توان یا گشتاور؟ معیار انتخاب موتور بهتر کدام است؟

معنای توان (اسب بخار)، گشتاور و کار چیست؟

معمولا اینطور به نظر می‌رسد که هر چه اعداد بزرگ تر باشند بهتر است. توانی که موتور تولید می‌کند اسب‌بخار نامیده می‌شود و در علم ریاضی یک اسب‌بخار معادل قدرتی است که بتواند جسمی با وزن 250 کیلوگرم را در عرض یک ثانیه به اندازه سی سانتی‌متربالا بکشد. در علم فیزیک تعریف قدرت یا توان در واقع به سرعت انجام‌شدن یک کار اشاره دارد. یک اسب بخار یعنی 746 وات یا به عبارت دیگر، توانایی تولید 746 ژول انرژی در یک ثانیه.

توان موتور توسط دستگاه دینامومتر سنجیده می‌شود. این دستگاه به موتور نیروی مقاوم تحمیل می‌کند و نیروی چرخشی میل‌لنگ موتور را در برابر این نیروی مقاوم می‌سنجد، این نیروی مقاوم معمولا یک ترمز است که مانع چرخش چرخ‌ها می‌شود، در واقع کاری که دستگاه دینامومتر انجام می‌دهد، سنجش گشتاور تولیدی موتور است. در یک خودرو گشتاور در سرعت‌های مختلف موتور یا دور موتور در دقیقه سنجیده می‌شود. این دو عدد داخل یک فرمول گذاشته می‌شوند تا اسب‌بخار محاسبه شود: گشتاور ضربدر دور موتور تقسیم بر 5252.

انجمن مهندسان خودرو برای تعیین اسب‌بخار دو استاندارد خالص و ناخالص در نظر گرفته‌اند. در استاندارد ناخالص قبل از آزمایش بیشتر دستگاه‌هایی که بار اضافی به موتور تحمیل می‌کنند از جمله دستگاه‌های کنترل آلایندگی حذف می‌شوند. ولی استاندارد اسب‌بخار خالص نتیجه حاصل از آزمایش همان نوع خودروی استانداردی است که آن را در نمایشگاه فروش خودرو خواهید یافت و اعداد و ارقامی که اکنون در تبلیغات و بروشور خودروسازان به چشم می‌خورند براساس استاندارد اسب‌بخار خالص سنجیده می‌شوند.

اسب‌بخار بر اساس گشتاور تعیین می‌شود زیرا سنجش گشتاور راحت‌تر است. در یک تعریف دقیق، گشتاور به نیروی چرخشی گفته می‌شود که ممکن است حرکت ایجاد کند یا نکند. سنجش گشتاور یعنی مقدار نیرو ضربدر طول اهرمی که نیرو به آن وارد می‌شود. به عنوان مثال اگر از آچاری به طول 1 متر استفاده کنید تا نیروی 1 نیوتن را به سر یک پیچ وارد کنید، درحال تولید 1 نیوتن‌متر گشتاور هستید. همانطور که در بالا ذکر شد می‌توان بدون حرکت‌دادن جسمی گشتاور تولید کرد. بااین‌حال وقتی که گشتاور جسمی را به حرکت در می‌آورد تبدیل به «کار» می‌شود و این همان چیزی است که در مورد خودروها به عنوان «گشتاور» می‌شناسیم. هر چقدر یک موتور گشتاور بیشتری تولید کند پتانسیل انجام کار بیشتری خواهد داشت.

رابطه گشتاور و توان چیست؟

توان موتور برابر است با حاصل‌ضرب « گشتاور و دور موتور» و گشتاور برابر نیرویی است که میل‌لنگ خودرو می‌تواند تحمل کند. دور موتور نیز نمایانگر سرعت چرخش موتور است. حال فرض کنید یک موتور با سرعت 6 هزار دور در دقیقه، 100 نیوتن‌متر گشتاور تولید می‌کند. وظیفه گیربکس این است که گشتاور را به دور تبدیل کند. برای مثال، یک دنده با نسبت 0.5 دور موتور را نصف می‌کند. بنابراین خروجی این دنده با سرعت 3000 دور در دقیقه دوران می‌کند، اما از آنجا که حاصلضرب دور و گشتاور ثابت است، گشتاور باید دو برابر شود. یعنی خروجی این دنده 200 نیوتن‌متر نیرو خواهد داشت؛یعنی سرعت کمتر در مقابل نیروی بیشتر.

وقتی خودرو با سرعت کم و در دنده‌های سنگین در حال حرکت است، جعبه دنده دور خروجی پایین و گشتاور خروجی بالایی دارد. به همین دلیل با کوچک ترین فشار پدال گاز، نیروی زیادی را احساس می‌کنید و خودرو به راحتی شتاب می‌گیرد اما در سرعت‌های بالا و دنده‌های سبک، به دلیل سرعت بالای دوران چرخ، گشتاور کاهش می‌یابد و شتابگیری آهسته‌تر انجام می‌شود.

