Electrical & Mechanical Calculations, Materials, Fuels & Lubricants, and Units

電気でんきの計算けいさん（オームの法則ほうそく・直列ちょくれつと並列へいれつの合成ごうせい抵抗ていこう・電力でんりょく計算けいさん）

Electrical Calculations (Ohm's Law, Series & Parallel Combined Resistance, Electric Power)

電気でんき回路かいろの基本きほんである「オームの法則ほうそく」は、電流でんりゅうI（A）＝電圧でんあつV（V）÷抵抗ていこうR（Ω）、電圧でんあつV＝電流でんりゅうI×抵抗ていこうR、抵抗ていこうR＝電圧でんあつV÷電流でんりゅうIで表あらわされる。

'Ohm's law', the foundation of electrical circuits, is expressed as Current I (A) = Voltage V (V) ÷ Resistance R (Ω), Voltage V = Current I × Resistance R, and Resistance R = Voltage V ÷ Current I.

複数ふくすうの抵抗ていこうを1本ぽんの道筋みちすじにつないだ「直列ちょくれつ接続せつぞく」では、各かく抵抗ていこうに流ながれる電流でんりゅうはすべて等ひとしく、回路かいろ全体ぜんたいの合成ごうせい抵抗ていこうRは各かく抵抗ていこうの和わ「R＝R₁＋R₂＋R₃」となる。

In a 'series connection' where multiple resistors are connected along a single path, the current flowing through each resistor is equal, and the combined resistance R of the entire circuit is the sum of the individual resistances: 'R = R₁ + R₂ + R₃'.

一方いっぽう、複数ふくすうの抵抗ていこうを枝分えだわかれしてつないだ「並列へいれつ接続せつぞく」では、各かく抵抗ていこうにかかる電圧でんあつが電源でんげん電圧でんあつVと等ひとしくなり、合成ごうせい抵抗ていこうRの逆数ぎゃくすうは「1/R＝1/R₁＋1/R₂＋1/R₃」となる。

Conversely, in a 'parallel connection' where multiple resistors are connected across branches, the voltage across each resistor equals the power supply voltage V, and the reciprocal of the combined resistance R is given by '1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃'.

特とくに2号ごう学科がっか試験しけんで頻出ひんしゅつの「同おなじ抵抗値ていこうちr（Ω）の抵抗ていこうをn個こ並列へいれつに接続せつぞくした回路かいろ」では、合成ごうせい抵抗ていこうRは「R＝r÷n（1個分こぶんの抵抗値ていこうち÷個数こすう）」で簡単かんたんに求もとめられ、回路かいろ全体ぜんたいの電流でんりゅうIは「I＝V÷R」（または各かく枝えだの電流でんりゅうの合計ごうけい）となる。

In particular, for a 'circuit with n resistors of equal resistance r (Ω) connected in parallel'—which appears frequently on the Type 2 written exam—the combined resistance R is easily found by 'R = r ÷ n (resistance of one resistor ÷ number of resistors)', and the total circuit current I is 'I = V ÷ R' (or the sum of the branch currents).

また、消費しょうひされる「電力でんりょくP（W：ワット）」は「電力でんりょくP＝電圧でんあつV×電流でんりゅうI」で計算けいさんされ、電球でんきゅうやヒータに流ながれる電流でんりゅうは「電流でんりゅうI＝電力でんりょくP÷電圧でんあつV」から求もとめることができる。

Furthermore, consumed 'electric power P (W: watts)' is calculated as 'Power P = Voltage V × Current I', so the current flowing through a bulb or heater can be found from 'Current I = Power P ÷ Voltage V'.

機械きかいの計算けいさん（歯車はぐるまの変速比へんそくひ・総排気量そうはいきりょう・圧縮比あっしゅくひ・ばね定数ていすう）

Mechanical Calculations (Gear Ratio, Total Displacement, Compression Ratio, Spring Constant)

2つの歯車はぐるまが噛かみ合あうとき、「変速比へんそくひ（減速比げんそくひ）」は「被駆動ひくどう歯車はぐるま（ドリブン・ギヤ）の歯数はすう÷駆動くどう歯車はぐるま（ドライブ・ギヤ）の歯数はすう」で求もとめられ、出力側しゅつりょくがわの回転かいてん速度そくどは「入力にゅうりょく回転かいてん速度そくど÷変速比へんそくひ」、出力しゅつりょくトルクは「入力にゅうりょくトルク×変速比へんそくひ」となる。

When two gears mesh, the 'gear ratio (reduction ratio)' is found by 'Number of teeth on driven gear ÷ Number of teeth on drive gear'; output rotational speed equals 'Input speed ÷ Gear ratio', and output torque equals 'Input torque × Gear ratio'.

