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1,エンジンの出力特性曲線を見ると、エンジンの回転数が一定であれば、出力は定まっています。
2,同じギアであれば、車の速度エンジンの回転数は比例するので、速度が一定であればエンジンの回転数が定まることになります。
これらのことから、
3,車の速度が一定であれば、エンジンの出力は一定ということになります。
ところが、
4,平地と坂道を同じ速度で走っているときに使われるパワーが同じではないはずです。
3と4の間に生ずる矛盾の原因として、
a,出力は一定だが、負荷の大きさによって生ずるロスが変化する。
b,エンジンの回転数が一定でも、実はエンジンの出力は変化している。
などが考えられますが、正しくはどのようになっているのでしょうか?

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A 回答 (9件)

エンジンの出力特性曲線、アクセルを全開にしている場合の数値です。


実際に走るときはアクセルは全開ではありません。特に平地の場合、ほんの少しで速度が維持できますね。一方坂道では、ヽ回転数であってもアクセルを踏み込んでいます。ガソリン等の供給がより多く、出力も高くなります。

b,エンジンの回転数が一定でも、実はエンジンの出力は変化している。
とうことですね。
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この回答へのお礼

どうもありがとうございました。
そういうことでしたか、納得しました。
回転数と出力の図は、一本の線で書かれていますが、実は四辺形であらわされるということだということがわかりました。。

お礼日時:2006/10/26 19:13

車も自転車も人力車も動かす為には力が必要で、どれだけ必要かと言えば、



1.止まっているなら、加速する為に転がり抵抗を超える力(空気抵抗はゼロとする)、転がり抵抗と同じ力では動きません。
2.動いているなら転がり抵抗と同じ力、これを加速するなら転がり抵抗を超える力。

路面を限定すると転がり抵抗は道路勾配で変化し、90度の勾配が最大(実際にはないが)、マイナス90度が最少、マイナス勾配がある値で転がり抵抗ゼロになります。抵抗が変化するなら、速度維持の力も変化させないと加速や減速が生じます。車の場合はアクセルペダルの踏み込み量を変化させ、転がり抵抗と同じ力を作り出し速度維持をします。つまり、転がり抵抗(=ロス)可変なので力(=出力)も可変になるという事です。
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この回答へのお礼

出力は変化するはずなのに、出力曲線が一義的であったのが疑問点でした。出力曲線についての理解に問題があったことが分かりました。

どうも有難うございました。

お礼日時:2006/10/26 20:05

東京大学2000年度後期試験総合IIという数学の試験に


まさしくこのことを扱った問題が出ています。
例の曲線が示してあり、空気抵抗・転がり抵抗・勾配抵抗・
加速抵抗などを微分方程式を使って解きます。
初めてこの問題を見たときは感動しました!
自分の大好きなバイクのスペックが高校数学で説明できる
からです!興味ありましたら見てみてください。
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この回答へのお礼

ネットで探してみましたが、見当りません。受験参考書を探すというところまでは、できそうにありません。御紹介いただきましたが、申し訳有りません。
加速抵抗というのは、運動エネルギーに変換される力ということでしょうか?
どうもありがとうございました。

お礼日時:2006/10/26 20:02

えっと、


同じギヤの場合、車の速度はエンジン回転数に比例します。これは正解です。

ですが、同じギヤでも、車の速度は、アクセルペダルの踏み込み量には比例しません。

坂道を下る時、ぶっちゃけ、燃料カットでも加速します。エンジン回転数も上がります。
坂道を登る時、ギヤを変えなければ平坦を登るときのアクセルペダルの踏み込み量では、車の速度が低下します。
これはキーワードです。

ガソリンエンジンの仕組み回転の仕組みは、
ドライバーがアクセルペダルを踏み込み量を調整することにより、エンジン内に入る空気量を調整します。
コンピュータはこの空気量に応じて燃料を噴射させます。たくさん空気が入れば、たくさん燃料を噴射します。
そして、空気と燃料を混ぜて混合気を作り、スパークプラグでポチと点火します。点火して、混合気は爆発し、ピストンを押し下げます。ピストンはコンロッドと連結していて、ピストンが往復運動すると、クランクシャフトという棒が回転します。その回転力と回転速度が最終的にタイヤに伝えられ車は前進、後退します。

