قوة الحصان

قوة الحصان
تستطيع قوة حصان إمبراطورية واحدة رفع 550 رطلاً (250 كجم) في قدم واحدة (30 سم) في  ثانية واحدة .
معلومات عامة
وحدة من	قوة
رمز	حصان

القدرة الحصانية ( hp ) هي وحدة قياس القدرة ، أو معدل إنجاز العمل ، وعادة ما تكون في إشارة إلى ناتج المحركات أو المحركات الكهربائية. هناك العديد من المعايير والأنواع المختلفة للقدرة الحصانية. هناك تعريفان شائعان مستخدمان اليوم هما القدرة الحصانية الإمبراطورية كما في "hp" أو "bhp" والتي تساوي حوالي 745.7 واط ، والقدرة الحصانية المترية كما في "cv" أو "ps" والتي تساوي تقريبًا 735.5 واط.

تم اعتماد المصطلح في أواخر القرن الثامن عشر من قبل المهندس الاسكتلندي جيمس وات لمقارنة ناتج المحركات البخارية بقوة أحصنة الجر . تم توسيعه لاحقًا ليشمل طاقة خرج الآلات الأخرى المولدة للطاقة مثل محركات المكبس والتوربينات والمحركات الكهربائية . ^{[1] [2]} يختلف تعريف الوحدة بين المناطق الجغرافية. تستخدم معظم البلدان الآن وحدة النظام الدولي للوحدات واط لقياس الطاقة. مع تنفيذ توجيه الاتحاد الأوروبي 80/181 / EEC في 1 يناير 2010، ^[3] يُسمح باستخدام قوة الحصان في الاتحاد الأوروبي كوحدة تكميلية فقط.

لقد وفر تطوير المحرك البخاري سبباً لمقارنة إنتاج الخيول بإنتاج المحركات التي يمكن أن تحل محلها. في عام 1702، كتب توماس سافري في كتابه صديق المنجم : ^[4]

"وبالتالي فإن المحرك الذي يرفع كمية من الماء تعادل ما يرفعه حصانان يعملان معًا في وقت واحد في مثل هذا العمل، يمكن أن يقوم بذلك، ويجب أن يكون هناك دائمًا عشرة أو اثني عشر حصانًا للقيام بنفس العمل. إذن أقول إن مثل هذا المحرك يمكن أن يكون كبيرًا بما يكفي للقيام بالعمل المطلوب في تشغيل ثمانية أو عشرة أو خمسة عشر أو عشرين حصانًا يتم صيانتها باستمرار والحفاظ عليها للقيام بمثل هذا العمل..."

تم استخدام الفكرة لاحقًا بواسطة جيمس وات للمساعدة في تسويق محرك البخار المحسن الخاص به. كان قد وافق سابقًا على أخذ إتاوات بنسبة ثلث المدخرات في الفحم من محركات البخار القديمة من نيوكومن . ^[5] لم ينجح مخطط الإتاوات هذا مع العملاء الذين لم يكن لديهم محركات بخارية موجودة ولكنهم استخدموا الخيول بدلاً من ذلك.

حدد وات أن الحصان يمكنه تدوير عجلة الطاحونة 144 مرة في الساعة (أو 2.4 مرة في الدقيقة). ^[6] كان نصف قطر العجلة 12 قدمًا (3.7 مترًا)؛ لذلك، قطع الحصان مسافة 2.4 × 2π × 12 قدمًا في دقيقة واحدة. حكم وات أن الحصان يمكنه السحب بقوة 180 رطلاً (800 نيوتن). ^[7] إذن:

P = W t = F d t = 180 lbf × 2.4 × 2 π × 12 قدم 1 دقيقة = 32,572 قدم ⋅ lbf دقيقة. {\displaystyle P={\frac {W}{t}}={\frac {Fd}{t}}={\frac {180~{\text{lbf}}\times 2.4\times 2\,\pi \times 12~{\text{ft}}}{1~{\text{min}}}}=32{,}572~{\frac {{\text{ft}}\cdot {\text{lbf}}}{\text{min}}}.}

يروي كتاب الهندسة في التاريخ أن جون سميتون قدر في البداية أن الحصان يمكنه إنتاج 22916 رطل قدم (31070 جول) في الدقيقة. ^[8] وكان جون ديساجوليرز قد اقترح سابقًا 44000 رطل قدم (59656 جول) في الدقيقة، واقترح توماس تريدجولد 27500 رطل قدم (37285 جول) في الدقيقة. "وجد وات من خلال التجربة في عام 1782 أن " حصان مصنع الجعة " يمكنه إنتاج 32400 رطل قدم [43929 جول] في الدقيقة." ^[9] وقام جيمس وات وماثيو بولتون بتوحيد هذا الرقم عند 33000 رطل قدم (44742 جول) في الدقيقة في العام التالي. ^[9]

تقول أسطورة شائعة أن الوحدة تم إنشاؤها عندما طلب أحد عملاء وات الأوائل، وهو صانع بيرة، محركًا يتناسب مع قوة الحصان، واختار أقوى حصان لديه وقاده إلى أقصى حد. في تلك الأسطورة، قبل وات التحدي وبنى آلة كانت في الواقع أقوى حتى من الرقم الذي حققه صانع البيرة، وأصبح ناتج تلك الآلة هو قوة الحصان. ^[10]

