Stepen kompresije

Stepen kompresije iskazuje koliko čvrsto motor sabija vazduh ili smešu vazduha i goriva unutar svakog cilindra tokom takta sabijanja. Određuje se kao odnos dveju zapremina: ukupnog prostora u cilindru kada je klip na samom dnu svog hoda, i mnogo manjeg prostora koji preostaje kada klip dođe na vrh. Vrednost 10:1, na primer, znači da se smeša sabija na desetinu prvobitne zapremine pre paljenja. Taj jedan broj otkriva mnogo toga o karakteru motora, njegovim zahtevima za gorivom i efikasnosti.

Stepen je važan zato što jače sabijanje punjenja pre sagorevanja čini motor toplotno efikasnijim i sposobnim da iz svake jedinice goriva izvuče više rada. Viši stepen kompresije podiže pritisak i temperaturu u cilindru u trenutku paljenja, što znači da potonje sagorevanje jače gura klip i delotvornije oslobađa svoju energiju. Termodinamika radnog ciklusa motora nagrađuje veću kompresiju većom efikasnošću i većom snagom za istu količinu goriva, pa su inženjeri uvek u iskušenju da je podignu koliko god uslovi dopuštaju.

Kod benzinskih motora, međutim, postoji čvrsta gornja granica koju nameće detonacija. Kako kompresija raste, raste i temperatura smeše, pa se posle izvesne tačke gorivo može zapaliti spontano i neravnomerno pre nego što svećica varniči, stvarajući razorne skokove pritiska poznate kao detonacija ili lupanje. Otpor tome zahteva gorivo višeg oktanskog broja, koje pod pritiskom sagoreva mirnije, pa benzinski motori sa visokom kompresijom traže gorivo više klase. Taj kompromis je istorijski ograničavao stepene kompresije benzinaca otprilike na opseg od 9:1 do 13:1, pri čemu se više vrednosti čuvaju za motore projektovane za visokooktansko gorivo ili napredno upravljanje sagorevanjem.

Dizel motori taj ograničavajući činilac pretvaraju u prednost oslanjajući se na samu kompresiju za paljenje goriva. Rade sa mnogo višim stepenima, najčešće od oko 15:1 naviše, jer toplota nastala samim sabijanjem vazduha mora biti dovoljna da zapali dizel ubrizgan na vrhu hoda. Nema svećice; visoka kompresija je izvor paljenja. To je suštinski razlog zašto se dizel motori grade čvršće od benzinskih, jer moraju da izdrže mnogo veće pritiske koje takvi stepeni stvaraju.

Savremena tehnologija ublažila je deo ovih starih ograničenja. Direktno ubrizgavanje goriva hladi dolazno punjenje dok gorivo isparava unutar cilindra, što benzinskim motorima dopušta nešto višu kompresiju bez detonacije, dok prednabijanje, koje ubacuje više vazduha, po pravilu traži niži geometrijski stepen kako bi se vršni pritisci držali pod kontrolom. Neki napredni motori čak menjaju stepen kompresije u toku vožnje da bi uravnotežili efikasnost i snagu. Stepen kompresije tako stoji u srcu konstrukcije motora, prisno povezan sa radnom zapreminom, oblikom klipa i širim ponašanjem motora sa unutrašnjim sagorevanjem.