タイヤが回転しにくいということは、エンジンも回転しにくい、エンジンが回転しにくいということは、ピストンが下降しづらいということです。

カギがかかったドアを無理やり開くためにはどうしたらいいでしょうか?走って思いっきり体当たりをして開けますよね(ドラマの世界では)

ピストンが下降しづらい場合、爆発圧力を高めて下降させます。爆発圧力を高めるためには、アクセルペダルを踏んで空気と燃料を増やすしかありません。

出力の単位は別の式で表すと、(N・m)/sです。
(Nニュートン・mメートル)/s秒です。

ピストンの爆発力はN(ニュートン)です。
ピストンの下降によりクランクシャフトが回転する力はN・m(トルク)です。
ピストンの下降スピードよりクランクシャフトが回転する速さはr(ロール)/s(速度)です。クランクシャフトの速さはピストンの往復運動の速さと一定の関係がありますので、m/sと置き換えられます。(ピストンが1往復でクランクシャフト1回転するので ピストンの往復した距離/s)

平坦な道は、タイヤの回転をさまたげる力は標準です。ここでは解りやすいように1N(ニュートン)とします。(走行抵抗はN(ニュートン)です)
坂道を登る時では100N(ニュートン)します。重力の関係で、こう配抵抗が発生するのです。こう配が高くなればなるほど、人間の足でも登りづらいでしょう。それだけ抵抗が増えているのです。

この抵抗は、最終的にピストンの下降さまたげる力になります。
ピストンの下降をさまたげる力が発生すると、下降するスピードは低下します。
空気中で手を回すのと、水の中で手を回すのではどっちの方が重たいですか?それと同じです。

下降スピードが低下すると、車速も低下します。
なぜ、下降スピードが低下するのか、それはピストンが受ける爆発力が変らないからです。
 ですので、アクセルペダルを踏み、空気と燃料を多くして、爆発力を高めて、下降スピードを元に戻しているのです。ですが、坂道を登っている以上、空気と燃料は増えて、爆発力は高くなっていることを忘れないでください。

1W=1N・1m/sです。
1Wとは、1Nのものを1m、1秒間動かした仕事量である。
1Nのもの(車重)を1Nの爆発力で動かして、1m、1秒間に動かしたものが1Wである。
1Nのもの(車重と走行抵抗を含めて)を1Nの爆発力で動かして、1m、1秒間に動かしたものが1Wである。(…なんか自信がなくなったきた。ので、自分で詳しく調べてください。1Wとは、1Nのものを1m、1秒間動かした仕事量は正確です。)

2W=2N・1m/sでもあり、1N・2m/sでもあります。

100Wの出力を出している場合で、走行抵抗が1Nなら、1秒間に進む距離は、100mです。(100m/sです)(100=1N・Xm)…1sは1なので消えます。
100Wの出力を出している場合で、走行抵抗が100Nなら、1秒間に進む距離は1m(1m/s)(100=100N・Xm)

ですので、走行抵抗が増える坂道では、アクセルペダルの踏み込み量が同じ場合、どんどん速度が低下していくのです。最終的には、エンジンの最低回転速度である120回転/分(ぐらいだったはず)をしたままり、エンストするのです。

ですので、答えは、bのエンジンの回転数が一定でも、実はエンジンの出力は変化している です。

坂道ではアクセルペダルを踏み、空気と燃料の量を多くして、爆発圧力(Nニュートン)と高め、下降する抵抗があっても、平坦なスピードと同じぐらいの下降速度になる爆発圧力を発生させているのです。