エンジンの1気筒きとうあたりの「行程こうてい容積ようせき（排気量はいきりょう）Vh」は、シリンダ内径ないけい（ボア）をD、ピストン行程こうてい（ストローク）をSとすると、断面積だんめんせき×行程こうてい「Vh＝（π÷4）×D²×S」で計算けいさんされ、これに気筒数きとうすうを掛かけたものが「総排気量そうはいきりょう」である。

An engine's 'stroke volume (displacement per cylinder) Vh', where cylinder bore is D and piston stroke is S, is calculated as Cross-sectional area × Stroke: 'Vh = (π ÷ 4) × D² × S'; multiplying this by the number of cylinders gives 'total engine displacement'.

またエンジンの「圧縮比あっしゅくひ（ε）」は、下死点時かしんてんじのシリンダ全容積ぜんようせき（行程こうてい容積ようせきVh＋燃焼室ねんしょうしつ容積ようせきVc）を上死点時じょうしてんじの燃焼室ねんしょうしつ容積ようせきVcで割わった値あたい「圧縮比あっしゅくひ＝（Vh＋Vc）÷Vc」で求もとめられる。

Furthermore, an engine's 'compression ratio (ε)' is found by dividing total cylinder volume at bottom dead center (stroke volume Vh + combustion chamber volume Vc) by combustion chamber volume Vc at top dead center: 'Compression ratio = (Vh + Vc) ÷ Vc'.

軸じくやボルトを回転かいてんさせる「力ちからのモーメント（トルクT）」は、「作用さようする力ちからF（N）×回転かいてん中心ちゅうしんからの直角ちょっかく距離きょり（腕うでの長ながさ）L（m）」で表あらわされ、単位たんいは「N・m」である。

The 'moment of force (torque T)' that rotates a shaft or bolt is expressed as 'Applied force F (N) × Perpendicular distance from center of rotation (lever arm length) L (m)', with the unit 'N・m'.

さらにフックの法則ほうそくにより、ばねを1mm伸縮しんしゅくさせるのに必要ひつような力ちからである「ばね定数ていすうk（N/mm）」は、「荷重かじゅうF（N）÷たわみ量りょう（伸のびまたは縮ちぢみ量りょう）x（mm）」で計算けいさんされる。

Moreover, by Hooke's law, the force required to extend or compress a spring by 1 mm—the 'spring constant k (N/mm)'—is calculated as 'Load F (N) ÷ Deflection (extension or compression) x (mm)'.

エンジン・オイルの添加剤てんかざいと燃料ねんりょう・潤滑油じゅんかつゆの性質せいしつ

Engine Oil Additives and Properties of Fuels and Lubricants

エンジン・オイルには基油きゆ（ベース・オイル）に各種かくしゅの添加剤てんかざいが配合はいごうされている。そのうち「清浄せいじょう分散剤ぶんさんざい」は、燃焼ねんしょうで生しょうじた「すす」やオイルの酸化さんか生成物せいせいぶつをオイル中ちゅうに微細びさいに分散ぶんさんさせ、金属きんぞく表面ひょうめんにスラッジとして堆積たいせき・付着ふちゃくするのを防ふせぐ。

Engine oil blends various additives into base oil. Among them, a 'detergent-dispersant' finely disperses combustion soot and oil oxidation products throughout the oil to prevent them from depositing and adhering onto metal surfaces as sludge.

「油性ゆせい向上剤こうじょうざい（摩擦まさつ調整剤ちょうせいざい）」は、高負荷こうふか時じなどの境界きょうかい潤滑じゅんかつ状態じょうたいにおいて金属きんぞく表面ひょうめんに強固きょうこな吸着きゅうちゃく膜まく（油膜ゆまく）を作つくり、金属きんぞく同士どうしの直接ちょくせつ接触せっしょくによる摩耗まもうや焼やき付つきを防止ぼうしする。

An 'oiliness improver (friction modifier)' forms a strong adsorbed film (oil film) on metal surfaces under boundary lubrication conditions such as heavy loads, preventing wear and seizure caused by direct metal-to-metal contact.

