آموزش

مقایسه قدرت و گشتاور در خودرو (قسمت دوم)

در بخش اول این مقاله به بررسی تفاوتهای اصولی بین مفاهیم قدرت و گشتاور پرداختیم. به خاطر بیاورید که علاوه بر مفاهیمی چون کار، توان و توان دورانی، تورک و تفاوت آن با کار را توصیف کردیم.

شتابگیری خودرو

با توجه به قانون دوم نیوتون شتاب یک جسم ارتباط مستقیمی با نیروی وارده به جسم و همچنین جرم جسم دارد:

newtons-second
برای اینکه شتابگیری حاصل شود، نیرو باید با سرعت برابر با سرعتی که خودرو در حال حرکت است وارد شود. نیرویی که در دوره‌ای مشخص از زمان اتفاق می‌افتد را توان می‌نامند. بنابراین شتاب نوعی نیرویی است که به اشیاء در حال حرکت وارد می‌شود و به‌وسیله توانی که در سرعت مشخص به جسم وارد شده مشخص می‌شود.

wheel-torque-accel

power-accel
نیروی حاصل از شتاب که تایر به جاده اعمال می‌کند از تورک بر سر چرخ‌ها نشات می‌گیرد. در پایین نیرو بر اساس تورک موتور که گذرنده از تمام سیستم انتقال است تقسیم بر شعاع چرخ محاسبه شده است:

accel-from-tq
اگر سرعت خودرو و توان موتور در لحظه‌ای مشخص باشند، نیرو حاصل از شتابگیری خودرو بدون داشتن نسبت دنده و قطر لاستیک و تورک موتور قابل محاسبه است. در پایین فرمول مربوطه آورده شده است:

accel-from-hp
محاسبه نیرو بر اساس تورک و توان هر دو پاسخ‌های برابری با هم دارند. به مثال زیر توجه فرمایید:

accel-from-both
یک مثال ساده:
برای شرح بیشتر تأثیر توان و تورک، سه موتور متفاوت را روی یک خودرو شبیه‌سازی می‌کنیم. سرعت خودرو برای هر کدام از سه آزمایش برابر است بنابراین تفاوت در بین نیروی حاصل از شتابگیری کاملاً مشهود است.

car-with-drivetrain
خودرو دارای تایرهای ۲۴ اینچی است. تایرها دارای سرعت دورانی ۵۰۰ دور بر دقیقه هستند، یعنی خود در حال حرکت با سرعت ۳۵.۷ مایل بر ساعت است. دنده‌ای که خودرو در آن قرار دارد دارای نسبت ۲:۱ است.

example-tire-detail
موتور آبی رنگ خودرو دارای سرعت دورانی ۲۰۰۰ دور بر دقیقه است و تورک ۲۰۰ پوند-فوت و توان ۷۶ اسب بخار تولید می‌کند. نسبت دنده‌ای که برای دنده آخر در نظر گرفته شده است ۲:۱ است که دور چرخ با شفت ورودی در این زمان قابل تطبیق شدن است. با در نظر گرفتن فرضیات فوق خودرو نیروی ۸۰۰ پوندی به جاده وارد می‌کند.

enginecompare-blue
موتور سبز رنگ در دور ۴۰۰۰ دور بر دقیقه در حال کار کردن است و تورکی معادل ۱۰۰ پوند-فوت و توانی معادل ۷۶ اسب بخار تولید می‌کند. موتور سبز رنگ با دو برابر سرعت موتور آبی رنگ در حال دوران است ولی در عین حال دارای تورک یک دوم برابر است. نسبت دنده آخرین این خودرو ۴:۱ است. با فرضیات فوق خودرو نیروی ۸۰۰ پوندی به جاده را وارد می‌کند که برابر با نیروی وارده به جاده توسط موتور آبی رنگ است.

enginecompare-green
موتور قرمز رنگ با دور ۴۰۰۰ دور بر دقیقه در حال دوران است که تورکی معادل با ۲۰۰ پوند-فوت و توانی معادل با ۱۵۲ اسب بخار تولید می‌کند. تورک این موتور مانند موتور آبی رنگ است و دور آن بیشتر از موتور سبز رنگ است. نسبت دنده انتخابی ما ۴:۱ است. با وجود چنین تنظیماتی خودرو نیرویی معادل با ۱۶۰۰ پوند به جاده وارد می‌کند که معادل با دو برابر موتورهای قبلی است.

enginecompare-red
از مقایسه بین سه مورد متفاوت فوق می‌توان نتیجه گرفت که پرقدرت‌ترین موتور، موتوری است که بیشترین نیرو رو به جاده وارد می‌کند. دو موتور دیگری که دارای قدرت یکسان است، نیرویی مشابه به جاده وارد می‌کنند. یعنی با وجود تورک‌ها و دورهای متفاوت نیرویی مشابه به جاده وارد می‌کنند. این موضوع نشان می‌دهد که توان موتور، صرف‌نظر از میزان تورک تولیدی یا دوری که موتور در حال کار کردن است، میزان نیروی شتاب دهنده (نیروی وارده به جاده) را تعیین می‌کند.

