機関出力のソースを表示

{{物理量
| 名称 =  機関出力
| 英語 = Engine power
|記号={{mvar|P}}
|SI = [[キロワット]]（kW） <br />= 1000 [[キログラム|kg]]&sdot;[[メートル|m]]{{sup|2}}&sdot;[[秒|s]]{{sup|−3}}
|定義=1秒間に1ジュールの仕事率
| 次元 = <math>ML^2T^{-3}</math>
}}
'''機関出力'''（きかんしゅつりょく、{{lang-en|engine power}}、'''エンジン出力'''、'''エンジンパワー'''）は、[[機関 (機械)|機関]]（エンジン）が出すことができる[[仕事率]]（パワー）である。仕事率は、最も一般的には[[ワット|キロワット]]、[[仏馬力]]（メートル法）、または[[英馬力]]（ヤード・ポンド法）、で表すことができる。[[内燃機関]]の文脈においては、機関出力は通常、「定格出力」を表す。定格出力とは、例えばISO 1585<ref>{{Cite web|和書|url=https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=ISO+1585%3A2020|title= ISO 1585:2020 路上走行車－エンジン試験規約－正味出力|date=2020-07-24|accessdate=2021-09-13}}</ref>のような一定の試験方法に基づいて、機関が長期間維持できる出力のことである。しかし、一般的に内燃機関には[[動力]]を取り出す軸（[[クランクシャフト]]）があるため、軸動力に関する規則が内燃機関にも適用される。機関出力は機関[[トルク]]とクランクシャフトの[[角速度]]の[[積]]である。

== 定義 ==
仕事率はトルクと角速度の積である<ref name="Böge_233">{{Harvnb|Böge|2017}}. p 233</ref>。

*<math>P=</math> 仕事率; 単位: [[ワット]] (W)
*<math>M=</math> トルク; 単位: [[ニュートンメートル]] (N·m)
*<math>n=</math> クランクシャフト速さ毎[[秒]] (s<sup>&minus;1</sup>)
*<math>\omega=</math> [[角速度]] = <math>2\pi n</math>
とする。

その結果、仕事率は
:<math>P= M \cdot \omega</math>
である。

内燃機関では、クランクシャフト速さ<math>n</math>が<math>\omega</math>よりも一般的な数値であるため、代わりに<math>2 \pi n</math>を使うことができる<ref>{{Harvnb|Fred Schäfer, Richard van Basshuysen|2017}}. p. 21</ref>。
:<math>P= M \cdot 2 \pi \cdot n</math>

<math>n</math>は単位が毎秒 (s<sup>&minus;1</sup>) であることに注意する必要がある。もし、一般的な毎分 (min<sup>&minus;1</sup>) を代わりに使いたいならば、<math>n</math>を60で割らなければならない。
:<math>P= M \cdot 2 \pi \cdot {n \over 60}</math>

== 使用 ==
===数値方程式 ===
以下は、トルクとクランクシャフト速さから機関出力を計算する近似{{仮リンク|数値方程式|en|numerical value equation}}である<ref name="Böge_233" /><ref name="Böge_154">{{Harvnb|Böge|1972}}. p 154</ref><ref name="Kemp_259">{{Harvnb|Kemp|1998}}. p 259</ref>。

==== 国際単位系 (SI) ====
*<math>P=</math> 仕事率; 単位: [[ワット]] (W)
*<math>M=</math> トルク; 単位: [[ニュートンメートル]] (N·m)
*<math>n=</math> クランクシャフト速さ毎[[分]] (min<sup>&minus;1</sup>)
とすると
:<math>P= {M \cdot n \over 9550}</math>

==== 工学単位系 (MKS) ====
*<math>P=</math> 仕事率; 単位: [[仏馬力]] (PS)
*<math>M=</math> トルク; 単位: {{仮リンク|キロポンドメートル|en|Kilopondmetre}} (kp·m)
*<math>n=</math> クランクシャフト速さ毎[[分]] (min<sup>&minus;1</sup>)
とすると
:<math>P= {M \cdot n \over 716}</math>