「流動点りゅうどうてん降下剤こうかざい」は、低温時ていおんじにオイル中ちゅうのワックス分ぶん（パラフィン分ぶん）が「結晶化けっしょうか・凝固ぎょうこするのを抑制よくせい（防止ぼうし）し」、寒冷時かんれいじでもオイルの流動性りゅうどうせいを確保かくほする添加剤てんかざいである（結晶化けっしょうかを促進そくしんさせるという記述きじゅつは誤あやまり）。

A 'pour-point depressant' is an additive that 'inhibits (prevents) wax (paraffin) components in the oil from crystallizing and solidifying at low temperatures', ensuring oil fluidity even in cold weather (statements claiming it promotes crystallization are incorrect).

また「粘度ねんど指数しすう向上剤こうじょうざい」は、温度おんど変化へんかによるオイル粘度ねんどの変化へんかを少すくなくする添加剤てんかざいであり、高温時こうおんじの粘度ねんど低下ていかを抑おさえるとともに低温時ていおんじの粘度ねんど増加ぞうかを抑おさえる。

Additionally, a 'viscosity index improver' is an additive that reduces oil viscosity changes caused by temperature variations, suppressing viscosity drop at high temperatures as well as viscosity increase at low temperatures.

なお燃料ねんりょうの性質せいしつとして、ガソリンの「オクタン価か」が高たかいほど自己じこ着火ちゃっかしにくく「アンチノック性せい（耐たいノッキング性せい）が高たかく」、ディーゼル軽油けいゆの「セタン価か」が高たかいほど自己じこ着火ちゃっかしやすく「着火性ちゃっかせいが良よい（ディーゼル・ノックが起おきにくい）」。

Regarding fuel properties, a higher 'octane number' in gasoline means greater resistance to self-ignition and 'higher anti-knock performance', whereas a higher 'cetane number' in diesel fuel means easier self-ignition and 'better ignitability (less diesel knock)'.

金属きんぞく材料ざいりょう（炭素鋼たんそこう・鋳鉄ちゅうてつ）と非金属ひきんぞく材料ざいりょう・塗料とりょうの成分せいぶん

Metallic Materials (Carbon Steel, Cast Iron), Non-Metallic Materials, and Paint Components

鉄てつと炭素たんその合金ごうきんのうち、炭素たんそ含有量がんゆうりょうが約やく0.02%〜2.0%のものを「炭素鋼たんそこう」といい、炭素量たんそりょうが0.3%以上いじょうの「硬鋼こうこう」は0.3%未満みまんの「軟鋼なんこう」に比くらべて「炭素たんその含有量がんゆうりょうが多おおい」（硬鋼こうこうの炭素量たんそりょうが少すくないという記述きじゅつは誤あやまり）。炭素量たんそりょうが多おおいほど硬かたさや引張ひっぱり強つよさは大おおきくなるが、伸のびや靭性じんせい（粘ねばり強づよさ）は小ちいさくなる。

Among alloys of iron and carbon, those with a carbon content of approx. 0.02% to 2.0% are called 'carbon steel'; 'hard steel (0.3% carbon or more)' has a 'higher carbon content' than 'soft steel (less than 0.3% carbon)' (statements claiming hard steel has less carbon are incorrect). Higher carbon content increases hardness and tensile strength, but reduces elongation and toughness.

炭素たんそ含有量がんゆうりょうが2.0%を超こえる（約やく2.0%〜4.5%）「鋳鉄ちゅうてつ」のうち、「普通ふつう鋳鉄ちゅうてつ（ねずみ鋳鉄ちゅうてつ）」は鋳造性ちゅうぞうせいと耐摩耗性たいまもうせいに優すぐれ、シリンダ・ブロック、フライホイール、ブレーキ・ドラムなどに使つかわれる。

Among 'cast irons' with carbon content exceeding 2.0% (approx. 2.0%–4.5%), 'ordinary cast iron (gray cast iron)' excels in castability and wear resistance and is used for cylinder blocks, flywheels, and brake drums.

