同じエンジンでより加速の良い車はできますか？ (1/2) - その他(車) - 教えて！goo

あんた、馬鹿じゃないの？

数字が知りたいの？

ＭＴ車がシフトチェンジの時、馬力が落ちるって思ってるの？

数字だけしか、信用しない頭でっかちのあなたは、一度レース場にでも行きなさい。

どうせ、アクセルを放してギアをチェンジする時、馬力が落ちる（回転が落ちる）と思ってるんでしょ？

全然違います。

上手な人は、普通の車でもクラッチを切らなくてもギアチェンジが出来ますよ。

どうせこんな事も知らないで、質問してるんでしょ？

通報する

またまた登場です。出すぎですね（＾＾；

＃13のcbr600rrさんへ。。。

鋭い！！！

>m/sは時間ではなくて速度ですね。
その通りで、メートル秒ですから速度です。
ただ、説明上、時間と書いた方が分かりやすいとおもって時間にしました。

>この場合3200回転の時のほうが馬力がでていますが…。
これも、仮に。。。という前提で書きましたが、
　馬力＝トルク×0.0014×エンジン回転数
　トルク＝馬力÷(0.0014×エンジン回転数)
の計算式に当てはめると、6000回転の150PSより3200回転の161PSの方が上になります。

ですから、最高馬力＝6000回転ではないんですよ。
ただ、説明上、「回転が高い方がタイヤに伝わるトルクが大きいとは限らない」ということの例に使いたかっただけなんで。。。多めに見てくださいm(__)m


で。。。
>伝達効率が同程度ならMTはCVTに勝てません。

実際に作った時には、結局これですよね。

通常、CVTなら多分10％くらいは伝達効率が低下しますからね。
それに、実際の運転でも「ダイレクト感」ではＭＴですね。
（腕がないから、私はＣＶＴやＡＴの方が早いですけど。。。）

通報する

Ｎｏ６です。
ＭＴで最大加速を得るには多速化して７０００回転前後を使えば良いのですが、手動変速では変速時のロスが出る為、多速化には限度があります。機械変速で瞬時に変速できれば更なる多速化も可能で（コストは考慮外、重量増なしとする）、多速化により１速当たりの出力回転域を狭くでき、無制限に多速化すれば出力回転域は７０００回転のみとなり最大加速が可能となります。ＣＶＴは無断回変速なのでこれが可能な構造になっているのです。

エンジントルクを問題にする必要はありません。車を加速するのはタイヤのトレッドに掛かるトルクで、変速によりこのトルクは何とでもなります。トルクの元は出力なので最高出力が高い方が加速が良い事になります。

通報する

横から口出し失礼します。
トルクと馬力で混乱しているようなので…。

#7=#11=#12=el2368さんが詳しい回答をされていますが、ちょっと訂正を。
まず
『Ｗ＝J/s＝N・m・m/s=kg・m/s2・m/s＝質量×加速度×時間』
の最後のところ、m/sは時間ではなくて速度ですね。この場合の速度とはエンジンの回転数の事です。
馬力＝トルク×回転数（×定数）
です。後半で
　『馬力＝トルク×0.0014×エンジン回転数』
と書いているのでel2368さんの勘違いでしょうか。

もう一点
『例３）しかし。。。仮に。。。
同じエンジンで、最高馬力が6000回転で150PSだったとります。

これを上記と同じ計算式に当てはめると。。。
（式は省略しますが）
3200回転の場合トルクが36kgmなんで、
　時速50km＝2.69×36＝96.84kgm、時速100km＝1.34×36＝48.24kgm
6000回転の場合トルクが17.24kgmになりますので、
　時速50km＝5.04×17.24＝86.90kgm、時速100km＝2.52×17.24＝43.45kg

となり、最高馬力がでる回転数の方が、タイヤに伝わるトルクが小さい＝加速度が小さくなります。』

この場合3200回転の時のほうが馬力がでていますが…。

では本題に。
最大トルクの回転数と最大馬力の回転数のどちらの方が加速が良いか？についてです。
結論から言うと（ギア比が自由に変えられる場合は）最大馬力の時が一番加速できます。

