Per gli appassionati di auto che bazzicano sui siti web dedicati al mondo delle quattro ruote, è molto probabile che leggano articoli o post sui forum riguardanti il numero di ottani, un parametro determinante per il corretto funzionamento dei motori a combustione interna negli autoveicoli alimentati a benzina.
Ma cosa è, esattamente, il numero di ottani, e perché è cosi importante?
Scopriamolo assieme, in questo nuovo articolo di RobQuattro, in cui si analizzerà in modo dettagliato un aspetto tecnico poco conosciuto, ma fondamentale per un corretto uso delle auto a benzina.
L’ottano: un componente della benzina importantissimo
Innanzitutto, per meglio comprendere il concetto legato al numero di ottani (una forma colloquiale, comunque accettabile dell’espressione più corretta “numero di ottano”), è doveroso introdurre la definizione di ottano.
L’ottano è un componente della benzina che, a temperatura e pressione ambiente si presenta sotto forma liquida, incolore ed infiammabile; è un idrocarburo, ovvero un composto organico costituito esclusivamente da atomi di carbonio (C) e idrogeno (H), con formula chimica C₈H₁₈.
Più precisamente si tratta di un idrocarburo saturo appartenente alla famiglia degli alcani, che contengono cioè solo legami singoli C-C (per cui a parità di atomi di carbonio, possiedono il massimo numero di idrogeni possibile rispetto agli altri idrocarburi); a differenza degli alcheni (che contengono legami doppi C=C) che sono detti “insaturi” e degli alchini (che contengono legami tripli C≡C).
Una volta chiarito cosa è l’ottano, si può proseguire nella trattazione, con il successivo focus sul funzionamento del motore a combustione interna.
La detonazione spontanea del carburante: una situazione da evitare
Nei motori a combustione interna, il pistone aspira una miscela di combustibile e di aria comburente dentro il cilindro nella corsa iniziale verso il punto morto inferiore, mentre la comprime ritornando poi al punto morto superiore.
Poco prima che la fase di compressione abbia termine, la candela infiamma la miscela provocando una combustione regolare che respinge il pistone, riavviando il ciclo.
Non tutte le benzine, però, bruciano nella stessa misura, ed è proprio in questo contesto che entra in gioco la molecola dell’ottano.
I parametri principali che determinano l’accensione di un combustibile sono, ovviamente, la temperatura e la pressione; ma è molto importante anche il momento in cui si verifica la fase di accensione.
Nelle condizioni ottimali, infatti, in un motore a combustione interna ad accensione comandata (come quelli a benzina), il combustibile deve accendersi quando scocca la scintilla della candela, né un instante prima né dopo.
Cosa succede se:
l’accensione del carburante avviene prima della scintilla della candela
Se il carburante è troppo detonante si accende spontaneamente, dando luogo al fenomeno noto come “battito in testa”, che provocando diffusione di forze irregolari all’interno del motore ne causa il danneggiamento (per esempio forature dei pistoni, e danneggiamento delle sedi valvola).
Cosa succede se:
l’accensione del carburante avviene dopo la scintilla della candela
Anche se in misura minore, pure un’accensione del carburante che avviene con troppo ritardo rappresenta una condizione critica, perché dentro il motore il pistone ha già iniziato a scendere, mentre la pressione dei gas si sviluppa quando non serve più.
L’energia erogata, pertanto, non viene sfruttata bene con conseguenti perdite di potenza, con il motore che “spinge meno” e un’accelerazione più debole, e come se non bastasse un consumo più elevato del carburante a causa dell’energia che viene sprecata.
A completare il quadro delle criticità vi è poi l’aumento della temperatura nella fase di scarico in cui
la combustione continua mentre i gas escono, con surriscaldamento del collettore e delle valvole di scarico: una situazione che, col passare del tempo può causare usura e danni anche per il catalizzatore.
Il numero di ottani:
un indicatore della resistenza del carburante
alla detonazione spontanea
Dopo avere esposto i concetti preliminari, si può finalmente fornire una definizione del numero di ottani: è un indice che misura quanto un carburante resiste alla detonazione spontanea (cioè allo “scoppio incontrollato”) nei motori a combustione interna.
Ma attenzione: non è l’ottano “normale” il riferimento principale, bensì due suoi isomeri (ovvero composti chimici con la stessa formula molecolare, ma con una struttura diversa): l’isoottano e l’eptano.
Il numero di ottani, in pratica, viene determinato in una scala di valori, espressi in percentuale, basata sul confronto tra queste due sostanze.
