11.8.2019. Autor: Željko Marušić

Što je kompresijski omjer, temelj rada klipnog motora? Važno je...

To je omjer obujama u cilindru kad je klip u donjoj mrtvoj točki (DMT) i u gornjoj mrtvoj točki (GMT), odnosno omjer najvećeg (radnog plus kompresijskog) i najmanjeg (kompresijskog) obujma, a treba znati da postoje geometrijski i efektivni kompresijski omjer te da geometrijski ('službeni') ne ovisi o istrošenju motora...

Kompresijski omjer (stupanj kompresije) bitna je značajka svakog benzinskog i dizelskog 4-taktnog motora, koji u drugom taktu rade kao kompresor, kako bi se postigli  viši tlakovi izgaranja smjese zraka i goriva. Pritom su bitne razlike kod benzinskog (otto) i dizelskog (diesel) motora. 

Kod benzinskog motora kompresijski omjer (geometrijski) prosječno je 10:1, i u prvom taktu motor usisava smjesu goriva i zraka (kod indirektnog ubrizgavanja, gdje se gorivo ubrizgava ispred usisnog ventila), odnosno zrak (kod direktnog, a gorivo se  ubrizgava izravno u cilindre. 

U jednom i drugom slučaju, u drugom taktu motor komprimira, odnosno stlačuje smjesu goriva i zraka na tlak od 9 do 18 bara, a gorivna se smjesa zagrijava na 400 do 600⁰C (stlačivanjem svakog plina povisuje mu se temperatura), nedovoljno da sama eksplodira. 

U tako stlačenoj gorivnoj smjesi pri kraju prvog takta preskoči iskra na svjećici i nastaje kontrolirana eksplozija. Nekontrolirana je kad nastanu detonacije, najčešće zbog goriva premale oktanske vrijednosti benzina ili pogrešnog kuta paljenja goriva). 

Tada nastaju tlakovi izgaranja, od 35 do 60 bara, koji guraju čelo klipa i u trećem /radnom taktu) stvaraju koristan rad. Pritom sila koju generira klip, pomnožena s krakom na kojem djeluje, stvara okretni moment (Nm), koji pomnožen s brzinom vrtnje stvara snagu (W, odnosno kW). 

To vrijedi za benzinski i dizelski motor, samo što je kod dizelskog motora 'priča' bitno drukčija.

Dizelski motor ima otprilike 50 posto veći kompresijski omjer od benzinskog, prosječno 16:1, prema ima iznimaka, kao kod Mazdinih motora, ali oni su posebna priča. Dizelski motor u prvom taktu usisava, pa u drugom komprimira samo zrak. Na kraju drugog takta ostvaruju se tlakovi 30 do 50 bara i temperature od 700 do 900⁰C. 

Tada se gorivo ubrizgava u visoko zagrijan zrak i pritom se samo pali. Najniža temperatura za kvalitetno paljenje je oko 650⁰C i ona je najčešće problem pri paljenju hladnog motora, jer se potom, zagrijavanjem motora, pričem se klip (od aluminija je i više je zagrijan od cilindra) više širi i stoga bolje brtvi. 

Tu dolazimo do problema s paljenjem hladnog dizelskog motora, koje je najčešće povezano s padom tlakova kompresije,  uslijed istrošenja i neispravnosti motora. No, ne treba miješati tlakove kompresije (ovise o stanju motora) i kompresijskog omjera (zadan je kompresijom i ne ovisi o stanju).

Eeee, sada dolazimo do često korištenog pojma: kompresijski omjer. Ono što se pritom, u pravilu misli je geometrijski kompresijski omjer. kojeg možemo opisati na tri načina, svi su točni:


1. Geometrijski kompresijski omjer je omjer najvećeg i najmanjeg obujma u cilindru.

2. Geometrijski kompresijski omjer je omjer obujama u cilindru kad je klip u donjoj mrtvoj točki (DMT) i kad je u gornjoj mrtvoj točki (GMT).

3. Geometrijski kompresijski omjer je omjer radnog plus kompresijskog i kompresijskog obujma motora.

Nadamo se da je sada jasno. Ali sada dolazimo do, za rad motora, važnijeg pojma, efektivnog kompresijskog omjera, moglo bi se reći 'stvarnog'.

Za rad motora važan je efektivni (stvarni) kompresijski omjer, koji ovisi o tlaku u DMT, od kojeg počinje komprimiranje i geometrijskom kompresijskom omjeru, zadanom konstrukcijom motora. 

Za razliku od dizelaša koji usisava zrak kroz slobodne usisne cijevi, jer snagu podešava količinom ubrizganog goriva, benzinci usisavaju uz promjenjiv otpor toka usisne smjese, odnosno zraka (kod DI), zaklopkom u usisnoj cijevi. Time se s povećavaju usisni gubici (energija usisavanja), što je čisti gubitak (negativni rad).

Zamislite da dišete kroz poluzatvoren nos, uslijed prehlade. Naporno je! Zbog toga se istodobno smanjuje tlak u cilindrima, pa u DMT može pasti na apsolutnih samo 0,1 - 0,2 bara. 

Dakle nastaje velik podtlak, pa klip, na putu iz DMT u GMT treba najprije nadoknaditi taj podtlak i doći do atmosferskog stanja (1 bar), pa početi komprimirati. Suvremeni benzinci u GMT postižu 12 do 15 bara i što je kompresijski tlak viši, motor je učinkovitiji - daje veću snagu i manje troši. 

Jasno, ako se ne počne usisavati s atmosferskog stanja, nego s podtlaka, postiže se manji vršni tlak, odnosno efektivni (stvarni) kompresijski omjer manji je od geometrijskog. Zamislite da imate mogućnost podići se liftom samo za 10 katova. 

Ako krenete iz prizemlja, doći ćete do desetog kata, a iz podzemne garaže na etaži -2, samo do osmog! Zbog toga, a i usisnih gubitaka, benzinski (otto) motori imaju velikih problema s učinkovitošću pri malim brzinama vrtnje. 

Upravo zbog toga se koristi turbopunjač, kako klip krećući iz DMT prema GMT ne bi startao s preniskim tlakom, dakle ne s razrijeđenim, nego s već djelomično stlačenim zrakom, odnosno smjesom zraka i goriva.

I za kraj, geometrijski kompresijski omjer ne ovisi o istrošenju motora (zadan je konstrukcijom), a efektivni, s posljedičnim tlakovima kompresije, ovisi.! Ali o tome, drugom prilikom...

Postoje i motori s promjenjivim kompresijskim omjerom (geometrijskim!) o čemu smo već pisali.


Već 14 godina neprestano najčitaniji samostalni hrvatski automobilski portal...