في عام 1993، نشر RD Stevenson و RJ Wassersug مراسلات في مجلة Nature تلخص قياسات وحسابات معدلات العمل القصوى والمستمرة للحصان. ^{[11] مستشهدين بالقياسات التي أجريت في} معرض ولاية أيوا عام 1926 ، أفادوا أن ذروة القدرة على مدار بضع ثوانٍ تم قياسها لتبلغ 14.88 حصانًا (11.10 كيلو واط) ^[12] ولاحظوا أيضًا أنه بالنسبة للنشاط المستمر، فإن معدل العمل البالغ حوالي 1 حصان (0.75 كيلو واط) لكل حصان يتوافق مع النصائح الزراعية من القرنين التاسع عشر والعشرين ويتوافق أيضًا مع معدل عمل يبلغ حوالي أربعة أضعاف المعدل الأساسي الذي تنفقه الفقاريات الأخرى للنشاط المستمر. ^[11]

عند النظر في المعدات التي تعمل بالطاقة البشرية ، يمكن للإنسان السليم أن ينتج حوالي 1.2 حصان (0.89 كيلو واط) لفترة وجيزة (انظر أوامر الحجم ) ويحافظ على حوالي 0.1 حصان (0.075 كيلو واط) إلى أجل غير مسمى؛ يمكن للرياضيين المدربين إدارة ما يصل إلى حوالي 2.5 حصان (1.9 كيلو واط) لفترة وجيزة ^[13] و 0.35 حصان (0.26 كيلو واط) لفترة عدة ساعات. ^[14] أنتج العداء الجامايكي يوسين بولت أقصى حد 3.5 حصان (2.6 كيلو واط) 0.89 ثانية في رقمه القياسي العالمي لسباق 100 متر (109.4 ياردة) في 9.58 ثانية في عام 2009. ^{[15] [ فشل التحقق ]}

في عام 2023، قامت مجموعة من المهندسين بتعديل مقياس القوة ليكون قادرًا على قياس مقدار القدرة الحصانية التي يمكن أن ينتجها الحصان. تم قياس هذا الحصان بـ 5.7 حصان (4.3 كيلو وات). ^[16]

عندما يكون عزم الدوران T بوحدات رطل قدم ، وسرعة الدوران N بوحدة دورة في الدقيقة ، فإن القدرة الناتجة بوحدة حصان تكون

${\displaystyle \{P\}_{\mathrm {hp} }={\frac {\{T\}_{\mathrm {ft{\cdot }lbf} }\{N\}_{\mathrm {rpm } }}{5252}}.}$^[17]

الثابت 5252 هو القيمة التقريبية لـ (33000 قدم⋅رطل/دقيقة)/(2π راديان/دورة).

عندما يكون عزم الدوران T بوحدة البوصة-الرطل،

${\displaystyle \{P\}_{\mathrm {hp} }={\frac {\{T\}_{\mathrm {in{\cdot }lbf} }\{N\}_{\mathrm {rpm } }}{63{,}025}}.}$

الثابت 63025 هو تقريب

${\displaystyle 33,000~{\frac {{\text{ft}}{\cdot }{\text{lbf}}}{\text{min}}}\times {\frac {12~{\frac {\text{in}}{\text{ft}}}}{2\pi ~{\text{rad}}}}\approx 63,025{\frac {{\text{in}}{\cdot }{\text{lbf}}}{\text{min}}}.}$

بافتراض أن التعريف الثالث لـ CGPM (1901، CR 70) للجاذبية القياسية ، g _n = 9.80665 م/ث ² ، يستخدم لتحديد قوة الرطل وكذلك قوة الكيلوجرام، والرطل الدولي للوزن (1959)، فإن القدرة الحصانية الإمبراطورية الواحدة هي:

1 حصان	≡ 33000 قدم·رطل/دقيقة	حسب التعريف
	= 550 قدم⋅رطل/ثانية	منذ	1 دقيقة = 60 ثانية
	= 550 × 0.3048 × 0.45359237 م⋅ كجم /ثانية	منذ	1 قدم ≡ 0.3048 متر و 1 رطل ≡ 0.45359237 كجم
	= 76.0402249068 كجم قوة ⋅م/ث
	= 76.0402249068 × 9.80665 كجم⋅م 2 /ثانية 3	منذ	ج = 9.80665 م/ث 2
	= 745.69987158227022 واط ≈ 745.700 واط	منذ	1 وات ≡ 1 جول /ثانية = 1 نيوتن ⋅م/ثانية = 1 (كجم ⋅م/ثانية 2 )⋅(م/ثانية)

أو إذا علمنا أن 1 حصان = 550 قدم⋅رطل/ثانية، و1 قدم = 0.3048 متر، و1 رطل ≈ 4.448 نيوتن، و1 جول = 1 نيوتن⋅متر، و1 وات = 1 جول/ثانية: 1 حصان ≈ 745.7 وات

