مقایسه دو نمودار توان موتور احتراقی

در این مقاله دو نمودار توان انجین مختلف را برای شما آماده کرده‌ایم تا آن‌ها را با یکدیگر مقایسه کنیم.
به‌منظور شروع مقایسه، دو نمودار توان ساختگی که دقیقاً شبیه به هم هستند و دارای سرعت دورانی متوسط 2000 rpm هستند را در نظر بگیرید (مانند شکل زیر). آیا این دو منحنی دارای متوسط توان مساوی هستند؟؟

curve-compare
به‌منظور مقایسه دو نمودار موتور احتراق داخلی (انجین)، لازم است کار خروجی آن‌ها با یکدیگر برابر باشد. در نظر بگیرید که شتاب دورانی خروجی انجین از 1500 به 2500 تغییر می‌کند. این میزان تغییر سرعت دورانی شفت متصل به چرخ‌ها در یک خودرویی که دارای تایرهایی با قطر 27 اینچ باشد باعث می‌شود از سرعت خودرو از 176 کیلومتر در ساعت به 304 کیلومتر در ساعت برسد.

به‌منظور انجام دادن چنین کاری، گیربکس واسط بین خروجی انجین و چرخ‌ها می‌بایست نسبت دنده خاصی داشته باشد. درصورتی‌که موتور شماره 1 در سرعت دورانی 3000 rpm باشد و شفت متصل به چرخ‌ها دارای سرعت دورانی 1500 rpm باشد، باید نسبت دنده گیربکس 1:2 قرار گیرد که در رابطه زیر می‌بینیم.

             Input RPM (Engine)    3000RPM       
Gear Ratio = ------------------ = --------------- = 2:1
             Output RPM (Shaft)    1500RPM

انجین شماره 2 از دور 6000 rpm شروع می‌کند، بنابراین می‌بایست نسبت دنده موردنظر در گیربکس 1:4 در نظر گرفته شود تا دور موجود در لاستیک به 1500 rpm برسد. در نمودار زیر میزان کار انجام شده توسط انجین ها نمایش داده شده است.

comparing-engines
همان‌طور که در شکل بالا ملاحظه می‌فرمایید، یک مشکلی در این نوع وجود دارد. انجین شماره دو نمی‌تواند شفت متصل به چرخ‌ها را از 1500 rpm به 2500 rpm بچرخاند با نسبت 1:4 در گیربکس. با نگاه عمیق‌تر به رابطه نسبت دنده، متوجه خواهیم شد که انجین شماره دو نیاز دارِد تا دور 10000 rpm کار کند تا بتواند دور خروجی چرخ‌ها را به 2500 rpm برساند.

             Engine RPM
Gear Ratio = ----------
             Shaft  RPM

Engine RPM = Gear Ratio * Shaft RPM
           =    (4)     * (2500RPM)
           = 10000RPM

بنابراین هیچ نسبت دنده یکتایی را نمی‌توان یافت تا این شرایط پیش‌آمده را مرتفع نماید. هیچ راهی وجود ندارد که موتور شماره دو بین 6000 rpm و 8000 rpm کار کند تا بتواند دور خروجی چرخ 1500 rpm تا 2500 rpm تولید کند. این گفته با نگاهی دوباره به دور پایانی انجین می‌تواند ثابت شود که با هیچ نسبت دنده یکتایی این عمل شدنی نیست.

Beginning of Rev Range:

             Engine RPM   6000RPM
Gear Ratio = ---------- = -------------- = 4:1
             Shaft  RPM   1500RPM

End of Rev Range:

             Engine RPM   8000RPM
Gear Ratio = ---------- = ------------- = 3.2:1
             Shaft  RPM   2500RPM

4:1 vs 3.2:1...
No single gear ratio satisfies the situation.

