قالب وب سایت
بانک اطلاعات مهندسی مواد و متالورژی
رشته مهندسی مواد و متالورژی ، پایه همه مهندسی ها . 
مدیر وب سایت
نظر سنجی
نظر شما راجع به وبلاگ چیست؟






لینک های مفید
توان موتور یا گشتاور آن ؟


توان یا گشتاور: کدام یک اهمیت بیشتری دارد؟ این پرسش آغاز مباحثه ای ناتمام برای سازندگان موتور و تولید کنندگانی است که در این زمینه فعالیت می کنند. برخی اعتقاد دارند که این گشتاور خودرو است که آن را به حرکت در می آورد اسب بخار بیشتر جنبه تبلیغاتی دارد تا خودروی بیشتری بفروشند. برخی هم می گویند اگر یک خودروی سریع می خواهید بهتر است به فکر اسب بخار (منظور همان توان است که به صورت تجاری واحد اسب بخار را برای آن استفاده می کنند.) باشید.

و در این میان تناقضات بسیاری به گوش می رسد. اما کدام یک درست می گویند؟ اگر بخواهیم در این باره شفاف تر صحبت کنیم باید بگویم همه چیز از مفهموم نیرو و کار شروع می شود.

آشنایی با مفهوم کار

نیرو همان چیزی است که هنگام هل دادن یکی نسبت به دیگری احساس می شود و بسته به مقاومتی که در برابر آن ظاهر می شود ممکن است منجر به حرکت شود یا نشود. اگر بخواهید خودرویی را به تنهایی هل بدهید به احتمال زیاد حرکتی نخواهد داشت چون جرم آن بسیار بیشتر از شماست و نیروی مقاوم بسیار بیشتری در برابر نیروی شما اعمال می شود که نمی توانید بر آن غلبه کنید. به این ترتیب خودرو حرکتی هم نخواهد داشت.

اما اگر نیرو اعمال شود و جابجایی داشته باشید در حقیقت کار انجام داده اید. به عبارت دیگر به اندازه جابجایی جسمی از نقطه A تا نقطه B کار انجام داده اید. به عنوان مثال اگر موتور یک خودرو را که 250 کیلو وزن دارد به کمک جرثقیل 1.5 متر جابجا کنید کاری که انجام داده اید برابر 1.5×250 است.

کار = جابجایی x نیروی اعمال شده


برای مطالعه بیشتر بر روی ادامه مطلب کلیک کنید.

آشنایی با مفهوم گشتاور

بنابر تعریف مقدار کار از محاسبه بردار نیرویی که در خط مستقیم اعمال می شود حاصل می شود. اما موتور ها (مانند پیچ و مهره ای که برای شل و سفت کردن آن باید آنها را بچرخانید.) حول یک محور می چرخند.

گشتاور موتور چیست؟

این نیروی چرخان که حول یک محور اعمال می شود را گشتاور یا تورک می گویند، که با واحد هایی که از حاصل ضرب نیرو در فاصله از محور چرخش اندازه گیری می شوند. فرض کنید آچاری در اختیار دارید که یک فوت (در حدود 30 سانت) طول دارد و با نیروی 10 پوند ( در حدود 44 نیوتن) در انتهای آچار نیرویی وارد می کنید تا پیچی را باز کنید در این صورت گشتاوی که اعمال می کنید 10 پوند بر فوت معادل 13.5 نیوتن متر است. حال اگر طول آچار شما 2 فوت باشد گشتاور حاصله 20 فوت بر پوند خواهد بود. وقتی می گویند گشتاور موتوری 200 پوند بر فوت (معادل 270 نیوتن متر) است بدین معناست که برای متوقف کردن آن به 200 پوند (معادل 890 نیوتن) نیرو که بر اهرمی یک فوتی (30 سانتی) وارد شود نیاز دارید.


مفهوم توان

توان در حقیقت به ما می گوید که کار با چه سرعتی انجام می شود. کار در نتیجه نیرو انجام می شود و در مورد موتور این نیرو از جنس گشتاور است که قبلا در مورد آن توضیح دادیم. هر چه نیروی بیشتری در اختیار داشته باشیم در واحد زمان کار بیشتری می توانیم انجام دهیم.

فرض کنید که خواهر شما در حال سفت کردن پیچی با آچار است. برای بستن این پیچ به 100 پوند بر فوت گشتاور نیاز دارید او می تواند این پیچ را بعد از 10 ثانیه سفت کند و شما که از او قوی تر هستید می توانید همین کار را در مدت زمان 5 ثانیه انجام دهید. در این صورت شما دو برابر از او قوی تر هستید که توانسته اید این کار را در نصف زمان او انجام دهید.

