợp giữa sóng áp suất mạnh với hiện tượng quá nhiệt.

Các hãng xe thường xuyên nâng cấp cấu tạo của động cơ bằng cách tích hợp thêm nhiều tính năng mới như hệ thống làm lạnh trong, hệ thống đánh lửa tự động, và điều quan trọng hơn, luôn tin tưởng rằng sức mạnh của động cơ đốt trong có thể tăng lên một cách tuỳ ý, vì theo lý thuyết nhiệt động học, với tỷ số nén càng cao, hiệu suất nhiệt càng gần đến cực đại.

Từ kết quả của những nhà nghiên cứu đi trước, năm 1927, Graham Edgar, một nhân viên trẻ của hãng Ethyl Corporation tại Mỹ, đưa ra đề nghị sử dụng 2 hydrocacbon để đánh giá mức độ kích nổ cho nhiên liệu: nano-heptan và 2,4,4-trimetylpentan, hay còn được gọi một cách không chính xác là iso-octan.

Iso-octan có chỉ số chống kích nổ cao, còn nano-heptan có khả năng chống kích nổ rất kém và Edgar đã đề nghị sử dụng tỷ số của hai chất này để đánh giá khả năng chống kích nổ của nhiên liệu sử dụng trong các động cơ đốt trong. Ông cũng đã chứng minh rằng, trị số chống kích nổ của tất cả các loại xăng thương mại ngày đó đều có thể quy về tỷ số thể tích n-heptan: octan nằm trong khoảng 60:40 đến 40:60. Như vậy, nếu chúng ta ra quầy xăng vào những năm 30 của thế kỷ trước, chúng ta chỉ có thể mua được các loại xăng từ A40 đến A60 mà thôi.

Lý do mang tính kỹ thuật mà Edgar đưa ra khi dùng hai chất này là chúng có những tính chất vật lý rất gần nhau như tính chất bay hơi và đặc biệt là nhiệt độ sôi, chính vì vậy, khi ta thay đổi tỷ số “heptan: iso-octan” từ 100:0 đến 0:100 thì hầu như các thông số trên thay đổi không đáng kể. Điều này rất quan trọng đối với quá trình thử nghiệm, vì khả năng bay hơi của nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của động cơ.

Edgar đã thu được rất nhiều thông số từ thử nghiệm này, tuy nhiên, hiện nay, phổ biến nhất vẫn là hai thông số RON (Research Octane Number-chỉ số octan nghiên cứu) và MON (Motor Octane Number-chỉ số octan động cơ).

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.

Xăng 95 tốt hơn xăng 92, 90?

Không phải bàn thêm về tính đa dạng của nguồn năng lượng sử dụng trên các xe hơi hiện đại: động cơ xăng, dầu, điện, động cơ lai hybrid, xe sạch sử dụng pin nhiên liệu hay năng lượng mặt trời. Tất cả đều có thể sử dụng cho xe hơi ngày nay. Tuy vậy, những nguồn năng lượng mới vẫn phải chấp nhận vai trò lép vế trước nhiên liệu hoá thạch như xăng, dầu diesel.

Theo tiến trình phát triển của ngành động cơ đốt trong, xăng cũng dần được cải tiến thành phần hỗn hợp cho phù hợp. Với sự lớn mạnh không ngừng của ngành công nghiệp ôtô. Ngày nay những chỉ số như: Mogas 90, 92, 95, 98, 100… dần trở nên quen thuộc với người sử dụng xe máy, xe hơi. Trong đó “MOGAS” là viết tắt của cụm từ Motor Gasoline, nghĩa là xăng thương mại dùng cho động cơ. Còn những con số 90, 92, 95 chính lá trị số ốc – tan RON của xăng và cũng chính là biểu thị khả năng chống kích nổ của xăng. Trị số ốc – tan càng cao thì khả năng chống kích nổ càng lớn. Và nó chính là % thể tích của izo ốc – tan (C8H18) trong hỗn hợp mẫu thử nghiệm gồm izo ốc – tan và n-heptan (C7H16) được đo khả năng chống kích nổ theo những phương pháp thử nghiệm khác nhau. Như vậy nếu so sánh trực tiếp ba loại xăng hiện đang bán trên thị trường Việt Nam là Mogas 90, 92 và 95 thì xăng Mogas 95 có khả năng chống kích nổ tốt nhất. Ngoài lợi thế rõ rệt về trị số ốc - tan cao, xăng 95 còn có nhiều ưu điểm so với xăng 92 và 90 về các đặc tính kĩ thuật.