برای درک موضوع به تفاوت میان یک خودروی مسابقه‌ای و یک تراکتور فکر کنید. خودروی مسابقه‌ای قدرت بسیار زیادی تولید می‌کند و به دور موتور سریعتری نیز دست پیدا میکند و اکثر گشتاور آن از طریق چرخ‌دنده‌ها برای رسیدن به سرعت‌های بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور نسبی، برای حرکت‌دادن یک خودروی مسابقه‌ای نیاز به انجام کار زیادی نیست بنابراین کار کمتری انجام می‌‌شود و قدرت بیشتری برای رسیدن به سرعت‌های بالا باقی می‌ماند. از طرف دیگر یک تراکتور ممکن است موتوری با حجم و اسب‌بخار تولیدی یکسانی داشته باشد، اما این اسب‌بخار برای انجام کار از طریق چرخ‌دنده‌ها به کار گرفته می‌شود. تراکتور نمی‌تواند با سرعت زیاد حرکت کند اما می‌تواند اجسامی با وزن بسیار زیاد را جا‌به‌جا کند. حال اگر یک خودرو قدرت بیشتری داشته باشد، می‌تواند به طور همزمان در دورها و سرعت‌های بالاتر، نیرو و شتاب بیشتری را به خودرو وارد کند. یا در مورد ماشین‌های سنگین، در سرعت‌هایی پایینتر قابلیت حمل بار خودرو افزایش می‌یابد.

نکته بسیار مهم این است که گشتاور بیشینه خودرو در چه دور موتوری در دسترس است. هرچه گشتاور موتور در دورهای پایین بیشتر باشد، رانندگی با خودرو راحت‌تر خواهد بود، چرا که می‌توانید بدون گاز دادن زیاد یا ریپ‌زدن خودرو در دورهای پایین، رانندگی کنید. بسیاری از موتورهایی که فناوری قدیمی‌تری دارند، در دورهای بالا به گشتاور قابل قبول می‌رسند. در نتیجه راننده برای به راه‌انداختن خودرو باید دور موتور را مثلا تا 3600 بالا ببرد و این امر باعث استهلاک خودرو خواهد شد. به همین دلیل است که همیشه در کنار عدد گشتاور موتور، دور موتوری که گشتاور در آن حاصل می‌شود را نیز می‌نویسند. به طور خلاصه، می‌توان گفت گشتاور نشان‌دهنده کشش و شتاب خودرو در سرعت‌های پایین، و قدرت (اسب بخار) نشان‌دهنده حداکثر سرعت خودرو است. چرا که در سرعت‌های پایین، تمام توان موتور به شکل گشتاور برای شتاب‌گیری خودرو استفاده می‌شود، و در دورهای بالا، تقریبا تمام موتور صرف غلبه بر نیروی مقاومت هوا می‌شود. بنابراین میتوان گفت خودروهای قدرت بالا شتاب کلی بهتر و سرعت بالاتری دارند ولی خودروهای گشتاور بالا شتاب اولیه بالاتری دارند و در سرعتهای پایین هم میتوان استاده بهینه از آنها کرد که تأثیر بسزایی در مصرف سوخت دارد.

نکات مهم ویدئوی بررسی ساده تفاوت توان (اسب بخار) و گشتاور (ترک)

گشتاور یا ترک: نیرویی است که در فاصله به کار گرفته می شود.

برای مثال وقتی از آچار استفاده می کنیم نیرو را به دسته وارد کرده تا یک پیچ را در سوی دیگر آچار محکم کنیم. طول آچار همان فاصله ای است که شما نیرو را در آن وارد کرده اید.

در موتورها هم نیرو در یک فاصله وارد می شود و ترک موتور را ایجاد می کند. احتراق سبب می شود پیستون به سمت پایین هل داده شود. در واقع نیروی حاصل از احتراق در فاصله شاتون به میل لنگ وارد می شود و در نتیجه نیروی ترک در سر میل لنگ را تولید می کند.

هر چه فاصله بیشتر باشد میزان ترکی که ایجاد می شود افزایش می یابد.

توان (اسب بخار): توان نرخی است که در آن یک کار انجام می شود. برای درک مفهوم توان تصور کنید خودرویی از یک نقطه مکانی به نقطه مکانی دیگر جابجا شود در این صورت خودرو مقداری کار انجام داده است اگر این جابجایی آهسته انجام شده باشد توان زیادی صرف انجام کار نشده است. اگر این جابجایی خیلی سریع انجام شود توان بیشتری مورد نیاز خواهد بود.

در واقع توان همان چیزی است که برای شما سرعت و شتاب را فراهم می کند.

هر چه یک موتور حرکت پیستون سریعتری داشته باشد مقدار توان (اسب بخار) بیشتری تولید می کند.

رابطه توان و گشتاور در موتور چگونه است؟

همانطور که گفتیم ترک یا گشتاور برابر است با حاصلضرت نیرو در فاصله

توان برابر است با حاصلضرب نیرو در فاصله در دور در دقیقه موتور یا همان ترک در دور در دقیقه موتور

از تعاریف واضح است که موتور با توان بالاتر نشان است سرعت بالاتر کارکرد موتور یا جابجایی پیستون دارد.

اگر ترک بالاتر باشد و دنده ها اقدام به انتقال نیرو در فاصله ی بلند تری نموده اند در نتیجه قدرت بالاتر در حرکت ایجاد شده اما سرعت کاهش می یابد.