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パワーとトルクの話(解説というにはおこがましい) ~みんな、パワーが大好き?~ [バイク]

最近、ユーチュバーとか、モトブロガーとかが流行ってて、テレビよりも面白いのがあるのでついつい観ちゃう。
そんな、バイクのレビューの中でよく聞く言葉が、パワー
言葉の使い方なんだけど、ついつい、細かい事が気になっちゃう、名もなき素人おっさんの戯言として書いてみよう。
実態は、困ることはほとんどない、重箱の隅をつつく、的な話だもんなあ。
どうでもいいことだろうけど、書こうか書くまいか、モヤモヤしてたんだけど、精神安定上、よろしくないだろうから、書いてみることにした。
文系の人は気にならないんだろうなあ。
自分はどっちかというと理系だからだろうなあ............
前書き、くどい?
そうだね。
知っている人は当たり前すぎて読むのが嫌になるかもね~~~


他のブログなどでもこの話題を説明しているところがあるので、
このブログでは趣向を少し変えて、単位を説明の道具としてみる。

1. 言葉(用語)の話
以下、[ ]という表記があるが、これは[単位]を示すことにする。
若い頃の物理学の先生からの受け売りだが、たとえば、
10[W]は、10ワットと読むが、[ ]の中が単位で、10という量とWという単位を明確に分けるためにこう書く。
今回は、10Wという書き方はしない。
()は、物理量(質量とか、長さとか、速度とか)を式の中で示す場合に使うことにする。

まず、パワーについて書く。
パワーとは、単位時間当りの仕事のことをいう。
パワーは、仕事率ともいう。

(馬力)=(パワー)=(power)=(仕事率)
単位で表現すると、以下。
[ps]=[W]=[J/s]

馬力は、パワーと同じ。
馬力は昔からメーカカタログに載っているトルクとパワー特性なんかに出てきますね。

仕事率?
聞きなれない?

仕事率は、仕事を時間で割った物理量、単位時間当たりの仕事量です。
1秒あたりの仕事量です。

物理用語の仕事は仕事量と同じです。
仕事?
仕事量?
聞きなれない?

[W]は、電気由来の単位だね。
最近は、バイクの出力にも[W]という単位を使っているのを見かける。
多分、国際単位系統一の動きなんだろね。

仕事、とは?
英語で言えば、WORK、そのままの訳ですじゃ。

(仕事)=(仕事量)=(エネルギー)
=[J]=[N・m]=[cal]
(・は、かけ算という意味。)

そう、仕事(量)とは、エネルギーと同じこと。
1[N]の(力)で、1[m]だけ物を動かした場合のエネルギーを1[J]という。

Jはジュール、Nはニュートン、calはカロリーだよね。
熱量であるcal(カロリー)も、エネルギーなのです。
カロリーは、女の人がよく気にするお言葉。
お菓子の袋なんかに表記されている。
あたりまえのことを書かないで、と言わないでね。
ここでは、くどいように書いているので。

エネルギーといえば、
E=m・c^2 (質量×光速の2乗)
アインシュタインの特殊相対性理論だったっけ。
エネルギーと質量の等価性、、、になると脱線しすぎだけど、、、、、

まとめると、
パワーというのは、単位時間当たりの仕事量のことで、
仕事量とは、エネルギーのこと。
カロリーはおまけで書いただけ。


次に、トルクについて

トルクは、力の一種で(厳密な指摘はご勘弁を)以下のように表せる。

(力)=(force)
=[N]

まあ、むかしは、[N]の代わりに、[kgf]と書いていた時代もあったけど古い話なので省略。
おっさんは、kgfで習った......

トルクの式は、(力)を使う。
(トルク)=(力・長さ/角度)
=[N・m/rad]
=[N・m]
radは物理量ではないので省略されるが、わざわざ書くと上になる。
長さは、タイヤの回転半径とかです(ここも厳密なご指摘はご勘弁)。

ここまで読んで気づいた人が多いと思うけど、、、
パワーのところで書いた(仕事)の単位と(トルク)の単位が同じ[N・m]になっている。
でも、(仕事)は(トルク)と同じではない。
別の物理量なので勘違いしないこと。
(単位が同じだから、同じ物理量という訳ではない。)

まあ、まとめると、
トルクというのは、力と同じだと思ってください。


力について、単位として書くと以下のようになる。
[N]=[m・m/s^2]
(質量)×(加速度)
同じ質量の物なら、加速度が大きい程、力が大きい。
加速度が大きいということは、アクセルを開けるとグイグイと前に進む。
回転数が少ない時にグイグイ加速する、というのはこういう感覚のことを言っている、、、
と思うと覚えやすい。
これが、いわゆる、低速トルクがあるとかいうやつのことじゃないですかね。


