مفهوم اسب بخار برای قدرت موتور خودرو به چه معناست؟

حتما بارها شنیده‌اید که در زمان معرفی خودرو به واحد اسب بخار پیشرانه آن نیز اشاره می‌شود. اما اسب بخار به چه معناست و چه ویژگی موتور خودرو را بازگو می‌کند؟

مخترع اسکاتلندی جیمز وات در اواخر قرن هجدهم میلادی از واژه اسب بخار برای مقایسه بازده موتور بخار با قدرت اسب‌های کاری استفاده کرده و آن واژه را به تصویب رساند. از آن پس برای سنجش بازده موتورهای پیستونی، الکتریکی و توربین‌ها از این واژه استفاده می‌شود. البته در عصر حاضر به دلیل تعریف‌های مختلفی که برای این اصطلاح وجود دارد، آنچنان در علوم از آن استفاده نمی‌کنند.

امروزه در صنعت خودروسازی از اصطلاح اسب بخار به عنوان مقیاسی برای توان موتورهای درون‌سوز استفاده می‌شود. واحد توان در دستگاه را با SI وات می‌شناسند و یک اسب بخار بین 735.5 تا 750 وات است. در برخی از منابع و محاسبات مهندسی برق نیز یک اسب بخار را معادل 746 وات می‌دانند.

نگاهی به تاریخچه اسب بخار 

می‌توان داستان اسب بخار را به زمانی مربوط دانست که جیمز وات، مخترع اسکاتلندی در یک معدن زغال سنگ مشغول به کار بود و اسب‌ها نیز وظیفه حمل زغال سنگ را بر عهده داشتند. از این رو این مخترع به دنبال معیاری بود تا بتواند توان هر یک از این اسب‌ها را بیان کند. بررسی‌های وات نشان داد که به طور متوسط یک اسب معدن قادر است 22 هزار پوند- فوت (حدود 30 کیلوژول) کار را در یک دقیقه به انجام برساند. وی در ادامه این عدد را 50 درصد افزایش داد و اسب بخار را 33 هزار پوند-فوت (حدود 45 کیلوژول) انرژی در یک دقیقه در نظر گرفت. چنین واحدی که فقط بر اساس معیار این مخترع اسکاتلندی برآورد شد، امروزه با گذشت چند قرن همچنان یک شاخصه سنجشی در خودروها، ماشین‌های چمن‌زنی، اره‌برقی‌ها و برخی از جاروبرقی‌ها است.

مفهوم اسب بخار

به طور کلی برای مفهوم اسب بخار می‌توان این را بیان کرد که از نظر وات، یک اسب قادر است در هر دقیقه 33 هزار پوند-فوت کار را به انجام برساند. یعنی یک اسب را در نظر بگیرید که می‌تواند زغال را در معدن حمل کند؛ این اسب دارای یک توان اسب بخار است و می‌تواند 330 پوند (150 کیلوگرم) زغال را در مدت 1 دقیقه حدود 100 فوت (30 متر) بالا بکشد. در واقع می‌توانید ترکیب‌های متعددی از وزن و جابه‌جایی زغال سنگ در یک دقیقه را در نظر بگیرید؛ البته فقط تا جایی که حاصل ضرب آنها 33 هزار شود. در این صورت قدرتی برابر با یک اسب بخار در اختیارتان قرار دارد.

از طرفی احتمال این که اگر 33 هزار پوند برابر با 15 تن را در یک ظرف قرار دهیم تا یک اسب بتواند آن را در مدت 1 دقیقه، حدود 1 فوت (30 سانتی‌متر) جابه‌جا کند، کمی غیرممکن به نظر برسد؛ چون اسب قادر به حمل چنین بار سنگینی نخواهد بود. همچنین نمی‌توان تصور کرد که یک اسب بتواند 1 پوند (450 گرم) زغال سنگ را در مدت 1 دقیقه تا 33 هزار فوت (10 کیلوگرم) حمل کند؛ چراکه در چنین شرایطی اسب باید حدود 375 مایل در سرعت (603 کیلومتر بر ساعت) سرعت داشته باشد که این موضوع نیز امکان‌پذیر نیست. اما با لحاظ کردن قرقره و طناب چنین جابه‌جایی امکان‌پذیر خواهد بود؛ یعنی با نصب کردن قرقره‌ها در یک ردیف مناسب که با سرعت و بار اسب هماهنگ باشد، می‌توان آن را عملی کرد و دیگر مهم نخواهد بود در سطل چه باری قرار دارد.

تبدیل اسب بخار به سایر واحدها

همانطور که اشاره شد یک اسب بخار با 746 وات برابر است. از این رو اگر چرخی را به اسب متصل کنیم تا با حرکت اسب، چرخ‌ها نیز بچرخند، با گردش چرخ‌ها قادر خواهیم بود مولد برقی را روشن کرده و حدود 76 وات تولید کنیم. این انرژی که توسط یک اسب بخار تولید می‌شود در مدت 1 ساعت معادل 2545BTS بوده که هر BTS برابر با انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک پوند آب به مقدار یک درجه فارنهایت است. همچنین یک BTS معادل 1055 ژول یا 252 گرم-کالری یا 252/0 کالری غذایی است. از طرفی یک اسب به احتمال زیاد به ازای هر یک ساعت حدود 641 کالری غذایی مصرف می‌کند.

منحنی توان موتور

منحنی توان موتور با ترسیم نمودار توان یک موتور بر اساس اسب بخار در مقابل دور موتور به دست می‌آید. این نمودار به خوبی نشان می‌دهد هر موتور یک توان بیشینه و یک دور موتور ویژه با نام گشتاور بیشینه دارد. حتما در بروشورهای تبلیغاتی در قسمت مشخصات موتور اصطلاح اسب بخار در دور بر دقیقه (hp/rpm) را دیده‌اید؛ برای مثال قدرت موتور پژو 206 تیپ 2 حدود 75 اسب بخار در 5500 دور در دقیقه است.