دستگاه تولید نیرو(موتور)
موتور:موتور دستگاهی است، که نیروی حرارتی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند و سبب حرکت اتومبیل می گردد.شناسایی موتور با درک اعمالی که انجام می دهد، بهتر صورت می گیرد. دانستن، اعمال موتور به ترتیب زیر انجام می شود: تعریف یک مخلوط قابل احتراق در داخل محفظه احتراق، مشخص کردن محل احتراق، مشخص کردن وسیله تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی، مشخص کردن وسیله پاک کردن قسمت های مختلف از مواد حاصل از احتراق.
قبل از وارد شدن به مباحث اصلی، لازم است، متداول ترین اصطلاحات فنی اصول مهندسی خودرو، به صورتی ساده و روان به رشته تحریر درآید.این اصطلاحات عبارت اند از: نیروی اسب بخار، گشتاور، ارتباط بین گشتاور و اسب بخار، حجم موتور، قدرت حداکثر توان خروجی، کلاس بندی توان موتور، شتاب، نقطه مرگ بالا و پایین، محفظه احتراق، نسبت تراکم، قدرت ترمزی موتور، ظرفیت سیلندر، راندمان حجمی، کورس پیستون، سنسور، ضریب کمپرس، مکانیزم سوپاپ ها در موتور و غیره .
نیروی اسب بخار:
PS و HP عباراتی هستند، که جهت نشان دادن نیروی بازدهی موتور اتومبیل ها در سطوح وسیعی استفاده می شوند.PS مخفف کلمه آلمانی Pferoe Starke به معنی نیروی اسب می باشد.HP هم مخفف Horse Power یا همان نیروی اسب بخار است. نیروی اسب برای اولین بار توسط آقای "جیمز وات" مخترع و دانشمند اسکاتلندی به کار رفت. علت استفاده از نیروی اسب این بود، که در آن دوران مهم ترین وسیله نقلیه و اصلی ترین محرک ارابه ها، بود.جیمز وات دقیقا مشخص کرد، که یک اسب تا چه حد توان انجام کار را دارا می باشد، او پس از آزمایش های گوناگون مشخص کرد که یک اسب قادر است 75 کیلوگرم بار را در مدت زمان یک ثانیه یک متر بالا بکشد، بنابراین یک اسب بخار میزان نیروی برابر با 75 کیلوگرم شناخته شد.
گشتاور:
گشتاور یک نیروی پیچشی است، گشتاور به معنی نیروی لازم برای گرداندن یک جسم است. برای این که شما خواننده گرامی مفهوم گشتاور را به سادگی درک نمایید، مثالی میزنیم. چنانچه شما آچاری به طول یک فوت را روی پیچی قرار دهید، طوری که کاملا موازی سطح افق قرار بگیرد و وزنه ای به اندازه 10 پوند به انتهای دسته آچار آویزان نمایید، گشتاوری معادل 10 پوند فوت بر پیچ اعمال نموده اید. مقدار این گشتاور از حاصل ضرب نیروی وزن 10 پوندی در طول یک فوتی آچار بدست آمده است. در اتومبیل، گشتاور عبارت است از نیروی محیطی میل لنگ ضربدر شعاع لنگ، که از طریق جعبه دنده و دیفرانسیل به چرخ ها انتقال می یابد.به طور ساده تر، نیروی لازم برای چرخاندن آچار را گشتاور می گویند. گشتاور موتور عبارت است از، گشتاور وارده به میل لنگ که در اثر احتراق سوخت و آزاد شدن انرژی شیمیایی آن تولید می گردد.
در تعریف دیگری که از گشتاور شده است، گشتاور عبارت است از عمل گردشی وارده بر یک جسم یا محور و عبارت است از نیروی اعمال شده ضربدر بازوی اعمال نیرو(فاصله عمودی راستای نیرو تا مرکز گردش) واحد گشتاور نیوتن متر یا کیلو گرم متر می باشد.البته واحد کار نیز همین می باشد، اما علی رغم یکی بودن واحد های کار و گشتاور تفائت عمده ای وجود دارد. گشتاور وارده بر یک شی الزاما سبب گردش و حرکت آن نمی باشد.یعنی این که ممکن است به جسمی گشتاور وارد شود ولی جسم ثابت و بی حرکت باشد.اما این مسٌله در مورد کار صدق نمی کند، به زبان ساده تر یعنی اگر نیرویی بر جسمی وارد شود و آن جسم حرکت نماید، می گویم کار انجام شده است، حال اگر جسم حرکت نکند کاری نیز انجام نگرفته است. اما در مورد گشتاور چنین نیست.امکان دارد به جسمی گشتاور وارد گردد. اما حرکتی نداشته باشد. یک مسله مهم در اینجا باید یادآوری گردد و آن گشتاور موتور می باشد.در مورد گشتاور موتور باید گفت این مساله فرق می کند، در موتور اتومبیل گشتاور تولید شده در اثر احتراق مخلوط سوخت همیشه، حرکت وجود دارد و آن گردش میل لنگ است.
