1. rész: A sűrítés
Írta: Dáloki Gergely (Geree)
Első körben szeretném tisztázni a különbséget a sűrítési viszony és a sűrítési végnyomás között. Míg az első egy mértékegység nélküli szám, addig a másodiknak van mértékegysége is.
A sűrítési viszony a két térfogat hányadosa, így esik ki a mértékegység. A két térfogat közül a számlálóban levő a henger dugattyú feletti térfogata a dugattyú alsó holtponti helyzetében, míg a nevező ugyanez, de a dugattyú felső holtponti állapotában. Fontos, hogy ebbe a térfogatba beletartozik a hengerfejben kialakított égéstér térfogata is. Számítani utólag nem egy egyszerű dolog, pláne ha egy kicsit bonyolultabb az égéstér kialakítása, valamint a dugattyútető sem sík (ld. CVH) Ha szét van szedve a motor darabokra, akkor akár vízzel való feltöltéssel, vagy egyéb módszerekkel meglehetősen jól ki lehet okoskodni a számításhoz szükséges térfogatokat. Ez főleg abban az esetben érdekes, ha úgy szeretnénk kompressziót növelni, hogy tudjuk annak a mértékét is. De erről később. A sűrítési viszony klasszikus értéke 8,5-10,5 közötti érték benzineseknél, turbós benzinesek esetében lehet még kisebb, ~7,5 is, Diesel motoroknál 17 és 23 közötti érték a tipikus. Nyílván a szívó-Diesel magasabb, a feltöltött alacsonyabb.
A sűrítési végnyomás pedig az a "bar"-ban kifejezett nyomásérték, amit a gyertya menetébe csavart nyomásmérő mutat, ha önindítóval forgatjuk a motort (fontos, hogy ne induljon be, ezért célszerű lehúzni egy madzagot a gyújtásról, hogy ne kapjon jelet. Le lehet húzni a gyertyapipákat is, de az attól még ad szikrát, és ha valamihez át tud húzni, akkor át is fog. És nem kérdezi meg, hogy rajtad keresztülhúzhat-e, simán kérdezés nélkül megteszi. Ezt nem említeném a kellemes dolgok között!) A sűrítési végnyomás értéke benzineseknél ~11-15bar-ig terjed, Diesel-eknél simán lehet akár 30bar feletti érték is.
A sűrítési végnyomás mérésének esetében ahhoz, hogy korrekt módon ki lehessen értékelni az eredményt, ismerni kell a motor konstrukcióját, azon belül a sűrítési viszony értékét, valamint a vezérműtengelyen a szívószelep zárási szögértékét. Kiindulásnak jó a kompresszió értékét tudni, mert egy kis sűrítésű motornál sosem fog tudni az ember 14-15 bar körüli sűrítési végnyomást mérni. A másik tényező pedig a szívószelep zárásának a főtengely elfordulásában mért szögértéke. Ugyanis ennek a mérésnek legideálisabb az lenne, ha az alsó holtpontban zárna a szívószelep, akkor tudná a legtöbb gázt komprimálni. De mivel az alsó holtpont után 20-80°-al zárnak a szelepek, ezért amíg nem zár, addig kitolja a hengerben lévő gázokat és csak kevesebb gázt sűrít, jóval kisebb mértékben. Ez látszólag hülyeség, pláne ha azt mondjuk, ha azt mondjuk, hogy egy sportautó esetében inkább a 80°-hoz van közelebb ez az érték. (Erről a témáról részletesebben a szelepvezérlés és töltetcsere fejezetben) Tehát nem meglepő, hogy egy frissen bejáratott sportgép sűrítési végnyomása épp csak megüti a 10-et, pedig levettek a hengerfejből, nagyobb kompressziójú dugókat tettek bele, stb. Pedig egy széria Suzukinak is 13-14 körül van. A más vezérlés adta következmény ez.
