ハイブリッドカー

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ハイブリッドカーの代名詞であるトヨタプリウス

ハイブリッドカー(Hybrid car)は、エンジンと電気モーターの2つの動力源を持つ自動車。略称はHV (Hybrid Vehicle)。

概要[編集]

ハイブリッドカーはエンジンと電気モーターの2つの動力源を持ち、車種によって違いはあるものの、走行条件によって、モーターのみで走行、エンジンのみで走行、モーターとエンジンを同時に使用して走行する。自動車に限らず、内燃機関や電力を用いるかも問わないという意味を込める場合には、ハイブリッドビークル (hybrid vehicle) と呼ぶ。日本で一般的にハイブリッドカーと呼ばれる車両は内燃機関と電動機を動力源として備えたHEV(hybrid electric vehicle)である。直接充電できるものはプラグインハイブリッドカー(Plug-in hybrid vehicle・PHV)と呼ばれる。

後述するシリーズ・ハイブリッドと誤解されやすい電気駆動という別概念がある。これは駆動系(パワートレイン、動力伝達機構)を電気にしただけのものである。駆動用の発電機を回すために内燃機関を用いる移動体を「ガスタービンエレクトリック車」や「ディーゼルエレクトリック車」などと呼ぶが、これらは発電により得られた電力を蓄えるバッテリーを有しておらず、ただ単に発電機で得られた電力でモーターを直接駆動しているだけのシステムであるため、内燃機関が停止すると走行できない。したがって走行は内燃機関のみに依存しているとみなすことができるため、ハイブリッドビークルではないとされる。これらは「ガスタービン原動・エレクトリック駆動」、「ディーゼル原動・エレクトリック駆動」の略称である。

日本や北米ではエンジンの回転力を直接動力として利用することに加え発電機を回すために利用するタイプのハイブリッド自動車が多く存在する。動力源は主にエンジンであり、補助的に二次電池回生ブレーキを用いる。

自動車と鉄道の中間形態として架線式電気自動車トロリーバス)とハイブリッドバスの利点を合わせた架線式ハイブリッドトロリーバスなどがある。(詳細:トロリーバス参照)

自動車が普及を始めた19世紀後半においては、赤旗法による英国の蒸気自動車の開発停滞にもかかわらずガソリン自動車の性能は蒸気自動車電気自動車に劣っていた。特に、蒸気貯めに圧力を蓄えたり鉛蓄電池に電気を蓄えたりするため始動トルクが大きく、ニードル弁や抵抗器操作で無段階変速が可能な蒸気自動車や電気自動車に比べ、ノッキングなど低速性能が悪くアクセル・クラッチ・減速ギヤないしプーリー切替の同時操作を強いられるガソリン車の操作性は劣悪であり、複雑な精密機械であるトランスミッションの故障も多かったため敬遠された。

20世紀初頭に出現した車軸を電力で回転させる自動車は移動に用いるエネルギー源として内燃機関のみを用いるためハイブリッドと呼ばない。サスペンションの動きに合わせた機械式駆動系が満足に作れなかったため電動機で車軸を動かしていた。第1次世界大戦を経て機械駆動系の信頼性向上とコストダウンが進展し、フォード・モデルTの登場によるガソリン車の急激な普及により市場から消えていった。

20世紀後半の1980年代になると導電性プラスチックポリアセチレンの発見に端を発する高性能なリチウムイオン二次電池や、小型で強力なモーターを可能にするネオジム磁石が相次いで日本で開発され、電気自動車に必要な技術が急速に発展した。

20世紀末からガソリンエンジンと蓄電池を搭載したハイブリッドカーが主に日本と北米で販売された。エンジンによる発電に加え回生ブレーキを併用し、主に低速時に電力を用いて走行することで内燃機関単独で走行するのに比べ燃費を向上させたものである。

2000年代には電動機のコアに鉄損の少ない専用の電磁鋼が使われるようになり、同年代末からはコンセントから充電できるプラグインハイブリッドカーが中国や日本で販売された。2008年の北京モーターショーでは中国メーカーがプラグインハイブリッドカーを発表し、2010年のジュネーブモーターショーでは欧米メーカーが相次いでハイブリッドカーを発表した。

なお、モーターとはモータースポーツやモータープールが示すように内燃機関もモーターであり、電気モーターだけを指すものではない。従って内燃機関をエンジン、電気モーターをモーターと固定的して称するのは誤解を招く。自動車メーカーの中には、電気モーターのみを積載する自動車を「エンジンを持たない車」などと称する向きもあるが、明らかに間違いである。本来はツインモーターのエンジンとするのが適当である。

ハイブリッドシステムの種類と特徴[編集]

発電と駆動の方法により、「シリーズ方式」、「パラレル方式」、「スプリット方式」に大別できる。最も構造が単純なシリーズ方式が世界的には主流である。なお、シリーズ方式とパラレル方式を融合した「シリーズ・パラレル併用方式」もあるが、大型自動車を含め試作車レベルでは存在するものの、市販車としてはいまだに登場していない。

シリーズ方式[編集]

シリーズハイブリッド
シリーズハイブリッド式の「丸の内シャトル」

シリーズ方式(直列方式)は、エンジンを発電のみに使用し、モーターを車軸の駆動と回生のみに使用するもの。『エンジンを発電用の動力源として搭載した電気自動車』である。 実際の仕組みは、エンジンで発電機を駆動し、発生した電力を大容量バッテリーに一旦蓄え、その電力でモーターを駆動し、走行する。電気自動車の大きな欠点として、出先で充電設備を確保しにくい点、充電時間が長い点、1充電あたりの走行距離が少ない点などが挙げられるが、シリーズハイブリッド方式では内燃車同様に燃料を補給するだけでこれらの欠点から解放される。

エンジンで発電しモーターで走行する方法自体は、ガス・エレクトリックディーゼル・エレクトリックおよびターボ・エレクトリックと呼ばれる方式があり、これらは古くから鉄道車両船舶で実用化されたすでに枯れた技術である。初期のハイブリッドカーはこれをベースとし、発電機とモーターの間に大容量バッテリーを追加することで、エンジンと発電機双方の小型化と、エンジンの使用率低減が可能となり、効率が改善された。このような事情から、設置スペースの問題を無視すればエンジン選定の自由度が最も高いシステムであり、コントロール面で劣るタービン系も採用できるのが当システム最大の特色でもある。自動車用燃料としての税制面での整備が必要となるが、タービンエンジンでは、通常自動車用として使われていない灯油などのケロシン系燃料の使用が可能となる。