故に、3.車の速度が一定であれば、エンジンの出力は一定ということになります は、間違っています。直すのであれば、出力ではなくエンジン回転数になります。

以上、長々となりましたが、解っていただければ幸いです。自分で考えた時も、これぐらい時間掛かった気がします。
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この回答へのお礼

感覚として、同じ回転数でも燃料の消費量(入力?)がちがう場合が有りそうなのに、よく見かける出力曲線をみると、出力は回転数によって一義的に決まっているように見えるので、このずれが疑問でした。
よくみかける出力曲線は、特殊な場合(最大出力)を表していて、実際には、回転数がおなじでも出力が異なることがわかり、疑問は氷解いたしました。
ありがとうございました。

お礼日時:2006/10/26 19:55

No.1、No.2 さんが正しいと思います。


>1,エンジンの出力特性曲線を見ると、・・・出力は定まっています。
これが間違いです。定まっていません。
グラフから読めるのは、各回転時の最大値(フルスロットル状態)です。
例えると、
平坦地を2000rpm(60Km/h)で走っていて、上り坂になったとします。
その回転(速度)を維持するには、アクセルを踏み込まないといけませんよね。
つまり、パワーをたくさん必要としているから、もっと踏み込む必要が出るわけです。
更に、上りがきつくなってきたとします。
アクセルをもっと踏まないといけません。
ついに、アクセルを目いっぱい踏んでやっと回転(速度)が維持できる坂道になりました。
このときが最大値であり、性能曲線の値になります。
通常の走行は部分負荷の状態で走行してます。
走行抵抗とバランスするアクセル開度で走っているわけです。
加速したり、上り坂になると(パワーを必要とする場合)アクセルを踏み込み、パワー不足分を補っています。
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この回答へのお礼

そうですね。
回転数を上げると出力が増すので、スピードが早いほうが力が出るので、坂道はスピードが遅いより早いほうが昇りやすそうです。ただ、そうすると位置エネルギーの増加率が高くなり、エンジンの出力が間に合わなくなりそうです。
ただし、勢いを付けると坂を登ることができるというのには、これがかかわっているようです。
考察を深めることができました。ありがとうございます。

お礼日時:2006/10/26 19:50

上り坂では、エンジン~クラッチ~ギア~タイヤ接地面の摩擦とそれぞれの箇所で、


負担が掛かってロス=熱に変換されていると思います。

なので、平地と上り坂で同じ速度で同じ回転数でもエンジンのうなり音が違うと思います。
燃料を多く燃やすのでしょうね。
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この回答へのお礼

同じ回転数でも燃料の消費量が違うので出力は違うはずだとは思っていたのですが、出力曲線の解釈が間違っていたようです。
ありがとうございます。

お礼日時:2006/10/26 19:38

まず、車の速度を変化させるような要因が無い、という過程のもとに


1~3までの話が進んでいるから矛盾する(というか、新しい要素が
加わった時に対応できない)のだと思います。

車の速度を早くする要因=エンジンの出力、下り坂、追い風など
車の速度を遅くする要因=上り坂、向かい風、タイヤの転がり抵抗、
シャフトやギヤなどの摩擦、クラッチのすべりによるロスなど

これらを差し引きしたものが最終的な「速度」であって、
これが可変だとすると、「下り坂で追い風の場合」から「上り坂で向かい風で
空気圧不足でオイルが劣化していてサイドブレーキを解除し忘れた場合」まで、
ありとあらゆるパターンの出力特性曲線を書かなくてはなりません。
これでは実用的ではないですよね。

ですから、「エンジンの出力」以外の速度を早くしたり遅くしたりする
要因は「全て固定」と仮定して、1パターンのみの出力特性曲線を作表
するのです。

計算で、大体の数値を入れ込んで「推測値」として作表する場合もあれば、
実際に車に積んだ状態で「実測値」として計測し、作表する場合もあります。
この場合も、テストコースを走ったりするのではなく、屋内でローラー
(回転数で速度を計測する)の上にタイヤを乗せた状態で、つまり速度を
変化させてしまう要因をなるべくシャットアウトした状態で計測します。