言葉としてのまとめ
パワーは、power
力は、force

powerとforceを辞書でみてみると、こうなってます。
・force は、いわゆる「物理的な力」のこと。
・power は、力というよりは、何かをする「能力」のこと。

パワーと力は、お互いに違う物理量なのをあらためて強調しとく。

------------------------------------------------------------------------------
forceは音楽のforteや要塞のfortと同じ語源で、「押したりする力の強さ」を表します。
一方でpowerはpotentialなんかの仲間で、forceのように表面上出ている力というより、
「内側に秘めた力」、を表します。権威や権限の意味にも使われます。
------------------------------------------------------------------------------

同じ言葉でも人によって解釈やイメージが違う場合があるのですが、パワフルというと、
短い時間の間に次から次へと作業をこなすようなことを思うが、どうやら、単に力がある
ことを言いたいと思える例が増えているような気がする........
パワーは一般的によく聞く言葉だけど、トルクは普段、聞きなれないからかな。

バイクや車の話をすると、低速トルクがないと最高速度に達するのにジワジワと時間がかかる。
150km/hrが出るバイクが2台あるとして、250CCだと時間がかかるけど、1000CC(トルクが
ある)だとすぐに達するということ、かな。




2. トルクとパワーの関係

トルクとパワーの言葉の意味を書いたので、次に、トルクとパワーの関係を書いてみる。

調べたところ、以下のページに式が載っていた。

独立行政法人 自動車技術総合機構
トップ >公開情報>審査事務規程
https://www.naltec.go.jp/publication/regulation/shinsajimukitei.html

TRIAS 99-016-01 原動機車載出力試験(二輪自動車) (251.20 KB)
https://www.naltec.go.jp/publication/regulation/fkoifn0000000ljx-att/fkoifn0000000ysj.pdf

(抜粋)
power-torque.jpg

いくつかの係数があるけど、バッサリ省略して書くと
(パワー)=(トルク)・(回転数)
(トルク)に(回転数)をかけたのが(パワー)ということです。

こうなると、表計算ソフトでグラフを描きたくなるもので、
適当に書いてみたらこうなる。

power-torque-01.jpg

横軸が回転数で、トルクが一定の場合(青色の横線)を想定すると、パワーは右上がりの直線になる。
ごちゃごちゃするので、何速とかのギアシフト毎のグラフにはしていない。

パワーは、トルクの値があってこそ決まるので(パワーがあってからトルクが決まるのではない)、
トルクの特性を極端に想定してして遊んでみる。

最大パワーは同じという条件とする。

低速トルクがある場合
power-torque-02.jpg
極端なグラフです。
赤矢印のところが低速域だとしたら、トルクが大きい分、パワーが上がっている。
低速トルクが大きいというのは、低速パワーが大きいというのと実質は同じことです。


低速トルクがない場合
power-torque-03.jpg
こちらは、低速トルクが小さい場合の極端なグラフです。
一目瞭然ですね。
低速トルクが小さいと、低速パワーも小さい。

目盛りはないけど、これらの3つのグラフの最大パワーは同じ(右端のとんがった部分の高さが同じ)としているので、
仕様上は同じ最大パワーとあっても回転数によるトルクの大小によって、低速トルクがあるとかないとかの違いが出てくるのはこういう訳。





最後に、powerとforce(力、トルク)についてのたとえ話でもして締めましょうかね。

フォースといえば、ジェダイの騎士、ということで、
新米のジェダイの騎士は、1人のストームトルーパーを吹っ飛ばすことができるが、1秒に1人だけ。
先生のジェダイの騎士は、1秒に10人のストームトルーパーを吹っ飛ばすことができる。
先生は新米の10倍のパワー(能力)がある、ということ。
先生って、パワフル~~~!

(おしまい)

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XL250S配線図~考~ [バイク]

先日、XLOC(XLオーナーズクラブ)のメーリスでXL250Sの暗いライトを明るくするための方法という話が出た際、配線図を見る機会があり、3系統の線を色分けしてみたことがあった。
今回、その色付きの線をもう少し丁寧に描いてみた。
更に、配線図を見ていて思ったことを、嘘か真か、個人の意見も含めてうだうだと書いておく。

1. 点火系の配線:高い電圧が出るので注意!
001-XL250S配線図b-点火系.jpg

pdfをjpgに変換する良いツールが無かったのでpdfも置いておく。jpgの方は文字がつぶれ気味。
拡張子をpdfにしてね。(以下、同様)
002-XL250S配線図b-点火系_pdf.jpg