また、燃料が切れた場合や静粛性が求められる場合でも、バッテリー残量に余裕があれば、エンジンを止め、モーターのみ(EVモード)で走行することが可能である。

モーター駆動であるため出力制御が容易で、通常の自動車に必須なトランスミッションが不要であることがメリットであるが、内燃車と電気車のシステムが共存するため、システム占有体積と重量が大きくなること、エンジン動力を一旦電気に変換する際に発生するエネルギーの損失が多く、回生制御が働かないと効率が落ちることがデメリットとなる。この点を補うため、マイクロガスタービンと小型超高回転発電機を組み合わせたものが試作されている(ボルボ・ECC)。また、マツダでは、軽量化に加えエミッション低減のために、自社の技術を生かした水素ロータリーエンジンを使う試みもなされている。

実用例

パラレル方式[編集]

パラレルハイブリッド
日野自動車・HIMRシステムの例
日野・大型バス用HIMR付きM10U型エンジン。モーターアシストにより排気量の低減も実現した。
日野・デュトロ ハイブリッド

パラレル方式(並列方式)は、搭載している複数の動力源を車輪の駆動に使用する方式。エンジン出力 = トルク × 回転数の関係にあるため、エンジンの低回転時には十分なパワーが得られないばかりかアイドリングを含めて効率が悪く、排出ガスの浄化能力も落ちる。一方、モーターは起動時に最大トルクを発生するものが多いため、発進時や急加速時など、エンジンが苦手とする熱効率が悪く有害排出物の多い範囲をモーターに受け持たせるといった、両者の「いいとこどり」ともいえるのがパラレル方式である。

この場合、エンジンは通常の内燃車と遜色のない出力を備えるものが多く、内燃車同様の許容量のトランスミッションを持ち、それを介して車輪の駆動を行い、同時にモーターを用いた発電(充電)も行う。回生ブレーキの発電機としても用いられるモーターは発進から中速域までを受け持ち、車両総重量に比較して小型で出力も小さい。よって、バッテリーの容量も少なくて済む。バッテリーの残量が少ない場合は、通常の内燃車と同様に全速度域にわたってエンジンのみでの走行が可能である。このように、従来の内燃車を主とした構成のため、モーターアシスト方式とも呼ばれる。

一般に、モーター1基で実現可能と言う設置重量および体積面と、エンジンによる直接駆動もできるなどの効率面でシリーズ方式よりも優れている。ただし、双方の動力源のメリットを活かすための構造や制御が複雑とされ、モーター1機ゆえに発電と駆動を同時にできないという欠点がある(モーターの使用頻度が高まるほど充電時間が短くなる)。また、ハイブリッドシステム自体には速度を制御する機能が盛り込まれておらず、通常の自動車と同じトランスミッションが必要という、他方式にない欠点もある。ただし、この点を逆手に取った伝達効率に優れるMT仕様のハイブリッドカーも存在する。

実用例
日立製作所が開発し、日産自動車マツダの小型車に採用されるe-4WDシステムは、ガソリンエンジンの前輪駆動車の後輪にモーターアシスト機構を追加したものであるが、アシスト範囲が極めて限定的で、モーター専用のバッテリーも持っていないため、ハイブリッド車には含まれない。

スプリット方式[編集]

スプリットハイブリッド(トヨタハイブリッドシステムの例)

スプリット方式(動力分割方式)は、エンジンからの動力をプラネタリーギアを用いた動力分割機構により分割(スプリット)し、発電機と車輪の駆動へ振り分けたり、エンジンとモーターからの駆動力を自由に合成することが可能な方式である。発進時や低速走行時にはバッテリーに蓄えられた電気でEV走行、通常走行時にはエンジンを最大トルク近辺の燃料消費率の低い回転域で使用し、プラネタリーギアを介した発電機で同時にバッテリーへも充電を行いながら速度制御を行う。燃費悪化の原因となるエンジン出力の変化を極力抑えていることもこの方式の特徴である。

スプリット式は動力分割機構(遊星ギア)を用いて、発電機とモーターの回転制御を行うことでトランスミッションの役割を持たせることができるため、従来型のトランスミッションは特に必要ない(登載できないわけではない)。制御範囲は広いが、エンジン・モーター・発電機の回転数の縛りは残るため、エンジントルクの直接利用は限られ、通常の速度域では発電機を介した電気駆動が駆動力の大部分を占める。電気駆動の際には必然的にエネルギー変換ロスが生ずるが、エンジンの高効率域を利用する制御になっているため、全体的な効率は高くなる。他の方式に比べると部品点数が少なくシンプルであるが、動力分割機構の制御が非常に複雑かつ特許面の絡みもあり、上記の方式に比べ採用メーカーの数では少数派に属する方式であり、採用車種の選択肢が少ないのが当システム最大の欠点となっている。また、独創的仕様なためフリクションロスの影響が燃費に直結しやすく、出力向上の足かせが多いのも欠点の一つである。ただし、制御の問題が解決されればトランスミッションを省くことによるコストダウンと軽量化というメリットが生きるため、パラレル方式に比べ商品化上の不利は少ないといわれている。当初は同じ排気量のオットーサイクルエンジン車に比べて動力性能で劣勢であったが、バッテリーとモーターの出力向上と制御の改良により、モーターの特徴を生かしたガソリンエンジン車以上の加速も可能となった。

実用例

効果[編集]

エンジンの出力は高負荷運転を考慮して設定されているため、低速度では必ずしも効率は高くない。乗用車に広く使われるガソリンエンジンは、軽負荷では効率が著しく下がる。そこで低速域や軽負荷領域では効率の低いエンジンを停止して、電気モーターのみで走行することによって燃費の改善と、有害排出物の低減ができる[3]

