Šta je zapravo stepen kompresije?

Na listi tehničkih podataka motora kompresioni odnos često deluje kao sporedna stavka. Međutim, on u velikoj meri određuje karakter motora. Sa nemačkog MOTORRAD-a prenosimo objašnjenje zašto je to bitno.

Dve cifre i dve tačke; to je podatak u brošuri napisan u samo jednom redu, ali nam kazuje celi temperament motora. Kompresioni odnos je jedna od onih vrednosti preko koje mnogi samo prelete pogledom. Zapremina, konjske snage, masa, sve to se lako razume. Kompresija većini nije bitna…

Ali time se na neki način čini „nepravda“ sopstvenom motoru. „Ko razume šta se dešava u komori za sagorevanje, taj čita tehnički list kao uzbudljiv roman“.

Šta je zapravo stepen kompresije?

Odgovor je jednostavan: opisuje koliko jako klip sabija smešu vazduha i goriva u cilindru. Odnos se definiše kao promena zapremine između donje i gornje mrtve tačke:

• Klip dole (donja mrtva tačka, BDC) – najveća zapremina cilindra, jednaka radnoj zapremini tog cilindra.
• Klip gore (gornja mrtva tačka, TDC) – najmanja zapremina, samo preostali prostor komore za sagorevanje.

Ako cilindar ima 500 cm³ na BDC, a na TDC ostaje 40 cm³, račun je:
500/40 = 12,5:1

To znači da je smeša sabijena na jednu dvanaestinu svoje početne zapremine.

Zašto je kompresija neophodna?

Bez kompresije motor bi radio kao obična pumpa za vazduh.

Sagorevanje je efikasno samo kada se gorivo i vazduh sabiju u gustu, homogenu, toplu smešu koja pri paljenju oslobađa maksimalnu energiju.

Fizika kaže:

• Smeša postaje gušća i toplija.
• Sagorevanje je brže i potpunije.
• Dobija se više rada iz iste količine goriva.

Ukratko: veći stepen kompresije = viši termički stepen korisnosti. Na dinamometru to znači više snage ili nižu potrošnju — zavisi šta proizvođač želi da postigne.

Viša kompresija – više konstrukcionog napora

Stepeni kompresije su u poslednjih 40 godina dosta porasli. Pored boljih materijala i preciznije obrade, najveći pokretač je uvođenje vodenog hlađenja, koje omogućava kontrolu visokih temperatura usled veće kompresije.

• BMW R 100 GS (1987, vazdušno hlađenje): 8,5:1,
• R 1100 GS / R 1150 GS (uljno hlađenje): 10,3:1,
• Poslednji GS bez vode: 12:1 – već na granici,
• R 1200 s vodenim hlađenjem: 12,5:1 (10% više snage),
• R 1300 GS danas: 13,3:1 – vrednost kakvu su pre 10 godina imali samo „superbajkovi“.

Usput: da R 100 GS ima kompresiju R 1300 GS, njegov bi se prostor komore za sagorevanje smanjio sa 57,5 cm³ na svega 37,4 cm³.

Šta konkretno donosi viša kompresija?

Bolji stepen korisnosti: Što je smeša jače sabijena, to je sagorevanje efikasnije. Manje energije se gubi kao toplota, više se pretvara u obrtni moment i snagu.

Više obrtnog momenta: Dobro konstruisan motor sa visokom kompresijom snažnije vuče u srednjem području obrtaja i pri delimičnom opterećenju.

Čistije sagorevanje: Gušća i toplija smeša sagoreva potpunije, što u teoriji smanjuje emisije.

Sve to zvuči idealno, ali postoji tamna strana…

Negativna pojava: detonacije (klopfen): Ako se smeša previše zagreje i sabije, dolazi do nekontrolisanog, preranog samopaljenja. To izaziva jake udarne talase — kloparanje ili detonacije.

Posledice:

• gubitak snage,
• sagoreli klipovi, ventili,
• oštećeni ležajevi,
• teška oštećenja motora.

Kloparanje nastaje kada se rubni delovi komore za sagorevanje samozapale zbog lokalnog povećanja pritiska i temperature nakon inicijalnog varničnog paljenja. To ima mnogo veze sa benzinom.

Kompresija i oktanski broj su direktno povezani

Visoka kompresija zahteva gorivo visoke otpornosti na detonaciju, odnosno visok oktanski broj.

Zbog promena u kvalitetu goriva i spoljnim uslovima (temperatura, opterećenje), moderni motori imaju senzore detonacija. To su u osnovi „mikrofoni“ koji detektuju udarne talase.

Kada senzor otkrije detonacije, ECU reaguje obično tako što:

• kasni sa paljenjem (pomera tačku paljenja kasnije), čime se smanjuje snaga.

Kada detonacije nestanu, ECU ponovo pomera paljenje unapred.

U najtežim slučajevima smeša može da se samozapali i pre varnice, zbog pregrejanih delova u komori ili previše kiseonika. Jedino rešenje je obogaćivanje smeše radi hlađenja.

Idealno, motor radi tik ispod granice detonacija — tada daje najbolji stepen korisnosti.

Geometrijska i efektivna kompresija

Kod motora sa turbo punjačem ili kompresorom razlikuju se dva pojma:

• geometrijska kompresija: ono što piše u tehničkim podacima,
• efektivna kompresija: stvarni pritisak u cilindru, uključujući punjenje turbom/kompresorom.

Pošto turbo ubacuje dodatni vazduh u cilindar, efektivna kompresija raste, pa geometrijska mora biti niža. U suprotnom — motor ne bi dugo izdržao.

Primer je Kawasaki 998 cm³:

• atmosferska verzija ZX-10R: 13:1,
• verzija sa kompresorom Z H2: 11,2:1.

Obe imaju oko 200 KS, ali Z H2 razvija više obrtnog momenta (136 Nm protiv 111 Nm).

Slično važi i za dvotaktne motore: oni imaju geometrijsku i efektivnu kompresiju, u zavisnosti od položaja kanala.

Kompresija, emisioni standardi i Euro 5

Visoka kompresija povećava temperaturu sagorevanja, pa tako i formiranje gasova NOx — što je u koliziji sa Euro 5 i budućim normama.

Proizvođači zato balansiraju:

• kompresija što viša, ali ne više nego što je potrebno,
• efikasni sistemi hlađenja, posebno glave motora,
• optimizovana forma komore za sagorevanje,
• varijabilno upravljanje ventilima,
• precizne strategije ubrizgavanja,
• katalizatori i eventualno filtri čestica.

MotoRepublika

(289)