العزم و الاستطاعة Torque and power

​

العزم والاستطاعة Torque and power :

 العزم مؤشر جيد على قدرة المحرك على تقديم عمل و هو بالتعريف جداء القوة F  بالانتقال وواحدته N.m  عندما يدور المحرك بمقدار دورة واحدة فإن المسافة التي تقطعها نقطة من عمود المرفق على محيط دائرة نصف قطرها a هي : a2π  ويكون العمل المنجز خلال دورة لعمود المرفق  وهكذا يرتبط العزم  بالعمل W بالعلاقة:

حيث:

 = العمل المكبحي لدورة واحدة لعمود المرفق .

  = حجم الإزاحة .

n  = عدد دورات عمود المرفق ( المحرك ) بالدارة الترموديناميكية [revolution cycle]

قسمنا في المعادلة السابقة على  n لمراعاة نوع المحرك ( عدد الدورات الترموديناميكية) حيث يدور عمود المرفق دورة واحدة revolution كل دارة ترموديناميكية للمحرك cycle يصبح العمل المكبحي: 

ومن أجل المحرك رباعي الشوط حيث يدور عمود المرفق دورتين كل دارة ترموديناميكية للمحرك يكون العزم:

في هذه المعادلات استخدمنا قيماً مكبحية ( W_d, b mep ) لأن العزم يقاس عند مخرج عمود المرفق .

 يتراوح العزم الأقصى للسيارات الحديثة بين 200 و 300 N.m عند سرعات للدوران تتراوح بين 4000  و 6000 RPM  ويطلق على النقطة التي يبلغ العزم عندها قيمته القصوى " العزم المكبحي الأقصى " Maximum Brake Torque (MBT).

أحد الأهداف الرئيسية في تصميم السيارات الحديثة هو توسيع مجال العزم بالنسبة للسرعة كما يبين الشكل التالي أي جعل العزم مرتفعاً عند السرعات العالية والمنخفضة معاً ويكون عزم محركات الاشتعال بالانضغاط عادةً أعلى من عزم محركات الاشتعال بالشرارة وتمتلك المحركات الكبيرة عادةً عزوماً عالية جداً و عزوماً قصوى MBT عند سرعات منخفضة نسبياً.

تعرف الاستطاعة  بأنها محصلة قسمة العمل على الزمن فإن اعتبرنا أن:

W العمل خلال دورة ترموديناميكية للمحرك

N سرعة دوران المحرك rev/sec

      n عدد مرات دوران عمود المرفق كل دارة ترموديناميكية  rev/cycle

حيث:

A_p = مساحة سطح المكبس

 = السرعة الوسطية للمكبس

  وبناءً على المعادلات السابقة يمكن حساب الاستطاعة الدليلية والاستطاعة الصافية الدليلية والاستطاعة الدليلية الاجمالية واستطاعة الضخ واستطاعة الاحتكاك:

حيث ƞ_m  المردود الميكانيكي للمحرك.

تقاس الاستطاعة عادة بواحدة الكيلو واط kw ولكن ما يزال مألوفاً استخدام حصان القدرة (hp) Horse power مع العلم أن:

 1hp=0.7457 kw

                                                                                    1kw=1.341 hp

ولنكون فكرة عن استطاعة المحركات المختلفة نذكر بأن استطاعة السيارات الحديثة تتراوح بين  40 و 220 kw (300 hp).

العزم والاستطاعة تابعان لسرعة المحرك إذا كانت سرعة المحرك منخفضة فإن عزم المحرك يزداد مع ازدياد سرعته ولكن عند استمرار سرعة المحرك بالازدياد فإن العزم يصل إلى قيمة القصوى ثم يبدأ بالتناقص كما موضح في الاشكال.

يتناقص العزم لأن المحرك لا يستطيع سحب الكميات الكافية من الهواء عند السرعة العالية الاستطاعة الدليلية تواصل تزايدها مع ارتفاع السرعة بينما تتزايد الاستطاعة المكبحية حتى الوصول إلى قيمتها القصوى ثم تبدأ بالتناقص عند السرعات الأعلى سبب هذا تزايد ضياعات الاحتكاك مع السرعة وتحولها إلى عامل مهيمن عند السرعات العالية جداً.

العديد من محركات السيارات تكون

​