また、本来必要なエンジンより出力の小さいエンジンに電気モーターでアシストすることによって、それらを改善するという考えもある。さらに、自動車向きではなく使えなかった種類の熱効率の高いエンジンを、電気モーター主力とすることで利用可能とした組み合わせもある。

エンジン[編集]

車両総重量に対して排気量が少なく出力が低いものや、アトキンソンサイクルエンジンなど、軽量化・高効率化したエンジンを使用することができる。

回生ブレーキ[編集]

減速時に電動機を電磁誘導発電機として用いることにより運動エネルギーを電気エネルギーに変換して二次電池に蓄える。ハイブリッドカーに限らず新幹線のような電気鉄道で広く用いられているが、回生エネルギーを架線に返すので、同時に力行する電気車(電気機関車電車)がないと有効に使えなかった。今では電気鉄道でも変電所の定置型二次電池に充電させ、いつでも回生を有効にすることが企画されている。

ハイブリッドカーに限らず電気自動車ソーラーカーなど、二次電池と電動機で走行する車両では「回生ブレーキ」でエネルギー効率を向上できる。より有効に回生電力を蓄えるため、より大容量の蓄電装置が必要になる。

全輪駆動[編集]

付随輪にモーターを追加することで、トランスファー、センターデフ、プロペラシャフトが不要となるため、全輪駆動化も比較的容易である。

問題点[編集]

システムの複雑化による信頼性低下[編集]

ハイブリッド自動車は内燃機関およびその補機一式と電動機および駆動用バッテリと燃料タンクを1台の車に搭載するため、全般に同程度の排気量のガソリン車と比較して15-20%ほど重量が増加する[4]

システムの複雑化は欠陥や故障などによるリコールの増加など信頼性の低下に繋がる場合があり[5]、重量の増加は燃費の悪化に加えタイヤやブレーキと言った車体、及び路面のダメージを増大させる。また、モーターやバッテリーにはレアアース(希土類金属)やコバルトなど産地が偏っている鉱物(レアメタル)を利用するため価格が高騰しやすく、安定した資源確保が困難になることも懸念される。

また、通常のガソリン車であれば自走可能な軽い事故でもシステムがダメージを受けやすく自走不能となりやすいという声もある[要出典]。 またHV化においては駆動用バッテリーやモーターの搭載により車室空間が犠牲となり、スペアタイヤや3列目シートなどを廃さなければならなくなった車種が存在する。(内燃車とHVが存在する車種の例:ホンダ・フィットハイブリッド三菱・アウトランダーPHEV。HV専用車種の例:ホンダ・インサイト) 特にスペアタイヤを廃してしまった場合はランフラットタイヤのサイズ設定がない場合パンク応急修理キットで対応することを強いられている(=サイドウォールの損傷やバーストには対応できない)現状がある。

環境負荷の増大[編集]

ハイブリッドカーは従来型の内燃車(ガソリン車やディーゼル車など)に対して部品点数が多くなるため、必然的に内燃車に比べ、製造・廃棄にかかるコストがHV特有の部品の分だけ、環境負荷と金銭の両面で高くなる。

また、バッテリーをリサイクルするにしても行程が長くなるという問題がある。トヨタが公開しているPVによると、そのリサイクル行程は「一度全国の解体屋からバッテリーを愛知陸運に集め豊田ケミカルで解体・下処理・破砕、その後住友金属鉱山で精錬、プライムアースEVエナジーで製品化した後トヨタの工場で車両に搭載」・・・つまり全国→愛知県愛媛県静岡県→愛知県→全国・・・という、通常の自動車リサイクルに比べ大がかりな流れになっている。 そしてHVはエンジンも搭載しているのでEVとしてだけではなく、内燃車としてのリサイクル行程も必要になってくることに注意が必要である。

また燃費や低排出ガス性能はHVのセールスポイントであり、かつこれがなければHVのエコカーとしての存在意義がなくなってしまう[誰?]

先述のように製造・廃棄の部分ではHVはガソリン車より環境に悪い。そのため、HVをエコカーとして成立させるには使用の部分でそれを取り戻す必要がある[誰?]

バッテリーの危険性の増大[編集]

ガソリンハイブリッド車両はガソリンエンジンと電気モーターを組み合わせているため、通常の車に搭載される12Vのバッテリーに加え、最大600Vで電気モーターを回すHVバッテリーを搭載している。このバッテリーは通常のバッテリーと比べ電圧が高いなどの理由から感電の際の危険が大きい。特に大型機械に搭載されているキャパシタコンデンサ)も同様の理由により感電した場合死亡事故にも繋がりうる。整備工場や事故現場などにおける感電事故が懸念されており、メーカーがレスキュー時の専用マニュアルを公開していることもある[6]

静穏化による歩行者への危険の増大[編集]

ハイブリッドカーはモーター走行時の騒音が小さいため、主に低速時に歩行者、特に音で接近を判断する視覚障害者からの認知が遅れる可能性があり、危険性が指摘されている[7]。また、静穏性を悪用したひったくりが発生するという事態にまでなっている。電気自動車も含め走行中に人工的に音を発生させる装置の義務化がハイブリッドカーメーカーや政府によって進められている[8]が、ジェット機の音を小さくしたような音[9]であるため新たな騒音源になることが懸念される[誰によって?]