منحنی‌ها و محدوده‌های توان:
کارایی موتور خودرو معمولاً به‌وسیله ماکزیمم منحنی‌های توان قابل توصیف است. یک موتور خوب بیشترین میزان توان را تولید می‌کند و همچنین بیشترین میزان توان متوسط را هم دارد. نمودار توان بر حسب دور موتور را منحنی توان به طور معمول می‌نامند که حاوی اطلاعات مهمی از چگونگی عملکرد موتور در دورهای مختلف است.
برای یک موتور وجود توان متوسط پایین‌تر نسبت به موتور دیگر در عین حال بالاتر بودن بیشینه توان نسبت به موتور دیگر طبیعی است.

power curve example
منحنی‌های توان که در بالا نشان داده شده است یکی دارای ۴۰۰ اسب بخار و دیگری دارای ۳۷۵ اسب بخار است. در حالی که موتوری که ۴۰۰ اسب بخار تولید می‌کند دارای بیشینه توان بیشتری است و موتوری که ۳۷۵ اسب بخار تولید می‌کند دارای متوسط به مراتب بیشتری نسبت به موتور ۴۰۰ اسب بخاری است. در اغلب موارد مخصوصاً در درگ های خیابانی موتور ۳۷۵ اسب بخاری عملکرد بهتری به طور کلی از خود نشان می‌دهد.
محدوده توان خودرو به دو دسته باز و محدود تقسیم می‌شود که بر پایه و اساس یک سری از مشخصات و ویژگی‌های خاص هستند. این ویژگی‌ها در جدول زیر آورده شده است.

wider-narrower
مقایسه دو خودرو:

بیایید دو خودرو با دو موتور متفاوت را که دارای بیشینه توان برابر هستند را با هم مقایسه کنیم.
هر دو خودرو دارای وزن، سیستم انتقال قدرت و شعاع چرخ مشابه هستند در واقع تنها تفاوت این دو خودرو در موتور آن‌ها است. یکی از خودروها به موتور V8 با توان ۵۰۰ اسب بخار مجهز شده است و دیگری یک موتور ۴ سیلندر تورپوشارژ شده ۵۰۰ اسب بخاری در اختیار دارد.
خودرویی که موتور V8 در اختیار دارد را موتور RedNeck و موتور چهار سیلندر را Ricer می‌نامیم. موتور V8 در دور ۶۰۰۰ دور بر دقیقه کار می‌کند و ۴۰۰ پوند فوت تورک تولید می‌کند در حالی که موتور ۴ سیلندر در دور ۹۰۰۰ دور بر دقیقه تنها مقداری کمتر از موتور قبلی تورک تولید می‌کند. برای ساده‌سازی ریاضیاتی موتور V8 دارای دو آرام ۶۰۰ دور بر دقیقه و موتور ۴ سیلندر دارای دور آرام ۹۰۰ دور بر دقیقه است.
شکل زیر منحنی‌های توان دو موتور را نشان می‌دهد:

horsepower
هر دو موتور دارای بیشینه توان ۵۰۰ اسب بخار هستند. موتور V8 توان ۵۰۰ اسب بخار را در دور ۵۰۰۰ دور بر دقیقه و تورک ۵۷۳ پوند فوتت را در دور ۴۲۵۰ دور بر دقیقه تولید می‌کند این در حالی است که موتور ۴ سیلندر توان ۵۰۰ اسب بخاری را در دور ۸۰۰۰ دور بر دقیقه و تورک ۳۳۷ پوند فوت را در دور ۷۵۰۰ دور بر دقیقه توانایی تولید دارد.