Lehetne kérdezni, hogy a Diesel-eknek miért olyan magas a kompressziója, míg a benzineseknek nem? Nos, mivel Diesel öngyulladós, ezért olyan állapotot kell a motorban létrehozni, hogy még a motor nagyon megkopott állapotában is képes legyen beindulni, így stabilan benne kell lenni abban a tartományban, amikor is a gázolja magától meggyullad. Ezt az állapotot egyrészt a sűrítés miatt létrejött nyomásnövekedés biztosítja, másrészt pedig a térfogatcsökkenés miatti hőmérsékletnövekedés. (Nem hiszem, hogy valaki szeretne hőtani képleteket bogarászni, különböző politropikus kitevőkkel szimulálni a folyamatot, ezért inkább csak a kézzel foghatóbb dolgokra térek ki) Minél nagyobb a hőmérséklet és a nyomás, annál biztosabb az öngyulladás és mellesleg ezáltal az égés hatásfoka is nő a teljesítménnyel együtt, valamint csökken a fogyasztás.
Diesel motorok esetében ezért szinte korlátlanul lehetne növelni a kompressziót, az csak előnyére válna, de itt már erősen szóba jön az anyagok teherbírása is. Mivel a sűrítés által az égési csúcs- és középnyomás is nő, ezért az alkatrészek mechanikus-, és hőterhelése is nő. Erősebb, jobban ötvözött anyagok, kellenek, amik jelentősen növelik a motor árát. Itt csak ez szab határt a fejlődésnek.
A benzinesek esetében pedig pont ellentétes a cél: sohasem gyulladhat be magától a keverék, tehát azt a lehető legmagasabb kompresszió-viszonyt kell megtalálni, amikor még stabilan kívül lehet maradni az öngyulladás tartományán. Régebben, az 50-es évek előtt és körül az üzemanyagok minősége miatt még rendszeres volt a 6-7 körüli viszony is, de napjainkra már átlagban 10 lehet egy szívóbenzines értéke. Sportmotorok esetében ma akár 12 körüli érték is előfordulhat, de ehhez már különleges, magas kopogás-állóságú üzemanyagra van szükség, valamint a gyújtás nagyon finom szabályozhatóságára. (Gyújtás témakörről szintén később). Mivel régebben elektronika szinte semmi nem volt az autókban, így a gyújtás is teljesen mechanikus módon volt vezérelve. Így egy röpsúllyal meg lehetett oldani a fordulatszám-változás igényelte előgyújtás-növekedést, ami pedig a terhelésváltozás okozta előgyújtási szögkorrekciót illette, egy (vagy akár több) vákuumdob segítségével ezt is meg lehetett oldani. De mivel ezek a szerkezetek nem voltak képesek figyelembe venni se az üzemanyag minőségét, se a levegő páratartalmát és hőmérsékletét, se a légköri nyomást, így kellően messzire kellett beállítani a gyújtást az öngyulladástól. Emiatt jó kicsire vették a kompressziót és szintén jóval a szükséges érték alatt maradt az előgyújtás is. De a gyújtás finomságairól inkább a neki fenntartott cikkben...
Az előzőekből következik, hogy a kompresszió növelésével plusz teljesítmény nyerhető, hiszen a nagyobb sűrítéshez nagyobb sűrítési végnyomás és hőmérséklet tartozik, majd az égés erről a pontról indul el. És mivel az égés előtti nyomás és hőmérséklet is magasabb, így az égési csúcsnyomás is magasabb lesz, ami a dugóra ható nagyobb erő miatt plusz nyomatékot jelent a főtengely végén. Ez számszerűen: egy ~7-es értékről ~10-11-re való növelés +10-12%-ot jelent. Tehát oltári növekedésre azért nem kell számítani ezáltal, de sok kicsi sokra megy!
Következő kérdés lehet, hogy feltöltött motorok esetében miért alacsonyabb a kompresszió? A feltöltés miatt ugyanis nagyobb tömegű levegő kerül a hengertérbe és ennek a sűrítése miatt magasabb nyomás és hőmérséklet jön létre, ami egyre inkább kedvez az öngyulladásnak. És mivel ezt el akarjuk kerülni, növeljük azt a térfogatot, amekkorára össze fogja sűríteni a dugattyú a keveréket, így nagyobb lesz a sűrítés utáni térfogat, így kisebb lesz mind a nyomás, mind a hőmérséklet, tehát alatta tudtunk maradni az öngyulladás tartományának. De mivel több levegőhöz több üzemanyagot is lehet elégetni, ezáltal nyerünk a látszólag kedvezőtlen kompresszió-csökkentés ellenére plusz teljesítményt.
