Raport de compresie

Raportul de compresie exprimă cât de strâns comprimă un motor aerul sau amestecul aer-combustibil din fiecare cilindru pe durata cursei de comprimare. El se definește ca raport între două volume: spațiul total din cilindru când pistonul se află în punctul cel mai de jos al cursei sale și spațiul mult mai mic rămas când pistonul ajunge sus. O valoare de 10:1, de pildă, înseamnă că amestecul este comprimat la o zecime din volumul său inițial înainte de aprindere. Acest singur număr spune multe despre caracterul unui motor, cerințele sale de combustibil și randamentul lui.

Raportul contează deoarece comprimarea mai puternică a încărcăturii înainte de ardere face motorul mai eficient termic și capabil să extragă mai mult lucru mecanic din fiecare unitate de combustibil. Un raport de compresie mai mare ridică presiunea și temperatura din cilindru în momentul aprinderii, ceea ce înseamnă că arderea ulterioară împinge mai puternic pistonul și își eliberează energia mai eficient. Termodinamica ciclului motor răsplătește o compresie mai mare cu un randament sporit și mai multă putere pentru aceeași cantitate de combustibil, motiv pentru care inginerii sunt mereu tentați să o crească atât cât permit condițiile.

La motoarele pe benzină există însă un plafon ferm impus de detonație. Pe măsură ce compresia crește, crește și temperatura amestecului, iar dincolo de un anumit punct combustibilul se poate aprinde spontan și neuniform înainte ca bujia să declanșeze scânteia, producând vârfurile distructive de presiune cunoscute drept detonație sau ciocănit. Rezistența la acest fenomen necesită un combustibil cu cifră octanică mai mare, care arde mai controlat sub presiune, astfel că motoarele pe benzină cu compresie ridicată cer benzină premium. Acest compromis a limitat istoric raporturile de compresie pe benzină la intervalul de aproximativ 9:1 până la 13:1, valorile mai mari fiind rezervate motoarelor concepute pentru combustibil cu cifră octanică ridicată sau cu un control inteligent al arderii.

Motoarele diesel transformă această constrângere într-un avantaj, bazându-se chiar pe compresie pentru aprinderea combustibilului. Ele funcționează cu raporturi mult mai mari, de regulă de la aproximativ 15:1 în sus, fiindcă numai căldura generată prin comprimarea aerului trebuie să fie suficientă pentru a aprinde motorina pulverizată în partea de sus a cursei. Nu există bujie; compresia ridicată este sursa de aprindere. Acesta este motivul fundamental pentru care motoarele diesel sunt construite mai robust decât cele pe benzină, întrucât trebuie să suporte presiunile mult mai mari pe care le generează asemenea raporturi.

Tehnologia modernă a slăbit unele dintre aceste vechi limite. Injecția directă răcește încărcătura proaspătă pe măsură ce combustibilul se evaporă în interiorul cilindrului, permițând motoarelor pe benzină să funcționeze cu o compresie ușor mai mare fără detonație, în timp ce supraalimentarea, care forțează mai mult aer înăuntru, cere în general un raport geometric mai mic pentru a ține presiunile de vârf sub control. Unele motoare avansate își variază chiar raportul de compresie în mers, pentru a echilibra randamentul și puterea. Raportul de compresie se află astfel în centrul concepției unui motor, strâns legat de cilindree, de forma pistoanelor și de comportamentul general al motorului cu ardere internă.