اسب‌ بخار (Horsepower) که به اختصار hp هم نوشته می‌شود، واحد توان به معنای میزان کار انجام‌شده در واحد زمان است. جیمز وات اسکاتلندی از آن برای مقایسه‌ی توان موتور بخار با قدرت اسب‌های کاری استفاده کرد. بعد از آن، مفهوم و کارکردش گسترده‌تر شد و برای سنجش توان موتورهای پیستونی و الکتریکی و توربین‌ها هم از آن استفاده کردند. در صنعت خودروسازی، اسب بخار اصطلاح رایجی برای سنجش توان موتورها به حساب‌ می‌آید که ارتباط نزدیکی با گشتاور استفاده‌شده در هر خودرو دارد. در این مقاله از مجله‌ی خودرویی ستوده از تاریخچه تا راه‌های افزایش اسب بخار را مطالعه خواهید کرد تا به طور کامل با این مفهوم اساسی آشنا شوید.

تاریخچه‌ی اسب بخار

قصه‌ی اسب بخار از سال ۱۷۰۲ شروع شد. زمانی که توماس ساوری (Thomas Savery) کتابی با عنوان «دوست معدنچی» نوشت و برای اینکه ذهنیاتش درباره‌ی اختراع جدیدش را به زبان ساده بیان کند، این جمله‌ها را در کتابش آورد:

فرض کنید موتور پمپ آب، آب را با توانی معادل کار دو اسب بالا بکشد. در این صورت، برای انجام پیوسته‌ی کار، به ۱۰ یا ۱۲ اسب نیاز داریم که نگهداری همه‌ی آن‌ها در مزرعه مشکل بزرگی است. به خاطر همین، فکر می‌کنم این موتور به اندازه‌ی ۱۰ تا ۱۲ اسب توان انجام کار دارد. در آینده، موتورهای بزرگتری را می‌توان طراحی کرد که به اندازه‌ی هشت، ده، پانزده یا حتی بیست اسب، توان انجام کار خواهند داشت.

اختراع ساده و ابتدایی ساروی در تب و تاب انقلاب صنعتی، گامی رو به جلو در حوزه‌ی حمل‌ونقل بود. با این اختراع او توانست انرژی گرمایی بخار آب را به انرژی جنبشی تبدیل کند تا از طریق آن وسایل نقلیه حرکت کنند. بعد از آن، نوبت به مهندس و مخترعی اسکاتلندی به نام جیمز وات (James Watt) رسید تا روی شانه‌های توماس ساروی بایستد و تا مفهوم اسب بخار را توسعه دهد. مهم‌ترین کاری که وات انجام داد این بود که واحدی برای اندازه‌گیری اسب بخار تعریف کرد تا از طریق آن بتواند دست به مقایسه‌ی توان تولیدی ماشین‌های مختلف بزند. ساده‌تر کردن مفهوم اسب بخار برای مردم، به‌خصوص کشاورزان، چالشی بود که وات به خوبی از پس آن برآمد. استفاده از اسب در معادن ذغال سنگ معمول بود و به همین دلیل جیمز وات دست روی آن گذاشت تا انتقال آن قابل فهم‌تر باشد. براساس محاسبات جیمز وات، میزان نیرویی یک اسب برای بالا کشیدن ۷۵ کیلوگرم زغال سنگ به ارتفاع یک متر در مدت یک ثانیه را می‌توان یک اسب بخار درنظر گرفت. به بیان ساده‌تر اگر یک اسب در یک ثانیه، ۷۵ کیلوگرم را یک متر بالا ببرد، در واقع توان آن را می‌توان یک اسب بخار حساب کرد. به این نکته توجه کنید که واحد توان وات است که هر کیلووات (۱۰۰۰وات) با ۱.۳۴ اسب بخار برابر است و معمولاْ برای توان خودروها از واحد اسب بخار استفاده می‌شود. به همین دلیل ما هم در این مقاله از اسب بخار استفاده می‌کنیم.

