最高出力と最大トルク

自動車のカタログに最大出力と最大トルクについての記述がありますが、いまいち理解に苦しみます。

例えば
【最高出力】　　（ PS / rpm）： 155　/　6,000
【最大トルク】　（ kg・ｍ / rpm）： 19.2　/　4,500
の記述があったとします。
馬力＝トルク×回転数×定数（0.001396⇒約0.0014）
で求められるということです。
そこで、自分で計算してみると
最高出力155PS、最大トルクの時に4500回転だから
155÷4500÷0.0014=18.45kg・m
自分の計算では
【最大トルク】　（ kg・ｍ / rpm）：18.45　/　4,500
となり上記のカタログ値と違います。

いまいち　最大トルクというのがわからないのです。
減速をすればトルクは大きくなりますので、最大トルクというのは　最高出力の状態のエンジンを　第一速に減速したときのトルクを表わすのでしょうか？
また、最大トルクは　どうやって求めるのでしょうか？

No.6 ベストアンサー 回答者： BERSERGA 回答日時： 2009/05/07 02:01

えーと、トルクというのは、燃焼室で爆発した混合気がピストンを押し下げ、そのピストンに押されたコンロッドがクランクを回転させようとする力、つまりクランクシャフトの回転力です。

単純に考えて、回転力を増やすには、混合気の爆発力を増やせばいいんですから、排気量を大きくすればトルクは増えます。
また、排気量が同じエンジンであれば、１気筒当たりの排気量（単室容量と言います）が大きい方がトルクが出ます。
2000cc４気筒（単室容量250cc）と６気筒（単室容量166cc）では、４気筒の方がトルクを出しやすい、ということですね。
それから、排気量が同じであれば、ボアを小さくしてストロークを大きく取った方が、テコの原理からしてもトルクが大きくなります。
ショートストロークエンジンより、ロングストロークエンジンの方がトルク型になる、ということです。
もう少し厳密に言うと、排気量アップは絶対的なトルクが大きくなりますが、単室容量やストロークの話は、中低速域でのトルクを出しやすくなる、ということになります。
（詳しくは後ほど・・・）

もちろんこれだけでトルクが決まるわけではなく、燃焼室の圧縮比や燃焼室形状、空燃比、カム形状などなど、いろいろな要素がからみあってきます。
素人がトルクを計算で出すのはほぼ不可能で、エンジン設計者が「この排気量でこの圧縮比でこのストロークなら、このくらいのトルクになるだろう」と計算して算出する数値です。
が、おおまかにNAエンジンで最大トルクは1000cc当たり10kg-mくらい、と思っておいていいと思います。

面白いことに、これは中低速重視のエンジンでも、超高回転型のエンジンでも、排気量の同じNAエンジンだと、発生回転数は変わっても最大トルクの数値そのものは極端に変わりません。
たとえば、わかりやすいところで、シビックとシビックタイプRで比較してみましょうか。
エンジンは同じ2000ccのK20Aエンジンですが、タイプRのほうが高回転・高出力型なのは言うまでもありません。
シビック2.0GL：155PS/6,000rpm　19.2kg-m/4,500rpm
シビックTypeR：225PS/8,000rpm　21.9kg-m/6,100rpm
パワーは５割増ですが、トルクはいいとこ１割増ですよね。
この１割増は、ハイオク使用を前提にした高圧縮比（2.0GL:9.6 TypeR：11.7）などによるものでしょう。
そのかわり、トルクもパワーも、発生回転数が極端に高回転寄りになっているのがわかりますね。
このように、NAエンジンでは、絶対的な数値はほぼ排気量で決まって、あとはそれを低回転に振るか高回転に振るか、の違いしかありません。

ターボ車は話が別で、ターボで余計に空気を押し込む分、事実上の排気量アップと同じことになります。
2000ccでブースト１キロかければ、２倍の4000ccの混合気を押し込めるので、単純計算で40kg-mのトルクを出すことも可能なわけです。
ブースト２キロなら60kg-mです。
（まあ実際はそこまで単純ではないですが、理論上は、ということで）

