מספר אוקטן

איזואוקטן (למעלה) לו נקבע מספר אוקטן 100, והפטן (למטה) לו נקבע מספר אוקטן 0.

מספר אוקטן הוא המדד המקובל לבחינת הביצועים של בנזין במנועי שריפה פנימית. ככל שמספר האוקטן גדול יותר כך ניתן ליצור לחץ דחיסה גבוה יותר בתוך תאי השריפה של המנוע מבלי לגרום להצתת התערובת. לכן, במנועים בעלי נצילות גבוהה שבהם נוצר לחץ דחיסה גבוה, נעשה שימוש בדלקים בעלי מספר אוקטן גדול.

היסטוריה

כבר בשנת 1912 נצפתה במנועי שריפה פנימית תופעת ההצתה המוקדמת והבלתי מתואמת. המנועים הפיקו רעש שהוגדר כ"צילצולים", ולאחר בדיקות המנוע התגלו נזקים מכניים רבים למכלולי הבוכנה השונים. הבדיקות העלו כי הגורם העיקרי לנזקים קשור בשליטה על יחס הדחיסה בתוך הצילינדרים. המהנדסים ניהלו מספר רב של ניסיונות לשיפור התיאום בין מועד הדחיסה ותזמון ההצתה, בין היתר באמצעות שינויים במבנה הצילינדרים עצמם, אך כל הניסיונות לא הובילו למציאת הגורם ליצירת ה"צילצולים" ולהפחתת הנזקים במנוע.

בשנת 1927 העלה המהנדס גרהם אדגר (Graham Edgar) את הרעיון כי בעיית ההצתה המוקדמת קשורה בהרכב חומרי הדלק ובעיקר היחס בתערובת בין חומרים דליקים לבלתי דליקים כתלות בלחץ המופעל עליהם, ובתנאי שיהיו בעלי מאפיינים פיזיקליים דומים כמו נקודת רתיחה והיתוך, צפיפות וכושר אידוי. אדגר מצא כי התערובת של איזואוקטן (C₈H₁₈) והפטן (C₇H₁₆) ביחס של 60:40 עומדת בדרישות הללו והיא הפכה לתערובת הדלק הסטנדרטית במנועי רכב החל בשנות ה-30.

עקרונות

אוקטנים הם משפחה של פחמימנים המשמשים כמרכיב עיקרי של בנזין. האוקטן הוא נוזל חסר צבע הרותח בטמפרטורה של 125 מעלות צלזיוס. איזואוקטן CH₃) ₃CCH₂CH(CH₃)₂), משמש כאמת מידה סטנדרטית לבחינת נטייתם של דלקים מסוג בנזין להתלקח באופן עצמי. הצתה עצמית של בנזין עלולה לגרום לחוסר יעילות ואף לנזק בפעילותו של המנוע אם היא מתרחשת במהלך הדחיסה, בשלב הקודם להצתה המתוזמנת למצב שבו הלחץ נמצא בשיאו בתוך הצילינדר. הצתה מוקדמת כאמור עלולה לגרום לשברים במכלולי המנוע.

מכיוון שקיימים דלקים מסוימים אשר מגלים עמידות רבה יותר בפני דטונציה מאשר איזואוקטן, ייתכן מצב שבו לבנזין מסוים יקבע מספר אוקטן גבוה מ-100. כאשר נעשה שימוש בדלקים כמו למשל גפ"מ או דלקים מבוססי אלכוהול כגון מתנול ייתכן מצב שבו יקבע לדלק מספר אוקטן של 110 ואף יותר מכך. על מנת להעלות את מספר האוקטן של בנזין רגיל, ניתן להשתמש גם בתוספי דלק שונים אשר רובם מורכבים מחומרים אשר המולקולות שלהם מכילות אטום אחד או יותר של חמצן. בעבר נעשה שימוש בתוסף דלק המכיל גם תרכובת עופרת אך השימוש בו הופסק מסיבות של בריאות הציבור ואיכות הסביבה וכיום נעשה בו שימוש רק בדלק למנועים תעופתיים.

מספר אוקטן אינו מהווה מדד לתכולת האנרגיה של הבנזין אלא רק לנטייתו לבעור באופן מבוקר ולא להתפוצץ.

קביעת המדד

קביעת מספר האוקטן של בנזין מסוים מתבצע באמצעות הפעלת מנוע בדיקה, והשוואת ביצועי הדטונציה שלו מול מנוע הפועל בתערובת של איזואוקטן והפטאן. החלק היחסי באחוזים של איזואוקטן בתערובת אשר מניבה ביצועים שווים הוא מספר האוקטן שנקבע לבנזין הנבדק. לדוגמה, בנזין המפיק מאפייני דטונציה זהים לתערובת המכילה 95% איזואוקטן ו 5% הפטן יהיה בעל מספר אוקטן של 95.

דוגמאות למספרי אוקטן של חומרים שונים

שם	שם כימי	מספר אוקטן
הפטאן	n-Heptan	0
איזואוקטן	‎2,2,4-Trimethylpentan	100
בוטאן	n-Butan	94
איזובוטן	Methylpropan	102
פנטן	n-Pentan	58
איזופנטן	‎2-Methylbutan	94
נאופנטן	‎2,2-Dimethylpropan	86
ציקלופנטן		103
הקסן	n-Hexan	26
איזוהקסן	‎2-Methylpentan	74
נאוהקסן	‎2,2-Dimethylbutan	94
דיאיזופרופיל	‎2,3-Dimethylbutan	102
ציקלוהקסן		83
בנזול	בנזן	99
טולואול	Methylbenzen	110
קסילול	o-Xylol	120
אתילבנזול	Ethylbenzen	107
אתנול		108.6
MTBE	Methyl tert-butyl ether	118
ETBE	Ethyl tert-butyl ether	117
דיציקלופנטדיין	‎Tricyclo[5,2,1,02,6]deca-3,8-dien	229