اسب بخار چیست ؟

اسب بخار به عنوان مقیاسی از توان موتورهای درون‌سوز بیشتر در صنعت خودروسازی اصطلاحی رایج است. واحد توان در دستگاه SI وات است.

داستان اسب بخار از آن‌جا شروع شد که وات در یک معدن زغال سنگ

با اسب‌هایی که زغال سنگ بلند می‌کردند کار می‌کرد و راهی می‌خواست

تا بتواند در باره‌ی توان هر یک از این اسب‌ها صحبت کند. او دریافت که به‌طور میانگین

، یک اسب معدن می‌تواند ۲۲.۰۰۰ پوند-فوت (حدود ۳۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد.

سپس او این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ۴۵ کیلوژول)

انرژی در یک دقیقه قرار داد. این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن‌ها، ا

مروزه در خودروها، ماشین‌های چمن‌زنی، اره برقی‌ها و در بعضی جاروبرقی‌ها بکار می‌رود.

مفهوم اسب بخار این است: به نظر وات، یک اسب می‌تواند در هر دقیقه ٣٣۰۰۰ پوند-فوت کار انجام دهد؛

پس اسبی را در نظر بگیرید که مانند شکل بالا در حال بالا کشیدن زغال از معدن است.

اسبی که یک اسب بخار توان دارد می‌تواند ٣٣۰ پوند (١۵۰ کیلوگرم) زغال را در مدت یک دقیقه ١۰۰ فوت (٣۰ متر) بالا بکشد و یا ٣٣ پوند (١۵ کیلوگرم) را در یک دقیقه ١۰۰۰ فوت (٣۰۰ متر) و…

شما می‌توانید ترکیب‌های متفاوتی از وزن و جابجایی در یک دقیقه را

در نظر بگیرید و تا زمانی که حاصل ضرب آنها ٣٣۰۰۰ شود، یک اسب بخار خواهید داشت.

ممکن است فکر کنید نمی‌توان ٣٣۰۰۰ پوند (١۵ تن) زغال را در یک سطل ریخت

و از اسب خواست آن را در مدت یک دقیقه،١ فوت (٣۰ سانتی‌متر) جابجا  کند چون اسب نمی‌تواند

چنین بار سنگینی را تکان دهد، همچنین ممکن است فکر کنید نمی‌توان ١ پوند (۴۵۰ گرم) زغال را

در یک سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت یک دقیقه آن را ٣٣۰۰۰ فوت (١۰ کیلومتر)

جابجا کند زیرا در این حالت سرعت اسب باید ٣۷۵ مایل در ساعت (۶۰٣ کیلومتر در ساعت)

باشد که ممکن نیست! اما با درنظر گرفتن قرقره و طناب، می‌دانید که با

یک مجموعه از قرقره‌ها می‌توان نسبت جابجایی و وزن را عوض کرد،

پس می‌توان آرایشی از قرقره‌ها را درست کرد به نحوی که با سرعت و بار مناسب اسب هماهنگ باشد و مهم نیست چه باری در سطل است.

تبدیل اسب بخار به واحدهای دیگر:

• یک اسب بخار برابر با ۷۴۶ وات است. پس اگر یک اسب را به چرخی وصل کنیم
• تا آن را بچرخاند با آن چرخ می‌توان مولد برقی را بکار انداخت که ۷۶ وات توان تولید می‌کند.
• انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر  ۲۵۴۵BTU است
• که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند آب به اندازه‌ی یک درجه‌ی فارنهایت است.
• یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول یا ۲۵۲ گرم-کالری و یا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است. یک اسب احتمالا ۶۴١ کالری غذایی را در یک ساعت می‌سوزاند.

 اندازه‌گیری اسب بخار

اگر بخواهید توان یک موتور را بدانید، باید موتور را به یک توان‌سنج (Dynamometer) وصل کنید

. توان‌سنج باری را روی موتور قرار می‌دهد و توانی را که موتور دربرابر بار تولید می‌کند را اندازه می‌گیرد.

ایده‌ی طرز کار توان سنج را می‌توان به این صورت درک کرد: تصور کنید موتوری را روشن کردید

و بدون آنکه باری روی آن باشد پدال گاز را فشار می‌دهید؛

در این‌حالت موتور آن‌قدر سریع می‌چرخد که از هم می‌پاشد که این مناسب نیست،

بنابراین با یک توان‌سنج، باری را بر موتور قرار می‌دهید و باری را که

موتور در دورهای مختلف می‌تواند تحمل کند را اندازه می‌گیرید.

