トヨタのハイブリッド車、例えばプリウスやアクアはどうしてすごく燃費が良いのでしょうか！？ だって重量による惰性の力がすごく強い鉄道ならわかりますが！？

Question

あのトヨタハイブリッドの燃費の良さはほんとマジックだと思いました。

そのマジックの秘密とは？

①エネルギー回生をジェネレーターだけでなく4輪の回転ホイールからうまく回生している！？

②謎の自動変速機「遊星ギアー」これがマジックである、！？トヨタハイブリッドシステム、

③空気抵抗の少ない低い車高とやや重い重量による慣性エネルギーのアドバンテージを活用、

④結局はエンジンというものは走行時に余力があって
普通の車はその余力を走行時に捨てている、
いわば斜度0度でのパワーで実際は斜度3度の登り坂を走れるのである、
プリウス、アクアはその余力を効果的に蓄電に取り込んでいる、

⑤燃費を伸ばすドライバーは、電力走行の時間＆距離を出来るだけ長く採用して、
その分エンジンをストップさせている。

⑦ただしエアコン冷暖房を使用すると、わりと燃費はダウンする、

⑧電池そのものの充電力が低下する寒い時期は燃費がダウンする、
冬季の燃費ダウンはある、

結論、
①～⑧でだいたい正しいでしょうか！？

補足

ーーエンジンとモーターの働きが最善になるよう 状況に応じてこまめにパターンを切り替える制御の高度なノウノウ。 燃費で他社に圧倒的な差をつけているのはこの点に。 ーーあとタイヤを細くして抵抗を少なく ーー加えるとプラネタリーギヤを用いた動力分割機構を介してエンジンからの動力を発電機及び駆動力に配分しており、 「発進時及び低負荷走行時にモーターだけで駆動している」 ーーまず燃費を稼ぐにはエンジンが止まっている 時間が長いほど向上する。 トヨタは完全にモーターで走ってガソリンエンジンを休ませる ーーニッケル水素電池寒さに強かった。 ーー エンジンがオットーサイクルでは無いから ーー高圧縮比にエンジンを作っておいて、圧縮比だけ下げて高膨張比エンジンとして働かせる。 と、効くんですねぇ。 膨張比14が熱効率最高に 電動補助との合わせ技に ーー前輪2輪から車軸を通してミッション内部のジェネレーターで回収 走行用モーターと、発電用ジェネレータを分けて搭載していること。 35万円ほど高くなる、 ーートヨタは燃費を重視した設計 ーー例えば120キロのハイスピードでは燃費はダウン

Answer 1

よいと思います。更に言うなら、エンジンとモーターの働きが最善になるよう状況に応じてこまめにパターンを切り替える制御力です。一つ一つの切り替えで得られる燃費は些細なものでしょうが、ちりも積もれば山となるです。他社がなかなか追いつけないのはこの点にあると思います。

質問者からのお礼コメント

あとタイヤを細くして抵抗を少なく

加えるとプラネタリーギヤを用いた動力分割機構を介してエンジンからの動力を発電機及び駆動力に配分しており、
発進時及び低負荷走行時にモーターだけで走行

燃費を稼ぐにはエンジンが止まっている
時間が長いほど向上

前輪2輪から車軸を通してミッション内部のジェネレーターで回収
走行用モーターと、発電用ジェネレータを分けて搭載

皆様貴重なご回答有難うございました。

Answer 2

はい大体合ってます。
追加するならタイヤを細くして抵抗を少なくして
燃費良くしています。
なのでブレーキが欧州車なんかと比べると全然効きません。嫁の実家のプリウス運転してびっくりしました。

Answer 3

はい、たぶん質問者の仰るとおりだと思います。
もし付け加えるとしたらトヨタ自動車ハイブリッドシステム（THS-2）は、プラネタリーギヤを用いた動力分割機構を介してエンジンからの動力を発電機及び駆動力に配分しており、発進時及び低負荷走行時にモーターだけで駆動している様です。
但し、トヨタ方式は燃費偏重の歪んだ設計により燃費性能だけは他の追随を許さない様ですが、その反面で電子制御装置の欠陥（ソフトウェアのバグ等）に因る暴走（＝急加速）事故が相次ぐなど、人命を危険にさらす深刻な問題を抱えているのもまた事実と思います。

