ディーゼル・電動パワートレイン

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は、道路、鉄道、海上輸送の車両用のディーゼルエンジンで駆動す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、ガソリンエンジンで駆動するガソリン電気トランスミッションに似ています。

ディーゼル電気式変速機は、電気モーターが0 RPMから最大トルクを供給できるため、鉄道ではディーゼル電気式機関車やディーゼル電気式多重ユニットに使用されています。ディーゼル電気式システムは、潜水艦などの海上輸送や、その他の陸上車両に 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特徴は、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により、ギアボックスの必要性を回避することです。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電力を供給され、車両はハイブリッド電気自動車の一種になります。このトランスミッション方法は、ガソリンエンジンで駆動する車両で使用され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と同じであるため、電気トランスミッションと呼ばれることもあります。

ディーゼル電気トランスミッションは、無段変速機の一種です。ギアボックスがないため、ギアチェンジの必要がなく、クラッチの切断による不均一な加速を防ぎます。補助バッテリーを使用すると、たとえばエンジンからの騒音や排気がクリーンエアゾーンを乱す場合など、モーターを電気だけで動かすことができます。^[1]

ディーゼル電気トランスミッションの欠点は、エネルギー変換による潜在的な複雑さ、コスト、効率の低下です。^{[疑わしい–議論する]}ディーゼルエンジンと電気モーターはどちらも低回転で高いトルクを発揮することで知られていますが、高回転ではトルクがほとんど出ない場合があります。通常、このためガソリンエンジンは電気モーターとペアになっています。ガソリンエンジンは高回転で最も大きなトルクを発生し、電気モーターの低回転トルクがそれを補います。

最初のディーゼル動力船は、1903年に進水したロシアのタンカー、ヴァンダル号で、ディーゼル電気推進船でもありました。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）、ディーゼル電気動力装置を水上艦で使用することは最近増加しています。 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ミョイネンは、ディーゼル電気駆動を採用した最初の水上艦の1つでした。その後、この技術はディーゼル動力砕氷船に使用されました。^[要出典]

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艦を建造した。機械不足のため、エヴァーツ級とキャノン級の護衛駆逐艦はディーゼル電気推進となり、設計馬力の半分に抑えられた（バックリー級とラドロー級は全出力の蒸気タービン電気推進だった）。^[2]一方、ウィンド級砕氷船は、柔軟性と耐損傷性を考慮してディーゼル電気推進用に設計された。 ^{[3] [4]}

クルーズ船や砕氷船を含む現代のディーゼル電気船の中には、船底のアジマススラスターと呼ばれるポッドに電気モーターを搭載し、360度回転を可能にして船の操縦性を大幅に向上させているものもあります。その一例が、2019年時点で最大の客船であるシンフォニー・オブ・ザ・シーズ^です。[5]

ガスタービンは発電にも使用され、いくつかの船ではその両方が使用されています。クイーン メリー 2号には、船底にディーゼル エンジン 1 基と、主煙突の近くに取り付けられた 2 基のガスタービンがあります。プロペラを駆動するために使用されるものも含め、すべてが発電に使用されます。これにより、過度の減速ギアリングを必要とせずに、タービンの高速、低トルク出力を使用して低速プロペラを駆動する比較的簡単な方法が提供されます。^{[引用が必要]}

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、水上走行用のディーゼルエンジンと水中推進用の電動モーターを切り替えていました。モーターとエンジンが同じシャフトに結合されていたため、これは事実上「並列」タイプのハイブリッドでした。水上では、モーター（エンジンで駆動）は発電機として使用され、バッテリーを充電し、他の電気負荷に電力を供給していました。水中での運転時にはエンジンが切り離され、バッテリーが電動モーターに電力を供給し、他のすべての電力も供給しました。^[6]

対照的に、真のディーゼル電気トランスミッション構成では、プロペラは常に1つ以上の電気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用の電気エネルギーを提供します。このソリューションには、当初一般的だったディーゼルエンジンとプロペラの直接の機械的接続と比較し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、騒音の多いエンジン室を外側の耐圧殻から機械的に分離し、浮上時に潜水艦の音響特性を低減することです。一部の原子力潜水艦も同様のターボ電気推進システムを使用しており、推進ターボ発電機は原子炉プラントの蒸気で駆動されます。^[7]

真のディーゼル電気式変速機の先駆的ユーザーの中には、 1904年に進水した初の潜水艦HMS Hajen（後にUb no 1に改名）を擁したスウェーデン海軍がいた。当初はセミディーゼルエンジン（主に灯油を燃料とする熱球エンジン）を搭載していたが、後に真のディーゼルエンジンに交換された。 ^[8] 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（2nd class、Laxen class、Braxen class）でさらに7隻の潜水艦を進水させ、すべてディーゼル電気式変速機を使用していた。 ^[9]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、ディーゼル電気式変速機を一時的に放棄したが、^[10] 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に、この技術がすぐに再導入された。それ以降、ディーゼル電気駆動方式は、 1988年にHMSネッケンからスターリングエンジンによる非大気依存推進（AIP）が追加されたとはいえ、スウェーデンのすべての新型潜水艦に一貫して採用されている^。[11]

ディーゼル電気変速機を早期に採用したもう一つの国はアメリカ海軍で、海軍蒸気工学局は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で試され、1930年代にポーパス級で量産された。それ以降、ほとんどのアメリカの通常型潜水艦で使用され続けた。^[12]

