Oktaaniluku

Oktaaniluku on polttoaineen puristuskestävyyttä ilmaiseva luku. Mitä korkeampi oktaaniluku, sitä suurempi on sallittu puristussuhde. Puristussuhde kertoo kuinka paljon polttoaine-ilmaseos puristuu moottorin sylinterissä puristustahdin aikana. Suuri puristussuhde tarkoittaa suurempaa määrää seosta ja siten suurempaa sylinterissä olevaa painetta, joka puolestaan yleensä parantaa moottorin tehoa (hyötysuhteen kasvun kautta) suhteessa samanlaiseen, mutta pienemmän puristussuhteen moottoriin.

Männän kierto nelitahtimoottorin sylinterissä. Suuri puristussuhde tarkoittaa suurempaa eroa tilojen 1 ja 2 välisissä sylinterin tilavuuksissa.

Liian pienen oktaaniluvun polttoaine aiheuttaa moottorille vahingollista nakutusta eli polttoaineseoksen liian nopeaa räjähdysmäistä syttymistä tasaisen palamisen sijaan. Toistuvat räjähdykset saavat moottorin pitämään nakuttavaa ääntä, josta nakutuksen nimitys johtuu. Karkeana sääntönä voidaan sanoa, että mitä suurempi puristussuhde on, sitä todennäköisemmin moottori nakuttaa, ja mitä suurempi polttoaineen oktaaniluku on, sitä epätodennäköisemmin moottori nakuttaa. Dieselöljylle mitataan oktaaniluvun sijaan syttymisherkkyyttä kuvaava setaaniluku. Jos polttoaineen setaaniluku on suuri, sen oktaaniluku on pieni.

Oktaaniluku ei kerro bensiinin "laadusta". Korkeampioktaaninen seos ei välttämättä sisällä enempää energiaa. Se ei välttämättä pala nopeammin tai anna parempaa käyttötehoa. Yleensä se on kallimpaa siksi, että öljyssä on vain tietty määrä oikean oktaaniluvun jakeita ja siitä poikkeavat jakeet vaativat jatkojalostusta, mikä maksaa. Kuitenkin moottoria voidaan käyttää suuremmalla huipputeholla ilman nakutusongelmia, jos oktaaniluku on korkeampi.

Oktaaniluvun määritelmä

Oktaaniluku määritetään vertaamalla polttoainetta n-heptaanin ja 2,2,4-trimetyylipentaanin seoksiin siten, että etsitään sellainen n-heptaanin ja 2,2,4-trimetyylipentaanin seossuhde, jolla testimoottorin nakuttaminen alkaa samalla puristussuhteella kuin vertailtavan polttoaineen. Jos polttoaineen oktaaniluku on 95, sen nakutusominaisuudet ovat samat kuin seoksen, jossa on 95 tilavuusprosenttia 2,2,4-trimetyylipentaania ja 5 tilavuusprosenttia n-heptaania. 95-bensiinissä ei kuitenkaan ole 95 % oktaania.

Koska oktaaniluku on täysin kokeellinen mitta, eli sille ei ole varsinaista teoreettista vastinetta, se riippuu paljon mittausmenetelmästä. Standardimoottorille saatu oktaaniluku on ns. RON (Research Octane Number), eli tutkimusoktaaniluku. RON mitataan tietynlaisissa olosuhteissa yksisylinterisellä tutkimusmoottorilla, joka pyörii 600 kierrosta minuutissa, ja jonka puristussuhdetta muutetaan mittauksen aikana oktaaniluvun saamiseksi. Huipputehoa tiekäytössä kuvaava mittaus tuottaa luvun MON (Motor Octane Number), eli moottorioktaaniluvun. MON mitataan muuten samalla tapaa ja samanlaisella tutkimusmoottorilla, mutta se pyörii 900 kierrosta minuutissa. MON on yleensä 8–10 oktaanilukua pienempi. Euroopassa käytetään lukua RON ja Yhdysvalloissa yleensä RON- ja MON-lukujen keskiarvoa, eli AKI-lukua (eng. anti-knock index).

Oktaaniluku voi olla suurempi kuin 100, sillä jotkin polttoaineet vastustavat nakutusta vieläkin paremmin kuin puhdas 2,2,4-trimetyylipentaani. Esim. E85:n RON on yli 104. Asteikkoa, joka ilmoittaa suurimman sallitun puristussuhteen kullakin oktaaniluvulla on siis ekstrapoloitu (matemaattisesti arvioitu) suuremmille oktaaniluvuille kuin 100.

Historia

Kevyemmät eli alempioktaaniset öljyjakeet sopivat huonommin moottorikäyttöön, koska ne syttyvät liian helposti itsekseen, joten öljynjalostajat pyrkivät nostamaan oktaanilukua ja tekemään kevyemmistä jakeista korkeampioktaanisia. Suomessa lisättiin bensiiniin tetraetyylilyijyä (Pb(C₂H₅)₄) oktaaniluvun nostamiseksi. Suomessa lyijyn käyttöä vähennettiin 1980-luvulla ja se lopettiin 1994. Nykyään on siirrytty happipitoisiin lisäaineisiin, kuten metyyli-tert-butyylieetteriin. Yhdysvalloissa, missä MTBE on maaperän saastumisen vuoksi kielletty, käytetään 2,2,4-trimetyylipentaania itseään.

Oktaaniluku määritetään oktaanista ja heptaanista siksi, että entisaikaan puhdasta heptaania oli saatavilla vain erään mäntylajin pihkasta.

Aineiden oktaanilukuja

Alkaanien oktaaniluku kasvaa molekyylin hiiliketjun pidentyessä. Sykloalkaaneilla (esim. sykloheksaani) on suurempi oktaaniluku kuin ja alkaaneilla (heksaani), ja aromaattisilla tätäkin suurempi (bentseeni).

Aineiden RON-lukuja

Aine	RON	Aine	RON
Butaani	93	Metyylisykloheksaani	75
Pentaani	62	2,2-Dimetyylipentaani	93
1-Penteeni	91	2,2,3-Trimetyylibutaani	113
2-Metyyli-2-buteeni	97	Tolueeni	124
2-Metyylibutaani	99	2-Metyyliheptaani	23
2,2-Dimetyylipropaani	100	Etyylisykloheksaani	43
Syklopentaani	101	1,3-Dimetyylisykloheksaani	67
Heksaani	25	1,4-Dimetyylisykloheksaani	68
2-Metyylipentaani	73	2,3-Dimetyyliheksaani	71
3-Metyyli-2-penteeni	78	1,2-Dimetyylisykloheksaani	81
Sykloheksaani	83	2,2,4-Trimetyylipentaani	100
Metyylisyklopentaani	91	2,2,4-Trimetyyli-2-penteeni	113
2,2-Dimetyylibutaani	92	orto-Ksyleeni	120
2,3-Dimetyylibutaani	92	Etyylibentseeni	124
4-Metyyli-2-penteeni	99	2,4,4-Trimetyyli-1-penteeni	125
Bentseeni	106	meta-Ksyleeni	145
Heptaani	0	para-Ksyleeni	146
2-Metyyliheksaani	44	Propyylibentseeni	127
1-Hepteeni	60	Isopropyylibentseeni	132
Etanoli	111	1,3,5-Trimetyylibentseeni	171