تُترجم جميع الوحدات المختلفة المستخدمة للإشارة إلى هذا التعريف ( PS و KM و CV و HK و PK و K و KS و CH ) إلى قوة حصانية باللغة الإنجليزية. غالبًا ما يخلط المصنعون البريطانيون بين قوة الحصان المترية وقوة الحصان الميكانيكية اعتمادًا على أصل المحرك المعني. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يعرّف DIN 66036 القدرة الحصانية المترية الواحدة بأنها القدرة اللازمة لرفع كتلة 75 كيلوجرامًا ضد قوة جاذبية الأرض لمسافة متر واحد في ثانية واحدة: ^[18] 75 كجم × 9.80665 م/ث ² × 1 م/ث = 75  كجم قوة ⋅م/ث = 1 حصان. وهذا يعادل 735.49875 وات، أو 98.6% من القدرة الحصانية الإمبراطورية. في عام 1972، تم استبدال الحصان بوحدة الكيلووات كوحدة قياس رسمية للقدرة في توجيهات الجماعة الاقتصادية الأوروبية. ^[19]

الأسماء الأخرى للقدرة المترية هي الإيطالية cavallo vapore (cv) والهولندية paardenkracht (pk) والفرنسي cheval-vapeur (ch) والإسبانية caballo de vapor والبرتغالية cavalo-vapor (cv) والروسية лоšадиная сила (л). . с.) ، hästkraft السويدية (هونج كونج) ، الفنلندية hevosvoima (hv) ، وhobujõud الإستونية (hj) ، وhestekraft النرويجية والدنماركية (hk) ، والمجرية lóerő (LE) ، والتشيكية koňská síla ، والسلوفاكية konská sila (k أو ks )، و konjska snaga الصربية الكرواتية (KS) , كونسكا سيلا البلغارية , ال koњска المقدونية сила (KC) والبولندية koń Mechanicalzny (KM) ( مضاءة " الحصان الميكانيكي " ) والسلوفينية konjska moč (KM) والأوكرانية кинська сила (к. с.) والرومانية cal-putere (CP) و الألمانية Pferdestärke (PS) .  

في القرن التاسع عشر، كان لدى فرنسا في عصر الثورة وحدة خاصة بها تستخدم لتحل محل cheval vapeur (قوة الحصان)؛ بناءً على معيار 100 kgf ⋅m/s، أطلق عليها اسم poncelet وتم اختصارها p .

القدرة الحصانية الضريبية أو المالية هي تصنيف غير خطي لمركبة آلية لأغراض ضريبية. ^[20] كانت تصنيفات القدرة الحصانية الضريبية مرتبطة في الأصل بشكل مباشر إلى حد ما بحجم المحرك؛ ولكن اعتبارًا من عام 2000، تحولت العديد من البلدان إلى أنظمة تعتمد على انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي لا يمكن مقارنتها بشكل مباشر بالتصنيفات القديمة. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تم تسمية سيارة سيتروين 2CV على اسم تصنيف القدرة الحصانية المالية الفرنسية، "deux chevaux" (2CV). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تُظهر لوحات الأسماء الموجودة على المحركات الكهربائية ناتجها من الطاقة، وليس مدخلاتها (الطاقة التي يتم توصيلها إلى العمود، وليس الطاقة المستهلكة لتشغيل المحرك). وعادةً ما يتم تحديد ناتج الطاقة هذا بالواط أو الكيلووات. في الولايات المتحدة، يتم تحديد ناتج الطاقة بالحصان، والذي يتم تعريفه لهذا الغرض على أنه 746 وات بالضبط. ^[21]

يمكن أن تمثل القدرة الحصانية الهيدروليكية القدرة المتاحة داخل الآلات الهيدروليكية ، أو القدرة من خلال فوهة الحفر الموجودة في منصة الحفر ، ^[22] أو يمكن استخدامها لتقدير القدرة الميكانيكية اللازمة لتوليد معدل تدفق هيدروليكي معروف.

يمكن حسابها على النحو التالي ^[22]

${\displaystyle {\text{القدرة الهيدروليكية}}={\frac {{\text{الضغط}}\times {\text{معدل التدفق الحجمي}}}{1714}},}$

حيث يكون الضغط بالرطل/بوصة مربعة، ومعدل التدفق بالجالون الأمريكي في الدقيقة.

يتم تشغيل منصات الحفر ميكانيكيًا عن طريق تدوير أنبوب الحفر من الأعلى. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى الطاقة الهيدروليكية، حيث يلزم 1500 إلى 5000 واط لدفع الطين عبر لقمة الحفر لإزالة الصخور المهدرة. يمكن أيضًا استخدام الطاقة الهيدروليكية الإضافية لتشغيل محرك الطين الموجود أسفل البئر لتشغيل الحفر الاتجاهي . ^[22]

عند استخدام وحدات النظام الدولي للوحدات، تصبح المعادلة متماسكة ولا يوجد ثابت تقسيم.

${\displaystyle {\text{القدرة الهيدروليكية}}={\text{الضغط}}\times {\text{معدل التدفق الحجمي}}}$

حيث يكون الضغط بالباسكال (Pa)، ويكون معدل التدفق بالمتر المكعب في الثانية (m ³ ).

