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ディーゼル電気トランスミッション、またはディーゼル電気パワートレイン[ 1 ]は、道路、鉄道、海上輸送の車両の電気モーターを駆動するための発電を行うディーゼルエンジンによって駆動されるトランスミッションシステムです。ディーゼル電気トランスミッションは、ガソリンエンジンによって駆動されるガソリン電気トランスミッションと似ています。
ディーゼル電気式変速機は、ディーゼル電気機関車やディーゼル電気式電車など、鉄道車両に採用されています。これは、電気モーターが0回転/分から最大トルクを供給できるためです。ディーゼル電気システムは、潜水艦を含む海上輸送や、一部の陸上車両にも使用されています。
ディーゼル電気トランスミッションの大きな利点は、ディーゼルエンジンの機械的な力を（オルタネーターを介して）電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを使用して車両を機械的に推進するトラクションモーターを駆動することで、ギアボックスが不要になることです。[2]トラクションモーターは直接、または充電式バッテリーを介して駆動することができ、車両はハイブリッド電気自動車の一種となります。他の動力源による同様の構成としては、ガソリン/ガソリンエンジンで駆動するガソリン電気トランスミッションや、ガスタービンで使用されるタービン電気パワートレインなどがあります。
複数の出力（例えば、複数の車軸）を直接駆動する強力なディーゼルエンジンに必要なギアボックスは非常に複雑で、故障の原因となる可能性があります。ディーゼル電気トランスミッションはギアボックスを不要にします。[ 2 ]ギアボックスがないことで、ギアチェンジも不要になり、クラッチの切断による不均一な加速も回避できます。補助バッテリーを使用すれば、エンジンを常時稼働させることなくモーターを駆動できます。例えば、内燃機関の使用が制限されている大気汚染防止区域などです。[ 3 ]
最初のディーゼルモーター船は、最初のディーゼル電気船でもあり、1903年に進水したブラノベルのロシアのタンカー「ヴァンダル」でした。蒸気タービン電気推進は1920年代から使用されており（テネシー級戦艦）、近年は水上艦艇でのディーゼル電気動力装置の使用が増加しています。 1928年から1929年に起工されたフィンランドの沿岸防衛艦イルマリネンとヴァイナモイネンは、ディーゼル電気伝動を使用した最初の水上艦艇の1つでした。その後、この技術はディーゼル動力の砕氷船に使用されました。
第二次世界大戦中、アメリカ海軍はディーゼル電気推進の水上軍艦を建造した。機械不足のため、エヴァーツ級およびキャノン級の護衛駆逐艦は設計出力の半分のディーゼル電気推進であった（バックリー級およびラダーロウ級は全出力の蒸気タービン電気推進であった）。[ 4 ]一方、ウィンド級砕氷艦は、その柔軟性と損傷に対する耐性からディーゼル電気推進用に設計された。[ 5 ] [ 6 ]
クルーズ船や砕氷船を含む一部の現代のディーゼル電気船は、船底にあるアジマススラスタと呼ばれるポッド内の電気モーターを使用して360°回転を可能にし、船の操縦性を大幅に向上させている。その一例が、2019年時点で世界最大の客船であるシンフォニー・オブ・ザ・シーズである。 [ 7 ]
ガスタービンは発電にも利用されており、船舶によっては両方を組み合わせて使用しているものもあります。例えば、クイーン・メリー2号は船底にディーゼルエンジンを搭載し、さらにメイン煙突付近に2基のガスタービンを設置しています。これらはすべて発電に使用され、プロペラの駆動にも利用されています。これにより、タービンの高速・低トルク出力を利用して低速プロペラを駆動するという、比較的シンプルな方法が実現し、過剰な減速ギアも不要になります。
初期の潜水艦のほとんどは、内燃機関とプロペラを直接機械的に接続し、水上航行にはディーゼルエンジン、水中推進には電気モーターを切り替えて使用していた。水上では、ディーゼルエンジンが潜水艦を推進し、バッテリーの充電やその他の電気負荷への電力供給のための発電機としても使用されていた。水中航行時にはエンジンは切り離され、バッテリーが電気モーターと電気機器に電力を供給していた。[ 8 ]
一方、真のディーゼル電気推進方式では、プロペラは常に1つ以上の電動モーターによって直接または減速ギアを介して駆動され、1つ以上のディーゼル発電機がバッテリーの充電とモーターの駆動に電力を供給します。この方式はディーゼルエンジンでプロペラを駆動する場合に比べていくつかの欠点がありますが、最終的には利点の方が重要であることがわかりました。いくつかの重要な利点の1つは、騒音の大きいエンジン室を外側の耐圧殻から機械的に隔離し、浮上時の音響シグネチャを低減することで潜水艦の探知を防ぐことです。一部の原子力潜水艦も、原子炉プラントの蒸気で駆動される推進ターボ発電機を備えた同様のターボ電気推進システムを使用しています。 [ 9 ]
真のディーゼル電気式トランスミッションの先駆的な使用者の中には、スウェーデン海軍も含まれており、最初の潜水艦であるHMS Hajen (後にUb no 1と改名) は 1904 年に進水し、当初はセミディーゼルエンジン (主に灯油を燃料とするホットバルブエンジン) を搭載していましたが、後に真のディーゼルエンジンに置き換えられました。 [ 10 ] 1909 年から 1916 年にかけて、スウェーデン海軍は 3 つの異なるクラス ( 2級、Laxen級、Braxen級) の潜水艦をさらに 7 隻進水し、すべてディーゼル電気式トランスミッションを使用しました。[ 11 ]スウェーデンは 1910 年代半ばに海外から潜水艦の設計を購入し始めたため、一時的にディーゼル電気式トランスミッションを放棄しましたが、[ 12 ] 1930 年代半ばにスウェーデンが再び独自の潜水艦の設計を開始したとき、この技術はすぐに再導入されました。それ以降、ディーゼル電気推進は、1988年のHMS Näckenを皮切りに、スターリングエンジンによる非大気依存推進（AIP）を併用しながらも、スウェーデンのすべての新型潜水艦で一貫して使用されている。 [ 13 ]
