Oktanzahl

Die Oktanzahl definiert ein Maß für die Klopffestigkeit. Darunter versteht man den Vergleich von Isooktan, 2,2,4-Trimethylpentan,(ROZ = 100) und dem flüchtigeren geradlinigen n-Heptan C₇H₁₆(ROZ = 0).

Ein zu großer Anteil von Heptan verursacht das so genannte Klopfen beim Motor. Grund dafür ist, dass das flüchtigere Heptan unkontrolliert schon beim Verdichtungsvorgang durch die Verdichtungswärme im Zylinder zündet.

Zum Beispiel würde eine Oktanzahl von OZ=95 eines Benzins bedeuten, dass die Klopffestigkeit des Benzins einem Gemisch aus 95% Isooktan und 5% n-Heptan entspricht.

Zur Erhöhung der Oktanzahl wurde von 1939 bis 1996 Tetraethylblei als Klopfschutzmittel, d.h. zur Erhöhung der Oktanzahl in Ottokraftstoffen verwendet. In den heutigen reformulierten bleifreien Ottokraftstoffen werden niedrigoktanige Komponenten entfernt. Auch wird oft Methyl-tert-butylether als Antiklopfmittel zugegeben.

Es gibt auch viele Stoffe, welche eine Oktanzahl >100 aufweisen. Messtechnisch sind diese jedoch schwer zu erfassen, da das Referenzsystem mit Isooktan nur bis Oktanzahl 100 definiert ist. Oktanzahlen >100 müssen daher extrapoliert werden.

Man kann zwischen drei verschiedenen Oktanzahlen unterscheiden:

• ROZ Research-Oktanzahl
• MOZ Motor-Oktanzahl
• SOZ Straßen-Oktanzahl

Geschichte der Oktanzahlen

Seit etwa 1912 wurde das unregelmäßige Zünden bei Motoren beobachtet. Das Geräusch wurde als "Klopfen" bezeichnet, welches den Motor dann auch relativ schnell zerstörte. Zunächst wurde als Ursache die neuen batteriebetriebenen, elektrischen Zündunganlagen angenommen. Bei genaueren Untersuchungen stellte sich heraus, dass das Klopfen mit der Kompressionsrate zusammenhing, welche die Motoringenieure erhöhten, um mehr Leistung zu bekommen. Es wurden verschiedene Messmethoden probiert, aufgrund der vielen Variablen (Kraftstoffzusammensetzung, Zündzeitpunkt, Verdichtung, Motortemperatur, ...) setze sich keines der Messverfahren durch.

1927 kam Graham Edgar auf die Idee, dass man Reinstoffe als Referenzsysteme verwenden könnte. Man benötigte zwei Stoffen (einen stark klopfenden und einen Klopffesten), welche in großer Reinheit und ausreichenden Mengen hergestellt werden konnten. Des weiteren sollten diese beiden Stoffe recht ähnliche Eigenschaften aufweisen (Schmelz- und Siedepunktz, Dichte und Verdampfungseigenschaften). N-Heptan konnte destillativ in großer Reinheit gewonnen werden und hatte sehr schlechte Klopfeigenschaften. Iso-Oktan konnte synthetisiert werden und hatte sehr gute Klopfeigenschaften.

Die damals erhältlichen Kraftstoffe hatten ein Klopfverhalten, welche durch Gemische von 40:60 bis 60:40 an i-Oktan:n-Heptan dargestellt werden konnten. Umgerechnet eine Oktanzahl von 60.

ROZ-Research (Erforschte)-Oktanzahl

Die ROZ wird mit dem Einzylinder-CFR-Prüfverfahren ermittelt.

In Europa wird an den Tankstellen nur die ROZ angegeben, in den USA wird die Zapfsäulen-Oktanzahl mit (ROZ+MOZ):2 errechnet. Die meisten Anbieter werben mit der Research-Oktanzahl, da diese Werte höher und einfacher zu ermitteln sind als die Motor-Oktanzahl.

