ハイブリッド車はガソリンエンジン車に電気モーターを組み合わせた環境対応車ですが、その車の構造は従来の車と違う点がたくさんあります。
その中の1つとしてエアコンがあり、特にハイブリッド車ならではのシステムですので、今回はハイブリッド車のエアコンについてご説明します。
ハイブリッド車のエアコンの仕組み
エアコンとは正式名称を「エアーコンディショナー」といい、室内の空調を調整して冷風(クーラー)や温風(ヒーター)を出す機能です。
自動車のエアコンは家庭で使っているエアコンとは少し構造が違いますが、基本的な機能は同じで、車室内からのコントロールで温度を調整します。
まずは一般的な車のエアコンの構造をご説明し、その後にハイブリッド車のエアコンの特徴をご説明します。
自動車のエアコン
自動車用のエアコンのシステムは家電製品のエアコンと同じ部分もありますが、少し違う部分もあり、それはヒーターの構造になります。
エアコンのヒートポンプ現象
家電製品のエアコンは「ヒートポンプ」という現象を利用した空調装置で、温度を媒介する冷媒の圧縮と熱交換を利用して室内の温度を上下することができます。
エアコンは室内機と室外機の2つで1つの機器を構成しており、その間を冷媒が通るホースで接続されています。
まずクーラーの場合ですが、一般的に気体は圧縮すると温度が上昇するのですが、まず圧縮して温度が外気温より高くなった冷媒を室外機に送ってやると、冷媒の温度は空冷によって外気温と同じぐらいまで冷えてきます。
その冷媒はもう一度室内機に戻ってきますが、その際冷媒を膨張させることで圧縮と逆の作用が働き、冷媒の温度が一気に冷たくなります。
その冷媒と室内の空気でまた熱交換することで室内の空気は冷えていき、この効果でクーラーが成立します。
上記のシステムをヒートポンプと呼んでおり、ヒーターの場合はクーラーと真逆の経路を辿ることによって室内の温度を上昇させています。
エアコンというクーラーとヒーターが合体した機器はヒートポンプなしには成立せず、最も基本的な仕組みです。
自動車用エアコンの構造
自動車用エアコンの場合、クーラー側は家庭ようエアコンと同じヒートポンプを利用したものですが、ヒーター側は自動車ならではの違うシステムです。
自動車のエアコンの構成は、
- 室外機に当たるコンデンサー
- 圧縮機であるコンプレッサー
- 室内機にあたるブロワー
と、それらを接続して冷媒を通す配管類から成り立ちます。
車は動力源として強力なエンジンがありますので、圧縮機の作動はエンジン動力の一部を使って動かしていますが、それ以外の働きは前述した家庭用エアコンと全く同じです。
自動車の場合には走行風によってコンデンサーと冷媒の間で効率的に熱交換が可能です。
ですが自動車用ヒーターはこのエアコンのシステムとは独立しており、室内を温めるために利用する熱源はエンジンから排出される熱なのです。
エンジンはガソリンや軽油などの燃料を内部で燃焼させており、その温度は数百度にも達します。エンジンはその温度の一部を冷却水で冷却しており、その冷却水はラジエーターで外気との間で熱交換を行っています。
自動車用のヒーターはその高温になった冷却水の一部を車室内にあるブロワーに送り、その熱を利用して車室内を温めています。
本来この熱は車の外に捨てられていたものなので、ヒーター用の熱源として再利用することで無駄を無くすことができています。
そのため普通の車はわざわざヒートポンプでヒーターを動かす必要がなく、ヒートポンプ式なのはクーラーだけなのです。
ハイブリッド車のエアコン
ハイブリッド車もエアコンのシステム自体は基本的には普通の車と同じなのですが、ハイブリッド車特有の課題があり燃費を重視する車ほど別のシステムを搭載するようになっています。
ハイブリッド車のヒーターの問題
ハイブリッド車はガソリンエンジンやディーゼルエンジンと電気モーターの2種類の動力源を持つ車種です。
その目的は燃費の大幅な改善にあり、走行時にエンジンの稼動する領域を減らして電気モーターで走行することで、燃料消費量を少なくするシステムです。
詳しくは以下の記事でご説明していますが、今回の記事で重要なのは”エンジンの稼働領域が減る”という点です。
ハイブリッド車は燃費が悪い？低燃費車を比較してランキング形式で紹介！ここで問題となるのはヒーターの部分で、エンジンの稼動領域が少なくなるということは、前述したようなエンジンの冷却水で運ばれる熱の量が少なくなることを意味します。