قوة حصان الغلاية هي قدرة الغلاية على توصيل البخار إلى محرك بخاري ولا تساوي وحدة قياس القدرة 550 قدم/ثانية. قوة حصان الغلاية الواحدة تساوي معدل الطاقة الحرارية المطلوبة لتبخير 34.5 رطل (15.6 كجم) من المياه العذبة عند 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية) في ساعة واحدة. في الأيام الأولى لاستخدام البخار، كانت قوة حصان الغلاية قابلة للمقارنة تقريبًا بقوة حصان المحركات التي تغذيها الغلاية. ^[23]

تم تطوير مصطلح "قوة حصان الغلاية" في الأصل في معرض فيلادلفيا المئوي في عام 1876، حيث تم اختبار أفضل محركات البخار في تلك الفترة. تم تحديد متوسط ​​استهلاك البخار لتلك المحركات (لكل قوة حصانية ناتجة) على أنه تبخر 30 رطلاً (14 كجم) من الماء في الساعة، بناءً على مياه التغذية عند 100 درجة فهرنهايت (38 درجة مئوية)، والبخار المشبع الناتج عند 70 رطل/بوصة مربعة (480 كيلو باسكال). هذا التعريف الأصلي يعادل ناتج حرارة الغلاية 33485 وحدة حرارية بريطانية/ساعة (9.813 كيلو وات). بعد بضع سنوات في عام 1884، أعادت ASME تعريف قوة حصان الغلاية على أنها الناتج الحراري الذي يساوي تبخر 34.5 رطلاً في الساعة من الماء "من وإلى" 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). أدى هذا إلى تبسيط اختبار الغلايات بشكل كبير، وتوفير مقارنات أكثر دقة للغلايات في ذلك الوقت. هذا التعريف المنقح يعادل ناتج حراري من المرجل يبلغ 33469 وحدة حرارية بريطانية/ساعة (9.809 كيلو وات). الممارسة الصناعية الحالية هي تعريف "قوة حصان المرجل" على أنها ناتج حراري من المرجل يساوي 33475 وحدة حرارية بريطانية/ساعة (9.811 كيلو وات)، وهو قريب جدًا من التعريفات الأصلية والمنقحة.

لا تزال قوة حصان الغلاية تستخدم لقياس إنتاج الغلاية في هندسة الغلايات الصناعية في الولايات المتحدة. يتم اختصار قوة حصان الغلاية إلى BHP، والتي تُستخدم أيضًا في العديد من الأماكن لترمز إلى قوة حصان الفرامل.

قوة قضيب السحب (dbp) هي القدرة المتاحة لقاطرة السكك الحديدية لسحب قطار أو جرار زراعي لسحب أداة. هذا رقم محسوب وليس محسوبًا. تحتفظ عربة سكة حديدية خاصة تسمى عربة الدينامومتر المقترنة خلف القاطرة بسجل مستمر لقوة سحب قضيب السحب والسرعة. ومن هذه البيانات، يمكن حساب القدرة المولدة. لتحديد الحد الأقصى للقدرة المتاحة، يلزم وجود حمولة يمكن التحكم فيها؛ وعادةً ما تكون قاطرة ثانية مع تشغيل فراملها، بالإضافة إلى حمولة ثابتة.

إذا تم قياس قوة قضيب السحب ( F ) بالرطل (lbf) وتم قياس السرعة ( v ) بالأميال في الساعة (mph)، فإن قوة قضيب السحب ( P ) بالحصان (hp) هي

$${\displaystyle \{P\}_{\mathrm {hp} }={\frac {\{F\}_{\mathrm {lbf} }\{v\}_{\mathrm {mph} }}{375 }}.}$$

مثال: ما مقدار القوة اللازمة لسحب حمولة قضيب سحب تبلغ 2025 رطلاً من القوة بسرعة 5 أميال في الساعة؟

$${\displaystyle \{P\}_{\mathrm {hp} }={\frac {2025\times 5}{375}}=27.}$$

الثابت 375 هو لأن 1 حصان = 375 رطل قوة ميل في الساعة. إذا تم استخدام وحدات أخرى، فإن الثابت يختلف. عند استخدام وحدات النظام الدولي للوحدات المتماسكة (الواط، والنيوتن، والأمتار في الثانية)، لا توجد حاجة إلى ثابت، وتصبح الصيغة P = Fv .

يمكن أيضًا استخدام هذه الصيغة لحساب قوة المحرك النفاث، وذلك باستخدام سرعة الطائرة والدفع المطلوب للحفاظ على تلك السرعة.

مثال: ما مقدار الطاقة المولدة بقوة دفع 4000 رطل بسرعة 400 ميل في الساعة؟

$${\displaystyle \{P\}_{\mathrm {hp} }={\frac {4000\times 400}{375}}=4266.7.}$$

تم إنشاء هذا المقياس من قبل نادي السيارات الملكي واستخدم للإشارة إلى قوة السيارات البريطانية في أوائل القرن العشرين. أخذت العديد من السيارات أسماءها من هذا الرقم (ومن هنا جاءت تسمية Austin Seven وRiley Nine)، بينما حملت سيارات أخرى أسماء مثل "40/50 hp"، والتي كانت تشير إلى رقم RAC متبوعًا بالقوة المقاسة الحقيقية.

