GM ボルテックパワートレイン

GM ボルテックプラットフォーム
GM ボルテックプラットフォーム
概要
メーカー	ゼネラルモーターズ
別名	Eフレックス
生産	2010–2019
ボディとシャーシ
クラス	拡張範囲EV（EREV）
車両	シボレーボルト、キャデラック ELR、ホールデンボルト、オペルアンペラ、ボクソールアンペラ

Voltec は、以前はE-Flexとして知られ、 2010年11月に発売されたゼネラルモーターズのパワートレインです。Voltecアーキテクチャは、主にプラグイン対応のバッテリー主体の電気自動車で、化石燃料を動力源とするシリーズハイブリッドとパラレルハイブリッドの機能が追加されています。^[1]^[2]

シボレーボルトのような Voltec 車両はすべて電気駆動で、共通のドライブトレインコンポーネントを備えており、燃料電池またはガソリンモーターを使用して車内で電気を生成することができます。回生ブレーキは車内での電力生成に貢献します。

Voltecは、Volt、Vortec 、 technologyを組み合わせた造語です。

ドライブトレイン

第1世代

E-Flex コンセプト (2007)

Voltecドライブトレインは、当初、2007年北米国際オートショーでデビューしたシボレーボルトコンセプトカーのE-Flex推進システムとして実証されました。^[1]^[3]^[4] GMは、E-Flexを、将来の電気推進車両の多くのコンポーネントを標準化し、複数の交換可能な発電システムを可能にする試みであると宣伝しました。^[5] GMは、ボルトをハイブリッドではなく、「拡張範囲電気自動車」のE-REVと説明しました。 ^[1]^[4]^[6]一般に、車両を動かす電気牽引モーターの電力はバッテリーから供給されます。

2007年のVoltコンセプトで実現されたように、初期のE-Flex設計には、ピーク出力120kW（160馬力）、トルク320N・m（240lbf・ft）の電動トラクションモーター、出力53kW（71馬力）の発電機に接続された1L 3気筒ガソリンエンジン、および16kWh（58MJ）のリチウムイオンバッテリーエネルギー貯蔵システムが含まれていました。^[4]^[7]^[8]このコンセプトには12米ガロン（45L、10.0インペリアルガロン）の容量の燃料タンクがあり、電気とガソリンを組み合わせた走行距離は640マイル（1,030km）、総合燃費は50mpg- _US（4.7L/100km、60mpg- _imp）になるとされています。通常の家庭用コンセント（110V AC、15A）を使用すると、バッテリーは6時間半で充電できます。 [ 7 ^]

E-Flex は、シリーズハイブリッドとパラレルハイブリッドの両方の設計の側面を共有するプラットフォームであるため、パワースプリットハイブリッドと見なすことができます。シリーズハイブリッドと同様に、内燃エンジンはトランスミッションに接続されていないため、一定速度で動作し、最適な効率と機械的なシンプルさの両方を実現できます (つまり、可変カム位相調整は不要です)。停止状態から始動すると、E-Flex は電気牽引モーターのみを使用して車輪を駆動します。エンジンからの機械的なパワーは、発電機を駆動するためにのみ使用され、発電機はバッテリーパックを充電します。充電維持モードでの需要が高い場合、モーター出力は充電を蓄積するために高く維持されます。^[1]^[2]^[7]

しかし、定義上、E-Flexトランスミッションの設計は並列ハイブリッドになります。車輪を駆動する遊星ギアセットは、トヨタプリウスの動作と同様に、機械的動力（エンジンから）と電気的動力（モーターから）の両方に結合されています。プリウスは電気モーターを使用してエンジンを補助しますが、対照的に、Voltec設計ではエンジンを使用して電動トラクションモーターを補助します。その結果、Voltec設計では、バッテリーが30％の充電状態以下に消耗した場合にのみ、エンジンからの機械的アシストが行われます。^[1]^[2]^[9]^[7]

電動トラクションモーターはバッテリーから電力を得るため、プラットフォームはバッテリーを充電するための複数のオプションをサポートしています。2007年のNAIASで説明されたように、最初の構成では3気筒のターボチャージャー付き1.0リッターエンジンが使用されていました。これは、ガソリンまたはE85（エタノール85％、ガソリン15％）で稼働できるフレックス燃料エンジンでしたが、このエンジンは量産車には採用されませんでした。^[7]言及された代替エンジンジェネレータオプションには、純エタノール（E100）エンジン、バイオディーゼル燃料で稼働できるディーゼルエンジン、さらには技術が実用化されれば水素燃料電池が含まれていました。内燃機関にまったく依存しない別の電源オプションは、2007年の上海モーターショーで発表されたボルト水素燃料電池コンセプトカーで実証されました。^[3] ただし、燃料電池は新しい低コストのリチウム電池と比較して高価であるため、ゼネラルモーターズは、近い将来のボルト量産車では燃料電池を使用しないことを公に示唆しています。^[10]

