2013年10月24日

エコカーやHVの秘密その1

どうも、キョンです♪
最近はTwitterで時々呟いてたりもするキョンです。
もう二年前にもなりますが、トヨタのプリウスを開発した人の講習会に参加していまして
バラしにバラしてハイブリット車の構造を勉強してきました。
そこで、結構知らないハイブリッドの仕組みと構造。燃費とメンテナンスフリーと言われる秘密を教えようと思います。

最近はエコ・エコ・エコとうたわれ、燃費燃費燃費とお財布に優しい車が好かれる時代。
プリウス乗ればエコっすよ♪燃費いいです♪
やっぱ時代はHV(ハイブリッド)だね♪なんて聞きますが、皆さん本当にプリウスのHVシステムを理解しているでしょうか?

ちょっと!!自分のプリウス燃費悪いんだけど・・・。
そういう人結構いると思います。

もしかしたら、プリウスで今以上の燃費を出せるとしたら?
実を言うとハイブリッドのシステムを知ると燃費上げるコツが分かります。
プリウスのシステムが現在のエコカーと呼ばれるガソリン車に共通する面もあります。
さて、ZVW30型プリウスを知ることで現在世界トップを突き進むハイブリッドの世界を見てみましょう。



エンジン編

30型プリウスのエンジンは 2ZR-FXEエンジン

1800CCの2ZR-FEエンジンをアトキンソンサイクルエンジンにしたものが搭載されています。
(アトキンソンサイクルエンジン??? 2ZR-FXEと2ZR-FEとのXの違いは???)
はい。Xはアトキンソンサイクルエンジンを言います。

初代と二代目プリウス。現行アクアに搭載されているのは BBやルミオンやイスト等トヨタの1500CCのエンジン
1NZ-FEをアトキンソンサイクルエンジンにした 1NZ-FXEになります。
実を言いますと、プリウスは初代からアトキンソンサイクルエンジンでした。
ホンダのHVは、二代目フィットHVからやっとアトキンソンサイクルエンジンになりました。

さて、アトキンソンサイクルエンジンとは何ぞや???
呼び方は違えど、ミラーサイクルエンジンです。
トヨタはミラーサイクルとは言わずアトキンソンサイクルと読んでます。
まぁまぁ、それは分かったから、普通のエンジン(オットーサイクル)とアトキンソンサイクルと何が違うの???
っと言いますと・・・、カムが違います。

インレットカムの山が普通のカムとは違うんです。
わかりやすくした図が・・・(分からなかったら御免なさい・・・)

こんな感じでして、オットーサイクル(一般的な)エンジンは上死点(ピストンが一番上に登った時)でインレットカムが開き始め下死点(ピストンが一番下に下がった時)で閉じるわけです。

これに対して、アトキンソンサイクルエンジンは上死点での動作は同じですが、ピストン下死点に到達しても閉じないんです。下死点から圧縮工程に入る途中で閉じるわけです。

これによって、シリンダー容積を若干少なくして圧縮に入るんです。
って事は・・・通常1500CCの容積をですね・・・
極端に言えば1300CCの場所で閉じる事によって200CC分の燃料を抑えることができるんです。
そして、爆発工程になれば、1500CCの所までピストンが下がるので
圧縮工程と燃料の噴射量は1300CCだけど、爆発した時は1500CCという面白い工程になる訳です。
通常の1300CCよりも爆発工程が長いのでエンジントルクが上がります。

これが、アトキンソンサイクルエンジンなんです。
更に、エンジンクランク中心部分をオフセットする事で更にトルクを増大させています。

図を見て分かるように、エンジンの中心からクランクシャフトがインレット(吸気)側にズレているんです。
これは、現在色々出ているエコカーのエンジンでは定番になってますが、何故クランクをオフセットするのか?
インレット側にクランクを近づけることによって、圧縮や排気工程ではピストンが上昇する時間が早くなります。更に爆発工程ではアウトレット(排気)側ではピストンの下降する時間が長くなり、より爆発を長時間ピストンに伝達する事が可能になるんです。
これによって効率良いトルクを得る事と、効率の良い工程にできるのです。

エンジンは、吸入→圧縮→爆発→排気が同じ時間で動作していました。
クランクをオフセットする事で
吸入(長時間)→圧縮(短時間)→爆発(長時間)→排気(短時間)となりエネルギーをより良く動力伝達装置に送ることが可能になりました。

