トルクと馬力について １
[9582] トルクと馬力？
投稿者：雪国ＦＲ馬鹿 車種名：クレスタ 投稿日：2005/11/16(Wed) 11:51
こんにちわ。
トルクと馬力とは、何が違うのか教えてください。
トルクというのは、棒を捻る力ですよね？
馬力というのは、トルクに時間が絡んでくる、という考え方でいいのでしょうか？
トルクというのは、何となく分かるんです。馬力というのも、定義で説明されれば
大体わかります。
でも...それでエンジンの話になると、何が違うのか全く分からないんです。
よくスペック表を見ると、
最大出力 64ps/6000rpm
最大トルク 11.2kg・m/3200rpm
などのように書いてありますよね？
何故、最大トルクと最大出力では、エンジン回転数が違うのでしょうか。
自分の中では、「エンジンってのは回せば回すほどパワーがあるんじゃないのか？」と
考えているのですが...
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：jeyson 車種名：FIAT 投稿日：2005/11/16(Wed) 15:09
トルクってのは
要は押し出す力です。
変速付き自転車で
1速はこぐのが楽で坂道でも
ぐいぐい登りますよね。
でもスピードは出ません。
最高速は高い段数のギアに変えることで
でますよね。
要はその違いです。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：jeyson 車種名：FIAT 投稿日：2005/11/16(Wed) 15:48
自己レスですが
これだとギアの説明にはなっても
トルクと馬力の説明じゃないですね。
こんな感じですね。
http://www8.plala.or.jp/taiga50/zatu/NmkW.htm
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：たける 車種名：コペン 投稿日：2005/11/16(Wed) 16:58
見たことのある、最大馬力と最大トルクの数値ですね・・・(笑)
なぜ、最大値となる回転数が違うか？ということですが、答えは、
「トルクが回転数によって一定ではないから。」です。
http://www.suzukisport.com/ss_racing/data/tc02grf_k100n_l.gif
この図を見てください。
グラフの上の方の点線の曲線がエンジン回転数(横軸)に対する、トルク(縦軸)です。
赤い線が説明しやすいので、赤い線を見てください。
赤い点線（トルク）は、およそ5800rpmのところにトルクピークがあります。
それよりも低回転・高回転どちらをとっても、トルクは低くなります。
では、馬力（赤の実線）はどうでしょう？およそ6,200rpmのところに
馬力のピークがあります。
馬力はトルク×回転数×係数で計算されますので、
トルクが回転数によって、点線のように大きく変化する場合、
最大トルクと最大馬力は同じ回転数にはなりません。
もう少し簡単に言うと、仮にトルクが回転数に対して一定の場合
上の計算式によって、馬力は回転数が上がれば上がるほど、
一次的に上がっていきます。雪国FR馬鹿さんが考えている通りになります。
電子制御されるモーターなどがこの例で、回転数に対してトルク一定であれば
回転数を上げるほど馬力が上がるということです。
－－－－－－－－－－－－－－－－
そのエンジンの特性を考える場合、上記のような
「ピークトルク・ピーク馬力」の数値だけでは、実際のエンジンのフィーリングは
理解できません。
実際には、上のグラフのような、回転数×トルク曲線が大事です。
低排気量ターボ車特有の、低回転トルクピーク重視のエンジンの場合、
高回転ではトルクが低くなり、エンジンを高回転まで回しても、
馬力が頭打ちになります。（最高速が抑えられる）
それに対し、トルク曲線がフラットで割りと高回転側にピークがあるような
大排気量のＮＡ車（３３Ｚのような車）の場合、低回転のトルクよりも
むしろ高回転・高速での安定性・追い越し・最高速重視となります。
「フラットなトルク」だとか「トルクがピーキー」という言葉は、
こういうことを言っているのです。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/16(Wed) 18:56
トルクと馬力の違いについて
馬力＝トルク×回転数（×定数）によって求める算出することができます。
具体的なイメージとして
トルクの違いをボーリング玉と野球ボールの重さの差と思って下さい。
ボーリング玉のほうが重い分、トルクが大きいです。
この重さは回転数が変わっても一定です。
逆に馬力は回転数に影響を受けるので、例えばボーリング玉と野球ボールが
同じ回転数で転がって衝突したらボーリング玉の方がトルクがある分強いですが、
逆に、止まりそうなボーリング玉に高回転の野球ボールが衝突した場合、
野球ボールが勝ちます。これは野球ボールの方が回転数が高い分、馬力が大きいからです。
最大トルク、最大出力について、
トルクが一定にならないのは、低回転時の熱損失と高回転時の給排気効率による影響が大き
い為です。
エンジンは熱膨張によってピストンを押し下げますが、低回転時は熱がシリンダ壁などへ
逃げる時間が長いため、熱効率が低下します。
４気筒より６気筒のほうが低速トルクが小さいのも、燃焼室の表面積の差が大きく、
熱が多く逃げてしまう為です。
また、扇風機の風が遠くへ届くまでに時間がかかる事からわかるように、気体にも慣性があ
ります。
6000rpmではピストンが上死点から下死点まで移動するのに0.005秒しかなく、
高回転時は気体が追従できなくなり、給排気効率が低下します。
よって、極高回転では給排気効率が極端に下がりトルクがなくなるため、馬力は頭打ちにな
ります。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/16(Wed) 21:10
↑漢字が間違っていました(^^;
×給排気
○吸排気
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：雪国ＦＲ馬鹿 車種名：クレスタ 投稿日：2005/11/17(Thu) 17:31
みなさん、ありがとうございます。
たけるさん
いい例がないか探していて、近くにカタログがあったので^^;
すみません、まだどうしても分かりません(泣)
例えば、最大トルクが 30kg・m/4000rpm のエンジンと、 40kg・m/3000rpm のエンジンがあ
ったとします。
この２つは、馬力は同じになりますよね？
でも自分の考えでは、より低回転でより大きなトルクを出せる後者の方が、jeysonさんのリンクに
あった「効率の良さ」という意味では勝っているのでは？となってしまうのですが...
