فهرست مطالب
گشتاور، که اغلب تحت‌الشعاع قدرت موتور قرار می‌گیرد، توانمندی و شخصیت موتورهای درون سوز و الکتریکی را تعریف می‌کند.
وقتی صحبت از موتور خودرو است، اعداد حرف اول را می‌زنند. ما می‌توانیم یک موتور را بر اساس حجم آن (به سی سی یا لیتر) یا تعداد سیلندرهایش ارزیابی کنیم. اما اگر به عملکرد اهمیت می‌دهید، در نهایت همه چیز به دو عدد ختم می‌شود: قدرت موتور و گشتاور. با اینکه این اعداد به طور گسترده در تبلیغات و بررسی خودروها استفاده می‌شوند، همیشه روشن نیست که دقیقا چه معنایی دارند.
گشتاور، شاخص ناشناخته مشخصات موتور
گشتاور در مشخصات فنی موتور ماشین، قهرمان کمتر شناخته‌شده‌ای است که اگرچه زیاد درباره آن صحبت می‌شود، اما آیا به اندازه کافی مورد توجه قرار می‌گیرد؟ اغلب در میان سازوکار موتورها، گشتاور در سایه قدرت موتور یا همان اسب بخار قرار می‌گیرد، در حالی که باید جایگاه خود را به عنوان یکی از مهم‌ترین معیارها داشته باشد. در دنیای خودرو، معمولا از گشتاور با کلی‌گویی عبور می‌شود: مثلا ممکن است موتوری را هیولای گشتاور بخوانند، بدون اینکه به اعداد واقعی اشاره کنند. به همین دلیل، زمان آن رسیده تا نگاه دقیقی به مفهوم کلی گشتاور داشته باشیم.
گشتاور چیست؟
به زبان ساده، گشتاور نشان‌دهنده توانمندی یک موتور است. گشتاور نیرویی چرخشی است که به شتاب‌گیری و در نهایت سرعت تبدیل می‌شود. گشتاور مشخص می‌کند که یک خودرو با چه سرعتی از حالت سکون به حرکت درمی‌آید یا یک وسیله نقلیه سنگین با چه سهولتی می‌تواند حرکت خود را آغاز کند.
به طور کلی گشتاور یک نیروی پیچشی است. وقتی درِ یک شیشه مربای سفت را باز می‌کنید یا یک پیچ‌گوشتی را برای باز کردن یک پیچ می‌چرخانید، گشتاور تولید می‌کنید. در خودروها، گشتاور نیروی چرخشی‌ای است که توسط پیشرانه ایجاد شده و چرخ‌ها را می‌چرخاند و خودرو را به حرکت درمی‌آورد.
در آمریکا، گشتاور با واحد «پوند-فوت» اندازه‌گیری می‌شود، که شاید کمی عجیب به نظر برسد. اما لازم به ذکر است که معادل متریک آن، «نیوتن.متر» نیز خیلی ساده‌تر نیست.
یک پوند-فوت (lb.ft) برابر است با اعمال یک پوند نیروی پیچشی در فاصله یک فوت از محور چرخش.
یک نیوتن متر (Nm)، بزرگی گشتاوری است که از نیرویی به بزرگی یک نیوتن که به‌صورت عمود بر یک بازوی گشتاور یک متری وارد شده، حاصل می‌شود.
برای تبدیل نیوتن-متر به پوند-فوت، کافی است مقدار نیوتن.متر را در ۰.۷۳۷۵۶ ضرب کنید.
گشتاور بیشتر باعث شتاب‌گیری سریع‌تر خودرو می‌شود، البته به شرطی که وزن آن ثابت بماند. خودرویی سبک و پرگشتاور، با شتابی شدید از حالت سکون به حرکت درمی‌آید و شما را مانند یک موشک به صندلی می‌چسباند. در خودروهای بزرگ و سنگین مانند کامیون‌های دیزلی، گشتاور بالا برای به حرکت درآوردن وسایل نقلیه سنگین و حمل بارهای بزرگ ضروری است، اما این خودروهای سنگین در مسابقات شتاب برنده نخواهند شد، چراکه وزن بالایی دارند.
با وجود باتری‌های سنگینی که خودروهای برقی نیاز دارند، معمولا به دلیل تولید گشتاور زیاد از حالت سکون، شتاب بالایی دارند. به عنوان مثال، خودروی تسلا مدل S Plaid که سریع‌ترین خودروی بازار است، می‌تواند کمتر از ۲ ثانیه از صفر به ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد. تسلا اعداد گشتاور خودروهای خود را اعلام نمی‌کند، اما خودروی رقیب آن یعنی لوسید ایر دریم ادیشن معادل ۱۳۹۰ نیوتن متر گشتاور تولید کرده و شتاب صفر تا ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت آن ۲.۵ ثانیه اعلام شده است.
