Kompresjonsforhold

Kompresjonsforholdet uttrykker hvor tett en motor presser sammen luften eller luft-drivstoffblandingen inne i hver sylinder under kompresjonsslaget. Det defineres som forholdet mellom to volum: det totale rommet i sylinderen når stempelet står helt nederst i sitt slag, og det langt mindre rommet som er igjen når stempelet når toppen. Et tall på 10:1 betyr for eksempel at blandingen presses sammen til en tidel av sitt opprinnelige volum før tenning. Dette ene tallet avslører mye om en motors karakter, drivstoffkrav og virkningsgrad.

Forholdet betyr noe fordi det å presse ladningen hardere sammen før forbrenningen gjør motoren mer termisk effektiv og i stand til å hente mer arbeid ut av hver enhet drivstoff. Et høyere kompresjonsforhold hever trykket og temperaturen i sylinderen i tenningsøyeblikket, noe som betyr at den påfølgende forbrenningen trykker hardere på stempelet og frigjør energien sin mer effektivt. Termodynamikken i motorsyklusen belønner høyere kompresjon med større virkningsgrad og mer kraft for en gitt mengde drivstoff, og derfor er konstruktørene alltid fristet til å heve det så langt forholdene tillater.

I bensinmotorer finnes det imidlertid et fast tak satt av banking. Når kompresjonen stiger, stiger også temperaturen i blandingen, og forbi et visst punkt kan drivstoffet antenne av seg selv og ujevnt før tennpluggen tenner, og gi de ødeleggende trykkstøtene som kalles banking. Å motvirke dette krever drivstoff med høyere oktantall, som forbrenner mer kontrollert under trykk, så bensinmotorer med høy kompresjon krever premiumdrivstoff. Denne avveiningen har historisk begrenset kompresjonsforholdet i bensinmotorer til omtrent intervallet 9:1 til 13:1, der de høyeste verdiene er forbeholdt motorer konstruert rundt drivstoff med høyt oktantall eller smart forbrenningsstyring.

Dieselmotorer gjør denne begrensningen til en fordel ved å bruke selve kompresjonen til å antenne drivstoffet. De kjører langt høyere forhold, gjerne fra rundt 15:1 og oppover, fordi varmen som dannes ved å presse sammen luften alene må være nok til å antenne dieselen som sprøytes inn på toppen av slaget. Det er ingen tennplugg; den høye kompresjonen er tennkilden. Dette er den grunnleggende årsaken til at dieselmotorer bygges mer robust enn bensinmotorer, ettersom de må tåle de langt høyere trykkene slike forhold gir.

Moderne teknologi har lempet på noen av disse gamle grensene. Direkte innsprøytning kjøler ned den innkommende ladningen når drivstoffet fordamper inne i sylinderen, og lar bensinmotorer kjøre litt høyere kompresjon uten å banke, mens turbolading, som presser inn mer luft, vanligvis krever et lavere geometrisk forhold for å holde topptrykkene i sjakk. Enkelte avanserte motorer varierer til og med kompresjonsforholdet under kjøring for å balansere virkningsgrad og kraft. Kompresjonsforholdet ligger dermed i hjertet av motorkonstruksjonen, nært knyttet til slagvolum, stempelutforming og forbrenningsmotorens videre oppførsel.