گشتاور در خودرو چیست؟
وقتی مشخصات خودروهای را می‌خوانیم، با یکی از واژه‌هایی که زیاد مواجه می‌شویم، گشتاور است؛ اما این واژه به چه معنا است و به چه چیزی اشاره دارد؟ در ادامه به این سؤالات در وبلاگ پتروتکس تولید کننده استاندارد و اصلی اکتان بنزین در ایران پاسخ می‌دهیم.
فهرست مقاله
گشتاور چیست؟
عاملی که در اجسام حرکات دورانی یا چرخشی ایجاد می‌کند را گشتاور (Torque) می‌گویند. ساده‌ترین مثال برای درک آن، باز کردن پیچ توسط پیچ‌گوشتی است. وقتی به‌وسیله پیچ‌گوشتی به پیچ نیرو وارد می‌کنید، نیروی دست شما به نیروی چرخشی در پیچ تبدیل می‌گردد و در اصل گشتاور پیچ را باز می‌کند.
گشتاور در موتور خودرو
با مقدمه‌ای که توضیح دادیم، حالا به این سؤال می‌رسیم که نیروی چرخشی در پیشرانه خودرو چیست؟ در پیشرانه‌های درون‌سوز، از طریق احتراق بنزین، نیرو تولید می‌شود که این نیرو به سطح پیستون وارد شده و سپس به میل‌لنگ منتقل می‌شود. نیرویی که به میل‌لنگ وارد می‌شود و آن را به چرخش درمی‌آورد، گشتاور است. این همان نیرویی است که باعث می‌شود وقتی پدال گاز را فشار می‌دهید خودرو به جلو حرکت کند.
گشتاور در موتور برابر با حاصل‌ضرب نیروی وارده از طرف شاتون‌ها در طول میل‌لنگ است. Torque با واحد نیوتن متر یا پوند فوت اندازه‌گیری می‌شود که واحد نیوتن متر مرسوم‌تر است و در کشورمان هم نیروی چرخشی خودروها بر اساس واحد نیوتن متر سنجیده می‌شود.
تفاوت گشتاور با قدرت
همان‌طور که توضیح دادیم، گشتاور به نیروی چرخشی گفته می‌شود؛ اما در موتور پارامتر دیگری هم بنام قدرت وجود دارد که با واحد اسب بخار سنجیده می‌شود و با گشتاور تفاوت دارد. اسب بخار درواقع سرعتی است که در آن نیروی چرخشی تولید می‌شود؛ به‌عبارت‌دیگر، حاصل‌ضرب گشتاور در دور موتور برابر با اسب بخار خواهد بود. اساساً هرچقدر میل‌لنگ با میزان ثابتی از نیرو، سریع‌تر بچرخد، موتور قدرت بیشتری تولید می‌کند. قدرت بیشتر در موتور بیشتر باعث افزایش سرعت و شتاب می‌شود درحالی‌که Torque کشش خودرو را افزایش می‌دهد. به همین دلیل است که در خودروهای اسپرت سریع، قدرت‌های بالایی را می‌بینیم درحالی‌که پیکاپ‌ها و کامیون‌ها گشتاور بسیار بیشتری دارند تا بتوانند بارهای سنگین را حمل کنند.
تولید Torque در پیشرانه‌های مختلف
تولید نیروی چرخشی در موتور خودرو به عوامل مختلفی بستگی دارد و به همین دلیل است که بسته به نوع موتور، گشتاورهای متفاوتی را در خودروها می‌بینیم. در ادامه این موضوع را تشریح خواهیم کرد.
رابطه گشتاور با حجم موتور
همان‌طور که گفته شد، نیروی چرخشی در موتور برابر با حاصل‌ضرب نیروی وارده از طرف شاتون‌ها در طول میل‌لنگ است. حال هرچقدر طول شاتون بیشتر باشد، گشتاور بیشتری هم تولید می‌شود زیرا هرچقدر کورس پیستون بیشتر باشد، شاتون در هنگام پایین آمدن پیستون نیروی دورانی بیشتری به میل‌لنگ وارد می‌کند. به همین دلیل، پیشرانه‌هایی که حجم بالایی دارند، گشتاور بیشتری هم تولید می‌کنند زیرا در این موتورها کورس پیستون زیاد است. به‌عنوان‌مثال، پیشرانه TU5P پلاس با حجم 1587 سی‌سی و پیشرانه EF7 با حجم 1645 سی‌سی، هردو 113 اسب بخار قدرت تولید می‌کنند اما گشتاور موتور EF7 به خاطر حجم بیشتر، 153 نیوتن متر است درحالی‌که این عدد در موتور TU5 پلاس تنها 144 نیوتن متر است. مثال دیگر موتور 2400 سی‌سی وانت نیسان است که هرچند تنها 94 اسب بخار قدرت دارد اما به لطف حجم بالا، گشتاور 187 نیوتن متری تولید می‌کند.
نیروی چرخشی در موتورهای دیزلی
موتورهای دیزلی به‌طور طبیعی گشتاور بالاتری نسبت به نمونه‌های بنزینی تولید می‌کنند. همچنین ازآنجایی‌که این پیشرانه‌ها دور خیلی بالایی ندارند، حداکثر گشتاور خود را در دورهای پایینی تولید می‌کنند. به همین دلیل، موتورهای دیزلی برای کامیون‌ها و پیکاپ‌ها بسیار مناسب هستند زیرا این وسایل برای حمل بار به گشتاور بالایی نیاز دارند. به خاطر همین دور پایین، قدرت موتورهای دیزلی از نمونه‌های بنزینی کمتر است و خیلی به کار خودروهای سریع نمی‌آیند. بااین‌حال، پیشرانه‌های دیزلی که در کامیون‌ها استفاده می‌شود، حجم بالایی دارد و از این طریق نیروی چرخشی بسیار بالایی تولید می‌کند. به‌عنوان‌مثال، یک پیشرانه کامیون کشنده با 13 لیتر حجم، درحالی‌که تنها حدود 500 اسب بخار قدرت تولید می‌کند، گشتاور آن به بیش از 2000 نیوتن متر می‌رسد.
تأثیر توربوشارژر روی نیروی چرخشی
القای اجباری یا پرخوران پیشرانه که از طریق توربوشارژر یا سوپرشارژر انجام می‌شود، علاوه بر تولید قدرت بیشتر، تأثیر چشمگیری هم روی افزایش گشتاور دارد و موتورهای توربو گشتاورهای بالایی تولید می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، موتور شاهین با تنها 1497 سی‌سی حجم و فقط 110 اسب بخار قدرت، به دلیل برخورداری از توربوشارژر، گشتاور قابل‌توجه 178 نیوتن متری تولید می‌کند. توربوشارژ اما علاوه بر افزایش نیروی چرخشی، باعث می‌شود موتور بتواند حداکثر گشتاور خود را در بازه دور موتور گسترده‌تری تولید کند. این یعنی به‌جای تولید حداکثر گشتاور در یک دور مشخص، موتور می‌تواند در بازه طولانی‌تری از دور موتور، حداکثر گشتاور را تولید کند و این باعث می‌شود راننده برای زمان بیشتری به حداکثر گشتاور موتور دسترسی داشته باشد.