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くるまみれ

23歳、文系。メカ知識なし。スピード欲なし。ただひたすらにくるま好き。

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サクッと自動車工学【ハイブリッドカー前編】

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最近やっとマジメにクルマの中身について勉強中なので(笑)気になる自動車の構造についてサクッとまとめようと思います。第一回は今更感の漂うトヨタ初の低燃費技術「ハイブリッドカー」について。

ちなみに私は自動車工学出身でも理系でもないので専門的な知識は求めないで下さい。サクッとがこのテーマです


当初プリウスが発売されたのは1997年。で、その頃はハイブリッドカーと言ってもまだまだ未知の技術。ちなみに私は小学生でした。

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今となっては懐かしい初代プリウスです。

「電気とガソリンを組み合わせて走ると何故燃費が良くなるの?」

当時はどの程度の人がこの答えを認識していたのでしょうか。また、「充電はどこからするの?」とガソリンスタンドで聞く方も多かったようです。まぁお気持ちは察しますが。

ちなみにこれから登場する新型のプリウス「プラグインハイブリッド」は、充電「も」できます。これについては後で詳しく行きます!

まず、何故電気を使うと燃費が良くなるのか。これは「ガソリンエンジンでは効率が悪いところを電気で補うから」です。
ガソリンエンジンは御存知の通り、ガソリンを圧縮・点火して爆発させる→その爆発エネルギーを回転力に変えています。ガソリンエンジン登場以来100年以上にわたって当たり前だったこの機関ですが、これにも効率に関して弱点がありました。
それは、低回転でパワーが弱い、ということです。
低回転というのは回転数がまだ少ない状況。エンジンの回転数はアクセルを多く踏むことで上がって(増えて)行き、それによって効率が上がっていきます。

もっとくわしく言うと、どのエンジンにも、パワーを一番に発揮できる回転数の領域というのが決まっています。そしてそれは、自動車のカタログなどで見ることができます。毎秒〇〇回転~〇〇回転の間に、これほどの力が出せますよ、と。

普通のガソリン車だと、だいたい発進してしばらく加速して、そこそこ広い道路に乗ってのんびり走るあたりから、この回転数が発揮されます。すると、そこからの急加速や高速道路への合流へもスムーズに出来るのです。


で、従来はこれでも問題はなかったのですが、燃費の話になるとこれでは効率が悪い。
それは何故かというと、自動車は「停止状態からの発進に一番エネルギーを使うから」です。

例えば思いっきり重い家具を乗せた台車があったとします。それって走り出しを2人ぐらいで頑張ってとりあえず動かせれば、あとはその勢いで、一人でも押して行けますよね?
これがガソリンエンジンの特性で、走り出しは苦手でも、勢いに乗って押していくのは得意なのです。

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で、ここで電気の出番です。
なぜなら電気はガソリンエンジンと対照的に、いきなり最高出力を発揮できるから。ミニ四駆やラジコンの走り出しが軽快なように、電気はONかOFFなのです。

しかし反対に、電気にも弱点があります。それは、電気だけで長く走れるほどの量を貯めておけないことです。

同じ量のガソリンとバッテリーだったら、ガソリンの方が圧倒的に遠くまで走れます。それが、いきなり電気自動車が生まれなかった理由でもあります。


そんな訳で、プリウスを始めとしたハイブリッドカーは「発進時は電気」「航続時はガソリン」という使い分けをしています。あとは坂道を登るときも、電気でガソリンエンジンをアシストし、とにかく少しでもガソリンの消費を減らそうとしています。従来のクルマみたいに、ガソリンエンジンを短時間に一杯一杯にまで回すような状況を生まないようにしているのです。

それを示す、ある事例があります。

実はプリウスは、海外で乗っても日本国内ほどハイブリッドの恩恵を受けられないのです。これには日本特有の道路事情が関わっています。それは、渋滞です。

もちろん日本と海外とで分けられる問題ではありませんが、往々にして日本は渋滞が多いとされており、日本車は渋滞の多い道路事情に合わせた様々な工夫がされるものです。反対に、特に欧州は、高速域での長距離移動が多いとされています。ドイツのアウトバーンのイメージです。

で、それが何故ハイブリッドカーと関連するかというと、ハイブリッドカーがその威力を発揮するのは「停止」と「発進」が繰り返される状況だからです。加えてノロノロ運転。これはガソリンエンジンでは、燃費が悪化する一方です。逆に、そのネガな部分を電気で補填することで効率が上がります。
これがドイツのアウトバーンだと、一度入ったら基本的に走りっぱなしです。こうなると、ひたすらガソリンエンジンで走ったほうが効率がいいばかりか、エンジンに加えてバッテリーや発電機まで搭載して重くなったハイブリッドカーは、余計に効率が悪くなってしまうこともあるのです。

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これが日本国内でのハイブリッドカーの効果というわけです…もちろん一概には言えませんが。日本だって郊外では渋滞がないエリアも多いですし、欧州だって市街地では道が狭いですよね。そしてアメリカには両方の特性があります。が、往々にして渋滞が多いので、アメリカでも2代目プリウスはバカ売れしました。

では最後に、どうやって電気を充電するか。
それは、走行時、もっと言うと減速時に、エンジン回転が落ちる時の余剰エネルギーを発電に回しています。

そうすることで、それまではエンジン内の摩擦やら何やらで無駄になっていたエネルギーを「回収」してバッテリーに貯めるのです。無駄がない!

次回はトヨタ以外のハイブリッドカーと、最新のプラグインハイブリッドについてまとめようと思います。


●参考リンク
ハイブリッドシナジードライブ・メカニズム

トヨタ様のサイトですが、2座式の自転車の例えを使ってハイブリッドカーのメカニズムをわかりやすく解説してくれています。
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  1. 2012/07/28(土) 13:33:52|
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