Numero d’ottano: tra storia e futuro

ALL’INIZIO, PER GLI AEREI - La ricerca di carburanti in grado di permettere un significativo incremento del rapporto di compressione dei motori (e quindi delle loro prestazioni) ha avuto inizio, in ambito aeronautico, già nel corso della Prima Guerra Mondiale; ma, in campo automobilistico, le benzine “super” sono apparse solo negli anni 50, quando l’arrivo dei primi motori ad alto rapporto di compressione ha imposto lo sviluppo di carburanti capaci di scongiurare il deleterio fenomeno dell’autoaccensione all’interno della camera di combustione. Ed è sempre da allora che il numero di ottano (in termini più tecnici, tenore ottanico) è diventato un protagonista delle campagne pubblicitarie delle benzine commerciali.

 

 

OTTANO, QUESTO… CONOSCIUTO - Quando si nomina l’ottano non si parla semplicemente di un numero inserito in una scala di misurazione teorica, ma di uno degli idrocarburi presenti nella “serie del metano”: nella sua forma più ricca di capacità anti-detonanti, l’isottano (formula chimica C8H18, in cui ogni molecola è formata da otto atomi di carbonio “legati” a 18 atomi d’idrogeno), questa sostanza è stata scelta come indice della resistenza all’autoaccensione (disegno qui sotto) delle benzine commerciali. In laboratorio, i carburanti da mettere in commercio vengono testati su uno specifico motore che è diventato la “cartina di tornasole” del tenore ottanico delle benzine commerciali. Si tratta di un vecchio monocilindrico industriale dell’inglese Briggs & Stratton modificato rendendone scorrevole, in senso assiale, la testa, in modo da poterne variare progressivamente il rapporto di compressione. Ad ogni punto di rapporto di compressione in più, ottenuto senza l’innesco di fenomeni di detonazione, corrisponde un conseguente innalzamento dell’indice ottanico. Viene definito pari a 100 (“etichettandolo”, quindi, con la sigla RON 100) il comportamento di un carburante capace di presentare le stesse caratteristiche di resistenza alla detonazione dell’isottano; mentre benzine meno “prestanti” riceveranno un valore RON progressivamente inferiore (con indici compresi, per la maggior parte dei prodotti commerciali, tra 98 e 84). Allo stesso modo, per i carburanti che avranno mostrato prestazioni migliori di quelle del “campione”, il numero RON sarà superiore a 100: nelle competizioni, per esempio, è comune l’impiego di benzine (molto comuni nelle gare di parecchi campionati nazionali italiani quelle prodotte dalla toscana Magigas) che raggiungono valori compresi tra 102 e 108.

 

 

C’ERA UN VOLTA IL PIOMBO - Nella realtà, però, la percentuale di ottano che, in seguito alla raffinazione del petrolio, entra a far parte della composizione delle benzine, è minima: l’obiettivo di un punto di detonazione più elevato è sempre stato ottenuto mediante l’aggiunta di speciali additivi chimici. In passato, la “pozione magica” ideale per raggiungere valori più alti è stata a lungo rappresentata dal tetraetile di piombo, che offriva anche proprietà lubrificanti benefiche per la longevità delle sedi-valvole. Dalla fine degli anni 50 e per tutto il decennio successivo, in Europa sono state comuni benzine “super” con numero d’ottano fino a 98-100 (in Italia la “normale”, priva di piombo, raggiungeva di solito il valore di 86) mentre, negli USA, la Sunoco Blue e la Firebird della Pure arrivavano a 105 RON. La corsa a valori di tenore ottanico così elevati era stata innescata dalla comparsa di motori con rapporti di compressione sempre più elevati e, in un’epoca in cui l’alimentazione e l’accensione era ancora affidate a carburatori e spinterogeni, l’unica variabile su cui si poteva intervenire per spostare sempre più in alto l’inizio di fenomeni di auto-detonazione era appunto il numero d’ottano delle benzine super. L’utilizzo della Sunoco Blue, per esempio, era obbligatorio per l’alimentazione del leggendario V8 “327 Fuel Injection” della Chevrolet Corvette C2 del 1963 (foto qui sotto), il cui rapporto di compressione era di quasi 12:1. 