Xăng thật và xăng rởm

Đã có xăng RON 95 chất lượng cao, đương nhiên thị trường sẽ xuất hiện những loại xăng “giả danh chất lượng cao”. Dưới góc độ nào đó, người mua xăng vẫn chậc lưỡi, ôi dào, xăng 90, 92 hay 95 gì đó… loại nào mà chẳng thế, bấy lâu nay dùng mãi 90 hay 92 có thấy chết xe đâu. Quả thật trong một thời gian ngắn thì khó có thể thấy được hậu quả của việc dùng không đúng loại xăng. Nhưng đối với nhà thiết kế động cơ không như vậy! Động cơ xăng thuộc loại động cơ đốt cháy cưỡng bức vì vậy người ta luôn tìm mọi giải pháp tránh không để xảy ra hiện tượng tự kích nổ. Vậy hiện tượng kích nổ là gì? Đối với động cơ xăng nói chung (dùng chế hoà khí hay phun xăng điện tử), quá trình cháy xuất phát từ tia lửa điện. Tia lửa điện sinh ra màng lửa ban đầu (trung tâm nguồn cháy) rồi lan  rộng, đốt hết hoà khí trong buồng cháy. Sự cháy bình thường có tốc độ lan tràn của màng lửa khoảng 15 – 30 m/s. Còn khi cháy kích nổ do các phần tử hoạt hoá của nhiên liệu chịu tác động của các nguồn nhiệt bất thường sẽ tạo ra sự cháy kích nổ. Vận tốc lan truyền của màng lửa do hiện tượng tự kích nổ (1500 - 2000 m/s) có thể lớn gấp trăm lần vận tốc lan truyền của màng lửa cháy bình thường (15 – 30 m/s). Do đó áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt sẽ tăng đột biến sinh ra sóng va đập với tần số và biên độ lớn tạo tiếng gõ, nước sôi, giảm công suất và hiệu suất động cơ, đặc biệt có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng như bó máy, cháy piston… Một điều cơ bản là trị số ốc – tan có liên quan mật thiết với tỉ số nén của động cơ, mối quan hệ này tỉ lệ thuận với nhau. Nghĩa là động cơ có tỉ số nén càng cao thì phải sử dụng xăng có trị số ốc – tan càng lớn. Vì vậy các xe hiện đại khi dùng xăng có trị số ốc – tan thấp hơn tiêu chuẩn thì lượng tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng mà động cơ lại không phát huy được hết công xuất, chạy không bốc.

Điểm đáng buồn trong bối cảnh xăng, dầu hiện nay ở nước mình chính là nạn xăng bệnh vẫn còn tồn tại. Nếu bạn để ý khi sử dụng xe máy, bạn sẽ thấy có nhiều ngày xe chạy rất êm. Trong khi đó thỉnh thoảng máy rất gằn và nóng, ga cảm giác không được trơn như mọi ngày. Xăng có thể là một nguyên nhân của tình trạng trên. Tình trạng gian lận xăng dầu khá đa dạng, ngoài việc tìm cách bơm không đủ, nhiều cửa hàng lẻ còn pha lẫn các loại xăng với nhau, ví dụ như pha lẫn xăng 90 với 92 rồi bán như xăng 92 hòng kiếm lợi nhuận cao. Một số thợ sửa xe còn cho biết, xăng còn được pha lẫn với dầu hoả để bán, nhất là tại một số điểm bán xăng chai dọc đường. Xăng bây giờ có thể mua được ở rất nhiều điểm, hễ nơi nào có xe cộ qua lại là sẽ có cây xăng mọc lên, nhà nước có, tư nhân có, xăng chai “vệ đường”… Phần lớn chúng ta thường đổ xăng theo thói quen, chọn cây xăng trên đường từ nhà đến công sở. Hoặc nếu chẳng may xăng xe hết dọc đường thì chọn một cây xăng gần nhất để bơm. Những người mua xăng có kinh nghiệm thì khác. Họ chọn những cây xăng lớn, khách đông nghẹt, đặc biệt có nhiều loại ôtô đổ xăng. Trong trường hợp “bất đắc dĩ” như hết xăng dọc đường thì cũng đành đổ tạm một lượng vừa phải để tìm tới những trạm xăng tin cậy. Vì vậy có những cây xăng luôn đông kín khách, ngược lại có những cây xăng vẫn “hiu quạnh”!

Xe hiện đại cần dùng xăng cao cấp

Trị số ốc – tan của xăng là một trong những yếu tố quan trọng quyết định quá trình vận hành của động cơ. Sử dụng đúng xăng dùng để động cơ hoạt động êm ả, khoẻ khoắn và bền lâu là yêu cầu hàng đầu với chủ sở hữu xe.

Loại xăng dùng cho xe thường được nhà sản xuất đưa ra trong mục hướng dẫn kĩ thuật sử dụng. Ngoài ra, bạn còn chọn lựa được loại xăng phù hợp nếu biết loại động cơ trên xe bạn có tỉ số nén như thế nào. Các công trình nghiên cứu về xăng đã đưa ra mối quan hệ tối ưu giữa tỷ số nén động cơ và trị số ốc - tan đo theo phương pháp RON (tham khảo bảng 1)

Bảng 1

Bảng thông số trên cho thấy sự xuất hiện của xăng 95 sẽ đáp ứng tốt cho loại xe mà động cơ có tỉ số nén nằm trong dải từ 9:1 đến 10:1. Xét riêng về ôtô thì đa phần xe mới, lắp ráp trong nước thường có tỉ số nén thuộc dải trên (tham khảo bảng 2). Về xe máy thì trừ dòng xe Piaggo hầu hết cũng có tỉ số nén nhỏ hơn 10:1. Về nguyên tắc, xăng có có trị số ốc – tan cao thì vẫn có thể sử được cho các loại xe có tỉ số nén thấp, nhưng sẽ không mang lại lợi ích và không kinh tế.

Cụ thể, nếu dùng xăng 95 xe có tỉ số nén thấp, vận hành với tốc độ không vượt quá 50 – 60 km/h, hoặc xe có dung tích dưới 70 cc…cũng không nâng công suất và hiệu suất hoạt động lên được. Nhưng việc sử dụng xăng có trị số ốc – tan thấp cho xe có tỉ số nén cao thì hoàn toàn không nên, vì không có lợi khi xe vận hành. Đó là chưa kể đến tác hại khí thải gây ra khi dùng không đúng loại xăng. Đã có bán xăng RON 95! Đây là một tin vui làm yên lòng những người sử dụng ôtô và xe máy thuộc dòng xe cao cấp như: BMW series 7, Porsche Cayenne, Lexus GS 430, Mercedes S – Class và các loại xe máy như Piaggio, Honda Dylan, @, SH…