باید توان‌سنجی را به موتور وصل کنید، گاز دهید و با توان‌سنج بار روی موتور را

تغییر دهید تا دور موتور مثلا روی ۷۰۰۰ دور بر دقیقه ثابت بماند و در این دور،

باری را که موتور می‌تواند تحمل کند را ثبت می‌کنید. سپس بار را زیادتر کنید

تا دور موتور مثلا به ۶۵۰۰ کاهش یابد و دوباره بار متناظر با این دور را ثبت کنید

. به همین ترتیب ادامه دهید. همچنین می‌توانید همین کارها را از ۵۰۰ و ١۰۰۰ دور

به بالا انجام دهید. چیزی که توان‌سنج اندازه می‌گیرد در واقع گشتاور پیچشی است و برای تبدیل آن به اسب بخار باید گشتاور را در دور موتور ضرب کنید.

نمودار توان موتور

اگر نمودار توان یک موتور(بر حسب اسب بخار) در برابر دور موتور را رسم کنید

چیزی که در نهایت به‌دست می‌آید منحنی توان موتور است. یک نمونه منحنی توان یک موتور با عملکرد بالا شبیه نمودار زیر است.

(این منحنی مربوط به موتور ٣۰۰ اسب بخاری میتسوبیشی دو توربوشارژره است)

 

چنین نموداری نشان می‌دهد که هر موتوری یک توان بیشینه دارد (دور موتوری که در آن توان، خروجی موتور بیشینه است).

همچنین یک موتور در یک دور خاص، گشتاور بیشینه‌ای دارد.

به احتمال زیاد در بروشور تبلیغاتی خودروهای مختلف در قسمت قدرت موتور با اصطلاح اسب بخار در دور بر دقیقه (hp/rpm) برخورده‌اید.

مثلا قدرت موتور پژو۲۰۶ تیپ دو ۷۵ اسب بخار در ۵۵۰۰ دور در دقیقه است

در واقع: ۷۵hp/5500rpm معنی این جمله این است که ماکزیمم قدرت بهینه موتور ۷۵ اسب بخار است که در ۵۵۰۰ دور در دقیقه حاصل می‌گردد.

وقتی می‌گویند موتوری گشتاور آخر پایینی دارد یعنی بیشینه‌ی گشتاور در دور موتورهای نسبتا پایین (مثلا ۲۰۰۰ یا ٣۰۰۰ دور) رخ می‌دهد.

چیز دیگری که در منحنی توان یک خودرو دیده می‌شود

جایی است که توان بیشینه رخ می‌دهد. وقتی سعی می‌کنید به سرعت شتاب بگیرید،

می‌خواهید موتور را نزدیک توان بیشینه نگه دارید و به همین خاطر دنده را کم می‌کنید

تا دور موتور زیاد شود و به توان بیشینه نزدیک شوید. وقتی می‌خواهید از پشت چراغ قرمز شروع

به حرکت کنید، گاز می‌دهید تا دور موتور بالا رود و به توان بیشینه نزدیک شوید آنگاه کلاچ را رها می‌کنید تا توان زیادی به چرخ‌ها منتقل شود.

 

توان در خودروهایی با عملکرد بالا

خودرویی با عملکرد بالا نامیده می‌شود که نسبت به وزنش توان زیادی داشته باشد.

هرچه وزن بیشتر باشد توان بیشتری برای شتاب دادن به خودرو لازم است. برای توان مشخصی باید وزن را کاهش داد تا شتاب زیادتر شود.

جدول زیر توان و وزن چند خودرو با عملکرد بالا (و یک خودرو با عملکرد پایین) را نشان می‌دهد.

در این جدول می‌توانید توان بیشینه، وزن، نسبت توان به وزن، زمان لازم برای رسیدن سرعت از صفر به ۶۰ مایل

در ساعت (٩۷ کیلومتر در ساعت) و قیمت تقریبی خودرو را ببینید.

می‌توانید رابطه‌ی واضحی بین نسبت توان به وزن و زمان صفر تا ۶۰ خودرو را ببینید.

معمولا نسبت بیشتر، نشان دهنده‌ی خودروی سریع‌تر است

. جالب است که رابطه‌ی کمتری بین سرعت و قیمت خودرو وجود دارد. به نظر می‌رسد دوج وایپر در این جدول قیمت خوبی دارد!

اگر خودروی سریع‌تری می‌خواهی