エンジンのトルクと馬力の関係

Our engine　私たちのエンジン

エンジンのトルクと馬力の関係

2019/1/23
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投稿者: Hiro

こんにちは！広報担当のヒロです！

今回はエンジンの性能評価の基本、「トルク」と「馬力」の関係について説明したいと思います。車の事を詳しく分からない方から「馬力は馬１頭の力って事は分かるけど、トルクって何ですか？」とか「馬力とトルクって何がどう違うんですか？」とよく質問されますが、あなたは説明できますか？

改めて分かりやすくまとめてみたいと思います。

「トルクとは何か？」

トルクを説明するときに一番分かりやすいのは、単位を見てもらう事だと思います。トルクの単位は「N・ｍ」（ニュートン・メートル）です。

超簡単に説明すると、「１N＝０．１ｋｇ」です。（正確には加速度の説明も必要になりますが省きます）上の図の様に、テコ装置の端に０．１ｋｇの物体が載っていて、反対側の１メートル先でその荷物を押し下げる力の量が「１N×１ｍ＝１N・ｍ」になります。

その為、大体ですが２０ｋｇのお米をテコ装置にセットして、１メートル先から力を加えた値が約２００Ｎ・ｍの力になります。（一般的な２L自然吸気エンジンの最高トルクです。）

また、図の様に肩を支点として鉄アレイを上に持ち上げる筋トレを知っていますか？実はこのトレーニング、肩の筋肉（三角筋）をテコ装置に見立てる事が出来ます。試してもらうと、あなた自身がトルクを意識出来ると思います。

腕の長さは体格によって変わりますが大体０．５５ｍ～０．７ｍになります。（あなたの腕の長さも測定してみて下さい。）計算しやすい様に０．６ｍとして、５ｋｇのダンベルを持ち、腕を下から肩の高さまで持ち上げると…５０N×０．６ｍ＝３０Nｍの力を加えた事になります。（昔の２Lターボの最大トルクは大体３００Nmでした。人が５０ｋｇのダンベルを持ち上げる力と同等です。どんだけ力強いんだよ。（笑））

「馬力とは何か？」

馬力とは元々は、馬１頭が１秒間に「出せる力」×「移動した距離」でした。もう少し科学的な定義をすると「１秒間の運動量」になります。エンジンの馬力を考えるを場合は「トルク」×「１分間の回転数（rpm）」とも言われています。

（※rpm: revolutions per minute またはrotations per minuteの略で,日本語では回転／分と理解して下さい。)

ここで注意して頂きたい点が、「運動量W」＝「力の量」×「１秒間での移動距離ｍ」で定義される事です。単純に「トルク」×「１分間の回転数ｎ」＝W（ワット：運動量）と計算してはいけない点です。よくある間違いは以下の３ヶ所あります。

①１回転は円運動なので、円の距離を計測するには「円周上の距離m×ｎ回」をしなくてはいけません。（半径ｒ(m)の円周は2πrですね…）

②１分間の回転数から１秒間の回転数に変換する必要もあります。（１分間は６０秒なので…）

①と②を合わせると「移動距離」⇒「１分間の回転数ｎ」⇒「１秒間の円周の移動距離m」に変換しなくてはいけません。つまり、「1分間の回転数rpm」＝n回/分　⇒　1/60×2πr×n回　m/秒に変換しなくてはなりません。

③この場合の「力の量」は「トルクN・ｍ」ではありません。単純にN（=0.1×Kg）になります。

つまり、上記の「力の量」×「１秒間の移動距離」は=「N」×「1/60×2πr×n回 m/秒」で正式な仕事量Wが計算出来ます。　
ちなみに、トルクは「N」×「r」なので、「トルク(N・m)」×「1/60×2π×n回/秒（トルクが掛かった状態の移動距離）」とも変換できます。ここを単純に「トルク」×「１分間の回転数ｎ(rpm)」で計算すると、計算が合わなくなってしまいます。その為、単純に「トルク」×「１分間の回転数」の掛算をして仕事量を表したい場合は、計数を付けて計算する必要があります。

仕事量W=「トルク」×「rpm(回転/分)」×「1/60×2π」
　　　　=「トルク」×「rpm」×「0.10472」になります。

では、本当に馬力計算は「トルク」×「rpm」ではいけないのか計算してみましょう。