‘Peter Aansorgh vertaalt in diverse artikelen RON als Road Octane Number, terwijl het volgens mij de afkorting van Research Octane Number is’, stelt Leo Powelse in een mail. ‘Wat is nu juist?’ Daar duiken we eens in…
Foto’s: Peter Aansorgh
De kwaliteit van benzine is vastgelegd in de NEN-EN228-norm. Die norm beschrijft precies aan welke eigenschappen benzine moet voldoen. Het onderscheid twee soorten benzine: met een ethanol-inhoud van maximaal 10% en met een van maximaal 5%, bij ons bekend als E10 en E5. Het ethanol-aandeel van E5 is bij veel merken nihil, omdat ethanol veel problemen met vervuiling geeft en daarnaast tot een hoger brandstofverbruik leidt, omdat ethanol een lagere energie-inhoud heeft. Twee zaken die een brandstoffabrikant wil voorkomen als hij je wil overhalen een hogere prijs voor een premium brandstof te betalen.
Volgens de EN228-norm moet E10 een minimaal Research Octane Number (RON) van 95 hebben, E5 minimaal 97, maar in de praktijk is het vaak meer omdat we het hebben over premium brandstoffen. De vraag is, wat zeggen die getallen nu precies? Daarvoor kijken we eerst naar het verbrandingsproces.
Is E10-Benzine schadelijk voor moderne motoren?
Vlamfront
In een verbrandingsmotor wordt benzine in lucht verneveld. Het mengsel wordt gecomprimeerd en via de bougie aangestoken. Als het goed is, verbrandt het mengsel dan razendsnel, maar wel heel ordentelijk. Tussen de elektroden van een bougie komt een hele hoge elektrische spanning te staan. De lucht- en brandstofdeeltjes, die zich tussen de elektroden bevinden, worden door het elektromagnetische veld gericht en op een rijtje gezet, waardoor zich een brug vormt waarover de elektriciteit van de ene elektrode naar de andere kant springt. Dat is de bougievonk. Door de hitte van de vonk reageren de brandstofdeeltjes en de luchtdeeltjes, die zich tussen de elektroden bevinden, met elkaar. Ze beginnen dus te branden. Door de hitte van de brandende deeltjes worden de naburige deeltjes aangestoken. Die deeltjes steken de deeltjes die daarnaast liggen aan. Zo loopt er een brandend laagje – een vlamfront – door de verbrandingskamer heen totdat alle uithoeken van de verbrandingskamer zijn bereikt en alle brandstof is verbrand. De tijd die het vlamfront nodig heeft – de vlamfronttijd – bedraag milliseconden. Maar het gaat zeer ordentelijk en het geeft een relatief geleidelijke drukopbouw.
Pingelen
In de verbrandingskamer vindt dus – als het goed is – een zeer geleidelijke, gelaagde verbranding plaats. Het is dus geen explosie. Bij een ontploffing zou het brandstof-luchtmengsel spontaan en chaotisch verbranden. Daarbij kunnen plaatselijk zulke hoge drukpieken ontstaan, dat cilinderkoppen kunnen barsten en zuigers vervormen. Onder bepaalde omstandigheden kunnen deze ongewenste ontploffingen wel voorkomen. Dan hebben we het over ‘pingelen’.
Als de vlamfronttijd kort genoeg is, is al het mengsel verbrand voordat de druk en de temperatuur zo hoog wordt dat er spontane, chaotische verbranding plaatsvindt. Duurt het te lang, dan kan het resterende mengsel alsnog exploderen. Dan pingelt de motor. Dat kan op twee manieren: er is low-speed knock en high-speed knock, wat betrekking heeft op de toerentallen waarbij het pingelen optreedt. Low-speed knock vindt bij hele lage toerentallen plaats, wanneer je vol gas geeft. Je hoort dat als een kloppend of tikkend geluid. Het komt doordat de vullingsgraad van de cilinder dan hoog is, waardoor de werkelijke compressie van het lucht-brandstofmengsel ook maximaal is. High-speed knock vindt bij hoge toerentallen plaats. De vullingsgraad is dan slechter omdat de cilinder moeite heeft genoeg lucht aan te zuigen. Maar door de hoge snelheid van de gasstromen is de turbulentie in de cilinder groter, waardoor er ook ongecontroleerde verbrandingen kunnen plaatsvinden.
Boring
De vlamfronttijd stelt de constructeur voor een aantal uitdagingen. Ten eerste beperkt het de mogelijke boring van een motorfietsmotor. We willen alsmaar meer cilinderinhoud en meer vermogen, zelfs al kunnen we dat vermogen nergens gebruiken. Dat betekent dat de boring en de slag groter moeten. En omdat we bij hoge toerentallen meer vermogen kunnen ontwikkelen, willen we eigenlijk liever een grotere boring dan een grotere slag. Er zijn immers mechanische beperkingen aan de maximale ‘gemiddelde zuigersnelheid’. Maar een grotere boring betekent een grotere afstand van de bougie naar de rand van de verbrandingskamer. Bij een gelijkblijvende vlamfrontsnelheid geeft dat een grotere vlamfronttijd. Dat kan ervoor zorgen dat het mengsel de tijd krijgt om te gaan pingelen. Het kan ook zijn dat de zuiger alweer zover op weg is naar beneden dat de verbranding minder rendement oplevert en wellicht zelfs uitdooft voordat alle brandstof is verbrand. Dat geeft dus slechte emissies.
