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2010.01.10
カテゴリ： クルマ&バイク
日本でCar of the Year に輝いたトヨタ自動車の三代目プリウス．
おもしろくないだエコとかどうでもいいだとの声は（クルマ好き中心に）ありますが，トヨタの技術力を粋を集めたクルマだけに中身はすごいです．
っというわけで（いまさらですが），パワートレイン・・というよりエンジン関係の技術を中心にちょいと紹介を．
車体構成は先代同様シリーズ・パラレル型のハイブリッド車．しかし先代の35.5[km/L]に対し，新型は脅威の38[km/L]（ともに10.15モード値）．
燃料を使うのは結局エンジンなので，注目すべきはエンジン技術であることがわかる．熱効率がせいぜい35[%]程度のガソリンエンジンにおいて，如何にして損失を減らすのか・・・このプリウスの新エンジンは「損失の低減」を徹底的に行っている．
アトキンソンサイクルによる膨張比アップは先代同様であるが，大きな変化は排気量の拡大だる．先代の1.5リッターから現行型は1.8リッターの排気量アップを図った．
この目的は高速巡航時の燃費改善にある．巡航時はハイブリッドシステムの恩恵は受けられないため，小排気量の従来モデルでは巡航時の回転数(2500[rpm]@120[km/h])が高く，燃費悪化の原因であった．排気量増大により回転数が下がり（2200[rpm]@120[km/h]），燃費を稼いでいる．
一般的に排気量拡大は燃費の悪化を招くと考えがちだが，それはスロットリングロスの大きさに起因する．そのロスをトヨタは二つの方法によって軽減している．
ひとつ目はcooled EGR (Exhaust Gas Recirculation)の導入．外部EGR導入により，同一の酸素濃度を保ちながら筒内吸気量を増大させることができ，スロットリングロスの低減につながる．
更に，通常は高負荷運転時では触媒保護のためリッチ運転となるが，EGR（しかもクールド）による燃焼温度低減によって全領域においてストイキ運転が可能となる．
逆にいうと全負荷でもEGR入ってて酸素濃度が低いわけだけど・・・
話がややそれたが，二つ目はHEモーターのアシスト領域の拡大である．エンジンの熱効率が最も悪化する低負荷領域ではモーターを使い，ハイブリッドのメリットをフルに生かしている．
メリットといえば，HEV車は電気エネルギーが豊富だ．そのためエンジン冷却水のポンプも，エンジンによるベルト駆動ではなく電動とし，エンジンの熱効率を改善している．
さらに，冬季時の暖気時間を短縮するため，（触媒後の）排気を用いて冷却水を暖める排気熱回収システムも搭載している．冷却水温が-5[℃]から60[℃]となる時間は，このシステム搭載によって57[%]も短縮できたらしい．また早い暖気は始動時の排ガス改善にもつながる．
エンジン関連の技術ばかり述べたが，電気関係も進化しているようだ．
まず軽量化・コンパクト化を推し進めるため，モーター（永久磁石式同期電動機）を従来の低回転・高トルク型から，高回転・低トルク型へと変更．トルク不足を補うために減速機構を新たに追加した．減速機構により損失が増えるが，それよりも省電流化と軽量・コンパクト化が重要だったと思われる．
またエンジン側との協調の見直し，回生ブレーキ，バッテリーのSOC制御などを見直すことで，さらなる燃費改善を目指した．
これだけやって，値段は従来と同等もしくは安いくらいの価格である．インサイトというライバルあってこその価格だったかも知れないが，今では日本でもっとも売れてるクルマである．
少なくともPT技術的にはCOTYにふさわしいクルマであるなぁと僕は感じています．
ちなみに個人的には，次のステップは直噴化とターボ化だと考えている．直噴化によって成層燃焼が可能となり，大量EGR時の欠点である失火が回避できる．また更なる圧縮比向上も目指せるのではないだろうか．
また長々と書きましたが，以上です．ホンダ，日産も負けないように頑張ってほしいですね．
ホンダのA-VTEC，まだかなぁ・・・
