عزم دوران المحرك: ما هو وكيف يؤثر على أداء محركك

عندما نشاهد الإعلانات التي تروج لها مختلف العلامات التجارية لسياراتها في وسائل الإعلام، نلاحظ أنها، من الناحية الفنية، عادةً ما تعرض سلسلة من الأرقام المتعلقة بالسرعة، واستهلاك الوقود، والتسارع... باختصار، أرقام جامدة لن يتمكن معظم السائقين من الوصول إليها. مع ذلك، هناك خاصية فيزيائية واحدة يستمتع بها جميع السائقين، وهي خاصية نادراً ما يتم الترويج لها هذه الأيام، رغم أنها كانت تُعتبر مهمة للغاية قبل فترة ليست بالبعيدة: عزم الدوران.

قبل فترة وجيزة، وقبل أن تشهد السيارات هذا التطور الهائل في القوة، كان يُوصف " تسارع " السيارة غالبًا بقدرتها على اكتساب السرعة بسرعة. ورغم أن هذا المفهوم الشائع دقيق في فهم معنى "التسارع" الفعلي ، إلا أنه قاصر، أو بالأحرى غير دقيق، عند الحديث عن فهم عزم الدوران.

ما هو عزم الدوران؟

عزم الدوران، المعروف أيضًا بعزم دوران المحرك، هو كمية فيزيائية تقيس مقدار القوة اللازمة لتطبيقها على عمود يدور حول محوره بسرعة معينة. وفي مجال السيارات، يمكن تعريفه ببساطة بأنه القوة اللازمة لتدوير عمود المرفق في المحرك ، وبالتالي نقل هذه الحركة إلى المكونات الميكانيكية الأخرى اللازمة لتحريك السيارة.

وهذا هو المكان الذي نلاحظ فيه أول فرق بين الواقع والعرف. عندما نشير إلى عزم دوران المحرك للتعبير عن قدرة التسارع للمركبة ، فإننا لا نحدد حقًا ما هو عزم دوران المحرك ، بل نصف فقط أحد تطبيقاته. هذا لأن عزم دوران المحرك يقيس الطاقة المطلوبة للمحرك ليدير عددًا معينًا من الثورات ولكنه لا يأخذ في الاعتبار القوة الإضافية التي يجب تطبيقها لتعديل السرعة الزاوية للعمود أو العمود المرفقي.

القليل من الفيزياء لشرح عزم الدوران

لأشرح لك ما هو عزم دوران المحرك ، هربًا من المبادئ الفيزيائية ، سأشرح وظيفة العمود المرفقي والقوى التي تعمل عليه.

يُولد المحرك الحراري الطاقة في الأسطوانات، وتحديدًا في غرف الاحتراق حيث ينفجر خليط الوقود والهواء. تُولد الطاقة الناتجة عن هذا الانفجار حركة خطية بدفع المكبس في الاتجاه المعاكس لرأس الأسطوانة. ترتبط المكابس في الأسطوانات المختلفة بعمود المرفق بواسطة أذرع توصيل ، وعند نقطة اتصال هذه الأذرع بعمود المرفق تحديدًا تتحول الحركة الخطية إلى حركة دورانية.

تجدر الإشارة هنا إلى التصميم الاستثنائي للمحركات الدوارة ، حيث تحيط الحجرات الدائرية للأسطوانات مباشرةً بعمود مركزي يدور حول محوره، مدفوعًا بالانفجارات المتولدة داخل هذه الحجرات. وبالتالي، في هذه الحالة، تتولد الحركة الدورانية بشكل مباشر . وعلى أي حال، تبقى المبادئ الفيزيائية التي تحكم عزم الدوران كما هي.

حتى بدون الخوض في دراسة مفرطة ، لتبسيط فكرة تحويل الطاقة ، يمكن القول أن الكتل الدوارة تولد عزمًا بدلاً من الطاقة. لا يمكن الإيمان بهذا الصدد لأنه لا الغرف ولا العضو الدوار للمحركات الدوارة دائريان تمامًا ويحدث اشتعال الوقود في جزء من الغرفة ، على عكس المحركات الأسطوانية التقليدية التي يحتل فيها خليط الوقود والهواء حجمه بالكامل .