لا تعكس القدرة الحصانية الخاضعة للضريبة القدرة الحصانية المتطورة؛ بل إنها رقم محسوب بناءً على حجم أسطوانة المحرك وعدد الأسطوانات وافتراض (قديم الآن) لكفاءة المحرك. نظرًا لأن المحركات الجديدة صُممت بكفاءة متزايدة باستمرار، لم تعد مقياسًا مفيدًا، ولكن تم الاحتفاظ بها قيد الاستخدام من قبل اللوائح البريطانية، التي استخدمت التصنيف لأغراض ضريبية . لم تكن المملكة المتحدة الدولة الوحيدة التي استخدمت تصنيف RAC؛ استخدمت العديد من الولايات في أستراليا القدرة الحصانية RAC لتحديد الضرائب. ^{[24] [25]} تم تطبيق صيغة RAC أحيانًا في المستعمرات البريطانية أيضًا، مثل كينيا (شرق إفريقيا البريطانية) . ^[26]

${\displaystyle {\text{RAC hp}}={\frac {D\times D\times n}{2.5}}}$

أين

D هو قطر (أو قطر ) الأسطوانة بالبوصة،

n هو عدد الأسطوانات. ^[27]

نظرًا لأن القدرة الحصانية الخاضعة للضريبة تم حسابها على أساس قطر الأسطوانة وعدد الأسطوانات، وليس على أساس الإزاحة الفعلية، فقد أدى ذلك إلى ظهور محركات ذات أبعاد "تحت المربع" (قطر الأسطوانة أصغر من الشوط)، والتي كانت تميل إلى فرض حد منخفض بشكل مصطنع على سرعة الدوران ، مما يعوق القدرة المحتملة الناتجة وكفاءة المحرك.

استمر الوضع لعدة أجيال من المحركات البريطانية ذات الأربع والست أسطوانات: على سبيل المثال، كان محرك جاكوار XK سعة 3.4 لتر في الخمسينيات من القرن الماضي يحتوي على ست أسطوانات بقطر 83 مم (3.27 بوصة) وشوط 106 مم (4.17 بوصة)، ^[28] حيث انتقلت معظم شركات صناعة السيارات الأمريكية منذ فترة طويلة إلى محركات V8 ذات الشكل المربع (القطر الكبير والشوط القصير) . انظر، على سبيل المثال، محرك كرايسلر هيمي المبكر .

يمكن قياس أو تقدير قوة المحرك عند عدة نقاط في عملية نقل الطاقة من توليدها إلى استخدامها. يتم استخدام عدد من الأسماء للقوة التي يتم تطويرها في مراحل مختلفة من هذه العملية، ولكن لا يوجد أي منها مؤشر واضح لنظام القياس أو التعريف المستخدم.

على العموم:

يتم تحديد القدرة الحصانية الاسمية من حجم المحرك وسرعة المكبس ولا تكون دقيقة إلا عند ضغط بخار يبلغ 48 كيلو باسكال (7 رطل لكل بوصة مربعة)؛ ^[29]

القدرة الحصانية المشار إليها أو الإجمالية هي القدرة النظرية للمحرك [PLAN/ 33000]؛

قوة حصان الفرامل/الشبكة/عمود المرفق (القوة التي يتم توصيلها مباشرة إلى عمود مرفق المحرك وقياسها عنده) تساوي

القدرة الحصانية المشار إليها مطروحًا منها الخسائر الاحتكاكية داخل المحرك (سحب المحمل، وخسائر انحراف العمود المرفقي والقضيب، وسحب طبقة الزيت، وما إلى ذلك)؛

قوة حصان العمود (القوة التي يتم توصيلها وقياسها عند عمود الإخراج لناقل الحركة، عندما تكون موجودة في النظام) تساوي

قوة حصان العمود المرفقي مطروحًا منها خسائر الاحتكاك في ناقل الحركة (المحامل، التروس، مقاومة الزيت، الانحراف، وما إلى ذلك)؛

فعّالة أو حقيقية (thp)، يشار إليها عادةً بقوة حصان العجلة (whp)، تساوي

قوة حصان العمود مطروحًا منها خسائر الاحتكاك في المفصل/المفاصل العامة، والترس التفاضلي، ومحامل العجلات، والإطار والسلسلة (إن وجدت).

تفترض كل ما سبق عدم تطبيق عوامل تضخم الطاقة على أي من القراءات.

يستخدم مصممو المحركات تعبيرات أخرى غير القدرة الحصانية للإشارة إلى الأهداف الموضوعية أو الأداء، مثل متوسط ​​الضغط الفعال للفرامل (BMEP). وهو معامل القدرة الحصانية النظرية للفرامل وضغوط الأسطوانات أثناء الاحتراق.

القدرة الحصانية الاسمية (nhp) هي قاعدة عامة تعود إلى أوائل القرن التاسع عشر وتستخدم لتقدير قوة المحركات البخارية. ^[29] وقد افترضت ضغط بخار يبلغ 7 رطل/بوصة مربعة (48 كيلو باسكال). ^[30]

القدرة الاسمية للحصان = 7 × مساحة المكبس بالبوصة المربعة × سرعة المكبس المكافئة بالقدم في الدقيقة / 33000.

بالنسبة للسفن ذات المجاديف، كانت قاعدة الأميرالية هي أن سرعة المكبس بالقدم في الدقيقة تؤخذ على أنها 129.7 × (الشوط) ^1/3.38 . ^{[29] [30]} بالنسبة للسفن البخارية اللولبية، تم استخدام سرعة المكبس المقصودة. ^[30]

كانت الشوط (أو طول الشوط) هي المسافة التي تحركها المكبس مقاسة بالقدم.

