Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Oktanzahl

Die Oktanzahl definiert ein Mass für die Klopffestigkeit eines Kraftstoffes. Darunter versteht man den Vergleich des Kraftstoffes mit einem Gemisch aus Isooktan, 2,2,4-Trimethylpentan, C8H18 (ROZ = 100) und dem geradlinigen n-Heptan C7H16 (ROZ = 0). Zum Beispiel wuerde eine Oktanzahl von OZ = 95 eines Benzins bedeuten, dass die Klopffestigkeit des Benzins einem Gemisch aus 95% Isooktan und 5% n-Heptan entspricht.

Isooktan ist relativ klopffest, n-Heptan verursacht relativ schnell das so genannte Klopfen beim Motor. Grund dafuer ist, dass das n-Heptan unkontrolliert schon beim Verdichtungsvorgang durch die Verdichtungswaerme im Zylinder zündet. Isooktan kann relativ stark verdichtet werden, ohne dass es zur Selbstzuendung kommt. Beim Ottomotor soll das Benzin-Luft- Gemisch durch einen Zuendfunken gezündet werden und mit definierter Flammfront abbrennen.

Man kann zwischen verschiedenen Oktanzahlen unterscheiden:

• ROZ Research-Oktanzahl (engl.: RON, Research-octanenumber)
• MOZ Motor-Oktanzahl (engl.: MON)
• SOZ Strassen-Oktanzahl (engl.: SON)
• FOZ Front-Oktanzahl, oft auf mit ROZ100 °C bezeichnet (engl.: FON oder RON100 °C)

Durch staerkere Verdichtung lässt sich der Wirkungsgrad des Motors erhoehen.

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 selektiv entfernt bzw. hochoktanige Komponenten zugefuegt. Auch wird oft Methyl-tert-butylether (MTBE) als Antiklopfmittel zugegeben, wobei dies jedoch nur in relativ geringen Mengen zugesetzt werden kann, da sich MTBE mit Wasser besser mischt als mit Benzin, und es sonst bei Wassereintritt in den Tank zur Entmischung des Benzins und MTBEs kommen kann. Des Weiteren ist MTBE wassergefährdend.

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

Seit etwa 1912 wurde das unregelmaessige Zuenden bei Motoren beobachtet. Das Geraeusch wurde als "Klopfen" bezeichnet, welches den Motor dann auch relativ schnell zerstoerte. Zunaechst wurden als Ursache die neuen batteriebetriebenen, elektrischen Zuendanlagen angenommen. Bei genaueren Untersuchungen stellte sich heraus, dass das Klopfen mit der Kompressionsrate zusammenhing, welche die Motoringenieure erhoehten, um mehr Leistung zu bekommen. Es wurden verschiedene Messmethoden probiert, aufgrund der vielen Variablen (Kraftstoffzusammensetzung, Zündzeitpunkt, Verdichtung, Motortemperatur, Zylinderbauweise...) setzte sich keines der Messverfahren durch.

1927 kam Graham Edgar auf die Idee, dass man Reinstoffe als Referenzsysteme verwenden könnte. Man benoetigte zwei Stoffe (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 Siedepunkt, 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. Sie liessen sich mit diesem System also gut charakterisieren. Damit hatte das Benzin vor 1930 Oktanzahlen von 40 bis 60.

Wenn man Oktanzahl sagt, wird in Europa meist die Research-Oktanzahl gemeint, in den USA wird dagegen meist die "Zapfsäulen-Oktanzahl" dort gemeint.

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.

Research (Erforschte)-Oktanzahl (ROZ)

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

Sowohl die MOZ und ROZ werden im CFR-Motor (veraenderliches Verdichtungsverhältnis) durch Vergleich mit einem Bezugskraftstoff aus Isooktan (OZ = 100) und Normalheptan (OZ = 0) ermittelt. Der Volumenanteil Isooktan des Bezugskraftstoffes, der die gleiche Klopfintensitaet hat wie der zu pruefende Kraftstoff, ist dessen Oktanzahl. Die MOZ ist meist niedriger als die ROZ, da sie bei höherer Drehzahl und Gemischvorwaermung 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 haertere Bedingungen angelegt, naemlich 300 U/min mehr, eine automatisch verstellbare Zuendeinstellung sowie eine Gemischvorwaermung 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 Klopfintensitaet hat wie der zu pruefende Kraftstoff, ist dessen Oktanzahl.

Die MOZ wird bei einer Motordrehzahl von 900 Umdrehungen pro Minute und 165 °C Gemischtemperatur 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 Gemischvorwaermung ermittelt wird.

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

Strassenoktanzahl (SOZ)

Die Vergleichswerte werden unter realistischen Bedingungen auf der Strasse gemessen. Dabei geht man an die Leistungsgrenze des Kraftstoffs: gleichbleibend hohe Drehzahl bei Vollgas. Damit der SOZ Wert vergleichbar ist, unterliegt er einer Norm.

Front-Oktanzahl (FOZ)

Die FOZ beschreibt die Oktanzahl der bis ca. 100 °C siedenden Komponenten des Kraftstoffs. Es wird dabei die Research-Oktanzahl der bis 100 °C verdampften Komponeten des Kraftstoffs ermittelt (daher auch die Bezeichnung ROZ100 °C). Die FOZ beschreibt somit das Verhalten des Kraftstoffs bei niedrigen Motortemperaturen kurz nach dem Starten des Motors (Kaltstartverhalten).

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

Oktanzahlbedarf eines Otto-Motors

Der Oktanzahlbedarf beschreibt den Bedarf an Klopffestigkeit des Kraftstoffes eines Motors, damit es nicht zu ungewollten Selbstzuendungen kommt. Der Oktanzahlbedarf haengt dabei von den Betriebsbedingungen des Motors (Drehzahl, Temperatur, Brennraumgeometrie, Verdichtungsverhältnis, Gemischzusammensetzung, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Zündzeitpunkt, Ablagerungen etc.) ab. Damit der Motor stoerungsfrei arbeitet, muss daher das Oktanzahlangebot des Kraftstoffes so hoch sein, dass der Oktanzahlbedarf des Motors auch bei den unguenstigen Betriebsbedingungen noch erfüllt wird - z.B. kann der Oktanzahlbedarf eines Motors bei Vollgas um 10 Oktanzahlen höher liegen als im Leerlauf. Die Verwendung von oberhalb der Motorspezifikation liegenden Oktanzahlen bringt im Regelfall keine Vorteile. Moderne Motoren mit elektronischer Kennfeldzuendung können mit verschieden Oktanzahlen bei reduzierter Leistung gefahren werden.

Oktanzahlen von Ottokraftstoffen

• 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: min. 100 ROZ
• Aral ultimate: min. 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.