اسیب بخار و گشتاور به زبان عامیانه و ساده

سلام

من نمیخوام تعریف علمی اسب بخار و گشتاور بدم این رو در سایتها مختلف همه در موردش کامل توضیح دادن میخوام به زبون ساده تر و قابل درکتر توضیحش بدم

اما به طور خلاصه در تعریف علمی اسب مقدار 75 کیلوگرم بار یا وزنه که در مدت یک ثانیه به ارتفاع یک متری بالا برود این مقدار نیرو مورد نیاز معادل یک اسب بخار هست

یک اسب بخار معادل 735 وات برق هست

و همانطور که ممکن است شنیده باشید اسب بخار قابل تبدیل به گشتاور است در واقع همه نیروها به هم قابل تبدیل و معادل سازی هستند

من میخوام از یک زاویه دیگه اسب بخار و گشتاور توضیح بدم

گشتاور چیه و چطور به وجود میاد ؟

در موتورهای که ما امروزه استفاده میکنیم و اکثریت با سوخت های فسیلی کار میکنند
دارای چندیدن سیلندر هستند
مثلا یک موتور 2000 سی سی در واقع 4 عدد موتور تک سیلندر 500 سی سی هست که به هم متصل شده اند

این سیلندر ها هر کدام با سوپاپ و میل سوپاپ ورودی خروجی هوا به انها کنترل میشود

همانطور که ممکنه بدونید یا شاید هم ندانید

به خاطر شکل اندازه میل سوپاپ و سوپاپ ها و ورودی ها و منیفولد های ورودی و خروجی و خود دریچه گاز و طول و قطر لوله ها مقدار هوای که به سیلندر ها وارد میشه محدود میشه

پس یک سیلندر 500 سی سی ممکنه فقط 200 سی سی ان از هوا پر شود و باقی سیلندر خالی بماند این مقدار بستگی کامل به نوع میل سوپاپ دارد

من اینجا مشخصات یک موتور فرضی و مقدار نیروی که بر حسب مقدار هوای که به ان وارد شده را ایجاد میکند مینویسم
تا بتوانیم نمودار اسب بخار گشتاورش بدست بیاوریم ببینیم چطور ایجاد میشود

این مقادیر پر شدن هر سیلندر ما در موتور فرضیمون هست

در دور 1000 مقدار 350 سی سی پر میشود معادل 60 درصد سیلندر و 120 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 2000 مقدار 400 سی سی پر میشود معادل 80 درصد سیلندر و 160 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 3000 مقدار 450 سی سی پر میشود معادل 90 درصد سیلندر و 180 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 4000 مقدار 500 سی سی پر میشود معادل 100 درصد سیلندر و 200 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 5000 مقدار 500 سی سی پر میشود معادل 100 درصد سیلندر و 200 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 6000 مقدار 450 سی سی پر میشود معادل 90 درصد سیلندر و 180 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 7000 مقدار 400 سی سی پر میشود معادل 80 درصد سیلندر و 160 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 8000 مقدار 250 سی سی پر میشود معادل 50 درصد سیلندر و 100 نیوتون گشتاور تولید میکند
در دور 9000 مقدار 100 سی سی پر میشود معادل 20 درصد سیلندر و 40 نیوتون گشتاور تولید میکند

همانطور که میبینید در دور ها پایین درصد کمی از سیلندر پر میشود و هر چه دور موتور بالاتر میرود درصد بیشتری از سیلندر پر میشود و در موتور فرضی ما در دور 4-5 هزار سیلندر کاملا پر میشود و در دورها بالاتر کم کم پر شدن سیلندر کمتر میشود

دلیل کمتر پر شدن سیلندر در دورها بالا به خاطر زمان کم باز شدن سوپاپ هوا هست هرچه موتور سریعتر کار میکند سوپاپ سریعتر باز و بسته میشود و زمان کمتری سوپاپ باز میماند و سریعا بسته میشود و اجازه نمیدهد که هوا بیشتری وارد سیلندر شود این باعث کاهش هوای ورودی به سیلندر در دورهای بالا میشود (دلیل ایجاد توربو شارژر هم به همین هست که در دورها بالا هوا را با فشار بیشتری وارد سیلندر کند و این مشکل را برطرف کند)

این داده ها رو اگر بر روی یک محور X و Y قرار بدید دقیقا میشه نمودار گشتاور موتور ما !!!