ディーゼル電気式動力装置をいち早く採用したもう一つの組織はアメリカ海軍で、同海軍の蒸気工学局が1928年にその使用を提案した。その後、S級潜水艦S-3、S-6、S-7で試験運用され、1930年代のポーポイズ級潜水艦向けに量産された。それ以降、ほとんどのアメリカの通常動力潜水艦で使用され続けた。[ 14 ]
イギリスのU級潜水艦や、低速航行用に独立したディーゼル発電機を使用していた大日本帝国海軍の一部の潜水艦を除けば、1945年以前にディーゼル電気推進を多用した海軍はスウェーデンとアメリカの海軍以外にはほとんどなかった。 [ 15 ]対照的に、第二次世界大戦後、ディーゼル電気推進は徐々に通常型潜水艦の主流の推進方式となった。しかし、その採用は必ずしも迅速ではなかった。特に、ソ連海軍は1980年にパルトゥス級潜水艦で初めて通常型潜水艦にディーゼル電気推進を導入した。[ 16 ]
第一次世界大戦中、煙を噴き出さない鉄道機関車が戦略的に必要とされた。ディーゼル技術はまだ十分に開発されていなかったが、特にフランス（クロシャ・コラルドー、1912年特許、戦車やトラックにも使用）とイギリス（ディック・カー社とブリティッシュ・ウェスティングハウス社）によるガソリン電気式変速機の先駆けとなる試みがいくつか行われた。これらの機関車は約300両が使用され、そのうち標準軌はわずか96両であったが、戦争の様々な時期に実戦投入された。
1920年代、ディーゼル電気技術は、鉄道操車場で列車を移動させたり、列車を組み立てたり解体したりするために使用される入換機関車（英国ではシャンター機関車）で初めて限定的に使用されました。初期の「オイル電気」機関車を提供した会社の一つがアメリカン・ロコモティブ・カンパニー（ALCO）でした。ALCO HHシリーズのディーゼル電気入換機関車は1931年に量産を開始しました。1930年代には、このシステムは当時最速の列車であった流線型列車にも採用されました。ディーゼル電気動力装置は、動力を車輪に伝達する方法を大幅に簡素化し、効率が高く、メンテナンスの必要性が大幅に軽減されたため、人気を博しました。
ダイレクトドライブトランスミッションは非常に複雑になることがあります。一般的な大型ディーゼルエンジンは4,000馬力以上を発生し、約2,100rpm以上では運転できません。低速から時速180キロメートル（110マイル）まで走行するには、20または30のギアが必要になります。この出力でこれらのギアを処理し、さらに4つ以上の車軸を駆動するギアボックスは、巨大で複雑で非効率的であり、機械的故障の可能性があります。ディーゼルをジェネレーターに接続することで、この問題は解消されます。[ 2 ]代替案として、ダイレクトドライブシステムでギアボックスの代わりにトルクコンバーターまたは流体継手を使用する方法があります。[ 17 ]
ディーゼル電気駆動バスも製造されており、バッテリーで走行し、バッテリーに電力を蓄えることができるハイブリッドシステムも含まれる。ディーゼル電気バス用ハイブリッドシステムの主要サプライヤーは、アリソン・トランスミッションとBAEシステムズの2社である。ニューフライヤー・インダストリーズ、ギリッグ・コーポレーション、ノースアメリカン・バス・インダストリーズはアリソンEPハイブリッドシステムの主要顧客であり、オリオン・バス・インダストリーズとノヴァ・バスはBAEハイブリッドドライブシステムの主要顧客である。メルセデス・ベンツは独自のディーゼル電気駆動システムを製造しており、これはシタロに使用されている。単一のディーゼル電気トランスミッションで走行する唯一のバスは、1998年に発表されたメルセデス・ベンツの低床コンセプトバス、シトである。
例としては以下のようなものがあります。
自動車業界では、ディーゼルエンジンと電気トランスミッション、バッテリー電源を組み合わせたシステムが、将来の車両駆動システムとして開発されている。新世代車両パートナーシップ（Partnership for a New Generation of Vehicles ）は、米国政府と「ビッグスリー」と呼ばれる自動車メーカー（ダイムラークライスラー、フォード、ゼネラルモーターズ）との共同研究プログラムであり、ディーゼルハイブリッド車の開発に取り組んだ。
ディーゼル電気推進は、戦車などの一部の軍用車両で試みられてきました。第二次世界大戦中のドイツの装甲車両VK 45.01 (P)、エレファント、およびパンツァーVIIIマウスは、ガソリン電気またはディーゼル電気で推進されました。第二次世界大戦中のプロトタイプTOG1およびTOG2超重戦車は、V12ディーゼルエンジンで駆動される2つの発電機を使用しました。 より最近のプロトタイプには、SEPモジュラー装甲車両およびT95eがあります。将来の戦車は、動力装置のサイズ、重量、および騒音を削減しながら燃料効率を向上させるために、ディーゼル電気駆動を使用する可能性があります。[ 31 ]車輪付き軍用車両でのディーゼル電気駆動の試みには、失敗に終わったACECコブラ、MGV、およびXM1219武装ロボット車両が含まれます。