Verdichtungsverhältnis

In einem Kolbenmotor ist das Verdichtungsverhältnis das Verhältnis zwischen dem Zylindervolumen, wenn der Kolben am unteren Totpunkt steht, und dem Volumen, wenn der Kolben oben angekommen ist. Fasst ein Zylinder 500 Kubikzentimeter mit dem Kolben unten und 50 Kubikzentimeter mit dem Kolben ganz oben, beträgt das Verdichtungsverhältnis 10:1. Diese einzelne Kennzahl zeigt dir, wie heftig das einströmende Benzin-Luft-Gemisch vor der Zündung gepresst wird.

Höhere Verdichtungsverhältnisse bringen mehr Leistung und besseren Kraftstoffverbrauch, weil sich das gepresste Gemisch heißer und schneller entzündet und mehr Energie auf den Kolben überträgt. Ein typischer natürlich angesaugter Benzinmotor arbeitet mit 9:1 bis 12:1. Dieselmotoren laufen bei 14:1 bis 20:1, weil Diesel sich allein durch Druck selbst entzündet, ohne Zündkerze. Turbomotoren und Motoren mit Kompressor bleiben oft bei 8:1 bis 9:1, obwohl Ladedruck in den Zylinder gelangt, denn das geometrische Verdichtungsverhältnis bleibt niedriger, um Detonation auszuschließen.

Detonation ist das kritische Problem. Wenn du das Gemisch zu stark komprimierst, entzündet es sich von selbst, bevor die Zündkerze zündet, und erzeugt Druckwellen, die den Kolben hammern, den Zylinderkopf reißen und die Lager zerstören. Deshalb fordern Hochverdichtungsmotoren Hochoktanbenzin. Die Oktanzahl eines Kraftstoffs misst seinen Widerstand gegen vorzeitige Zündung unter Druck. Ein Motor mit 10:1 Verdichtung detoniert auf 87er-Oktan, läuft aber sicher auf 93er-Oktan. Umgekehrt verschwendest du Geld für Premiumkraftstoff in einem Motor mit nur 8:1 Verdichtung, der für Normalbenzin ausgelegt ist.

Das Verdichtungsverhältnis ist eine feste physikalische Eigenschaft des Motorblocks und Zylinderkopfs und ändert sich nicht während des Betriebs. Du kannst es nicht verändern, ohne den Kolben zu bearbeiten, die Kopfdicke zu ändern oder den Block zu modifizieren. Manche modernen Motoren nutzen variable Ventilsteuerung, um die Menge des frischen Gemischs im Zylinder effektiv zu verändern und die Druckkurve zu verschieben, aber das ist nicht dasselbe wie die Änderung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses.

Höhenlage und Umgebungstemperatur beeinflussen, welches Verdichtungsverhältnis sicher ist. In großer Höhe bedeutet dünnere Luft im Zylinder weniger Masse zum Komprimieren, also erzeugt dasselbe Verhältnis niedrigeren Spitzendruck. Kalte Luft ist dichter und erhöht den Druck leicht. Rennmotoren, die für Meereshöhe abgestimmt sind, können in den Bergen mit demselben Kraftstoff detonieren. Deshalb ist das Verdichtungsverhältnis vor allem im Zusammenhang mit Kraftstoffsorte, Höhenlage und Motorlast wichtig.