Pohonné jednotky moderních osobních automobilů jsou složité technické struktury a jejich provoz je dán mnoha různými parametry. Pro začínající automobilové nadšence může být velmi obtížné zjistit, co přesně znamená každý z nich. Například ani zkušení automobiloví nadšenci ve skutečnosti nevědí, jaký je kompresní poměr motoru. Nebo spíše věří, že to vědí, ale ve skutečnosti si tento parametr velmi často pletou s kompresí.
Co je to kompresní poměr a jak se liší od komprese?
Ilustrace kompresního poměru 10:1
Každý spalovací motor funguje díky tomu, že při spalování palivové směsi se v jeho válcích tvoří plyny, které pohánějí písty a ty zase klikový hřídel. Energie spalování se tak přeměňuje na mechanickou energii, vzniká točivý moment, díky kterému se vůz pohybuje.
Ke spalování palivové směsi dochází ve válcích a před zapálením ji písty stlačují na určitý objem. Právě poměr celkového objemu válce k objemu spalovacího prostoru se nazývá kompresní poměr spalovacího motoru. Tato veličina nemá rozměr a vyjadřuje se jednoduchým poměrem. U většiny moderních benzínových spalovacích motorů se pohybuje od 8:1 do 12:1 a u dieselových motorů – od 11:1 do 14:1.
Komprese označuje maximální hodnotu tlaku, která se vyskytuje ve spalovací komoře na samém konci kompresního zdvihu palivové směsi. Tato hodnota tedy není relativní, ale absolutní hodnotou. K jeho měření se používají jednotky jako atmosféry, kg/cm 2 a také kilopascaly nebo bary. Komprese úzce souvisí s kompresním poměrem, ale není s ním vůbec totožná. Jeho hodnota je ovlivněna nejen objemem, na který je palivová směs před zapálením stlačena, ale také faktory, jako je její složení, aktuální teplota motoru, přítomnost mezer v ovladačích ventilů a některé další.
Co ovlivňuje kompresní poměr motoru?
Normální spalování (nahoře) a detonace (dole)
Kompresní poměr motoru přímo ovlivňuje množství práce, kterou pohonná jednotka vyprodukuje. Čím vyšší je, tím více energie se uvolňuje při spalování palivové směsi, a tím větší výkon pohonná jednotka vykazuje. Právě z tohoto důvodu se na konci minulého století výrobci spalovacích motorů snažili své produkty zdokonalit právě zvýšením kompresního poměru, a nikoli zvětšením objemu válců a spalovacích prostor. Je třeba poznamenat, že při posilování motorů tímto způsobem je dosaženo výrazného zvýšení výkonu bez další spotřeby paliva. Motory jsou tedy nejen výkonné, ale také ekonomické.
Tato metoda má však svá omezení, a to poměrně významná. Faktem je, že při stlačení na určitou hodnotu palivová směs detonuje, to znamená, že samovolně exploduje. To však platí pouze pro benzínové motory: u dieselových motorů k detonaci nedochází, a proto mají v průměru vyšší kompresní poměr.
Aby se vážně zvýšila hodnota detonačního tlaku, zvyšuje se oktanové číslo benzínu, což výrazně zvyšuje náklady na palivo. Mnoho chemických přísad, které se k tomu používají, navíc zhoršuje environmentální parametry spalovacích motorů. Někteří nepříliš zkušení motoristé se domnívají, že čím vyšší je oktanové číslo benzínu, tím více energie při spalování uvolňuje, ale ve skutečnosti to vůbec není pravda: tato charakteristika nemá na výhřevnost paliva žádný vliv.
Přečtěte si také: Jaká by měla být komprese v motoru.
Jak se počítá kompresní poměr motoru?
Protože je velmi žádoucí, aby spalovací motor instalovaný v automobilu měl co nejvyšší kompresní poměr, je nutné jej umět určit. To je důležité také proto, aby se předešlo nebezpečí detonace, která může jednoduše zničit motor, při úpravě pohonné jednotky zaměřené na jeho posílení.
Standardní vzorec, podle kterého se vypočítá kompresní poměr spalovacího motoru, je následující:
- CR=(V+C)/C,
- kde CR je kompresní poměr motoru, V je zdvihový objem válce, C je objem spalovací komory.