ただし、この「ハイブリッドカーはモーター走行時の騒音が小さい」と言う前提に関しては、自動車の走行時の騒音は、実際にはエンジン音や排気音よりも、むしろロードノイズ(タイヤ騒音)の方が大きく [10] 、相対的に車重の重いハイブリッドカーは必然的にロードノイズも大きいことから、必ずしも正しいわけではない [11] 。逆に、モーターのカン高い回転音がロードノイズを掻き消してしまうことから、自動車の接近そのものの認知が遅れるのであるとの指摘も存在する[11]

コストの高さ[編集]

ガソリンとハイブリッドとの両者をラインナップする同車種で比較した場合、車両価格には大きな隔たりがある。もっとも極端な例を挙げるとダイハツ・ハイゼットカーゴのケースがあり、HV化で価格が2倍以上になってしまった。それと燃費改善率の低さがネックとなり販売不振、生産終了となったことを受けダイハツは「HVは軽には不適」としている [12]。また、ハイブリッドカーには(駆動用)バッテリーの交換費用など、ガソリン車にはないコストが発生する [13]

小型セダントヨタ・カローラアクシオ(E16#型)を例として、購入時の差額を燃料費の差額で回収する事を検討した場合の、実際の費用の計算を下記表に示す。なお、表中の各値は、何れも2013年8月現在のメーカー公表値を元にしており、バッテリー交換等の追加費用は考慮していない。

グレード 車両価格 差額 燃費(JC08) ガソリン単価 年間走行距離 年間の燃料費 年間の差額 回収に要する年数
ハイブリッド
(NKE165)
HYBRID G 2,075,000円 425,000円 33km/l 150円 10,000km 45,454円 29,546円 14.38年
ガソリン
(NZE161)
1.5 G 1,650,000円 - 20km/l 75,000円 - -

*ガソリン単価を150円/L、年間の走行距離を10,000kmとした試算
2002-2012年の乗用車平均使用年数が10~12年程度で推移している[14]ことを考えると、コスト的には依然厳しいのが現状である。

歴史[編集]

内燃機関電気モーターの二種の動力源を装備した「エンジン=電気式ハイブリッドカー」の歴史は古く、初期の自動車の時代ではエンジン技術は未熟で高出力エンジンは製造が難しく、エンジン出力不足をモーターで補助するハイブリッドカーが考えられ、一部で用いられた。