ricer
به دلیل اینکه موتور V8 در دو آرام‌تری کار می‌کند، نیاز است تا تورک بیشتری نسبت به موتور ۴ سیلندری تولید نماید تا به توان ۵۰۰ اسب بخار برسد. به طور مشابه موتور ۴ سیلندری لازم است تا دور سریع‌تری داشته باشد تا بتواند توان ۵۰۰ اسب بخاری را تولید نماید. در نمودار پایینی مقایسه‌ای میان محدوده‌های توان دو موتور را نشان داده است:

powerband
به یاد داشته باشید که با توجه به اینکه دو موتور دارای مقدار مشابه بیشینه توان هستند، ولی موتور Redneck دارای ۸۰ درصد محدوده توان گسترده‌تری است. این جزء مزایای قابل‌تحسین این موتور است. در میان دو خودرو آن خودرویی که دارای موتور V8 است سرعت بیشتری نسبت به موتور ۴ سیلندری دارد چون موتور V8 دارای متوسط توان بیشتری در آن دور موتور خاص نسبت به دیگری است.

redneck
هر دو خودرو دارای وزن ۳۰۰۰ پوندی هستند که دارای ۳۳۰ اسب بخار بیشینه توان به ازای هر تن وزن هستند. نسبت دنده آخر ۳.۵۵:۱ برای موتور Redneck و ۵.۳۲۵:۱ برای موتور Ricer است. موتور Ricer از نسبت دنده بالاتری بهره می‌برد چون باید با دور موتور بالاتری خود را سازگار نماید.

ricer
با وجود تمام داده‌های فوق، نمودار سرعت در برابر زمان برای هر دو کار در پایین رسم شده است. مهم است به خاطر داشته باشید که ضریب آئرودینامیکی، شرایط اولیه و دیگر افت توان‌ها صرف‌نظر شده است در این مقایسه.

redneck-rice-time
شتاب گیری در سرعت کم:
نتیجه بررسی بین دو موتور فوق نشان می‌دهد که موتور redneck دارای عملکرد بهتری در شتاب ۰ تا ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت است. در سرعت‌های بالاتر از ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت Ricer بیشتر در محدوده توان خود در حال دوران است و هر دو موتور شتاب یکسانی دارند. در مسابقات درگ موتور Ricer در مسابقه قطعاً برنده نخواهد شد. بنابراین می‌توان گفت که خودرویی که برای سرعت‌های متفاوت‌تری هدف‌گذاری شده است باید محدوده توان گسترده‌تری را به خود بگیرد در حالی که خودروهایی که سرعت‌های خیلی متفاوتی را به خود تجربه نمی‌کنند نباید محدوده توان آن‌ها وسیع باشد.

نتیجه‌گیری:
برای اینکه خودروی شما شتابگیری خیلی سریعی داشته باشد، موتور باید توانایی داشته باشد تا نیروی بزرگ در آن سرعت خاص تولید کند. مقداری توان، که نیرویی که موتور می‌تواند (در آن سرعت خاص) تولید کند را مشخص کند. خواه می‌تواند سرعت پایین یا سرعت بالا باشد. مهم نیست که موتور در دورهای بالا توان یا تورک زیادی تولید می‌کند، چون چرخ‌دنده‌های زنجیره انتقال قدرت می‌تواند میزان تورک و دور را با میزان نسبت مناسب تنظیم کنند.

بیشینه توان ماشین را به فروش می‌رساند ولی مقداری متوسط توان بالا شما را برنده مسابقه می‌کند

همواره به یاد داشته باشید که میزان تورک و توان بیشینه می‌تواند یک ایده کاملاً کلی از عملکرد یک موتور را به شما بدهد ولی بهترین راه برای مقایسه خودروها مسابقه دادن آن‌هاست.!

علی طهوری

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

مطالب مشابه

‫۲۱ دیدگاه

  1. amir-bmw

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (46 ديدگاه)

    واقعن مرسی از وقتی ک گذاشتید

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  2. huayra

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (88 ديدگاه)

    ممنونم ب دبیر فیزیکم میگم توضیحش بده.ازش پرسیده بودم گشتاور چیه؟در رو باز و بسته کرد و گفت این گشتاوره.

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
    1. huayra

      ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
      سوابق: (88 ديدگاه)

      آخه این چ طرز یاد دادنه؟

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
    2. K.MAK.MISEL

      ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
      سوابق: (2711 ديدگاه)

      عالی بود….مطلب

      موافقم ۱
      مخالفم ۰
      1. huayra

        ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
        سوابق: (88 ديدگاه)

        مک میسل خیلی از آواتار شلبی کبرات خوشم میاد

        موافقم ۰
        مخالفم ۰
    3. احسان(احسان سابق)

      ۴ اسفند ۱۳۹۳
      سوابق: (2857 ديدگاه)

      این یه وصله ناجور بود به نظام اموزشی!

