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ハイブリッドカーはなぜ燃費がいい?

ハイブリッドカーってなぜ燃費が良いんでしょう? 単純に考えて同じ質量の物を動かすには同じ大きさのエネルギーが必要ですよね。 要するにガソリン車もハイブリッド車も動かすのに必要な総エネルギーは同じという事になると思います。 どちらも車の外からはガソリンというエネルギー源しか注入しないんですから、消費するガソリンの量も同じになるような気がするのですが。(まあ回生ブレーキとかで多少は稼げるんでしょうけど)

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noname#12265

 クルマの設計屋です。  色々御意見が集まっている様ですが、実は真相は既に出ています。 1.御指摘通り、クルマを動かす事自体は同じエネルギ量です。空気抵抗やタイヤの転がり抵抗等の大小はありますが、クルマである以上それほどは変りません。 2.回生ブレーキは走行距離延長に寄与していますが、クルマの効率がいきなり倍になるほど回生をかけているとは思えません。(回生はバッテリに急速充電をかける事になるので、運動エネルギの100%回生はバッテリ寿命を少なからず縮めます。) 3.ハイブリッドカーの燃費がよくなるリクツは、主に『効率の差』です。  普通のクルマのエンジンの使い方では、実は燃やしたガソリンが持つ熱量(←これがエネルギ)の30%程度しか駆動力として取り出せません。(残りのエネルギは、機関内部の摺動抵抗に費やされたり、熱になって大気中に逃げてしまっています。)  これがモータなら、30~80%程度の効率が確保出来ます。(モータの多くは、無負荷回転なら100%近い効率になります。)  駆動機構が複雑で普通のクルマより機械的損失が大きいとしましても、ザックリ考えて倍ぐらいの効率が得られるリクツです。 4.トヨタ・プリウスの場合は、も一つ『裏ドラ』が付きます。  それは、内燃機関が『アトキンソンサイクル』で回っている、という事です。  普通の内燃機関は、熱力学的に言いますとオットーサイクル(ガソリンエンジン)かディーゼルサイクル(ディーゼルエンジン)で回っており、同様にピストンやバルブがあるのでプリウスのエンジンも単なる省エネガソリンエンジン程度にお考えの方が多いのではないかと思いますが、構造が似ているのはたまたまであって、熱力学的には全く別のエンジンです。(熱力学的には、同じオットーサイクルで回っているロータリーエンジンの方がずっと普通のガソリンエンジンに近いです。)  内燃機関で最高の変換効率(燃焼を駆動力に変換する効率)が得られる熱サイクルはミラーサイクルと、その応用であるアトキンソンサイクルです。  本来圧縮比可変となるミラーサイクルをバルブ動作可変に置き換えたアトキンソンサイクルエンジンは、ガソリンで動く最高効率エンジンと言えるでしょう。

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質問者からのお礼

ご回答ありがとうございます。 なるほど、モーターはかなり効率がいい駆動装置なわけですね。 しかし結局モーターの効率がよくてもそれを動かしている電気はガソリンで発電しているというのに・・・なんだか不思議な感じです。 それにしても驚きはエンジンです。 そもそも普通の車とは熱力学的に見て別物のエンジンを積んでいるんですね。 こいつが直接車に使うには適していないけど、モーターの補助さえ受ければ車にも使えるし燃費向上にも役立つってわけですね。

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その他の回答 (13)

  • 回答No.14

こういうのは出している会社のホームページ見れば一発なんですけどね。 難しい説明は他の方がしているのでぶっちゃけた話で行きましょう。 低速(つまりエンジンまたはモーターの回転数が低いとき)トルクはモーターがの方いいんです。エンジンはあまり力が出ませんし効率が悪くなります。その為、速度が出ていない時または発進時はモーターを使って(エンジンは動いてません)動かします。 ある程度、速度が出てくるとエンジンの方が効率が良くなってきます。そこで、今度はエンジンを使って走るのですが、この時には電子制御でモーターで援護したりしながら 効率よく走れるようにしています。 減速時は回生ブレーキ(モーター=発電機)で無駄エネルギー回収→バッテリーへ。 バッテリー容量が減ってくるとエンジン動かしっぱなしで 充電。 これはプリウスの例ですね。詳しくはtoyotaで見ればはっきりしますよ。 エネルギー変換効率のいいとこ取りだから燃費は良くなりますよね。単純に考えれば。 もし、プリウスをエンジンだけで走らせて燃費計算したら 20km位減っちゃうんじゃないでしょうか。 ちなみに。ホンダにもハイブリッドはあります。 こちらはまた違った方法(エンジン+モーターは同じ)ですので、興味があったら見てみるといいかもしれませんね。リッター35kmっていう燃費を先に出したのもこっちですし。

