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よくわからない、自動車のハイブリットと燃費のこと

昨今、環境問題や様々な観点から、自動車はどんどん低燃費路線へと進んで行っています。

実際、みなさんも自動車を購入される際は、燃費って気になる物だと思います。

ハイブリッド自動車や低燃費自動車の他にも、電気自動車やクリーンディーゼルなど、様々な燃料や方式での自動車の動かし方があります。

自動車が低燃費化や環境問題によってどのように変化しているのか見ていきましょう。

低燃費化の背景

オイルショックやバブル崩壊などの影響もあり、自動車は徐々に低燃費化や環境に配慮した方向へ舵が切られて行くことになるのですが、特にバブル以前は燃費?なにそれ?な自動車が当たり前のように存在していました。

90年代初頭より、今となってはハイブリッド自動車の代名詞と言っても過言ではない「プリウス」の開発が始まります。

1997年に発売され、「21世紀に間に合いました」のキャッチフレーズで登場しました。

セールス的には、現在のプリウスのイメージとはかけ離れた物で、ヒットとすら呼べる物ではありませんでしたが。燃費は28km/Lを記録しました。

この初代プリウスが、最初の量産ハイブリッド自動車かと思いきや、実は2か月ほど前に同じトヨタより、コースターと呼ばれるマイクロバスのハイブリッド自動車が発売されています。

ホンダも対抗して「インサイト」を1999年に発売、当時としては35km/Lの世界最高燃費を記録しましたが、燃費を追求しすぎて2シーターだったりと、ユーザーのことは割と二の次で開発されました。コンセプトは「すべては世界No1低燃費の為に」

こちらも生産台数や売れ行きはお察しの結果となってしまった訳ですが・・・

2003年に二代目プリウスが発売され、この辺りからハイブリッド自動車、低燃費自動車への舵取りが加速していきます。

2011年発売のミライースがカタログ値30km/Lを記録し、初めて30kmの大台に乗りました。

近年の燃費向上の為に当たり前のように装備されている、アイドリングストップですが、初めて登場したのは1970年代で、マニュアル車で「ニュートラルに停止した時のみ停止、クラッチを踏んだら再始動」という物でした。

当時はウケがよくなく、すぐに姿を消してしばらく見ないことになります。

再びアイドリングストップが登場したのが初代プリウスに搭載された物でした。

2000年代に入り、ガソリン自動車の乗用車に搭載されるようになり、2010年代にはじめて軽自動車に搭載されました。

自動車が完全に停止する前から、アイドリングストップの制御を行ってエンジンを停止していく機能が初めて搭載されたのは、初代ミライースになります。

また、近年はディーゼル自動車も、技術の進歩によってクリーンディーゼルと言った物になり、燃費や環境面などから注目されています。

現在では、30km/Lを超える自動車が多数発売されいる他、様々な形態の自動車が発売され、エコや低燃費は当たり前の大前提となっています。

また、将来的な新しい自動車の候補として、燃料電池自動車なども登場してきています。

低燃費化も大事なことですが、地球温暖化問題や大気汚染の問題などによって、環境問題への取り組みも重要視されています。

低燃費技術、環境対策技術の種類

ハイブリッド自動車

ハイブリッド自動車と一口に言っても、その方式には様々な物があります。

そもそも、ハイブリッド自動車は、2つ以上の動力源を持つ自動車の通称になります。

実際、普段CMなんかで耳にして、他とどう違うの?と思っている人もいると思いますので、簡単に各方式の特徴を見ていきましょう。

シリーズ式

シリーズ式は、簡単に言うと「エンジンで発電をして、モーターで走行をする」方式です。

つまり、どういうことだってばよ?と言うと、エンジンは発電にしか使用しないってことになるんですね。早い話が電気自動車に、発電用にエンジン積んでます!

