２ストが４ストよりトルクがある理由を教えてください　その２

Question

「その１」の続きです。
　
　馬力、トルクの例えとしておかしい所があると思うのですが

(2)　全盛期のカール・ルイスが足で何キロの重りが持ち上げられるか　
を計ったとします。仮に片足で１００キロの重りを持ち上げられたとします。
だけどボディービルダーや重量挙げの選手で同じ記録の人が何人もいました。
１００キロが最高でした。（これがトルク？）

　カール・ルイスと同じトルクがあっても１０秒でカール・ルイスと
同じスピードまで加速できる人は世界に彼のみ。
　ということは、これに参加した中で馬力トップ？　　

(3)　４ストが２往復に一回爆発するのに対して
２ストは１往復で一回の爆発だったと思います。
　仮に２５０ＣＣ単気筒の２スト、４ストで考え一回の燃焼で得られる
エネルギーを一緒とします。

　例えば大きな石が置いてあり、それにひもをつけて５人で
「引っ張って、休んで、引っ張って、休んで」を繰り返して
石を引きずったとしたら２ストは５人のグループがＡ、Ｂとあって
Ａが休んでいる間にＢが引っ張るのと同じ事だと思うので
引きずった距離からも２ストは４ストの２倍の馬力だと思われます。

　ですがこの大きな石が、いくらの力で引っ張ったかを計る計測器だった場合
２ストでもＡ、Ｂが交互に引っ張るのでトルクが同じだと思います。
（計測器は引っ張ったそのつどの力のみ計り、ＡＢの合計ではないです)

　ということは上の考え方だと、２ストは４ストと同じトルクで
馬力が２倍になってしまうのですがどうなんでしょうか？
　でも実際にはトルクも２倍近くあるんですよね。

　前から気になっていた１、２、３、についてのご意見をお願いします。m(__)m（難しい用語は無しでお願いします(^_^;))

obihsot · Accepted Answer

追記です。
質問の２については、後で３も関係しますが。
同じ重さで、長く持ち上げている方が馬力があるというのはわかりますよね・・・。
じゃ、１００ｋｇの物を１分間持ち上げたら１０馬力として、カールルイスが３分間、重量挙げの選手が６分間続けられたと仮定します。
単位時間を１分にとるとどちらも同じ１０馬力ずつですが、
単に時間を１時間（６０分）にとると、カルールイス選手は３÷６０×１０＝０．５馬力となり、重量挙げの選手は６÷６０×１０＝１．０馬力となります。
ということで、馬力は単位時間あたりの仕事量を表すので
時間を秒単位に統一して比較します。
従って時間積分、つまり総仕事量とは意味が違いますので、勘違いされないようにお願いいたします。
そこで、質問３なのですが２ストは一般的にショートストロークを採用しているため。（シリンダーの直径がピストンストロークより大きいのです。）
ピストンに掛かる圧力が大きくなるため。トルクは大きくなります。
しかしながら、ピストンストロークが短いため、総仕事量（馬力）は小さくなります。
ご参考までに。

noname#2748 · Answer

膨張行程だけのはなしで考えるのであれば４ストロークエンジンの方が２ストロークエンジンの発生するトルクより大きくなります。これは、２ストロークエンジンでは掃気を行うためにピストンの降下中にクランクケース内で、混合気の与圧を行うためにエネルギーの一部を使ってしまうためです。しかしエンジンがひとつのサイクルを行う間には大きなトルク変動を伴うためこのような、サイクルの一部だけを取り出したトルクの指示をしても全く意味をなしません。エンジンはモーターなどと異なり拘束トルク（回転を止めた状態でのトルク）を持たない（運転の継続が不可能）動力源であるため、その発生トルクは必ずある回転数での平均トルクにならざるを得ません。

もし、ある容積のシリンダーに混合気を充填し、圧縮後に点火してクランクの回転角毎の発生トルクを計測したとするのであれば、クランクが水平よりやや上の位置で最大トルクが発生しますが、この時点での発生トルクは４ストロークの方が大きくなります。それは先に述べたように２ストロークエンジンでは必ず掃気のための与圧が必要になるからです。１回の燃焼で得られるエネルギーが一緒ということを念頭におかれているようですが、実質的にありえないことを念頭におかれているように思えます。もし同じエネルギーが得られるのであれば、２ストロークエンジンでは与圧に必要なエネルギー分だけ、燃焼によって生成されるエネルギーが大きいことになります。これは最初から機関の形式以前に効率の差があることを想定していなければ不合理な話です。