情報源
※3万人のための情報誌『選択』誌2017年12月号
・「プリウス暴走事故」はなぜ多い
https://www.sentaku.co.jp/articles/view/17594
↑を読むかぎり、自動車の安全対策に詳しい専門紙記者は『プリウス暴走事故の全てが運転ミスとは考え難い為、車両の欠陥を疑うべきだ』と指摘した様です。

Answer 4

①4輪とあるけど、殆どが前輪駆動です
無駄に4輪駆動だと重くなるし動力ロスになるので燃費には悪影響
もちろん、日本は雪国もあるので各車種に、4輪駆動の設定はある

③はその通りでアクア・プリウスのCD（空気抵抗率）はかなり高い事で有名

④⑤は少し違います。まず燃費を稼ぐにはエンジンが止まっている
時間が長いほど向上する。これによってエンジン車のアイドリングストップ
機構があるくらいです。

ではその間どうしているかと言うと
トヨタは完全にモーターで走ってガソリンエンジンを休ませる
トヨタ以外は走り出したりするときのモータートルクでアシストする
事で溜まったバッテリーの電池でモーターを回してエンジンに負荷が
かかる走り出し時にモーターアシストすることで燃費を伸ばしている

このHVバッテリー充電は回生ブレーキ機構で充電します
ブレキーをかけたり、アクセルから足を放したときに自動的に
連結されているモーターが今度は発電機として動作して電気を作り出す。
このおかげでHVバッテリーに電気が蓄えられて動力モータに使用できる
このモーターのおかげでエンジンの負担が減る分だけ燃費が向上する

⑦ 冷房は電気を使用するので夏の燃費を悪化させますが
冬のヒーターはエンジンの排熱を循環させるのでさほど悪化しません
これが家庭用のエアコンで冷暖房両方の電気を使うのと違う所で
エンジンを搭載している車は最初から暖かい熱が出てこないのは
エンジンが温まるまではその熱が利用できない

⑧ 今のHVバッテリーはリチュウムイオン電池が使われているので
EV自動車と同じ理屈で充電電力に冬季だけ差が出る事はあるかもしれない
だけど、初期型のHV車はニッケル水素電池を利用しているのでそこまで
大きな違いは感じない

Answer 5

ｋｕｍａｎｏｎａｄａｎａｄａｒａさんへ

工学的な理由は2つ在ります。
1. Hybridだから
制動で発電して次の加速に回す。その為に電動を生かす。
2. エンジンがオットーサイクルでは無いから
レシプロエンジンの肝は、膨張比の大きさです。圧縮比では無い。

Hybridだから、と言うのは一般の方にも比較的理解して貰い易い理由付けですね。で、、、
加速時に電動で補助する事で、最高出力を余り重視しないエンジンに出来る。
吸気弁閉じ時期を充填効率最高に成るタイミングからズラす。下死点後55°とかからもっと遅くへ。72°とかへ。
すると、一度吸い込んだ吸入新気の一部を吐き戻してから吸気弁を閉じる事に成ります。これを通称して「遅閉じ」式。
高圧縮比にエンジンを作っておいて、圧縮比だけ下げて高膨張比エンジンとして働かせる。
と、効くんですねぇ。
摩擦損との兼ね合いから、膨張比14が熱効率最高に成る。けど、ガソリン蒸気を混合気として吸い込んで圧縮する「予混合燃焼」を行うので、ノッキング限界で制限される。
圧縮上死点温度が上がり過ぎると自己不正着火で壊れちゃいますので。
ので、昔ブームに成ったTurbo(過給)エンジンでは燃焼室容積を大きくして圧縮比を下げた。
けど、これは大事な膨張比も下げる事に成った。
つまり膨張不足で高温なままの排気がポートを流れ、激しく加熱される。
のを過濃混合気、更にはもっとジャボジャボ注ぎ込んで気化潜熱さえ使って内側から冷やした。
燃料冷却したんじゃ、
過給=燃費激悪
という評判が根付いてしまった。
吸気弁駆動の可変機構が普及して来て、任意に充填効率を下げられる様に成った。
充填効率の低下は圧縮比下げと等価なので、高膨張比だけど圧縮比だけ下げられる様に成った。
但し、排気量当たりで比較すると低出力に成ってしまう。
という所を電動補助との合わせ技にした。だから、、、

