Compressieverhouding: welk effect heeft het op de motor?
De compressieverhouding is een van de basiskenmerken van een zuigerverbrandingsmotor, die de cilindervolumeverhouding aangeeft tussen de zuiger in het onderste en de zuiger in het bovenste dode punt.
De compressieverhouding is dus de verhouding van het gehele werkvolume van de cilinder tot het volume van de compressieruimte. Met andere woorden, de verhouding tussen het volume van het mengsel dat in de cilinder wordt gezogen en het volume van het mengsel dat in de cilinder wordt samengedrukt.
Inhoud
Berekening van de compressieverhouding
De berekening van de compressieverhouding verschilt voor een zuigermotor en een rotatiezuigermotor.
Berekening van de compressieverhouding voor een motor met rechtlijnige heen en weer gaande zuigerbeweging:
εk = (VK + VZ) : VK
Uitleg van variabelen:
- εk – compressieverhouding
- VK – compressieruimte/volume
- VZ – slagvolume
De zuiger in de cilinder voert de heen en weer gaande beweging uit. Terwijl de verste positie van de beweging vanaf de krukas het bovenste dode punt wordt genoemd, en de minst verre positie van de beweging vanaf de krukas het onderste dode punt wordt genoemd.
Slagvolume: wat is het en wat bepaalt het?
De ruimte tussen het onderste en bovenste dode punt wordt het slagvolume genoemd. Het slagvolume is afhankelijk van de boringdiameter van de cilinder en de slag van de zuiger. De ruimte in de cilinder wanneer de zuiger zich in het bovenste dode punt bevindt, wordt de compressieruimte genoemd.
Berekening van de compressieverhouding voor een draaizuigermotor:
Bij deze motoren wordt de compressieverhouding gedefinieerd als de verhouding tussen het grootste en het kleinste volume van de werkruimte tijdens de omwenteling van de zuiger.
εk = V1 : V2
Uitleg van variabelen:
- εk – compressieverhouding
- V1 - het grootste volume van de werkruimte
- V2 - het kleinste volume van de werkruimte
Welke invloed heeft de compressieverhouding op de motor?
Bij een klassieke zuigerverbrandingsmotor is de compressieverhouding constant en altijd een compromis tussen verschillende rijmodi. Sommige motoren kunnen de compressieverhouding echter soepel aanpassen aan de belasting.
Zo kan een dergelijke motor bij lage belasting met een grote compressieverhouding werken en bij hoge belasting omgekeerd met een lage compressieverhouding.
Bij hoge belastingen is het raadzaam de compressieverhouding laag te houden om zo detonaties te voorkomen. Bij lage belastingen moet dit hoger zijn voor de best mogelijke motorefficiëntie. Hoe groter de compressieverhouding, hoe groter de compressie van het mengsel vóór ontsteking.
Motorvermogen en koppel: welke van deze parameters is belangrijker?
De compressieverhouding heeft een fundamentele invloed op:
- Het haalbare rendement van de verbrandingsmotor en daarmee ook het vermogen en koppel
- Motoremissies
- Brandstofverbruik
Nadelen van een verhoogde compressieverhouding:
- Voortijdige zelfontbranding van de brandstof (detonatieverbranding) kan voorkomen, vooral bij benzinemotoren.
- Motoronderdelen slijten na verloop van tijd meer dan bij een lagere compressieverhouding, dus een dergelijke motor moet worden uitgerust met duurzamere onderdelen, die veel duurder (keramische en titanium onderdelen)
Compressiedrukmeting
Het meten van de cilindercompressiedruk is een methode die nauwkeurige informatie geeft over de toestand van de motor. De compressiedruk wordt gemeten met behulp van een compressiemeter. Voordat de compressiedruk wordt gemeten, wordt de motor opgewarmd tot bedrijfstemperatuur om de speling tussen de zuiger en de cilinder te bepalen.
Motorzuigers: hoe werken ze?
De compressiemeter is in de cilinderkop geschroefd in plaats van de bougie. Vervolgens wordt de motor op toeren gebracht met behulp van de starter terwijl de gasklep volledig open is (het gaspedaal volledig ingedrukt). De compressiedruk wordt weergegeven op de naald van de compressiemeter, die de hoogst bereikte druk registreert.
Compressiedruk is de maximaal haalbare druk aan het einde van de compressieslag van de motor als het mengsel nog niet brandt. De grootte van de compressiedruk is afhankelijk van de compressieverhouding, het motortoerental, de vullingsgraad van de cilinders en de dichtheid van de verbrandingskamer. Al deze parameters, behalve de dichtheid van de verbrandingskamer, zijn ongewijzigd en worden bepaald door het motorontwerp.
Als tijdens de meting blijkt dat een van de cilinders de door de fabrikant opgegeven waarde niet haalt, duidt dit op een lek in de verbrandingskamer. Het is ook cruciaal dat de compressiedruk van alle cilinders hetzelfde is.
Wat veroorzaakt een lagere compressiedruk?
- versleten of beschadigde zuigerveer
- versleten motorcilinder
- beschadigde of gebarsten cilinderkop
- beschadigde pakking onder de cilinderkop
- beschadigde klep
- beschadigde klepveer
- versleten klepzitting
Als de verbrandingskamers in orde zijn, bedraagt het maximale verschil in compressiedruk tussen de afzonderlijke cilinders maximaal 1 bar (0,1 MPa). De compressiedrukken variëren van 1,0 tot 1,2 MPa voor benzinemotoren en 3,0 tot 3,5 MPa voor dieselmotoren.
Wat zijn de normale waarden voor de compressieverhouding van een motor?
Om detonatie (voortijdige zelfontbranding van de brandstof) te voorkomen, mag de compressieverhouding bij benzinemotoren niet groter zijn dan 10:1. Motoren met een detonatie-verbrandingssensor, een elektronische regeleenheid en andere apparaten kunnen echter een compressieverhouding tot 14:1 bereiken.
Motorkloppingen: wat is het en hoe kunt u dit voorkomen?
Bij benzinemotoren met turbocompressor ligt de compressieverhouding rond de 8,5:1, omdat een deel van de compressie van de werkstof in de turbocompressor plaatsvindt. Dieselmotoren hebben een compressieverhouding van 20:1 of zelfs hoger, omdat ze werken volgens het principe dat de ingespoten brandstof ontbrandt door de compressiewarmte.
Daarom moet de compressieverhouding van dieselmotoren hoger zijn dan die van benzinemotoren. De belasting door de druk in de motorcilinder beperkt de compressieverhouding van de dieselmotor.