イギリスのU級潜水艦と、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日本海軍の一部潜水艦を除けば、スウェーデンとアメリカ以外の海軍では、1945年以前にディーゼル電気変速機を多用した海軍はほとんどなかった。 ^[13]対照的に、第二次世界大戦後、ディーゼル電気変速機は徐々に通常型潜水艦の推進方式の主流となった。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年のパルトゥス級まで通常型潜水艦にディーゼル電気変速機を導入しなかった。^[14]

第一次世界大戦中、煙を上空に上げない鉄道機関車が戦略的に必要とされていた。ディーゼル技術はまだ十分に発達していなかったが、フランス（クロシャ・コラード、1912年特許取得、戦車やトラックにも使用）とイギリス（ディック・カー＆カンパニーとブリティッシュ・ウェスティングハウス）によるガソリン電気トランスミッションを中心に、いくつかの先駆的な試みがなされた。これらの機関車のうち、標準軌はわずか96両で、戦争のさまざまな時点で使用されていた。^[要出典]

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、組み立てや分解を行ったりするために使用される機関車であるスイッチャー機関車(英:入換機関車) に限定的に使用されました。「オイル エレクトリック」機関車を最初に提供した会社は、アメリカン ロコモティブ カンパニー(ALCO) でした。ディーゼル電気スイッチャーのALCO HH シリーズは、1931 年に量産に入りました。1930 年代には、このシステムが当時最速の列車であったストリームライナーに採用されました。ディーゼル電気発電所は、動力を車輪に伝達する方法が大幅に簡素化され、効率が高く、メンテナンスの必要性が大幅に減少したため、人気が高まりました。一般的な機関車には 4 本以上の車軸があるため、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可能性があります。さらに、ダイレクト ドライブ ディーゼル機関車では、エンジンをパワーバンド内に維持するために非現実的な数のギアが必要になります。ディーゼルを発電機に接続すれば、この問題は解消されます。別の方法としては、ギアボックスの代わりに、直接駆動システムで トルク コンバータまたは流体カップリングを使用する方法があります。

ディーゼル電気ベースのバスも生産されており、これにはバッテリーで走行して電力を蓄えることができるハイブリッドシステムが含まれます。ディーゼル電気路線バスのハイブリッドシステムの2大プロバイダーは、アリソントランスミッションとBAEシステムズです。ニューフライヤーインダストリーズ、ギリ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 HybriDriveシステムの主要顧客です。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、シタロに使用されています。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年に導入されたメルセデスベンツシト低床コンセプトバスです。

例:

• Liebherr T 282BダンプトラックやLeTourneau L-2350 ホイールローダーなどの大型鉱山機械。
• NASAのクローラートランスポーター。
• 三菱ふそう キャンター エコ ハイブリッド商用トラック。
• インターナショナルデュラスターハイブリッドディーゼル電気トラック。^[15]
• ダッジは、ダッジ・スプリンターのディーゼル電気バージョンの車両テストを実施している。^{[16] [17]}
• Hyllion社は、6X4HEクラス8ディーゼル電気ハイブリッドシステムで走行できるように一部の大型トラックを改造している。^{[18] [19]}
• エジソン・モーターズは、電気およびディーゼル電気の大型トラックとピックアップトラックを製造しているカナダの会社です。^[20]

自動車業界では、将来の車両駆動システムとして、ディーゼルエンジンと電動トランスミッションおよびバッテリー電源を組み合わせたものが開発されている。新世代車両パートナーシップは、米国政府と「ビッグ 3」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、ディーゼル ハイブリッド車を開発していた。^[要出典]

• 「第三千年紀クルーザー」は、1980年代初頭にディーゼル電気自動車を商品化する試みでした。^{[引用が必要]}
• ゼネラルモーターズの教訓
• フォード プロディジー
• ダッジ イントレピッド ESX
• フォード・リフレックスはディーゼルハイブリッドコンセプトカーである。^[21]
• ザイテックはディーゼルハイブリッドパワートレインを開発した。^{[22] [23]}
• プジョー 307 ハイブリッド HDi
• シトロエン C-カクタス^[24]
• オペル フレックストレム
• トップギア ハンマーヘッド イーグル i-スラスト
• リビアン・オートモーティブは、市街地で1ガロンあたり90マイル（2.61 L/100 km）、高速道路で1ガロンあたり100マイル（2.35 L/100 km）以上を達成できるディーゼル電気エンジンを開発していました。^[25]

ディーゼル電気推進は、戦車などの一部の軍用車両で試されている。第二次世界大戦のドイツの装甲車両VK 45.01（P）、エレファント、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推進だった。第二次世界大戦の試作型超重戦車TOG1およびTOG2は、V12ディーゼルエンジンで駆動するツインジェネレータを使用していた。より最近の試作型には、SEPモジュラー装甲車両やT95eがある。将来の戦車は、燃料効率を改善し、発電所のサイズ、重量、騒音を減らすためにディーゼル電気駆動を使用する可能性がある。^[26]ディーゼル電気駆動を車輪付き軍用車両に採用した試みには、失敗に終わったACECコブラ、MGV、XM1219武装ロボット車両などがある。^[要出典]

• DC配電システム（船舶推進）
• ガソリン・電気トランスミッション
• タービン電動パワートレイン（別名ターボ電動）

• HowStuffWorksのディーゼル燃料ハイブリッドの仕組み
• EERE クリーンフリートガイド（車両タイプ別）
• Hybrid-Vehicle.org: ハイブリッド車の歴史、技術、幅広い車種の実用化に関する情報。2021-02-24にWayback Machineでアーカイブされました。
• ディーゼルハイブリッドニュース