در سیستم واحد های آمریکایی اسب بخار به عنوان واحد توان مورد استفاده قرار می گیرد. یک اسب بخار معادل 33 هزار فوت-پوند (واحد کار است با فوت بر پوند که واحد گشتاور است اشتباه گرفته نشود.) کار است که در مدت زمان یک دقیقه انجام می شود. این روش اندازه گیری بود که مهندس نامی قرن 18 میلادی جیمز وات به کار می برد.

حال می دانیم که برای انجام کار به نیرو نیاز است و با تقسیم جابجایی انجام گرفته بر کار می توان به نیروی مورد نیاز دست یافت. در موتور ها به کمک یک دینامومتر گشتاور اندازه گیری می شود. و زمان کار موتور با دور بر دقیقه اندازه گیری می شود.

چون نمی توان ابعاد موتور را در حالت عادی تفییر داد بهترین راه برای اینکه توان موتور افزایش یابد این است که دور موتور آن بیشتر شود تا اسب بخار بیشتری در اختیار شما قرار دهد. فرض کنید موتوری 400 فوت برپوند (گشتاور ) در 3000 دور در دقیقه تولید کند. در این صورت این موتور 228 اسب بخار تولید می کند. اما اگر موتور مورد نظر 400 فوت بر پوند گشتاور در 6000 دور در دقیقه تولید کند در این صورت توان آن 457 اسب بخار می شود. و درست است که اگر گشتاور دو برابر شود تا 800 پوند بر فوت در دور 3000 دور بر دقیقه همان 457 اسب بخار را تولید می کند. اما افزایش دو برابر برای توان یک موتور در دنیای واقعی معمولاً غیر ممکن است.

واقع بینانه نیست اگر از یک موتور معمولی انتظار داشته باشید که در دور موتور 6000 دور بر دقیقه هم گشتاور بالا و هم توان بالایی داشته باشد. به عنوان یک قانون کلی نه چندان دقیق باید بگویم در موتور های معمولی اوج گشتاور موتور در 75 درصد دوری که اوج قدرت موتور قرار دارد بدست می آید، و برای موتور های مسابقه ای این عدد 80 تا 85 درصد دور اوج قدرت برای اوج گشتاور است. اگر بخواهیم به زبان ساده تر بگوییم اوج گشتاور در 1000 تا 2000 دور بر دقیقه زیر دور اوج قدرت موتور بدست می آید به عنوان مثال اگر در موتوری اوج قدرت در دور 5600 دور بر دقیقه بدست آید اوج گشتاور موتور در دور 4600 دور بر دقیقه بدست می آید.

موتوری که در دور 4600 دور بر دقیقه 700 پوند بر فوت گشتاور تولید می کند 613 اسب بخار در اختیار شما قرار می دهد. از نظر تئوری این روند باید ادامه پیدا کند تا به زودی به توان 800 اسب بخار برسیم اما در عمل این اتفاق تا دور موتور 6000 دور بر دقیقه رخ نمی دهد.

ممکن است برخی نخواهند موتور خودروی آنها در چنین دور موتور بالایی به حداکثر قدرت خود برسد. برای چنین افرادی یک فورد سوپر گس روداستر انتخاب مناسبی می تواند باشد این خودرو موتوری دارد که آنرا در 9.9 ثانیه به سرعت 152 مایل در ساعت (معادل 244 کیلومتر در ساعت) می رساند. این موتور در دور  6800 توان 760 اسب بخار تولید می کند. و اوج گشتاور آن در 5200 دور بر دقیقه بدست می آید. این خودرو هنوز با دور موتور 6600 دور بر دقیقه به خط پایان می رسد (برای یک چهارم مایل) موتور این خودرو می تواند با موتور های دور بالا در کلاس خودش مقایسه شود، در عین حال استهلاک کمتری دارد و نیاز به تعمیرات کمتری هم خواهد داشت. برخی می گویند این موتور، موتور گشتاور است اما اگر به خاطر داشته باشید برای رسیدن به خط پایان جابجایی داشته ایم و توان مصرف شده است. و این موتور گشتاور بالایی را در دور موتور پایین تر در اختیار شما قرار داده است که بدان معناست که قدرت بالایی را زود تر در اختیار شما قرار داده است.