メーカーに問い合わせれば、その出力特性曲線は「どのような条件下で作成したのか」
を教えてくれると思います。(表のそばに注釈で、大まかに書いている場合もあります)

また、同じ速度で同じ回転数でも、上り坂を登ろうとしてアクセルを踏んでいる
時の出力と、下り坂を降りるためにエンジンブレーキをかけている
(タイヤがエンジンを回転させている)時の出力は、違いますよね。
供給されている燃料の量によって出力は変わりますから、これも当然
「燃料の供給量(噴射量)は一定」として計算されています。
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この回答へのお礼

最大トルクの出る回転数でエンジンを使うとよいという話について考えていて生じた疑問でした。
燃料の噴射量によって出力が変わるのであれば最大トルクのでる回転数というのは変わらないのかな?とも思います。
燃料の噴射量による出力特性を表した図を見つけ出せればなあと思います。
ありがとうございました。

お礼日時:2006/10/26 19:36

平地では重力の影響は常に真下ですよね?。



しかし、上り坂では後ろへ下がる方に重力が加算され(エンジンの負担が増える=車重が増えたと同じ)、

下り坂では前へ下がる方に重力が加算されると思います(エンジンの負担が軽減=車重が軽くなったと同じ)。

したがって、平地と坂道では違って当たり前ですね。
そう、重力が影響するでしょう。
(坂道をエンジンを止めて、クラッチを切ってブレーキを掛けないと、どのようになりますか?。)
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この回答へのお礼

そうですね。状況に応じてエンジンにかかる負荷が変化することがわかります。
ありがとうございました。

お礼日時:2006/10/26 19:31

エンジンの出力特性曲線は、最大値のグラフです。


通常、その曲線の半分以下で運用しています。

そこが矛盾の原因です。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。納得いたしました。

お礼日時:2006/10/26 19:15

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T(余裕駆動力)=F(駆動力)ーR(走行抵抗)

質問では加速度が提示されて、余裕駆動力が提示されておりません。
やはり加速度と余裕駆動力は何か関係があるのでしょうか?

自分で解るのは、公式 T(余裕駆動力)=F(駆動力)ーR(走行抵抗)
しか解りません。


まったく問題を解くことが出来ないので、ご指導宜しくお願いします。

Aベストアンサー

すみません。すっかり学生さんだと勘違いしておりまして失礼いたしました。No.2の回答に重複しますが説明させていただきます。

車両加速度αは F=wxα の単純な式で計算できます。
・F=タイヤの駆動力ー走行抵抗  になります。
・w=車両重量(厳密には回転部の慣性重量を加えたたもの) になります。
・走行抵抗=内部抵抗+転がり抵抗+空気抵抗+勾配抵抗+加速抵抗 になります。

この問題ではFを余裕駆動力と呼んでいます。実際に加速のためにタイヤにかかる力だからです。この余裕駆動力という言葉は実際に使うことはあります。
この問題の変な点は、2点あります。
1つ目は、走行抵抗という言葉の定義です。走行抵抗はすべての抵抗を含んだものですが、加速抵抗だけを走行抵抗から除いて定義している点です。そういう解釈をすると、勾配抵抗はどうするのだという問題が生じます。
2つ目は、ここで言う駆動力をタイヤの駆動力とはっきり言っていないことです。エンジントルク(Nm)と勘違いする可能性があります。エンジントルク(Nm)にギア比と伝達効率をかけて、タイヤの有効半径で割ったものが、タイヤの駆動力(N)になります。

>やはり加速度と余裕駆動力は何か関係があるのでしょうか?
α=F÷wですから関係はあります。
 α :加速度
 F  :駆動力(ここで言っている余裕駆動力)
 W  :車両重量

>問題の中で、gとmΔが提示されていない場合は、無視して計算してしまえばいい話でしょうか?
 Rα=α/g(m+mΔ)の式でgで割っているのは、力の単位を昔の単位の、kg重に変えるためです。したがって単位をN(ニュートン)にするならばこの式は
 Rα=α(m+mΔ)となります。
通常走行抵抗はN(ニュートン)で出しますから、gで割ることはありません。

