thumb|În motoarele cu piston, raportul de comprimare geometric se determină ca raportul dintre volumele maxim și minim ale cilindrului în timpul unei curse Raportul de comprimare este raportul dintre volumul maxim și cel minim în timpul de comprimare al ciclului într-un motor cu piston, un motor Wankel sau un compresor cu piston. Fiind o specificație fundamentală pentru motoare, acesta poate fi măsurat în două moduri diferite. Modul mai simplu este raportul de comprimare geometric: într-un motor cu piston, acesta este raportul dintre volumul cilindrului atunci când pistonul se află la punctul mort exterior al cursei sale și acel volum atunci când pistonul se află la punctul mort interior al cursei sale.Grünwald, 1980, p. 21 Raportul de comprimare dinamic („compresia”, măsurată cu manometrul) ia în considerare și gazele care intră și ies din cilindru în cursa de comprimare.
Efecte și valori tipice Un raport de comprimare mare este de dorit deoarece permite unui motor să extragă mai multă energie mecanică dintr-o anumită masă de amestec aer-combustibil datorită randamentului său termic mai mare.Grünwald, 1980, pp. 105–107 Acest lucru se întâmplă deoarece motoarele cu ardere internă sunt motoare termice, iar rapoartele de comprimare mai mari permit atingerea aceleiași temperaturi de ardere cu mai puțin combustibil, oferind în același timp un ciclu cu destindere mai lungă, producând un lucru mecanic ciclic mai mare și scăzând temperatura gazelor evacuate.
Însă mai multe constrângeri tehnice limitează implementarea practică a unor rapoarte de comprimare foarte mari. Rapoartele de comprimare mai mari cresc presiunile și temperaturile maxime ale ciclului, respectiv ale cilindrilor, necesitând componente ale motorului mai robuste și materiale mai rezistente, pentru a rezista solicitărilor mecanice și termice suplimentare. În plus, rapoartele de comprimare mari favorizează detonația, în special atunci când se utilizează combustibili cu cifră octanică mai mică, detonație care poate deteriora componentele motorului și pot reduce randamentul. Câștigurile de randament termic rezultate din creșterea raportului de comprimare se diminuează dincolo de aproximativ 10:1, pe măsură ce creșterea frecării și a pierderilor de căldură încep să compenseze beneficiile termodinamice.
Motoare pe benzină În motoarele pe benzină utilizate la autoturisme în ultimii 20 de ani, rapoartele de comprimare au fost de obicei între 8:1 și 12:1. Mai multe motoare de serie au folosit rapoarte de comprimare mai mari: Autoturisme construite între 1955 și 1972, care au fost proiectate pentru benzină etilată, cu cifră octanică mare, ceea ce permitea rapoarte de comprimare de până la 13:1. Unele motoare Mazda SkyActiv lansate după 2012 au rapoarte de comprimare de până la 16:1. Motorul SkyActiv atinge acest raport de comprimare folosind benzină obișnuită fără plumb (95 COR în Regatul Unit) printr-o eliminare îmbunătățită a gazelor de eșapament (ceea ce asigură o temperatură a cilindrului cât mai scăzută posibil înainte de cursa de admisiune), pe lângă injecția directă. Motorul Toyota Dynamic Force are un raport de comprimare de până la 14:1. Ferrari 458 Speciale din 2014 are și el un raport de comprimare de 14:1.
Când se folosește supralimentarea (de exemplu cu o turbosuflantă sau o suflantă antrenată mecanic), raportul de comprimare este adesea mai mic decât la motoarele aspirate. Acest lucru se datorează faptului că turbosuflanta sau suflanta mecanică au comprimat deja aerul înainte ca acesta să intre în cilindri. Motoarele care utilizează injecția de combustibil în poarta supapei au de obicei presiuni de supraalimentare și/sau rapoarte de comprimare mai mici decât motoarele cu injecție de combustibil directă, deoarece injecția de combustibil în poarta supapei face ca amestecul aer-combustibil să fie încălzit împreună, ducând la detonații. În schimb, motoarele cu injecție directă pot avea o supraalimentare la presiune mai mare, deoarece aerul încălzit nu va detona în absența combustibilului. Rapoartele de comprimare mai mari pot face ca în motoarele pe benzină să apară detonații dacă se utilizează combustibil cu o cifră octanică mai mică. Detonația poate reduce randamentul termic și avaria motorul dacă nu există senzori de detonație care că comande avansul la aprindere.