さてさて、ここからハイブリッドに搭載されている装置になります♪

電子制御式ウォーターポンプです
ウォーターポンプとは、シリンダー内部でガソリンと空気の混合気が爆発することで上昇する熱を冷却水で冷やす為に、冷却水をエンジンからラジエーターやヒーター等に循環させるものです。
従来のエンジンではウォーターポンプはエンジンの回転を利用してベルト駆動しておりました。
しかし、この水を循環させるプロペラがエンジン回転の抵抗となり、高回転になればなるほどエンジンのパワーを奪うのです。
これを電子式にする事によりエンジンに掛かる負担を少なくして、効率良いエンジンレスポンスを可能にしました。
ウォーターポンプを電子制御にする事で数パーセントの燃費を向上させる事に成功。


お次は

電子制御式スクロールクーラーコンプレッサー
普通の車はエンジンが掛かっている時でないとエアコンが冷えません。
何故ならクーラーコンプレッサーがエンジン回転を利用してペルトで駆動しているからです。
エアコンを使うとパワーダウンする事は皆さんお分かりだと思います。
ここで失うエンジンパワーを無くして、エアコンを電気で動かすことでプリウスはエンジンが止まっていてもエアコンが効くんです♪
これは電力を使った方が、実際エンジン動力を使うより燃費が数パーセント良くなる事から採用されたのですが・・・。これ・・・家庭用のエアコンと同じものらしいです。
車に家電を搭載する技術はとても難しいらしく、それを可能にしたトヨタは物凄い事をしていると思います。
しかも、安物ではなく、日本で一流メーカーのエアコン基盤を搭載していると、モジュールから外した基盤を見た電子部品製造会社の方がビックリしていました!!

このモジュール化。これはプリウスに多く搭載されています。
モジュール化とは、各作動装置に制御基盤まで搭載した事を言いまして、今までは、機械にセンサーを取付け、制御基盤は室内に、全て分割で作られていたものを、装置に制御基盤やセンサー全てを搭載する事で、あっちこっちと部品を作るのではなく、同じメーカーで全て一個にまとめて作ればコストダウンと製造工程の短縮化、壊れた時はモジュールユニットを交換すればコンピュータ?センサー?何???っとトラブルシュートをしなくとも簡単にできる。ということです。

だから、先のウォーターポンプもウォーターポンプモジュールとなり、制御基板から何からこの部品に全て搭載されています。

これらからの情報をひとつのコンピューターがモニタリングして異常がないか常に監視しているわけですね♪そういう事で、配線をあっちこっちにやったりしなくても済むし、部品点数を少なくして軽量化にも役に立つわけです。

と・・・とりあえず・・・ずっと下書きだったこの項目をアップ致します。
まだまだ、HVの入口ですが、今後何回かに分けて掲載したいと思います。

予定では、クールドEGR 排熱回収機 ハイブリッドモータージェネレーターシステム(MG1・MG2)です




この記事へのコメント
以前話を聞いた時も面白かったんですがプリウスの中身の話は本当に興味深いですね~。
エコとは正反対のお馬さんに乗っているのが申し訳なくなるなぁ~。
でも面白い。


ついでながら強化ブッシュとショートシフターの注文処理終了致しました。
シフターは結構早く届きそうですがブッシュの方はやはり来月半ばくらいになりそうですね。

全て到着しました折には宜しく御願い致しますです。
Posted by tongarashi at 2013年10月24日 20:08
tongarashi様
本日、こちらのパーツが本国より届きました♪
メールでなく、コメントでお知らせします♪
Posted by キョンキョン at 2013年10月24日 21:11
tongarashi様
本日、こちらのパーツが本国より届きました♪
メールでなく、コメントでお知らせします♪
Posted by キョンキョン at 2013年10月24日 21:11
おおっ、ついに届きましたか。
例のブツ、ですね。

楽しみ楽しみ。
Posted by tongarashi at 2013年10月24日 21:41
本日御用向きの伝言、確かにお受け致しました。
日曜の夕刻にお伺い致します故、宜しく御願い致しますです<(_ _)>

だんだんワックワクになっとります。
Posted by tongarashi at 2013年11月20日 21:07
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