エンジンの性能を表す指標として重要視される「馬力」と「トルク」ですが、それぞれの重要性をしっかりと理解できている人は多くないでしょう。
また、「馬力とトルク、どっちが重要なの？」という声もよく聞きます。
そこで今回は「馬力とトルクの違い」や「それぞれの重要性」などについて解説していきます。
エンジンの馬力・トルクとは？
トルクとは
車のトルクについて解説いたします。
トルクとは、軸を回すための力のことを指します。
自転車を例に取ると、ペダルを漕ぐ力がトルクに相当します。
このトルクの考え方は車のエンジンでも同様です。
また、ナットを締める際などにもトルクという言葉が使われ、適正なトルクで締めないと、ナットが緩んだり、逆に破損することもあります。
トルクの単位としてはkgf・mやN・mが用いられ、自動車関連の記事ではkgmとの表記も見られますが、正確にはkgf・mと記述されることが一般的です。
kgfの「f」は「force」を意味し、1kgfは約9.8Nに等しいと考えると理解しやすいです。
トルクは回転の軸から距離が離れるほど大きくなります。
例えば、20kgfの力で1mの長さの柄に力を加えると、そのトルクは20kgf・mとなります。
このように、トルクは柄の長さとその上にかかる力の積で表されます。
エンジンのトルクを増加させる方法としては、クランクシャフトの中心軸からクランクピンまでの距離を長くするか、取り込む空気の量を増やすことが挙げられます。
排気量が大きければトルクも大きくなる傾向があり、また空気の量が多いとトルクも増大します。
例えば、ターボエンジンは低回転域でも多くの空気を取り込むため、トルクが大きくなります。
トルクはエンジンの回転域によっても変わります。
一定の回転数まで上昇し、その後減少することが一般的で、これをトルクカーブと称します。
エンジンの特性によってトルクカーブは異なり、車のスペックには「最大トルク30kgm/4000rpm」というように表記されることが多いです。
馬力とは
馬力に関して、これは仕事率の単位として使用されます。
具体的には、1馬力は「75kgの物体を1秒で1m持ち上げる力」として表現されます。
この馬力を持った車ならば、1時間で富士山の頂上と同じ高さまで75kgの物体を引き上げることができると考えられます。
車の馬力は、エンジンのトルクとエンジンの回転数を掛け合わせて求められます。
より大きなトルクを高い回転数で発生できるエンジンは、馬力が高くなります。馬力という単位の由来は、蒸気機関を発明したジェームズ・ワットが関与しており、彼の発明した蒸気機関の使用料を公正に徴収するための客観的な単位として考案されました。
ワットは、馬と測定器を結び付けて、馬1頭のけん引力を測定しました。結果として、175ポンドの荷物を1分間で188フィート移動することが1馬力とされました。
この1馬力は、馬1頭が定常的に発揮する力を基準にしており、実際の最高出力とは異なります。例えば、競走馬は全力で走る時には15～20馬力の出力があると言われています。
乗り物の馬力に関して、自動車は一般的に50～300馬力、新幹線は2万馬力、ジェット戦闘機は8万～20万馬力、ロケットエンジンは320万馬力とされています。
軽自動車は最大64馬力、馬力規制後のホンダ・レジェンドは300馬力、ブガッティのシロンは1500馬力となります。
馬力の単位には、PSやHPなどがあり、PSは日本やドイツのメーカーが使用するメートル法に基づく仏馬力、HPはアメリカやイギリスのメーカーが使用するヤード・ポンド法に基づく英馬力です。
1PSと1HPの数値には微妙な違いがあり、1PS＝0.986HPとなります。国によって単位や数値が異なるため、国際単位のkWが使われるようになり、日本では新計量法によりkWでの表記が義務付けられています。
しかし、カタログ等ではkWとPSの併記も認められています。1PSは0.7355kWです。
大きな馬力を持つ車は、多くの場合最高速度が速いですが、低回転域のトルクが低く走り出しに弱い感じがすることもあります。
高回転数は摩擦係数も上がるため、エンジンは高強度のものが求められます。
現在、ターボを搭載した小排気量エンジンやロングストロークが主流となり、高回転域まで回る自然吸気のエンジンは少なくなってきました。
これらが、トルクと馬力に関する基本的な知識です。
馬力とトルクはどちらが重要なのか
トルクと馬力の重要性は、ドライバーの運転状況や好みによって変わります。
馬力とトルクの比較は難しく、実際にはそれぞれ比較すべきものではありません。
車を運転する際、アクセルを踏むときの加速感はトルクを示し、その結果として得られる速度は馬力の結果となります。
簡単に言うと、最高速度を決めるのが馬力で、その最高速度に到達するまでの時間を決めるのがトルクです。馬力だけあってもトルクが足りなければ、最高速度に到達するまでに時間がかかるし、逆にトルクはあっても馬力がなければ、最高速度は低くなるでしょう。
街乗りが主の場合、馬力よりもトルクのあるエンジン性能が求められることが多く、近年の量産車は低速から十分なトルクを持ち、それを高回転まで維持できるような設計が増えてきています。
一方で、高い馬力の車はレースやサーキット走行を楽しむ人々には魅力的ですが、日常生活では必ずしも重要とは言えません。
エンジンの特性も、そのパワーソースによって異なります。例えば、ガソリンエンジンは低〜中回転域が得意で、ターボや大排気量によってトルクを発揮する範囲が広がることがあります。
ディーゼルエンジンは、高いトルクを持ちつつ、構造上高回転には向いていません。そのため、大型車にはディーゼルエンジンが多く用いられています。
最後に、モーターは電気を使用するので、発進の瞬間から高いトルクを発揮できる特性があります。
現代のEV車のモーターは、非常に高回転まで動作することができ、その回転数は最高で11000rpmにも達すると言われています。
これらの特性を踏まえると、トルクと馬力、そしてエンジンの種類や特性についての優劣を一概に決めることは難しく、結局のところ、それは個々の運転状況や好みによって異なるでしょう。
