Oktanové číslo
Obsah boxu
Oktanové číslo (zkratka OČ) je technická bezrozměrná veličina, která udává odolnost paliva pro zážehový motor proti detonačnímu spalování (tzv. „klepání motoru“). Jedná se o jedno z nejdůležitějších kvalitativních kritérií pro benzín. Vyšší oktanové číslo znamená vyšší odolnost paliva proti samovznícení při kompresi ve válci, což umožňuje použití vyššího kompresního poměru a dosažení vyššího výkonu a účinnosti motoru.
Oktanové číslo paliva se určuje porovnáním jeho chování ve zkušebním motoru s chováním směsi dvou referenčních uhlovodíků:
- Isooktanu (2,2,4-trimethylpentan), který je velmi odolný proti detonacím a má definované oktanové číslo 100.
- n-Heptanu, který je naopak velmi náchylný k detonacím a má definované oktanové číslo 0.
Oktanové číslo zkoumaného paliva pak odpovídá procentuálnímu objemovému podílu isooktanu ve směsi s n-heptanem, která má ve zkušebním motoru stejnou odolnost proti klepání jako testované palivo.
📜 Historie
Koncept oktanového čísla vznikl ve 20. letech 20. století jako odpověď na potřebu standardizovat kvalitu benzínu pro rychle se rozvíjející automobilový průmysl. S rostoucím výkonem motorů a zvyšováním kompresních poměrů se detonační spalování stávalo závažným problémem, který omezoval další vývoj.
Klíčovou postavou v tomto vývoji byl americký chemik Graham Edgar, který v roce 1926 pracoval pro společnost Ethyl Gasoline Corporation. Edgar navrhl stupnici založenou na dvou uhlovodících s velmi odlišnými vlastnostmi – isooktanu a n-heptanu. Jeho volba byla geniální, protože oba uhlovodíky měly podobné fyzikální vlastnosti (např. bod varu), ale dramaticky odlišnou odolnost proti klepání. To umožnilo vytvořit referenční směsi, které se chovaly podobně jako tehdejší benzíny.
Ve 30. letech 20. století byly standardizovány zkušební metody a zavedeny první zkušební motory CFR (Cooperative Fuel Research), které se s úpravami používají dodnes.
Významným milníkem bylo objevení antidetonačních přísad. Nejznámější z nich, tetraethylolovo (TEL), dokázalo dramaticky zvýšit oktanové číslo benzínu. To umožnilo konstrukci výkonnějších motorů, zejména v letectví během druhé světové války. Kvůli toxicitě olova a jeho negativnímu vlivu na katalyzátory se od používání olovnatých benzínů v silniční dopravě od 70. let 20. století postupně upouštělo. Nahradily je jiné látky, jako například MTBE nebo ethanol.
🧪 Definice a princip
Detonační spalování, známé jako „klepání motoru“, je nežádoucí jev, při kterém se část palivové směsi ve válci vznítí samovolně vlivem vysokého tlaku a teploty ještě předtím, než k ní dorazí čelo plamene od zapalovací svíčky. Toto samovznícení vytváří rázové vlny, které se projevují charakteristickým kovovým klepavým zvukem. Dlouhodobé detonační spalování může vést k vážnému poškození motoru, například propálení pístu nebo poškození ložisek.
Oktanové číslo kvantifikuje schopnost paliva tomuto jevu odolávat.
- OČ 100: Odpovídá čistému isooktanu.
- OČ 0: Odpovídá čistému n-heptanu.
- OČ 95: Palivo se chová stejně jako směs 95 % isooktanu a 5 % n-heptanu.
Oktanová čísla nad 100
Stupnice oktanového čísla není omezena hodnotou 100. Paliva, která jsou odolnější proti detonacím než čistý isooktan (např. závodní benzíny, LPG, ethanol), mohou mít oktanové číslo vyšší než 100. V takovém případě se pro jejich určení používá extrapolace stupnice pomocí směsi isooktanu s přídavkem tetraethylolova nebo se používají jiné výkonnostní stupnice (Performance Number, PN).
⚙️ Metody měření
Oktanové číslo není absolutní fyzikální vlastnost, ale je závislé na podmínkách, za kterých se měří. Proto byly standardizovány dvě hlavní metody, které se liší v přísnosti testovacích podmínek. Výsledky těchto dvou metod se často liší a jejich kombinace poskytuje lepší obraz o chování paliva v reálném provozu.
Výzkumná metoda (RON)
Oktanové číslo měřené výzkumnou metodou (.svg){kind=small}
Research Octane Number, RON) se stanovuje ve zkušebním motoru za mírnějších podmínek:
- Rychlost otáčení: 600 ot/min
- Teplota nasávané směsi: není předehřívána (cca 52 °C)
- Předstih zážehu: pevně daný (13°)
Hodnota RON lépe charakterizuje chování paliva při nižším zatížení motoru, například v městském provozu s častou akcelerací a nízkými otáčkami. V Evropě, Asii a většině světa je právě hodnota RON číslem, které je uváděno na stojanech čerpacích stanic (např. Natural 95, Super Plus 98).
Motorová metoda (MON)
Oktanové číslo měřené motorovou metodou ( Motor Octane Number, MON) se stanovuje za přísnějších podmínek, které lépe simulují vysoké zatížení motoru:
- Rychlost otáčení: 900 ot/min
- Teplota nasávané směsi: předehřátá na 149 °C
- Předstih zážehu: proměnlivý v závislosti na kompresním poměru
Hodnota MON je u komerčních benzínů vždy nižší než hodnota RON (typicky o 8–12 bodů). Lépe popisuje odolnost paliva při jízdě po dálnici, ve vysokých otáčkách nebo při plném zatížení motoru. Rozdíl mezi RON a MON se nazývá citlivost paliva (fuel sensitivity). Nižší citlivost (menší rozdíl) značí stabilnější palivo v širším spektru provozních podmínek.