برای هر قانونی استثناهایی هم وجود دارد: موتور 469 اینچ مکعب رت که حجم موتور کمتری دارد در مقایسه با نمونه مشابه خودش که حجم موتور بیشتری دارد در 800 دور پایین تر 80 پوند-فوت گشتاور بیشتری در اختیار شما قرار می دهد و در دور موتور 7900 دور بر دقیقه 20 اسب بخار بیشتر تولید می کند! در این مورد باید بگویم گشتاور بالا در رنج وسیعی از دور موتور سبب شده است چنین قابلیت هایی را داشته باشیم. این موتور قطر سیلندر بیشتری دارد و به همین دلیل تنفس بهتری از موتور مشابه دارد و می تواند در محدوده وسیعتری از دور موتور گشتاور بالا تولید کند.

سایز مهم است!

اکنون می دانیم که حجم موتور رابطه مستقیمی با گشتاور موتور دارد. بیل میچل سازنده موتور می گوید: « در محدوده ای از دور موتور گشتاور تابعی از حجم هوا خور سیلندر، حجم موتور و بازده حجمی آن دارد.»  هر موتوری یک محدودیت گشتاور دارد چون این که موتور شما چگونه با هوای اتمسفر اطرافش پر شود به عوامل بیرونی (مانند فشار هوا) هم بستگی دارد. هیچگاه با یک موتور 4 لیتری نمی توانید به گشتاور 700 نیوتن متر دست یابید اما با یک موتور 7.5 لیتری می توانید به راحتی چنین گشتاوری را در محدوده وسیعی از دور موتور در اختیار داشته باشید. بنابراین موثرترین راه برای اینکه گشتاور موتور را افزایش دهید این است که حجم آنرا افزایش دهید. و برای حجم موتور هم هیچ جایگزینی وجود ندارد مگر اینکه از سوپر شارژر استفاده کنید.

اما اگر حجم موتور را ثابت نگه داریم و کورس پیستون را افزایش دهیم چه می شود؟ باید بگویم این موضوع بحث های داغی بین متخصصان است و حقیقت این است که در یک موتور معمولی تغییر قطر سیلندر و کورس جابجایی پیستون (یکی را کم کنید و دیگری را اضافه به گونه ای که حجم جابجایی یا حجم موتور ثابت نگه داشته شود.) در نقطه اوج گشتاور تغییر چندانی نخواهید دید. اما معمولا در صورتی که کورس پیستون را کاهش دهید و قطر سیلندر را افزایش دهید می توانید در دورهای بالاتری به بالاترین گشتاور موتور دست پیدا کنید و همچنین اوج توان موتور در دورهای نهایی بدست خواهد آمد ولی احتمالا در دورهای پایین تر توان کمی در اختیار شما قرار گیرد.

دیوید رهر سازنده موتور توصیه می کند اگر قرار است موتور دائما زیر دور موتور 5000 دور بر دقیقه کار کند، بهتر است کورس جابجایی پیستون را بزرگتر انتخاب کنیم. به این ترتیب در نقطه مرگ بالا پیستون با سرعت بیشتری به سمت پایین حرکت می کند و مکش بهتری خواهیم داشت که نتیجه آن تنفس بهتر و کارایی بیشتر موتور است.

ولی در دورهای بالای 6500 دور بر دقیقه قطر بیشتر سیلندر به تنفس بهتر آن کمک می کند. قطر بیشتر پیستون به هوای ورودی کمک می کند که اولا مسیر بهتری برای ورد هوا داشته باشیم و دوم این که بخاطر فضای بزرگتر می توان سوپاپ های بزرگتری طراحی کرد. و البته با فرض اینکه سرسیلندر و مسیر مکش هوا برای جریان دبی بیشتری از هوا طراحی مناسبی داشته باشند.

جایگزینی بادامک ها با بادامک های بزرگتر خیلی گشتاور موتور را افزایش نمی دهد و تنها کاری که می کند این است که گشتاور بالای موتور را به دورهای بالاتر منتقل می کند.

در موتور های با دور بسیار بالا (بالای 8000 دور بر دقیقه ) که برای خودروهای مسابقه مورد استفاده قرار می گیرد بالاترین قدرت در دورهای بالا اتفاق می افتد اما گشتاور در این دورها کاهش می یابد. در دور های بسیار بالا به علت زمان کمی که برای تنفس در اختیار موتور است احتراق به خوبی انجام نمی گیرد. همچنین تلفات مربوط به اصطکاک در این دور ها بیشتر می شود و در نتیجه راندمان موتور به شدت کاهش می یابد. به همین دلیل است که در موتور های دور بالا هر چه که بتوانید برای کاهش اصطکاک باید انجام دهیم. کورس پیستون پایین به دوام موتور از جهاتی کمک می کند چون وقتی از شاتون های کوچکتری استفاده می کنید نیروی تراستی که بر دیواره های سیلندر وارد می شود کمتر است، سرعت حرکت پیستون کاهش می یابد و همچنین نسبت به زمانی که کورس پیستون بزرگتری داریم اصطکاک کمتر می شود و نیاز به بیرینگ ها، شاتون و میل لنگ کوچکتری هست که در نتیجه اصطکاک آنها هم کاهش می یابد در نتیجه بیرینگ ها کوچکتری می تواند مورد استفاده قرار گیرد که خود به کاهش اصطکاک موتور کمک می کند.