گشتاور تولید شده توسط یک موتور توان رانشی یا کششی را برای گرداندن چرخ ها و جلو بردن وسیله نقلیه به وجود می آورد.همان طور که در صفحه قبل اشاره شد، هنگامی که می خواهید پیچی را با یک آچار بچرخانید، نیروی لازم برای چرخاندن آن را گشتاور می گویند.در این حالت، گشتاور برابر است با مقدار نیروی لازم ضربدر فاصله مرکز پیچ تا مکانی که نیرو به آچار اعمال می شود.واحد های تورک با گشتاور عبارت اند از:
نیوتون متر NEWTON METERS (N.m)
کیلوگرم سانتیمتر KILOGRAM CENTIMETERS (kg.cm)
فوت پوند Foot Pounds (ft-1b)
نحوه محاسبه گشتاور T = N * R
گشتاور(تورک) T = TORQUE
شعاع دایره ای که نیرو اعمال شود R = RADIUS
نیروی اعمال شده N = FORCE
بنابراین هرگاه بخواهیم گشتاور را افزایش دهیم، یا آچار بلندتری انتخاب می کنیم یا نیروی اعمال شده به آن را افزایش می دهیم.
در مورد موتور، نیروی اعمال شده به آچار همان نیروی ناشی از احتراق بالای پیستون است. شعاع آچار در اینجا طول بازوی میل لنگ یا نصف کورس پیستون می باشد.
گشتاور ناشی از دوران موتور مقدار زیادی نوسان به همراه دارد. برای نرم تر نگه داشتن این نوسانات موتور را به یک فلایویل مجهز می کنند تا اینرسی حرکت فلایویل، دوران را پیوسته نگه دراد. برای نرم تر کردن دوران، می توان تعداد سیلندرها را نیز افزایش داد.سرعت دورانی موتور توسط جعبه دنده و دیفرانسیل کاهش می یابد. کاهش سرعت به همان نسبت گشتاور افزایش پیدا می کند.
ارتباط بین گشتاور و اسب بخار:
اسب بخار مقدار کاری است که موتور می تواند در مدت زمان خاصی انجام دهد و گشتاور توان تولید شده موتور می باشد.
به مثال زیر توجه کنید:
شخص 1 فردی سنگین وزن و قوی است و شخص 2 فردی عادی است ولی می تواند با سرعت خیلی زیاد بدود.اگر این دو مسابقه ای بدهند تا بدانند در یک دقیقه کدام یک می تواند تعداد آجر بیشتری را حمل کنند، چه اتفاقی می افتد؟
شخص 1 با تمام قدرت هر بار 10 آجر را با خود حمل می کند ولی چون نمی تواند به سرعت حرکت کند فقط می تواند 10 دور این کار را انجام دهد.
از طرف دیگر، شخص 2 که خیلی هم قوی نبود، هر بار فقط 5 آجر با خود حمل می کند ولی از آنجایی که سرعت بسیار بالایی دارد، 20 دور این کار را انجام می دهد.
پس هر دو نفر در همان زمان خاص تعداد 100 آجر را با خود حمل کردند.اگر بخواهید روابط فوق را در عملکرد موتور ببینیم نتایج به صورت زیر خواهد بود :
تعداد آجر حمل شده در هر سفر
گشتاور
تعداد سفرهای انجام شده توسط هر شخص
سرعت
کل تعداد آجرهای حمل شده در یک ساعت
اسب بخار
یک ساعت اسب بخار
بنابراین به رابطه ای خواهیم رسید که مساله را برای ما واضح تر می کند.
اسب بخار=عدد ثابت*گشتاور*سرعت
عدد ثابت=
گشتاور تولید شده بسته به سرعت موتور درحال تغییر است ولی در درون این محدوده حداکثر گشتاور تولید شده با تخت گاز را با نام گشتاور حداکثر می شناسند.
ایده آل ترین منحنی گشتاور برای یک موتور، آن منحنی است که کمترین نوسانات را نسبت به تغییر سرعت موتور از خود نشان دهد.ولی در واقع موتورها عموما به گونه ای هستند که گشتاور حداکثر یا در دورهای بالای موتور بدست می آید یا در دورهای پایین که د ر این صورت به آنها موتورهای دور بالا یا موتور دور پایین می گوییم.
معمولا برای کامیون ها موتور دور پایین و برای ماشین های اسپورتی موتور های دور بالا انتخاب می کنند، برای ماشین های سواری معمولا سعی می شود تا موتوری انتخاب شود که چیزی بین این دو نوع موتور باشد.