بالعودة إلى التفسير الفيزيائي، فإن القوة التي يبذلها المكبس على عمود المرفق ليست ثابتة طوال عملية التمدد. ويعود ذلك إلى أنه داخل كل أسطوانة، تتولد أقصى قدرة عند لحظة اشتعال الوقود. وتترافق لحظات القدرة القصوى هذه مع لحظات عزم دوران أقصى.

لا يتم حساب التأخير بين اللحظة التي يتم فيها توليد الطاقة القصوى في الأسطوانة والحد الأقصى المطبق على العمود المرفقي بسهولة. هذا لأن المكابس لا تقوم بحركة خطية بحتة ، ولكن لأن العمود المرفقي ليس مستقيمًا تمامًا أيضًا ، فإنها تقوم بحركة تجمع بين التأثير الخطي للمكبس والتأثير الدائري لمحامل قضيب التوصيل.

ومع ذلك ، فإن لحظات القوة القصوى وعزم الدوران الأقصى هذه ذات أهمية كبيرة من حيث إدراك السلاسة في تشغيل المحرك.

كلما زاد عدد أسطوانات السيارة، زادت مرات حدوث لحظة القوة القصوى في الدقيقة ، وأصبح إدراك السائق للتشغيل السلس للمحرك أكثر تجانسًا.

هذا يرجع إلى حقيقة أنه في محرك ثنائي الأسطوانات ، ستكون هناك لحظة واحدة من القوة القصوى لكل 2 درجة من دوران العمود المرفقي ، في محرك ثلاثي الأسطوانات سيحدث كل 360 درجة ، في محرك واحد من ستة كل 240 درجة و قريباً. بالطبع ، يجب تفسير هذا على أنه نظرية بحتة حيث يسعى المصنعون اليوم إلى جعل محركاتهم سلسة قدر الإمكان من حيث تشغيلها.

يؤثر هذا العامل أيضًا على حقيقة أن المحرك يُولّد اهتزازات أكثر عند التباطؤ ، وأن هذه الاهتزازات تكون أكثر وضوحًا: فعند 1.000 دورة في الدقيقة، يكون عزم الدوران الأقصى نصف ما هو عليه عند 2.000 دورة في الدقيقة. على سبيل المثال، بدءًا من متوسط ​​سرعة تباطؤ يبلغ 850 دورة في الدقيقة، سيُولّد محرك ثلاثي الأسطوانات أقل من عشرة عزم دوران في الثانية، بينما سيُولّد محرك سداسي الأسطوانات ما يقارب عشرين عزم دوران.

إذا أخذنا في الاعتبار أن الإنسان "العادي" ، الذي يواجه قوة متقطعة من التطبيق المستمر ، يتعرف بشكل أفضل على فترات زمنية أكبر من عُشر ثانية من تلك الأقل من ، هذا هو التفسير المبتذل الذي يتعرف من خلاله عامة الناس على اهتزازات محركات ذات أسطوانتين أو ثلاث: لأن الفترة الفاصلة بين لحظات الحد الأقصى للخارج أكبر من عُشر الثانية.

ما عزم الدوران الذي يقدمه محرك سيارتك؟

كثيراً ما تقيس المنشورات المتعلقة بعالم السيارات عزم الدوران الذي "يولده" محرك السيارة. هذا القول، بحكم التعريف، غير صحيح، لأننا نفهم عزم الدوران على أنه قوة مطبقة ، وليس قوة محصلة . ومع ذلك، ووفقاً لمبدأ الفعل ورد الفعل، فعندما يُطبق عزم قوة على عمود دوار، يتولد عزم قوة آخر بنفس المقدار والاتجاه، ولكن في الاتجاه المعاكس، تلقائياً ( قانون نيوتن الثالث ).