Maatregelen
Die emissies stellen constructeurs nog voor andere uitdagingen. We willen graag een laag brandstofverbruik, dus willen we graag met arme mengsels rijden. Maar bij arme mengsels vinden de lucht-brandstofdeeltjes elkaar moeilijker en dat vertraagt het vlamfront. Een andere manier om een zuinige motor te creëren, is om de compressie te verhogen. Maar bij een hogere druk zal een motor ook eerder pingelen, dus ook dat wordt beperkt door de vlamfronttijd. Een constructeur moet dus methoden vinden om ofwel de vlamfronttijd te verkorten of de pingelneiging van een motorblok te verlagen. Het verkorten van de vlamfronttijd is in theorie eenvoudig: je monteert een tweede bougie in de verbranding zodat je twee bronnen hebt van waaruit de vlamfronten starten. Die hoeven dan een minder lange weg af te leggen, waardoor de vlamfronttijd wordt verkort.
Pingelneiging
Voor het verlagen van de pingelneiging moet de constructeur ‘hotspots’ zien te vermijden, die het mengsel op het verkeerde moment en op de verkeerde plek aan kunnen steken. Dat kan door een betere koeling van de cilinderkop, de zuigerbodem en de cilinderwanden. Dat kan bijvoorbeeld door de zuigerbodem met een oliestraal te koelen, door effectievere koelkanalen en door natriumgevulde kleppen, die de warmte beter afvoeren. Je ziet de laatste decennia ook dat de ouderwetse, isolerende asbest-koppakkingen zijn vervangen door koppakkingen van verenstaal, die niet alleen beter afdichten, maar die ook beter in staat zijn om warmte te geleiden en af te voeren. Bolvormige verbrandingskamers zie je daarom ook niet meer. Die geven meer oppervlak waarmee warmte aan het mengsel kan worden afgegeven, dat extra oppervlak zorgt tevens voor een grotere weg voor het vlamfront.
Octaangetal
Een motorconstructeur moet erop kunnen vertrouwen dat zijn motorblok onder alle omstandigheden goed functioneert en niet gaat pingelen. Dat kan alleen als hij erop kan vertrouwen dat de brandstof van constante kwaliteit is of in elk geval aan een minimale kwaliteit voldoet. Als hij een motor maakt die op E10/Euro95 moet kunnen lopen, moet het octaangetal dus altijd boven de 95 liggen. Maar wat zegt zo’n getal nu eigenlijk? Het heeft niets met de samenstelling op zich te maken, het zegt dus niets over het octaangehalte. Het is een kunstmatig getal. Ooit, rond 1920, ontdekten ze dat sommige brandstoffen eerder pingelden dan andere. In 1928 hebben ze een eencilinder testmotor met variabele compressie ontwikkeld – de Cooperative Fuels Reseach Engine – waarmee wordt gemeten bij welke druk een brandstof spontaan ontbrandt. Die grens – de klopvastheid – hebben ze toen een waarde gegeven: de klopvastheid van n-heptaan noemden ze 0, die van iso-octaan 100. Alle brandstoffen worden met die brandstoffen vergeleken en klopvastheid is dus een relatieve waarde. Als een brandstof dezelfde prestaties in de standaard testmotor geeft als een mengsel van 90% iso-octaan en 10% heptaan, dan is het octaangetal 90. Doorgaans voegt een brandstoffabrikant methyl-tert-butylether toe om het octaangetal op peil te brengen.
Techniek Kawasaki waterstofmotor: toekomstbeeld of stuiptrekking?
RON en MON
Met het octaangetal alleen zijn we er nog niet, want de vraag is, hoe is het gemeten? Er is naast het Research Octane Number ook nog een Motor Octane Number (MON).
Het Research Octane Number of RON geeft de pingelneiging van brandstof in een testmotor bij lage toerentallen en lage temperaturen (600 tpm en 49°). Het geeft dus informatie over het gedrag van de brandstof bij stationairloop en bij acceleratie. Naarmate motoren hogere toerentallen gingen draaien, gaf de RON-waarde eigenlijk niet genoeg informatie meer. Er kwam daarom een nieuwe test. Bij deze MON-test wordt gemeten bij 149° Celcius inlaatlucht en 900 tpm. Het MON-getal ligt doorgaans lager, het scheelt meestal 10 octaanpunten. MON vertelt je meer hoe de brandstof zich bij volgas gedraagt en bij hogere snelheden op snelwegen. En dan is er nog een derde nummer: het Road Octane Number. Dat is het gemiddelde van de twee anderen ook wel de anti-Knock Indeks (AKI) genoemd. De afkorting is RON. Ziedaar de oorzaak van de spraakverwarring.
De pomp
Het Research Octane nummer is belangrijk voor auto’s die met relatief lage snelheden in de stad rijden. Voor motorfietsen – waar stevig mee wordt gereden, bijvoorbeeld op het circuit – is de MON-waarde eigenlijk belangrijker.
Maar in Europa zie je meestal het Research Octane Number op de pomp staan. In landen als Canada, de VS en Mexico vind je juist vaak het Road Octane Number. Maar Leo had dus gelijk: wat je in Europa op de benzinepomp ziet staan, is het Research Octane Number en niet het Road Octane Number. Volgens de EN228-norm moet E10 een minimaal Research Octane Number (RON) van 95 en een Motor Octane Number van 85 hebben. E5 moet minimaal een RON van 97 en een MON van 86 hebben, maar in de praktijk is het vaak meer omdat we het hebben over premium brandstoffen. LPG heeft een RON van 108, E85 (benzine met 85% bio-ethanol) 105. Ecomaxx Bike Fuel heeft een RON hoger dan 98 en een MON van 93. Dat is dus zeer geschikt voor racers en voor motoren in de winterstalling. Want wanneer benzine lang in de tank zit, verdampen de lichtere delen en daalt het octaangetal. Als je hoog start, dan eindig je na de winter minder laag en is de kans op pingelen kleiner.
