ハイブリッド燃料節約の秘密：eCVTトランスミッションの詳細な技術的解説

一般的なハイブリッドモデルの多くに eCVT ギアボックスが搭載されていることにお気づきかもしれません。たとえば、レクサスのハイブリッドモデルのフルラインナップ、トヨタ カムリ ハイブリッド、フォード フュージョン ハイブリッドなどです。北米市場で販売されているハイブリッドのホンダアコードにもeCVTトランスミッションが搭載されています。

燃費効率を追求するハイブリッド車にとって、eCVTは実は最も低コストで最も効率的なトランスミッション技術です。ただし、eCVT は従来の CVT トランスミッションとはまったく異なり、その技術原理も大きく異なることに注意してください。 eCVT は単なる動力分配技術であり、真の速度伝達装置ではないとも言えます。

eCVT は PSD (Power Split Device) とも呼ばれます。名前の通り、電力分配装置です。一般的にはプラグインハイブリッド（Plug-in Hybrid）ではなく、マイルドハイブリッドモデル（Hybrid）に使用されます。後者は通常、オートマチックトランスミッションと組み合わされます。

マイルドハイブリッドモデルの特徴は、最大限の省エネを実現すると同時に、パワーに関して目立ったパラメータを持たないことです。一般的にファミリーカーやコンパクトSUVに適しています。もちろん、150万元もするレクサスLS600hLは個別のケースだ。 eCVT の具体的な原理を説明します。

まず、ハイブリッド車のパワートレインを理解する必要があります。これは通常、燃料エンジン、2 つの電気モーター、およびバッテリー パックで構成されています。ハイブリッド車の燃料エンジンの最大出力とトルクは、一般的にそれほど高くないことに注意する必要があります。そのほとんどは自然吸気モデルであり、アトキンソンサイクルを採用しています。

レクサスNX300hを例にとると、最高出力114kW、最大トルクはわずか210N・mの2.5L自然吸気エンジンを搭載しています。同時に、最大出力105kW、最大トルク270N・mの電動モーターも搭載されています。バッテリーパックに関しては、この車は1.6kWhのニッケル鉄バッテリーを使用しています。

この組み立てでは、ほとんどの場合、電気モーターのみが車両を駆動するため、車両の最大出力が 114 + 105 = 219kW であるとは考えないでください。高速巡航時のみシステムが動力源を切り替え、車両はエンジンによって直接駆動されます。

1.6kWh バッテリー パックには 2 つの機能があります。1 つは電気モーターに電力を供給することです。もう1つはブレーキによって回収されたエネルギーを蓄えることです。バッテリー電力は第2モーターによって生成されます。このモーターのエネルギー源は、燃料エンジンとKERS（運動エネルギー回生システム）です。

上の写真はeCVTの遊星歯車の概略図です。中央の緑色の歯車は「サンギア」と呼ばれ、発電機に接続されています。その周りの 4 つのオレンジ色の歯車は遊星歯車と呼ばれ、燃料エンジンに接続されています。一番外側の黄色いギアはリングギアと呼ばれ、動力モーターに接続され、リングギアは動力出力軸に直接接続されます。

このようにして、燃料エンジンと電気モーターの動力は、遊星歯車構造を介して統合されます。ほとんどの場合、自動車はリングホイール、つまり電気モーターの動力を利用して車両を駆動します。モーターのギア比は固定されているため、eCVT にはいわゆるギア比の概念はなく、異なるギアを実現するために複数セットの遊星ギアやクラッチは必要ありません。

eCVT は高速巡航時のみ、燃料エンジンのパワーを車輪の端に直接出力します。これは、最高ギアで作動する従来のオートマチックトランスミッションに相当します。この設定の理由は、高速走行時にはモーターの回転数が非常に高くなり、熱効率が低下するためです。このとき、バッテリーパックが高出力電流を出力し続けると、電気システム全体の熱管理が問題になります。同時に、高速巡航条件下では、アトキンソンエンジンも最適な動作範囲に入ることができます。

アトキンソン サイクルは、コネクティング ロッド機構を使用してピストンのストロークを最大化し、膨張比を圧縮比よりも大きくするエンジン ストローク パターンです。このようにして、エンジンシリンダーは排気ガスの圧力を最大限に活用して動作することができ、さらに燃料消費を節約できます。しかし、この設計だからこそ、A型エンジンの低トルク性能や高速性能は、普通のエンジンほど良くありません。