ビオレUさんの例を拝借しますが、
ボーリング玉と野球のボールが転がっていて正面衝突した時、どちらも停まったとします。
となると、双方の馬力は同じですよね？
でも一定時間の移動量は、圧倒的に野球のボールの方が大きいですよね。
これが「効率の良さ」という意味なのでしょうか？
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：たける 車種名：コペン 投稿日：2005/11/18(Fri) 11:50
No.9584で、jeysonさんがリンクされている、
http://www8.plala.or.jp/taiga50/zatu/NmkW.htm
のページで、間違いを見つけました。
トルクの定義は、1kgの重りを1m持ち上げる力ではなくて、
回転軸に「１ｍの長さの棒を取り付け」、その棒の先に1kgの重りをぶら下げた
状態のものを、「回転させるために必要な力」です。
分かりやすく言うと、出力軸に半径１ｍの滑車を取り付け、その滑車にロープを
巻いて、ロープの先に重りをぶら下げたとき、その重りを持ち上げるために
必要な力のことを、トルクと言います。
下記ページに、トルクと馬力の分かりやすい解説が載っていました。
雪国ＦＲ馬鹿さん、これ読んでみてください。
そうすると、上の、30kgm/4000rpm（簡単のためにＡ）と40kgm/3000rpm（Ｂ）の特性の違い
が多少理解できるかも？？
Ｂのエンジンの方が、Ａエンジンよりも低回転で同じ馬力が得られるため、
「効率の良いエンジン」と言うことができますが、
このとき、実際に考慮すべきなのは、「ギア比」と「車の質量」です。
だんだん物理の授業になってきてしまいますが、Ａ及びＢのトルク発生の
回転数において、その時のギア比・タイヤ径によって、速度が決まります。
全く同じ車に、Ａエンジン・Ｂエンジンを積んで、上記最大トルク
発生回転で保持したまま、停止状態からクラッチをつないで（エンストとか無視）
車を発進させた場合、どちらが速いでしょうか？（総重量やギア比が同じと仮定。）
「ここで大切なのは、速い」の定義です。
ひじょ～～～～に単純化するために、総重量は同じとして、
総減速率（ギア比）は、１。タイヤの直径を１ｍとします。
Ａの理論最高速度は、１ｍ×π×4000rpm×60＝754km/h（ありえませんが）
Ｂは、１ｍ×π×3000rpm×60＝565km/h
回転数が高い、Ａ車の方が最高速度が高いに決まっています。
では、同じＢ車の最高速度565km/hまでに達する時間＝加速度はどうでしょうか？
力と加速度の関係式、Ｆ＝ｍａを思い出してください。Ｆ＝力。ｍ＝質量。ａ＝加速度。
Ａ，Ｂの場合、ｍが同一ですが、Ｆ＝力（トルク）が違います。
ａ＝Ｆ／ｍですので、Ｆの大きいＢ車の方がａの加速度が大きくなります。
（実際にはトルクとは回転の力なので、厳密な計算はもう少しややこしいです）
では、馬力は効率を表す。とは、この場合どう考えるのでしょう？
実際に車が走る場合、タイヤが路面に力を加えてその反力で前に進むわけですが、
回転トルクを走行のための力に換算するモーメントの計算、
タイヤと路面の摩擦力、重力加速度、車の質量、などなどの値を使って、
「最高速度までに必要な加速トルク」と、
「最高速で等速運動を維持させるために必要なトルク」が計算できます。
この両者の必要トルクに対して、エンジンの持つ本来の能力トルクに、
どれだけ余裕があるか？が「効率」という表現でいえるのかな？と思います。
ビオレＵさんのエンジンの説明は納得ですが、
ボーリングの玉と野球の玉の比較例は、質量の違いと速度の違いが
関わってきて、更にその衝突となると、運動エネルギー・力積の問題になり、
エンジンのトルク特性の違いの説明には、
ちょっと分かりにいと思いますが、いかがでしょ？
ボーリングの玉と野球の玉が衝突してどちらも止まった場合、
馬力が同じなのではなく、運動エネルギーが同じなのです。力積が同じなのです。
（他にも弾性衝突という考えも必要ですが）
重さの違いの分だけ、速度が反比例して違っていて、その結果両者の
運動エネルギーが同じになっただけですよね。
この考えに馬力を持ち出すのはちょっと意味合いが違いますね。
馬力は出力です。転がっているボールには重力と摩擦以外、何の力も働いていません。
運動エネルギーという内部エネルギーを持っているだけです。
エンジンは、常に「出力を出し続けている」わけですから、
そこは混同しない方が良いでしょう。
懐かしい、物理の公式を持ち出して書いてみましたが、
間違っていることもあるかもしれません。どなたか、ご指摘を・・・(笑)
