گشتاور خودرو چیست؟ + مفهوم در فیزیک
گشتاور در کنار قدرت یا توان یکی از شاخصه های اصلی سنجش عملکرد قوای فنی خودرو ها است. اما گشتاور چه مفهومی دارد؟
همانطور که در مقالات گذشته گفتیم قدرت و شتاب خودرو متاثر از دو مولفه اصلی یعنی توان و گشتاور است در مورد توان مفصل در مطلب اسب بخار توضیح دادیم که مفهوم واژه اسب بخار به چه معناست و چگونه توان در پیشرانه محاسبه می گردد. اما مولفه مهم تری که شاید اهمیت به مراتب بیشتر و عمیق تری هم داشته باشد گشتاور است.از آنجایی که مفهوم گشتاور کمی پیچیده و گنگ به نظر می رسد و کمتر به آن پرداخته شده ما در این مطلب سعی بر آن داریم تا با بیانی ساده بدانیم گشتاور چیست و در موتور خودرو چگونه گشتاور تولید می گردد.
مفهوم در در فیزیک
نیرو باعث به حرکت در آمدن جسم در مسیر مستقیم و در نهایت شتاب گرفتن آن می شود حال اگر این نیرو حول یک محور اعمال شود نیروی زاویه ای به نام گشتاور تولید می شود که این نیرو باعث دوران جسم می شود. تفاوت گشتاور و نیرو در این است که گشتاور یک مقدار برداری است که فقط برای یک سیستم قابل چرخش و در حال دوران قابل محاسبه می باشد. برای ایجاد گشتاور دو عامل اساسی نیاز است: ۱-نیروی اعمال شده ۲-طول محوری که نیرو به آن اعمال می شود.
در تعاریف فیزیک گشتاور حاصل ضرب نیروی اعمال شده (نیوتن) در طول محور اهرم(متر) می باشد که رایج ترین یکای اندازه گیری آن واحد نیوتن متر می باشد. بیایید با یک مثال ساده این موضوع را روشن کنیم:
فرض کنید خودروی شما پنچر شده است و می بایست لاستیک را تعویض کنید. پس از جک زدن سعی می کنید پیچ های رینگ را با آچار چرخ باز کنید اما پیچ ها بیش از حد سفت و محکم است و به راحتی باز نمی شوند. چه راه حلی دارید؟ اعمال نیروی بیشتر؟ درست است یک راه همین است اما راه ساده تری هم وجود دارد آن هم بلندتر کردن طول آچار است. همانطور که در تعریف بالا گفتیم حاصلضرب نیرویی که وارد می کنید به طول آچار گشتاور نام دارد. با اضافه کردن هریک از این دو عامل می توان گشتاور تولیدی را بالا برد در نتیجه پیچ راحت تر باز می شود.پس با بلندتر کردن طول آچار چرخ و اعمال فشار به انتهای آن نیروی کمتری برای باز کردن پیچ ها نیاز دارید.
همه ما درطول روز بارها با این المان فیزیکی سر و کار داریم بدون اینکه توجهی به آن داشته باشیم مانند دوچرخه سواری، باز کردن درب شیشه مربا یا باز کردن دستگیره درب. تصور کنید دستگیره درب اتاق شما شکسته است و شما مجبورید با اعمال فشار بیشتری به بخشی از دستگیره که نزدیک محل گردش آن حول محور لولا هست درب را باز کنید نیرویی که شما به دستگیره وارد می کنید دستگیره را حول محور لولا می چرخاند و گشتاور تولید می شود. حال در وضعیت عادی وقتی قسمت انتهایی دستگیره را فشار می دهید با اعمال نیروی بسیار کمتری چه بسا حتی با یک انگشت درب به راحتی باز می شود که دلیل این امر تولید گشتاور بیشتر است.
حتما بخوانید : توربو شارژ چیست؟ + معایب و مزایا
گشتاور در خودرو
تولید گشتاور در خودرو از قواعد فیزیکی مستثنی نیست و همان دو عامل اصلی نیروی اعمال شده و طول بازوی اهرم باعث تولید گشتاور در موتور خودرو می شوند. اما نیرو طی چه فرایندی به چه بخشی اعمال می شود تا این پدیده رخ بدهد را در ادامه خواهیم گفت.
