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2016年12月17日 (土)

ピストン・クランクの運動(2)

 平均ピストン速度は、エンジンスペックでストロークがわかれば容易に計算できることがわかった。乗用車では10~18[m/s]が一般的で、オートバイでは20[m/s]を超えるものもある。

 ピストンは往復運動をしているため、慣性力を知る必要がある。往復運動の質量をmrt、慣性力をFrtとすると、

Frt = -mrt・Rω^2(cosθ+ cos2θ/λ)

と表せる。この式の第一項を一次慣性力、第二項を二次慣性力と称する。慣性力は一次慣性力と二次慣性力の和で表されており、両者の周期が異なることに注意しよう。θはクランクの回転角度なので、慣性力はθによって変化する。二次慣性力の周期が一時慣性力の周期の2倍になるので、両者が強め合うときと弱め合うときが生じることがわかる。

 ピストンとクランクはコネクティングロッドで結ばれており、ピストンとの結合部は上下の線加速度、クランクとの結合部は角加速度を受けている。これらを往復質量mc1、回転質量mc2ととらえると、往復慣性力Fc1と回転慣性力Fc2はそれぞれ次のように表すことができる。

Fc1 = -mc1(cosθ+ cos2θ/λ)
Fc2 = mc2・Rω^2

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