Abyste mohli určit hodnotu této hodnoty pro jeden válec, musíte nejprve vydělit celkový pracovní objem pohonné jednotky jejich počtem. Tímto způsobem se z výše uvedeného vzorce určí hodnota parametru V. Určit objem spalovacího prostoru (tedy hodnotu C) je poněkud obtížnější, ale docela možné. Zkušení motoristé a mechanici se specializací na opravy a seřizování spalovacích motorů k tomu používají byretu, která je odstupňovaná v kubických centimetrech. Nejjednodušší způsob je nalít kapalinu (například benzín) do spalovací komory a poté změřit její objem pomocí byrety. Získaná data je nutné dosadit do výpočtového vzorce.
V praxi se kompresní poměr motoru obvykle určuje v následujících případech:
- Při posilování pohonné jednotky;
- Při přizpůsobení k provozu s palivem s jiným oktanovým číslem;
- Po takové opravě spalovacího motoru, kdy je potřeba upravit kompresní poměr.
Jak změnit kompresní poměr motoru
U moderních spalovacích motorů se kompresní poměr mění směrem nahoru i dolů. Pokud je třeba zvýšit, pak jsou válce vyvrtány a jsou instalovány písty většího průměru. Další poměrně běžnou metodou je zmenšení objemu spalovacích komor. Za tímto účelem se tam, kde se hlava válců spojuje s blokem, odstraní vrstva kovu. Tato operace se provádí na hoblovacím nebo frézovacím stroji.
Pokud je z toho či onoho důvodu nutné snížit kompresní poměr spalovacího motoru, pak nejjednodušším způsobem, jak toho dosáhnout, je nainstalovat další duralové těsnění mezi blok válců a hlavu. Další, složitější metodou je odstranění vrstvy kovu ze spodní části pístu na soustruhu.
Video k tématu
Každý motor automobilu má několik charakteristik, které popisují jeho schopnosti (objem, výkon atd.). Jednou z nich je kompresní poměr. To je jedna z jeho hlavních charakteristik.
Pojďme zjistit, co je kompresní poměr (CR) v motoru, k čemu je potřeba, na čem může záviset a jak ho vypočítat.
Jaký je kompresní poměr v motoru automobilu?
Kompresní poměr je parametr (charakteristika) motoru automobilu, který se vypočítává poměrem plného objemu válce (od dolní úvrati k horní úvrati zdvihu pístu) k objemu spalovací komory. Tedy tak velký plný objem válce, naplněného palivovou směsí, že píst dokáže vtlačit do malého objemu spalovací komory. Každý model motoru má jiný kompresní poměr.
Předpokládá se, že čím vyšší je kompresní poměr v motoru, tím vyšší je jeho účinnost a výkonové charakteristiky. Je to proto, že hlavní parametry nejúčinnějšího spalování palivové směsi – tlak a teplota – na něm přímo závisí. Teoreticky je to správné, ale v praxi se výrobci motorů musí při snaze o jeho zvýšení potýkat s řadou omezení. Protože hodnota kompresního poměru závisí na několika faktorech. Vyjmenujme je.
Na čem závisí kompresní poměr v motoru?
1. Z teploty palivové směsi během kompresního zdvihu.
Když píst stlačuje palivovou směs (pracovní směs) ve spalovací komoře, tlak se zvyšuje a spolu s ním se přirozeně zvyšuje i její teplota. Když dosáhne 450-600 stupňů Celsia, palivová směs se samovolně vznítí (bez účasti jiskry na zapalovací svíčce). Dochází k tzv. detonačnímu spalování. To znamená, že dochází k objemové explozi s detonační vlnou šířící se rychlostí více než 1500 m/s (s rychlostí šíření hoření 40-80 m/s). Taková vlna prorušuje pístní přepážky, ničí ventilové desky, vede k prasklinám v hlavě válců atd. To znamená, že detonace při zvyšování teploty palivové směsi je nepřijatelná a je to významné omezení pro zvyšování kompresního poměru v motoru.
Pokud se však palivová směs na začátku kompresního zdvihu poněkud ochladí, může se teplota nástupu detonačního spalování poněkud zpozdit. Toho lze dosáhnout například u motorů s přímým vstřikováním benzínu do spalovacího prostoru. Takové motory mají vyšší kompresní poměr.
2. Otáčky klikového hřídele motoru.
Čím déle je palivová směs vystavena vysoké teplotě, tím dříve a pravděpodobněji dojde k detonaci. To znamená, že čím vyšší jsou otáčky klikového hřídele, tím menší je sklon k detonaci. To znamená, že u vysokootáčkových motorů lze dosáhnout vyššího kompresního poměru než u nízkootáčkových motorů.