كيفية حساب عزم دوران المحرك - حمل المحرك

يمكن قياس عزم دوران المحرك ولكن حسابه معقد للغاية ويكاد يكون مستحيلًا على البشر ، لذلك من الأسهل تركه للمهنيين القادرين على التعامل مع الآلات الحديثة وبرامج الكمبيوتر المعقدة للغاية ، على الرغم من أننا للوهلة الأولى لا نرى سوى بنك الأسطوانة.

كما يتضح من تعريفه، فإن عزم الدوران في محرك الاحتراق هو متغير يعتمد على الطاقة المتولدة في غرف الأسطوانة وعدد الدورات التي يدور بها المحرك في تلك اللحظة بالذات، لذلك يمكن حساب قيمته من الصيغة P = T · ω حيث P هي الطاقة معبر عنها بالواط، وT هو عزم الدوران معبر عنه بنيوتن متر، وω هي سرعة الدوران الشعاعية معبر عنها بالراديان في الثانية.

مع ذلك، تؤثر عوامل أخرى على القيم النظرية التي يمكن الحصول عليها من تطبيق الصيغة مباشرةً، مثل الاحتكاك الداخلي للمحرك . يعني هذا الاحتكاك أن جزءًا من الطاقة التي يولدها المحرك لا يمكن استخدامه خارجيًا، بل يُفقد أثناء عملية دوران المحرك نفسها، وعادةً ما يكون على شكل حرارة. تذكر أن الطاقة لا تُستحدث ولا تُفنى، إنما تتحول من شكل إلى آخر.

هناك أيضًا عوامل خارجية تؤثر على القدرة التي يولدها المحرك، حتى في الحالات التي قد تبدو متماثلة داخليًا. على سبيل المثال، سيولد المحرك نفسه، عند تشغيله بسرعة ثابتة تبلغ 2.000 دورة في الدقيقة، قدرة أكبر عند السير على طريق مستوٍ مقارنةً بالسير على طريق منحدر. ورغم ثبات عدد الدورات، وبالتالي ثبات السرعة الزاوية لعمود المرفق، فإن اختلاف القدرة الناتجة في كل لحظة يُترجم أيضًا إلى اختلاف في عزم الدوران المطبق على عمود المرفق.

قد يتساءل الكثيرون منكم عن كيفية حدوث ذلك، لكن التفسير بسيط للغاية. كما نعلم جميعًا، تتولد الحركة من احتراق خليط الوقود والهواء المتوازن في غرف الاحتراق، وإذا كانت الطاقة المطلوبة أقل، فإن الحل يكمن في حقن خليط أقل وقودًا وأكثر هواءً. وهذا أيضًا ما يفسر انخفاض استهلاك الوقود اللحظي، أو حتى انعدامه، في كمبيوتر السيارة عند النزول من ممر جبلي.

تُسمى جميع هذه المعلمات التي تُعدل تشغيل ونتائج الآلية النظرية بحمل المحرك ، والذي يمكن تعريفه بأنه مقدار عزم الدوران الذي يجب أن ينتجه المحرك للتغلب على المقاومات التي تعارض حركته.

كما رأينا، يعتمد حمل المحرك على عوامل داخلية، مثل احتكاك أجزائه المتحركة، وعوامل خارجية، مثل احتكاك الإطارات أو ديناميكيات الهواء للسيارة. وقد أدرجتُ هذين المثالين، وهما عاملان خارجيان تمامًا عن ميكانيكا السيارة، لأنهما في كلتا الحالتين يُولِّدان قوى معاكسة ومتغيرة باستمرار تُعيق حركة السيارة. وهذا يعني أيضًا أن قيمة حمل المحرك ستكون متغيرة باستمرار.

يؤثر حمل المحرك أيضًا علينا أثناء القيادة بطريقة واضحة جدًا يقدرها جميع السائقين. إذا استمررنا في نفس المثال الخاص بمركبة تسير بسرعة ثابتة وبسرعة محرك ثابتة ، فلماذا يصعب على السيارة زيادة السرعة في جزء مرتفع منها في قسم منحدر؟ حسنًا ، نظرًا لاختلاف حمل المحرك.