具体的に言うと日産のe-POWERがこれに当たります。

現状では絶滅してしまったロータリーエンジンを発電用に使用する、シリーズ式ハイブリッド自動車の開発も行われています。

これは、小型化しやすく、ロータリーエンジンの回転特性上、モーターと同軸に配置しやすいといったメリットを利用した物になります。

パラレル式

パラレル式は、複数の動力源を走行に使用するシステムです。

基本的にはエンジンで走行し、モーターはエンジンのアシストに回るといった役回りになります。

現在の一般的なハイブリッド自動車の多くは、このパラレル式に当たります。

パラレル式と一括りにしていますが、各社特徴の違うシステムを採用していますので、この項で説明したいと思います。

Honda IMA

ホンダで初期のハイブリッド自動車に採用されていたパラレル式のシステムになります。

低回転時や発信時など、エンジンでのトルクが不足する時にモーターでアシストを行う方式になり、モーターのみでの走行は出来ません。

IMAモーターでエンジンの始動も担っている為、単体でセルモーターは搭載されいません。

このシステムが搭載された時代の同社のハイブリッド自動車は、電動コンプレッサーを搭載した車種が一部しかなく、夏場はなかなか厳しい物がありました。

スバル

正式名称はあるのでしょうか?基本的にはトヨタより技術提供を受けてそれがベースになっていますが、内容的には上記のIMAに近い物になっています。

どっこい、こちらはモーターのみでの走行が可能。

そもそも、スバルさんはあんまりハイブリッド自動車に積極的じゃありませんねぇ。

マイルドハイブリッド

スズキと言えばマイルドハイブリッドですね。最初に出始めの頃は、S-エネチャージと言う名称で登場し、現在はこの呼び方でセールスされています。こちらもパラレル式に分類されます。

低速時や発進時の補助にモーターを駆動させるタイプのシステムですが、スズキはオルタネーターにモーターを内蔵してそれらの補助と回生ブレーキを担っています。

アイドリングストップからの復旧も、オルタネーターのモーターを回すことによってエンジンを始動します。

オルタネーターの機能が増えて部品単位の価格が高額、掛かる負担も通常より大きい為、個人的には、故障が発生した場合などの修理費などが心配になりますが。

S-HYBRID

日産のセレナ等に装着されているハイブリッドシステムです。マイクロハイブリッドと呼ばれていますが、構造や機能的にはスズキのマイルドハイブリッドと、ほぼほぼ同等の物になります。

日産の場合は、別にハイブリッドシステム用の専用大容量バッテリーなどを設置せずに、エンジンルーム内に補機バッテリーと並べて、ハイブリッド用のバッテリーを設置するスタイルになり、交換頻度も補機バッテリーと同時交換位になるので、これ実はハイブリッドで向上した燃費分代よりも、高く付くんじゃない?って思うのですが、気のせいと言うことにしておきましょう。

スプリット式

パラレル式とシリーズ式を組み合わせたシステムになります。

エンジンだけの走行とモーターだけの走行を両立して可能としています。

フルハイブリッドシステムなどと呼ばれることもあります。

THS-Ⅱ

トヨタで開発使用されているシステムです。

エンジンのみでの走行、モーターのみでの走行の両方が可能で、エンジンが稼働している間は常にバッテリーへの充電が出来ます。

通常、エンジン停止時はコンプレッサーも停止する為、エアコンも停止してしまうのですが、トヨタは2代目プリウスより電動コンプレッサーを搭載しており、エンジン停止中でも快適にエアコンを使用することが出来るようになっています。

スポーツハイブリッドにも取り組んでおり、WECに参戦している耐久マシンや、スーパーGTでも、V8エンジンとハイブリッドシステムを組み合わせたプリウスが参戦しています。

i-DCD

ホンダの次発のハイブリッドシステムです。DCTと組み合わされ、回生ブレーキやモーターのみの駆動を搭載したシステムになります。1モーターが搭載されています。

ハイブリッドシステム自体の完成度は高いのですが、発売当初はDCT側の電気的なトラブルが多く、走行不能になるケースなどが発生していました。

これは、搭載されるDCTの権利をBosch社が所有していた為、システムがブラックボックス化されてホンダ側でどうにも出来なかったことに起因するのですが。

i-MMD

上記と同時期に登場したシステムです。こちらは2モーター搭載で、よりハイブリッドの効率を高めたシステムになります。

基本的にモーターで走行し、低速時や高速巡行時にエンジンがアシストする、通常のハイブリッドとは逆のスタイルになります。ミドルクラスの自動車などに主に採用されています。

