گشتاور موتور چیست؟ عملکرد آن در موتور خودرو چگونه است؟

یکی از پرکاربردترین کلمات در علم مکانیک و خودرو گشتاور است که فرمولی آسان اما مفهومی عمیق دارد. در این مقاله با گشتاور موتور و مفهوم آن در خودرو بیشتر آشنا می شویم.

بیت ران – امیرحسین اسماعیل بیگی: گشتاور کلمه ای تخصصی در رشته های مهندسی است که بسیار در صنعت خودرو استفاده می شود.

حتی در تبلیغات و معرفی محصولات جدید، خودروسازان نیز از گشتاور و اسب بخار برای نشان دادن قدرت خودرو استفاده می کنند.

هر کسی سوار هر وسیله نقلیه ای شده باشد، به صورت واقعی از گشتاور بهره برده است.

در واقع تمامی خودروها براساس گشتاور و تمامی موتورها، چه احتراق و چه الکتریکی، برای ایجاد گشتاور ساخته شده اند.

گشتاور، توان و انرژی، مفاهیمی هستند که باید به درستی آنها را از یکدیگر متمایز ساخت.

گشتاور دارای انواع مختلفی است، اما همه دارای یک مفهوم هستند.

مفهوم گشتاور

هنگامی که برای باز یا بسته کردن یک پیچ نیرویی به یک آچار وارد می کنید، در واقع در آن پیچ گشتاور ایجاد کرده اید.

به طور کلی اگر به یک جسم نیرویی با فاصله از مرکز آن وارد شود، در آن جسم گشتاور ایجاد می شود.

برای باز کردن یک پیچ، باید با آچار به آن نیرو وارد کنیم.

هرچه فاصله دست ما تا پیچ کوتاه‌ تر باشد، به نیروی بیشتری احتیاج داریم.

ولی اگر فاصله دست ما از پیچ بیشتر شود نیرو کمتری برای باز کردن پیچ نیاز است و با آچار دسته بلند پیچ آسان تر باز می شود.

همان طور که در عکس زیر مشاهده می کنید شما می توانید با ۲۰ پوند نیرو در فاصله یک فوت یا با ۱۰ پوند نیرو در فاصله دو فوت پیچ را باز کنید.

با این حال، کار انجام شده در هر دو حالت، برابر است.

گشتاور چطور در موتور یک خودرو ایجاد و باعث به حرکت در آوردن خودرو می شود؟

همان طور که در تصویر زیر می بینید با ایجاد احتراق، نیرویی بر سطح پیستون وارد می شود.

این نیرو به صورت عمود بر میل لنگ وارد نمی شود، زیرا مرکز انتهای بزرگ شاتون با مرکز شفت میل لنگ فاصله دارد.

بنابراین، نیروی ایجاد شده توسط انفجار مخلوط سوخت و هوا به صورت مورب و با یک فاصله مشخص (قسمت a در تصویر) به مرکز میل لنگ وارد می شود که گشتاور ایجاد می کند و باعث دوران آن می شود.

نحوه محاسبه گشتاور موتورهای احتراقی

گشتاور هر موتور احتراق داخلی به دو روش تئوری و عملی محاسبه می شود.

در روش تئوری به وسیله مفاهیم و فرمول های مهندسی که در عکس زیر مشاهده می کنید، می توان با یک تقریب مقدار گشتاور موتور تک سیلندر را محاسبه کرد.

اما این عدد واقعی و دقیق نیست زیرا عوامل بسیاری در گشتاور دخالت دارند که به آسانی قابل اندازه گیری و محاسبه نیستند.

بنابراین برای دقت بیشتر و آسانی کار، گشتاور را با دستگاهی به نام دینامومتر یا داینو به صورت عملی اندازه می گیرند.

به گشتاوری که توسط دینامومتر اندازه گیری می شود گشتاور ترمزی می گویند.

زیرا موتور را به صورت کامل روی یک پایه می بندند و شفت خروجی موتور را به یک دینامومتر متصل می کنند.

سپس موتور را روشن کرده و دینامومتر شروع به ترمز گرفتن می کند تا حداکثر گشتاور را به دست بیاورد.