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質問者からのお礼

ご回答ありがとうございます。 しかし、モーターを動かす電気は結局ガソリンによりもたらされているというのに、効率がアップしてしまうとは、エンジンのみで車を動かすことがいかに非効率的なことかって事ですね。

  • 回答No.13

まあもう既に出てますが。 ふつうの車やバイクのエンジンってすごく特殊なんです。 車のエンジンはいろんな回転数を使って運転しますよね。 低回転でトルクをかせいで発進しやすく、気持ちのいい加速のために高回転まで伸びるように 使われることを前提に設計されますし、そうやって使われます。 農機具や船などとはかなり違うんですね、これらはアクセルを頻繁に上下させることはありません。 工事現場や縁日などにおいてあるエンジンの発電器知ってますよね? それも同じで一定の回転数で延々回っています。これがまず燃費が良く効率がいい。 しかもモーターは0発進トルクが大きくそれが結構続きます。 モーターのトルク特性グラフをみれば一目瞭然です。 ガソリンエンジンはそうはいきません、回転数に応じてトルクが変わります。 そんなこんなで燃費がいいようです。

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ご回答ありがとうございます。 やっぱり効率ということですね。 エンジンだけで発進から何から全部やらせると効率が悪いから不得意な部分はモーターに任せると。 しかし結局ガソリンで発電した電気でモーターは動いているというのに、特性の違う動力源を使い分けることでエネルギーを節約できるっていうのは結構不思議な感じです。 普通、装置が複雑化して重くなって、発電したり直接エンジンで走ったりと複雑な事をしてればエネルギーロスですべて台無しになっちゃいそうですけどね。

  • 回答No.12
  • hekebon
  • ベストアンサー率55% (175/318)

 No.10のかたの回答への訂正をさせていただきます。  現在の国内の鉄道車両のディーゼルカーはほぼすべてディーゼルエンジン+トルクコンバータで駆動されています。  お書きのような電気式ディーゼル動車もあるのですが、総括制御が簡単であるなどのメリットもあるものの、従来はエンジン+発電機+直流電動機と複数の機関を積み込む必要があり重量面・保守面で不利な点が多く、現時点ではごく少数派です。  ただ今後は、交流電動機が一般化されつつあることを考えると、JR貨物の機関車での採用例もあり、増加してゆくことは考えられますが。

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参考にさせてもらいます。

  • 回答No.10
  • zoh
  • ベストアンサー率34% (273/789)

#6さん、#9さんと同様の回答ですが、一例を挙げておきます。 鉄道のディーゼルカー、あれはディーゼルエンジンで車輪を直接回しているのではなく、ディーゼルエンジンで発電して、その電気でモーターを回しているんです。一見効率悪そうですが、「一定の負荷で最も効率よくエンジンを稼動させられる」ので、直接車輪を駆動するよりもエネルギー効率がいいそうです。 プリウスをはじめとするハイブリッドカーにもこれと同じ事が言えます。発電に必要な運動エネルギーを得るために最適化された設計のエンジンは、(発電だけなら)低速トルクが云々とか、アクセルレスポンスが云々といった部分を無視して、とにかく発電する為に最小の燃料消費を目指すことが出来ますが、エンジンでタイヤを駆動するのであれば全回転域である程度の性能を発揮できるように設計しなければなりません。この設計思想の違いが最終的には燃費の違いとなって現れるわけです。

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ご回答ありがとうございます。 やっぱりエンジンを効率よく使っていることで燃費が向上しているみたいですね。 それにしてもエンジンで発電し、その電気でモーターを回すっていうのが高効率とは結構不思議な感じです。

  • 回答No.9
  • inaken11
  • ベストアンサー率16% (1013/6244)

回生ブレーキもありますが、エンジンの一番エネルギー効率の良いところを使っているからです。 また、そのエンジンだけでは十分な加速が出来ないので、バッテリーと電気モーターで加速をアシストしています。 また、プリウスのエンジンは、圧縮比より膨張比が大きくなる工夫がしてあり、少し燃やして多くエネルギーを回収するようになっています。 ココが普通のエンジンと違うところです。 また、一定走行中はたいした動力は必要なく、余った動力で発電してバッテリーに貯めています。