SH-AWD

ホンダのハイブリッドシステム3兄弟の最後、最も上位グレードのシステムです。

フロントの左右軸に一つずつと、エンジンに1つの合計で3つのモーターを搭載したシステムです。NSXなどに搭載されています。

フロントはモーター制御によって細かに動力配分などが制御され、ターボラグなどをエンジン側のモーターでアシストして、よりリニアなパワー感を実現しています。

かなり完成度の高いスポーツハイブリッドシステムになると思います。

電気自動車

電気自動車は、エンジンを持たず、モーター駆動によって完全に電気だけで走行する自動車です。

電気自動車が出始めの頃は、バッテリーの性能や容量による航続距離や、まだまだ普及していなかった充電スポットの問題などで、現実的には運用が厳しい物がありましたが、現在では技術の向上やインフラの整備などで、普段使いをする上ではそこまで不便に感じるほどではない程度までは持ってこれていると思います。

石油燃料と比べると、電気のほうがランニングコストは安くなりますが、充電に時間が掛かることや、まだガソリンスタンドほど充電スポットが充実している訳ではないので、ガソリンほどお手軽に手早く補給が行えない点があります。

電気自動車のブレーキは、電動真空ポンプなどを搭載し倍力作用を発生させるブレーキが搭載されていましたが、近年、回生ブレーキを利用してアクセルペダルのオフで完全停止まで可能な、1ペダルの技術が登場しました。

現状ではブレーキペダルも搭載されていますが、将来的には本当にペダルが1つだけの自動車なども登場してくるのではないでしょうか。

また、停電などの緊急時は、電気自動車から家庭電源を賄うような使い方も可能です。

PHEV自動車

ハイブリッド自動車に、電気自動車のように外部からの充電機能を搭載した自動車です。

ハイブリッドバッテリー容量なども通常のハイブリッド自動車よりも大きな物が搭載されているため、疑似電気自動車的にある程度の距離モーターのみでの走行も可能になります。

通常のハイブリッド自動車や電気自動車と比べて航続距離も向上し、燃料の選択肢も広がる為に良いところばかりのように見えますが、車体価格がかなり高くなるので、そこらへんのバランスを相談しながらの購入になります。長距離移動が多い人などはお得になると思いますが、走行距離の短い人には正直あまりおすすめはしません。

アイドリングストップ

信号停止時などに、エンジンを停止して無駄なアイドリングを減らし、燃費を向上させましょうと言ったコンセプトで普及しているシステムです。

アイドリングストップからのエンジン復旧を繰り返す為、バッテリーも通常の物ではなく、耐性が高く容量の大きな物が搭載されます。その分、通常の自動車よりもバッテリーのコストは高くなります。

また、アイドリングストップからエンジン復旧する分だけセルモーターなども稼働し消耗することになるので、一般的な非アイドリングストップ自動車よりもセルモーターの寿命も短くなり、規定回数を超えると交換を促すような機能も備わっています。

また、ハイブリッド自動車の場合は別なのですが、通常のアイドリングストップ自動車の場合は、アイドリングストップ時にエアコンも停止してしまうデメリットもあります。

エアコン使用時はエアコン優先のシステムもありますが、結局アイドリングストップがしにくくなるのでその辺はどうなんでしょうって所になりますね。

メーカーなどによってシステムや方式も様々になり、上記のようにスズキのハイブリッドではオルタネーターでアイドリングストップから復旧を行っていますし、後述するマツダのSKYACTIVではピストンの位置を調整して復旧をスムーズに行えるような制御を行っています。

SKYACTIV

マツダの開発した、新生代システムの総称です。

エンジンにおいては、燃焼効率の向上や高圧縮比の実現などにより、燃費向上を可能としています。

i-STOPと呼ばれるアイドリングストップシステムも搭載しており、通常はセルモーターなどでアイドリングストップからエンジンの復旧を行うのに対し、ピストンを燃焼が起こりやすい位置で停止させ、燃料を噴射して爆発を起こすことによってエンジンの復旧を行います。セルモーターでのアシストも行いますが、エンジン復旧までの時間の短縮と効率が向上しています。

クリーンディーゼル

近年よく耳にするようになりました、クリーンディーゼルですが、通常のディーゼルとは何が違うのでしょうか?一体どの辺がクリーンなの?