しかし、ギア比が固定されている（ギアチェンジしない）場合は最大トルクの時の方が加速するので誤解を招くようです。

詳しい説明はel2368さんがされていますので省略しますが、端的に言うと
（１）ギア比が一定でエンジン回転数をあげる事で加速する場合→最大トルク発生時が最も良く加速する。
（２）ギア比を自由に変えられる場合→最大馬力発生時が最も良く加速する。

伝達効率が同程度ならMTはCVTに勝てません。
私はMTの方が好きですが。（笑）

通報する

たびたび登場ですが。。。
#11の補足というか、最後に注釈入れるのを忘れました。

エンジン回転と、タイヤでのトルクで、
タイヤの外周を計算する3.14と最終減速比3.133がほとんど同じだったので、計算式がややこしくなるため計省います。。。

最終減速比がもっと大きな車だと、正確に外径ではなく、外周を使用して、最終減速比を考慮して計算してください。

ちなみに正確に計算すると

エルグランドのタイヤの外径は約70cmです。【外周は70cm×3.14＝219.8ｃｍです】

時速 50kmの場合のタイヤの回転は： 50000m÷60÷【2.198】＝【379回転】
時速100kmの場合のタイヤの回転は：100000m÷60÷【2.198】＝【758回転】
ですので、ギア比は
【エンジン回転÷タイヤ回転÷最終減速比】
ですので、結果ほぼ同じになります
（タイヤに3.14かけて最終減速比3.133で割るため省きました）

3200回転の場合、時速50kmで2.694、時速100kmで1.347
6000回転の場合、時速50kmで5.051、時速100kmで2.525
ですのでほとんど変わらずです。

それと、
>減速比を大きくすれば、3500回転の時以上に、タイヤのトルクを増やすことが出来ます。
ってもしかして最終減速比のことだったんですかね？

ただ、これはCVTにしたからといって変化させることは出来ませんから、ＭＴと比べて加速が良いというのには使えませんね。
ＭＴでも最終減速比を変えるだけで加速が変わりますから。。。

通報する

#7です。

もうすこしトルクと馬力を。。。

　トルクは・・・質量×加速度
　馬力は・・・質量×加速度×時間

です。見てのとおり、

　馬力＝トルク×時間

です。

エンジンは、トルクを発生させるだけです。
1rpm＝1回転した時に、回転軸に発生する力であることは書きました。
3500rpmで最大トルクを発生するエンジンは、1分間に3500回、回転軸が回る速さが、1回転あたりのトルクが最大と言うことになります。

エンジンは馬力を発生させません。
馬力はあくまでトルクを利用した仕事率です。
1回あたりに発生するトルクで、1分間まわし続けた時の仕事率です。
どの回転でもトルクが一定と仮定すると、1回転してトルクが「10」発生する場合、
　1秒間に10回なら、100の馬力
　1秒間に100回なら、1000の馬力
が1秒に出来る仕事の量です。

ですから、通常は1秒間に回転すればするほど、馬力が多きくなるということになります。

しかし、
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
　使用するエンジンによって、もし、
　・トルクの最大値が3500回転、馬力の最大値が7000回転
　・トルクが最大値を超えた後、低下して行く
ような場合、トルクの落ち込み量と、ギア比の関係をみて、回転数を7000回転から少しだけ落とすほうが、実際の加速は早くなると思います。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
このように書いたのは、エンジンにはそれぞれ特性があります。
普通の４気筒エンジンであれば、ほぼ、最大トルクを発生させる回転数と最大馬力を発生させる回転数はニアリーになります。
例１）フィット
　最高出力：81kW[110PS]/5,800rpm
　最大トルク：143N・m[14.6kgm]/4,800rpm


例２）しかし、例えばエルグランドのＶ６
　最高出力　　177kW（240PS）/6000rpm
　最大トルク　353N・m（36.0kgm）/3200rpm

です。回転数は約倍ほど違います。

では、最高出力が発生する時のトルクを計算してみましょう。

まず、計算式は、1馬力は75kg・m/秒、回転数は1分単位×トルクの大きさで表示されますので、(75×60秒)／2πで計算します。　
この数字は0.001396ですから、0.0014としておきます。