بالعودة إلى الجانب النظري، عندما تسير سيارة بسرعة ثابتة على طريق مستوٍ، فإنها تتعرض لقوتين خارجيتين تعاكسان حركتها: قوة الديناميكا الهوائية وقوة الاحتكاك . وعندما تبدأ السيارة بالصعود، إذا حافظنا على سرعة ثابتة، يمكننا اعتبار أن قوة الديناميكا الهوائية التي تعاكس الحركة تبقى قائمة، لكن قوة الاحتكاك تتغير لتصبح قوة جاذبية، ومع بدء السيارة بالصعود، فإن جزءًا من الاحتكاك سيسحب السيارة إلى الخلف.

إذا أردنا أن نكون أكثر دقة، يمكننا أيضًا النظر في الطاقة الحركية والطاقة الكامنة . تعتمد الطاقة الحركية على كتلة المركبة وسرعتها، بينما تعتمد الطاقة الكامنة على كتلتها وارتفاعها. ومع ازدياد الارتفاع، وبسبب مبدأ حفظ الطاقة، تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة.

في حالة الطريق الصاعد ، عند جمع كل القوى الخارجية التي تعارض الحركة، يمكننا القول إن حمل المحرك يزداد، وبالتالي، تقل كمية عزم الدوران "القابل للاستخدام" من المحرك، ويمكن ملاحظة عدة حالات:

• إذا أردنا الحفاظ على الدوران المستمر للمحرك يجب أن نطالب بمزيد من الطاقة عن طريق الضغط بقوة أكبر على دواسة الوقود لحقن خليط أكثر ثراءً من الوقود في غرف الأسطوانة.
• إذا زاد ميل الطريق ، فقد يأتي الوقت الذي تبدأ فيه السيارة تفقد السرعة. هذا يرجع إلى حقيقة أن حمل المحرك (قوى معاكسة للحركة) أكبر من عزم الدوران الذي يمكن أن يتولد في المحرك (قوى إيجابية للحركة).

• بالبقاء قوة ثابتة وعزم الدوران، وزيادة حمل المحرك ، ستتوفر طاقة أقل لزيادة سرعة السيارة لأن التسارع يتناسب مع القوة المطبقة: قوة أقل تعني قوة تسريع أقل.

عزم دوران المحرك وعلبة التروس

ومع ذلك، فإن الفيزياء قادرة أيضًا على تعديل سلوك الأجسام الخاضعة لقوى مختلفة، وفي حالة عمود المرفق لمحرك سيارتنا، يمكن القول إنه قادر على إرسال عزم دوران المحرك الذي يتلقاه من الأسطوانات إلى أجزاء أخرى من السيارة، مثل علبة التروس.

يُنقل عزم الدوران من المحرك إلى ناقل الحركة كحركة دورانية عبر عمود الإدخال. لهذا السبب، يناقش المصنّعون دائمًا مواصفات ناقل الحركة من حيث حدود عزم الدوران، وليس القدرة الحصانية. داخل ناقل الحركة، يتحول عزم الدوران إلى قوة مماسية ثم يعود إلى عزم دوران . كيف؟

يحتوي صندوق التروس على سلسلة من التروس التي تنقل الحركة فيما بينها ببساطة عن طريق تعشيق أسنانها. هذه التروس، التي تحدد عدد التروس في ناقل الحركة، لها أحجام مختلفة أو "نسب تروس". لهذا السبب قد تقرأ أحيانًا أن ناقل الحركة يحتوي على عدد من السرعات أو نسب تروس؛ فالأمر سيان.

على أي حال، فإن اختلاف حجم حلقات التروس هو ما يغير عزم الدوران المدخل والمخرج أيضًا بسبب المبدأ الفيزيائي لحفظ الطاقة : عندما تدور عجلتان في ترس (نظريًا) فإنهما تحافظان على الطاقة، لذلك يجب أن يظل ناتج عزم الدوران الدوراني والسرعة الزاوية ثابتًا.

