ディーゼル・電動パワートレイン
このMetra EMD F40PHM-2機関車は、 Electro-Motive Dieselが設計したディーゼル電気変速機を使用しています。

ディーゼル・エレクトリック・トランスミッション、またはディーゼル・エレクトリック・パワートレイン[ 1 ]は、道路、鉄道、海上輸送における車両用電動モーター用の電力を生成するディーゼルエンジンを動力源とするトランスミッションシステムです。ディーゼル・エレクトリック・トランスミッションは、ガソリンエンジンを動力源とするガソリン・エレクトリック・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、電気モーターが回転数0から最大トルクを供給できるため、鉄道のディーゼル電気機関車やディーゼル電気式多連装車両に使用されています。また、ディーゼル電気式システムは、潜水艦を含む海上輸送や、その他の陸上車両にも使用されています。

説明

ディーゼル電気トランスミッションの主な利点は、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っ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[2]が不要になることです。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できるため、車両はハイブリッド電気自動車の一種となります。他の動力源との同様の構成としては、ガソリンエンジンを動力源とするガソリン電気トランスミッションや、ガスタービンを用いたタービン電気パワートレインがあります。

メリットとデメリット

強力なディーゼルエンジンで複数の出力（例えば、複数の車軸）を直接駆動するため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必要としません。[ 2 ]ギアボックスがないため、ギアチェンジの必要がなくなり、クラッチの切断による加速の不均一を回避できます。補助バッテリーを使用すれば、例えば内燃機関の使用が制限されているクリーンエアゾーンなどでは、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。[ 3 ]

船舶

シーメンス・ショッテル社製アジマススラスター
USCGCヒーリーはGEC-アルストムが設計したディーゼル電気推進システムを採用している。

最初のディーゼルモーター船は、 1903年に進水したロシアのタンカー「ヴァンダル」であり、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）、近年では水上艦におけるディーゼル電気推進装置の使用が増加しています。 1928年から1929年にかけて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、ディーゼル電気推進装置を採用した最初の水上艦の一つでした。その後、この技術はディーゼル駆動砕氷船にも採用されました。

第二次世界大戦中、アメリカ海軍はディーゼル電気推進方式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方式を採用したが、出力は設計馬力の半分にとどまった（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方式であった）。[ 4 ]一方、ウィンド級砕氷船は、その柔軟性と耐損傷性からディーゼル電気推進方式を採用した。[ 5 ] [ 6 ]

クルーズ船や砕氷船を含む一部の近代的なディーゼル電気船は、船底に搭載された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度回転することで船の操縦性を大幅に向上させています。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。 [ 7 ]

ガスタービンは発電にも利用されており、一部の船舶では両者を組み合わせて使用​​されています。クイーン・メリー2号は、船底にディーゼルエンジン1基と、主煙突付近にガスタービン2基を搭載しています。これらはすべて発電に利用されており、プロペラ駆動用のガスタービンも含まれています。これにより、過度の減速ギアを必要とせずに、タービンの高速・低トルク出力を低速プロペラの駆動に利用できる比較的シンプルな方法を実現しています。

潜水艦

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、水上航行時にはディーゼルエンジン、潜水時には電動モーターを切り替えて駆動していました。水上では、ディーゼルエンジンが船の推進力となり、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機能していました。潜航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と電気機器に電力を供給しました。[ 8 ]

対照的に、真のディーゼル電気駆動方式では、プロペラは常に1つまたは複数の電動モーターによって直接または減速機を介して駆動され、1つまたは複数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のための電気エネルギーを供給する。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と比べていくつかの欠点があるが、最終的には利点の方が重要であることが判明した。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することで、浮上時の音響特性を低減し、潜水艦の探知を防ぐことである。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採用しており、推進ターボ発電機は原子炉プラントの蒸気で駆動されている。[ 9 ]

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、スウェーデン海軍がいた。同国初の潜水艦であるHMS Hajen（後にUb no 1に改名）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熱球エンジン）を搭載していたが、後に真のディーゼルに交換された。 [ 10 ]スウェーデン海軍は1909年から1916年にかけて、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。[ 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、ディーゼル電気式変速機を一時的に放棄したが、[ 12 ]スウェーデンが1930年代半ばに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年のHMSネッケンに始まり、スターリングエンジンによる非大気依存推進（AIP）を補完しながらも、スウェーデンの潜水艦のすべての新型クラスで一貫して使用されている。 [ 13 ]

ディーゼル電気式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年にその導入を提案しました。その後、 S級潜水艦S-3、S-6、S-7で試用され、1930年代にはポーパス級潜水艦向けに量産が開始されました。それ以降、ディーゼル電気式変速機はアメリカのほとんどの通常型潜水艦で使用され続けました。[ 14 ]

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搭載し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海軍を除き、1945年以前にディーゼル電気駆動方式を積極的に採用した海軍は少なかった。 [ 15 ]一方、第二次世界大戦後、ディーゼル電気駆動方式は徐々に通常型潜水艦の推進方式として主流となった。しかし、その導入は必ずしも迅速ではなかった。特筆すべきは、ソ連海軍が通常型潜水艦にディーゼル電気駆動方式を導入したのは1980年のパルトゥス級まで待たなければならなかったことである。[ 16 ]

鉄道機関車

第一次世界大戦中、煙を吐き出さない鉄道機関車が戦略的に必要とされていました。ディーゼル技術はまだ十分に発達していませんでしたが、フランス（クロシャ＝コラード社、1912年の特許取得、戦車やトラックにも適用）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動力伝達装置など、いくつかの先駆的な試みがなされました。これらの機関車は約300両で、そのうち標準軌用はわずか96両でした。