لكي تساوي القدرة الحصانية الاسمية القدرة الفعلية، فمن الضروري أن يكون متوسط ​​ضغط البخار في الأسطوانة أثناء الشوط 7 رطل/بوصة مربعة (48 كيلو باسكال) وأن تكون سرعة المكبس هي السرعة الناتجة عن العلاقة المفترضة للسفن ذات المجاديف. ^[29]

استخدمت البحرية الفرنسية نفس تعريف القوة الحصانية الاسمية التي تستخدمها البحرية الملكية. ^[29]

مقارنة بين القدرة الحصانية الاسمية والقدرة الحصانية المشار إليها
سفينة	قوة الحصان المشار إليها (ihp)	القدرة الحصانية الإسمية (nhp)	نسبة ihp إلى nhp	مصدر
دي	272	200	1.36	[29]
الجراد	157	100	1.57	[29]
الرادامانثوس	400	220	1.82	[29]
سمك التونة البيضاء	109	60	1.82	[30]
القنفذ	285	132	2.16	[29]
هاربي	520	200	2.60	[29]
سبيت فاير	380	140	2.70	[29]
حاقد	796	280	2.85	[30]
ابن آوى	455	150	3.03	[29]
إمداد	265	80	3.31	[30]
سموم	1,576	400	3.94	[30]
هيكتور	3,256	800	4.07	[30]
أجينكورت	6,867	1,350	5.08	[30]
بيلروفون	6,521	1000	6.52	[30]
العاهل	7,842	1,100	7.13	[30]
بينيلوبي	4,703	600	7.84	[30]

القدرة الحصانية المشار إليها (ihp) هي القدرة النظرية لمحرك ترددي إذا كان خاليًا تمامًا من الاحتكاك في تحويل طاقة الغاز المتمددة (ضغط المكبس × الإزاحة) في الأسطوانات. يتم حسابها من الضغوط المتولدة في الأسطوانات، والتي يتم قياسها بواسطة جهاز يسمى مؤشر المحرك - ومن ثم القدرة الحصانية المشار إليها. مع تقدم المكبس طوال شوطه، ينخفض ​​الضغط ضد المكبس بشكل عام، وعادةً ما يولد جهاز المؤشر رسمًا بيانيًا للضغط مقابل الشوط داخل الأسطوانة العاملة. من هذا الرسم البياني، يمكن حساب مقدار العمل المنجز أثناء شوط المكبس.

كانت القدرة الحصانية المشار إليها مقياسًا أفضل لقوة المحرك من القدرة الحصانية الاسمية (nhp) لأنها أخذت في الاعتبار ضغط البخار. ولكن على عكس المقاييس اللاحقة مثل القدرة الحصانية للعمود (shp) والقدرة الحصانية للفرامل (bhp)، فإنها لم تأخذ في الاعتبار خسائر الطاقة بسبب خسائر الاحتكاك الداخلي للآلات، مثل انزلاق المكبس داخل الأسطوانة، بالإضافة إلى احتكاك المحمل واحتكاك ناقل الحركة وعلبة التروس، إلخ.

قوة حصان الفرامل ( bhp ) هي القدرة المقاسة باستخدام مقياس قوة الفرامل (الحمل) في موقع محدد، مثل العمود المرفقي، أو عمود خرج ناقل الحركة، أو المحور الخلفي، أو العجلات الخلفية. ^[31]

في أوروبا، يختبر معيار DIN 70020 المحرك المزود بجميع الملحقات ونظام العادم كما هو مستخدم في السيارة. يستخدم المعيار الأمريكي الأقدم (قوة الحصان الإجمالية SAE، المشار إليها باسم bhp ) محركًا بدون مولد تيار متردد ومضخة مياه ومكونات مساعدة أخرى مثل مضخة التوجيه المعزز ونظام العادم المكتوم وما إلى ذلك، لذا كانت الأرقام أعلى من الأرقام الأوروبية لنفس المحرك. يختبر المعيار الأمريكي الأحدث (المشار إليه باسم قوة الحصان الصافية SAE) المحرك مع جميع المكونات المساعدة (انظر "معايير اختبار قوة المحرك" أدناه). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يشير مصطلح الفرامل إلى الجهاز المستخدم لتوفير قوة كبح متساوية، أو حمل متوازن، أو يساوي قوة خرج المحرك ويحافظ عليها عند سرعة دوران مرغوبة. أثناء الاختبار، يتم قياس عزم الدوران الناتج وسرعة الدوران لتحديد قوة حصان الفرامل. تم قياس وحساب قوة الحصان في الأصل باستخدام "رسم بياني للمؤشر" (اختراع جيمس وات في أواخر القرن الثامن عشر)، وفي وقت لاحق عن طريق فرامل بروني متصلة بعمود خرج المحرك. تستخدم مقاييس القوة الحديثة أيًا من طرق الكبح العديدة لقياس قوة حصان فرامل المحرك، الناتج الفعلي للمحرك نفسه، قبل الخسائر في نظام نقل الحركة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

قوة حصان العمود (shp) هي القدرة التي يتم توصيلها إلى عمود المروحة أو عمود التوربين أو إلى عمود خرج ناقل الحركة في السيارات. ^[32] قوة حصان العمود هي تصنيف شائع لمحركات العمود التوربيني ومحركات الدفع التوربيني والتوربينات الصناعية وبعض التطبيقات البحرية.