　馬力＝トルク×0.0014×エンジン回転数
　トルク＝馬力÷(0.0014×エンジン回転数)

となりますので

トルク＝240PS÷（0.0014×6000rpm）＝28.57kgm

となります。
3200回転では、トルクが36kgm、6000回転ではトルクが28.57kgmです。

トルクのピークを過ぎると、トルクが低くなっているのが分かります。

で、次にギア比です。
エルグランドのタイヤの外径は約70cmです。
時速 50kmの場合のタイヤの回転は： 50000m÷60÷0.7＝1190回転
時速100kmの場合のタイヤの回転は：100000m÷60÷0.7＝2380回転
ですので、ギア比は
3200回転の場合、時速50kmで2.69、時速100kmで1.34
6000回転の場合、時速50kmで5.04、時速100kmで2.52
です。

このギア比分、タイヤにはトルクが倍増されて伝わりますので
3200回転の場合トルクが36kgmなんで、
　時速50km＝2.69×36＝96.84kgm、時速100km＝1.34×36＝48.24kgm
6000回転の場合トルクが28.57kgmなんで、
　時速50km＝5.04×28.57＝143.99kgm、時速100km＝2.52×28.57＝71.99kg

結果、エルグランドの場合は、トルクが下がっても、最高馬力が出る6000回転の方がタイヤに伝わるトルクが大きい＝加速度が大きいと分かります。

例３）しかし。。。仮に。。。
同じエンジンで、最高馬力が6000回転で150PSだったとります。

これを上記と同じ計算式に当てはめると。。。
（式は省略しますが）
3200回転の場合トルクが36kgmなんで、
　時速50km＝2.69×36＝96.84kgm、時速100km＝1.34×36＝48.24kgm
6000回転の場合トルクが17.24kgmになりますので、
　時速50km＝5.04×17.24＝86.90kgm、時速100km＝2.52×17.24＝43.45kg

となり、最高馬力がでる回転数の方が、タイヤに伝わるトルクが小さい＝加速度が小さくなります。

このようなエンジンがあるかどうかは分かりませんが、もしあれば。。。この場合は、最高馬力が出るところまでまわさない方が良いといいたかったわけです。


>ひょっとして、これはMT車でのことをおっしゃっているのではないでしょうか？MT車で加速する時は、ギヤチェンジをせずに、アクセルで加速します。

まず、ギア比はエンジンの回転数とタイヤの回転数を調整しているだけです。
ＭＴ車で、あるギアで走っている場合は、ギア比は固定になりますので、エンジンの回転が上がる＝タイヤの回転が速くなる＝速度が上がる＝アクセルで加速するとなりますね。


>7000回転でトルクが落ち込んでも、最大の馬力が出ている以上、減速比を大きくすれば、3500回転の時以上に、タイヤのトルクを増やすことが出来ます。

※最近ではオーバードライブ1.000より小さい比がありますから、減速比と呼ばすにギア比と呼びますね。

CVTはある回転数でのギア比を自由に変えることが出来ますが、そのギア比の変化によって、「速度」も変わります。

タイヤ70cm、エンジン3200rpm、50km/hであれば、2.688です。3.5にしたり、1.4にしたりすることは出来ません。（タイヤの回転とエンジンの回転数を調整しているだけですから）
もし、同じ回転数で出来るとしたら、速度が変わっているか、タイヤの外径が変わっているはずです。
もし、タイヤ70cm、エンジン3200rpmの時に、ギア比を4.48に設定すると、結果スピードが30km/hしかなくなります。（50km/hでません）

>7000回転でトルクが落ち込んでも、最大の馬力が出ている以上、減速比を大きくすれば
は、結果、時速が下がってしまいます。

加速というのは、現状から何かが大きくなることで、加速度に変わります。大きくならなければ、速度の維持になるだけですから。。。（車は、摩擦や抵抗などで常に止まろうとし、ｎ千回転で100km/hで走れる場合は、n千回転＋ａのａが加速になります）