1896年
フェルディナント・ポルシェが1896年に発表。
1900年代初頭
1900年からオーストリアウィーンローナー社で製造された「ミクステ車」[15]は、ハイブリッド車で、車輪を駆動するのに電気モータを使い、エンジンで電気を発生させたシリーズ方式だった。また、駆動モーターはハブと一体化され「ホイール・イン・モーター」となっていた。この当時のポルシェは純粋な電気自動車に関心をもちローナー・ポルシェをハイブリッド車へ移行させるのは気がすすまなかったが会社からの指示で製作している[16]
フロント部分を2つのモーターで駆動した。他に4輪駆動も製作された。最初の4輪駆動はハイブリッドカーだった。ポルシェのハイブリッドカーは信頼性があったが車両価格は高かったため、一般の自動車と販売で競うことはなかった。ポルシェは第一次世界大戦では、100馬力曲射砲牽引列車でガソリンと電気のハイブリッドを作り評価された。
1905年
Hパイパーがモーターをエンジンのアシストに利用するというアイデアでガソリン=電気のハイブリッド車の特許を取得した。40km/hまで加速するのに30秒要したものがこれにより10秒となった。しかし、エンジン性能の向上に伴い、この技術は不要となった。
1915年
米国で、電気自動車を主に作っていたウッズ社(Woods Motor Vehicle:1899年-1916年)が、デュアルパワー(Dual Power)で4気筒エンジンとモーターを使って15mph (25km/h) 以下ではモーターで、それ以上ではエンジンで35mph (55km/h) まで出した。1918年まで600台ほどが販売された[17]
1921年
米国でオーエン・マグネティック (Owen Magnetic) の60型ツーリングではエンジンが発電機を駆動し後輪それぞれにマウントされたモーターで走行した[18][19]
ハイブリッド車は、電気自動車の航続距離の短さや、蒸気自動車の取扱いの難しさ、一定回転数でないと有効な出力が取り出せない内燃機関の欠点などを克服するために作られたが、しかし、エンジン技術は目覚しい発展を遂げ、ハイブリッドカーは衰退した[20]
エアーエンジン (Air engine) とよばれる空気エンジンを利用したハイブリッド車もあった。
1936年
チェコスロバキア国鉄の高速特急列車向けに同国のタトラ社(Tatra)が、マルチモード走行可能な流線型気動車のM290形「スロヴェンスカー・ストレラ」(Slovenská strela)を開発。170psディーゼルエンジン2基搭載で、低速域では発電して電気モーター走行、85km/h以上の高速域ではエンジン動力で直接車輪を駆動する動力切替機構を備え、速度試験では148km/hに到達した。2両のみ製造され、1960年まで運行されたが、一般的な気動車に比べ構造が複雑過ぎ、追随例は現れなかった。
1952年
ロンドンスモッグ発生、公害としては史上最多の1万人を超す犠牲者を出す。近代における環境運動の契機となる。
1959年
速度制御にトランジスターを用いた現代的な電気自動車としてヘニー・キロワット(Henney Kilowatt)が開発、市販され、この電子制御技術が後のハイブリッドカーにも活かされることとなる。ヘニー・キロワットは、ナショナル・ユニオン・エレクトリック・カンパニーヘニー・コーチワークスルノーユーレカ・ウィリアムズ・カンパニーの共同開発であった。販売はまったく振るわなかったが、この成果は電気による走行技術の歴史の一歩とされている。
1960年代
トヨタ自動車が「ニューエンジンとエネルギー問題」というテーマへの取り組みの中で1964年から研究し、1969年から実車開発を開始し1971年にはバス用試作ユニットとして公開した。1969年には、ゼネラルモーターズがGM512を登場させた[18] [19]
1970年代初頭
都市部の大気汚染が深刻な健康問題となる。排出ガス規制が求められたが、遅々として進まなかった。
作家ハーマン・ウォークの兄弟であるビクター・ウォーク (Victor Wouk) はヘニー・キロワットの開発に携わっていたが、彼の1960年代から1970年代にかけての活動はアメリカではハイブリッドのゴッドファーザーとして語られている。ウォークは電気ハイブリッド駆動のプロトタイプを1972年にビュイック・スカイラークに搭載した[21]。これは米国連邦政府が1970年におこなった連邦政府クリーンカー・インセンティブ・プログラムに参加したゼネラルモーターズが行ったものだった。このプログラムはEPA米国環境局が1976年に打ち切ってしまった。
1973年
第四次中東戦争勃発に伴い第一次オイルショック発生。OPECによる原油値上げに加え禁輸のため燃料が不足しパニックになる。これに伴い自動車販売は大幅に落ち込み自動車各社は大打撃を受ける。自動車各社は存亡をかけて経営危機に立ち向かうが、この取り組みの一つとしてハイブリッドカーの研究開発が行われるようになった。しかし、安定した石油供給と排気ガス対策の進展により経営状態は改善し、1985年を過ぎるころになるとハイブリッドカー研究は縮小された[20]
1973年
フォルクスワーゲンタクシー用ハイブリッドカーを製作する。電気技術者だったデヴィッド・アーサーズ (David Arthurs) が、オペルGTとありあわせの部品で1978年頃に開発した。回生ブレーキ (The regenerative-braking hybrid) 付きで、バッテリーとモーター(ジェットエンジンのスターターを使用)の電圧制御部分と直流発電機はアーサーズが作ったものである。75mpgの燃費を記録した。Mother Earth Newsで1980年バージョンが84mpgだった[18] [19]
1970年代後半
東洋工業が、タイタンをベースにディーゼルハイブリッド車を開発。15台が新聞社に納入されたという。[22]
1975年
トヨタ自動車は、ガスタービンエンジンセンチュリーに搭載し、1975年の第21回東京モーターショーで「トヨタ センチュリー・ガスタービン・ハイブリッド」として参考出品した。タービンで発電機を回して電気エネルギーに変換し、バッテリーに蓄え、バッテリーからの電気で直流モーターを駆動させるシリーズ方式である。ガスタービンは発電専用のため高度な回転制御が不要で、シンプルな1軸式である。モーターは左右の前車軸にあり、前輪を駆動する前輪駆動方式。最高速度160km/hで、120km/hまではバッテリーの負担無しでの巡航が可能。燃料には航空機用ケロシン(ほぼ灯油と同成分)を使用した。(以上[23])
1977年
トヨタ自動車が上記のセンチュリーと並行して進めていたプロジェクトで、同社のスポーツ800に、ガスタービンエンジン、発電機、モーターを搭載したハイブリッドカーを製作し、1977年の第22回東京モーターショーに出品した。
1979年
イラン革命発生。イランでの石油生産停滞とOPECによる原油値上げに伴い第二次オイルショック発生。
1981年
旭化成吉野彰が、白川英樹が発見した導電性プラスチックであるポリアセチレンを利用したリチウムイオン二次電池を発明した。
1982年
住友特殊金属佐川眞人らによって、ネオジム磁石が発明された。ネオジム磁石を使った永久磁石式同期モーターは、プリウスの発電機・動力モーターやインサイトの動力モーター、i-Mievの動力モーターなど、その後のハイブリッド自動車、電気自動車のモーターの主流になっていく。
1982年
メルセデス・ベンツ1982年からハイブリッド試作車を製作したが、いずれも本格生産されることはなかった。
1988年
フォルクスワーゲンも数々のハイブリッド試作車を製作した。1988年にはチューリッヒで20台のパラレル式ハイブリッドカーを3年間、一般に貸し出し、モニター実験を行った。
1989年
マツダ1989年の東京モーターショーで、RE13X スーパーレスポンスロータリー/モーターハイブリッドシステム[24]というコンセプトエンジンを展示した。RE13Xは13Bロータリーエンジンを母体とし、ATCS(アクティヴ・トルク・コントロール・システム)と呼ばれるモーター/ジェネレーターをエキセントリックシャフトの出力側に取り付けていた。通常のエンジンでフライホイールが付く位置である。ATCSは、低回転時のエンジンのトルク変動を電気モーターの逆トルク位相で打ち消すのが目的である。通常の2ローターロータリーエンジンでも、4気筒以下のレシプロエンジンに比べ、トルク変動は小さいが、マツダの技術者たちはそれでもよりスムーズにすべきだと考えていた。フライホイールが不要なことと、エンジン自体がオールアルミ合金製であったため、低慣性モーメント化が実現でき、レスポンスに優れていた。ATCSのモーターは、回生ブレーキとしても機能し、ブレーキング時には発電を行い、バッテリーに充電する。エンジンへの負荷を低減させるため、RE13Xの補器類は全て電動となっていた。RE13Xの最高出力は220bhp、最大トルクは196N・mと発表されている。