تُستخدم القدرة الحصانية المكافئة للعمود أحيانًا لتقييم محركات الدفع التوربيني . وهي تشمل القدرة المكافئة المستمدة من الدفع النفاث المتبقي من عادم التوربين. ^[33] ويُقدر أن 2.5 رطل (11 نيوتن) من الدفع النفاث المتبقي يتم إنتاجها من وحدة واحدة من القدرة الحصانية. ^[34]

يوجد عدد من المعايير المختلفة التي تحدد كيفية قياس وتصحيح قوة وعزم دوران محرك السيارة. تُستخدم عوامل التصحيح لضبط قياسات القوة وعزم الدوران وفقًا للظروف الجوية القياسية، لتوفير مقارنة أكثر دقة بين المحركات حيث تتأثر بالضغط والرطوبة ودرجة حرارة الهواء المحيط. ^[35] يتم وصف بعض المعايير أدناه.

في أوائل القرن العشرين، كان يُستشهد أحيانًا بما يسمى "قوة حصان SAE" للسيارات الأمريكية. وقد سبق هذا بوقت طويل معايير قياس قوة الحصان لجمعية مهندسي السيارات (SAE) وكان اسمًا آخر لمعيار الصناعة ALAM أو NACC لقوة الحصان وهو نفس قوة حصان RAC البريطانية المستخدمة أيضًا لأغراض ضريبية. تحالف الابتكار في مجال السيارات هو الخليفة الحالي لـ ALAM وNACC.

قبل طراز عام 1972، صنفت شركات صناعة السيارات الأمريكية محركاتها وأعلنت عنها بقوة حصان الفرامل، bhp ، والتي كانت نسخة من قوة حصان الفرامل تسمى القدرة الحصانية الإجمالية SAE لأنها تم قياسها وفقًا لمعايير جمعية مهندسي السيارات (SAE) (J245 و J1995) التي تدعو إلى محرك اختبار مخزون بدون ملحقات (مثل الدينامو / المولد، مروحة المبرد، مضخة المياه)، ^[36] ومجهزة أحيانًا برؤوس اختبار أنبوبية طويلة بدلاً من مشعبات العادم الأصلية . يتناقض هذا مع كل من معايير SAE الصافية للطاقة و DIN 70020، والتي تأخذ في الاعتبار ملحقات المحرك (ولكن ليس خسائر ناقل الحركة). كانت معايير التصحيح الجوي للضغط الجوي والرطوبة ودرجة الحرارة لاختبار القدرة الإجمالية SAE مثالية نسبيًا.

في الولايات المتحدة، سقط مصطلح bhp في الاستخدام في عامي 1971 و1972، حيث بدأت شركات صناعة السيارات في تحديد القوة من حيث صافي القدرة الحصانية وفقًا لمعيار SAE J1349. ومثل بروتوكولات SAE الإجمالية وبروتوكولات قوة المكابح الأخرى، يتم قياس صافي القدرة الحصانية وفقًا لـ SAE عند العمود المرفقي للمحرك، وبالتالي لا يأخذ في الاعتبار خسائر ناقل الحركة. ومع ذلك، على غرار معيار DIN 70020، فإن بروتوكول اختبار صافي القدرة SAE يدعو إلى ملحقات قياسية من نوع الإنتاج تعمل بالحزام، ومنقي هواء، وضوابط انبعاثات، ونظام عادم، وملحقات أخرى تستهلك الطاقة. وهذا ينتج تصنيفات تتوافق بشكل أوثق مع الطاقة التي ينتجها المحرك كما هو مهيأ ومباع بالفعل.

في عام 2005، قدمت SAE "الطاقة المعتمدة من SAE" مع SAE J2723. ^[37] للحصول على الشهادة، يجب أن يتبع الاختبار معيار SAE المعني، وأن يتم في منشأة حاصلة على شهادة ISO 9000 /9002 وأن يشهد عليه طرف ثالث معتمد من SAE.

تحولت بعض الشركات المصنعة مثل هوندا وتويوتا إلى التصنيفات الجديدة على الفور. ^[38] انخفض تصنيف تويوتا كامري 3.0 لتر 1MZ-FE ^{V6 من 210 إلى 190 حصانًا (160 إلى 140 كيلو واط). [38]} تم تصنيف لكزس ES 330 وكامري SE V6 (3.3 لتر V6) من الشركة سابقًا عند 225 حصانًا (168 كيلو واط) ولكن ES 330 انخفضت إلى 218 حصانًا (163 كيلو واط) بينما انخفضت كامري إلى 210 حصان (160 كيلو واط). كان أول محرك معتمد بموجب البرنامج الجديد هو 7.0 لتر LS7 المستخدم في شيفروليه كورفيت Z06 لعام 2006. ارتفعت القوة المعتمدة قليلاً من 500 إلى 505 حصان (373 إلى 377 كيلو واط).