موتور های دور بالای افسانه ای

اسب بخار همان چیزی است که در موتور های مسابقه حرف آخر را برای گذشتن از خط پایان می زند. و خودرو های مسابقه ای در کلاس جهانی همه بر بیشترین توان موتور خود تکیه می کنند. مگر اینکه موتور های غول پیکر خودروهای همه جا رو و آفرود مسابقه ای باشند که قرار است از کوه ها بالا بروند. یک مثال خوب در زمینه موتور های دور بالا، موتور های کوچک خودروهای مسابقه ای فرمول یک است، که دور موتور آن تا 18000 دور بر دقیقه می رسد و می تواند توان بسیار بالایی تولید کند و به کمک گیربکس های 6 دنده می توانید از محدوده کمی از دور موتور که حداکثر توان را ارائه می دهد استفاده کنند به عبارت دیگر راننده باید همیشه با تعویض دنده به کمک گیر بکسی که ضرایب دنده نزدیکی به هم دارند دور موتور را بالا نگه دارد. برای ساخت چنین موتوری که در برابر رقبا حرفی برای گفتن داشته باشد باید در طراحی و ساخت تک تک قطعات موتور خودرو از آخرین فناوری ها استفاده کرد و هر قطعه باید به خوبی کار خود را انجام دهد از هر پیچ و مهره موتور گرفته تا قطعات مهم مانند بادامک ها که باید به اندازه کافی سوپاپ ها را باز نگه دارند و همچنین مسیر هوای سر سیلندر که در این زمان بسیار کوتاه باید کمترین مقاومت را در مسیر هوای ورودی سیلندر ایجاد کند تا موتور تنفس مناسبی داشته باشد. همچنین سوپاپ ها باید بتوانند در این دور بسیار بالا پایداری خود را حفظ کنند، تا به بالاترین قدرت ممکن دست یافت و همه اینها به معنای هزینه های سرسام آور در ساخت چنین موتور هایی است.

واضح است که وقتی موتور به گونه ای طراحی می شود که در دور های بالا بیشترین قدرت را داشته باشد بیشترین گشتاور موتور هم به دور های انتهایی نزدیکتر خواهد بود و در نتیجه در دورهای پایین با کمبود گشتاور مواجه خواهد شد. ولی مشکلی پیش نمی آید به کمک گیربکسی که تعداد زیادی دنده در اختیار راننده قرار می دهد می توان دور موتور را بالا نگه داشت تا از همه توان و قدرت موتور به بهترین شکل ممکن استفاده کرد.


برچسب ها: گشتاور، توان موتور، اتومبیل، توان خودرو،
[ دوشنبه 10 مهر 1396 ] [ 10:08 ق.ظ ] [ امید اشکانی ]
.: Web Site Theme by Engineer Omid Ashkani :.

درباره وب سایت


با سلام.

به وب سایت بانک اطلاعات مهندسی مواد و متالورژی خوش آمدید. در این وب سایت سعی داریم تا بهترین مطالب را برای شما قرار دهم.

شما در این وب سایت می توانید از به روز ترین اخبار مهندسی متالورژی آگاه شوید ، بهترین و کامل ترین جزوات درسی را دانلود نمایید ، آن هم به طور کاملا رایگان ، کتب درسی مهندسی مواد را دانلود کنید و بسیاری امکانات دیگر بهره مند شوید.

امیدوارم مطالب جمع آوری شده مفید واقع شود.

در نهایت لازم می دانیم ، ذکر کنیم ، مطالب این وب سایت کاملا تابع قوانین جمهوری اسلامی ایران است .

استفاده از مطالب این وب سایت تنها با ذکر منبع و نام نویسنده مجاز است.

با تشکر

مدیر وب سایت : امید اشکانی

آدرس های زیر را به خاطر بسپارید .

www.material-engineering.ir

www.mohitezist2009.ir

www.metallurgypaper.blogfa.com

آرشیو مطالب
موضوعات
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :

  • آریس مت
  • میهن بلاگ
  • بک لینک
  • از قدیم تا کنون
  • محصولات ویژه