Kompresszióviszony

A kompresszióviszony azt fejezi ki, mennyire szorosan préseli össze a motor a levegőt vagy a levegő-üzemanyag keveréket az egyes hengerekben a kompressziós löket során. Két térfogat arányaként határozzák meg: a hengerben lévő teljes tér, amikor a dugattyú a löket legaljánál áll, és a sokkal kisebb tér, amely akkor marad, amikor a dugattyú felülre ér. Egy 10:1-es érték például azt jelenti, hogy a keveréket az eredeti térfogatának tizedére sűrítik a gyújtás előtt. Ez az egyetlen szám sokat elárul egy motor jelleméről, üzemanyagigényéről és hatásfokáról.

Az arány azért fontos, mert a töltet erősebb összepréselése az égés előtt termikusan hatékonyabbá teszi a motort, és lehetővé teszi, hogy több munkát nyerjen ki minden egységnyi üzemanyagból. A magasabb kompresszióviszony megemeli a nyomást és a hőmérsékletet a hengerben a gyújtás pillanatában, ami azt jelenti, hogy az ezt követő égés erősebben nyomja a dugattyút, és hatékonyabban szabadítja fel az energiáját. A motorciklus termodinamikája a magasabb kompressziót nagyobb hatásfokkal és adott üzemanyag-mennyiségből nagyobb teljesítménnyel jutalmazza, ezért is csábít mindig a mérnököket, hogy a körülmények engedte mértékig megemeljék.

A benzinmotorokban azonban szilárd felső határt szab a kopogás. Ahogy a kompresszió emelkedik, úgy nő a keverék hőmérséklete is, és egy bizonyos ponton túl az üzemanyag spontán és egyenetlenül is meggyulladhat, mielőtt a gyújtógyertya szikrázna, ami a kopogásként vagy kotyogásként ismert romboló nyomáscsúcsokat hozza létre. Ennek ellenállásához magasabb oktánszámú üzemanyagra van szükség, amely nyomás alatt szabályozottabban ég, így a magas kompressziójú benzinmotorok prémium üzemanyagot igényelnek. Ez a kompromisszum a benzinmotorok kompresszióviszonyát történetileg nagyjából a 9:1–13:1 tartományra korlátozta, ahol a magasabb értékek a magas oktánszámú üzemanyaghoz vagy ügyes égésszabályozáshoz tervezett motorok számára vannak fenntartva.

A dízelmotorok ezt a korlátot erényükké fordítják azzal, hogy magát a kompressziót használják az üzemanyag meggyújtásához. Sokkal magasabb arányokkal üzemelnek, jellemzően nagyjából 15:1-től felfelé, mert a levegő összepréseléséből származó hőnek önmagában elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy meggyújtsa a löket tetején beporlasztott gázolajat. Nincs gyújtógyertya; a magas kompresszió maga a gyújtásforrás. Ez az alapvető oka annak, hogy a dízelmotorokat robusztusabbra építik, mint a benzinmotorokat, mivel el kell viselniük az ilyen arányok által keltett sokkal nagyobb nyomásokat.

A modern technológia néhány régi korlátot fellazított. A közvetlen befecskendezés lehűti a beáramló töltetet, ahogy az üzemanyag a hengerben elpárolog, lehetővé téve a benzinmotorok számára, hogy kissé magasabb kompresszióval üzemeljenek kopogás nélkül, míg a turbófeltöltés, amely több levegőt présel be, általában alacsonyabb geometriai arányt igényel a csúcsnyomások féken tartásához. Egyes fejlett motorok még menet közben is változtatják a kompresszióviszonyukat, hogy egyensúlyba hozzák a hatásfokot és a teljesítményt. A kompresszióviszony tehát a motortervezés középpontjában áll, szorosan összefonódva a lökettérfogattal, a dugattyú kialakításával és a belső égésű motor tágabb működésével.