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
  3. Alireza

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (1 ديدگاه)

    Kheyli Aliii Bood…

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  4. bardia

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (181 ديدگاه)

    کاملا” توضیح کاملی بود
    ولی باید بگم وقتی تورک موتور از یک حدی که میگذره دیگه ماشین چسبندگی لارم رو به جاده نخواهد داشت و برای همین امر هم عملا” نتیجه ی عکس میگیره

    برای همین امر شرکت های بزرگی مثل فراری و لامبورگینی ترجیح میدن تورک رو پایین تر نگه دارن ولی دور موتور رو بالا ببرن برای بالا بردن توان
    وقتی شرکتی مثل فراری میاد یه موتور تنفس طبیعی میزاره تا ۹۰۰۰ دور میچرخه تمام این نتایجی که شما گفتی فقط توی یک دنده صدق میکنه
    وقتی پای جعبه دنده دو کلاچه میاد وسط,اینقدر سریع دنده ها عوض میشه که ماشین رو روی حداکثر گشتاور نگه میداره و نمیزاره این قضایا پیش بیاد
    بخاطر همینه که توی دور هیچ ۵۶۰ اسبی ای حریف ۴۵۸ نمیشه

    موافقم ۰
    مخالفم ۱
  5. saji

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (119 ديدگاه)

    vaghean mofid bood manmoon .

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  6. M Power///

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (416 ديدگاه)

    خیلی طولانی بود من که حوصله خوندن شون نداشتم، اگه میشه به صورت خلاصه این مطلب رو برام بفرستید.

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  7. حمیدرضا

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (9 ديدگاه)

    پس همینه که موتور ماشین چینی ۱۱۰ اسب بخاره، وزنش کمتر از گل من هست، شتاب ۰ تا صد من کمتر از ۱۱ هست اون بالای ۱۴
    بدبخت رفیقم چقد تعریف کرد از ماشینش، یه کورس گذاشتیم عکسش رفت تو آینه عقب گل پسر من
    خخخخخ

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  8. datsun

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (1853 ديدگاه)

    مطلب مفید و آموزنده ی بود ممنون

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  9. صادق

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (2130 ديدگاه)

    بسیار ممنون

    خیلی آموزنده و البته پیچیده بود

    جالب اینجاس منی که به شدت از فیزیک نفرت دارم و بدترین ضربه های تحصیلی خودم رو از فیزیک خوردم، وقتی بحث به خودرو کشیده میشه با رغبت تمام اونو میخونم و در حد مطلوبی هم یادش میگیرم

    در کل خسته نباشی آقا علی

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  10. علی آقا

    ۲۸ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (384 ديدگاه)

    همیشه به دنبال فمیدن تفاوت و تاثیر این دو نیرو روی خودرو بودم و هستم!!!

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  11. Mohammad.S.F

    ۲۹ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (203 ديدگاه)

    ممنون آقای طهوری
    مطالبتون خیلی خوبن

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  12. حسین

    ۲۹ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (249 ديدگاه)

    ممنون از وقتی که گذاشتید واقعا مفید بود

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  13. هیوا

    ۲۹ مرداد ۱۳۹۳
    سوابق: (23 ديدگاه)

    سلام آقای مهندس طهوری محور عقب خودرویی تو پیچ انحراف داشته باشه اگه بره معاینه فنی رو دستگاه تست بشه تشخیص بدن دوتا کمک عقب خرابن میتونه علت همین باشه؟

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  14. Ehsan

    ۱ شهریور ۱۳۹۳
    سوابق: (2 ديدگاه)

    سلام دوستان، سوالی بود در خصوص حداکثر گشتاور تولیدی ،دیدم برا بعضی ماشینا رو ۵٠٠٠ دور در دیقه زده بعضی ۶٠٠٠ یا بالاتر به حداکثر میرسه ،در کدوم حالت بهتر و ایده آل تر هست ؟

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  15. سعید

    ۲ آبان ۱۳۹۳
    سوابق: (481 ديدگاه)

    عاااااااااااااالی

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  16. مهدی

    ۲۲ اسفند ۱۳۹۴
    سوابق: (1 ديدگاه)

    ((بیشینه توان ماشین را به فروش می‌رساند))
    این تیکه اش فوق العاده بود.

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  17. امين ضابطي

    ۱۹ فروردین ۱۳۹۷
    سوابق: (1 ديدگاه)

    سپاس از مطلب مفید و کارگشای شما

    موافقم ۰
    مخالفم ۰

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