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：たける 車種名：コペン 投稿日：2005/11/18(Fri) 11:57
馬力＝仕事率、効率。の話を言及してませんでしたね。
もう少し考えます。
加速度の説明のところ、自信なくなってきました。
なんかしっくりこないなぁ。・・・
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ヨシ 車種名：ファミリアＳワゴン後期スポルト２０（３２３Ｆ化改造） 投稿日：2005/11/18(Fri) 12:42
凄く勉強になりますね、私はずっと見ているだけでして感心しているだけです。
専門的な難しい事で私は入る余地はありません。楽しく見させて貰います。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/18(Fri) 19:23
内燃機関の効率とは一般に熱効率の事を言います。
発生回転数やトルクの値ではなく、燃料の持つ熱量のうちどれだけ
仕事に変換されているかということです。
回転が低くてトルクが出ていても燃料消費率が悪ければ、効率は悪い事になります。
ちなみに最も効率の良い内燃機関は舶用や発電機などの大型ディーゼルのようです。
（最大回転数100rpm前後）
トルクの山頂すなわち最大トルクは、熱や吸排気の効率、摩擦などの要素がからみ、
結果的にそのエンジンで単に一番トルクが出せている回転数とその値
という意味になります。
さて、ご質問の件について
ボーリング玉の例は、違いをイメージできるように挙げましたが、
上記の通り転がり衝突は運動量の比較になります。
実際にはお互いに負荷がかかっていませんね
・・・と考えてみると負荷＝"加減速させる力"です。
ここでそれぞれの単位を考えてみます。
トルク ：力×距離 → kg × m/s/s × m
馬力（仕事率）：ルク÷時間 → kg × m/s/s × m ÷ s
ボーリング玉の例では負荷がないため、共に加速で割り単位を削除します。
トルク÷加速（m/s/s） → kg×m ： テコ
馬力 ÷加速（m/s/s） → kg×m/s ：運動量
となります。
つまりトルクと馬力の違いをイメージするのにテコと運動量を比較する事は同義なのです。
ただ、今回テコについてはイメージとして"重さ"で考えてもらいました(^^;
（トルクの釣合いはテコの原理で初めて吊り合わせる事が出来ます）
いかがでしょ？
余談ですが、馬力は重さ×加速度×速度という式になりますから
同じ馬力だと50km/sでの加速は100km/sの加速の2倍といった面白い意味になります。
>分かりやすく言うと、出力軸に半径１ｍの滑車を取り付け、その滑車にロープを
>巻いて、ロープの先に重りをぶら下げたとき、その重りを持ち上げるために
>必要な力のことを、トルクと言います。
定義として1m,1kgとあるのに単に「まわす」とか「持ち上げる」は
力加減が曖昧ではないですか？？(笑
上記単位から「その状態の重りを1m/s/sで加速させる力の大きさ」が正です。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/18(Fri) 21:01
>ボーリングの玉と野球の玉が衝突してどちらも止まった場合、
>馬力が同じなのではなく、運動エネルギーが同じなのです。力積が同じなのです。
①重さ2 速度1 の場合 運動量＝2 運動エネルギー＝1
②重さ1 速度2 の場合 運動量＝2 運動エネルギー＝2
となります。
また、衝突して跳ね返り係数0で互いに静止した場合、
これらの運動エネルギー（1+2＝3）は物体の変形や衝突音に変換され、
釣り合う必要はありません。
もう少し復習が必要ですね。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：たける 車種名：コペン 投稿日：2005/11/19(Sat) 07:13
>>もう少し復習が必要ですね。
失礼しました。
あまり得意ではなかった物理の記憶を紐解いて考えていたのですが、理解不足でしたね。
雪国ＦＲ馬鹿さんの疑問は払拭できたのかな？
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：雪国ＦＲ馬鹿 車種名：クレスタ 投稿日：2005/11/19(Sat) 10:36
おはようございます。たけるさん、ビオレUさん、ありがとうございます。
すみません、何度も読み直してみたのですが、ちょっと難しいです。何が分からないのか分からな
くなってしまって...