と言う事で、冒頭に挙げた2点が骨子なのです。

Answer 6

>>そのマジックの秘密とは？

回生発電と強調ブレーキのたまものと思います。
後、そのフィードバックの制御など。

Answer 7

①は違います。

駆動輪でしかエネルギーは回収できないので、基本的には前輪2輪から車軸を通してミッション内部のジェネレーターで回収しています。
間接的にブレーキで回収していると言えますが。
他社と大きく違うのは、走行用モーターと、発電用ジェネレータを分けて搭載していること。
他社も最近はこれを採用していますが、トヨタは最初からやっています。

エンジンに関して、低速から高速まで対応するオールマイティなエンジンが求められていました。
よって効率が悪い回転域が出てしまう。
ハイブリッド車用のエンジンは、制御の根本から燃費特化させていますので、ロスを極限まで減らせています。
反面、エンジン単体での走行性能は低いです。

Answer 8

書かれている中では①が大きいでしょう。街中ではブレーキによる減速が多くあります。一般的なブレーキでは運動エネルギーが熱になってしまいますがはおブリッドでは運動エネルギを電力として回収し、発進時に利用するので燃費は良くなります。なので、高速道路では燃費はあまり上がらなかったりします。

なお、遊星歯車はエンジン車のATにも使わているもので、プリウス等に限定したものではありません。

Answer 9

モーターの特徴は 回転の初め・・・低回転で強いトルクが出ること。
エンジンは高回転にしないとトルクが出ない事・・・だからギアーを設け
高回転で出したトルクを 回転数を落とし車を発進させないと車が動かない。得意な領域が異なる 低回転はモーターの力が強く エネルギー効率が良い
高回転では大きなモーターにしないと高速が走れないから 高回転が得意な
エンジンをそのまま使い 高速を走る だから燃費が良い。しかし それでも
エネルギー効率はシステムとして30%に届かない 70%のエネルギーは捨てている。火力発電所のエネルギー効率は60%を超え始めている 最新のボイラーは エンジンの3倍のエネルギー効率になっている。日本の送電ロスは
5%位なので なんだかんだ言っても EVには 敵わないと言う事は確か。
ヨーロッパでは トヨタのハイブリッドはあまり人気が無い 最近はEV
マイルドハイブリッド plugインハイブリッド 売れ筋は大体この三種
plugインハイブリッドも 最近はEV走行を100km程度走るのが当たり前になり EVでも150km/h以上の速度が出せるモーターを積み始め 乗り方にもよるが 燃費は40km/L+電気代 そんな乗り方が当たり前になりつつある。
マイルドハイブリッドも48Vになり アウディのA3は998ccになった
メルセデスのEクラスは1500ccである。クラウンよりデカいEクラスが
1500ccでメルセデスらしく堂々と走る 日本車なら2000ccクラスの
アウディのA3は 998ccで 日本車よりきびきび走る。
日本のフルハイブリッドの出番は段々無くなる気がする。

Answer 10

大きな間違いな無いようですけど、トヨタは燃費を重視した設計をしている。
燃費の向上のためにエネルギ＾のロスを最低限にして、捨てるであろうエネルギーを回収（ブレーキ回生など）して燃費を改善しています。
なお、初期型のプリウスのエンジンは非力であり、そこにバッテリーや発電機、モーターが付加されていて重量が重くて、高速度（100ｋｍ/ｈ超え）の場合、非力なエンジンで車を走らせるために燃費は悪い車でした。改善は進んでいますけど。