普通ふつう鋳鉄ちゅうてつに「クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、ニッケル（Ni）などを添加てんか」して強つよさや耐摩耗性たいまもうせいを高たかめたものを「合金ごうきん鋳鉄ちゅうてつ」といい、カムシャフトやシリンダ・ライナに用もちいられる。

Ordinary cast iron to which 'chromium (Cr), molybdenum (Mo), nickel (Ni), etc. are added' to enhance strength and wear resistance is called 'alloy cast iron', and is used for camshafts and cylinder liners.

一方いっぽう、「球状きゅうじょう黒鉛こくえん鋳鉄ちゅうてつ（ダクタイル鋳鉄ちゅうてつ）」は、溶とけた鋳鉄ちゅうてつに「マグネシウム（Mg）やセリウム（Ce）を添加てんか」して片状へんじょうの黒鉛こくえんを球状化きゅうじょうかさせ、鋼はがねに近ちかい強度きょうどと靭性じんせいを持もたせたもので、クランクシャフトやデフ・ケースに使つかわれる（クロム・ニッケルで黒鉛こくえんを球状化きゅうじょうかさせるという記述きじゅつは誤あやまり）。

Conversely, 'spheroidal graphite cast iron (ductile cast iron)' is made by 'adding magnesium (Mg) or cerium (Ce)' to molten cast iron to spheroidize flaky graphite, giving it strength and toughness close to steel for use in crankshafts and diff cases (claiming chromium and nickel are added to spheroidize graphite is incorrect).

また自動車じどうしゃ塗装とそうに使つかわれる「塗料とりょうの4成分せいぶん」として、①「樹脂じゅし」は顔料がんりょうをつなぎとめ塗膜とまくに光沢こうたくや硬かたさを与あたえる主成分しゅせいぶん、②「顔料がんりょう」は水みずや溶剤ようざいに溶とけず色彩しきさいを与あたえる粉末ふんまつ、③「溶剤ようざい」は樹脂じゅしを溶とかして塗装とそうしやすくする液体えきたい、④「添加剤てんかざい」は塗装とそうの作業性さぎょうせいや塗膜とまくの安定性あんていせいを向上こうじょうさせる補助ほじょ成分せいぶんである。

Regarding the 'four components of automotive paint': (1) 'Resin' is the main component that binds pigment particles and gives the paint film gloss and hardness; (2) 'Pigment' is a powder insoluble in water or solvent that provides color; (3) 'Solvent' is a liquid that dissolves resin to make painting easier; and (4) 'Additives' are auxiliary components that improve painting workability and film stability.

SI単位たんい（国際こくさい単位系たんいけい：力ちから・トルク・仕事しごと・圧力あつりょく・仕事率しごとりつ）

SI Units (International System of Units: Force, Torque, Work, Pressure, Power)

自動車じどうしゃ整備せいびおよび試験しけんで用もちいられる「SI単位たんい（国際こくさい単位系たんいけい）」では、すべての物理量ぶつりりょうと単位たんい記号きごうの正ただしい組くみ合あわせを正確せいかくに覚おぼえておく必要ひつようがある。

In the 'SI units (International System of Units)' used in automotive maintenance and exams, you must accurately memorize the correct pairing between every physical quantity and its unit symbol.

「力ちから・荷重かじゅう・重力じゅうりょく」の単位たんいは「N（ニュートン）」であり、質量しつりょう1kgの物体ぶったいに1m/s²の加速度かそくどを生しょうじさせる力ちからが1Nである（従来じゅうらいの1kgfは約やく9.8Nに相当そうとうする）。

The unit of 'force, load, and gravity (weight)' is 'N (newton)', where 1 N is the force that gives a 1 kg mass an acceleration of 1 m/s² (1 kgf in conventional units equals approx. 9.8 N).

「力ちからのモーメント」および軸じくを回まわす「トルク」の単位たんいは「N・m（ニュートン・メートル）」であり、「仕事しごと・エネルギ・熱量ねつりょう」の単位たんいは「J（ジュール：1J＝1N・m）」である。

The unit of 'moment of force' and shaft-turning 'torque' is 'N・m (newton-meter)', while the unit of 'work, energy, and heat quantity' is 'J (joule: 1 J = 1 N・m)'.