یک موتور برقی پرگشتاور مانند یک کلید برق عمل می‌کند؛ کافی است آن را روشن کنید و فورا قدرت منتقل می‌شود. اما یک موتور درون‌سوز شبیه یک اجاق گازی است؛ باید گاز را باز کنید و جرقه بزنید، که گاهی سریع و گاهی کند روشن می‌شود.
مفهوم گشتاور
گشتاور یا همان نیروی چرخشی از موتور به گیربکس منتقل می‌شود، سپس از طریق میل‌گاردان‌ها یا پلوس‌ها به چرخ‌ها می‌رسد و به‌صورت نیرویی که خودرو را به حرکت درمی‌آورد، روی جاده اعمال می‌شود.
این نیرو تعیین می‌کند که آیا خودرو شتاب می‌گیرد، سرعت خود را حفظ می‌کند، یا کاهش سرعت پیدا می‌کند. زمانی که نیروی منتقل‌شده به چرخ‌ها بیشتر از مقاومت هوا، اصطکاک در سیستم انتقال قدرت و مقاومت غلتشی لاستیک‌ها باشد، خودرو شتاب می‌گیرد. اگر نیروی موتور برابر با این نیروهای خارجی باشد، سرعت ثابت می‌ماند. وقتی نیروی موتور کمتر از مقاومت‌ها باشد، خودرو کند می‌شود.
رابطه گشتاور با قدرت موتور
پیش‌تر گفتیم گشتاور تعیین می‌کند که آیا خودرو شتاب می‌گیرد یا نه، اما در نهایت، قدرت موتور بهتر نشان می‌دهد که خودرو با چه سرعتی از صفر به ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت یا مسافت مشخصی مانند یک‌چهارم مایل می‌رسد. قدرت موتور در واقع نمایانگر سرعت تولید گشتاور است و عامل زمان را وارد معادله می‌کند. به عبارت دیگر، گشتاور نشان‌دهنده کاری است که موتور می‌تواند انجام دهد و قدرت توانایی انجام سریع آن کار را نشان می‌دهد. اگر بخواهید بار سنگینی جابه‌جا کنید، به گشتاور زیادی نیاز دارید. اما اگر بخواهید این کار را با سرعت انجام دهید، به قدرت بیشتری نیاز خواهید داشت.
گشتاور به تنهایی نمای کاملی از عملکرد خودرو بیان نمی‌کند، زیرا زمان را در نظر نمی‌گیرد. به عنوان مثال فرض کنید دو نفر می‌توانند ۱۵۰ کیلوگرم وزنه را بلند کنند. یکی به سختی و با مکث‌های مکرر آن را بالای سر می‌برد، در حالی که دیگری آن را با یک حرکت سریع و انفجاری بلند می‌کند. هر دو قادر به تولید نیروی یکسانی هستند، اما فردی که وزنه را سریع‌تر حرکت می‌دهد، قدرت بیشتری تولید کرده است.
قدرت، به زبان ساده، نرخ انجام کار است. در اصطلاح خودرویی، قدرت موتور، میزان سرعتی است که پیشرانه گشتاور خود را ارائه می‌دهد. در دنیای واقعی، قدرت موتور اهمیت دارد، زیرا ارتباط نزدیکی با سرعت و شتاب خودرو دارد، مانند شتاب صفر تا ۱۰۰ بر ساعت یا حداکثر سرعت خودرو.
اصطلاح «اسب بخار» به قرن ۱۸ میلادی بازمی‌گردد، زمانی که مهندس اسکاتلندی جیمز وات به دنبال روشی برای بازاریابی عملکرد موتور بخار خود در مقایسه با اسب‌های بارکش بود. او ابتدا محاسبه کرد که یک اسب در مدت زمان مشخص چه وزنی را می‌تواند بلند کند و سپس عملکرد موتور خود را با آن مقایسه کرد. این استاندارد اکنون به معیاری برای سنجش عملکرد خودروها تبدیل شده است، از تویوتا کرولا اقتصادی با ۱۳۹ اسب بخار بگرفته تا بوگاتی شیرون سوپراسپرت با ۱۵۰۰ اسب بخار.
در واقع، گشتاور و قدرت موتور (اسب بخار) جدایی‌ناپذیرند. یک رابطه ریاضی ساده این پیوند نزدیک را نشان می‌دهد:
قدرت موتور = (گشتاور × دور موتور) ÷ ۵۲۵۲
قدرت موتور مستقیما قابل اندازه‌گیری نیست و تنها از طریق گشتاور محاسبه می‌شود.
