Oktánové číslo

Všeobecné informácie

          Oktánové číslo, ktoré je bežne označované skratkou RON (Research Octane Number), vyjadruje odolnosť paliva proti samozápalom pri kompresii vo valci zážihového motora. Keďže vypovedá o základnej vlastnosti paliva, vo väčšine prípadov býva súčasťou jeho označenia, ako napr. Natural 91, Natural 95 a pod.

          V praxi sa s oktánovým číslom stretávajú hlavne motoristi, pre ktorých je synonymom kvality pohonnej látky. Platí, že čím je tento údaj vyšší, tým je benzín pri jeho stáčaní v motore odolnejší voči samovznieteniu.

          Vo svojej podstate je oktánové číslo vyjadrením objemového podielu dvoch chemických zlúčenín, konkrétne uhľovodíkov, ktoré majú diametrálne rozdielnu výbuchovú odolnosť. Do pomeru sa dostáva izooktán a n-heptán.

           Prvý uvedený uhľovodík sa vyznačuje vysokou odolnosťou proti samozápalom. Vo svojej čistej podobe, a teda bez prímesí, by mu prináležalo oktánové číslo s hodnotou 100. Na druhej strane, výbuchová odolnosť n-heptánu je veľmi nízka. Vo svojej rýdzej podobe by mu tak prináležalo oktánové číslo 0.

           V praxi to znamená, že benzín s oktánovým číslom 95 má totožnú odolnosť proti samovznieteniu ako zmes, ktorú by tvorilo 95 % izooktánu a 5 % n-heptánu.

           Súčasné motory vyžadujú, aby bolo oktánové číslo palív minimálne 90. Avšak primárne benzíny získané destiláciou ropy túto hodnotu nedosahujú. Je teda nevyhnutné oktánové číslo zvyšovať.

           V 20. rokoch minulého storočia sa oktánové číslo zväčšovalo pomocou olovnatých aditív. Olovo je ale toxická látka, ktorá sa nespáli. Benzín s takými prísadami tak nebol vhodný a postupne sa od neho ustupovalo. V modernej dobe sa s takýmto palivom už motoristi nestretnú, pretože od roku 1996 je predaj olova pre použitie v cestných vozidlách úplne zakázaný.

           V súčasnosti sa oktánové čísla benzínu zvyšujú napríklad metódou izomerácie ľahkých benzínov a reformovaním ťažkých benzínov. Ich hodnota môže byť dokonca vyššia ako 100, čo vyjadruje fakt, že dané palivo je ešte odolnejšie voči samovznieteniu ako čistý izooktán.  

           Je teda zrejmé, že oktánové číslo nevypovedá o premene energie uloženej v palive a lepších výkonoch motora, ale o jeho menšej alebo väčšej pravdepodobnosti, že sa vznieti. Vyššie oktánové číslo však umožňuje klásť na palivo rozsiahlejšie nároky, a tým získať nejaký kilowatt naviac.

           Potreba vyššieho oktánového čísla pre motorové zariadenie sa odvíja najmä od kompresného pomeru, tvaru spaľovacieho priestoru, predstihu a umiestnenia sviečky.

 

Určenie oktánového čísla

            Stanovenie veľkosti oktánového čísla konkrétneho paliva sa zisťuje meraním na skúšobnom jednovalcovom motore so štvorbodovým karburátorom. Najskôr sa skúma dané palivo, po ňom zmes tvorená izooktánom a n-heptánom. Počas testovania musia byť v oboch prípadoch zabezpečené totožné konštantné podmienky, akými sú napr. stála teplota vstupného vzduchu či chladiacej kvapaliny, rovnaké otáčky motora a pod.

            V prvej fáze je motor poháňaný skúšobným palivom. Zvyšuje sa kompresný pomer až do doby, kedy sa objaví samozápalnosť. V druhej fáze beží motor na zmes izooktánu a n-heptánu, pričom sa mení ich proporcionálnosť, a to až do momentu, kedy sa dosiahnu rovnaké detonácie ako malo skúšobné palivo. Výsledný pomer medzi oboma uvedenými uhľovodíkmi tak udáva oktánové číslo.

            Na základe rôznych podmienok záťaže motora pri testovaní boli vypracované dve metódy stanovenia veľkosti oktánového čísla:

a) výskumná metóda – meria oktánové číslo pri miernejších podmienkach, kedy motor akceleruje zo 600 otáčok za minútu pri strednej záťaži. Ide o stimuláciu jazdy pri mestskej prevádzke s častými rozjazdmi. V praxi sa takmer všade uvádza údaj získaný práve týmto spôsobom;

b) motorová metóda – meria oktánové číslo v prísnejších podmienkach, ktorým zodpovedá 900 otáčok za minútu a vysoké zaťaženie. V tomto prípade ide o stimuláciu jazdy vo vyšších rýchlostiach. Takto získané oktánové číslo je zhruba o 10 bodov nižšie, býva definované v normách a v praxi sa vyskytuje veľmi zriedkavo.

  

Detonačné spaľovanie

           Samovznietenie možno charakterizovať ako miestne samovoľné a nekontrolovateľné zapálenie zmesi paliva. Tým dochádza k veľmi rýchlemu nárazovému spaľovaniu - detonáciám, následkom ktorých vznikajú tlakové vlny. Tieto sa šíria v spaľovacom priestore a namáhajú vnútornú časť motora, teda kľukový mechanizmus. Pri nadmerných detonáciách tak môže dôjsť k poškodeniu hlavy, valcov a ventilov.  

           Prípadný vznik detonačného spaľovania je podmienený predovšetkým kompresným pomerom, tvarom spaľovacieho priestoru, predstihom zážihu a oktánovým číslom.

           Pri normálnom horení sa plameň šíri rýchlosťou 20 až 40 m/s a tlak rýchlosťou 1000 m/s. V prípade, že nastane detonačné horenie, rýchlosť šírenia tlaku sa môže až strojnásobiť. 

           Detonačné spaľovanie je spojené aj so znížením výkonom motora, pričom sa v ňom prejavuje neštandardnými zvukmi, pre ktoré sa zaužívalo pomenovanie klepanie.