1989年
アウディは3代目100アバント(ステーションワゴン)をベースとし、100kWの2.3L 直5 ガソリンエンジンで前輪の駆動と発電を行い、9.3kWのシーメンス製電気モーターで後輪の駆動と回生発電を行う、パラレルハイブリッド方式の「アウディ・100 アヴァントデュオ」を試作し、同年のIAAに出品した。このシステムは、郊外ではガソリンエンジンで、市街地では電気モーターで走行することを目的としており、エンジンとモーター走行の切り替えはドライバーの任意で行う事ができる。荷室の床には54セルニッケル・カドミウム蓄電池が搭載され、モーターへの電力供給と、回生ブレーキ時の電力回収を行う。10台が試作されている。
1991年
アウディは再び100アヴァントクアトロ(四輪駆動)でも試作を行い、このときは2.0L 85kWエンジンと、21kWかご形三相誘導電動機モーターの組み合わせであった。
1992年
パリサロンボルボはガスタービン-電気式ハイブリッドのECC(Environmental Concept Car)を発表した。翌1993年の東京モーターショーにも出品され、その後媒体向けの試乗会も行われている[25]
1993年
9月29日 米国でクリントン政権が新世代自動車パートナーシップ (Partnership for a New Generation of Vehicles (PNGV) ) でクライスラーフォードゼネラルモーターズ、USCAR(米国自動車研究評議会 en:USCAR)、DoEなどに次世代の経済的でクリーンな自動車を開発するように求めた。これは第二目標 (Goal 2) としてすばやく生産に載せられることを確約できる証明を行うことされ、第三目標 (Goal 3) では2004年にプリプロダクション試作車に移行できることとされた。このプログラムは、2001年のブッシュ政権で水素燃料に注目したフリーダムCARイニシアチブに置き換えられた。
1994年
アウディは、アウディ80 duoを市販する。乗用車では初のハイブリッド市販車となった。しかし非常に高価であったため、販売はふるわなかった。
1995年
第31回東京モーターショーにプリウスが参考出品される。
1997年
アウディ・A4 duoでは、66kWのTDIディーゼルエンジンと21kWのモーターを組み合わせ、90台を生産した。販売価格は6万マルクだった。アウディでは、これまでの結果から、ハイブリッドカーの市場はないという結論に達し、ディーゼル技術へ舵を切った。
8月 - トヨタ自動車がマイクロバスコースターにシリーズ方式ハイブリッドを搭載した「ハイブリッドEV」を市販。これは、電気自動車の一充電あたりの走行距離をより伸ばす目的で考案されたもので、走行中も常に発電し、充電を行うため、純粋な電気自動車の短所を大きく払拭している。ただし、価格はディーゼル車の2倍程(約1,500万円)と非常に高価であった。エンジンは初代プリウスと同型の1.5L ガソリンエンジン。
10月 - トヨタ自動車がプリウスを発売。パナソニックEVエナジーニッケル・水素蓄電池を搭載。エンジンを一定の低燃費回転域で動作させ、遊星歯車機構によって速度調整と充電をおこない、低速走行時・加速時・電力余剰時に電動モーターを使用する動力分割方式ハイブリッドを初めて搭載。
1998年
パノスQ9ハイブリッドがル・マン24時間レースに出場するも予備予選落ち。
1999年
本田技研工業よりインサイトが同年9月に発表され、11月より販売が開始された(パナソニックEVエナジー製ニッケル・水素蓄電池を搭載)。
2000年
4月 - 日産自動車ティーノ に「NEO HYBRID」を追加、100台限定で販売を開始する。新神戸電機リチウムイオン二次電池搭載。
10月 - 三菱ふそうトラック・バス エアロスターHEVを東京モーターショーに出品。
2001年
ブッシュ政権が水素燃料に注目したフリーダムCARイニシアチブを開始。
6月 - トヨタ自動車 エスティマハイブリッド発売。
8月 - トヨタ自動車 クラウンマイルドハイブリッド発売
9月 - 日野自動車 ブルーリボンシティ HIMRワンステップバス発売。
12月 - 本田技研工業 シビック ハイブリッド発売。
2002年
6月 - 日産ディーゼル電気二重層コンデンサ(スーパーキャパシタ)を用いたコンドル キャパシタハイブリッドを発表。
11月 - ダイハツ・ハイゼットカーゴ ハイブリッド発売。
2003年
1月 - スズキ ツイン ハイブリッド発売。
7月 - トヨタ自動車 アルファードハイブリッド発売。
11月 - 日野自動車 デュトロハイブリッド発売。
2004年
2月 - 三菱ふそうトラック・バス エアロスターHEVノンステップ発売。
12月 - 本田技研工業 北米向けアコードハイブリッドを発売。
12月 - 第一汽車が三菱自動車との共同開発で「紅旗ハイブリッドカー」を発表。
2005年
6月 - 長安汽車がハイブリッドカー投入を発表。
9月 - フォルクスワーゲンと上海汽車トゥーランでハイブリッドカーを生産すると発表。
11月 - 上海華普汽車がハイブリッドカーを生産すると発表。
11月 - トヨタ自動車が中国にハイブリッドカーを正規導入。同社は四川一汽トヨタ自動車有限会社(中国第一汽車集団公司との車両生産合弁会社長春工場で2005年末からプリウスを生産。
2006年
10月 - 日産自動車が米国でトヨタ自動車のハイブリッドシステムを搭載したアルティマハイブリッドオレンジカウンティオートショーに出展、2007年投入予定と発表。
2007年
2月 - 上海交通大学人民解放軍部隊北京奔馳-ダイムラー・クライスラー(現・北京ベンツ)の北京ジープを改造したハイブリッド車を共同開発したと北京週報が報じる[26]
3月 - トヨタ自動車はジュネーブショーで全世界でのプリウス累計販売台数65万台、うちヨーロッパでの販売が5万台。全トヨタハイブリッドモデルの累計販売台数を90万台と発表。
5月 - アメリカニューヨーク市は、同市内を走る13,000台のタクシー(イエローキャブ)の全てを、2012年までにハイブリッド車に置き換える計画を発表。
6月 - トヨタ自動車は、ハイブリッド車の世界販売台数が100万台を超えたことを発表。
7月 - トヨタ自動車は、十勝24時間レースにレース専用設計のハイブリッド車スープラHV-Rで出場し、優勝を飾る。水冷キャパシタを搭載。
7月 - トヨタ自動車のプリウスを改造したプラグインハイブリッドカーが国土交通省から大臣認定を受け、公道テストを開始。
世界初の量産型プラグインハイブリッドカーBYD F3DM
2008年
6月 - 住友電気工業世界初となる超電導モーターによるハイブリッドカーを試作。
12月 - 比亜迪汽車世界初となる量産型プラグインハイブリッドカーであるBYD F3DMを政府機関向けに発売。1年間で約100台を販売。
2009年
2月 - ホンダが2代目となるインサイトを発売。
4月 - ホンダ・インサイトがハイブリッド車として初めて登録車販売台数の第1位を獲得。
5月 - トヨタ自動車が3代目となるプリウスを発売。
7月 - 現代-起亜自動車グループ韓国車初の市販ハイブリッドカーを計2車種、韓国国内で販売開始。どちらも組み合わされるエンジンはLPi
ヒュンダイアバンテLPiハイブリッドを発売。
キアフォルテLPiハイブリッドを発売。
2010年
2月 - ホンダがCR-Zを発売。
10月 - ホンダがフィットのハイブリッドモデルを追加。
2011年
10月 - ホンダがフリード、およびフリードスパイクの各ハイブリッドモデルを追加。
12月 - トヨタ自動車がアクア(プリウスC)を発売。
2013年
8月 - トヨタ自動車がカローラアクシオ、およびカローラフィールダーの各ハイブリッドモデルを追加。
9月 - ホンダが2代目となるフィットハイブリッドを発売。