بينما تعيد تويوتا وهوندا اختبار مجموعات مركباتهما بالكامل، فإن شركات صناعة السيارات الأخرى تعيد عمومًا اختبار تلك التي تحتوي على مجموعات نقل حركة محدثة فقط. ^[38] على سبيل المثال، تم تصنيف فورد فايف هاندرد 2006 بقوة 203 حصان (151 كيلو وات)، وهو نفس تصنيف طراز 2005. ومع ذلك، فإن تصنيف عام 2006 لا يعكس إجراء اختبار SAE الجديد، حيث لم تختر فورد تحمل النفقات الإضافية لإعادة اختبار محركاتها الحالية. ^[38] بمرور الوقت، من المتوقع أن تمتثل معظم شركات صناعة السيارات للمبادئ التوجيهية الجديدة.

شددت جمعية مهندسي السيارات قواعدها الخاصة بقوة الحصان للقضاء على فرصة مصنعي المحركات للتلاعب بالعوامل التي تؤثر على الأداء مثل كمية الزيت الموجودة في علبة المرافق، ومعايرة نظام التحكم في المحرك، وما إذا كان المحرك قد تم اختباره باستخدام وقود عالي الأوكتان. في بعض الحالات، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيير في تصنيفات قوة الحصان.

DIN 70020 هو معيار DIN الألماني لقياس قوة حصان المركبات على الطرق. يتم قياس قوة حصان DIN عند عمود خرج المحرك كشكل من أشكال قوة الحصان المترية وليس قوة الحصان الميكانيكية. على غرار تصنيف القدرة الصافية SAE، وعلى عكس القدرة الإجمالية SAE، يقيس اختبار DIN المحرك كما هو مثبت في المركبة، مع توصيل نظام التبريد ونظام الشحن ونظام العادم الأساسي. غالبًا ما يتم اختصار DIN hp إلى "PS"، وهو مشتق من الكلمة الألمانية Pferdestärke (حرفيًا، "قوة الحصان").

كان يتم استخدام معيار اختبار من قبل CUNA الإيطالية ( Commissione Tecnica per l'Unificazione nell'Automobile ، Technical Commission for Automobile Unification)، وهي كيان فيدرالي لمنظمة المعايير UNI ، في إيطاليا سابقًا. نصت CUNA على اختبار المحرك مع تركيب جميع الملحقات اللازمة لتشغيله (مثل مضخة المياه)، بينما يمكن حذف جميع الملحقات الأخرى - مثل المولد/المولد الكهربائي، ومروحة الرادياتير، ومشعب العادم. ^[36] يجب أن تكون جميع المعايرة والملحقات كما هو الحال في محركات الإنتاج. ^[36]

ECE R24 هو معيار الأمم المتحدة للموافقة على انبعاثات محرك الاشتعال بالضغط، وتركيب وقياس قوة المحرك. ^[39] وهو مشابه لمعيار DIN 70020، ولكن مع متطلبات مختلفة لتوصيل مروحة المحرك أثناء الاختبار مما يجعلها تمتص طاقة أقل من المحرك. ^[40]

ECE R85 هو معيار الأمم المتحدة للموافقة على محركات الاحتراق الداخلي فيما يتعلق بقياس القدرة الصافية. ^[41]

80/1269/EEC بتاريخ 16 ديسمبر 1980 هو معيار الاتحاد الأوروبي لقوة محرك المركبات على الطرق.

تنشر المنظمة الدولية للمعايير (ISO) عدة معايير لقياس قوة حصان المحرك.

• تحدد المواصفة ISO 14396 المتطلبات الإضافية والطريقة لتحديد قوة محركات الاحتراق الداخلي الترددية عند تقديمها لاختبار انبعاث العادم وفقًا للمواصفة ISO 8178. وهي تنطبق على محركات الاحتراق الداخلي الترددية للاستخدام البري والسككي والبحري باستثناء محركات المركبات الآلية المصممة في المقام الأول للاستخدام على الطرق. ^[42]
• ISO 1585 هو رمز اختبار صافي القدرة للمحرك المخصص للمركبات على الطرق. ^[43]
• ISO 2534 هو رمز اختبار القدرة الإجمالية للمحرك المخصص للمركبات على الطرق. ^[44]
• ISO 4164 هو رمز اختبار صافي طاقة المحرك المخصص للدراجات النارية. ^[45]
• ISO 4106 هو رمز اختبار صافي طاقة المحرك المخصص للدراجات النارية. ^[46]
• ISO 9249 هو رمز اختبار صافي القدرة للمحرك المخصص للآلات المتحركة. ^[47]

JIS D 1001 هو رمز اختبار القدرة الصافية والإجمالية للمحرك الياباني للسيارات أو الشاحنات التي تحتوي على اشتعال شرارة أو محرك ديزل أو محرك حقن الوقود. ^[48]

• استهلاك الوقود الخاص بالفرامل - كمية الوقود التي يستهلكها المحرك لكل وحدة طاقة خرج
• اختبار قوة المحرك
• توجيهات وحدات القياس الأوروبية
• ساعة حصانية
• متوسط ​​الضغط الفعال
• عزم الدوران

• ما هو مقدار قوة الحصان؟
• كيف تعمل الأشياء: قوة الحصان