次世代パワートレインの在るべき姿は？
今の流れを見ると、電動化への流れがまっしぐら。
内燃機関の未来における存在感は限りなく小さくなっていくかの様相を呈している。
内燃機関の自動車への関わりを見ていると、殆ど発電機。電気自動車の走行距離を延ばすためのレンジエクステンダーユニットのような位置付けでしか期待されていないように見える。
今の時代、エンジンを内燃機関主体で開発を進めて行くのはナンセンス的のようにさえ、自動車メーカーや評論家の意見から伺えてしまう。
しかし、電動化がこのまま進んでいくのか？というと、用途は限りなく限定的な範囲でしか進まないのではないだろうか？という気がしてならない。
まぁ、個人的に電動車よりもエンジン車の方が好きという贔屓目が影響している可能性も否定出来ないが、電動車といえば、動力性能を高めるにしても、航続距離を延ばすにしても、大きく重たく充電に時間を要するバッテリーが、更に大きく重たくなってしまうというのが現状では不可避である。
仮に、バッテリー総重量が100kg以下、そして満充電に要する時間が数分以下、そして満充電からの航続距離が300km以上という要件を満たす事が出来れば電動車も悪くないかと思うけど、現状の電動車で、こういう性能を総てに渡って満たしているものは、存在しない。
運搬重量の大きな車両程、動力性能と航続距離を両立させるためには大量のバッテリーと大出力のモーターが必要であり、大量輸送を電動車で賄おうとすれば、バッテリー搭載ではなく常時給電による走行に為らざるを得ず、そうであれば、普通の電気機関車のような存在しか有り得ない。
逆に、軽量で機動性を売りとする車両、例えば、二輪車では電動化は殆ど進んでいないのが現状。軽量を売りとする二輪車には重量の嵩むバッテリーは、なかなか受け入れられないモノでは無いだろうか？
電動化が進む領域といえば、長距離移動による途中充電が生じない、そういうエリア限定での普及に留まるのでは無いだろうか？二輪車であれば、郵便、新聞の配達車両、四輪車であればホンダeのような市街地限定の通勤用途、買い物用途限定のシティコミューター限定に留まるのでは無いだろうか？
趣味性の高い車両、或いは高い走破性が求められる業務車両、一家に一台で通勤からレジャー迄幅広い用途で使われる車両というのは、基本的に、従来通りに内燃機関を原動機とした車両が、これから先も使われていくのでは無いだろうか？
電動機がメリットを最大限発揮するのは、基本的にはゼロスタート。ストップアンドゴーを繰り返す回転数の変動率の大きな運転環境であり、逆にそう言う状態が苦手なのが内燃機関を始めとする原動機である。
電動機で常時運転を賄おうとすれば、相応の電源が不可欠だが、電動機を限定的な運用に留め、原動機にとって効率低下を招く運転域においてのみ、原動機にとっての過負荷を電動機が担うのであれば、電動機を駆動する電源は最小限度で済む。
電動車の電源である電気の殆どは、発電所で発電されたもの。発電所というと発電機が駆動機の定常運転に生み出されるモノであり、それ故に効率的に発電されてはいるが、電気とうのは、そもそも作り置きや送り出しが苦手なモノ。使う電気は使う場所で生み出して使うというのも、方法論としてはアリなのでは無いだろうか？
必要最小限の駆動補助用電動機であれば、回生充電＋αの電源で賄うというのも合理的な方法とも言える。つまり、大きく重たい電源を持たないで、小さな駆動補助電動機を有する内燃機関駆動主体の自動車というのが最も合理的なのではないだろうか？
日本ではマイルドハイブリッドというのは、今一発展途上的で、お手軽的な存在として扱われているけど、合理性を考えれば悪くない選択肢のように思える。
ただ、そうであっても純粋な原動機のみ車両に較べると、付属する機器が増えるのは不可避であり、機器の付属が最小限となるような工夫が施されれば、ハイブリッドシステムであってもシステムの複雑化を最小限で留めながら内燃機関の弱点を補う仕組みが生み出せるのでは無いだろうか？