Beide Oktanzahlen werden im CFR-Motor (veränderliches Verdichtungsverhältnis) durch Vergleich mit einem Bezugskraftstoff aus Isooktan (OZ = 100) und Normalheptan (OZ = 0) ermittelt. Der Volumenanteil Isooktan des Bezugskraftstoffes, der die gleiche Klopfintensität hat wie der zu prüfende Kraftstoff, ist dessen Oktanzahl. Die MOZ ist meist niedriger als die ROZ, da sie bei höherer Drehzahl und Gemischvorwärmung auf ca. 150°C ermittelt wird.

Die nach der Research-Methode (DIN EN ISO 5164) ermittelte ROZ soll das Klopfverhalten bei geringer Motorlast und niedrigen Drehzahlen beschreiben.

Motor-Oktanzahl (MOZ)

Hier werden beim Norm-Motor härtere Bedingungen angelegt, nämlich 300 U/min mehr, eine automatisch verstellbare Zündeinstellung sowie eine Gemischvorwärmung auf immerhin 149 °C. Dadurch ist die MOZ immer niedriger als die ROZ.

Oktanzahlen werden im CFR-Motor oder BASF-Motor durch Vergleich mit einem Bezugskraftstoff aus Isooktan (OZ = 100) und Normalheptan (OZ = 0) ermittelt. Der Volumenanteil Isooktan des Bezugskraftstoffes, der die gleiche Klopfintensität hat wie der zu prüfende Kraftstoff, ist dessen Oktanzahl.

Die MOZ wird bei einer Motordrehzahl von 900 Umdrehungen/min und 165 °C Gemischtemperaturvon ermittelt.

Die mit der Motor-Methode (DIN EN ISO 5163) ermittelte „Motor-Oktanzahl“ soll das Verhalten bei hoher Motorlast und hoher thermischer Belastung beschreiben. Die MOZ ist meist niedriger als die ROZ, da sie bei höherer Drehzahl und Gemischvorwärmung ermittelt wird.

Die Differenz zwischen ROZ - MOZ wird als „Empfindlichkeit“ (sensitivity) bezeichnet und bringt die Temperaturabhängigkeit der Oktanzahl zum Ausdruck. Eine hohe Empfindlichkeit bedeutet, der Kraftstoff reagiert empfindlich auf höhere thermische Belastung.

SOZ-Straßenoktanzahl

Die Vergleichswerte werden unter realistischen Bedingungen auf der Straße gemessen. Dabei wird bis zur Leistungsgrenze des Kraftstoffs gegangen - gleichbleibend hohe Drehzahl und bei Vollgas. Damit der SOZ Wert vergleichbar ist, unterliegt er einer Norm.

Ottokraftstoffe und die Oktanzahlen:

• Normal: min. 91,0 ROZ / 82,5 MOZ
• Super: min. 95,0 ROZ / 85,0 MOZ
• SuperPlus: min. 98,0 ROZ / 88,0 MOZ
• Shell V-Power: 100 ROZ
• Formel 1 Benzin: max. 102 ROZ / früher bis 108 ROZ
• Flugbenzin: 105 ... 120 ROZ
• Erdgas: (120 ... 130) ROZ

In Österreich hat OMV im Jahr 2004 Super Plus mit 100 ROZ eingeführt.

Siehe auch: Cetanzahl bei Dieselkraftstoff

Oktanzahlen einiger Reinstoffe

• n-Heptan: 0 ROZ / 0 MOZ (definiert)
• i-Oktan: 100 ROZ / 100 MOZ (definiert)
• n-Hexan: 25 ROZ / 26 MOZ
• 2,3-Dimethylbutan: 104 ROZ / 95 MOZ
• Cyclohexan: 83 ROZ / 77 MOZ
• Benzol: 99 ROZ / 91 MOZ
• Toluol: 110 ROZ / 103 MOZ
• o-Xylol: 120 ROZ / 102 MOZ
• m-Xylol: 118 ROZ / 115 MOZ
• p-Xylol: 117 ROZ / 111 MOZ
• Ethylbenzol: 107 ROZ / 98 MOZ