Motoare diesel Motoarele diesel utilizează rapoarte de comprimare mai mari decât motoarele pe benzină, deoarece în lipsa unei bujii raportul de comprimare trebuie să fie suficient ca temperatura aerului comprimat în cilindru să aprindă combustibilul. Rapoartele de comprimare sunt adesea între 14:1 și 23:1 pentru motoarele diesel cu injecție directă și între 18:1 și 23:1 pentru motoarele diesel cu . La limita inferioară de 14:1, emisiile de NOx sunt reduse, însă pornirea la rece este mai dificilă. Skyactiv-D de la Mazda, primul astfel de motor comercial din 2013, pentru a facilita pornirea la rece, a folosit printre alte tehnici injectoare de combustibil adaptive.
Alți combustibili Raportul de comprimare poate fi mai mare la motoarele care funcționează exclusiv cu gaz petrolier lichefiat (GPL) sau gaz natural comprimat, datorită cifrei octanice mai mari a acestor combustibili. Motoarele pe kerosen utilizează de obicei un raport de comprimare de 6,5 sau mai mic. Versiunea cu motor pe benzină și parafină a tractorului Ferguson TE20 avea un raport de comprimare de 4,5:1 la funcționarea tractorului cu ulei de parafină vaporizat, care avea o cifră octanică între 55 și 70.
Motoare pentru sportul cu motor Motoare pentru sportul cu motor adesea funcționează cu benzină cu cifră octanică mare, prin urmare pot utiliza rapoarte de comprimare mai mari. De exemplu, motoarele de curse pentru motociclete pot utiliza rapoarte de comprimare de până la 14,7:1 și este cava obișnuit să fie motociclete cu rapoarte de comprimare peste 12,0:1 proiectate pentru combustibil cu cifră octanică de 95 sau mai mare. Dacă se folosește etanol sau metanol, se pot utiliza rapoarte de comprimare semnificativ mai mari decât pentru benzina. Motoarele de curse care consumă metanol și etanol au adesea rapoarte de comprimare de la 14:1 până la 16:1.
Relații matematice Într-un motor cu piston, raportul de comprimare static, este raportul dintre volumul cilindreei unitare plus cel al camerei de ardere (atunci când pistonul se află în punctul mort exterior al cursei sale) și volumul camerei de ardere (atunci când pistonul se află în punctul mort interior al cursei sale). El este calculat cu relația:
unde: este cilindreea unitară. este volumul camerei de ardere. Acesta este volumul spațiului din cilindru rămas la sfârșitul cursei de comprimare.
Volumul cilindreei unitare se poate calcula cu formula clasică a volumului unui cilindru:
unde: este aezajul cilindrului (diametrul pistonului) este cursa pistonului.
Din cauza formei complexe a camerei de ardere, de obicei volumul se măsoară direct, prin umplerea cilindrului cu lichid cu pistonul în punctul mort interior și se măsoară volumul lichidului utilizat, de exemplu cu o biuretă.
Motoare cu raport de comprimare variabil Majoritatea motoarelor au un raport de comprimare fix. Raportul de comprimare variabil este o tehnologie care permite ajustarea raportului de comprimare al unui motor cu ardere internă în timp ce motorul este în funcțiune. Acest lucru se face pentru a scădea consumul de combustibil când motorul lucrează la sarcini parțiale, variabile. Motoarele cu raport de comprimare variabil permit modificarea volumului camerei de ardere. Sarcini mai mari necesită rapoarte de comprimare mai mici pentru a crește puterea, în timp ce sarcini mai mici necesită rapoarte mai mari pentru a crește randamentul, adică pentru a reduce consumul de combustibil. La automobile acest lucru trebuie făcut în timp ce motorul funcționează, ca răspuns la sarcină și la cerințele de conducere.
Primul motor de serie cu un raport de comprimare variabil, Infiniti QX50, a fost introdus în 2019.
Note
Bibliografie Berthold Grünwald, Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, București: Editura Didactică și Pedagogică, 1980
Vezi și Presiune medie
Categorie:Motoare cu ardere internă Categorie:Motoare cu piston