گیربکس‌ها معمولاً به شکل خطی عمل می‌کنند، درصورتی‌که سرعت دورانی ورودی گیربکس دو برابر شود سرعت دورانی خروجی نیز به همین ترتیب تغییر می‌کند، بدون در نظر گرفتن نسبت دنده موجود. همچنین درصورتی‌که گیربکس در دور 0 rpm باشد، دور خروجی نیز ثابت می‌شود. انجین شماره دو نمی‌تواند از این قانون تبعیت کند درحالی‌که کاری که ما انتظار داریم را انجام دهد.
این بدان معناست که دو انجین دارای توان خروجی یکسانی نیستند زمانی که یک کاری مثل هم قرار است انجام دهند. انجین شماره 1 در این آزمایش بهتر عمل کرده است.

shaft-curves
همان‌طور که در شکل فوق مشاهده می‌کنید موتور شماره 2 قادر به تأمین دور خروجی چرخ 1500 rpm تا 2500 rpm نیست. همچنین همان‌طور که در بالا نیز اشاره شد هیچ نسبت دنده یکتایی وجود ندارد که این خواسته ما را بر روی انجین شماره دو اعمال کند به همین منظور با اضافه کردن یک نسبت دنده دیگر برای انجین شماره دو این امر مسیر می‌شود. این همان معنی تعویض دنده را در خودرو به ما نشان می‌دهد و از همه مهم‌تر این مثال دلیل وجودی گیربکس و استفاده از نسبت دنده‌های گوناگون به ما نشان می‌دهد.

curve-gearboxes-multi
مقایسه ریاضیاتی دو منحنی توان:
تفاوت میان دو انجین را می‌توان از طریق ریاضی نشان داد. دور کاری انجین اول از 3000 rpm تا 5000 rpm می‌باشد، این نشان می‌دهد که دور بیشتر 1.67 برابر سرعت دورانی کمتر انجین است.

5000RPM
------- = 1.67x
3000RPM

این بدان معنا است که انجین 67 درصد بیشتر می‌چرخد تا به بالاترین دور خود برسد. حالا بیایید به انجین شماره دو نگاهی بیندازیم.

8000RPM
------- = 1.33x
6000RPM

انجین شماره دو تنها 33 درصد بیشتر می‌چرخد تا دور 6000rpm تا 8000 rpm را طی کند. این بدان معناست که انجین شماره 1 محدوده کاری بزرگتری دارد بااینکه هر دو دارای متوسط دور 2000 rpm هستند.

در حالت کلی، اسکیل (بزرگنمایی) محدوده کاری هر دو انجین طبق رابطه زیر محاسبه می‌گردد.

engine-compare-revrange
در مواقعی که M=1 است، منحنی قدرت دو انجین می‌توانند با اسکیل شدن حداکثر دور یک انجین روی هم سوار شود، همان‌طور که در رابطه پایین می‌بینید:

engine-compare-scale
در مواقعی که M برابر یک نیست، منحنی قدرت دو انجین هنوز هم می‌توانند با اسکیل شدن حداکثر دور یک انجین روی هم سوار شود، ولی یکی از انجین ها زودتر افت خود را در حین کار نشان می‌دهد. مانند شکلی که در بالا (شکل 3 در بالا) رسم شد.

نتیجه:
منحنی توان دو انجین به‌طور کاملاً مستقیم قابل مقایسه نیستند، درصورتی‌که محدوده کاری دور آن‌ها با هم متفاوت باشد. محدوده و دامنه دور می‌بایست در ابتدا اصلاح شود تا توان متوسط در حین انجام کار به‌درستی مشخص شود.

منبع: backfire

درباره نویسنده

تصویر پروفایل علی طهوری

علی طهوری، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی خودرو، گرایش طراحی سیستم‌های دینامیکی خودرو دانشگاه علم و صنعت

15 دیدگاه

  1. رامتین
    سوابق: (735 دیدگاه) ,

    علی جان حتما درستو ادامه بده. توصیم اینه که یوقت درسو رها نکنی. علم و صنعت دانشگاه واقعا درخوریست. بیشک با داشتن مدرک دکترا خیلی موقعیتهای بهتر میتونه نصیبت بشه. هر چقدر هم دانشگاه و موسسه زیاد بشه، 5دانشگاه برتر شهر تهران، همیشه در اوج و کانون توجه باقی خواهند موند. من دقیقا این راه را طی کردم. موفق باشی

    پاسخ
  2. mds
    سوابق: (266 دیدگاه) ,

    از نظر فناوری موتور و دوام و پیچیدگی هیچ شرکتی نمیتونه با انجینای شرکت مرسدس بنز مقابله کنه در صورت رقابت ***

    پاسخ
    1. رضا
      سوابق: (30 دیدگاه) ,

      عفت کلام داشته باش …اینجا یه سایت همه گانی هست ..