لشرح المبدأ الأساسي الذي يؤثر على عزم الدوران ، فإن السرعات المنخفضة لها أسنان تروس أكبر من السرعات الأعلى ومن السهل جدًا فهم منطقها المادي بمثال لأنه شيء يدركه ويعرفه جميع السائقين. استفد ، لذلك نواصل مع نفس السيارة تدور بسرعة 2.000 دورة في الدقيقة ، وتولد قوة وعزم دوران ثابتين.

عند القيادة بالترس الأول ، ينقل عمود الإدخال الرئيسي عزم الدوران إلى ناقل الحركة بسرعة زاوية معينة، ولكنه يكون متعشّقًا مع الترس الحلقي الأكبر الذي يدور بسرعة أقل من سرعة عمود الإدخال. وبما أن القدرة تبقى ثابتة في نظام التروس، فمع انخفاض السرعة الزاوية، يزداد عزم الدوران.

من ناحية أخرى ، إذا قمنا بالتدوير بأعلى ترس ، مع ترس الحلقة أصغر حتى من ترس عمود الإدخال الأساسي ، فسيحدث العكس تمامًا: سوف يدور الترس الدائري لأعلى ترس بشكل أسرع ، وبالتالي فإن عزم الدوران الناتج سوف انخفاض.

هذا التباين في عزم الدوران في مواجهة الثبات النظري لكل من فعالية الكتلة وحمل المحرك مسؤول عن السلوك المختلف الذي يمكن ملاحظته في السيارة عند اكتساب السرعة. لأن الجميع يعلم أن القيادة بسرعة ثابتة ، فمن الأسهل زيادة سرعة المحرك في ترس منخفض مقارنة بالسرعة الطويلة ، على الرغم من أن القوة والعزم المتولدين في المحرك متماثلان.

السبب هو أنه في التروس العالية، يصل عزم دوران أقل إلى عجلات القيادة . وذلك لأن الإطارات تدور بسرعة أكبر في الترس العالي عند نفس سرعة المحرك. ولهذا السبب، نستطيع أحيانًا صعود تلة شديدة الانحدار بالترس الأول بسرعة 1.500 دورة في الدقيقة، بينما في أحيان أخرى، عند القيادة بالترس الخامس أو السادس، يجبرنا أدنى ميل على تخفيض الترس للحفاظ على السرعة، حتى مع ارتفاع سرعة المحرك.

منطقياً، نحن هنا مرة أخرى في عالم نظري، لأنه عملياً، مع زيادة السرعة، تزداد قوة الديناميكا الهوائية التي تميل إلى إبطاء السيارة، وتزداد خسائر الطاقة ، على سبيل المثال، بسبب ارتفاع درجة حرارة الإطارات... باختصار، سلسلة من العوامل الخارجية التي تولد قوى معاكسة للحركة، ومن المفيد لك أن تكون على دراية بها لفهم عزم دوران المحرك بشكل أفضل.

عزم الدوران في المحركات الكهربائية

كما هو الحال مع المحركات الدوارة، تولد المحركات الكهربائية حركة دورانية مباشرة ، وبالتالي عزم دوران، بدلاً من القدرة بالمعنى التقليدي. ويعود ذلك إلى أن مبدأ عمل المحرك الكهربائي قائم على مبدأ أساسي في المغناطيسية: تتنافر الشحنات المتشابهة وتتجاذب الشحنات المختلفة.

يتكون الهيكل الأساسي للمحرك الكهربائي ، بشكل عام، من أسطوانة ممغنطة يمر عبرها دوار. يدور هذا الدوار حول محوره بفضل التغيرات المستمرة في شحنة الأسطوانة الخارجية. أبسط مثال على ذلك هو البوصلة: إذا تُركت دون تحريك، فإنها تشير إلى الشمال المغناطيسي للأرض، ولكن إذا قربنا مغناطيسًا منها وأدرناه بحركة دائرية حولها، فإن إبرتها ستدور بنفس سرعة دوران المغناطيس.