つまり、eCVTパワートレインを採用した車両は、電動モーターかエンジンのいずれかで駆動されており、いわゆるハイブリッド出力はないことがわかります。実際の出力は 2 つの合計ではありません。レクサス LS 600hL は、最高出力 290kW の自然吸気エンジンと、合計出力 165kW の電気モーターを搭載していますが、0 ～ 100 km/h の加速性能は、285kW の自然吸気エンジンのみを搭載した LS460L ほど優れていません。前者には 2 つの電源がありますが、一度に出力できるのはそのうちの 1 つだけです。

このように、ハイブリッド車を運転しているとき、エンジンは轟音を立てていますが、その主な役割はバッテリーを充電することです。ではなぜ燃料を節約するのでしょうか?これは、複数のギア比がなく、動力は主にモーターを介して出力されるため、eCVTパワートレインのエネルギー損失は、従来の自動変速機のような大きなエネルギー伝達損失がないためです。

低速時には、車両は純粋な電気モードで直接走行し、エンジンはアトキンソンサイクルを採用しているため、燃料消費がさらに削減されます。ハイブリッド車はこのようにして燃料を節約します。

ここで言及する必要があるのは、ハイブリッド車のアトキンソンサイクルエンジンは、実際には歴史上ジェームズ・アトキンソンが設計した複雑な構造を採用していないということです。レクサスなどのハイブリッド車のエンジンでは、エンジンの電子制御システムの進歩により、吸気バルブの閉じるタイミングを遅らせ、シリンダー内の混合ガスの一部を行程後にオーバーフローさせることで、圧縮比よりも高い膨張比を偽装的に実現しています。

しかし、これがeCVTの原理だとしたら、このタイプのハイブリッド車では四輪駆動は実現できないのではないか？と疑問に思うかもしれません。もちろん、レクサス NX 300h には前輪駆動バージョンと四輪駆動バージョンの両方が用意されています。しかし、その四輪駆動バージョンは、従来の四輪駆動とは実装が異なります。

従来の四輪駆動構造、つまり後車軸がドライブシャフトを介して動力を伝達する四輪駆動モードは、ギアボックスに依存して実現されていることに注意する必要があります。マニュアルトランスミッションでもオートマチックトランスミッションでも、四輪駆動システムに対応できるバージョンには、反対方向の 2 つの出力軸があります。

しかし、eCVT はギアボックスではないので、どのようにして 2 つの出力シャフトを同時に提供できるのでしょうか?必要ありません。レクサスの四輪駆動モードは、車両の後車軸に電気モーターを追加して四輪駆動を実現するもので、中間のドライブシャフトは必要ありません。このデザインは、ボルボ V60 プラグインハイブリッドのコンセプトに似ています。

ハイブリッド車にとって、燃料節約は究極の目標です。しかし、eCVT は実際には比較的保守的なソリューションにすぎません。前述の通り、eCVT は燃費は良いものの動力性能が劣るため、すべてのマイルドハイブリッドモデルで eCVT が採用されているわけではありません。パフォーマンス重視のハイブリッドモデル、特に後輪駆動モデルの中には、依然としてオートマチックトランスミッションを使用しているものもあります。

たとえば、インフィニティ Q50 ハイブリッドには、3.5L 自然吸気エンジンと 50kW モーターが搭載されており、7 速ギアボックスと組み合わされています。これは、eCVT が前輪駆動または四輪駆動の状況にのみ適しており、後輪駆動車には無力であるためです。 Q50に搭載されている7速ギアボックスはメルセデス・ベンツ7G-Tronic製で、ハイブリッドシステムで使用できます。

このハイブリッドモードでは、エンジンとモーターが同時に車両を駆動するか、モーターのみが車両を駆動するかのいずれかの状況しかありません。 eCVTのようにエンジンだけで車両を駆動する状況はありません。エンジンと電気モーターは実際には出力シャフトを介してギアボックスに接続されているためです。

このハイブリッドモードの重要な点は、モーターがエンジンをベースにしたパワーの一部を補完し、車両の本来の高馬力エンジンをベースにした最大出力をさらに高めることができることです。したがって、このモードでのモーター出力は一般にそれほど大きくありません。特定の作業条件下では、純電気モードに調整することもでき、ある程度燃料を節約できます。しかし、その燃費節約効果はeCVTモードほど良くないことは明らかです。

今日頭条の青雲計画と百家曼の百+計画の受賞者、2019年百度デジタル著者オブザイヤー、百家曼テクノロジー分野最人気著者、2019年捜狗テクノロジー文化著者、2021年百家曼季刊影響力のあるクリエイターとして、2013年捜狐最優秀業界メディア人、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト北京3位、2015年光芒体験賞、2015年中国ニューメディア起業家コンテスト決勝3位、2018年百度ダイナミック年間有力セレブなど、多数の賞を受賞しています。