==== 帝国/米国慣用単位 ====
*<math>P=</math> 仕事率; 単位: [[英馬力]] (hp)
*<math>M=</math> トルク; 単位: [[フィート重量ポンド]] (lbf·ft)
*<math>n=</math> クランクシャフト速さ; 単位: 回転数毎分 (rpm)
とすると
:<math>P= {M \cdot n \over 5252}</math>

=== 例 ===

{{box
|header=例のディーゼルエンジンのトルク・出力図
|align=right
|{{Graph:Chart|width=300|height=200|type=line|xAxisTitle=クランクシャフト速さ (1/min)|y1AxisTitle=トルク (N·m)|y2AxisTitle=仕事率 (kW)|legend=|y1Title=トルク (N·m)|y2Title=仕事率 (kW)|x=1250,1750,2000,2500,3000,4000,4500|y1=265, 320, 320, 320, 300, 245, 200|y2=35, 59, 68, 84, 94, 103, 94|interpolate=monotone}}<br />出力曲線（橙色）は、トルク曲線（青色）にクランクシャフトの回転数をかけて9550で割ると導き出すことができる。
|caption =
}}
ディーゼルエンジンは、定格回転数である<math>n</math> 4200&nbsp;min<sup>&minus;1</sup>において、234&nbsp;N·mのトルク<math>M</math>を発生する。

*<math>M= 234 \, N \cdot m</math>
*<math>n= 4200 \, {min}^{-1} = 70 \, s^{-1}</math>
とすると
:<math>234 \, N \cdot m \cdot 2 \pi \cdot 70 \, s^{-1} = 102,919 \, N \cdot m \cdot s^{-1} \approx 103 \, kW</math>
または、数値方程式を使用して、
:<math>{234 \cdot 4200 \over 9550} = 102.91 \approx 103</math>
となる。

エンジンに定格出力は103&nbsp;kWである。

== 単位 ==

{| class="wikitable" 
! 
! [[キロワット]] 
! [[キロポンドメートル]]毎秒
! [[仏馬力]]
! [[英馬力]]
! [[フィート重量ポンド]]毎分
|-
! 1 kW (= 1000 kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;3</sup>) =
|   1       ||''101.97'' ||''1.36''||  ''1.34'' || ''44,118''
|-
! 1 kp·m·s<sup>&minus;1</sup> =
|  ''0.00980665'' || 1 || ''0.01<span style="text-decoration: overline;">3</span>'' || ''0.0132'' || ''433.981''
|-
! 1 PS =
| ''0.73549875'' || ''75'' || 1 || ''0.986'' || ''32,548.56''
|-
! 1 hp =
| ''0.7457'' ||''76.04''||''1.014''|| 1 ||''33,000''
|-
! 1 lbf·ft·min<sup>&minus;1</sup> =
| ''2.26·10<sup>&minus;5</sup>'' || ''0.0023'' || ''2.99·10<sup>&minus;5</sup>'' || ''3.03·10<sup>&minus;5</sup>'' || 1
|}

==出典==
{{reflist|colwidth=30em}}

== 参考文献 ==
* {{Citation
 | author-link = 
 | last = Böge
 | first = Wolfgang
 | editor = Alfred Böge
 | year =2017
 | title =Handbuch Maschinenbau
 | publisher = Springer
 | location = Wiesbaden
 | language = German
 | isbn = 978-3-658-12528-8}}
* {{Citation
 | author-link =
 | last = Böge
 | first = Alfred
 | year = 1972
 | title = Mechanik und Festigkeitslehre
 | publisher = Vieweg
 | location = Wiesbaden
 | language = German
 | isbn = 9783528140106}}
* {{Citation 
 | last = Kemp
 | first = Albert W.
 | year = 1998
 | title = Industrial Mechanics
 | publisher = American Technical Publishers
 | location = 
 | language = English
 | isbn = 9780826936905}}
* {{Citation 
 | last = 
 | first =
 | editor = Fred Schäfer, Richard van Basshuysen
 | year = 2017
 | title = Handbuch Verbrennungsmotor
 | publisher = Springer
 | location = Wiesbaden
 | language = German
 | isbn = 978-3-658-10901-1}}

== 関連項目 ==
* {{仮リンク|量産車の出力順一覧|en|List of production cars by power output}}

{{DEFAULTSORT:きかんしつりよく}}
[[Category:力学]]
[[Category:仕事率]]
[[Category:熱機関]]