上記の、MTはアクセルで加速のように、エンジンの回転が上がることで、一つの固定ギアに対して加速が出来ます回転数のＵＰ＝加速です。

CVTはこのギア比を自由に換えれて、設定が、7000回転維持ですから、ギア比の減少が加速につながる事になりますよね。ギア比が小さくなる＝加速です。

でも、

>最大限の加速が必要な場合に、そのモードに遷移する機
時速0からの加速であれば、別ですが、このような使い方をする事を想定されているわけですから、まずはある速度、ある回転数で走っているわけですよね。
それが時速50km、2000回転だったとします。
スイッチＯＮで、回転が7000回転に上がる＝ギア比が大きくなる＝ギア比1.61から、5.88になるわけです。（タイヤ外径70cmの場合）
これを、7000回転で、もっとトルクがほしいから、7.0にするとかはできません。

ですから、例３）の車のように、高回転でのタイヤのトルクが小さいからといって、CVTのギア比を上げる＝速度が下がるので、スイッチＯＮで。。。というのは無理ですね。やったとしたら、急に速度が落ちます。
（本来CVTには「すべり」がありますから、おっしゃっていることは可能だと思いますが、そのすべりを使うと、結果タイヤに伝わるトルクが減ってしまいますので考慮していません。滑らせてギア比を上げる方がよいのか、そのままの方が良いのかは簡単には計算できません。）


>つまり、ギヤ比が変動する以上、「エンジン性能曲線での最大トルクが出る回転数」は「タイヤの最大トルクが出る時のエンジン回転数」とは無関係だとおもうのですがいかがでしょうか。

ギア比が変動するのは、あるエンジン回転数の時の速度を自由に設定できるということであって、トルクの大小を決める物ではありません。

ギア比は無段階に変化させれますが、スイッチＯＮ＝走行状態＋7000回転固定ですから、自由に決めれる速度も今の速度が基準になり、回転も7000ですから、結局、ギア比も縛られ、エンジンの回転数と、トルクの発生状況により、タイヤへ伝わるトルクも変化することになります。

ちなみに。。。
停止状態で選べるスイッチがあり、そのスイッチが
「トルク最大」「加速最大」「最高速最大」などであれば話は変わってきます。

通報する

>意味が分からないとのことですので、補足します。

了解です。

まず、
　・加速度とは時間あたりの速度変化である
　・速度はタイヤの回転数と比例する
ということより、
　・加速度はタイヤ回転数の時間変化と比例する
となります。

従って、おっしゃるような装置であれば、例えば
　1.エンジントルク10kg-mで1秒間にタイヤの回転数が1rpm上がる
　2.エンジントルク1kg-mで1秒間にタイヤの回転数が1rpm上がる
　　(それぞれ"1秒間に1回転する"ではないので注意)
というのは全く同じ加速です。
逆に言えば、"1秒間にタイヤ回転数がどれだけ変化するか"が問題であって、その瞬間のエンジン回転数・タイヤ回転数そのものが直接関係するわけではありません。つまり、常に最大トルクをキープできる回転数であれば、それが10rpmだろうが1000rpmだろうが無関係です(10rpmという数字が自動車エンジンとしては非現実的だという点は抜きにして)。
あとは、ギヤ比の設定次第で、最大トルクを利用できる最低速度などが決まってきます。

ここで、車体の加速度；ａは、車体質量；ｍ、車輪半径；ｒ、車軸に作用するトルク；Ｍにより、概算で
　ａ＝Ｍ／(ｍ×ｒ)
と表現できます。これが「車体の加速は(車軸における)トルクに依存する」とする根拠です。

通報する

単純に答えます。

＞まず、同じエンジンでより加速の良い車はできますか？
出来ます。

まったく同じエンジンなら、車の車重を軽くしたり、プレートを軽くしたり、ギアをクロスに変えれば加速は段違いです。
ついでに、その加速についてこれる、タイヤもです。

あとは難しくてよく分からないのですが、7000回転で最高出力を出すエンジンならば、せめて最低8000回転まで回さないと7000回転で、最高出力が出ている事が、分からないですよ。
アクセルを緩めないでやってみて下さい、すぐに気づきますよ。