ハイブリッドカーの採用状況[編集]

乗用車[編集]

日本や北米ではハイブリッドカーが環境に優しい車として認知されている。理由としては、両国都心部は高加減速能力が重要視される環境ゆえに、この能力が高いモーターを利用するハイブリッドカーのメリットが活かしやすいという事情が挙げられる。

ハイブリッド技術の開発には数千億円単位の開発費がかかるため、独自に開発費を負担できない国内の自動車メーカーが2009年後半に相次いでハイブリッド技術を持つ有力メーカーと提携している[27]

世界的な2050年までの二酸化炭素排出量半減の流れを見ると、ハイブリッドカーを普及させても自動車からの二酸化炭素排出量を半減させることは難しい。そのような事情もあってか、ハイブリッド技術で先行したトヨタ自動車本田技研工業に対し、日産自動車三菱自動車工業電気自動車の量産を目指している。

ブラジルやアメリカでは自国で生産されるサトウキビ穀物果物を原料としたバイオエタノールを燃料として利用できるフレックス燃料車が1000万台以上存在している。摂氏15度以上ではバイオエタノールのみで走行できるため年中温暖な赤道から亜熱帯地域で適している。

ヨーロッパメーカーは、高加減速能力より高速能力が重要視される環境が災いしたのかハイブリッド技術で後れを取ったため、開発資金が安く開発期間も短く済む上に品質の良い軽油の調達が容易と言う事情もあり、高速能力ではハイブリッドカーに勝る低燃費ディーゼル車の開発に力を入れている[28]

世界的な原油価格の高騰と各国政府による補助金により先進国ではハイブリッドカーの販売は伸びているが自動車離れの傾向は止まっていない。また、日本や北米ではハイブリッドカー以外の車の販売が全体に落ち込んでいる。メーカーによってはハイブリッドカーが主力商品となることも考えられる。発展途上国においては日本メーカーの作るハイブリッドカーは価格が一般庶民の手には届かずあまり売れていない。現地メーカーによる低価格のガソリン車や電気自動車のほか、低価格の電動バイクは増えており、先進国とは違った需要が存在する。

バス[編集]

大型自動車では、1991年日野自動車路線バス用としてディーゼルエンジンと電気モーターによるパラレルハイブリッド方のHIMR(Hybrid Inverter-controlled Motor & Retarder System = ハイエムアール)を試作し、東京都交通局などで試験運行を開始した。1994年に型式(かたしき)承認を取得し、大型路線バスブルーリボンシリーズの1モデルとして正式発表している。日野自動車は改良を続け、1995年には小排気量エンジンに変更して排出ガス値燃費を改善し、2001年にはワンステップ化、2005年にはノンステップ化を実現した上で、親会社のトヨタからプリウスの技術を流用、価格を下げることにも成功している。このモデル以降はHIMRの呼称をやめ、単に「ハイブリッド」と呼ぶようになった。また、観光タイプ日野・セレガ)の製造も行われている。

一方、日野自動車以外の日本のバスメーカー3社は、電気式より構造が単純であることなどから、減速時のエネルギーで作動油を蓄圧タンクに入れ、タンク内部の窒素ガスを圧縮し、発進時などに油圧として動力を取り出す、蓄圧式ハイブリッド車を開発した。

嚆矢は三菱ふそうMBECS(エムベックス)で、1993年から試験運行を開始し、1995年に同社の大型路線バスエアロスターをベースとしたMBECS IIを正式発売し、1998年からは、ワンステップバス対応のニューエアロスター用のMBECS IIIも発売開始した。また、日産ディーゼル工業(現・UDトラックス)ERIP(エリップ)、いすゞ自動車CHASSE(シャッセ)を開発している。しかし、このタイプは思ったほどの排出物低減効果が見られなかったことや、路線バスで並行して要求されていた低床化に対応できなかったことから販売は少数に留まり、2000年度をもって、各社とも撤退してしまった。

日産ディーゼルは、大電流の出し入れ速度に優れる電気二重層コンデンサ(スーパーキャパシタ)を用いた、キャパシタハイブリッドを独自に開発し、日野自動車に技術供与も行った。同社は大型車用ディーゼルエンジンの窒素酸化物低減でも、コモンレール噴射方式に大量のEGRDPFの組合せを採る各社とは異なり、唯一ユニットインジェクター尿素SCRシステムを採用するなど、独自性が際立っていた。しかし、その後同社もコモンレール噴射方式に移行し、尿素SCRシステムとを組み合わせで三菱ふそうトラック・バスに技術供与し、一旦は相互OEMの関係となっていたが、2010年10月にその契約を終了し、バス生産から撤退している。

その後三菱ふそうはディーゼル・電気式ハイブリッドバスHEVを試作し、2002年遠州鉄道で試験運行を行い、2004年から正式にエアロスターHEVノンステップとして販売、2007年からは改良を施され、エアロスターエコハイブリッドとして発売された。HEVはHIMRと異なり、ディーゼルエンジンを発電専用とし、駆動にはもっぱら電気モーターを使用するシリーズハイブリッド方式である。

いすゞ自動車も、東京モーターショー2011でエルガハイブリッドを参考出品し、日野自動車と同じくパラレルハイブリッド方式を採用しており、またバッテリーの位置も他社と異なり最後部の非公式側の2席分にバッテリーを搭載している。なおエルガハイブリッドは2012年8月に正式発売された。

2003年8月22日より、キャプストン・タービン製マイクロガスタービンを使ったニュージーランドデザインライン製ガスタービン発電シリーズハイブリッド方式電気駆動バスが、日の丸自動車興業によって東京駅周辺で無料巡回バスとして運行されている。

軍用車両[編集]

旅客輸送を除く車両においても古くから電気駆動は使われており、鉱山で活躍するオフロードダンプなどの超大型機の駆動装置には現在でも「ディーゼル・エレクトリック方式」が使われ続けている。これは未だ極端に大きな出力を受けるクラッチが流体クラッチもしくはトルクコンバーターしか存在せず、電気的な接続をした方が構造全体で有利になるためである。

大馬力を伝達できる「はすば歯車」を量産する工作機械第二次世界大戦の直前に米国で開発されるまで、大型機はほとんど電気駆動だった。第二次世界大戦時にはエレファント重駆逐戦車マウス (戦車)に「ガス・エレクトリック」が提案され、エレファント重駆逐戦車で採用された。