ロスを考えない・・とするならば２ストロークのほうが圧倒的に有利でしょう。しかし、実際は無理です。２ストロークエンジンではその機構上、吸気や排気の慣性による影響が非常に大きく（新気の充填と排気が同時に行われ、この時点ではシリンダーはある容積を持った部屋が途中にある管と変わらない状況です）なります。また、これらの気体の移動速度は温度や圧力によって決まる一定の速度になりますので、その速度にあわせて各ポートの位置や吸気・排気系の設計をすることになります。実質的にあまり高回転型の設計をすると、低回転時に新気の大部分が燃焼に関与せずに、排気がわに吹き抜けてしまうような状態になり、実用になりません。逆に低回転時に効率のよい設計をすると高回転時にガスの交換が不完全になり回転があがりません。２ストロークエンジンでは４ストロークエンジンに比べ、有効なトルクを発生する回転数の範囲が狭いのです。

２ストは４ストと同じトルクで・・・に関しても同様で最大トルクを発生する回転数を過ぎると、２ストロークでは急激にトルクが落ちていきますが、４ストロークではそれほどでもありません。回転数とトルクの積を問題にするのであればトルク特性がフラットであるほうが有利なのは明白です。たとえトルクが半分しかなくても、回転数が２倍であれば、馬力は同じですから・・・

「引っ張って、休んで、引っ張って、休んで」についても一度に動く距離が小さくても繰り返す回数が多ければ、結果的に同じ距離を移動することになります。先に述べたとおり、２ストロークが引っ張って、引っ張って・・であったとしても、その引っ張っての時の力は４ストロークよりも小さくなることは事実です。

noname#2748 · Answer

確かにトルクという概念自体は固定されたものにどれだけの力を与えられるかという事ですが、実際のエンジンでクランクシャフトを固定して測定するわけには行きません。実際のエンジンでは最大トルク発生回転数という項目がある通りで、エンジンはある一定の回転数で回っていなければ力を発生することもできないのです。したがってエンジンのトルクを表す場合は、単純にピストンに掛かる力とクランクシャフトの角度、ストロークなどから計算した値にはなりません。

ある回転数で回っているシャフトを一瞬で完全にとめたとすると、その時の止める時に必要な力がトルクということになりますが、ただしエンジンのように常に一定のトルクを発生していない物ではこのような瞬間的なのトルクにはあまり意味が無くトルクの変動を平均化した数値がトルク値として用いられます。実際は同一排気量のエンジンでは一般的に１回の燃焼によって得られるトルクは４ストロークのほうが大きい（２ストロークエンジンでは掃気のために吸気を与圧する為のエネルギー消費および、完全なガスの入れ替えが難しいため）のですが、トルクの変動が小さく平均してみると４ストロークに比べて大きいということです。

これがもしトルク変動のピークだけを問題にしているのであれば、２ストロークよりも４ストロークのほうが大きな値になります。ただしこのような値を用いても杭打ち機（ディーゼルハンマー）のように瞬間的に大きなトルクをだし、その後はまったくトルクなど必要な機器以外は意味が無いでしょう。

一般に言われているエンジンのトルクというのは平均値のことでクランクシャフトのある角度の一点の状況をさすものではないということです。直巻ＤＣモーターのように拘束トルク（止まった状態が最大トルクになる）を測定できないのでこのような値をとっています。

obihsot · Answer

おはようございます。
いろいろと考えられて、混乱されているようなので少し。
（１）に対しては、その通りの考え方でＯＫです。
トルクとは静止したときの力です。エンジンが回っているのに静止しているとはおかしな表現ですが、
エンジンの回ろうとする力と、エンジンを止めようとする力が釣り合えばエンジン回転数は一定になりますよね。
このときに発生している力（消費している力も同じ）をトルクと言います。
また、馬力は一定時間内にどれだけトルクを出し続けたか、という定義が出来ます。従って単位時間率という定義になります。
（２）これは、測定方法に問題があります。カールルイスは、１０メートル走る内どれだけトルクをだしましたか？
また重量挙げの選手は何秒間重量を揚げ続けましたか？？
これは一概にいえないと思います。
単純に重量挙げの選手はトルクを持ち上げている時間が仕事率なので馬力で言うとかなり大きな数値になります。
自動車に当てはめると加速させるには大きな馬力、（トルク×時間）が必要ですが、巡航になると走行抵抗を保証する分だけの馬力しか必要ないはずです。
重量挙げのように止まって見えても、選手は重力加速度に逆らって重量を加速させているはずです。
カールルイス選手は自分の体重分を加速させる力と走行抵抗分の力しか使っていないはずです。
従って、測定方法が違うため一概に判定できません。
（３）これはエンジンのシリンダーが多気筒あるので、トルクはずっとあることをおっしゃっていると思うのですが・・。２ストのトルクは２倍までは行っていないと思います。
というのは４ストは動弁機構の損失のため２ストよりはトルクは少なくなります。
前半部分の交互に引っ張りという時点では質問の通りです。＃３の方が言っていますがトルクは「○／ｒｐｍ」と記載されております。手元に「７４ｋｗ／５０００ｒｐｍ・１５５Ｎ・ｍ／２５００ｒｐｍ」と「６５ｋｗ／４０００ｒｐｍ・１６９Ｎ・ｍ／１７００ｒｐｍ」の２つのエンジンスペックがありました。これどっちが力持ちのエンジンか判りますか？
じつは６５ｋｗの方が馬力は大きくなります６５×５０００÷４０００＝８１．２５ｋｗとなるからです。
まぁ理屈の上で相かもしれませんが、実際は７４ｋｗの方が大きい力を発生させます。（実際そんな使い方はされないと思いますが・・・・。）
それと２ストでは回転域によってトルクが大幅に変化しているはずなので数値で行けば２倍になっているところがあるかもしれません。
ご参考までに。

