آموزش

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 ۲۰۰۰ 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 ۱۵۰۰ به ۲۵۰۰ تغییر می‌کند. این میزان تغییر سرعت دورانی شفت متصل به چرخ‌ها در یک خودرویی که دارای تایرهایی با قطر ۲۷ اینچ باشد باعث می‌شود از سرعت خودرو از ۱۷۶ کیلومتر در ساعت به ۳۰۴ 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 ۱ در سرعت دورانی ۳۰۰۰ rpm باشد و شفت متصل به چرخ‌ها دارای سرعت دورانی ۱۵۰۰ rpm باشد، باید نسبت دنده گیربکس ۱:۲ قرار گیرد که در رابطه زیر می‌بینیم.

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

انجین شماره ۲ از دور ۶۰۰۰ rpm شروع می‌کند، بنابراین می‌بایست نسبت دنده موردنظر در گیربکس ۱:۴ در نظر گرفته شود تا دور موجود در لاستیک به ۱۵۰۰ 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 ۱۵۰۰ rpm به ۲۵۰۰ rpm بچرخاند با نسبت ۱:۴ در گیربکس. با نگاه عمیق‌تر به رابطه نسبت دنده، متوجه خواهیم شد که انجین شماره دو نیاز دارِد تا دور ۱۰۰۰۰ rpm کار کند تا بتواند دور خروجی چرخ‌ها را به ۲۵۰۰ rpm برساند.

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

Engine RPM = Gear Ratio * Shaft RPM
           =    (۴)     * (۲۵۰۰RPM)
           = ۱۰۰۰۰RPM

بنابراین هیچ نسبت دنده یکتایی را نمی‌توان یافت تا این شرایط پیش‌آمده را مرتفع نماید. هیچ راهی وجود ندارد که موتور شماره دو بین ۶۰۰۰ rpm و ۸۰۰۰ rpm کار کند تا بتواند دور خروجی چرخ ۱۵۰۰ rpm تا ۲۵۰۰ 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

۴:۱ 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 ۰ 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 ۱ در این آزمایش بهتر عمل کرده است.

shaft-curves
همان‌طور که در شکل فوق مشاهده می‌کنید موتور شماره ۲ قادر به تأمین دور خروجی چرخ ۱۵۰۰ rpm تا ۲۵۰۰ 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 ۳۰۰۰ rpm تا ۵۰۰۰ rpm می‌باشد، این نشان می‌دهد که دور بیشتر ۱.۶۷ برابر سرعت دورانی کمتر انجین است.

۵۰۰۰RPM
------- = ۱.۶۷x
۳۰۰۰RPM

این بدان معنا است که انجین ۶۷ درصد بیشتر می‌چرخد تا به بالاترین دور خود برسد. حالا بیایید به انجین شماره دو نگاهی بیندازیم.

۸۰۰۰RPM
------- = ۱.۳۳x
۶۰۰۰RPM

انجین شماره دو تنها ۳۳ درصد بیشتر می‌چرخد تا دور ۶۰۰۰rpm تا ۸۰۰۰ rpm را طی کند. این بدان معناست که انجین شماره ۱ محدوده کاری بزرگتری دارد بااینکه هر دو دارای متوسط دور ۲۰۰۰ 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 ۳ 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

میانگین امتیازات ۵ از ۵
از مجموع ۱ رای

علی طهوری

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

مطالب مشابه

‫۱۵ دیدگاه‌ها

  1. رامتین

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (3020 ديدگاه)

    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

    موافقم 0
    مخالفم 1
  2. mds

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (402 ديدگاه)

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

    موافقم 0
    مخالفم 2
    1. رضا

      ۷ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (31 ديدگاه)

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

      موافقم 1
      مخالفم 1
      1. mds

        ۷ دی ۱۳۹۴
        سوابق: (402 ديدگاه)

        عفت کلام دارم، اما ممکنه نتونن خودشونو نگهدارن ☻

        موافقم 0
        مخالفم 1
    2. احمد باقری

      ۷ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (4717 ديدگاه)

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

      موافقم 0
      مخالفم 2
    3. ali ayat

      ۷ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (716 ديدگاه)

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

      موافقم 1
      مخالفم 1
    4. great britain

      ۸ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (2761 ديدگاه)

      چرا شرکت هایی هستن که مقابله کنن و حتی بهتر mds.بهت نمیگم چه شرکت هایی که تو خماریش بمونی!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

      موافقم 0
      مخالفم 1
  3. Lord Cezar

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (300 ديدگاه)

    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 .

    موافقم 0
    مخالفم 1
    1. sina

      ۷ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (307 ديدگاه)

      دقیقا
      به قول یارو گفتنی هنگ کردم

      موافقم 0
      مخالفم 1
    2. مسعود

      ۹ دی ۱۳۹۴
      سوابق: (221 ديدگاه)

      منم هنگ کردم. خیلی دوس داشتم بیشتر سر در بیارم

      موافقم 0
      مخالفم 1
  4. نيما

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (1658 ديدگاه)

    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

    موافقم 0
    مخالفم 1
  5. احمد باقری

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (4717 ديدگاه)

    مطلب خوبی بود.

    موافقم 0
    مخالفم 1
  6. احسان(احسان)

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (2872 ديدگاه)

    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؟

    موافقم 0
    مخالفم 1
  7. سعيد رنجكش

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (31 ديدگاه)

    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

    موافقم 0
    مخالفم 1
  8. رضا سپهوند

    ۷ دی ۱۳۹۴
    سوابق: (28 ديدگاه)

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

    موافقم 0
    مخالفم 1

دیدگاهتان را بنویسید

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.

دکمه بازگشت به بالا