3. Velikost spalovací komory v motoru.
Když se plamen ze zapalovací svíčky šíří po spalovací komoře, nespálená palivová směs se v jejích odlehlých oblastech stlačuje. To je ekvivalentní zvýšení kompresního poměru. Pokud je spalovací komora malá, pak je komprese větší – kompresní poměr je vyšší a podle toho je spalovací komora větší – komprese je nižší, kompresní poměr je nižší. V důsledku toho budou mít motory s menšími spalovacími komorami vyšší kompresní poměr.
4. Chemické složení paliva.
Okamžik vzniku detonace silně závisí na složení palivové směsi, se kterou motor pracuje. Vysokoktanové palivo je tedy k jejímu vzniku méně náchylné a nízkooktanové palivo více. Z toho vyplývá, že v motorech s vysokým kompresním poměrem je nutné používat benzin s vyšším oktanovým číslem, odolný proti samovznícení za podmínek vysokého tlaku a teploty.
Je tedy zřejmé, že kompresní poměr v motoru automobilu a v důsledku toho i jeho výkon přímo závisí na tom, o kolik dále je posunut práh pro detonaci paliva. Vysokootáčkový motor s malým objemem válců, poháněný palivem s vysokým oktanovým číslem, bude mít vyšší kompresní poměr. V každém případě však kompresní poměr u spalovacího motoru nepřesahuje 12.
Jak se vypočítá kompresní poměr motoru?
Kompresní poměr se vypočítává pomocí specifického vzorce. Pro kompresní poměr neexistují žádné měrné jednotky. Pouze číslo.
Příklady kompresního poměru některých motorů diskutovaných na našich webových stránkách.
Motor 2103 (1,45 l) vozů VAZ 2104, 2105, 2106, 2107 – kompresní poměr 8,5.
Motor 21213 (1,7 l) vozu Niva 21213 (karburátor) – kompresní poměr 9,3.
Motor 21083 (1,5 l) vozů VAZ 21083, 21093, 21099 – kompresní poměr 9,9.
Motor 11183 (1,6 l) vozů VAZ 2113, 2114, 2115 – kompresní poměr 9,8.
Motor k7j (1,4 l) vozu Renault Logan první generace – kompresní poměr 9,5.
Poznámky a doplňky
— U přeplňovaných motorů je teplota a tlak na začátku kompresního zdvihu vyšší (protože turbína umožňuje zvýšit hmotnost palivové směsi ve válci). V tomto ohledu existuje riziko překročení prahu jejího detonačního spalování na konci kompresního zdvihu. Proto je kompresní poměr u těchto motorů nižší než u motorů bez přeplňování. I když se ho snaží zvýšit instalací chladiče – mezichladiče na vstupu vzduchu.
— Vznětové motory mají vyšší kompresní poměr než benzínové motory (alespoň 14-15), protože ve válcích je stlačován čistý vzduch, nikoli palivová směs. A ta se naopak musí zahřát na vysokou teplotu (více než 600 stupňů). Poté se do ohřátého vzduchu pod tlakem vstřikuje palivo (motorová nafta). Palivová směs se tak tvoří přímo uvnitř spalovací komory. K jejímu samovznícení dochází, když je vstříknuto asi 30 procent paliva.
— Kompresní poměr nezávisí na kompresi a komprese se vypočítává s ohledem na kompresní poměr.
— První prakticky použitelný motor, který v roce 1860 postavil francouzský mechanik Etienne Lenoir, neměl žádný kompresní poměr. Jeho účinnost byla velmi nízká (0,5). A teprve poté, co kolínský mechanik Nikolaj Otto v roce 1877 přišel na to, jak stlačit palivovou směs, se účinnost motoru dramaticky zvýšila. Následně myšlenku stlačování paliva před zapálením začali hojně využívat i další mechanici ve svých motorech.
Další články o automobilových motorech
- Co je velký a malý okruh chladicího systému motoru?
- Kompresní normy pro jednotlivé motory vozů VAZ
- Šest signálů, že motor vašeho auta potřebuje nadcházející generální opravu
- „Olejové hladovění“ motoru automobilu, příčiny a důsledky
- Dieselování motoru auta, jak s tím bojovat a porazit to?
- Jaký je zdvihový objem (pracovní objem) motoru automobilu?