نحوه اندازه گیری گشتاور موتور خودرو
اندازه‌گیری گشتاور متغیر یک موتور در حال شتاب‌گیری کار ساده‌ای نیست و به تجهیزاتی مانند دینامومتر (داینو) نیاز دارد. دینامومتر با مقاومت در برابر نیروی چرخشی موتور یا موتوری الکتریکی، گشتاور را اندازه‌گیری می‌کند. این مقاومت می‌تواند ناشی از یک موتور الکتریکی، یک وزنه سنگین، یا ترمزهای پر از مایع (روغن یا آب) باشد.
می‌توانید گشتاور را در میل‌لنگ موتور (یا محور خروجی موتور الکتریکی) یا در چرخ‌ها اندازه‌گیری کنید. عدد به‌دست‌آمده در چرخ‌ها همیشه بزرگ‌تر است، زیرا گشتاور موتور توسط سیستم دنده‌کشی در سیستم انتقال قدرت افزایش می‌یابد. این موضوع برای خودروهای بنزینی و الکتریکی صادق است. با این حال، برخی خودروسازان اخیرا با گزارش گشتاور چرخ به جای گشتاور موتور، اعداد بزرگی را تبلیغ می‌کنند که گمراه‌کننده است.
گشتاور اوج و نمودار گشتاور
صدای خاص موتورهای احتراقی یکی از عوامل اصلی لذت رانندگی است. اما در نهایت، موتور چیزی جز یک پمپ هوا نیست. موتورهای چهارزمانه هوا و سوخت را وارد سیلندر کرده، آن را فشرده و منفجر می‌کنند و دوباره به بیرون می‌رانند. این فرایند در سراسر محدوده عملیاتی موتور با راندمان متغیری انجام می‌شود. بیشترین گشتاور در نقطه‌ای تولید می‌شود که موتور بتواند بیشترین هوا و سوخت را جذب و احتراق کامل‌تری ایجاد کند.
نمودار گشتاور نشان‌دهنده محدوده گشتاوری است که موتور خودرو در سرعت‌های مختلف تولید می‌کند. شکل این نمودار بخش مهمی از شخصیت موتور است. برای مثال، در یک خودروی اقتصادی ضعیف، گشتاور ممکن است در محدوده میانی دور موتور به اوج برسد و سریع کاهش یابد. در یک شاسی‌بلند مجهز به موتور توربوشارژ، ممکن است گشتاور در سراسر محدوده دور موتور یکنواخت بماند. در خودروهای برقی، گشتاور معمولا به محض فشردن پدال گاز به اوج می‌رسد. با دقت به این تفاوت‌ها در هنگام شتاب‌گیری می‌توانید آن‌ها را حس کنید.
اسب بخار یا گشتاور: کدام مهم تر است؟
رقابت فرضی میان قدرت موتور و گشتاور کمی گمراه‌کننده است؛ زیرا قدرت موتور از گشتاور محاسبه می‌شود و این دو به طور جدایی‌ناپذیری به هم مرتبطند. اگرچه استثناهایی وجود دارد. موتوری که گشتاور بیشتری تولید می‌کند، در مقایسه با پیشرانه مشابه، معمولا قدرت بیشتری دارد.
نکته دیگر این است که اعداد اوج قدرت و گشتاوری که سازندگان اعلام می‌کنند، فقط در محدوده‌ای کم از دور موتور حاصل می‌شوند. حداکثر قدرت موتور معمولا نزدیک به حد نهایی دور موتور (اغلب بالای ۶ هزار دور در دقیقه) به دست می‌آید، بنابراین باید پدال گاز را تا انتها فشار دهید و نگه دارید تا موتور به آن دور برسد. در مقابل، اوج گشتاور معمولا در محدوده‌ای پایین‌تر از دور موتور (بین ۲ تا ۶ هزار دور در دقیقه) حاصل می‌شود، به همین دلیل شما در رانندگی روزمره بیشتر بیشینه گشتاور را تجربه می‌کنید تا ماکسیمم قدرت.
بنابراین برتری قدرت موتور یا گشتاور بستگی به نحوه و محل رانندگی شما دارد. اگر هدف شما برنده شدن در مسابقات شتاب یا رانندگی سریع در بزرگراه‌هاست، قدرت موتور اهمیت بیشتری دارد. اما این عدد معمولا فقط زمانی کاربرد پیدا می‌کند که برای چند ثانیه پدال گاز را تا انتها فشار دهید. در رانندگی شهری یا ترافیک سنگین، خودرویی با گشتاور بیشتر احساس شتاب و پاسخ‌گویی بهتری خواهد داشت. اگر خودرویی می‌خواهید که در رانندگی شهری و حومه‌ای سریع و پاسخ‌گو باشد، به دنبال خودرویی با اوج گشتاور بالا در دور موتور پایین باشید، جایی که اغلب رانندگی روزمره انجام می‌شود.
نویسنده: حسین باباپور
سلام ، مبحث توان و گشتاور چقدر ساده و روان توضیح داده شده بود ،سپاس