Kompressionsförhållande: Vilken effekt har det på motorn?
Kompressionsförhållandet är en av de grundläggande egenskaperna hos en kolvförbränningsmotor, som anger cylindervolymförhållandet mellan kolven i botten och kolven i övre dödpunkten.
Kompressionsförhållandet är alltså förhållandet mellan cylinderns hela arbetsvolym och kompressionsutrymmets volym. Med andra ord, förhållandet mellan volymen av blandningen som sugs in i cylindern och volymen av blandningen som komprimeras i cylindern.
Innehållsförteckning
Beräkning av kompressionsförhållande
Beräkningen av kompressionsförhållandet skiljer sig för en kolvmotor och en roterande kolvmotor.
Beräkning av kompressionsförhållandet för en motor med rätlinjig fram- och återgående kolvrörelse:
εk = (VK + VZ) : VK
Förklaring av variabler:
- εk – kompressionsförhållande
- VK – kompressionsutrymme/volym
- VZ – slagvolym
Kolven i cylindern utför den fram- och återgående rörelsen. Medan den längsta positionen för dess rörelse från vevaxeln kallas övre dödpunkten, och den minst långt borta positionen för dess rörelse från vevaxeln kallas nedre dödpunkten.
Slagvolym: Vad är det och vad bestämmer det?
Utrymmet mellan nedre och övre dödpunkten kallas slagvolymen. Slagvolymen beror på cylinderns håldiameter och kolvens slaglängd. Utrymmet i cylindern när kolven är i övre dödpunkten kallas kompressionsutrymmet.
Beräkning av kompressionsförhållandet för en roterande kolvmotor:
I dessa motorer definieras kompressionsförhållandet som förhållandet mellan den största och minsta volymen av arbetsutrymmet under kolvens varv.
εk = V1 : V2
Förklaring av variabler:
- εk – kompressionsförhållande
- V1 - arbetsytans största volym
- V2 - arbetsytans minsta volym
Hur påverkar kompressionsförhållandet motorn?
I en klassisk kolvförbränningsmotor är kompressionsförhållandet konstant och är alltid en kompromiss mellan olika körlägen. Vissa motorer kan dock smidigt ändra kompressionsförhållandet efter belastningen.
En sådan motor kan således arbeta med ett stort kompressionsförhållande vid låg belastning och omvänt med ett lågt kompressionsförhållande vid hög belastning.
Vid höga belastningar är det tillrådligt att kompressionsförhållandet är lågt och på så sätt förhindra detonationer. Vid låg belastning bör den vara högre för bästa möjliga motoreffektivitet. Ju större kompressionsförhållande, desto större kompression av blandningen före antändning.
Motorkraft och vridmoment: Vilken av dessa parametrar är viktigast?
Kompressionsförhållandet påverkar i grunden:
- Förbränningsmotorns uppnåbara verkningsgrad och därmed även dess effekt och vridmoment
- Motorutsläpp
- Bränsleförbrukning
Nackdelar med ett ökat kompressionsförhållande:
- För tidig självantändning av bränslet (detonationsförbränning) kan förekomma, speciellt inom bensinmotorerna
- Motordelar slits mer över tiden än vid lägre kompressionsförhållande, så en sådan motor måste vara utrustad med mer hållbara delar, som är mycket dyrare (keramiska och titandelar)
Kompressionstryckmätning
Att mäta cylinderkompressionstryck är en metod som ger korrekt information om motorns tillstånd. Kompressionstrycket mäts med hjälp av en kompressionsmätare. Innan kompressionstrycket mäts värms motorn upp till driftstemperatur för att definiera avstånden mellan kolven och cylindern.
Motorkolvar: Hur fungerar de?
Kompressionsmätaren skruvas in i cylinderhuvudet istället för tändstiftet. Därefter varvs motorn med startmotorn medan gasreglaget är helt öppet (gaspedalen helt nedtryckt). Kompressionstrycket visas på nålen på kompressionsmätaren, som registrerar det högsta uppnådda trycket.
Kompressionstrycket är det maximalt uppnåbara trycket vid slutet av motorns kompressionsslag när blandningen ännu inte brinner. Storleken på kompressionstrycket beror på kompressionsförhållandet, motorvarvtalet, fyllnadsgraden av cylindrarna och förbränningskammarens täthet. Alla dessa parametrar, förutom förbränningskammarens täthet, är oförändrade och bestäms av motorns design.
Om det under mätningen visar sig att en av cylindrarna inte når det värde som anges av tillverkaren, indikerar detta en läcka i förbränningskammaren. Det är också avgörande att kompressionstrycket på alla cylindrar är detsamma.
Vad orsakar lägre kompressionstryck?
- sliten eller skadad kolvring
- sliten motorcylinder
- skadad eller sprucken cylinderhuvud
- skadad packning under cylinderhuvudet
- skadad ventil
- skadad ventilfjäder
- slitet ventilsäte
Om förbränningskamrarna är i ordning är den maximala skillnaden i kompressionstryck på de enskilda cylindrarna upp till 1 bar (0,1 MPa). Kompressionstrycken sträcker sig från 1,0 till 1,2 MPa för bensinmotorer och 3,0 till 3,5 MPa för dieselmotorer.
Vilka är de normala värdena för en motors kompressionsförhållande?
För att förhindra detonation (för tidig självantändning av bränslet) är kompressionsförhållandet inte större än 10:1 för bensinmotorer. Däremot kan motorer med en detonationsförbränningssensor, en elektronisk styrenhet och andra enheter uppnå ett kompressionsförhållande på upp till 14:1.
Motorknackning: Vad är det och hur kan man förhindra det?
I turboladdade bensinmotorer är kompressionsförhållandet runt 8,5:1 eftersom en del av kompressionen av arbetsämnet sker i turboladdaren. Dieselmotorer har ett kompressionsförhållande på 20:1 eller ännu högre eftersom de arbetar enligt principen att det insprutade bränslet antänds från kompressionsvärmen.
Det är därför kompressionsförhållandet för dieselmotorer måste vara högre än bensinmotorer. Belastningen från trycken i motorcylindern begränsar kompressionsförhållandet för dieselmotorn.