国産エンジン史エコカーその6・大本命!ハイブリッド車の登場

何十年も前から研究されてきたハイブリッド車

自動車の動力としては、蒸気機関、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、電気モーターとその歴史の初期から数多く使われてきました。
それらは大抵の場合、1台の自動車に対して1種類の動力が搭載される形で実用化されてきましたが、その欠点を補うために複数の動力を使うという考え方もまた昔からあり、実際に実用化された例もあります。
その有名な例が第二次大戦中に作られたドイツの重駆逐戦車フェルディナンド(後に改良型のエレファントに発展)で、あのVWビートルを作ったフェルディナンド・ポルシェ博士渾身の作でした。
ガソリンエンジンで発電した動力を使ってモーターを駆動し、その出力の増減で走行速度を変化させるので複雑な変速機は不要、結果的に2つの動力を使っても構造は単純で済むというメリットがあり、エンジンがややアンダーパワーという以外は使用実績も悪くは無かったのです。
ただ、戦時中という事もあって強力なモーターに使うための資源が不足していた、などの事情もあってフェルディナンドやエレファント、ポルシェ博士版のティーガー重戦車を除けば採用されず、戦後同様のシステムを使った戦車も開発されていません。
戦後「ハイブリッド」の名でエンジンとモーターの両方を使う自動車は民間用乗用車の方で研究開発が進みますが、その方式には主に2種類の方法がありました。
エンジンで発電機を駆動し、走行は基本的にモーターで行う「シリーズ式ハイブリッド」と、エンジンとモーター両方の力で、より具体的にはエンジンによる走行を基本としつつ、エンジンでは効率の悪い低回転域での加速を、出力開始と同時に最高出力を発揮できるモーターでアシストする「パラレル式ハイブリッド」です。

一長一短だったシリーズ式とパラレル式

シリーズ式は前述した第二次大戦中のドイツの戦車に用いられたほか、船舶用や鉄道用としては蒸気タービンやディーゼルエンジンとの組み合わせでわりとポピュラーな方式で実績もありましたが、エンジンで直接駆動するのに比べると熱エネルギーの効率が低いため、小型で高出力のモーターや効率的に充電できる発電機とバッテリーなどが実用化されないと、量産乗用車にはなかなか応用しにくいという欠点があったのです。
その欠点はやがて技術の発展で解消され、現在ではレンジエクステンダーEV、または三菱 アウトランダーPHEVのようなプラグインハイブリッド車で実用化に至っていますが、初期の実用ハイブリッドからしばらく遅れた形になりました。
一方のパラレル式も、「高速域はガソリンエンジンやディーゼルエンジンの効率のいいところを使う」、「低速域ではエンジンの効率が落ちるところをモーターの力で補う」という双方のいいとこ取りを狙ったシステムでしたが、双方の役割分担を効率的に補うためにはコンピューターによる複雑な制御が必要で、かつここでも効率的な発電やバッテリーが必要という点では変わらず、なかなか実用化に至りません。
また、パラレル方式の場合はモーターを走行にも発電にも使うので、エンジンで走行中には発電を行えずに回生ブレーキによる発電頼りになるため十分な充電ができず、モーターアシストを使えばあっという間に電池が無くなるという欠点もありました。
後にこの方式はスズキの「エネチャージ」などマイルドハイブリッド方式に発展しますが、充電した電気で走行するよりは、走行とは関係無い電装品に使う事で電力消費とエンジンへの負担を同時に抑えるような方向への実用化に進んでいます。

画期的なスプリット方式を採用した世界初の量産ハイブリッド車、トヨタ プリウス

一方、トヨタはシリーズ方式でもパラレル方式でも無い、新しい「スプリット方式」を採用したTHS(トヨタハイブリッドシステム)の開発を進め、1997年にそれを初採用した世界初の量産ハイブリッド車、プリウスをデビューさせました。
「スプリット方式」は「シリーズ方式」と「パラレル方式」の中間のいいとこ取りを狙ったようなシステムで、発電用と走行用の2つのモーターを持っているのが最大の特徴で、エンジンの動力を2つのモーターに振り分けて一方で充電しつつもう一方でモーターアシスト、あるいはモーター単独での走行も可能というシステムです。
効率的なバッテリーが開発されるまではモーターアシストの時間が限られる事には変わりない、エンジンを発電にも使うので走行性能が通常の車より落ちるのを防ぐため、高速走行など高負荷時には発電を行えない、高出力高効率の小型モーターが開発されるまではモーターアシスト、あるいはモーター単独での走行速度や走行距離が限られるという欠点はあったものの、既存のエンジンやモーター、バッテリーの組み合わせでより効率的に燃費を改善できるという大きなメリットがありました。
もちろん、制御面ではパラレル方式よりもよほど複雑なコンピューター制御が必要でしたが、それを可能にした事でトヨタは初の「次世代エコカーを開発したメーカー」となる事ができたのです。


今回はハイブリッドの種類やそのシステムの説明だけで終わってしまいましたが、いよいよ次回は初のハイブリッド車、プリウスの中身やそれに続いたライバル車も説明していきます。
国産エンジン史エコカーその7・プリウスを境に変わった世界・前編


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コメント:
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