点火系発電機の出力線
・黒二赤の線
発電機出力は、ACである。
黒二赤の線がCDIユニットに繋がっている。
CDIユニットへのもう1本の入力線は、青二黄の線である。
青二黄の線は、パルスジェネレータに繋がっている。
パルスジェネレータは、進角のためのタイミングをCDIユニットに入力しているはず。

CDIユニットの出力は、黒二白の線が2本。
右の1本は、イグニッションコイルに繋がって、その後、スパークプラグに繋がっている。
左の1本は、更に、2本に分岐している。
1本は、ライティング・キルスイッチのIG端子に繋がっている。
キルスイッチをOFFにすると、IG端子がOFF(緑の線、フレーム)に繋がるのでエンジンがストップする。
もう1本は、メインスイッチのIG端子に繋がっている。
メインスイッチをOFFにすると、IG端子とE端子が繋がる。
黒二白の線は、イグニッションコイルとIG端子に繋がっているので、IG端子がフレームに繋がるという
ことは、イグニッションコイルの端子がフレームに繋がるということなので、強制的にスパークが飛ば
ない状態になるということ。


2. DC系(バッテリー)の配線
011-XL250S配線図b-DC系.jpg
012-XL250S配線図b-DC系_pdf.jpg

DC系発電機の出力線
(2本の線のどちらもフレームから浮いている):
・黄の線
・桃の線
発電機出力は、ACである。
黄の線と桃の線は、レギュレートレクチファイアの入力端子に
繋がっている。
レギュレートレクチファイアで、ACを整流してDCに変換後、
きれいなDCに整えられる。
レギュレートレクチファイアの出力は、赤、黒、緑の3本。
・赤:バッテリーへ直結
・黒:メインスイッチをONにするとメインスイッチ内のBATと
   HOが繋がる。HO端子は黒の線で、レギュレートレクチ
   ファイアの黒の線と同じである。
   メインスイッチをONにすると赤の線に加え、黒の線も
   DC+6Vになるという動作だと思う(間違っているかもね)。
・緑:リターン線
   発電機の基準電位とDC+6V、両方の基準電位になって
   いると思う。
   緑の線は、どこかでフレームに繋がっているはず


3. ヘッドライトの配線
021-XL250S配線図b-ライト系.jpg
022-XL250S配線図b-ライト系_pdf.jpg

ライト系発電機の出力線:
・白二黄の線(ホットライン)・・・ヘッドライトに繋がる線
・フレーム(リターンライン)
白二黄の線は、ライティングスイッチのCI端子に繋がり、
ライティングスイッチでHL端子に繋がる。
HL端子は青二白の線に繋がり、ウィンカーディマー・
ホーンスイッチのHL端子に繋がる。
ウィンカーディマー・ホーンスイッチで、ヘッドライトをLoに
すると、白の線に繋がる。
白の線は、ヘッドライトの発光フィラメントを通って、リターン
ライン(緑の線)に繋がる。


4. うんちく? グランドについて
スパークプラグ本体(リターン)は、エンジンにねじ込んでいくことによりボディに接続されている。
一方、リターン線である「緑の線」は一点でボディに接続されている。
こういうのを1点グランドとか1点アースと呼ぶ。
忘れがちなのだが、電流はホット側だけに流れるのではない。
リターンにも同じ値の電流が流れる。
しかも、色々な信号のリターンが共通になっているため、リターン側には様々な成分の電流が流れることになる。
1点グランドにするのは、そのような様々な成分の電流が他の機器に悪影響を与えないための工夫である。
この時代のバイクの場合は、プラグから発生するスパイク状の高電圧成分がCDIの誤動作を起こさせないようにしたかったのではないだろうか。
一方、信号系の部品は、グランドにつなぐ線を太くして電気抵抗を減らして誤動作を防ぐ工夫もされている。
1点グランドが良いのか、多点グランドが良いのか、一言では言えない、実は奥深い話なのである。
しくじると、不具合に陥ってしまうリスクもある。
キーワード:EMI、EMC

時代が進み、集積回路で構成される部品やユニットも外部からの信号に強いように改良が進められてきたので昔ほど気にしなくて良い場合も、ある。
一方、最近の車両にはECU、ABS、等等の繊細な回路を有する機器(コンピュータの類)が搭載されており、問題を起こさない設計や実装方法を実現することが今も重要な課題になっている。
結局、今の時代でも詳細は違うが似たようなものか.......

