自動車のハイブリッドに関して、物理学の「エネルギー保存則」で考えてみました

匿名さん

自動車のハイブリッドに関して、物理学の「エネルギー保存則」で考えてみました。
対象物理系を「自動車」として行いまして。
１．系に入るエネルギー：ガソリン等燃料 ２．系内で使われるエネルギー １）ガソリンを燃焼させることにより、エンジンからの出力を最終的にタイヤに伝える。
（プラットフォーム） ２）タイヤよ路面間の摩擦抵抗力＋摩擦熱 ３）自動車が空気中を走ることによる、空気抵抗力 ４）エンジンから排出される排気ガス（熱の放出） ５）エンジン駆動力で発電機を駆動する力。
このように考えた場合、 ハイブリッドは「エンジン」と「モーター」で動きます。
系概念からすると、「ガソリン」がエンジンを駆動させ全てのエネルギーにまず変換します。
次に、エンジンで駆動させるか、エンジンで発電機を駆動させ発電させます。
すると、エンジンだけの自動車とモータを組み合わせたものでは、使用されるエネルギーは「ガソリン」 だけのため、なぜハイブリッドの法が燃費が良くなるのでしょうか。
エンジンのエネルギーを路面に伝える効率 ① エンジンのエネルギーを発電機で発電させ更に逐電させモーターのエネルギーを路面に伝える効率② どう考えても、②は発電機→電池→モーターと効率が悪くなる気がします。
しかし、実際にはハイブリッドの法が燃費が良くなるようです。
なぜでしょうか？ 教えてください。
エンジン

realitydream2014さんへ う〜〜む・・・(^^;) 色んな所から理解を深めて頂かなきゃいけない様ですので、少々長く成りますがお付き合い下さいな。
先ず、、、 「全て」、100%、と言うのは自然界では在り得ません。
絶対に。
だから「効率」が問題に成って来る。
これが1点目ですが、基本中の基本なので、解って下さいな。
で、「ハイブリッド」ですが、 >ハイブリッドは「エンジン」と「モーター」で動きます。
では無いんですね。
電動と、電動によるエネルギー回生、を分けて考えて下さい。
トヨタがプリウスで始めた「ハイブリッド」は、 ・制動で発電して、それを次の加速に回す のが骨子です。
素人さんにも解り易い宣伝文句に成りました。
d(^^;) ですがこれだけだと、高速道路の連続走行の様な、加減速の繰り返しが少ない状況では燃費低減が期待出来ません。
のでもう一手、大事な要素として ・十分に発展し一般化していたオットーサイクルエンジンから、膨張比を高める事で熱効率が良いミラー(アトキンソン)サイクルエンジンに代えた。
を加えています。
100km/hでも、加速しないんならば20psも有れば十分。
それ以上の馬力(= 排気量?)は加速余裕の為。
排気量当たりでは低出力に成ってしまうミラーサイクルエンジンを、電動の補助を加える事で実用的システムにした。
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と言う事なのです。
ここからちょっと余談。
エンジンは、燃焼で得た高圧を膨張させる事で仕事に変換し、取り出す物である。
と言うのは良いですね? じゃあ、幾ら位膨張させれば良いのか? 良く、ディーゼルは「高圧縮比だから燃費が良い」等と未だに言われたりしますが、圧縮はそもそも「無駄仕事」ですから、しなくて済むならしない方が良い。
(蒸気機関はシリンダーとピストンでは圧縮しなくても立派に仕事をしていた d(^^;) 大事なのは、膨張比。
ですが、大きければ大きい程、理論的には変換効率は良く成って行く一方で、摩擦損も増えて来ます。
から、何処かで両者が拮抗してピークを描き、それ以上では却って低下する一方に成る。
。
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このピークが、マツダがSKYACTIVEコンセプトで実現して来た様に膨張比14なのです。
が、、、 ・圧縮比14では高過ぎて自己不正着火を起こして壊れてしまうガソリン ・圧縮比14では低過ぎて冷間始動性や低回転低負荷で綺麗な燃焼が獲得出来ないディーゼル と、どちらも簡単には実現出来ない日々が続いて来たのでした。
初代プリウスで圧縮比13.5、3代目では圧縮比13と退化してしまった物の、旧来の限界と看做されて来た10前後から大きく引き上げられたのが、大きな変化点だったのです。
プリウスで採用された遅閉じ式ミラーサイクルは、充填効率が最大に成る下死点後40〜55°で閉じる設定だった吸気弁を、70°とかの様に遅く迄開けておく様にし(可変式ならもっと遅く迄)、一度吸い込んだ新気をポートに吐き戻す事で圧縮比だけ下げます。
だから、膨張比13.5、圧縮比10とすると、1.5Lの排気量は 1.5×10／13.5＝1.11 と、実質1.1L分の力しか発揮しない事に成ってしまう。
(加えて4〜5000rpmと低回転型) ので、電動の補助とTHSで組み合わせたのでした。
d(^^) 尚、純機械式と言えど、馬力は食います。
トラック用の400ps位を出力出来る変速機では、潤滑が跳ね掛け式だと20ps位食ったりする様です。
(だから、歯車を単純な斜歯から、2枚を互い違いに組み合わせた山歯にてスラスト力での摩擦を低減したかったりする。
が大きく重く高く成る) 以上、纏めますと、「ハイブリッド」では ・制動で発電して回生する ・オットーサイクルからアトキンソンサイクルミラーシステムのエンジンに代えた の2点で熱効率Upを果たした、と言う事です。
更に余談 f(^^;) >使用されるエネルギーは「ガソリン」だけのため、 >なぜハイブリッドの法が燃費が良くなるのでしょうか。
全ては燃料が持つエネルギーから、という事に気付く事は、とても大事ですね。
(^^) ならば、、、ガソリンエンジンの熱効率がディーゼルを凌駕する程に進化したならば、何もディーゼルを小型自動車に無理矢理押し込めようと頑張る必要は無いんだ、と言う事もお解り下さいな。
(苦笑) 詳しくははこちらをご一読あれ。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13133981928