単位たんい面積めんせきあたりに作用さようする力ちからである「圧力あつりょく（タイヤ空気圧くうきあつや圧縮あっしゅく圧力あつりょくなど）」および材料ざいりょう内部ないぶに生しょうじる「応力おうりょく」の単位たんいは、「Pa（パスカル＝N/m²）」、「kPa（キロパスカル）」、「MPa（メガパスカル）」である（MPaを力ちからのモーメントとする選択肢せんたくしは誤あやまり）。

The unit of 'pressure' (force acting per unit area, such as tire inflation pressure or compression pressure) and internal material 'stress' is 'Pa (pascal = N/m²)', 'kPa (kilopascal)', or 'MPa (megapascal)' (options pairing MPa with moment of force are incorrect).

また単位たんい時間じかん（1秒間びょうかん）あたりの仕事しごとである「仕事率しごとりつ・動力どうりょく（エンジン最高さいこう出力しゅつりょく）・電力でんりょく」の単位たんいは「W（ワット＝J/s）」または「kW（キロワット）」であり、ばね定数ていすうは「N/mm」、回転かいてん速度そくどは「min⁻¹（またはs⁻¹）」で表あらわす。

Additionally, the unit of 'power (work per second), engine output power, and electric power' is 'W (watt = J/s)' or 'kW (kilowatt)'; spring constant is expressed in 'N/mm'; and rotational speed is expressed in 'min⁻¹ (or s⁻¹)'.

ハイブリッド車しゃ（HV）・電気でんき自動車じどうしゃ（EV）の高電圧こうでんあつ安全あんぜん作業さぎょう

High-Voltage Safety Operations for Hybrid (HV) and Electric Vehicles (EV)

ハイブリッド車しゃ（HV）や電気でんき自動車じどうしゃ（EV）の駆動用くどうようモータやインバータには200V〜650V程度ていどの高電圧こうでんあつが使つかわれており、高電圧こうでんあつ回路かいろのワイヤ・ハーネスやコネクタは、12V補機ほき回路かいろと識別しきべつするためすべて「オレンジ色いろ」に統一とういつされている。

Traction motors and inverters in hybrid vehicles (HVs) and electric vehicles (EVs) use high voltages of roughly 200V to 650V, and all wire harnesses and connectors of high-voltage circuits are standardized in 'orange' to distinguish them from 12V auxiliary circuits.

高電圧こうでんあつ部位ぶいの点検てんけん・整備せいびを行おこなう際さいは、感電かんでん事故じこを防ふせぐため必かならず「電気でんき絶縁ぜつえん手袋てぶくろ」を着用ちゃくようする。絶縁ぜつえん手袋てぶくろは使用前しようまえに必かならず内部ないぶに空気くうきを入いれて巻まき、「傷きず・破やぶれ・空気くうき漏もれ（ピンホール）がないか点検てんけん」してから保護ほご革かわ手袋てぶくろと重かさねて装着そうちゃくする。

When inspecting or servicing high-voltage parts, you must wear 'electrical insulating gloves' to prevent electric shock accidents. Before use, always inflate the insulating gloves with air and roll them up to 'inspect for scratches, tears, or air leaks (pinholes)', and wear them together with leather protector gloves.

高電圧こうでんあつ回路かいろを遮断しゃだんする手順てじゅんとして、まずパワースイッチをOFFにしてスマート・キーを車外しゃがいの電波でんぱが届とどかない場所ばしょに保管ほかんし、補機ほきバッテリ（12V）のマイナス端子たんしを切きり離はなす。

As the procedure for shutting off the high-voltage circuit, first turn the power switch OFF, store the smart key outside the vehicle out of radio range, and disconnect the negative (−) terminal of the 12V auxiliary battery.

次つぎに絶縁ぜつえん手袋てぶくろを着用ちゃくようして駆動用くどうよう高電圧こうでんあつバッテリの「サービス・プラグ（安全あんぜんプラグ）」を取とり外はずし、他ほかの作業者さぎょうしゃが誤あやまって取とり付つけないよう外はずしたサービス・プラグは作業者さぎょうしゃ自身じしんがポケットなどに入いれて携帯けいたい（または施錠せじょう保管ほかん）する。

Next, wearing insulating gloves, remove the 'service plug (safety plug)' of the high-voltage traction battery; the technician must carry the removed service plug in their own pocket (or lock it away) so another worker cannot accidentally reinstall it.