يوجد فرق جوهري في جودة عزم الدوران الناتج : فهو شبه ثابت . فبينما يتغير عزم الدوران في محرك الاحتراق الداخلي تبعًا لسرعة المحرك، يكون ثابتًا تقريبًا في المحرك الكهربائي . ويعود ذلك إلى مبدأ التشغيل الأساسي لهذه الأنواع من المحركات والتقنيات المستخدمة حاليًا.

كما ذكرتُ، يعود دوران دوّار المحرك الكهربائي إلى الاستقطاب المستمر للجزء الثابت ، الذي يُولّد مجالًا مغناطيسيًا صغيرًا قادرًا على تدوير الدوّار من خلال تناوب قوى التجاذب والتنافر. وهنا تحديدًا، تسمح التطورات التقنية الحالية لقوى الجاذبية المتولدة في الدوّار بالحصول على عزم دوران أقصى ثابت تقريبًا.

عزم دوران المحرك الكهربائي مقابل. عزم دوران المحرك الحراري

ذكرتُ أن عزم الدوران يكاد يكون ثابتًا لسببٍ محدد، وهو ما يُفسر، إلى حدٍ ما، محدودية السيارات الكهربائية على الطرق السريعة، ولكنه يُفسر أيضًا مزاياها في حركة المرور داخل المدن. على عكس محرك الاحتراق الداخلي، تُولّد المحركات الكهربائية عزم دوران منذ بداية الدوران وتُحافظ عليه ثابتًا حتى الوصول إلى أقصى قدرة، وعندها ينخفض ​​عزم الدوران. على سبيل المثال، تُقدم سيارة BMW i3 قدرة قصوى تبلغ 170 حصانًا وعزم دوران أقصى يبلغ 250 نيوتن متر ، ولكن دعونا نرى كيف يتم توزيع هذه القوة والعزم:

• يوفر المحرك الكهربائي لسيارة BMW i3 عزم دوران ثابتًا يبلغ 250 نيوتن متر من 0 دورة تقريبًا للمحرك إلى حوالي 4.500 دورة في الدقيقة.
• في هذه الفترة من 0 إلى 4.500 دورة في الدقيقة ، تزداد القوة من 0 إلى 170 حصانًا (127 كيلو واط).
• بدءًا من 4.500 دورة في الدقيقة ، يبدأ كل من عزم الدوران والقوة في الانخفاض.
• عند 8.000 دورة في الدقيقة ، يوفر محرك سيارة BMW i3 حوالي 150 حصانًا وعزم دوران يبلغ 125 نيوتن متر.

ماذا نستنتج من هذه الأرقام؟ حسناً، بالنسبة لمحرك BMW i3، يمكننا القول بثقة أنه يتمتع بأداءٍ قوي حتى 4.500 دورة في الدقيقة، مما يجعل هذه السيارة سريعة جداً في التسارع من السرعات المنخفضة. في الواقع، تصل إلى سرعة 100 كم/ساعة من وضع السكون في 7.3 ثانية فقط، مما يسمح لها بمنافسة BMW 120i بقوة.

مع ذلك، عند تجاوز سرعة دوران المحرك 4.500 دورة في الدقيقة ، يبدأ كل من القدرة وعزم الدوران بالانخفاض، مما يؤثر سلبًا على التسارع واستهلاك الوقود، والذي قد يتضاعف مقارنةً بالأرقام الرسمية. ولهذا السبب أيضًا، تحتوي العديد من السيارات الكهربائية على وضع "ECO" الذي يحد من سرعتها القصوى إلى 90 أو 100 كم/ساعة ، في حين أن سيارة مثل BMW 120i يمكنها تحقيق استهلاك منخفض جدًا للوقود بالحفاظ على سرعة ثابتة.