上でリターンに様々な成分の電流が流れる、と書いたが、このようにリターンが1つにまとめられているような回路を「不平衡回路」という。
不平衡があれば、平衡もある。
XL250Sにも「平衡回路」がある。
DC系の発電機の2本の線は、ボディに繋がっていない。
これは、当時、外部からの信号で誤動作しがちだった半導体部品で構成されたCDIユニットに発電機で発生した様々な不要信号が入らないようにする対策だった、と想像しちゃったりする。


5. うんちく? 当時の配線図について
1970年から1980年頃に描かれたXL250Sの配線図は手書きであったと思う。
各ユニットの絵が実物をイメージできる味のある絵ですよね~~~
当時は、パソコンなんて無かったか、あっても、めっちゃ高級だったからね。
CADなんてツールも見た記憶が無い。
図面は鉛筆で描く世代だ...
烏口は持ってたが宝の持ち腐れだったし、ドラフターも使ったことはないなあ。

現代はもちろん、CADで配線図や回路図を書く。
しかも、電気回路はnetlistとかいうリストを作れば自動描画される。
人間が介入するのは、部品や線の体裁を整えるくらいかな。

たとえばこれは、新しいバイクであるV-Strom650XTのサービスマニュアルにある系統図である。
041-v-st-circuit.jpg
コンピュータの入っているブロックに線が集中しているのがイメージとして分かってもらえると思う。
面倒なのでまだじっくり線を追っていないが...
配線図ではなく、系統図とあるので、細かなコネクタ(カプラ)等は載っていないのかもしれないね。


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V-Strom650XTの燃費とXLX250Rの燃費集計(XLX250Rはレギュラーとハイオクの比較) [バイク]

1.V-Strom650XTの燃費
データ取得開始日:2018/04/21
データ集計最終日:2019/06/29
走行距離:11138[km]
使用燃料:401[L](レギュラー)
(約1年間のデータで走行距離は約1.1万km)

燃費
最大値:32.4[km/L]
最小値:24.2[km/L]
平均値:27.9[km/L]
回帰直線の傾き:27.8[km/L]

001-Vst.jpg
002-Vst.jpg


2.XLX250Rの燃費
2.1 レギュラーの場合
データ取得開始日:2017/05/28
データ集計最終日:2018/04/22
走行距離:10230[km]
使用燃料:304[L](レギュラー)
(約1年間のデータで走行距離は約1万km)

燃費
最大値:41.1[km/L]
最小値:25,2[km/L]
平均値:33.6[km/L]
回帰直線の傾き:33.7[km/L]

011-xlx.jpg
012-xlx.jpg


2.2 ハイオクの場合
データ取得開始日:20180512
データ集計最終日:20190616
走行距離:5001[km]
使用燃料:147[L](レギュラー)
(約1年間のデータで走行距離は約5000km)

燃費
最大値:39.0[km/L]
最小値:27.4[km/L]
平均値:34.1[km/L]
回帰直線の傾き:34.0[km/L]

016-xlx.jpg
017-xlx.jpg


3. 一応、考察
データのそれぞれの日にどこをどう走ったかによって燃費は変わる。

下道でも市街地はストップ・アンド・ゴーが多くて燃費が悪い。
山道等をほとんど停止せずに一定速度で走れば燃費が良い。
一定速度であっても高速を高回転で走れば燃費が悪い。
下道であってもエンジンを高回転でブイブイ言わせて走れば燃費が悪くなる。

V-Stromの燃費は、30[km/L]を越えれば良い方と考える。

XLX250Rの燃費は、レギュラーとハイオクに差といえる程の違いは無かった。
下道を60[km/hr]とかの一定速度で走ることができれば40[km/L]に近い値が出た記憶がある。
荷物満載で、高速を80[km/hr]で200[km]くらいの距離を巡航したときにも40[km/L]が出た記憶がある。
これは、慣性の法則が働いてエネルギー効率が良かったためなんだろう、と思っている。

普通のツーリングでは、市街地もあるので平均すれば30[km/L]を少し越えるくらいかな。
市街地なら、25[km/L]くらい。
新車の時も同じだった覚えがあるので、古くなってきても燃費はほとんど変化しないと思われる。


さて、地味な内容だったが、こういうのは地道にデータを積み重ねないと確信できないことでもある。
計算やグラフに使ったツール:openofficeのcalc

ガソリン代も記録しているが、お店によって差が出るので2年間くらいのデータでは集計しても傾向はたいして出ないと思ったので未集計である。
2017年5月は130円台/Lだったのだが、少しずつ値上がりしてきているね。
そういうのは、データを眺めているだけで分かる。


こういうデータを記録して集計するのは面白いと思う。
それぞれのバイクにそれぞれの個性・特性があるので、マイデータを記録して計算してみてはいかがだろうか?


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