Kompresní poměr

Kompresní poměr vyjadřuje, jak těsně motor stlačuje vzduch nebo směs paliva se vzduchem uvnitř každého válce během kompresního zdvihu. Je definován jako poměr dvou objemů: celkového prostoru ve válci, když je píst úplně dole, a mnohem menšího prostoru, který zbývá, jakmile píst dorazí nahoru. Hodnota 10:1 například znamená, že je směs před zážehem stlačena na desetinu svého původního objemu. Toto jediné číslo prozrazuje hodně o charakteru motoru, jeho nárocích na palivo i o jeho účinnosti.

Kompresní poměr je důležitý proto, že silnější stlačení náplně před hořením činí motor termicky účinnějším a schopnějším z každé jednotky paliva získat více práce. Vyšší kompresní poměr zvyšuje tlak a teplotu ve válci v okamžiku zážehu, takže následné spalování tlačí na píst silněji a uvolňuje svou energii efektivněji. Termodynamika oběhu motoru odměňuje vyšší kompresi vyšší účinností a větším výkonem při dané spotřebě paliva, a právě proto jsou konstruktéři neustále v pokušení tlačit ji co nejvýše, jak to podmínky dovolí.

U benzinových motorů však existuje pevný strop daný klepáním (detonacemi). S rostoucí kompresí stoupá i teplota směsi a po překročení jisté hranice se palivo může samovolně a nerovnoměrně vznítit ještě před přeskočením jiskry, čímž vznikají ničivé tlakové špičky známé jako klepání či detonace. Odolávat tomuto jevu vyžaduje palivo s vyšším oktanovým číslem, které se pod tlakem chová stabilněji, a proto vysokokompresní benzinové motory potřebují prémiová paliva. Tento kompromis historicky omezoval kompresní poměry benzinových motorů zhruba na rozsah 9:1 až 13:1, přičemž vyšší hodnoty byly vyhrazeny motorům navrženým pro vysokooktanová paliva nebo s důmyslným řízením spalování.

Vznětové motory tento limit obracejí ve svou výhodu, neboť ke vznícení paliva využívají právě samotnou kompresi. Pracují s výrazně vyššími poměry, běžně od přibližně 15:1 výše, protože teplo vzniklé samotným stlačením vzduchu musí stačit ke vznícení nafty vstříknuté na konci zdvihu. Žádná svíčka neexistuje; zdrojem zážehu je sama vysoká komprese. Toto je základní důvod, proč jsou vznětové motory stavěny robustněji než benzinové — musí snášet podstatně vyšší tlaky, které takové poměry vytvářejí.

Moderní technologie některé z těchto starých omezení zmírnila. Přímé vstřikování paliva ochlazuje nasávanou náplň díky vypařování paliva uvnitř válce, což umožňuje benzinovým motorům běžet s mírně vyšším kompresním poměrem, aniž by klepaly, zatímco přeplňování turbodmychadlem, jež dovnitř tlačí více vzduchu, obvykle vyžaduje nižší geometrický poměr, aby se udržely maximální tlaky pod kontrolou. Některé pokročilé motory dokonce za jízdy mění svůj kompresní poměr a vyvažují tak účinnost a výkon. Kompresní poměr tak stojí v samém srdci konstrukce motoru a úzce souvisí se zdvihovým objemem, návrhem pístu i s širším chováním spalovacího motoru.