で、7000回転より低い方が加速感があるのは、トルク感です。

通報する

#2です。長文で失礼します。

>最大トルクが発生する回転数をキープしただけでは、加速も減速もしません

それはもちろんそうです。
しかし、出力カーブ・トルクカーブというのは、スロットルを全開にした状態における値をグラフ化する、というのが暗黙の了解です。
つまり、スロットルを全開にせずに「回転数をキープ」させた場合には、グラフほどの出力・トルクは出ていません。そのトルクを車輪半径で割った「車軸に前向きに働く力」が、その他の外力(空気の抵抗、重力の斜面方向成分など)と釣り合っていることで、加速していない状態になるのです。

>１０ｋｇ－ｍのトルクで1分間に１０回まわすのと、
>１ｋｇ-ｍのトルクで、1分間に１０００回まわすのでは、
>後者のほうが加速が良いのは歴然です

この"1分間にN回まわすとき"の意味がわかりません。
その回転数をキープするというのであれば、上でも述べたように加速はしていません。
加速中に"N rpmになった瞬間"の話であっても、「歴然」と思えません。(「速度」であればたしかに後者の方があきらかに速いですが)

力学的には、ギヤで減速することでエンジンの出力トルク以上のトルクを車軸に作用させることができますが、馬力はギヤ等による回転数変換の影響を受けず、車軸にもエンジン出力軸とほぼ同じ値が作用します。
これを考えれば、「低いギヤを使えば強く加速する」という一般に認知されていることと「加速は馬力に比例する」という考えが矛盾する、というのがわかって頂けるのではないでしょうか。


本題については、CVTの効率の問題に目をつぶれば、たしかにMTより効率が高くなる可能性は理論上あります。
MTの場合は、トルク最大回転数の前後適当な幅を使うのが最も効率がよいはずです。この前後の回転数におけるトルクの落ち込みと、CVTの効率(MTとの効率差)とでどちらが優秀かが変わってきます。
現状ではやはりMTに部があるように思いますので、実現性はあくまで将来の可能性という話になるかと思います。

通報する

物理的に見て。。。。間違ってたらすいません。。。
全て、変速ロスなどは無視しています。

まず、質問の内容は、
>加速の良い車
ですよね。
加速が良い＝物理的に「加速度（m/s2）」が高いということになります。
簡単に言うと、1秒間に動く距離が多ければ、多いほど、加速度が高い＝加速が良いという事です。

で、運動方程式：ｍａ=Ｆ（質量ｍの物体が、力Ｆを受けるとき、その物体には受けた力に比例した加速度ａが生じる）から考えると、ａ＝１／ｍ×Ｆとなり、加速度は、質量に反比例し、力に比例するということになります。ですから、比較する場合、質量が軽いほど加速が良くなり、力が大きいほど、加速が良くなると言うことです。

で、今回のご質問から加速度を求める場合、

【質量ｍ】
車の重さなのでMTでもCVTでも同じとします。
後の計算のために、10とします。

【力Ｆ】
トルクか馬力かは横に置いといて、

通常、車のエンジンは、回転数によって、力が変わります。
ここでは、5000回転で80の力、6000回転で90の力、7000回転で100の力とすると。。。
ＭＴの場合は、変速することで、回転数が下がります。結果、力が落ちることになります。
無断変速機で7000回転を維持すれば、100の力が出続けることになります。

で、加速度を計算すると、3秒という設定で見ると
ＭＴは。。。
1秒目：80÷10＝8
2秒目：90÷10＝9
3秒目：100÷10＝10
の合計27の加速となります。

一方CVTは
1秒目：100÷10＝10
2秒目：100÷10＝10
3秒目：100÷10＝10
の合計30の加速となります。

ですから、一番力が出るところで維持できれば、CVTの方がMTよりも加速が良いという事です。

で、他の方が回答されている、馬力かトルクかと言うところを補足すると。。。

馬力かトルクかどちらかは別として、力という表現をします。

まず、変速機について、

エンジンの回転数と、タイヤの回転数は一致しません。
それを変速機のギア比によって調整しています。

例えば、タイヤの外径を60cmとした場合。。。
エンジンが7000回転で、タイヤも7000回転すると252km/hも出ます。ギア比は1です。
仮に、7000回転で50km/h走行だとすると、ギア比は、5.04になります。
7000回転で100km/h走行だとすると、ギア比は、2.51になります。

