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Eigenschaften

Die Mindeststandards für unverbleites Benzin werden seit 1993 in der europäischen DIN EN 228 festgelegt.

Die Flüchtigkeit eines Ottokraftstoffs ist eine Grundvoraussetzung für ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch
Die Neigung des Benzins zur Verdampfung – seine Flüchtigkeit – ist die zentrale Voraussetzung zum Einsatz als Ottokraftstoff und zugleich ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Da Benzin ein Gemisch aus vielen Kohlenwasserstoffen ist, hat es keinen definierten Siedepunkt, sondern einen Siedebereich, der etwa zwischen 30 °C und 200 °C liegt.  

Die Flüchtigkeit wird durch den Siedeverlauf in diesem Temperaturband und durch den Dampfdruck charakterisiert. Der Siedeverlauf beschreibt den Anteil verdampfter Flüssigkeit bei verschiedenen Temperaturen; der Dampfdruck resultiert aus den Kraftstoffkomponenten, die bei einer definierten Temperatur in einem geschlossenen Behälter aus der Flüssigphase in die Dampfphase übergehen.
 
Einfluss der Kraftstofftüchtigkeit auf das Kaltanfahr- und Heißfahrverhalten

Die Abhängigkeit „Verdampfte Benzinanteile/Temperatur“ ergibt die so genannte Siedekurve, deren Lage und Charakteristik den Fachleuten Rückschlüsse über das Verhalten des Kraftstoffs im Motor erlauben. Prinzipiell muss die Flüchtigkeit des Ottokraftstoffs so beschaffen sein, dass in allen Situationen ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Brennraum zur Verfügung steht. Unter bestimmten Betriebsbedingungen – etwa bei besonders kaltem oder besonders heißem Motor – ist diese Voraussetzung schwer zu erfüllen, so dass sich an diesem Kriterium Qualitätsunterschiede der Kraftstoffe bemerkbar machen.   


Die Zündfähigkeit des Gemischs wird nicht nur vom Kraftstoff beeinflusst, sondern auch vom Motorkonzept. Das heißt, es ist ein Unterschied, ob der Motor mit „fetten“ oder „mageren“ Gemischen betrieben wird.   

Das bestimmende Merkmal für die kontrollierte Zündung des Kraftstoff-Luftgemischs ist die Klopffestigkeit

Die bekannteste Eigenschaft des Ottokraftstoffs ist die Klopffestigkeit mit dem dazugehörigen Maß der „Oktanzahl“. Mit „Klopffestigkeit“ ist das Verhalten des Benzins gemeint, nicht unkontrolliert durch Selbstentzündung, sondern ausschließlich präzise gesteuert durch den Zündfunken zu verbrennen. 

 

Aufgrund hoher Temperaturen und starker Druckwellen im Brennraum kann klopffreudiger Kraftstoff dazu neigen, sich selbst zu entzünden. Problematisch an der unkontrollierten Verbrennung ist die dadurch verursachte thermische und mechanische Überbeanspruchung des Motors. Die Selbstentzündung erzeugt eine Stoßwelle mit extremen Drücken und hohen Temperaturen, wodurch Motorteile in Schwingungen geraten können. Dies erzeugt das typische „klopfende“ Geräusch. Die Folgen reichen von einem merkbaren Leistungsverlust bis hin zu gravierenden Motorschäden wie etwa durchgebrannte Kolben. Klopffeste Kraftstoffe vermeiden solche „Spontanverbrennungen“. Erkennbar ist dieses Benzin an entsprechend hohen Oktanzahlen.  

Die Oktanzahl ist die Kenngröße für die Klopffestigkeit
Mechaniker arbeitet

Das Maß für die Oktanzahl wurde willkürlich gewählt. Sie liegt gemäß der damaligen Annahme, dass 100 nicht überschritten können werde, zwischen 0 und 100. Um den genauen Wert für einen bestimmten Kraftstoffe zu ermitteln, wird dieser mit einer Mischung aus klopffesten Isooktan und klopffreudigem n-Heptan verglichen.

 

Isooktan erhielt dabei die Oktanzahl 100, n-Heptan die Oktanzahl 0. Der Vergleichstest zwischen einer Kraftstoffprobe und dem Isooktan/n-Heptan-Gemisch wird mit einem standardisierten Verfahren in dem so genannten "Einzylinder-CFR-Prüfmotor" gefahren.

 

Zunächst ermittelt man durch eine variable Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, wann der Motor bei der Kraftstoffprobe zu klopfen beginnt. Anschließend wird die dazugehörige Oktanzahl ermittelt, indem bei konstant bleibendem Verdichtungsverhältnis das Isooktan/n-Heptan-Gemisch in seinem Verhältnis verändert wird. Und zwar so lange, bis der Motor zu klopfen anfängt. Ist in der Isooktan/n-Heptan-Mischung dann 95 Prozent Isooktan, beträgt die Oktanzahl des zu untersuchenden Kraftstoffs "95". Mit anderen Worten: Der Kraftstoff ist so klopffest wie eine Isooktan/n-Heptan-Mischung mit 95-prozentigem Anteil Isooktan.

Maßgebliche Oktanzahlen sind die ROZ und die MOZ
In diesem Laborverfahren mit dem CFR-Prüfmotor werden zwei Oktanzahlen bestimmt: die „Research-Oktanzahl“ (ROZ) und die „Motor-Oktanzahl“ (MOZ). Der Unterschied liegt in den Bedingungen, unter denen diese Werte bestimmt werden. Während für die ROZ eine konstante Drehzahl von 600 Umdrehungen pro Minute, eine konstante Zündeinstellung und eine Luftvorwärmung von 52 °C vorgegeben sind, wird die MOZ bei einer Drehzahl von 900 Umdrehungen pro Minute, automatisch verstellbarer Zündeinstellung sowie einer Gemisch-Vorwärmung von 149 °C ermittelt.   

Die Motor-Oktanzahl beurteilt die Klopffestigkeit des Kraftstoffs aufgrund der härteren Bedingungen schärfer. Die ROZ fällt immer höher aus als die MOZ, da insbesondere die hohe Gemisch-Vorwärmung bei der Motormethode den Wert drückt: Je empfindlicher ein Kraftstoff gegenüber thermischer Beanspruchung ist, desto niedriger fällt seine MOZ aus.   

Als Grundregel gilt, dass für den motorischen Betrieb die Oktanzahl möglichst hoch sein sollte, da sie die maximal mögliche Verdichtung des Motors festlegt und so die erzielbare Leistung sowie den Kraftstoffverbrauch wesentlich mitbestimmt.   

Der natürliche Bestandteil Schwefel wird im Produktionsprozess weitestgehend entfernt
Schwefel ist im Gegensatz zu Blei oder den Oxygenates ein natürlicher Bestandteil des Rohöls. Trotzdem ist er bei dem Verbrennungsprozess unerwünscht. Durch geeignete Raffinerieverfahren wird er weitgehend aus dem Kraftstoff entfernt und weist nur noch Restbestandteile auf. Die verbleibenden Spuren reichen jedoch aus, um unter bestimmten Voraussetzungen – ältere Katalysatortypen und deutliche Schwankungen des Gemischs zwischen „mager“ und „fett“ –unangenehmen Gerüche hervorzurufen.