さて、トルクは回転力だ、というのはわかりました。
じゃ馬力とはなんぞや。
単純に言えば、馬力とは仕事量です。
馬力が大きい方が、より重い物をより速く動かせるわけです。
同じ重さなら、馬力が大きいほうがスピードが出せます。
同じ馬力なら、より軽い方がスピードが出せます。
だからレーシングカーは、より軽く、よりハイパワーを、なわけですね。
じゃ、馬力はどうやって算出するのか。
これは、単純にトルク×回転数なのはご存知の通りです。
つまり、トルクはほぼ排気量で決まってしまうので、同じ排気量でよりパワーを出すには、より高回転まで回すしかないわけです。
（さきほどのシビックTypeRのように、ですね）
なお、ターボ車は話が違ってくるので、とりあえず置いておいて、NAを前提として話を進めますね。

エンジンをより高回転まで回すにはどうすればいいのか。
これは、先ほどの中低速トルクを出す方法と正反対になります。
同じ排気量であれば、単室容量が小さいほど高回転まで回せるようになります。
逆に言えば、同じ単室容量のエンジンなら、シリンダー数が多いほうが高回転まで回せます。
2000cc４気筒と６気筒と８気筒なら、８気筒が一番高回転型にできるわけですね。
もしくは、500cc単気筒と2000cc４気筒と4000cc８気筒では、4000cc８気筒が一番高回転型にできます。
これは、ピストンやバルブなどの可動部分が小さい方が、軽くなる分慣性も小さくなるため、高速で動かしやすいからです。
また、シリンダー数が増えるほど、爆発のつながりがなめらかになるため、スムースに回せるようになる、というのもあります。
そして、同じ排気量なら、さっきと逆にボアを大きく、ストロークを小さくしたほうが高回転型にできます。
ストロークの小さい方が、ピストンの移動距離が短くなるため、ピストンの移動速度も下がって慣性の影響が少なくなります。
さらに、可動部分を軽量化することで、もっと慣性の影響が減るため、高回転まで回せるようになります。
チタンのバルブやコンロッド、ギリギリまで肉抜きしたピストンなど、レーシングエンジンではコストや耐久性を犠牲にしてでも、軽くて強い素材で部品を作るのはこのためです。

NAエンジンにおける最大トルクは、先ほども言ったように排気量でほぼ決まります。
たとえるなら、排気量に応じた数のブロックを用意されるわけで、これを低速側に積み上げるか、高速側に積み上げるかということになります。
中低速に厚いトルクを持ってこようとすれば、その分高速側のブロックを減らして中低速側に積むことになります。
パワーを出すために、高回転側にブロックを多く積もうとすると、その分中低速側のブロックを減らさないとなりません。
なので、高回転型のエンジンは、中低速の実用域のトルクが細く、回転を上げるといきなりパワーがドカンと出てくるピーキーな特性になりがちです。
排気量を上げてやることで、ブロックの絶対数が増えるので、同じパワーを維持しつつ、中低速の実用域にも充分なトルクを乗せることができるようになります。
もしくは、中低速がスカスカのままでいいなら、さらに高回転域で大パワーが出せるようになります。

