クルマの速さは「エンジンが今どれだけパワーを出せるか」で決まる。

　相変わらず、やれパワーだトルクだと盛り上がっているようなので（謎）また性懲りもなくExcelで遊んでしまいましたよ。。。（苦笑
　表題に書いた通り、クルマの質量や走行抵抗が変わらなければ、クルマの動力性能（加速、登坂、最高速など）はエンジンがその時に出せるパワーで決まってしまいます。
　「パワー＝トルク×回転数」ですので、表題を「今のエンジン回転数および、その回転数でエンジンがどれだけトルクを出せるか」で決まる、と書き換えても同義ですが。。。

　画像は私の下駄車 旧型BMW 120dの走行性能曲線です。横軸が車速[km/h]、左の縦軸が駆動力[kN]。赤は各ギヤポジションにおける、WOT（Wide Open Throttle）定常で出せる最大駆動力を示します。青い太線が平坦路における走行抵抗。6速での最大駆動力（赤線）と平坦路の走行抵抗（太い青線）が交わる227km/hが120dの最高速になります。いっぽう右の縦軸はエンジン回転数[rpm]であり、右上がりの緑線が各ギヤにおける車速とエンジン回転数の関係を示します。
　各車速における、最大駆動力（赤線）から走行抵抗（青線）を差し引いた高さが余裕駆動力となります。例えば2速では最大50%の登坂路をほぼ加速も減速もせずに上る事が出来、また平坦路であれば最大7kNの力でクルマを前に押し出す事ができます。この余裕駆動力がクルマを加速させる余力となります。

　一方でクルマを走らせるのに必要な出力は「パワー[W]＝車速[m/s]×駆動力[N]」で求められます。パワーを一定として、車速と駆動力の関係を引いたものが右下がりのピンクの点線です。
　120dの最大パワーは130kWですが、駆動力が常に125kW一定のラインを下回っているのは変速機や最終減速器での伝達ロスを考慮したため。120dはエンジン縦置きFRゆえ直結の5速は他より伝達効率が高いため、5速の時だけ利用できるパワーが他のギヤより大きくなっています。
　ここで「余裕駆動力＝加速力」と考えれば「駆動力＝走行抵抗＋加速力」。したがって「加速力[N]＝パワー[W]÷車速[m/s]－走行抵抗[N]」となり、パワーが出ているほど加速も優れることがわかります。車速は「エンジン回転数÷減速比」に比例するので「加速力＝（トルク×減速比－走行抵抗）×定数」でも同義なんですが、ある車速においてパワーがどれだけ出ているか解れば、ギヤ比とは無関係にどれだけ加速力があるのか知ることが出来ます。

　赤のラインを眺めると、エンジンはフルパワーをピンポイントでしか発生できない（旧120dの場合は4000rpmで130kW）ため、6段あるギヤを駆使してもパワーをフルに引き出し続ける事は難しい事がわかります。例えば4速まではフルに引っ張っても、シフトアップ直前には利用できるパワーが100kW以下に落ち込みます。
　それでは、同じ車両でエンジンのパワーバンドを低速側に広げた場合を考えて考えてみましょう。VGS＋2ステージターボで武装した最新の125dは450Nm/1500rpmを発揮しますので、120dの低速トルクをここまで引き上げて極力フラットパワー化してみます。

　最大出力は130kWで変わりませんが、低速トルクを大幅に引き上げ2750rpmから130kWを発生し続けるように改良しました。このエンジンと組み合わせた時の走行性能曲線は下図になります。ノーマルの120dを赤の点線で示しています。

　より低回転から大パワーを出し続ける様に改良したことで、ワイドレシオ6段MTとの組合せでも途切れることなくフルパワーを絞り出し続ける事が可能となりました。またフル加速時はもちろんのこと、巡航ギヤからの余裕駆動力も大幅にゆとりを増しています。とても乗り易そうです。

　では次に、エンジンはノーマルの旧型120dのままで、変速機を6段MTからCVTに変更した場合を考えてみます。現実的ではないですが、現状の6MTのギヤを際限なく多段化していっても同様な効果が期待できます。

　フル加速ではローで130kWを出す4000rpmまで加速したのち、4000rpmをキープしたまま最高速まで加速します。仮にもっとパワーバンドの狭いピーキーなエンジンであっても、一旦ピークまで回ってしまえば常にフルパワーを引き出し続けることが可能なのでこれは文句なしに速そうです。
　ただし普段は燃費や騒音を低減するため極力エンジン回転を抑えて巡航しますので、CVTといえども一瞬でそこからパワーバンドまでワープする事は出来ません。エンジン単体のピークパワーの大きさもさることながら、大パワーをなるべく広い回転域に亘って発揮し続けられるエンジンが「一々シフトダウンしたり、低ギヤでしゃかりきに引っ張らなくても、踏めばすぐ加速する良いエンジン」という事ができそうです。

【過去日記】ターボは低回転からパワーが出るから乗りやすい。