そもそもディーゼル自動車は、排気ガスの黒煙などの問題によって一時期規制が厳しくなり、現状、昔のディーゼル自動車は一部地域では登録が出来ず、該当地域内の通過も出来ないなどの処置が取られている自治体もあります。

その状況を打破すべく開発されたのがクリーンディーゼルになるのですが。

まず一つ目に「コモンレール」と呼ばれる燃料噴射システムが使用されていることになります。

高度な電子制御と、従来の燃料ポンプよりも高い圧力で燃料を噴射することによって、より完全燃焼に近づけてススなどの発生を抑制したシステムになります。

DPFと呼ばれる、PMを捕まえるフィルターを装着しており、これによって排ガスを綺麗にしています。DPFに溜まったPMは定期的に燃焼させる必要があり、これをDPF再生と呼ぶのですが、高回転や高負荷を使用していれば、DPFに溜まったPMは普段からそこまで溜まらず燃焼もしやすいのですが、チョイ乗りなどの使い方が多い場合は、DPF再生の頻度も上がります。

DPFが完全に詰まってしまうと、故障の原因となる為、適切なDPFの再生が必要になります。

また、車種によっては尿素を使用して、NOxの浄化を行っているエンジンもあります。

DPFによってPMが除去された排ガスに尿素を噴射することによって、化学反応でNOxを浄化し、さらに排ガスを綺麗にしています。

このように、排ガスなどの対策がされたエンジンが、クリーンディーゼルと呼ばれています。

世界的にはディーゼル自動車とガソリン自動車が半々位の傾向にあります。燃費と燃料代では、ディーゼル自動車のほうがガソリン自動車よりも勝りますので、今後日本でもクリーンディーゼル自動車は増えていくのではないでしょうか。

バイオディーゼル

菜種油やコーン油などを原料に作られたディーゼル燃料のことをバイオディーゼル燃料と呼びます。

そもそも、最初に開発されたディーゼルエンジンはピーナッツ油によって駆動されたバイオディーゼルでした。

日本においては、一部自治体でバイオディーゼル燃料を用いたディーゼル自動車が運用され、京都市営バスの廃天ぷら油のバイオディーゼルバスなどが有名です。

本当に天ぷら油の匂いがするので、生活圏の場合は、朝一と空腹時には色々な意味で厳しいものがあります(経験談)

バイオディーゼルのメリットとして、通常の軽油よりススが少なくなり排ガスが綺麗になり、使用する原料によっては(天ぷら油など)リサイクルにもなる為、環境には優しくなります。

デメリットとして、DPFやコモンレールとの相性が悪く、クリーンディーゼル自動車には使用することが難しくなるのと、エコの観点で紹介はしていますが、実は熱量の問題で純粋な軽油よりも若干燃費は落ちます。

LPガス自動車

LPガスを燃料に使用して動く自動車です。主にタクシーなどに採用されることが多いです。

LPガスは他の燃料などに比べると、排ガスが綺麗で環境には優しくなります。

また、LPガス自体の価格も安く、比較的燃費もいい為、一見いいことのほうが多いような気がしますが。

ガスタンクのサイズがどうしても大きくなり、定期的なタンクの点検も必要になる為費用も掛かり、そもそもLPガススタンドが、ガソリンスタンドほど普及していないので、一般的な使用には不便な点などが上げられ、普及はしていない現状になります。

近年の自動車の低燃費化によって、実際の燃費もそこまで差は無くなっているのも一因です。

あとは、イメージ的な問題なのですが。ガス=爆発と思う人も少なくないようで、怖いとか危ないってイメージも潜在的に一般的に普及しない一因にあるようです。

長期的なランニングコストは安くなる為、タクシーや一部トラックなどには採用されています。

燃料電池自動車

燃料電池ってなんだよ???と一番に突っ込みを受けそうですね。

そもそも燃料電池とは、酸素と水素の化学反応で発電し充電する電池になります。その燃料電池の電気を利用して動く電気自動車のことを燃料電池自動車と呼びます。

酸素は外気から補給出来るのですが、水素はそうはいかないので、水素ステーションで水素を補給する必要があります。

水素タンクを備えて水素を補給する訳ですが、個人的にはLPガスよりよっぽど水素のほうが怖いんですが?ヒンデンブルク号にならないの?大丈夫なの?

さて、燃料電池自動車のメリットですが、水素の補給を行うことで充電が不要になる。排出されるのは水蒸気のみ。環境にはとても優しいなどが挙げられます。

デメリットとして、水素ステーションが普及していない。燃料電池の原材料がレアメタルになるので、燃料電池自体が高価になる。つまり車体も高価になる(ミライで740万円)

水素も高い。総合的に見て、環境には優しいですがお財布には優しくない自動車になりそうですね。

現在、市販車はトヨタ・ミライ、ホンダ・クラリティフューエルセル、ヒュンダイ・ネクソの3車種だけになります。

低燃費自動車のランニングコストと購入コスト

ハイブリッド自動車や電気自動車は燃費はよくなる為に、ランニングコストは下がります。

しかし、車両価格が通常のガソリン自動車よりも高くなりますので、購入コストは高くなります。

この購入コストの差額分を、ランニングコストでペイして収益化することは出来るのでしょうか?