All’isoottano, che è molto resistente alla detonazione spontanea, viene attribuito un valore pari a 100, ciò indica molta stabilità nella fase di accensione del combustibile; all’eptano, che invece detona molto facilmente, corrisponde un valore pari a 0 che indica una condizione di instabilità all’accensione; è chiaro quindi che è preferibile ricorrere ad una benzina con una percentuale maggiore di isoottano.
È doveroso chiarire un dettaglio che, diversamente, potrebbe generare confusione: il numero di ottani non indica la percentuale di isoottano puro presente nel carburante, bensì corrisponde alla percentuale di isoottano (100 ottani) in una miscela con n-eptano (0 ottani) che ha lo stesso potere antidetonante del combustibile testato.
Il numero di ottani, più precisamente, corrisponde alla percentuale in volume di isoottano in una miscela con n-eptano che produce la stessa intensità di detonazione del carburante in esame in un motore di prova.
Un carburante con numero di ottano 95, ad esempio si comporta come una miscela costituita per il 95% di isoottano e del rimanente 5% di eptano.
Come viene misurato il numero di ottani
Il numero di ottani viene misurato in un motore a 4 tempi monocilindrico dotato di rapporto di compressione variabile (CFR), confrontando la benzina da analizzare, con quella di miscele a composizione variabile di n-eptano, che ha numero di ottano 0, e isoottano con numero di ottano pari a 100, fino a trovare una miscela che ne provochi lo stesso tipo di accensione.
In particolare viene dapprima alimentato il motore con la benzina da analizzare, e durante il suo funzionamento viene aumentato il rapporto di compressione fino a provocare la detonazione rilevando l’intensità della stessa attraverso trasduttori di pressione montati entro la camera di combustione.
Una volta trovato il rapporto di compressione critico si procede ad alimentare il motore con una miscela pura di isottano, mantenendo lo stesso rapporto di compressione critico e aumentando la percentuale di n-eptano fino a rilevare detonazione con il nuovo combustibile e trovare quindi una concentrazione critica dei due componenti. La percentuale di isoottano di tale miscela cosi ottenuta, indica il numero di ottani.
In Europa, i metodi principali per effettuare il test descritto sono il RON (Research Octane Number) e il MON (Motor Octane Number).
Il RON è utile per testare il potere antidetonante di un combustibile con il motore “a freddo”; e misura il comportamento del carburante in condizioni di guida cittadina o a carico parziale (basso numero di giri).
Il MON è un test più severo, in cui il motore (lo stesso che viene adoperato nel metodo RON) è sotto carico, con un regime di rotazione superiore, inoltre l’anticipo d’accensione è più alto rispetto al metodo RON, per testare il potere antidetonante; serve per simulare condizioni di carico elevato e ad alte temperature
Nel Nord America si utilizza un altro metodo per determinare il numero di ottani, denominato AKI (Anti-Knock Index), calcolato con la media tra RON e MON.
Quali sono i valori ottimali del numero di ottani?
In Europa, lo standard principale per la benzina senza piombo è 95 ottani, comunemente indicata come Eurosuper 95. Questo tipo di benzina, spesso venduto come E10 (con il 10% di etanolo), è compatibile con la maggior parte delle auto moderne. È ampiamente disponibile anche la versione a 98 ottani (Super Plus) per prestazioni elevate (o talvolta 100 RON in alcuni paesi come la Germania). Il riferimento normativo è la norma UNI EN 228.
Il numero di ottani ottimale dipende essenzialmente dal motore: 95 ottani è lo standard ideale per la maggior parte delle auto, poiché offre il miglior rapporto prestazioni/costo.
La benzina 100 ottani è consigliata per motori ad alte prestazioni, con alto rapporto di compressione o sovralimentati, per aumentarne potenza e pulizia.
L’uso di un carburante 100 ottani su un autoveicolo progettato per una benzina con 95 RON, non aumenta la potenza, e raramente giustifica il costo maggiore; in definitiva utilizzare 100 ottani su un’auto che ne richiede 95 non crea certo dei danni, ma è una spesa spesso inutile.
Per quanto riguarda le auto sportive, che richiedono solitamente 98 – 100 RON, la benzina a 100 ottani migliora la combustione, riduce il battito in testa e può incrementare la potenza del 6% in motori progettati per sfruttarla; in questo contesto la benzina a 100 ottani rivela tutti i suoi vantaggi: una migliore risposta del motore, una potenziale riduzione dei consumi e una maggiore pulizia interna.
In ogni caso, tuttavia, si consiglia di controllare sempre il manuale d’uso e di manutenzione del veicolo, poiché è il riferimento principale per il numero di ottano corretto.
Con quest’ultima, ma doverosa raccomandazione, termina la trattazione del numero di ottani; sperando di essere riusciti a suscitare il vostro interesse, rinnoviamo l’appuntamento fra qualche giorno, per un nuovo argomento.
A presto.