با احتراق داخل محفظه سیلندر، انرژی آزاد شده از انفجار پیستون را به سمت پایین می راند و پیستون با فشار و نیروی زیادی میل لنگ را حول محور مرکزی لنگ می چرخاند که همین حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر باعث تولید گشتاور می گردد. در واقع میل لنگ حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند.
از عوامل افزایش گشتاور می توان به افزایش قطر پیستون، افزایش طول محور میل لنگ ، استفاده از سوخت با اکتان بالا، افزایش تعداد سیلندرها و نوع آرایش سیلندرها و … اشاره کرد
گشتاور بالا مناسب چه نوع خودروهایی است؟
احتمالا شما هم شنیده اید که می گویند خودروهای سنگین و باری به گشتاور بالا نیاز دارند اما این مقدار بالا چه کارایی برای خودروهای سنگین دارد و موتورهای دیزلی چگونه خروجی نیوتن متر بالاتر تولید می کنند؟ برای روشن شدن این موضوع بهتر است ابتدا با واژه دور موتور آشنا شویم. وقتی پیستون در سیلندر حرکت خطی می کند و میل لنگ را یک دور حول محور مرکزی می گرداند به آن یک دور موتور می گوییم و هنگامی که می گوییم در دورموتور ۵۵۰۰ rpm یک موتور به حداکثر گشتاور می رسد معنا و مفهوم آن این است که در یک دقیقه میل لنگ ۵۵۰۰بار حول محور می چرخد و حداکثر خروجی در این نقطه تولید می شود.
موتور های دیزلی به علت دارا بودن تراکم بیشتر ترکیب سوخت و هوا و همچنین بیشتر بودن طول بازوی میل لنگ می توانند گشتاور بالاتری تولید کنند .اما از آنجا که طول میل لنگ نسبت به موتور های بنزینی بیشتر است مدت زمان بیشتری هم زمان می برد تا میل لنگ یک دور کامل حول محور مرکزی بچرخد پس در نتیجه نمی تواند در یک دقیقه تعداد دوری مشابه موتورهای بنزینی بزند به همین علت است که موتورهای دیزلی نیوتن متر بالاتری در دور موتور پایین تولید می کنند که برای باربری و عبور از شیب های تند مناسب است.
اما در خودروهای اسپرت و مسابقه ای چون طول میل لنگ کوتاه تر است و در یک دقیقه تعداد دور بیشتری میزند گشتاور در دور موتور بالاتری ایجاد می شود که در رسیدن به حداکثر شتاب اولیه اهمیت ویژه ای دارد .
تصور کنید دو خودرو در تمام ویژگی ها از جمله توان و گشتاور تولیدی و حتی وزن با یکدیگر برابرند و تنها تفاوتشان در حداکثر نیوتن متر تولیدی در دور موتورهای متفاوت است. خودروی اول در دورموتور ۶۵۰۰ rpm به حداکثر گشتاور دست می یابد و خودروی دوم در ۵۵۰۰ rpm. با نگاهی ساده می توان فهمید که خودروی دوم به دلیل اینکه زمان کمتری نیاز دارد تا به حداکثر گشتاور برسد در نتیجه از شتاب اولیه بیشتری هم برخوردار است. بطور کلی این پارامتر برای توصیف سرعت اولیه یک وسیله نقلیه و توانایی آن در کشیدن و حمل بار اهمیت دارد در صورتی که اسب بخار بیشتر مربوط به حداکثر سرعتی است که یک وسیله نقلیه می تواند به آن برسد.
عالی بود
ممنون
فرمایش کردید خودرو اول ۶۵۰۰ دور در دقیقه خودرو دوم ۵۵۰۰ دور در دقیقه، یعنی در زمان مشابه خودرو اول گشتاور بیشتری تولید میکنه. چطور میشه گفت خودرو دوم در زمان کمتری شتاب بیشتری میگیره؟؟؟؟
چقدر خوب بود توضیح