وبالمناسبة، هناك ميزة أخرى لافتة ومثيرة للاهتمام للسيارات المجهزة بمحركات كهربائية: فهي أقل تأثراً بالقيادة الرياضية أو حركة المرور في المدينة ، كما أن الزيادة في استهلاك الطاقة ليست ملحوظة كما هو الحال في المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي المكافئة. ويعود ذلك إلى أن المحرك، بفضل عزمه العالي والثابت نسبياً، يستطيع زيادة سرعة دورانه بسهولة أكبر ، أو يتطلب عزماً أقل للقيام بذلك.

عزم دوران البنزين مقابل. عزم دوران الديزل مقابل. عزم الدوران الفائق

في هذا القسم، لا يُنصح بالتوقف لفترة طويلة لأن الاختلافات بين عزم الدوران الناتج عن محرك يعمل بالبنزين ومحرك يعمل بالديزل تعود إلى خصائص البناء الخاصة بكل منهما والطاقة المنبعثة من اشتعال وقودهما.

إذا أخذنا قراءة كلاسيكية لهذه الأرقام، وفهمنا ذلك على أنه مقارنة بين المحركات ذات السحب الطبيعي والمحركات التي تعمل بالحقن، أو ما يمكن اعتباره قفزة إلى حد ما إلى الوراء إلى ثمانينيات القرن الماضي ، فإن المحركات التي تعمل بالديزل كانت توفر عزم دوران أكبر عند عدد دورات أقل في الدقيقة مقارنة بمحركات البنزين ، ولكن في نظر اليوم، قد تكون مستويات قوتها سخيفة.

في هذا السياق، نذكر بداية المقال حيث أوضحتُ أن القدرة النظرية للمركبة تتناسب طرديًا مع عزم دورانها وسرعتها الزاوية. يتراوح نطاق التشغيل العملي التقريبي لمحرك البنزين ذي السحب الطبيعي بين 1.000 و5.500 دورة في الدقيقة، بينما يتراوح لمحرك الديزل ذي السحب الطبيعي بين 1.000 و4.000 دورة في الدقيقة. أما في القيادة الواقعية، فيتراوح نطاق التشغيل العملي بين 2.000 و4.000 دورة في الدقيقة لمحركات البنزين، وبين 1.500 و3.000 دورة في الدقيقة لمحركات الديزل.

إذا تركنا أحد المتغيرات ثابتًا ، على سبيل المثال الدوران عند 2.000 دورة في الدقيقة ، فسنحصل على طاقة أقل في محرك الديزل ولكن في نفس الوقت سيوفر لنا المزيد من عزم الدوران. عن ماذا يدور الموضوع؟ حسنًا ، الأمر بسيط ، إن عزم المحرك ناتج عن الحركة الخطية للمكابس وفقًا لاشتعال الوقود في غرف الأسطوانة والقوة التي يتم توليدها اعتمادًا على ما إذا كان البنزين أو الديزل محترقين. ومع ذلك ، فإن التفسير الميكانيكي صالح لكلتا الحالتين.

الإلكترونيات والشحن الفائق

اليوم، ما شرحته للتو أصبح من ذكريات أكثرنا حنينًا للماضي. في الواقع، ربما لاحظ الكثيرون منكم أن بعض الشركات المصنعة تُقدم سيارات بأرقام مختلفة لعزم الدوران والقوة، مُستمدة من نفس المحرك . أو حتى سيارة مزودة بوضع "اقتصادي" (ECO) يُمكنه تعديل هذه الأرقام بضغطة زر، كما هو الحال مثلاً مع سيارة فيات باندا كروس توين إير : في الوضع العادي، تُقدم 90 حصانًا و145 نيوتن متر من عزم الدوران، بينما في وضع "اقتصادي" (ECO) تنخفض إلى 78 حصانًا و100 نيوتن متر.