ハイブリッド車でも走行負荷が高くなればエンジンはかかりますが、エンジンを使用する頻度が減ることはヒーターの効率が低下することになります。
つまりハイブリッド車で普通のヒーターシステムを搭載すると、ヒーターで利用できる熱量が少なくなり、室内が温まりにくくなるのです。
クーラーに関しても、エンジンが停止していればコンプレッサーが動かなくなるので、普通の車と同様のシステムではクーラーも作動しません。
ですがコンプレッサーはハイブリッドシステムの電源で作動する電動コンプレッサーにすることで、エンジン停止中でも同様なエアコンシステムが利用できます。
ハイブリッド車のエアコン構成
前述のようにハイブリッド車は従来のエアコンのシステムでは不都合が生じる点が多く、ハイブリッド車独自のシステムとなっている場合があります。
まずエアコン(クーラー)については前述したように電動エアコンコンプレッサーを採用する場合が増えてきており、エンジン停止中でもエアコンが利用できる車が増えています。
ですが電動エアコンの場合には電源だけで連続作動するとバッテリーがどんどん減っていきますので、充電が少なくなったらその時点でエンジンが作動し発電を行うことで、エアコンを続けて使用することができます。
ヒーターに関しても一般的なシステムでは電動ヒーター(PTCヒーター)に置き換えることが多く、これは電気抵抗などによる発熱でヒーター用の熱源を確保するものです。
この場合もエンジン停止中はハイブリッドシステムの電源で作動し、バッテリーが減ってくればエンジンが再始動して充電を行います。
ですがこの方式では燃費への影響が大きいため、燃費を重視したトヨタ プリウスなどでは別のヒーターシステムも採用されています。
プリウスの口コミ/評判！価格から外装や走行性能まで全てチェック！それはヒートポンプ式の自動車用ヒーターで、前述した家庭用エアコンと同じ動作原理で作動するヒーターです。
自動車用ではエアコンとは別システムのヒートポンプ式ヒーターシステムとなっており、専用のコンプレッサーやコンデンサー、配管類などが設置されます。
こちらのほうがヒーターとしては効率がよく燃費への影響が少ない一方で、PTCヒーターよりシステムが複雑で高コストというデメリットもあります。
ハイブリッド車のエアコンの効き
ハイブリッド車は前述したシステムの違いによって従来の車とはエアコンの効きが少し違うことが多く、それは車種によっても変わってきます。
トヨタ プリウスなど強力なハイブリッドシステムを搭載した車種については、前述した
- 電動エアコン
- PTCヒーター
- ヒートポンプ式ヒーター
などの電動システムによって、従来の車とあまり遜色のないエアコンの効きが実現できています。
これらを作動させればバッテリーの電力を減らしてしまうので燃費へ悪影響はありますが、それでも室内温度が暑かったり寒かったりするような不都合な状態はありません。
問題となるのは簡易的なハイブリッドシステムを搭載したマイルドハイブリッド車で、これらの車種ではコスト低減のためにあまり大型のバッテリーが搭載できません
マイルドハイブリッド(MHEV)とは？仕組み/構造は？搭載車の燃費は悪いのか解説！そのためエアコンやヒーターに電動部品を採用することが難しい場合も多く、基本的に従来の車と同じようなエアコンとヒーターのシステムとなります。
しかし燃費改善のためにアイドリングストップやモーター走行を積極的に使用するために、ある領域ではエアコンやヒーターの効きが悪くなる場合があります。
この領域はごく低速の走行時や停車時などに限られますが、それでも停車中にクーラーやヒーターが止まってしまうと室内の温度は多少なりとも変化します。
これがエアコンの効きが悪いという感覚に繋がり、ハイブリッド車の不満点の一つとなるのです。
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ハイブリッド車はクーラーやヒーターなどエアコンの使用による燃費への影響が従来の車よりも大きく、ハイブリッド車の目的である燃費改善とは相反することとなります。
従来の車のエアコンと燃費の関係
従来のガソリン車やディーゼル車でもエアコンは燃費に対して影響するもので、これは運転していると体感することが出来ます。
