AudiがA5とQ5の新型モデルに採用しているMHEVプラス・ハイブリッド技術とは何か、そしてどのように機能するのか?

数年前、AudiはマイルドハイブリッドMHEV技術に最も力を入れていたメーカーのひとつだった。フォーシルバーリングスのこのブランドは、2017年ごろからこの技術の提供を開始し、TDIエンジンにもTFSIエンジンにも、内燃エンジンを搭載するほぼ全モデルに採用した。MHEVシステムも2種類開発され、従来の12ボルト電気システムをベースにした4気筒エンジン向けのシンプルなものと、6気筒および8気筒エンジン向けの48ボルトのものがあった。

従来のMHEVシステムの仕組み

基本的に、このマイルドハイブリッドシステムは、他の多くのメーカーも採用していたもので、Audiも現行ラインナップの多くのモデルで引き続き使用しており、次のように機能する。英語の略称でBASと呼ばれるスタータージェネレーターが、ベルトによってエンジンのクランクシャフトに接続されている。水冷式のこのジェネレーターは、内燃エンジンを補助するために追加のトルクを供給したり(Audiの場合、48ボルトシステムで最大約60 Nm)、減速時やブレーキ時にエネルギーを回生(最大12 kW)してシステムのバッテリーに蓄えたりすることができる。

MHEVのおかげで、車両は特定の場面でエンジンを停止した惰性走行モードで進むことができ、その分燃費が向上する。この第一世代のシステムを搭載したAudiでは、ドライバーが時速55〜160 kmの速度域でアクセルペダルから足を離すと、最大40秒間この状態になる。バッテリーに蓄えられたエネルギーを利用できるため、エンジンが停止していても、すべての電装品が作動し続ける。同じ理由から、MHEVにはもうひとつの利点がある。車が完全に停止する前にスタート・ストップを作動させ、エンジンを止められることだ。Audiの場合、これは時速約22 kmから行われる。

BASは単なるジェネレーターとして働くだけでなく、惰性走行や停車の後にエンジンを再始動させる役割も担っている。しかも、従来のピニオン式スターターよりもスムーズに再始動する。ピニオン式スターターも残されているが、エンジンオイルが冷えていて大きな始動トルクが必要な最初の始動時のみに使われる。さらに、強く加速するときには、BASが内燃エンジンに追加の力を与え、運転の楽しさを高める。ただし、従来のMHEVでは、ジェネレーターを兼ねるこの電気モーターだけで車輪を動かすことはできない。つまり、車が電気モードで走ることは決してない。

Audiの場合、MHEV技術は12ボルトでも48ボルトでも同じように機能するが、12ボルトシステムでは惰性走行の場面、出力、燃費の改善効果がやや小さくなる点が異なる。

Audi A5とQ5のMHEVプラス:ほぼ「本物の」ハイブリッド

今回、Audiはこの技術をMHEVシステムからさらに進化させた。いわゆるプレミアム・コンバッションプラットフォームをベースにした新エンジン(現時点では新型Audi A5とAudi Q5)には、MHEVプラスが採用されている。これは電動化の度合いが高いものの、従来のハイブリッドのような高電圧システムは使用していない。

実用面で最も重要な違いは、MHEVプラスでは小型の電気モーターだけで車両を動かせることだ。ただし、ごく限られた状況で、ごく短い時間に限られる。たとえば、駐車などの低速での操作や、交差点やロータリーに近づいてブレーキをかけるまでの間に車速を維持する場面で、燃費の低減に役立つ。さらに、ほかにも利点がある。MHEVプラスが供給する追加トルクはより大きく、より早い段階で得られるため、加速と追い越し加速が向上する。ブレーキ時のエネルギー回生能力も高い。いわば「ほぼ」「本物の」ハイブリッドと言えるだろう。少なくとも、Toyotaの初期のハイブリッドのようなものだが、システムははるかに複雑さや高度さを抑えている。

よりシンプルなMHEVシステムと比べると、MHEVプラスは走行性能と俊敏性をより大きく高め、燃費と排出ガスをさらに低減する。繰り返しになるが、技術的により高度で複雑な従来型のハイブリッドではない。しかし、ますます多くのメーカーにとって非常に有効な解決策だ。実際、Audiにとっては今になって新しい技術でも、他のブランドでは以前から、大衆向けのモデルにも使われている。非常によく似た技術に取り組んでいるStellantisがその例で、Opel Corsa から提供されている。このモデルを、実際にはハイブリッドではないにもかかわらず、Hybridという名称で販売することをブランドは躊躇していない。

Audiは、150 kWの2.0 TDIエンジンを搭載したA5で最大0.4 l/100 kmの燃費改善、3.0 TFSIでは最大0.7 l/100 kmの改善を発表している。これは、よりシンプルなMHEVシステムで(いずれも公式データによると)達成される数値とよく似ている。ただし、新型A5はより大きく、装備も充実しており、その分重いクルマであることは確かだ。

MHEVプラスの仕組み:強力な追加ジェネレーター

MHEVプラスはどのように機能するのか。ベルト駆動のスタータージェネレーター(BAS)に加えて、もうひとつ電気モーターを追加している。Audiはこれを「PTG」と呼び、パワーエレクトロニクスを内蔵し、トランスミッションの出力軸の直後に直接取り付けられている。この場合、PTGは最大18 kW(24 CV)の出力を供給でき、最大トルクは230 Nmで、ブレーキ時には最大25 kWの出力でエネルギーを回生する能力がある。

PTGの重量は約21 kgで、液冷式となっており、時速140 kmを超える速度域ではクラッチによって駆動系から切り離される。Audi A5とQ5には、新しい統合ブレーキ制御システムが搭載されており、回生ブレーキと油圧ブレーキを組み合わせて、回生ブレーキを最大限に活用する。両者の切り替わりでドライバーが違和感を覚えることはない。さらにMHEVプラスでは、電動エアコンコンプレッサーに直接給電するため、内燃エンジンが停止していても空調が連続して作動する。

ここでも、ベルト駆動のBASジェネレーターがエンジンの始動と、リチウムイオンではなくLFPタイプで容量1.7 kWhのバッテリーへの給電を担当している。高度な制御ソフトウェアが車両の動作状況を評価し、内燃エンジン、PTG、BASをどのように連携させるかを決定する。常に最小限の燃費を実現することを第一の目的としている。考慮されるパラメーターには、アクセルペダルの位置やトランスミッションで選択されたモードなどがあり、それに応じてPTGが切り離される速度や、48ボルトバッテリーの目標充電状態(SoC)が変更される。

注意すべき点として、AudiはA5とQ5のすべてのエンジンにMHEVプラスを採用しているわけではない。たとえばA5では、150 kWのTDIエンジンとS5のV6 TFSIに搭載されているが、2.0 TFSIには搭載されていない。一方で、Q5のラインナップでは2.0 TFSIにもこのハイブリッド技術が採用されている。

AudiのMHEVプラス技術 – 画像ギャラリー