引用  https://toyota.jp/technology/powerunit/hybrid/

最近ドライブ中にトヨタに限らず、ハイブリッド車をよく見かけるようになりました。

トヨタに限っては、ラインナップのほとんどの車種にガソリン車とハイブリッド車が設定されていて、迷うこともあると思います。

今回は”トヨタのハイブリッドのここが凄い!”と題して、トヨタ車におけるハイブリッド車の仕組みや特徴をまとめてみたいと思います。

ガソリン車とハイブリッド車を比較する際の参考にしていただければと思います。

①そもそもハイブリッドとは?

ハイブリッドの語源はイノブタ(イノシシとブタの合いの子)をラテン語で「hybrida ヒュブリダ」という事から由来しています。

一般的に異なる2種類の物同士が合わさる事をハイブリッドと言いますが、自動車ではガソリンエンジンとモーターが搭載されている車をハイブリッド車と言います。

自動車のハイブリッドにはエンジンとモーターの役割分担の違いによって大きく3種類に分けることができます。

1つ目がシリーズハイブリッド

引用 https://ja.wikipedia.org/wiki/ハイブリッドカー

エンジンの動力は発電機を駆動するのみに使用され、実際に自動車を動かしているのはモーターの力のみとなります。

日産の新型ノートがこのハイブリッドにあたります。

2つ目はパラレルハイブリッド

引用 https://ja.wikipedia.org/wiki/ハイブリッドカー

エンジンとトランスミッションの間にモーターが搭載されていて、エンジン動力のアシストとしてモーターを使用するのがこの方式。

ホンダのIMAハイブリッドがこのハイブリッドにあたります。

3つ目がパラレルシリーズハイブリッド

引用 https://ja.wikipedia.org/wiki/ハイブリッドカー

 

先の2つのハイブリッドを合わせた方式で、エンジンとモーターの出力を一度動力分割機構に集め、最適な配分でタイヤや発電機に分配する方式です。

近年のトヨタのハイブリッドシステムはこの方式をとっています。

今回はこのパラレルシリーズハイブリッドを中心に話を進めて行こうと思います。

②トヨタのハイブリッドシステムの概要

トヨタのハイブリッドはエンジンとモーターと発電機の役割のある2つのモーター、動力分割機構とバッテリー、それらを制御するパワーコントロールユニットから構成されています。

引用  https://toyota.jp/technology/powerunit/hybrid/ 以下同様

エンジンの苦手な発進時はモーターの力でスタートし、速度が上がってくるとエンジンを始動してエンジンの動力を増やし、加速時などの大きな力が必要なときはエンジンとモーター両方の力を使って加速します。

また減速時は発電機を使ってエネルギーを吸収(回生)して、バッテリーを充電します。

停止時(アイドリングストップ中)から発進する際に、ガソリン車ではエンジンを始動してからでないと発進できないので、エンジン始動に要するタイムロスがありますが、ハイブリッドの場合、モーターで進み出すことができるため、アイドリングストップからの発進が大変スムーズです。

また、停止時にバッテリーを充電する必要がある時は、エンジンの動力を使って発電機を回し、バッテリーを充電します。

 

③トヨタのハイブリッドのここが凄い!〜動力分割機構〜

エンジンとモーター、発電機とタイヤとをつなぐ役割をしている動力分割機構。

トヨタのハイブリッドの要とも言えるこの機構、プラネタリギヤユニットと言うギヤ機構によってエンジンとモーターの出力を合わせて、タイヤや発電機に分配しています。

通常ガソリン車ではエンジンの回転がトランスミッションなどを経てタイヤを回すことによって走行していますが、車を停止させたい場合、エンジンとタイヤが繋がっているためどこかで動力を断ち切らないとエンジンも停止してしまします。

そこでMT車ではクラッチ、AT車ではトルクコンバータを用いて動力を遮断していますが、この方法では動力伝達にロスが生じてしまいます。

ハイブリッドの動力分割機構はクラッチなどを用いずに、ギヤを介してダイレクトに動力をタイヤに伝えているので、エネルギーのロスもなく効率よく動力を伝えることができます。

車両停止時はエンジンもモーターも停止する為、先のガソリン車のような問題も生じません。

停止中にバッテリー残量が少なくなった時はエンジンを始動して、発電機を回しますが、その時のエンジンの動力をタイヤではなく発電機に切り替えるのも動力分割機構が担っています。タイヤに伝わってしまったら車が動いてしまいます。

また、エンジンを始動させたい時は電気によってモーターを駆動し、その力を動力分割機構でエンジンに伝え、エンジンを回転させて始動します。

以上一例ですが、このように動力分割機構によってエンジン、モーターそれぞれの動力を適正に分配することによってハイブリッドシステムが成り立っています。

④トヨタのハイブリッドのここが凄い!〜回生ブレーキ〜

回生ブレーキとは従来減速時に運動エネルギーを熱に変換して捨てていたロス分を、電気エネルギーに変換することで効率よく減速することのできる仕組みで、元々は電車で用いられていた技術です。

夜、昔の自転車のライトを点けるとペダルが重たくなった経験を思い出してみてください。あれはライトを点灯するのに必要なエネルギーを発電する為に、漕ぐ力が奪われているのでペダルが重たくなっているのです。

このように発電しようとする力は抵抗になります。この原理を利用して、発電力を減速する力に利用しているのが回生ブレーキなのです。

先ほどの動力分割機構をうまく活用して、ブレーキを踏んだときに普段は駆動用として使用しているモーターを発電機として利用することで、タイヤによって発電機が回されて減速時に発電しています。

モータの仕組み(電気を流せばモーターになりますが、逆にモーターを外部から回せば発電します)をうまく応用していると言えます。

しかし発電する力(回生ブレーキ)だけでは1トン以上もある車を停めることはできません。

そこでトヨタのハイブリッドには油圧ブレーキ(通常のガソリン車のブレーキ)も備わっていて、回生ブレーキと油圧ブレーキを状況に合わせて使い分けながら減速しています。例えば先に信号が見えて、早めにブレーキを踏んでゆっくり減速するような場面ではほとんど回生ブレーキのみの力で減速して、エネルギーのロスを少なくし、急ブレーキや最後に車を完全停止させる場面では、油圧ブレーキが作動して、強力な減速力を発揮します。

”豆知識ですが、ハイブリッド車では早めにブレーキを踏むことで、効率よく充電できるので、燃費が良くなるばかりでなく、油圧ブレーキを極力使わない運転によって、ブレーキの部品の摩耗も少なくなり、メンテナンス費用を抑えることもできます。”

この回生ブレーキと油圧ブレーキの使い分けを、ドライバーにほとんど違和感を感じさせずに行なっている制御が、トヨタのハイブリッドの凄さとも言えます。

⑤まとめ

トヨタ自動車の技術が詰まったハイブリッド車、まだまだ凄いところはたくさんありますが、代表的な部分を取り上げてみました。

ここで最後に運転する上でガソリン車と比較してメリット、デメリットとなる部分をまとめてみたいと思います。

・メリット

  1. 燃費が良い
  2. モーター走行時の走行音が静か
  3. アイドリングストップからの走り出しがスムーズ
  4. 意外と加速が良い

・デメリット

  1. 車両価格が高い
  2. バッテリーなどの分、車体が重たくなる
  3. エンジン回転数などが制御されているので、操る面白味は少ない

まだまだ書ききれない部分もありますが、トヨタのハイブリッドの簡単な仕組みと特徴をまとめてみました。

トヨタのハイブリッドを購入検討する際の参考になればと思います。