回転部分慣性重量mΔは計算が大変ですので、加速度の見込みをつける時には、影響がそれほど大きくないので、無視してもかまいません。厳密な計算を行うときには、必要になります。

 

すみません。すっかり学生さんだと勘違いしておりまして失礼いたしました。No.2の回答に重複しますが説明させていただきます。

車両加速度αは F=wxα の単純な式で計算できます。
・F=タイヤの駆動力ー走行抵抗  になります。
・w=車両重量(厳密には回転部の慣性重量を加えたたもの) になります。
・走行抵抗=内部抵抗+転がり抵抗+空気抵抗+勾配抵抗+加速抵抗 になります。

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Qモーターのトルクと回転数

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>5速で2000回転、50km/hなら、上り坂であっても下り坂であっても平地でも
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Q電気自動車のモータのトルクから加速度の求め方

電気自動車のモータのトルクから加速度の求め方

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ここで、F=maより加速度を求めると、a=0.15[m/s^2]となり、とても自動車とは思えない加速度が出てきてしまうのですが算出方法がおかしいのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

よく考えると、静止摩擦力Fは未知数ですから、#1だと式が足りませんね。
もう一つの式は、車の並進運動についての運動方程式
F = M×a
です。(Fは静止摩擦力、Mは車の質量、aは車の加速度)
タイヤは4つあるので、左辺は 4F のほうがいいかもしれませんが。

もう一度、きちんと、式を書けば、
・タイヤの半径をr
・モーターのトルクがT,
・タイヤの慣性モーメントをI
・車の質量M
・タイヤと地面との間の静止摩擦力をF (未知数)
・角加速度α (未知数)
・車の加速度a (未知数)
として、
・ T - r*F = I*α  …タイヤの回転に関する運動方程式
・ a = r×α     …タイヤの角加速度と車の加速度の関係(タイヤがスリップしない条件です)
・ F = M×a     …車の並進運動の運動方程式
です。未知数3つ、式3つで解けます。

さらに、実際には転がり摩擦も考えたほうがいいのでしょうが、とりあえず省略しています。

Qエコタイヤ転がり抵抗係数「AAA」と「A」の燃費差

AAAとAのどちらを購入するかで迷っています。

物にもよりますが、調べると1本当たり大体1~1.5万円程度価格差が有ります。
AAAが低燃費なのは分りますが、Aとの価格差をペイできる程の物なのか?。
AAAとAの燃費差を経験された事のある方、ご意見をお願い致します。

Aベストアンサー

>物にもよりますが、調べると1本当たり大体1~1.5万円程度価格差が有ります。
>AAAが低燃費なのは分りますが、Aとの価格差をペイできる程の物なのか?

えっ?1本でそんなに価格差があるの???
まぁ、それはさておき・・・

低燃費タイヤは転がり抵抗が普通のタイヤよりも低いようです。
しかし、それがそのまま燃費向上になる訳でもないようです。
実際の統計からして(データーはネットでも検索すれば見つかるよ!)条件が良くて5%程度の
燃費向上ようです。。。(街中走行がメインなら誤差程度とか・・・)

あなたがタイヤを交換して・・・
 そのタイヤが仕様限界になるまで3万km走行
 クルマの平均燃費は15km/L
 レギュラーガソリンの価格が1L当たり145円
という前提でザックリ計算すると使うガソリン代は29万円です。
タイヤを低燃費タイヤにして5%燃費が向上したとして14500円の節約です。
もっと平均燃費が悪いかタイヤの寿命が長ければもうチョット節約になるかも?

まぁ・・・条件が良くてこの程度です。。。
価格差をペイできるかどうかは実際の条件次第で考えて下さい。

>物にもよりますが、調べると1本当たり大体1~1.5万円程度価格差が有ります。
>AAAが低燃費なのは分りますが、Aとの価格差をペイできる程の物なのか?