با این حال، باید به این نکته نیز توجه داشت که گشتاور در موتورهای احتراقی به دور موتور وابسته است و با تغییر آن مقدار گشتاور به صورت غیر خطی تغییر می کند.

البته این روش برای اندازه گیری گشتاور خروجی موتور به تنهایی است.

اما چیزی که برای راننده هر خودرو ملموس است گشتاوری است که روی چرخ های خودرو احساس می کند.

مقدار این گشتاور پایین تر از گشتاور موتور است که هر شرکت خودروسازی اعلام می کند.

گشتاور خروجی چرخ ها به وسیله دستگاهی به نام داینو اندازه گیری می شود.

محاسبه توان از روی گشتاور

یکی دیگر از پارامترهای مهم هر موتور احتراقی توان (اسب بخار) آن است.

درواقع توان به تنهایی قابل اندازه گیری نیست و حتما باید طبق فرمول مشخصی از روی گشتاور محاسبه شود.

همچنین توان نیز مانند گشتاور به دور موتور وابسته است.

اگر دور موتور معلوم باشد، می ‌توانیم توان را با کمک گشتاور محاسبه کنیم.

همان طور که در تصویر زیر می بینید برای محاسبه توان یا گشتاور از روی یکدیگر، نیاز است به واحدهای آنها دقت کنیم، زیرا هر کدام فرمول مشخص خود را دارند.

مقایسه گشتاور در موتورها

در بحث مقایسه موتور خودروها، گشتاور ماکسیمم نیز در کنار مفهوم اسب بخار، از اهمیت زیادی برخوردار است.

در ادبیات عامیانه، گشتاور ماکسیمم معیاری از شتاب اولیه خودرو و توانایی آن در کشیدن بار به حساب می‌آید.

در طرف مقابل، اسب بخار به ماکسیمم سرعت اتومبیل ارتباط دارد.

گشتاور در خودروهای سنگین از اهمیت بیشتری برخوردار است.

یک خودروی کوچک سبک وزن شهری به راحتی و با گشتاور پایین می تواند در سطح شهر تردد کند.

اما یک خودرو سنگین باری یا یک کشتی به گشتاور بیشتری برای حرکت نیاز دارد.

برای همین است که موتور خودروهای سنگین یا خودروهای نسبتا بزرگ، از نوع دیزلی است.

همچنین گشتاور در موتورهای دیزل به طبع نسبت به موتور بنزینی بالاتر است، زیرا موتورهای دیزل نسبت تراکم بالاتری دارند.

به همین دلیل موتورهای دیزل شاتون بلندتری دارند و گشتاور بسیار بیشتری در دور موتورهای پایین تولید می کنند.

همان طور که در جدول زیر می بینید هرچه موتور بزرگتر می شود و برای جابجایی بار بزرگتری قرار است استفاده شود، گشتاور به مراتب بیشتری تولید می کند.

همچنین موتور دیزل در مقابل موتور بنزینی همین طور است و گشتاور بیشتری تولید می کند.

به طور مثال نیسان آبی که برای ما ایرانی ها به قدرت زیاد و حمل بارهای عجیب غریب نسبت با سایزش معروف است، حدود ۹۰ اسب بخار توان دارد که ۲۳ اسب بخار از موتور EF7 کمتر است.

نیسان آبی ماکسیمم گشتاوری معادل ۱۹۰ نیوتن متر در نسخه بنزینی تولید می کند.

اما چون این گشتاور را در دور موتورهای پایین تولید می کند، توانایی حمل بار خوبی دارد.

همان طور که در تصویر بالا می بینید نسخه دیزل نیسان آبی در توان، با دیگر نسخه ها اختلاف چشمگیری ندارد، اما در گشتاور اختلاف حدود ۳۵ نیوتن متری دارد.

بیشتر بخوانید:

موتور تخت چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

تکنولوژی شمع خودرو راه ساخت خودروهای فوق کم مصرف

موتور وانکل چیست و عملکرد آن چگونه است؟

زمان بندی سوپاپ و فناوری های برتر آن؛ راه های بهبود موتورهای احتراق داخلی