1920年代、ディーゼル電気技術は、鉄道操車場内で列車を移動させたり、組み立て・分解したりするために使用された入換機関車（英：入換機関車）に限定的に初めて採用されました。初期の「油電式」機関車を提供した企業は、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年に量産に入りました。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採用されました。ディーゼル電気発電所が普及したのは、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軽減されたためです。

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。典型的な大型ディーゼルエンジンは4,000馬力以上を発生できますが、約2,100rpm以上で回転することはできません。そのため、低速から時速180キロメートル（110mph）まで走行するには、20～30段のギアが必要になります。これだけの出力でこれらのギアを操作し、さらに4軸以上の車軸を駆動するギアボックスは、巨大で複雑、非効率、そして機械的な故障のリスクが高くなります。ディーゼルエンジンを発電機に接続することで、この問題は解消されます。[ 2 ]代替案としては、ダイレクトドライブシステムの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 ]

道路およびその他の陸上車両

バス

ルーフトップバッテリー搭載の新型Flyer Industries DE60LFディーゼル電気バス
床下にバッテリーを搭載したMCIディーゼル電気プロトタイプバス

ディーゼル電気で動く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も含まれる。ディーゼル電気路線バス用ハイブリッドシステムの2大メーカーは、アリソントランスミッションとBAEシステムズである。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 HybriDrive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、シター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ある。

トラック

ディーゼル電気駆動のリープヘルT282ダンプカー

例:

コンセプトカー

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、そしてバッテリー電源を組み合わせた開発が進められています。新世代自動車パートナーシップ（PNG）は、米国政府と「ビッグスリー」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）による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携わりました。

軍用車両

ディーゼル電気推進は、戦車など一部の軍用車両で試されてきた。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推進であった。第二次世界大戦中の試作型超重戦車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と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かもしれない。[ 31 ]ディーゼル電気駆動を装輪軍用車両に採用した試みとしては、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ある。

参照

参考文献

  1. ^ 「ディーゼル電気」。オックスフォード英語辞典（オンライン版）。オックスフォード大学出版局。(サブスクリプションまたは参加機関のメンバーシップが必要です。)ダッシュではなくハイフンを使用することに注意してください。
  2. ^ a b c Nice, Karim; Homer, Talon (2022年4月14日). 「ディーゼル機関車の仕組み」HowStuffWorks .
  3. ^ Tinsley, David (2023年8月11日). 「テムズ川クリーンエアゾーンのバッテリー電源」 . Motorship . 2023年9月27日閲覧。
  4. ^シルバーストーン、ポール・H（1966年）『第二次世界大戦のアメリカ軍艦』ダブルデイ・アンド・カンパニー、  pp.153-167。
  5. ^シルバーストーン(66)、378ページ
  6. ^ 「USCG砕氷船」 .米国沿岸警備隊カッターの歴史. 米国沿岸警備隊. 2012年12月12日閲覧。
  7. ^ 「オアシスクラス | 世界最大のクルーズ船 | ロイヤル・カリビアン・クルーズ」オアシスクラス2021年1月25日閲覧。
  8. ^フリードマン、ノーマン（1995年）『1945年までのアメリカの潜水艦：図解設計史』海軍研究所出版。259  ～ 260頁。ISBN 978-1-55750-263-6。
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  10. ^グランホルム、フレドリック (2003)。Från Hajen から Södermanland まで: Svenska ubåtar が 100 ドル未満。マリンリッタートゥーレニンゲン。12 ～ 15ページ 。ISBN 9185944-40-8。
  11. ^グランホルム、フレドリック (2003)。Från Hajen から Södermanland まで: Svenska ubåtar が 100 ドル未満。マリンリッタートゥーレニンゲン。18 ～ 19、24 ～ 25ページ 。ISBN 9185944-40-8。
  12. ^グランホルム、フレドリック (2003)。Från Hajen から Södermanland まで: Svenska ubåtar が 100 ドル未満。マリンリッタートゥーレニンゲン。 pp  . 16–17、20–21、26–29、34–35、82.ISBN​​​​​​​ 9185944-40-8。
  13. ^グランホルム、フレドリック (2003)。Från Hajen から Södermanland まで: Svenska ubåtar が 100 ドル未満。マリンリッタートゥーレニンゲン。 pp  . 40–43、48–49、52–61、64–67、70–71。ISBN​​​​​​​​​ 9185944-40-8。
  14. ^フリードマン、ノーマン（1995年）『1945年までのアメリカの潜水艦：図解設計史』海軍研究所出版。259  ～ 260頁。ISBN 978-1-55750-263-6。
  15. ^フリードマン、ノーマン（1995年）『1945年までのアメリカの潜水艦：図解設計史』海軍研究所出版。259  ～ 260頁。ISBN 978-1-55750-263-6。
  16. ^ Никoлaeв、AC "Проект "Пaлтyc" (NATO-"Kilo")"。Энциклопедия отeчествeннoгo подводнoгo флотa 。2020年6月2日に取得。
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  21. ^ “ピータービルトはスーパートラックを披露” . 2013 年 9 月 13 日。
  22. ^ 「ピータービルト社、CESでスーパートラックIIによる先進技術とイノベーションを披露 | ピータービルトニュース」。
  23. ^ 「HyliionとDanaが初のハイブリッドディーゼル電気トラックをPenskeに納入」 Fleet Equipment Magazine 2020年2月23日。
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  29. ^ 「自動車ニュース：最新自動車ニュースと初試乗レポート」。The Car Connection。2008年5月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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  31. ^「軍事用途向け電気/ハイブリッド電気駆動車両」、軍事技術（Moench Verlagsgesellschaft mbH）（2007年9月）：132～144ページ、2007年9月、132～144ページ
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