最大トルク回転数と最大出力回転数が変わるのはなぜか、についても説明しましょうか。
エンジンのトルクは、どこかの回転数で最大になりますが、もちろんその前後でもいきなりゼロになるわけではありません。
アイドリングからだんだん数値が増えてきて、最大トルク回転数をピークにして、まただんだん下がっていくわけです。
たとえば、ある2000ccのエンジンが、5000rpmで20kg-mの最大トルクを発生するとします。
5000X20X0.001396で139.6psですね。
じゃ、6000rpm回ったときはどうでしょうか。
6000rpmでは、最大トルクよりは落ちるものの、18kg-mのトルクが出ているとしましょう。
6000X18X0.001396=150.768です。
5000rpmの時より、トルクは落ちても回転数が上がる分、むしろ馬力は増えますね。
じゃ、さらに回って6500rpmの時、16.5kg-mまで落ちるとどうでしょう。
6500X16.5X0.001396=149.721です。
若干落ちましたね。
しかし、ここでまだ16.7kg-mのトルクを維持できていれば？
6500X16.7X0.001396=151.5358ですね。
つまり、先ほど言ったブロックの積み方を、少しでも最大トルクの発生回転を高回転側に持って行き、さらにピークを越えた後の落ち込みを少なくすることで、どんどん高回転型のエンジンになるわけです。
ただ、当然高回転型に積んだ分のブロックは、中低速側から持ってくるようになるので、どんどん下が細く、上でドカンと来るエンジンになります。
実用域で乗りやすいエンジンは、トルクカーブがなだらかで、どこがピークかわからないような、台形のような曲線を描きます。
当然パワーカーブもそれに比例してなだらかになります。
逆にピークパワー重視のエンジンは、低回転でトルクの立ち上がりが遅く、ある程度の回転数から急激に上昇する、険しい山のような形になります。
サーキットなどの高回転を維持したままで走れる場所ではいいですが、街中では低速でまるで加速せず、回転が上がるといきなり急加速するという、非常に扱いづらいものになります。
それを承知で乗る走り屋にはいいかもしれませんが、普通のファミリーカーでこれでは、ちょっと困りますよね。

超高回転型エンジンの代表格としては、６０年代のホンダのGPレーサー（バイク）があると思います。
当時、小排気量クラスのライバルのヤマハやスズキは２サイクルエンジン、ホンダは４サイクルエンジンでした。
２サイクルは、同じ排気量、同じ回転数でも爆発回数が２倍になるので、それだけトルクが大きい＝パワーが出るわけです。
ホンダの出した回答は、「爆発回数が半分なら、回転数を２倍回してしまえばいい」でした。
特に66年のRC116(50cc)とRC149(125cc)が究極でした。
50ccDOHC４バルブ２気筒や、125ccDOHC４バルブ５気筒なんていうエンジンが作られ、最高出力は14ps/21,500rpm(RC116)に34ps/20,500rpm(RC149)といずれも2万回転オーバー、アイドリングが13000rpmなんていう、とてつもないエンジンでした。
ちなみにRC149の最大トルクは1.22kg-m／19,300rpmとのことです。
もちろん、20000rpm以上回してないと、まともに走りません。
中低速どころか、超高回転「しかない」エンジンです。
こんなエンジン、レースだから使えるのであって、街中での実用性は皆無と言っていいでしょう。

最後に、トルクと馬力を説明するのに、自転車で説明してみましょうか。
いまここに、２台の同じ自転車があります。
変速つきのロードレーサーとしましょうか。
その２台に、同じ体重のAさんとBさんが乗ります。
Aさんは体力自慢のスポーツマン、Bさんは同じ体重でも、筋肉ではなく運動不足のメタボで重い人だとしましょう。
この２台の自転車が、今同じスピードで走っているとします。
Aさんは、脚力があるので、重いギアで低めの回転数でペダルをこいでいます。
Bさんは、そこまで重いギアが踏める脚力がないので、もっと低いギアで、回転数を上げて同じスピードを出しています。
この時、この２台の自転車は、同じ重さ、同じ速度で走っているので、必要な馬力は同じです。
（実際は体型による空気抵抗の違いとか、他にもからむ要素もあるんですが、それも同じとします）
ペダルを踏みこむ脚力がトルクなので、Aさんの方がより大きい力でペダルを踏めるので、エンジンで言えば排気量が大きい＝絶対的トルクが大きいと言えるでしょう。
Bさんは、脚力が弱い、つまりトルクが小さいので、エンジンで言えば排気量が小さいのに相当するわけです。
より小さいトルク（小さい排気量）で同じ馬力を出すには、回転数を上げてやらないとダメ、ということですね。
さて、ここでAさんが加速します。
重いギアのまま、さらにグイグイとペダルを踏んで、Bさんと同じ回転数まで上げて行きます。
当然さらにスピードが出るので、Bさんはついて行けません。
Bさんは必死にペダルを踏むスピードを上げますが、メタボな身体はそこまで高回転で脚が回ってくれません。
ならば、と重いギアに入れてみますが、脚力がないので踏み切れなくてやはりスピードが出ません。
結局、あれよあれよという間に、Aさんに置いていかれてしまいました。
という感じで、やはり絶対的な排気量が大きい方が、パワーがあるのでそれだけ速く走れる、ということですね。
蛇足ながら、自転車の場合、鍛えている人は脚力もあるし、高回転でペダルを回すこともできるので、鍛えていない人間が一緒に走ると、軽自動車で大排気量スポーツカーとレースするような虚しさがあります・・・