پس مقدار هوای که به سیلندر وارد میشه به همان مقدار گشتاور تولید میشه هرجا موتور بیشترین گشتاور رو دارد یعنی در ان دور موتور بیشترین مقدار هوا وارد سیلندر شده

پس گشتاور تولیدی موتور رابطه مستقیم با مقدار پر شدن سیلندر با هوا دارد هرچقدر هوا بیشتر وارد سیلندر بشه گشتاور بیشتری تولید میکند

این مقدار ورودی هوا در اصل توسط میل سوپاپ کنترل میشود
این داده ها رو اگر بر روی یک محور X و Y قرار بدید دقیقا میشه نمودار گشتاور موتور ما

فایل پیوست 2969

اسب بخار چیه و چطور تولید میشه ؟
حالا که فهمیدید گشتاور چیه و چطور تولید میشه درک اسب بخار راحتر هست براتون

اگر به نمودار اسب بخار تولیدی یک موتور نگاه کنید هرچی دور موتور بالاتر میره اسب بخار میره بالاتر
از یک جای به بعد شروع به پایین امدن نمودار اسب بخار میکند چطور و چرا این اتفاق می افتد ؟

همانطور که در بالا خواندید به خاطر شکل میل سوپاپ موتور فرضی ما در دورهای پایین مقدار کمی از سیلندر پر میشود تا به دور 4000-5000 میرسیم که بیشترین مقدار سیلندر پر از هوا میشود و بیشترین گشتاور تولید میشود و پس از ان مقدار کمتری از سیلندر پر میشود تا دور 9000 که فقط 20 درصد سیلندر پر از هوا میشود

اما در عمل وقتی دور موتور از نقطه اوج گشتاور میگذره موتور با اینکه هوای کمتری بهش وارد میشه قدرتش کمتر نمیشه بلکه شتابش بیشتر میشه !!

حالا بیایید ببینیم چطوری این اتفاق می افتد

در دور 1000 ما 60 درصد سیلندرمان پر از هوا شد و گشتاور 120 نیتون تولید کرد
این مقدار را ضرب در دور موتور میکنیم میشود 120*1000 برابر با 120000 میشود

این میشود مقدار نیروی واقعی که در دور موتور 1000 در یک دقیقه موتور تولید میکند

حالا برای باقی دور موتور ها با همین فرمول محاسبه میکنیم
در دور 2000 مقدار 80 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 160 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 2000 * 160 معادل 320/000
در دور 3000 مقدار 90 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 180 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 3000 * 180 معادل 540/000
در دور 4000 مقدار 100 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 200 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 4000 * 200 معادل 800/000
در دور 5000 مقدار 100 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 200 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 5000 * 200 معادل 1/000/000
در دور 6000 مقدار 90 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 180 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 6000 * 180 معادل 1/080/000
در دور 7000 مقدار 80 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 160 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 7000 * 160 معادل 1/120/000
در دور 8000 مقدار 50 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 100 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 8000 * 100 معادل 800/000
در دور 9000 مقدار 20 درصد سیلندر از هوا پر میشود معادل 40 نیوتون گشتاور تولید میشود پس 9000 * 40 معادل 360/000

اگر دقت کنید میبینید در بین این اعدادی که محاسبه کردیم و بدست اماده در دور موتور 7000 ما بیشترین نیرو را بدست اوردیم و پس از ان کمتر میشود

این نقطه میشه نقطه اوج اسب بخار موتور ما هست !!!

حالا این اعداد را روی یک نمودار X و Y قرار دهید میشود نمودار اسب بخار موتور ما !!

فایل پیوست 2971
این اعداد ضرب شده و بدست امده یکسری تبدیل دارند تا بشوند اعداد اسب بخار که من برای پیچیدن نشدن انجام نمیدم اما حتی بعد از تبدیل هم نمودار باز همین هست و تغییری نمیکند فقط اعداد رند میشوند

پس میبینید نقطه اوج گشتاور ما در دور 4000-5000 هست و نقطه اوج اسب بخار ما میشود دور 7000

اسب بخار نقطه هست که هنوز نیروی کافی برای شتاب گرفتن تولید میشود

یک مثل دیگه هم بزنم اگر برای کسی اطلاعات بالا کمی پیچید بود
فرض کنید یک دوچرخه که از یک نقطه به بعد دیگه اینقدر سریع میچرخه سرعت گرفته که راکب با رکاب زدنش نمیتونه سرعت بیشتر کند و دوچرخه بیشتر سرعت نمیگیره اون نقطه میشه اوج اسب بخارش
نقطه اوج گشتاور دوچرخه سوار هم لحظه اولیه هست که نیروی زیادی میاورد تا دوچرخه را به حرکت در بیاورد

البته در موتور های درون سوز ما میتوانیم از نقطه اوج اسب بخار هم دور موتور را بیشتر ببریم اما چون هوای کمی وارد موتور میشود پس احتراق نیروی کمی تولید میکند و این نیرو برای شتاب دادن بیشتر وسیله نقلیه کافی نیست یک خورده دیگه دور موتور بالا میرود و بعدش بیشتر از ان بالا نمیرود