クーラーに関しては従来の車でも燃費への悪影響があることは知られており、エアコン使用時には車の燃費は3割程度低下するのが普通です。
これはエアコンコンプレッサーを動かすのがエンジンであるためで、エンジンを動かしているのは結局燃料なので、エアコンを動かすために余分に燃料を消費していることになるのです。
コンプレッサーの負荷は外気温度と室内温度の差が大きいほど大きくなるので、真夏などの暑い日にエアコンを動かすほど燃費は悪化します。
ですがヒーターに関しては燃費に対してはむしろ良い影響があるもので、この点が後述するハイブリッド車とは違います。
ヒーターに利用している熱はエンジンから発したものですが、ヒーターを使うということは室内にもエンジン熱を放熱していることと同じなので、ヒーターを動かすということはエンジンの冷却効率が高くなることになるのです。
エンジンの冷却効率が高くなればそれだけエンジンの効率は高くなることとなり、わずかですが燃費の向上やエンジン出力の増加が出来ます。
この効果を利用した冗談のような話がありますが、夏場に車の出力を少しでも上げたいときにいくら暑くてもヒーターを全開にしておけば、少し車が速くなったそうです。ですが蒸し風呂の中で運転する状況は、想像を絶するものだったでしょうね。
ハイブリッド車での燃費への影響
さてハイブリッド車に関して、クーラーに関しては基本的に従来の車と燃費への影響は変わらず、クーラーが強くなればそれだけ燃費は悪化します。
特にハイブリッド車の場合にはエアコンを使うということはバッテリーを消費することにつながるので、充電するためなどでエンジンは通常よりもたくさん動かさなければなりません。
ハイブリッド車はバッテリーの充電が必要？その方法と仕組みをわかりやすく解説！そうなれば燃費への悪影響は大きくなり、やはり3割程度は燃費の悪化が見られることがあります。
ですがハイブリッド車の場合はヒーターの使用時にも燃費が悪化するという点が前述と大きな違いで、PTCヒーターもヒートポンプ式ヒーターもどちらも電気で動くので結局クーラーの作動と同じになってしまいます。
またたとえエンジン熱を使った従来のヒーターであっても、ヒーターを強くするにはハイブリッド車はエンジンから出る熱量を増やさなければならなくなります。
それはつまりエンジンを稼働させなければならないということになるので、結局燃費を悪化させることになってしまいます。
ハイブリッド車のヒーター使用による燃費低下もやはり3割程度には登るので、燃費を重視する車種ほどより効率の高いヒートポンプ式ヒーターを採用する場合が多いです。
ハイブリッド車のエンジン停止時のエアコン使用
ハイブリッド車は、システムにもよりますが基本的には停車中もエアコンは使用することが可能で、室内からコントロールすることでも強制的に作動させることができます。
ハイブリッド車のエアコンの動作は室内での温度設定や走行モードによっても変わっており、特に燃費を重視するECOモードなどだとエアコンが弱めになって燃費を優先することもあります。
ですがこれらは設定の変更によって切り替えることは可能で、室内温度が快適でないと感じればエアコンの設定を変えれば強めることはできます。
この際にはエンジンが動くので燃費は当然ながら悪化しますが、それはしかたないことです。
またアイドリングストップなどを使う簡易的なハイブリッド車は、基本的には停車中にエンジンを完全に停止させるのでエアコンも一緒に停止します。
そのまま停車を続ければ夏場などは車内温度がどんどん上がるのですが、その場合はアイドリングストップシステムを解除すればエンジンが再始動します。そうすればエアコンは再始動するので、このあたりも使いようです。
またエアコンは近年流行りの車中泊をする場合にも重要であり、エアコンがなければ快適な車中泊は過ごせません。
この場合もハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムでエンジンが停止するとエアコンが止まってしまうので、設定を見直してエアコンが常に動くようにしたほうがよいでしょう。
なおハイブリッド車については以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
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