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ご回答ありがとうございます。 つまりエンジンは燃費の事だけ考えて効率の良い回転数で回しておいて、足りない分は全部電気モーターに任せてしまうって事ですか。 しかし、結局ガソリンの力で発電しているにもかかわらず電気として溜めとけば効率が良いってのはなんか不思議ですね。

  • 回答No.8
noname#5204

素人ですが、こう考えました。 上り下りは位置エネルギーをバッテリーに蓄えて、高低さゼロと同じエネルギーで済む。 加減速では、減速時の運動エネルギーをバッテリーに蓄えて、加減速ゼロと同じエネルギーで済む。 よって、エンジン自体は巡航できるだけの低いパワー(空気抵抗・機械的ロスに打ち勝つだけのパワー)で良いので、排気量が小さくでき、燃費重視の設計ができる。 つまり、ほとんどの状況で一定速度の巡航をしているだけのエネルギーしか必要としないし、それにあわせたエンジンで済むことが相まってだと思います。

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ご回答ありがとうございます。 うーん、どうですかね。 その理論だと富士山に登るには一度富士山から降りてエネルギーを蓄える必要がありますよね。 加速だって一度減速をしてエネルギーを蓄えないと加速できないって話ですし。 現実だと順序が逆さまになってないと使えないと思います。

  • 回答No.7
  • nataruy
  • ベストアンサー率52% (19/36)

電気モーターとガソリンエンジンのエネルギー効率の差が燃費の差に表れています。 また、停車時、モーターは全くと言っていいほどエネルギーを消費しませんが、エンジンは例えアイドリングストップをしても再始動に余計なエネルギーを消費します。 回生ブレーキが使えるのも燃費向上に貢献しているでしょう。エンジンのみでは*絶対に*なしえなかった構造です。

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ご回答ありがとうございます。 どうも答えは効率って事でいいみたいですね。 ところでハイブリッドカーだってアイドリングからエンジンを再始動する際には余計なエネルギーを使いません? そこはガソリン車と変わらない気がするんですけど。

  • 回答No.6
  • Boader
  • ベストアンサー率19% (9/47)

この場合、"効率"がいいか悪いかって事じゃないかな。 ガソリンを100入れても、熱や機械損失(エンジン内の摩擦等)がある為、100の力は出ませんよね。電気モーターの方が入力→出力の"効率"がいいのでしょう。 エンジンとモーターを組み合わせて、走りと燃費が最大限にバランスさせようというのがハイブリッドだと思います。

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ご回答ありがとうございます。 確かに効率というのを忘れてました。 要するに同じ量のガソリンを入れてもそこから取り出せるエネルギーの量がエンジンとモーターを組み合わせた方が多いということですか。 しかし、モーターは結局ガソリンを使って発電された電気を使ってるんですよね。 発電時にエンジン同様熱や機械損失があり、そうして発電された電気もバッテリーに溜めたりしている間にロスしてってな事をするなら直接エンジンの力で車を動かした方が良い様な気がするんですけど。 素人意見ですけどね。

  • 回答No.5
  • nobugs
  • ベストアンサー率31% (1061/3349)

ガソリン・エンジンは、回転数によって熱効率が変ります。 全開で走れば、あまり変りませんが、 一般的な走り方では、一番効率の良い回転数を選択して発電をしているからです。 また、ガソリン車では、アクセルを不必要に開閉してしまうのを、電子制御でアクセルコントロールし、無駄の無いスムーズな、回転数変化をさせています。

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ご回答ありがとうございます。 言われてみれば効率という概念が完全に抜けた状態で考えてました。 要するに効率が良い回転数しか使わないでそれ以外はモーターに任せてるって事でしょうかね。 ただ、ガソリンでエンジンを動かし発電した電気をバッテリーに溜め使うときにモーターに送るってな複雑な事をすればエネルギー的にかなりのロスがありますよね。 そのロスさえもペイしてしまうほど高効率な回転数なんてあるんですかね。 まあ素人意見ですけど。

  • 回答No.4
  • asuca
  • ベストアンサー率47% (11786/24626)

とりあえずみてみてください。

参考URL:
http://www.drivingfuture.com/car/toyota/zen030627_01/

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質問者からのお礼

ご回答ありがとうございます。 しかし、ここで質問したのはそういうページを見ても今ひとつ分からなかったからなんですよ(笑)

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