يعود هذا إلى التطورات التقنية ، وخاصة الإلكترونية، التي طُبقت في عالم السيارات. لم يعد من المستغرب اليوم سماع أنظمة توقيت الصمامات المتغيرة للمركبات ذات رؤوس الأسطوانات متعددة الصمامات، ومحركات الديزل والبنزين ذات نسبة الانضغاط نفسها، أو حتى محركات الانضغاط المتغير. ولكن إذا كان هناك شيء واحد مثّل قفزة نوعية هائلة من حيث عزم الدوران وقوة المحرك، فهو الشحن التوربيني.

على الرغم من أن تفسيرها الميكانيكي قد يكون معقدًا للغاية، إلا أن المبدأ الأساسي للشحن الفائق بسيط للغاية: زيادة الضغط داخل غرف الأسطوانة لزيادة القوة المتولدة في اشتعال الوقود، مما يجعل المكابس تنزل بقوة أكبر، وبالتالي يصل عزم دوران أكبر إلى عمود المرفق.

كما هو متوقع ، يعد تنفيذه الميكانيكي أكثر تعقيدًا إلى حد ما ويتطلب الكثير من الدراسة لموقعه الصحيح داخل غطاء السيارة ، ومشعبات مدخل ومخرج جديدة ، وتعزيزات محددة في المكابس ، وقضبان التوصيل ، والعمود المرفقي ... لكن المبدأ الأساسي هو زيادة الضغط داخل حجرة الأسطوانة وهذا ما يهم لربطه بعزم دوران المحرك.

يمكن تشغيل الشحن التوربيني مباشرةً بواسطة سرعة المحرك أو بواسطة ضغط غازات العادم. واليوم، وصلت الإلكترونيات أيضاً إلى مجال الشحن التوربيني، حيث ظهرت سيارة أودي SQ7 TDI الجديدة لأول مرة مزودة بشاحن توربيني كهربائي في السوق ، محققةً نتائج مذهلة: 435 حصاناً ثابتة بين 3.750 و5.000 دورة في الدقيقة، وعزم دوران ثابت يبلغ 900 نيوتن متر بين 1.000 و3.250 دورة في الدقيقة.

عزم الدوران أمس واليوم

حتى وقت ليس ببعيد ، كان الأشخاص الأكثر دراية فقط يعرفون أن السيارة ذات الأسطوانات المربعة (القطر = السكتة الدماغية) هي الأكثر توازناً للقيادة ، وأنه إذا كانت السكتة الدماغية أقل من القطر ، فستكون سيارة قوية ولكن بعزم دوران متواضع وأنه إذا كانت السكتة الدماغية أكبر من القطر ، فستكون عكس ذلك تمامًا ، وأكثر هدوءًا وذات عزم دوران أكبر.

اليوم، تنتمي معظم المحركات إلى عائلات معيارية ، مما يسمح للمصنعين بتقديم وحدات ذات عدد أكبر أو أقل من الأسطوانات ومحركات بنزين أو ديزل بسهولة نسبية وبأقل قدر من التغييرات؛ يتم تحديد الاختلافات في عزم الدوران والطاقة من خلال استخدام ودمج التطبيقات التقنية والإلكترونية المختلفة التي يرغب المصنع في استخدامها.

رغم كل هذا الذي شرحته في هذا المقال إلا أن الواقع يفوق النظرية في جميع الجوانب. في السوق الحالية ، يمكننا أن نجد محركات سداسية الأسطوانات بقوة محرك من ثمانية محركات ذات ثلاث أسطوانات على نحو سلس أو أكثر من المحركات الأخرى ذات الأربع أسطوانات ذات السعة المماثلة أو حتى محركات الديزل مع نفس نسبة الضغط مثل محركات البنزين وهذا هو اليوم كل شيء ممكن.

كان الهدف الرئيسي من هذه المقالة هو شرح مفهوم عزم الدوران بطريقة مبسطة، حتى تتمكن من إدراك تأثيره على القيادة اليومية، وأن قوة محرك السيارة، إن لم تكن مرتبطة بعزم الدوران، ليست مؤشراً دقيقاً لأدائها. آمل أن أكون قد حققت ذلك.