戦後、材料の改良と工作機械が広く普及したため、50t級の重戦車まで機械駆動系で問題なく実用化されている。最近になって各国で開発されている軍用ハイブリッド車は単なる大馬力用電気駆動車ではなく、ハイブリッド特有の利点を得るために計画されている。軍用大型トラック向けには民生用と同様に燃費の向上を目的として回生ブレーキ込みのハイブリッドシステムが開発されている[29]

レーシングカー[編集]

モータースポーツの世界においても、主に自動車メーカーの技術アピールなどの理由からハイブリッドカーが参戦する例が見られる。

ツーリングカー分野では、2006年スーパー耐久の一戦である十勝24時間レースレクサス・GS450hが出場した(実際のチームオペレーションはサードが行った)。ハイブリッドカーを用いたワークス・チームによる本格的なレース参戦はこれが嚆矢とされる[30]。トヨタでは翌2007年にも、前年に使用したGS450hの機構をスープラに移植して十勝24時間レースに参戦し総合優勝を果たしている。その後2010年よりスーパー耐久・ST5クラスにプリウス、インサイト、CR-Zの3車種が参戦を認められている。

2012年からはSUPER GT・GT300クラスにプリウスとCR-Zが参戦している。ただしハイブリッド機構の要ともいえるバッテリー(リチウムイオン電池)が日本の輸出規制に引っかかるという理由で、日本国外のレースではハイブリッドシステムを外して参戦しなければならないといった問題も発生している[31]

レーシングカーの世界でも、2009年よりF1で使用されている運動エネルギー回生システム(KERS)のうち、回生ブレーキを用いた電気式システムが事実上のハイブリッドシステムとなっている。2014年からはスーパーフォーミュラでもKERSと同種のシステムである「System-E(仮称)」が使われる予定である。

2012年に始ったFIA 世界耐久選手権では、トヨタがハイブリッドカーのTS030で参戦する(実際の車両開発はTMGが行う)。アウディはディーゼルエンジンのR18フライホイール式蓄電システムを搭載するR18 e-tronクワトロを投入し、同年のル・マン24時間レースでハイブリッドカーとしての初勝利を飾った。

ハイブリッドカー一覧[編集]

脚注・参照[編集]

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  1. ^ なお、アウディ・デュオはバッテリーは外部充電のみでエンジンでの充電は行わないため、パラレルハイブリッドの定義には合致しない。
  2. ^ ただしホンダ・IMAシステムの一部車種は全気筒休止機構により、モーター単独での駆動が可能。
  3. ^ 実際、プリウスではモニターにて状況を確認できるが、回生ブレーキの効きは強力ではなく、それよりも走行中に充電・放電・モーターのみでの走行を小刻みに行っていることによるメリットが観察される。
  4. ^ 具体例を挙げるとスズキ・ツインエアコンレス車の場合はガソリン車が570kgなのに対しHVが700kg(+130kg、+22.8%)、トヨタ・レクサスGS3,500cc車の場合ガソリン車は1,650kgなのに対しHV(450h)は1,890kg(+240kg、+14.5%)である。
  5. ^ なぜトヨタだけ?同じハイブリッドでもホンダは大丈夫なワケ
  6. ^ 例:ISUZU レスキュー時の取り扱い '05-'09型 ELF HYBRID (PDF)
  7. ^ ソナタ・ハイブリッド、静か過ぎて問題に - 2011年3月13日、朝鮮日報
  8. ^ 上記朝鮮日報の記事によると、「米議会が全てのHVに車両接近通報装置の装備を義務づける方針で、NHTSAが具体案の作戦を検討中。日本の国交省はHV・EVへの同装置の装着を義務づける」とのことである。
  9. ^ 日本経済新聞 2010年5月11日 38面
  10. ^ 自動車騒音・振動 - 大阪市・環境局 (PDF)
  11. ^ a b 自動車の電化に伴う静音化が交通安全性に与える影響 - JSCE 公益社団法人 土木学会 (PDF)
  12. ^ ダイハツ、軽唯一のハイブリッド生産打ち切り 販売低迷 朝日新聞2010年6月25日
  13. ^ 「ハイブリッド車は決してエコじゃない」と気付いた人々
  14. ^ 「車種別の平均使用年数 推移」(PDF) - 自動車検査登録情報協会
  15. ^ 「Mixte」 - :mixte〈ミクスト:混合の意〉一般にローナー・ポルシェと呼ばれる車の一種。en:Lohner-Porsche_Mixte_Hybrid
  16. ^ ウィーン近郊のセンメリングの1900年のレースでポルシェ自身が初めて出場、運転し時速14km/hで優勝したのは電気自動車のローナー・ポルシェだった。
  17. ^ en:Woods_Motor_Vehicle
  18. ^ a b c hybridcars.com History of Hybrid Vehicles
  19. ^ a b c [1]
  20. ^ a b 自動車原動機の環境対応技術 (自動車技術シリーズ) 朝倉書店 1997年7月刊 ISBN 978-4254236415 "5. 6 ハイブリッド車" (P183-189)
  21. ^ Victor Wouk and The Great Hybrid Car Cover-up of 1974
  22. ^ 【マツダのトリビア】マツダには、トラックのハイブリッド車があった!?
  23. ^ CAR GRAPHIC '76-1 P28
  24. ^ 山口京一ほか『RX-8』(有)リング(2003年)
  25. ^ 公道走行ができないため、大磯プリンスホテル駐車場で試乗が行われた。
  26. ^ http://www.pekinshuho.com/jj/txt/2007-02/25/content_56666.htm
  27. ^ スズキとVW 包括的提携に基本合意”. スズキ株式会社 (2009年12月9日). 2011年1月9日閲覧。
  28. ^ http://eco.nikkei.co.jp/column/eco-car/article.aspx?id=MMECc7018024082007&page=2
  29. ^ http://www.designnewsjapan.com/magazine/2006/10cover.html
  30. ^ トヨタ、レクサスハイブリッドカーで「24時間レース」に参戦 - WebCG・2006年7月5日
  31. ^ 【スーパーGT2012】プリウスGT、マレーシア戦ではハイブリッドを外す? - cliccar・2012年5月19日

関連項目[編集]

外部リンク[編集]