さて、長くなりましたが、トルクと馬力、回転数の関係、少しはわかってもらえたでしょうか。
（長すぎる、という突っ込みはナシでお願いします・・・）

この回答への補足

非常にわかりやすいご説明ありがとうございます。よく理解することができました。ところで、中低速重視エンジンと超高回転型エンジンとでは同じ総排気量ならば　どちらが燃費という点で有利なのでしょうか？
街乗りの場合と　スピードをかなり出した場合とで違うと思いますが・・。素人的な質問で申し訳ありませんが、ご教授下さい。

補足日時：2009/05/07 10:51

No.8 回答者： koduc 回答日時： 2009/05/08 20:22

エンジン性能曲線の例を

エンジン出力はエンジントルクから計算するで正しい

エンジン性能曲線も走行性能曲線もhttp://www.geocities.co.jp/MotorCity-Race/7743/b …
アクセル全開の時の値です
アクセルを絞るほど、トルクの値は小さく
　ピ－ク（最大トルク発生回転）は低くなります

No.7 回答者： BERSERGA 回答日時： 2009/05/07 23:57

No6です。

あの異様に長い文章、全部読んでいただけたようで、ありがとうございます。
（自分でも「ヤバい、やりすぎた」と思ったくらいなので・・・）

＞中低速重視エンジンと超高回転型エンジンとでは同じ総排気量ならば　どちらが燃費という点で有利なのでしょうか？
普通は、中低速重視のエンジンですね。
高回転型エンジンは、回してなんぼのエンジンです。
街中で、２０～５０キロくらいで走っている時には、エンジン回転なんて、いいとこ２～３０００回転だと思います。
中低速型エンジンは、その回転数で太いトルクを出す特性になっているので、あまりアクセル踏まなくても走れます。
高速型エンジンは、その回転数のトルクが細い（中低回転域でパワーがない）ので、アクセル多めに踏んでやらないと走れません。
アクセルを踏む量が少ない方が燃費がいい、というのは当然ですよね。
高速道路など、使用する回転域が上がると、多少差がなくなるかもしれませんね。
ほんとは、エンジンの性能曲線を引用して説明したいところなんですが、最近はどこのメーカーを見ても、車もバイクも性能曲線出してるとこ、ないんですよね・・・
最近のユーザーは性能曲線なんて気にしないんでしょうかねぇ・・・
最高出力の数字より、むしろ過渡特性の方が本当は重要なんですけどね。

あと、前回、一つ言い忘れたことがあったので、ちょっと補足を。
わかりやすいので、前回データを出したシビックTypeRを例にします。
あのエンジンは、最高出力225PS/8,000rpm、最大トルク21.9kg-m/6,100rpm、でしたよね。
たとえばこの、最大トルク回転数6100rpmでの出力は、と計算してみると、およそ186.5psになります。
（21.9X6100X0.001396=186.49164）
では、このエンジンは、6100rpm回っている時は、いつでも必ず186.5ps出ているのでしょうか？
答えは「NO」です。
（さあ混乱して下さい(笑)）
実際には、同じ6100rpm回っている時でも、その時の走行状態によって、上は186.5psから、下は0psまで変化します。
なんでこんなことになるのか、と言うと、この186.5psという数字は、あくまでも「アクセル全開の時の」数字なんです。
アクセル離して全閉にすると、電子制御燃料噴射は燃費向上のため、燃料カットしてガソリン供給を止めてしまいます。
ガソリンが来なければ、当然爆発力もゼロなので、エンジンブレーキかけてる時のエンジン出力はゼロなんです。
アクセル半分開けていれば、まあ単純計算すれば93psでしょうか？
（実際には、アクセル開度と出力が正比例ではないと思いますが）
つまりあの数字は、厳密に言うならば「その回転数では最低でゼロから最高でその数値までが出せる」というものですね。
実際の走行では、アクセルの踏み加減に応じて供給される混合気の量も変わるので、同じ回転数でもその時によってトルクもパワーも変化するわけです。
一応、そこのとこだけ補足説明しておきます。