日産は直噴VVELがほしいなぁ・・・
＜参考資料＞
・授業のノート
おもしろくないだエコとかどうでもいいだとの声は（クルマ好き中心に）ありますが，トヨタの技術力を粋を集めたクルマだけに中身はすごいです．
っというわけで（いまさらですが），パワートレイン・・というよりエンジン関係の技術を中心にちょいと紹介を．
車体構成は先代同様シリーズ・パラレル型のハイブリッド車．しかし先代の35.5[km/L]に対し，新型は脅威の38[km/L]（ともに10.15モード値）．
燃料を使うのは結局エンジンなので，注目すべきはエンジン技術であることがわかる．熱効率がせいぜい35[%]程度のガソリンエンジンにおいて，如何にして損失を減らすのか・・・このプリウスの新エンジンは「損失の低減」を徹底的に行っている．
アトキンソンサイクルによる膨張比アップは先代同様であるが，大きな変化は排気量の拡大だる．先代の1.5リッターから現行型は1.8リッターの排気量アップを図った．
この目的は高速巡航時の燃費改善にある．巡航時はハイブリッドシステムの恩恵は受けられないため，小排気量の従来モデルでは巡航時の回転数(2500[rpm]@120[km/h])が高く，燃費悪化の原因であった．排気量増大により回転数が下がり（2200[rpm]@120[km/h]），燃費を稼いでいる．
一般的に排気量拡大は燃費の悪化を招くと考えがちだが，それはスロットリングロスの大きさに起因する．そのロスをトヨタは二つの方法によって軽減している．
ひとつ目はcooled EGR (Exhaust Gas Recirculation)の導入．外部EGR導入により，同一の酸素濃度を保ちながら筒内吸気量を増大させることができ，スロットリングロスの低減につながる．
更に，通常は高負荷運転時では触媒保護のためリッチ運転となるが，EGR（しかもクールド）による燃焼温度低減によって全領域においてストイキ運転が可能となる．
逆にいうと全負荷でもEGR入ってて酸素濃度が低いわけだけど・・・
話がややそれたが，二つ目はHEモーターのアシスト領域の拡大である．エンジンの熱効率が最も悪化する低負荷領域ではモーターを使い，ハイブリッドのメリットをフルに生かしている．
メリットといえば，HEV車は電気エネルギーが豊富だ．そのためエンジン冷却水のポンプも，エンジンによるベルト駆動ではなく電動とし，エンジンの熱効率を改善している．
さらに，冬季時の暖気時間を短縮するため，（触媒後の）排気を用いて冷却水を暖める排気熱回収システムも搭載している．冷却水温が-5[℃]から60[℃]となる時間は，このシステム搭載によって57[%]も短縮できたらしい．また早い暖気は始動時の排ガス改善にもつながる．
エンジン関連の技術ばかり述べたが，電気関係も進化しているようだ．
まず軽量化・コンパクト化を推し進めるため，モーター（永久磁石式同期電動機）を従来の低回転・高トルク型から，高回転・低トルク型へと変更．トルク不足を補うために減速機構を新たに追加した．減速機構により損失が増えるが，それよりも省電流化と軽量・コンパクト化が重要だったと思われる．
またエンジン側との協調の見直し，回生ブレーキ，バッテリーのSOC制御などを見直すことで，さらなる燃費改善を目指した．
これだけやって，値段は従来と同等もしくは安いくらいの価格である．インサイトというライバルあってこその価格だったかも知れないが，今では日本でもっとも売れてるクルマである．
少なくともPT技術的にはCOTYにふさわしいクルマであるなぁと僕は感じています．
ちなみに個人的には，次のステップは直噴化とターボ化だと考えている．直噴化によって成層燃焼が可能となり，大量EGR時の欠点である失火が回避できる．また更なる圧縮比向上も目指せるのではないだろうか．
また長々と書きましたが，以上です．ホンダ，日産も負けないように頑張ってほしいですね．
ホンダのA-VTEC，まだかなぁ・・・
日産は直噴VVELがほしいなぁ・・・
＜参考資料＞
・授業のノート
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