内燃機関では大きな負荷に抗って運転状態を変化させる時が、最も燃料消費率が悪化する。また、ロスという意味ではポンピングロスも無視出来ない。元々スロットルバルブを持たないディーゼルエンジンでは存在しないし、直噴エンジンでもポンピングロスは抑えられている。内燃機関自体の進化によってポンピングロスは少なくなりつつあるが、ポンピングロスを積極的に活用してるのがエンジンブレーキであり、エンジンブレーキが在るというのは、運転のし易さに大きく貢献しているのも事実である。
内燃機関自体のポンピングロスの低減によるエンジンブレーキ効果の喪失というのは、アクセルオフで回生充電させるようにすれば、擬似的なエンジンブレーキを生み出す事も可能であり、それを利用して発電する事も出来る。
この小刻みな発電を積極的に利用出来る仕組みというのが、恐らくは現行のマツダのMハイブリッドシステムなんだろう。
自動車の理想的な動力源を考えると、効率的な運転条件を維持出来る範囲では内燃機関を積極的に使い、内燃機関の苦手な領域において電動機を積極的に活用して動力補助を行うという仕組みなのかもしれない。
電動化に於いて、動力性能や航続距離を確保するために、大きく重たいバッテリーを大量に搭載するという考え方は、もしかしたら廃れる可能性の方が高いのでは無いだろうか？ホンダeのようなコンパクトな電気自動車でさえ1.5トンという重量である。大きな重量を移動させるというのは、如何にも非効率で各部に与える負担も小さくない。
駆動機を電動機主体として考える場合は、日産のEパワーのような仕組み。つまり内燃機関は発電機に徹する。発電機に徹して定常運転前提で電動機駆動を行う方が良いだろう。
この場合、発電機となる内燃機関は、ガソリンに限らず、水素、LPG、CNGといった選択肢を選ぶ事が出来れば環境負荷を下げる事も出来る。そういう燃料の選択肢が増えるマルチフューエルという面から考えると、ロータリーエンジンというのは悪くない選択肢かもしれない。
今の日本車のトレンドを見ると、兎に角、大量のバッテリーを搭載しての電動化というのが主流のように見えるが、バッテリーが今のように大きく重たい現状では、動力性能と航続距離を向上させるのは、大きく重たいバッテリーが、益々大きく重たくなっていく事になる。このバッテリーというのは電気が消耗しても重さは不変であり、常時重たいもの。この重たいモノを背負い続けるというのは、個人的には強い違和感が拭いきれない。
自動車の電動化というのは不可避で否定するものではないが、トータルで考えれば、電動機、内燃機関のベストを組み合わせるというのが最良であり、次世代パワートレインに望まれるのは、どんな姿だろうか？
加える電動機、一次的な充電装置を極力簡易的で軽量コンパクトとして、既存のユニットと機能を統合してトータルとしての機器数の増加を抑える方向の思想が必要だろう。
ジェネレーターと補助モーターの機能を有する仕組みは既に存在するけど、それだけでなく、昔のホンダIMAの様にスターターの役割なども与える事が出来れば、モーター自体の数が増えるという事にはならないだろう。
動力補助を担う電動機の役割を、一定以上の加速度を要求する瞬間の限られた時間のみに限定すれば、そのための電源は最小限で済むだろう。それこそ、キャパシターレベルで賄えるのでは無いだろうか？
主たる原動機である内燃機関では、ロスの発端となるような部分を最大限抑える工夫が必要だろう。エンジンの理想としては完全バランスが実現出来るシリンダーレイアウトであったり、ディーゼルエンジン以外の内燃機関、ガソリンエンジンではポンピングロスを解消するためのスロットルレスの吸気システムを実現するために、燃料の直噴化に留まらず、バルブ駆動自体の電動化であったり、希薄燃料を確実に燃焼させるための燃焼システム、敢えて副室を用いた燃焼室の導入とか通常の火花点火とは異なる点火システムの導入であったり、エンジン自体の熱管理に留まらず、燃焼室周りの断熱を高め熱損失を最小限に留めるような材質の工夫、或いは、積極的に温度管理が出来る素子を用いた制御を行うといった工夫も考えられる。
電動化に伴うデバイスを加えたとしても、電源込みで、ベースの内燃機関のみの車両に比較して、100kgの重量増は有り得ない。100kg未満で成立するような仕組みでなければならないように思う。