えっ?1本でそんなに価格差があるの???
まぁ、それはさておき・・・

低燃費タイヤは転がり抵抗が普通のタイヤよりも低いようです。
しかし、それがそのまま燃費向上になる訳でもないようです。
実際の統計からして(データーはネットでも検索すれば見つかるよ!)条件が良くて5%程度の
燃費向上ようです。。。(街中走行がメインなら誤差程度とか...続きを読む

Q比熱比とは

自動車のエンジンに関する本を読んでいて、EGRというものがでてきました。そこで、排気ガスを混ぜることによって比熱比が上がり、燃料消費率が低下すると書いてあったのですが、比熱比というのがよくわからなくて困っています。比熱比とはいったいどういったものなのでしょうか。
オットーサイクルの熱効率の式から、比熱比が上がると効率がよくなることはわかったのですが、排気ガスの主成分であるCO2の比熱比を調べると1.301となっており、空気の1.402に比べると逆に低くなってしまうように思われるのですが、なぜ比熱比が上がるのでしょうか。実際のエンジンの混合気の比熱比とはどのぐらいになっているのでしょうか。
長くなってしまって申し訳ありません。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>定圧比熱は同じ物質であっても温度によって変わる(Cpは温度が上がると上がる)と本に書いてあったのですが、定容比熱及び、比熱比もやはり変わるのでしょうか。もし変わるのであればどのように変わるのか(上がるのか下がるのか)教えていただけないでしょうか。

すごい学習意欲ですね。驚きました。すばらしいです。
定圧比熱、定容比熱ともに温度の関数です。したがって比熱比も温度の関数です。また、定圧比熱は温度が上がると値は増加します。定容比熱については忘れました(たぶん増加していると思います)。

物性値のテーブルが「流体の熱物性値集」日本機械学会(1983)に
載っていたと思います。
(学生さんでしたら大学の図書室にあるかもしれません)

私が大学生のときは空気の物性を温度の関数として与える式
を用いて研究してました。便利ですよ。

Q内燃機関の熱効率について

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの燃費の話の中で、
ガソリンエンジンの熱効率は20%程度、ディーゼルエンジンの熱効率は30%程度でディーゼルエンジンの方が燃費がよい
という話を聞くんですが、このことについて質問です。
この熱効率の話は、エンジンの構造に由来するものなのでしょうか?それは物理的に説明できる物なのでしょうか?(例えばディーゼルは点火の必要がない→熱効率が高い。とか)
もしくは逆に、それぞれのエンジンを使ってみたらディーゼルの方が燃費がよかった→ディーゼルの方が熱効率がいい。ということなのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

#1さんに補足します。
ボイルシャルルの法則 pV=nRTと
熱効率 η=1-√(T2/T1)を用いて
理想気体の断熱圧縮の体積-温度変化
T2/T1=(V1/V2)^(γ-1) ただしγ=Cp/Cv
を考えると解けるのではないかと思います。
いま、ガソリン又は軽油のγは知りませんが、7/5と仮定すると
圧縮比V1/V2が1/20(ディーゼルエンジン)だとすると
η=0.45
V1/V2が1/10(ガソリンエンジン)だとすると
η=0.37
でご質問より高めですが効率の考え方は理解できると思います。
あとは混合気のγ、圧縮比などを正確に代入すれば求まるのではないでしょうか。

Qモーターの回転数

モーターの回転数の公式を教えてください

60Hz・4P のモーターの回転数を求める公式を

教えてください

Aベストアンサー

1さんの答えで合っています。そこにはいくつかの条件が必要です。
対象の交流モータには、同期機か誘導機があり、そのどちらかで公式が違うということです。
質問内容では、誘導機の「すべり」に関することがないので、同期機と思われます。
同期機と解釈し、1さんの補足と間違えやすい点としまして、
 ・f:電源周波数
 ・P:極数(極数=極対数x2)
 ・極数と極対数をよく間違える
です。
参考までにどうぞ


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