Anti-Knock Index (AKI)
V USA, Kanadě a některých dalších zemích se na čerpacích stanicích neuvádí RON, ale Anti-Knock Index (AKI), někdy označovaný jako (R+M)/2. Jedná se o aritmetický průměr hodnot RON a MON:
Z tohoto důvodu jsou čísla na amerických stojanech nižší než v Evropě, ačkoliv se často jedná o palivo srovnatelné kvality. Například běžný benzín "Regular" v USA s AKI 87 odpovídá přibližně evropskému benzínu s RON 91-92, zatímco "Premium" s AKI 91-93 odpovídá evropskému RON 95-98.
⛽ Oktanové číslo v praxi
Výběr správného paliva je klíčový pro správnou funkci a životnost motoru. Výrobce vozidla vždy předepisuje minimální požadované oktanové číslo (obvykle RON).
Vztah ke kompresnímu poměru
Hlavním faktorem, který určuje požadavek motoru na oktanové číslo, je jeho kompresní poměr. Motory s vyšším kompresním poměrem dosahují vyšší termodynamické účinnosti, ale zároveň více stlačují palivovou směs, čímž roste její teplota a tlak, a tím i riziko detonací. Proto vysoce výkonné a sportovní motory s vysokým kompresním poměrem vyžadují palivo s vyšším oktanovým číslem (např. RON 98 nebo 100). Naopak běžné motory s nižším kompresním poměrem jsou konstruovány pro palivo s nižším oktanovým číslem (typicky RON 95).
Mýty a fakta
- Mýtus: Tankování paliva s vyšším oktanovým číslem, než předepisuje výrobce, automaticky zvýší výkon motoru.
- Fakt: Pokud motor není na vyšší oktanové číslo konstruován (nemá vysoký kompresní poměr nebo pokročilé řízení s čidlem klepání), přínos ve výkonu je zanedbatelný nebo žádný. Palivo s vyšším OČ pouze zvyšuje "bezpečnostní rezervu" proti klepání, ale neobsahuje více energie. Moderní motory s čidlem klepání dokáží přizpůsobit předstih zážehu a částečně využít potenciál vysokooktanového paliva, ale nárůst výkonu je obvykle malý.
- Mýtus: Nižší oktanové číslo znamená "špinavější" nebo méně kvalitní benzín.
- Fakt: Oktanové číslo je pouze měřítkem odolnosti proti klepání. Kvalita benzínu závisí i na dalších parametrech, jako je čistota, obsah aditiv (detergenty, antioxidanty, inhibitory koroze) a odparnost. Prémiová paliva s vyšším OČ často obsahují i kvalitnější aditiva, ale samotné oktanové číslo o celkové kvalitě nerozhoduje.
Látky zvyšující oktanové číslo (antidetonátory)
Oktanové číslo základního benzínu z rafinerie (tzv. primární benzín) je relativně nízké. Pro dosažení požadovaných hodnot se do něj přidávají tzv. antidetonační přísady:
- Okysličovadla:
- Ethanol:** Běžně se přidává v objemu 5-10 % (paliva E5, E10). Má vysoké oktanové číslo (RON cca 113), ale nižší energetický obsah než benzín.
- MTBE (methyl-terc-butylether):** Dříve velmi populární, dnes se od něj ustupuje kvůli kontaminaci podzemních vod.
- ETBE (ethyl-terc-butylether):** Vyrábí se z ethanolu a má lepší vlastnosti než MTBE.
- Aromatické uhlovodíky: Například toluen nebo xylen mají vysoká oktanová čísla, ale jejich obsah v benzínu je limitován kvůli emisím.
- Olovnaté sloučeniny: Tetraethylolovo bylo v minulosti nejúčinnějším antidetonátorem, ale kvůli toxicitě bylo pro silniční vozidla celosvětově zakázáno. Stále se může používat v některých typech závodních a leteckých benzínů (AVGAS).
💡 Pro laiky (Zjednodušené vysvětlení)
Představte si palivo ve válci motoru jako skupinu sprinterů na startovní čáře. Zapalovací svíčka je startovní pistole. Motor potřebuje, aby všichni sprinteři (molekuly paliva) vyběhli přesně na výstřel z pistole a běželi spořádaně.
- Palivo s nízkým oktanovým číslem je jako nervózní sprinteři, kteří mají tendenci ulít start. Když je píst začne stlačovat (zvyšuje se tlak a napětí před startem), někteří z nich to nevydrží a vyběhnou dříve, než zazní výstřel. To způsobí chaos a srážky – v motoru se to projeví jako škodlivé „klepání“.
- Palivo s vysokým oktanovým číslem je jako klidní a disciplinovaní sprinteři. Vydrží vysoký tlak a napětí před startem a vyběhnou až přesně na povel startovní pistole (jiskry od svíčky). Běh je pak hladký a efektivní, což umožňuje motoru podat maximální výkon bez poškození.
Použití paliva s vyšším oktanovým číslem v běžném autě je jako poslat na start olympijské sprintery proti školákům. Poběží sice skvěle, ale protože závod (motor) není navržen pro jejich rychlost, celkový výsledek se nezlepší. Naopak, v závodním autě (motor s vysokým kompresním poměrem) by "školáci" (nízkooktanové palivo) selhali hned na startu.