まず、ガソリン自動車とハイブリッド自動車が設定されている車種で考えた場合、両者の購入価格が離れるほど、この差額分を埋めるのは難しくなります。

燃費の差額分を引いて、純粋に燃料代でそれが何万km走行何年でペイ出来るのか、また、ハイブリッド自動車の場合は、ガソリン自動車よりも補機バッテリーの値段なども上がります。そこからハイブリッドシステムなどに不具合が出た場合の修理費などを考えて・・・となっていきます。

個人的には、車両価格で30万円以上離れるようでしたら、一般的にハイブリッドバッテリーの寿命と呼ばれる所まで乗ってトントン位になるんじゃないかなぁと思ってます。

走行距離が多い人はペイ出来るでしょうが、普段そんなに乗らない人では、目先の燃費に囚われて最終的に損をしてるのでは?と思ってます。

ただ、同排気量の場合は、ハイブリッド自動車のほうがパワーなど走りに余裕がありますので、燃費燃費といった買い方ではなく、スペックを見た買い方ならば全然ありなんじゃないのかな?と思います。

バイクはどうして燃費がいいの?

バイクって、自動車と比べると燃費いいですよね?あれ、果たして本当に燃費いいんでしょうか?

カタログ値が30~40km/Lなんてバイクが多く、今どきのハイブリッドカー位走るから燃費いいじゃんと思いそうですが。

プリウスで総重量1600kg程あります、バイクでまぁ標準的な所で200kg前後位としましょう。1/7位の重量で同等の燃費。果たしてこれは燃費がいいと言えるのでしょうか?いや、そんなことない、これは燃費悪いんじゃないですか?

じゃあ、どうしてバイクは燃費が悪いんでしょうか?

まず一つ、エンジン排気量が小さく、エンジン特性的にも高回転のエンジンを搭載したバイクが多い為、回すことになって燃費が悪化します。

人間心理で、回していると気持ちよくなってきて、更にエンジンを回してしまうことによって燃費も悪化します。

やはり、多気筒高回転型エンジン程燃費は悪くなり、単気筒などのエンジンのほうが燃費はよくなる傾向にあります。

最たる例が、燃費と言えばのスーパーカブでしょう。公称燃費で100km/Lを超えます。逆に昔の大排気量高回転型の大型4気筒キャブ車なんかですと、ノーマルで1桁台なんて悲惨な燃費のバイクも存在します。

日本ではまだまだ見ませんが、外国では電動バイクが多く普及しており、日本でも近い将来電動スクーターなんかが普及していくのではないかなと思います。

レース界の事情

レース界においても、ハイブリッドカーや電気自動車が導入されています。

代表的な物で「フォーミュラーE」と呼ばれる、純粋な電気自動車のフォーミュラーカーによる世界的なレースシリーズが2014年より開催されています。

日本メーカーでは日産が参戦しており、20年シーズンより正式に世界選手権に格上げされ、F1やWECなどと同等のレースとして扱われます。

FIA世界耐久選手権(WEC)では、LMP1と呼ばれるカテゴリにハイブリッド自動車部門があり、トヨタのTS050ハイブリッドが2018・19年2年連続でル・マン24時間レースで優勝しています。

国内レースにおいては、SUPERGTのGT300クラスにかつてハイブリッド自動車が参戦しており、2018年まではTOYOTA PURIUS apr30号車、31号車がハイブリッドを搭載して参戦、2015年まではARTA CR-Z GT55号車とMUGEN CR-Z GT 16号車が参戦していました。

まとめ

環境問題や低燃費が叫ばれる現代で、自動車においても様々な新しい技術が出来てきています。

石油燃料を使用するエンジンを搭載した自動車が、近い将来にはまだまだ無くなることはないと思いますが、電気自動車やハイブリッドカーなどはこれからもっと増えていって、今後の主流になるのではないかと思います。

技術の進歩によって、自動車がどのような進化を辿るのか楽しみに思います。

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