生産

第一世代の生産型ボルトは、最高出力111kW（149馬力）の電気モーターで駆動します。通常、ボルトは充電ポートを介して自宅で夜間に充電されます（プラグインハイブリッドモード）。 ^[11] 北米の標準的な120V 、 15Aの家庭用コンセントでフル充電するには10～12時間、240V、15AのSAE J1772電気自動車電源でフル充電するには4時間かかると言われています。^[要出典]

初期のボルテック量産車に搭載されたリチウムイオン電池は、充電状態（SOC）が30%から80%の範囲に保たれており、車載発電機が電池を30%の充電レベルに維持するように作動する。^[4]^[12]当初発売された高電圧蓄電池の総容量は16kW-hrであったが、2014年に16.5kW-hr、さらに17.1kW-hrにアップグレードされた。^[13]

第一世代のVoltecパワートレイン駆動ユニット（トランスアクスル）のGMコードは4ET50（シボレー・ボルトの場合はRPO MKA）と4ET55（キャデラック・ELRの場合はRPO MKD）である。このトランスアクスルには、トルクダンパー（従来のオートマチックトランスミッションのトルクコンバーターと同じ役割を果たす）、モーター/ジェネレーターA、遊星ギアセット、3つのクラッチ、駆動モーターB、および減速ギアと差動装置を含むファイナルドライブが統合されている。^[14]

手術

特許に記載されているように、エンジンは、選択的に係合するクラッチであるトルクダンパーを使用してトランスアクスルに結合され、エンジンをモーター/ジェネレーター A のローターに結合します。エンジンとの選択的な結合に加えて、モーター/ジェネレーター A は、 2 番目のクラッチを使用して遊星ギアセットのリングギアに結合することもできます。リングギアを選択的に接地するために、3 番目のクラッチが設けられています。モーター B は同じギアセットのサンギアに永久的に結合されています。ピニオンキャリアは、減速ギアと差動装置を介して車輪を駆動します。この設計を使用すると、トランスアクスルはシリーズハイブリッドモードとスプリット出力モードを切り替えることができ、低範囲は 1 つのモーターを使用したシリーズハイブリッドとして提供され、高範囲は両方のモーターからの出力をブレンドしたスプリット出力によって提供されます。^[19]^[20]

クラッチの接続とエンジンの動作に応じて、6つの基本的な動作モードがあります。^[19]ゼネラルモーターズは、バッテリーへの電力の流れに応じてモードを分類しています。これには、2つの充電枯渇（全電気）モード、CD1とCD2、および2つの充電維持（拡張レンジ/ハイブリッド）モード、CS1とCS2が含まれます。要約：^[21]^：164–165

CD1: モーターBは牽引力に使用されます
CD2: モーターBは牽引力として使用され、モーター/発電機Aがモーターとして補助する。
CS1：モーターBを牽引力に使用し、エンジンはM/GAを発電機として使用して発電する（シリーズハイブリッド）
CS2: モーターBは牽引力に使用され、エンジンによって補助されます（出力パワー分割）

この特許には、牽引力がほとんどまたは全く適用されない2つの追加のニュートラルモードが含まれています。^[19]

特許によれば、エンジンはクラッチ C2 と C3 の両方が作動しているときのみ牽引力を発揮します。第 1 世代の Volt と ELR では、これは 1 つの動作モード (CS2) で発生し、そのモードではエンジンが電動牽引モーター (B) を補助すると考えられています。

第2世代

2016年型Voltは、プレミアムガソリンではなくレギュラーガソリンで作動する1.5L I4エンジン発電機と、18.4kW-hrの大容量を備えたアップグレードされたバッテリーパックを搭載し、1回の充電で推定52マイル（84km）の全電気走行距離を実現した。これは、初代Voltの41マイル（66km）を大幅に上回る。^[22]

第2世代のVoltecパワートレイン駆動ユニット（トランスアクスル）のGMコードは5ET50です。^[23]第1世代の4ET50 / 55トランスアクスルと比較すると、全体的な設計はパラレルハイブリッドに近づき、ハイブリッドモードではエンジンからの機械的動力と電気モーターによって補完された機械動力を使用してより頻繁に動作します。2番目の遊星歯車セットが追加され、遊星歯車は2つのピニオンキャリアを結合することによって相互接続され、これらはトランスアクスル出力、最終駆動差動装置、および車輪に結合されます。さらに、両方の電気モーターがモーターとジェネレーターとして使用されるようになりました。モーター/ジェネレータAはフェライト磁石を使用し、出力は48kW（64馬力）/ 118N⋅m（87lbf⋅ft）であるのに対し、モーター/ジェネレータBは希土類磁石を使用し、出力は87kW（117馬力）/ 280N⋅m（210lbf⋅ft）である。^[24]^[25]各モーターは第1世代のVoltecの対応するモーターよりも小型で、トランスアクスルの重量が164kgから119kg（362ポンドから262ポンド）に軽減されている。^[17]