これは、エンジンの力が、タイヤに、ギア比分倍増されて伝わります。エンジンの力が10の場合、50km/hで走行中は、50.4の力をタイヤに伝えることが出来、100km/hの時は、25.1の力になると言う事です。ですから、同じ回転数の場合は、速度が上がるとギア比が変わり、伝える力が弱くなると言う事です。

自転車をこいでいると良く分かりますよね。
同じ力でこぐのに、1段と6段では、出だしや低速では、当然1段の方が力が伝わるのと同じです。ただ、1段のままでは速度が出ないので、速度が出ると、2段、3段とギアチェンジしていくのと同じです。

CVTは無段変速ですが、速度と回転数に応じて、このギア比を無段で調整できるということになります。
逆に言うと、車の速度が上がるにしたがって、ギア比が低くなり、結果、エンジンの力に対するタイヤに与える力が弱くなると言う事です。


で、トルクと馬力の話に戻りますが、

まず、仕事の大きさに対する単位は、Ｊ（ジュール）です。
ＪをＳｉ単位（国際基準）単位でみるとN・mとなる事を覚えて置いてください。


最近、車で使われる単位も変わりましたよね。
以前は、トルク：kgm（正確にはkgf・m）、馬力：PSでした。今は、トルク：N・m（ニュートンメートル）、馬力：kW（キロワット）に変わりました。


トルクとは正確には、
「軸が回転するときの力の大きさ」
のことです。
例えば。。。ボルトがある硬さしまっているとします。そのボルトに、1ｍのめがねレンチを取り付け、そのめがねの先に、9.8kgfのおもりを載せたら、ボルトが回ったとします。それの力の大きさが、9.8kgf・m＝1N・m（1N・m=9.8kgf・m）ということになります。めがねレンチに、98kgfのおもりを乗せなければ回らないとすると、トルクは10N・mです。
逆に、めがねレンチが50cm(0.5m)で9.8kgfのおもりでボルトが回ったとすると、9.8kgf×0.5＝4.9kgf＝0.5N・mとなります。

ですから、車の場合、実際にタイヤの設置面にかかる駆動力は、
　駆動力(N)=車軸トルク(N・m)÷タイヤの半径(m)
となります。

力の大きさの単位：ＮというのをＳｉ単位単位で見ると、
　Ｎ＝kg・m/s2＝質量×加速度
と言うことになります。


馬力とは。。。
単位がkWになっています。これは仕事率といいます。仕事率の単位は、Ｗ（ワット）＝J/m（ジュール毎秒）です
1馬力=735W(0.735kW)、1馬力=75kgf・m/sで換算します。


これをＳｉ単位で書くと
　Ｗ＝J/s＝N・m・m/s=kg・m/s2・m/s＝質量×加速度×時間
となります。

トルクは、Ｎ＝kg・m/s2＝質量×加速度と上に書きました。

ですから、この2つ超簡単に表現すると、
トルクは、回転に対する力で、タイヤを回そうとする力となり、同じ質量であれば、トルクが高い方が「1回転あたり」の加速度が大きいといえます。

馬力は＝1秒間における力で、前に物体が移動しようとする力となり、同じ質量であれば、馬力が高い方が「1秒間」の加速度が大きいといえます。

で、話を総合すると、回転が高ければ高いほど、速度が低ければ低いほどギア比が大きくなり、ギア比によってエンジンの力＝加速度が増幅されます

かつトルクも馬力も、高ければ高いほど、加速度が大きいということになります。

では、どちらにあわせるかですが、
通常、エンジンは、馬力の方がエンジン回転数が高くなっているはずです。ですから、馬力に合わせるほうが、回転が高くなり、ギア比も高くなる。結果タイヤに伝わる力＝加速度も高くなると言うことになります。

しかし、使用するエンジンによって、もし、
・トルクの最大値が3500回転、馬力の最大値が7000回転
・トルクが最大値を超えた後、低下して行く
ような場合、トルクの落ち込み量と、ギア比の関係をみて、回転数を7000回転から少しだけ落とすほうが、実際の加速は早くなると思います。
（普通のエンジンであれば、そこまでトルクが低下することはないとおもいますが。。。）

通報する