kenkenkent · Answer

まず、『2ストは4ストと同じトルクで馬力が2倍』なの
ではなく、『2ストは4ストの2倍のトルクがあるので、
馬力も2倍』なのではないかと思います。

疑問の1については、ghost2501さんの質問の通りです。
トルクはエンジンの力自体の単位であり、馬力は仕事量の
単位で良いと思います。

2も、その通りです。同じ、片脚で100kgを持ち上げられる
人間がいたとしたら、その中で、最も脚を早く動かして
速く走る事のできる人間が、一番馬力があるという事で
良いんじゃないかと思います。

3が間違っていますね。3は、馬力を求める方法です。
ちょっと不思議な感じもしますが、実際には、トルクも
エンジンの爆発1回の爆発力の事ではありませんよね。
トルクを計る時も、エンジンは回転した状態です。
そうでないと、スペック表に『トルク：○kg/8500rpm』
っていう、トルクピーク時の表記は無いと思います。
私も、詳しくはないので、実際にトルクをどのように
計っているのかは判りませんが・・・。
もしかすると、1回分の爆発力だけだと、密閉性の高い
4ストのエンジンの方が高いかも知れません。
例えば、4ストの1爆発を1、2ストの1爆発を0.9とした場合
同じ回転数で得られる爆発力は、4スト1に対して2ストが
1.8となります（この0.9という数字はテキト～ですが）
この条件で、最高回転数が同じエンジンであれば、2スト
の方が1.8倍の馬力を発生できる単純計算になります。

あとは、エンジンの特性などの違いですよね。
2ストは、4ストと違って、密閉性が悪いと言うか、
吸気と排気を同時に行なう為、排気ガスが完全に排出
されないだけでなく、未燃焼のガスが排気されてしまう
という欠点も持っており、これが、先程私が、2ストの
方が1回の爆発力は弱いのではないかと推測した理由なの
ですが、これに関連してか、2ストの方が、パワーの出方が
ピーキーなのだそうです。恐らく、回転数が低い時ほど
排気のヌケも悪くなり、爆発力が弱く、回転が上がるに
連れて、急激にトルクが出るのではないかと。4ストは
比較的トルクの出方がマイルドらしいです。ですので、
今年のMotoGPの鈴鹿では、雨の中で、2ストはパワーを
活かす事ができず、苦戦したようです。データでも、
4ストの方が圧倒的に、加速と最高速が良いようです。
ただし、4ストの方が車体が重く、ブレーキとタイヤに
厳しいのと、連続コーナーでの切り返しも重い為、
コーナーでは2スト勢の方が有利なようです。これらが
総合されて、4ストと2ストが、ほぼ同じラップタイムで
走る事になるのですね。

wr250zb · Answer

参考になりそうなURLです。
馬力とトルクの関係については何となく解ると思います。

以下は私見です。

トルク自体はピストンを押し下げる力（爆発力）でしょうから
感覚として４ストは２回転に１回、２ストは１回転に
１回の爆発ってだけでは単純に行かないような気がします。
４と２で違うところというと、
吸排気の機構（吸排気バルブと吸気掃気ポートの違い）
圧縮比
混合気（２ストはオイルも混ざる）
２ストだと排気管（チャンバーですね）のラム効果で違っちゃうしなぁ。。。

もっと詳しい人の意見を聴いた方が良いか。。
回答になっていないな。。。。こりゃ

参考URL：http://www.dx.jpn.org/~scene/toruku.html

２ストが４ストよりトルクがある理由を教えてください その２

追記です。

膨張行程だけのはなしで考えるのであれば４ストロークエンジンの方が２ストロークエンジンの発生するトルクより大きくなります。

確かにトルクという概念自体は固定されたものにどれだけの力を与えられるかという事ですが、実際のエンジンでクランクシャフトを固定して測定するわけには行きません。

おはようございます。

まず、『2ストは4ストと同じトルクで馬力が2倍』なの

参考になりそうなURLです。

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