物理に限らずどの分野の知識も中途半端でしか持ち合わせていないにも関わらず、余計な事ばかり
知りたがってしまい、ご迷惑お掛けしてます。
皆さんにこんなに沢山のご説明を頂いておきながら、こんな言い方をしてしまうのは本当に申し訳
ないのですが、
トルクは、シートに押し付けられるという形で実感できますよね。
では馬力は？最高速に影響する数値と捉えていいのでしょうか？
それとも、エンジンの性能を比較する上での数値でしかないのでしょうか？
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ユキ 車種名：GTO 投稿日：2005/11/19(Sat) 12:09
正直、私の全然ワカリマセンでした。
トルクは、クルマを動かすための力で、馬力は、車が動いてるときに持っている力として考
えていましたが、最終的にはあってるんですかね?
トルクと馬力で、最大時の回転数が違うのはわかりませんが・・・
自転車で発進するときはゆっくり、グゥッ!って踏み込む感じで、発進してからスピードを
出して、維持するときは足の筋力があればあるほど、無理なく維持できますよね。
かといって、その筋力を持ってしてもペダルを回す回数が多くなり、いずれ限界がきます
ね。
トルクは最初に踏み込むための体重。たち乗りでより体重をペダルにかけることができれ
ば、多くの力がかかって発進しやすいし、加速させるときも楽。
馬力は足が持っている筋力で、それが多いほど高い速度を維持するときに体はつらくないで
す。
あってるのかはわかりませんが、私はこういう感じで捕らえています。
定義とか物理の世界は、勘弁してください・・・
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/19(Sat) 12:24
トルクの考え方はテコです。
テコは重さと長さの積ですから、"長さ"が決まれば"重さ"がわかります。
トルクは重さと長さと加速の積ですから、重さを一定とすると、
同様にトルクも"ギア比"が決まれば"加速"がわかります。
例 トルク10 ギア比2 → 加速5
トルク10 ギア比5 → 加速2
という体感です。
馬力の考え方は運動量です。
運動量は重さと速度の積ですから、"速度"が決まれば"重さ"がわかります。
馬力は重さと速度と加速の積ですから、重さを一定とすると、
同様に馬力も"速度"が決まれば"加速"がわかります。
例 馬力100 速度 50 → 加速2
馬力100 速度100 → 加速1
という体感です。
最高速は上記のように求められた加速が
空気、タイヤ、機械抵抗（負の加速）とつり合った時の結果の速度となります。
体感を考え、もう一例
1速固定だと下記のような加速しますね。
3000rpm トルク10 → 加速１
5000rpm トルク10 → 加速１
言いたい事は、
・トルク一定、ギア比一定 → 加速は速度や回転数に関わらず一定
という事。
同じく1速固定で
3000rpm 加速１ 速度30km/h → 馬力30
5000rpm 加速１ 速度50km/h → 馬力50
言いたい事は
・同じ加速の場合、速度が上がれば馬力も上げる必要がある。
という事です。
わかって頂けたでしょうか？？
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：ビオレU 車種名：チェイサ 投稿日：2005/11/19(Sat) 13:19
>トルクと馬力で、最大時の回転数が違うのはわかりませんが・・・
自転車で一番楽に効率よくこげる回転数と
急いでいて全力で漕いだときの回転数の違いのような物です。
エンジンでは熱効率や吸排気効率などが総合的に一番よい回転数（最大トルク）と、
効率を無視し、可能な限り短時間に多くの燃料を燃やせる回転数（最大出力）の
違いだと思ってもらえれば正解に近いです。
[Res: 9582] Re: トルクと馬力？
投稿者：雪国ＦＲ馬鹿 車種名：クレスタ 投稿日：2005/11/21(Mon) 12:54
こんにちわ。レスが遅くなりごめんなさい。
んー...意外と難しいです。もっと簡単に理解できると思っていたのですが。
というより、自分の知識が少ないだけですね。すみません。
でも、トルクにはピークがある、という事は理解できました。
みなさんのおかげで、また一歩賢くなれました。
また無謀な質問等するかもしれませんが、よろしくお願いします。
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