No.5 回答者： rgm79quel 回答日時： 2009/05/06 22:48

例のエンジンの場合

最大トルクを４５００回転で発揮します。
最大出力は６０００回転で発揮します。

これが要です。

最大トルクは４５００回転で
それ以上の回転では緩やかにトルクが小さくなります。
トルクは小さくなるのですが
回転はあがっていくので
トルクに回転を掛けた最大出力は
緩やかに上昇し続けます。
さらに回転があがると
さすがにトルクがガクッと落ちる回転があり
それ以上の回転では
回転数が上がっても出力は下がります。
その回転数が
６０００回転です。
そしてその回転が最大出力を発揮するポイントです。

例のエンジンはかなり高回転型のエンジンで
おそらくNAだと思いますが
６０００回転時のトルクは

１５５馬力÷６０００回転÷０．００１４＝１８．４５ｋｇ
となります。

４５００回転で１９．２ｋｇ有るトルクが
６０００回転では１８．４５ｋｇへ下がっているので
これで正しいといえます。

ちなみに
155÷4500÷0.0014=18.45kg・m
は計算違いですね。

尚、４５００回転で１５５馬力を発揮するためには
155÷4500÷0.0014=２４．６ｋｇ
で
４５００回転時に２４．６ｋｇのトルクが必要です。

No.4 回答者： vaidurya 回答日時： 2009/05/06 20:59

カタログに出力特性とトルク特性のグラフは無いのかな。

エンジンの回転数ごとに、出力とトルクは変動します。
最大値が出る回転数が違うんですね。

一般的にトルクが最大になる回転数は
出力が最大になる回転数より下になります。

車が走る上で、体感しやすい性能は実は出力ではなくトルクです。
簡単に言えば、最大出力は空力特性と合わせて、最大速度に大きく影響します。
よく言われる「一般公道で280psを発揮する機会は無い」とはそういう意味です。

トルクは、回転しようとする力そのもので、車重と合わせて加速性能に影響します。

ターボ車とNA車の走りを比較するとよくわかりますが
ターボ車はトルクにおいては、NAの5割増し以上を出せます。
これが高い加速性能を生み、実用速度域で速い車になります。

高級車が大排気量になるのも、最大出力のためではなく
最大トルクを大きくして、なめらかにおだやかに走られるためです。

トルクの高い車は、上り坂や多人数乗車でも有用です。

この回答への補足

ありがとうございます。他の方でも誰でもお答え願いたいのですが。

エンジン始動後、回転数を上昇することにより　トルクや出力が大きくなっていくと考えていいのでしょうか？それともトルクを大きくすることにより回転数が上がると考えるのでしょうか？

また、トルク、回転数、出力を上げるためには　それぞれどのような
ことをしているのでしょうか？（例えば排気量アップは　トルク？）

補足日時：2009/05/06 21:45

No.3 回答者： nemoax006 回答日時： 2009/05/06 19:43

最高出力155PS、最大トルクの時に4500回転だから

155÷4500÷0.0014=18.45kg・m
式が違います
【最高出力】　　（ PS / rpm）： 155　/　6,000
【最大トルク】　（ kg・ｍ / rpm）： 19.2　/　4,500
が前提条件です　155ｐｓは6000回転の時の値です

No.2 回答者： kaerunrunb 回答日時： 2009/05/06 19:42

すごく勘違いされてますね。

http://homepage3.nifty.com/Scarabee/torque&power …
こちらも参考にどうぞ

No.1 回答者： tamacchi 回答日時： 2009/05/06 19:37

馬力とトルクの違い。

http://search.yahoo.co.jp/search?p=%C7%CF%CE%CF% …