ホンダのハイブリッドDCTの仕組み+トヨタ方式など

i-DCDというやつですね。興味があるので調べてみました。

下記に模式図が乗っています。

デュアルクラッチの利点を最大限に活かし、軽量・コンパクトな構造でモーターを内蔵した7速DCT

image from honda

ホンダはDCTと組み合わせたハイブリッドシステムを作る以前にはIMAハイブリッドシステムというものを自社製品に搭載させていました。代表的な車種としてはインサイトがあります。これはエンジンの軸にパラレルにモーター兼発電機を接続するもので、低コストに実現できるというメリットがありました。ただ、軸が直結しているがためにモーターのみの走行は不可能なので、エンジン効率が悪くなる低速走行時にモーターのみで走行できないというデメリットがあります。

これを改善したのがi-MMDと呼ばれるハイブリッドシステムで、初搭載はアコードハイブリッドです。

image from NeoMag ([ハイブリッド車技術] トヨタと燃費競争、ホンダがハイブリッドで「逆襲」)

自動車のハイブリッドシステムでは珍しいシリーズ型の構成を取っています。シリーズ型とは、エンジンの出力をすべて電気に変換してから大出力のモーターを回す方式です。エンジンにこだわる(ような気がする)ホンダがこのような方式をとったのにはすこし驚きました。

この方式の最大のメリットはエンジンを常に高効率な領域で回すことが出来る点でしょう。駆動軸とエンジンの軸が切り離されているため、エンジン回転数にはかなり自由に設定できます。ただし、一度電気に変換してから再度動力に変換するところでのロスは有ります。ですので、常にシリーズ構成で走行すれば高速巡航時には通常のガソリン車よりも燃費が悪化します。ただし、i-MMDの場合は図中にもあるようにエンジンからの出力を駆動軸に直結できるようなギアも存在します。100km/hを超える速度で走行する場合は出力軸直結になりますから、この場合の効率は通常のMT車と同等になると思われます。

次に登場したi-DCDではさらに制御の自由度が広がりました。これは色々な利点があります。

まず、後述するようにトヨタ方式のハイブリッドではアイドリング時の充電負荷を大きくできないという制限がありますが、i-DCDではこの制限がありません。クラッチを接続してギアをニュートラルにすればエンジンと発電機が直結します。また、奇数段のみという制限は有りますがモーターのみの走行(EV走行)も可能です。ユーザーが明示的に選択してEV走行をすることはできませんが。偶数段ではエンジンとモーターによるハイブリッド走行となります。モーターはクラッチを通じて偶数段と接続されます。また、クリープ現象を再現するのに半クラッチを使わなくても良い、伝達効率がMTと同等、という利点もあります。また、これはホンダに対するメリットではありますが、軸平行式変速ギアの生産設備の設備稼働率を上げることもできます。そういえば昔、長らくNAしか作ってこなかったホンダがDunkにタービンを積んだのは「シティのタービンが余っていたから」という噂を聞いたことがあります。真偽は疑わしい話ですが、なんだかそれを思い出しました。

と、まあ以上のような利点はありますが、制御の難しさは他の方式と比べてずば抜けて難しくなることが予想されます。ただでさえDCTの制御はAT変速機の中でも難しいとされています。その上でまず変速ギアの状態によってEV走行と回生ブレーキの可否に制限が加わります。ただしモーターアシストは全段で可能。モーター兼発電機はモーターとして動作させるのか、発電機として動作させるのか。また、モーター出力/発電機負荷はどのように設定するのか。バッテリ容量と走行負荷がどのくらいの時にEV走行とすべきなのか。EV走行可能な条件が満たされている場合は偶数段で走行するのがよいのか、奇数段にチェンジして走行するのが良いのか。アイドル時はギアをニュートラルにしてクラッチはつなぐ、1速になったらプラネタリギアで3速を繋ぐ。2速は偶数段にチェンジ。3速になったら3速ギアを直結で回す。

と、まあ、ざっと考えただけでもこのようなことをあらゆる走行シーンにおいて最適な状態に制御しなければなりません。そのような制御ソフトを書くのは非常に難しいはずです。実際、FIT3などは何度もリコールを重ねています。職場でFIT3を買った方が居ましたが、「1年間で5回もリコールが発生した」などと嘆いていました。しかし制御ソフトの出来が十分に成熟すれば先に挙げられたメリットが十分に生かされた良い方式になるのではという気がします。なによりも、車好きにとってはMTないしMTに近い変速システムが搭載されているほうが楽しいでしょう。

ホンダのハイブリッドシステムとよく比較されるのはトヨタのそれです。

プリウスなどに搭載されるハイブリッドシステム(THS-2; Toyota Hybrid System - 2)は、発電機とエンジン、出力軸兼モーターの3つが遊星ギアを通じて接続されているような構成をとります。発電機の負荷は電気的に自在に変えれるので、これで動力を適宜振り分けることができます。この方式の最大のメリットはシンプルであるという事に尽きます。シンプルであるという事は正義です。システムが簡素であるほど故障率、コスト(製造)が下がります。プリウスの遊星ギアの場合は軽くてコンパクトというメリットもあります。

逆にTHS-2システムの制限としては、アイドリング時と最大加速時にエンジンからのトルクを有効活用できないというものがあります。発電機の軸はロックできません。言い換えると、発電機容量分を超える負荷はかかりません。このため、エンジンからのトルクをすべて駆動軸に配分し発電機には配分したくないようなシーンでも、幾分かのトルクは発電機にかかってしまいます。そのエネルギーは結局モーターに向かって駆動軸へと伝わります。理科の実験で手回し発電機ふたつを繋ぎ、片方の発電機を回すともう片方がモーターとなって回転する実験がありますが、あれと同じ仕組みですね。この場合は機械的に接続されるよりは当然大きなロスが発生します。アイドリング時には反対の事が起こります。出力軸はクラッチで接続されていないため、アイドリング時は発電量を増やすことができません。もし充電電流を大きくして発電負荷を上昇させたらエンジンからのトルクは出力軸に流れ込んでしまいます。

と、まあ、ざっくりと私が知る範囲&調べた範囲でハイブリッドシステムの概要を述べましたが、こんな感じであります。一概にどのシステムが優れている、とは言えないでしょう。

私が車を買おうとしたときにはハイブリッドといえばプリウスとインサイト(IMAハイブリッド)しか選択肢がありませんでした。IMAハイブリッドよりはTHS2のほうが優れていると判断し購入に至りましたが、現在こうして数多の技術が登場した状態で再度考えてみると、アコードに搭載されたi-MMD、シリーズ方式のハイブリッドに乗ってみたいと思います。なぜか。私は「AKIRA」が好きですが、同作品に出てくる金田のバイクはシリーズハイブリッドという設定だそうです。映画のほうで「やっとモーターのコイルが暖まってきたところだぜ」と金田が言うシーンがありますが、私もアコードハイブリッドに乗って同じセリフを言ってみたいですね。まあ、それだけです。