Kompressionsforhold

Kompressionsforholdet udtrykker, hvor hårdt en motor komprimerer luften eller luft-brændstofblandingen inde i hver cylinder under kompressionsslaget. Det defineres som forholdet mellem to volumener: det samlede rum i cylinderen, når stemplet står helt i bunden af sit slag, og det langt mindre rum, der er tilbage, når stemplet når toppen. Et tal som 10:1 betyder for eksempel, at blandingen komprimeres til en tiendedel af sit oprindelige volumen før antændelse. Dette ene tal afslører meget om en motors karakter, brændstofkrav og effektivitet.

Forholdet betyder noget, fordi en hårdere sammenpresning af ladningen før forbrændingen gør motoren mere termisk effektiv og i stand til at udvinde mere arbejde af hver enhed brændstof. Et højere kompressionsforhold hæver trykket og temperaturen i cylinderen i antændelsesøjeblikket, hvilket betyder, at den efterfølgende forbrænding presser hårdere på stemplet og frigiver sin energi mere effektivt. Termodynamikken i motorens kredsproces belønner højere kompression med større effektivitet og mere effekt for en given mængde brændstof, og derfor er ingeniørerne altid fristet til at hæve det, så meget forholdene tillader.

I benzinmotorer er der dog et fast loft sat af bankning. Når kompressionen stiger, stiger blandingens temperatur også, og ud over et vist punkt kan brændstoffet antænde spontant og ujævnt, før tændrøret tænder, hvilket giver de ødelæggende trykspidser, der kaldes bankning. At modstå det kræver brændstof med højere oktantal, der brænder mere kontrolleret under tryk, så højkompressionsbenzinmotorer kræver premiumbrændstof. Denne afvejning har historisk begrænset benzinmotorers kompressionsforhold til omkring 9:1 til 13:1, hvor de højeste tal er forbeholdt motorer, der er bygget op om højoktanbrændstof eller smart forbrændingsstyring.

Dieselmotorer vender denne begrænsning til en fordel ved selv at bruge kompressionen til at antænde brændstoffet. De kører langt højere forhold, ofte fra omkring 15:1 og opefter, fordi varmen alene fra at komprimere luften skal være nok til at antænde den diesel, der sprøjtes ind i toppen af slaget. Der er intet tændrør; den høje kompression er antændelseskilden. Det er den grundlæggende årsag til, at dieselmotorer bygges mere robust end benzinmotorer, da de skal kunne tåle de langt højere tryk, som sådanne forhold giver.

Moderne teknologi har løsnet nogle af disse gamle grænser. Direkte brændstofindsprøjtning køler den indgående ladning, når brændstoffet fordamper inde i cylinderen, hvilket lader benzinmotorer køre lidt højere kompression uden at banke, mens turboladning, der presser mere luft ind, generelt kræver et lavere geometrisk forhold for at holde spidstrykkene i ave. Nogle avancerede motorer varierer endda deres kompressionsforhold under kørsel for at balancere effektivitet og effekt. Kompressionsforholdet sidder dermed i hjertet af motorkonstruktionen, tæt forbundet med slagvolumen, stempeludformning og forbrændingsmotorens overordnede adfærd.