動作モード

第2世代のボルトには、2つの充電枯渇型（全電気式）CD1とCD2、および3つの充電維持型（ハイブリッド）CS1からCS3の5つの異なる動作モードがあります。これらは次のとおりです。^[17]

CD1: モーター/発電機Bは牽引力に使用されます
CD2: モーター/発電機AとBの両方が牽引力として使用される
CS1: エンジンは牽引力に使用され、M/GB によって補助され、電気的に可変のギア比 (高出力または低速用の「ローレンジ」) を備えています。
CS2: エンジンは牽引力に使用され、M/GB によって補助され、固定ギア比で駆動されます (加速を必要とする一般的な運転条件)
CS3: エンジンは、電気的に可変のギア比（高速道路での巡航用の「ハイレンジ」または「オーバードライブ」）で牽引力に使用されます。

第2遊星歯車機構（R2）のリングギア上のクラッチ（C3）はワンウェイクラッチであり、モーター/ジェネレータAがエンジンを逆回転させるのを防ぎます。^[24]

マリブ

シボレーマリブハイブリッドは、第 2 世代の Volt と同じ基本的な 2 モーター Voltec ドライブユニット/トランスアクスル設計と一般的なレイアウトを使用しています。ただし、ボルトと比較すると、マリブハイブリッドはプラグインハイブリッドではなく、バッテリーが小さくなっています。その結果、マリブハイブリッドは充電維持 (CSx) モードでより頻繁に動作し、モーター/ジェネレーターユニットには異なるローターが取り付けられており、ボルトと同じステーターを共有しています。ボルトは、M/GA のローターにフェライト磁石を使用し、M/GB のローターに希土類磁石を使用していますが、マリブハイブリッドは、M/GA と B の両方でローターに希土類磁石を使用しています。^[27]

マリブハイブリッドは、ボルトと同じ3つの充電維持（CS1～CS3）動作モードを提供しますが、充電排出モードは1つだけです（CD1）。マリブハイブリッドトランスアクスルは5ET50（MKE）と呼ばれ、ボルトで使用されている5ET50（MKV）に似ていますが、最初の遊星ギアセット（ボルトモード図では「C3」と表示）のワンウェイスプラグクラッチが省略されているため、2モーターモード（CD2）で動作することはできません。^[27]

CT6

キャデラックCT6 PHEVは、縦置きエンジンと後輪まで伸びるドライブシャフトを備えた4EL70トランスミッション（RPO MRD）^{[28]を使用した}フロントエンジン、後輪駆動レイアウトを採用しています。トランスミッションは5ET50トランスアクスルと概略的に似ていますが、主にパフォーマンスのために遊星ギアセットと2つのクラッチが追加されています。2つの結合されたピニオンギアキャリア（P1とP2）の出力は、3番目の遊星ギアセット（S3）のサンギアに結合され、3番目の遊星ギアセット（P3）のピニオンギアキャリアはドライブシャフトに出力を提供します。^[29]トランスミッションはワンウェイクラッチ（C3）を保持しているため、モードCD2（デュアル電気モーター操作）が利用可能です。

5ET50（MKV）と同様に、4EL70のモーター/ジェネレーターAは希土類材料の使用を排除するように設計されました。M/GBはシボレースパークEVに使用されているトラクションモーターに関連しています。^[29]

車両

量産車、Voltec第1世代

シボレーボルト (第 1 世代) (オーストラリア、ヨーロッパ、イギリスではホールデンボルトおよびオペル/ボクスホールアンペラとして販売)
キャデラック ELR

GMは、最初のVoltecアプリケーションにグローバルデルタIIコンパクトカーアーキテクチャを選択しました。Voltecの生産は2010年11月に開始され、最初のVoltecは2010年12月に小売顧客に納品されました^[36]

量産車、Voltec第2世代

シボレーボルト（第2世代）、2016年モデル、プラグインハイブリッド。中国ではビュイックヴェリテ5として販売されている。
シボレーマリブハイブリッドMY 2016、ハイブリッド
キャデラック CT6 PHEV、2017年、プラグインハイブリッド

コンセプトカー

参照

GMエンジン一覧
GMトランスミッション一覧
グローバルハイブリッド協力、ゼネラルモーターズとパートナーがボルテックと並行して開発した2モードハイブリッド技術

参考文献

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