کارکرد اسب بخار در قدرت موتور خودرو

از مسائل تاریخی فاصله بگیریم و سراغ اسب بخار در خودرو برویم. شاید ساده‌ترین تعریف این باشد که اسب بخار خودرو، میزان سرعتی است که بعد از بالا رفتن دور موتور احساس می‌کنید. سنجش توانایی موتور برای انجام کار در یک بازه‌ی زمانی مشخص روی دوش اسب بخار است. خودروهایی با اسب بخار بالاتر، عملکرد مطلوب‌تری در سرعت‌های بالا دارند و اصطلاحاً تندو تیزتر عمل می‌کنند.

تفاوت گشتاور با اسب بخار

به‌طور ساده، گشتاور همان نیروی اولیه‌ای است که لاستیک‌های خودرو را به چرخش درمی‌آورد و باعث می‌‌شود برای لحظاتی به پشتی صندلی بچسبید. به عبارت دیگر، وظیفه‌ی گشتاور این است که نیرو موتور برای انجام کار در یک لحظه معین را اندازه‌گیری ‌کند. ماشین‌بازها گشتاور خودرو را با صدای غرش آن تشخیص می‌دهند. معیاری که می‌تواند سطح توانایی موتور را تاحد زیادی مشخص کند. خودروهایی با گشتاور بالاتر، کارهای قدرتی را با سرعت کمتری انجام می‌‌دهند. کامیون‌ها مثال بارزی برای کارکرد گشتاور بالا به حساب می‌آیند. نیرویی که احتراق موتور ایجاد می‌کند باعث چرخش میل لنگ می‌شود و بر آن گشتاور اعمال می‌کند. بعد گیربکس با دریافت گشتاور و انتقال آن به چرخ‌ها باعث حرکت خودرو می‌شود.

رابطه‌ی گشتاور و اسب بخار

در خودرویی با اسب بخار بالاتر، سرعت دوران بالاتر است و موتور می‌تواند در دورهای بالاتری کار کند که در دسته‌بندی خودروهای سرعتی قرار می‌گیرند. گشتاور بالاتر باعث قدرت بیشتری خودرو می‌شود و در نتیجه سرعت دوران موتور کمتر است و در دورهای پایین‌تری می‌تواند کار کند که این ویژگی‌ خودروهای قدرتی است. به عنوان مثال خودروهای سواری شهری اسب بخار و گشتاور تقریباً برابر و متعادلی دارند. این دسته از خودروها امکان رسیدن به سرعت‌های بالاتری را دارند ولی نباید انتظار حمل بار زیادی از آن‌ها داشت. در آن سر طیف، خودروهای کِشنده گشتاور خیلی بالاتری نسبت به اسب بخار تولیدی موتور خود دارند و خودروهای قدرتی محسوب می‌شود. این دسته از خودروها با اینکه امکان رسیدن به سرعت های بالا را ندارند ولی توانایی حمل بار زیادی نشان‌دهنده‌ی قدرت آن‌هاست.

در حالی که موتورهایی که سرعت دورانی بالاتری دارند، به خروجی اسب بخار بیشتر، تمایل دارند. ارتباط گشتاور و اسب بخار با این فرمول به راحتی قابل فهم است:

اسب بخار = گشتاور (ضربدر) دور موتور (تقسیم بر) ۵۲۵۲

در این فرمول با وارد کردن مقدار دور موتور موردنظرتان، می‌توانید به محدوده‌ی توان تولید‌شده‌ی موتور برسید. سازندگان موتور خودرو، با اندازه‌گیری مقادیر و رابطه‌ی بین گشتاور و اسب بخار روی دینامومتر، نتایج آن را روی گراف داینو ارائه می‌دهند. همچنین برای اندازه‌گیری توان تولیدی موتور می‌توان از سر میل لنگ با حداقل تلفات نیرو یا سر چرخ با مقداری تلفات، استفاده کرد. بررسی نمودار داینو یک موتور نشان می‌دهد که میزان گشتاور در دورهای پایین بیشتر و اسب بخار در دورهای بالا افزایشی است. نمودار این دو شاخص، همیشه در ۵۲۵۲ دور در دقیقه همدیگر را قطع می‌کنند. باتوجه به فرمول بالا، اگر دور موتور ۵۲۵۲ دور در دقیقه باشد، گشتاور و اسب بخار برابر خواهند بود.