 

 

“RIVOLUZIONE” ELETTRONICA - L’avvento dei sistemi di trattamento catalitico dei gas di scarico ha però imposto l’eliminazione del tetraetile di piombo dalla formulazione delle benzine “super”, perché questo metallo è un vero e proprio veleno per i metalli preziosi (platino-palladio-iridio) che costituiscono il “cuore” del catalizzatore. Per questo, già all’inizio degli anni 70, negli Stati Uniti (che per primi hanno reso obbligatorio l’uso delle marmitte catalitiche nelle vetture di nuova omologazione) gli automobilisti si trovavano a fare il pieno con benzine super che faticavano a superare la soglia dei 90 RON. Bandito dalla composizione dei carburanti il tetraetile di piombo, l’industria petrolifera ha così individuato in una serie di idrocarburi pesanti (i cosiddetti “aromatici”) e di composti ossigenati i nuovi additivi con cui riportare progressivamente le benzine commerciali a tenori ottanici molto elevati: oggi, le super-premium arrivano nuovamente al limite dei 98-100 RON. Nel frattempo, anche la formidabile evoluzione della tecnologia dei motori a ciclo Otto è venuta in aiuto dei progettisti che oggi dispongono di software che, per mezzo di analisi computerizzate sempre più accurate, consentono di simulare con grande precisione l’evoluzione della combustione all’interno del cilindro. In tal modo è possibile ottimizzare il progetto termodinamico in base alla “missione” del motore: offrire le massime prestazioni, oppure minimi consumi e ridotte emissioni (oltre, naturalmente, a tutte le innumerevoli “vie di mezzo” tra questi due estremi). I moderni motori a ciclo Otto, sia aspirati che sovralimentati, lavorano tutti con elevati rapporti di compressione, indispensabili per “mettere d’accordo” prestazioni apprezzabili con livelli di emissioni e consumi di carburante sempre più contenuti: come si vede, lo scenario è molto cambiato rispetto agli anni 50 e 60. 

 

 

MENO OTTANO? CV GIÙ - A prevenire i fenomeni di autoaccensione provvedono anche i moderni sistemi integrati di iniezione-accensione, che dispongono di sensori che rilevano i primi accenni di “battito in testa” e provvedono a rimodulare di conseguenza, ritardandolo, l’anticipo d’accensione. E qui torna in gioco il tenore ottanico delle benzine commerciali. Per quanto le tecnologie motoristiche, grazie al calcolo computerizzato, si siano così evolute, il motore a combustione interna a ciclo Otto ha pur sempre i suoi limiti, e non permette (ancora) di spingersi oltre determinati valori di rapporto di compressione. Oppure, se lo si fa, bisogna specificare all’automobilista che per disporre di tutta la potenza pubblicizzata “dovrà” fare sempre il pieno con benzina super di tenore ottanico adeguato. In caso contrario, nella camera di combustione si innescheranno i primi accenni di battito in testa, e i sensori del sistema di gestione integrata provvederanno immediatamente a ridurre l’anticipo di accensione: evitando qualsiasi rischio, ma impedendo al motore di erogare tutta la sua potenza. Esempi in questo senso non  sono mancati: se alimentati con “super” 95 RON, anziché 98-100, il quattro cilindri Honda 2.0 litri della spider S2000 scendeva da 240 a 200 CV, mentre anche il sei cilindri BMW M3 3.2 (foto qui sopra) calava da 343 a non più di 300 CV. 

 

 

LA SORPRESA VIENE DAGLI USA - Tuttavia, negli Stati Uniti sono entrati in commercio motori che, pur essendo caratterizzati da rapporti di compressione molto elevati, mantengono inalterata la loro potenza massima anche senza l’uso di costose benzine super-premium. Come il V6 3.6 biturbo da 420 CV della nuova Cadillac CTS VSport (foto qui sopra) che, pur con sovralimentazione biturbo e con un rapporto di compressione di 10,2:1, richiede l’utilizzo di benzina super americana, da 93 RON. Evidentemente la sua camera di combustione ha un disegno estremamente efficiente, in grado di prevenire l’insorgere di fenomeni di auto-accensione. Lo stesso vale per il nuovo V8 6.2 da 468 CV della Corvette C7, per il quale si raccomanda lo stesso tipo di benzina. Va anche detto che, se alimentati con le nostre super-premium da 98-100 RON, questi propulsori non offrono significativi incrementi di potenza. La regola, insomma, viaggia “a senso unico”: se un motore viene alimentato con benzina di tenore ottanico inferiore al prescritto, perde CV; ma non ne guadagna se, al contrario, si utilizza una benzina di tenore superiore a quello del carburante d’omologazione.