サービス・プラグを抜ぬいた後あとも、インバータ内部ないぶの「高電圧こうでんあつコンデンサ」に電荷でんかが残のこっているため、完全かんぜんに放電ほうでんするまで「メーカ規定きていの時間じかん（例れい：5〜10分間ぷんかん以上いじょう）待まち」、サーキット・テスタで高電圧こうでんあつ端子間たんしかんが0Vであることを確認かくにんしてから作業さぎょうを行おこなう。

Even after pulling out the service plug, electric charge remains in the 'high-voltage capacitor' inside the inverter; therefore, 'wait for the manufacturer-specified time (e.g., 5 to 10 minutes or more)' until it discharges completely, and verify 0V across the high-voltage terminals with a circuit tester before starting work.

試験しけんによく出でるポイントと覚おぼえ方かた

Common Exam Points and How to Remember Them

基礎きそ工学こうがく・材料ざいりょう・単位たんい分野ぶんやは、2号ごう学科がっか試験しけんの第だい30問もん〜第だい35問もんあたりで毎年まいとし6問もん前後ぜんごが出題しゅつだいされる「確実かくじつに満点まんてんを狙ねらえる得点源とくてんげん」である。

The basic engineering, materials, and units section accounts for around 6 questions every year (around Questions 30 to 35) on the Type 2 written exam, making it a 'reliable scoring source where you can aim for full marks'.

計算けいさん問題もんだいでは、「同おなじ抵抗ていこうrのn個こ並列へいれつ＝r÷n（例れい：6Ωが3個こ並列へいれつなら6÷3＝2Ω、12Vなら電流でんりゅうI＝12÷2＝6A）」「圧縮比あっしゅくひ＝（行程こうてい容積ようせき＋燃焼室ねんしょうしつ容積ようせき）÷燃焼室ねんしょうしつ容積ようせき」を暗算あんざんできるようにしておこう。

For calculation problems, practice mental math for: 'n equal resistors of r in parallel = r ÷ n (e.g., three 6Ω resistors in parallel give 6 ÷ 3 = 2Ω; at 12V, current I = 12 ÷ 2 = 6A)' and 'Compression ratio = (Stroke volume + Combustion chamber volume) ÷ Combustion chamber volume'.

添加剤てんかざいと材料ざいりょうでは、「流動点りゅうどうてん降下剤こうかざい＝低温時ていおんじのワックス結晶化けっしょうかを抑制よくせい（促進そくしんは誤あやまり）」「硬鋼こうこう＝軟鋼なんこうより炭素量たんそりょうが多おおい」「球状きゅうじょう黒鉛こくえん鋳鉄ちゅうてつ＝マグネシウム添加てんか（クロム・ニッケルは合金ごうきん鋳鉄ちゅうてつ）」「塗料とりょうの樹脂じゅし＝顔料がんりょうをつなぎ光沢こうたく・硬かたさを与あたえる、添加剤てんかざい＝作業性さぎょうせい・安定性あんていせい向上こうじょう」が頻出ひんしゅつひっかけパターンである。

For additives and materials, the most frequent trap patterns are: 'Pour-point depressant = inhibits low-temp wax crystallization (promotes is false)', 'Hard steel = more carbon than soft steel', 'Spheroidal graphite cast iron = magnesium added (Cr/Ni is alloy cast iron)', 'Paint resin = binds pigment and gives gloss/hardness; additive = improves workability/stability'.

SI単位たんいでは、「力ちから・荷重かじゅう＝N」「力ちからのモーメント・トルク＝N・m」「圧力あつりょく・応力おうりょく＝Pa・kPa・MPa」「仕事しごと・熱量ねつりょう＝J」「仕事率しごとりつ・電力でんりょく＝W・kW」の対応たいおう表ひょうを試験しけん直前ちょくぜんまで見直みなおそう。

For SI units, review the matching table right up until the exam: 'Force/Load = N', 'Moment of force/Torque = N・m', 'Pressure/Stress = Pa, kPa, MPa', 'Work/Heat = J', 'Power/Electric power = W, kW'.