Kompresijski omjer

Kompresijski omjer izražava koliko motor čvrsto sabija zrak ili smjesu zraka i goriva unutar svakog cilindra tijekom takta kompresije. Definira se kao omjer dvaju obujma: ukupnog prostora u cilindru kad klip sjedi na samom dnu svoga hoda i mnogo manjeg prostora koji preostaje kad klip dosegne vrh. Vrijednost 10:1, primjerice, znači da je smjesa sabijena na desetinu izvornog obujma prije paljenja. Taj jedan broj otkriva mnogo o karakteru motora, zahtjevima za gorivom i učinkovitosti.

Omjer je važan jer jače sabijanje punjenja prije izgaranja čini motor toplinski učinkovitijim i sposobnim izvući više rada iz svake jedinice goriva. Viši kompresijski omjer podiže tlak i temperaturu u cilindru u trenutku paljenja, što znači da naknadno izgaranje jače pritišće klip i učinkovitije oslobađa svoju energiju. Termodinamika ciklusa motora nagrađuje višu kompresiju većom učinkovitošću i više snage za danu količinu goriva, zbog čega inženjeri uvijek osjećaju iskušenje podići je koliko uvjeti dopuštaju.

U benzinskim motorima, međutim, postoji čvrst strop koji nameće detonacija. Kako kompresija raste, raste i temperatura smjese, a iza određene točke gorivo se može spontano i neravnomjerno zapaliti prije nego svjećica ispali iskru, proizvodeći razorne nagle skokove tlaka poznate kao detonacija ili lupanje. Otpornost na to zahtijeva gorivo višeg oktanskog broja, koje pod tlakom izgara kontroliranije, pa benzinski motori s visokom kompresijom traže gorivo više kvalitete. Taj je kompromis povijesno ograničavao kompresijske omjere benzinaca otprilike na raspon od 9:1 do 13:1, pri čemu su više vrijednosti pridržane za motore projektirane oko visokooktanskoga goriva ili pametnog upravljanja izgaranjem.

Dizelski motori taj ograničavajući čimbenik pretvaraju u prednost oslanjajući se na samu kompresiju za paljenje goriva. Rade na znatno višim omjerima, najčešće od oko 15:1 naviše, jer toplina koju stvara samo sabijanje zraka mora biti dovoljna za paljenje dizela raspršenog na vrhu hoda. Nema svjećice; visoka je kompresija izvor paljenja. To je temeljni razlog zašto su dizelski motori građeni robusnije od benzinskih, jer moraju izdržati mnogo veće tlakove koje takvi omjeri proizvode.

Moderna je tehnologija olabavila neka od tih starih ograničenja. Izravno ubrizgavanje goriva hladi dolazno punjenje dok gorivo isparava unutar cilindra, dopuštajući benzinskim motorima da rade s nešto višom kompresijom bez detonacije, dok prednabijanje, koje utiskuje više zraka, općenito zahtijeva niži geometrijski omjer kako bi se vršni tlakovi održali pod kontrolom. Neki napredni motori čak mijenjaju svoj kompresijski omjer u vožnji radi ravnoteže učinkovitosti i snage. Kompresijski omjer time stoji u srcu projektiranja motora, usko povezan s radnim obujmom, dizajnom klipa i širim ponašanjem motora s unutarnjim izgaranjem.