      پاسخ
      1. mds
        سوابق: (266 دیدگاه) ,

        عفت کلام دارم، اما ممکنه نتونن خودشونو نگهدارن ☻

        پاسخ
    2. احمد باقری
      سوابق: (4370 دیدگاه) ,

      احسنت. عجب چیزی گفتی. باید می گفتی مرسدس یکی از بهترین تولید کنندگان موتور هست.

      پاسخ
    3. تصویر پروفایل ali ayat
      ali ayat
      سوابق: (719 دیدگاه) ,

      پسر تو هر روز یه جوری به خدا تورو میبینم گیج میشم

      پاسخ
  3. تصویر پروفایل Lord Cezar
    Lord Cezar
    سوابق: (305 دیدگاه) ,

    مرسی از مقاله عالیتون . واقعا علم و مهندسی خودرو دنیایی هست واسه خودش و هر چقدر مطالعه و تحقیق بشه جا داره واسه ادامه دادن .
    در مورد مقاله کاش یکمی توضیح بیشتری میدادین . کمی سردرگم شدم تو مقاله چون بلافاصله رفتین سراغ محاسبات عددی .

    پاسخ
    1. sina
      سوابق: (309 دیدگاه) ,

      دقیقا
      به قول یارو گفتنی هنگ کردم

      پاسخ
    2. مسعود
      سوابق: (95 دیدگاه) ,

      منم هنگ کردم. خیلی دوس داشتم بیشتر سر در بیارم

      پاسخ
  4. نيما
    سوابق: (798 دیدگاه) ,

    راى گیرى:
    موتور هاى که با دور پایین کار میکنن بهترن یا موتوراى دور بالا؟
    مثال موتور هاى V8 آمریکایى یا موتور هاى فرارى

    موتور هاى با دور پایین: +
    موتور هاى با دور بالا : –

    نظر شخصیم روى موتور هایى هست که نهایت تا 6000-7000 دور میگین نه تا 9000-10000

    پاسخ
  5. احمد باقری
    سوابق: (4370 دیدگاه) ,

    مطلب خوبی بود.

    پاسخ
  6. احسان(احسان)
    سوابق: (2213 دیدگاه) ,

    اقای علی طهوری دوست عزیزم ممنون بابت مقاله.
    توی بحث شتاب و سرعت گرفتن موتور گشتاور اهمیت بیشتری داره یا قدرت خروجی؟بعد ماشین هایی که در دور موتور پایین به حداکثر گشتاور میرسن چه تفاوتی با ماشین هایی دارن که در دور موتور بالاتر به حداکثر گشتاور خودشون میرسن؟

    پاسخ
  7. سعيد رنجكش
    سوابق: (30 دیدگاه) ,

    جناب طهوری عزیز اگر لطف کنید همین نمودار ها در مورد موتورهای مرسوم مثل ef7 .tu5.xu7. و حتی GDI و مقایسه کنید که متوجه بشیم موتور ef7نسبت به xu7 l4 در چه زمینه هایی پیشرفت داشته

    پاسخ
  8. رضا سپهوند
    سوابق: (23 دیدگاه) ,

    ممنون جناب طهوری بسیار خوب و عالی بود . اگه لطف کنی طبق گفته دوستمون آقای رنجکش این مقایسه رو انجام بدین ممنون میشم.

    پاسخ

دیدگاه شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفاً از نوشتن به‌صورت پینگلیش، اجتناب نمایید. نظرات حاوی توهین، عبارات غیراخلاقی، سیاسی، مطالب غیر مرتبط، اسپم، ترول و تبلیغاتی پذیرفته نمی‌شوند. برای تغییر آواتار خود می‌توانید از سایت گراواتار استفاده نمایید.