اسب بخار یا گشتاور، کدام مهم‌تر است؟

پاسخ به این سؤال به کاربرد شما از خودروی موردنظرتان بستگی دارد. باتوجه به تعریفی که از هر دو مفهوم ارائه دادیم، هر دو شاخص برای جابجایی وسیله نقلیه ضروری است و در فروش خودرو تاثیر زیادی دارند. با تمام این‌ها اگر خودرو را برای حمل بار سنگین نیاز دارید بهتر سراغ خودروهایی بروید که گشتاور بالاتری دارند. اما اگر عشق سرعت هستید، قضیه به کل فرق می‌کند. در آن صورت خودرویی نیاز دارید که موتور آن اسب بخار بالاتری داشته باشد. هرچند باید به این نکته توجه کنید که هردوی این شاخص‌ها، یعنی اسب بخار و گشتاور به‌طور مستقیم به یکدیگر ارتباط دارند و جدای از هم عمل نمی‌کنند.

آیا امکان افزایش اسب بخار وجود دارد؟

راه‌هایی زیادی وجود دارد که از طریق آن‌ها بتوانید توان یا همان اسب بخار موتور را افزایش دهید. افزایش حجم موتور یا تغییر در سامانه‌ی نرم‌افزاری کامپیوتر خودرو  مواردی هستند که در کنار پاشش سوخت بیشتر باعث افزایش توان خودرو می‌شود. در کنار این موارد، استفاده از سیستم‌های مکش پرخوران مثل توربوشارژر یا سوپرشارژ را هم می‌توانید استفاده کنید که میزان هوای ورودی به موتور را افزایش می‌دهند و در نهایت توان پیشرانه‌ی را بالاتر می‌برند. راه دیگری که می‌توان از طریق آن قدرت موتور را بالاتر برد استفاده از گاز NO2 یا نیترو است. اگر هیچکدام از این راه‌ها مورد علاقه‌تان نیست، سراغ هدرز یا منیفولد استیل بروید. این‌ موارد باعث می‌شوند تا گاز خروجی راحت‌تر تخلیه شود. و در نتیجه به افزایش اسب بخار کمک می‌کند. اما در سمت دیگر ماجرا، سوخت بی‌کیفیت، شمع، وایر و کوئل معیوب قدرت موتور خودروی شما را کاهش می‌دهند. این را هم به خاطر داشته باشید که ضعیف شدن رینگ پیستون انرژی را هدر می‌دهد و قدرت موتور را کاهش می‌دهد.

سخن پایانی

اسب بخار (hp) به توان خروجی موتورها اشاره دارد و برای بیان میزان توان موتورهای احتراقی یا الکتریکی از آن استفاده می‌شود. در واقع توان یک موتور با مقدار کار انجام شده توسط آن در یک زمان مشخص برابر است که اسب بخار را واحدی برای بیان آن مشخص کرده‌اند. در علم فیزیک هم کار با حاصل‌ضرب نیرو در مسافت تعریف می‌شود، یعنی میزان نیرویی که برای جابجایی اجسام مورد استفاده قرار می‌گیرد. مفهومی که به طور معمول در کنار اسب بخار قرار می‌گیرد گشتاور است. هردو شاخص اسب بخار و گشتاور، معیارهای مهمی برای مقایسه‌ی خودروها با یکدیگر و انتخاب خودروی مناسب برای خرید هستند. اینکه کدام مؤلفه اولویت دارد، به‌طور مستقیم با نیاز شما ارتباط دارد، اما نباید فراموش کنید که عملکرد هردو روی یکدیگر تأثیر می‌گذارند.