กระปุกเกียร์ไฟฟ้า (ESG)

กระปุกเกียร์แบบขนาน (PSG) ให้พื้นฐานที่ดีเลิศสำหรับการขับขี่ที่มีความสะดวกสบายสูงและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ปัจจุบันมีความพยายามที่จะนำมอเตอร์ไฟฟ้ามาใช้เพื่อช่วยลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงได้มากขึ้น นอกจากการสตาร์ทที่รวดเร็วและไม่มีเสียงแล้ว (สตาร์ท-หยุด) มอเตอร์ไฟฟ้ายังช่วยในการนำพลังงานจากการเบรกกลับมาใช้ (การกู้คืนพลังงาน) และการลดขนาดของเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้ลงผ่านทางการทำงานของบูสเตอร์ ตามแนวทางแรก คือ การคิดหาวิธีการเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้โดยตรง การออกแบบลักษณะนี้เรียกว่า 'อัลเทอร์เนเตอร์สำหรับสตาร์ทเตอร์เพลาข้อเหวี่ยง (CSA)' หรือ 'อัลเทอร์เนเตอร์สำหรับสตาร์ทเตอร์แบบรวม (ISA)' และมีการใช้งานโดยเฉพาะร่วมกับกระปุกเกียร์

ข้อเสียของโครงสร้างแบบนี้คือ ศักยภาพในการกู้คืนพลังงานมีจำกัดเพราะมีการสูญเสียเนื่องจากการลากของเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้เมื่อปล่อยให้รถวิ่งโดยไม่เหยียบคันเร่ง วิธีแก้ปัญหาอีกวิธีหนึ่งคือ ใช้คลัตช์เพิ่มระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้ากับเพลาข้อเหวี่ยง ถ้าเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้ถูกตัดการเชื่อมต่อเมื่อปล่อยให้รถวิ่งโดยไม่เหยียบคันเร่ง ก็จะสามารถนำพลังงานจากการลดความเร็วกลับมาใช้ได้เต็มที่ ยิ่งกว่านั้น การแยกเครื่องยนต์กับมอเตอร์ไฟฟ้าออกจากกันยังสามารถลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงได้มากขึ้นด้วย เนื่องจากรถกำลังเคลื่อนที่ด้วยพลังงานไฟฟ้าอย่างเดียว หลักการเรื่อง ESG ของ LuK ก้าวไปไกลอีกขั้น โดยนำมอเตอร์ไฟฟ้ามารวมไว้ในกระปุกเกียร์ นอกจากประโยชน์จากการทำงานแล้ว โครงสร้างนี้ยังให้พื้นที่ว่างจำนวนมากและประโยชน์ด้านค่าใช้จ่าย (รูปที่ 1)

การทำงาน
เพื่อให้สามารถอธิบายการทำงานแต่ละส่วนของ ESG ได้ชัดเจน จึงแสดงเกียร์ทั้งสองส่วนคู่กัน (รูปที่ 2) ส่วนล่างประกอบด้วยเกียร์คี่และคลัตช์ K1 และเรียกว่าเกียร์ส่วนที่ 1 และในทำนองเดียวกัน เกียร์ส่วนที่ 2 มีเกียร์คู่และคลัตช์ K2

การขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้
ระหว่างการทำงานในเกียร์ส่วนที่ 2 อัลเทอร์เนเตอร์ของสตาร์ทเตอร์ (SG) จะเชื่อมโยงโดยตรงกับเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้ผ่านทางคลัตช์ K2 รูปที่ 2 แสดงตัวอย่างขณะขับขี่เกียร์ 4 ด้วยการทำงานของเจนเนอเรเตอร์

การทำงานของบูสเตอร์
ขณะขับเกียร์คี่ เกียร์คู่จะถูกเลือกล่วงหน้าหรือจะเปลี่ยนไปเกียร์ว่างขึ้นกับวิธีการเปลี่ยนเกียร์ในเกียร์ส่วนที่ 2 ถ้าเกียร์ส่วนที่ 2 เป็นเกียร์ว่าง คลัตช์ K2 จะจับเพื่อส่งถ่ายแรงบิดของอัลเทอร์เนเตอร์ ถ้าเลือกเกียร์ล่วงหน้า การขับเคลื่อนของมอเตอร์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้นผ่านทางเกียร์ที่เข้าแล้ว การทำงานของบูสเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้อีกครั้งด้วยการกลับทิศทางของแรงบิดที่ไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า

การสตาร์ท/ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าอย่างเดียวสามารถเป็นไปได้โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีกำลังขาออกสูงพอๆ กันร่วมกับแบตเตอรี่ ในกรณีที่คลัตช์ทั้งสองปล่อย แรงบิดจะส่งถ่ายไปยังล้อขับเคลื่อนผ่านทางเกียร์ 2, 4 หรือ 6 ขึ้นกับความเร็วและภาระตลอดจนลักษณะของประสิทธิภาพ

การนำพลังงานจากการเบรกกลับมาใช้ (การกู้คืนพลังงาน)
เพื่อให้สามารถนำพลังงานจากการเบรกมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้จะถูกตัดออกจากระบบส่งกำลังระหว่างที่ปล่อยให้รถวิ่งโดยไม่เหยียบคันเร่ง มอเตอร์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนการลดความเร็วของรถยนต์ ซึ่งขึ้นอยู่้กับความเร็ว ตำแหน่งแป้นเบรก และการส่งถ่ายกำลังที่เหมาะสมมาเป็นแรงบิดสะสม และพลังงานจลน์ของรถยนต์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานจลน์ของรถยนต์ยังสามารถนำมาใช้ได้โดยตรงเพื่อการสร้างประสิทธิภาพการระบายความร้อน ด้วยการรวมคอมเพรสเซอร์ปรับอากาศไว้ในเกียร์ส่วนที่ 2 ระบบปรับอากาศนี้ยังสามารถสร้างความร้อนได้อีกด้วย โดยใช้สารหล่อเย็นที่เหมาะสม เช่น CO2

นอกจากประโยชน์ด้านพลังงานที่มาพร้อมกับการสร้างประสิทธิภาพการระบายความร้อนโดยตรงร่วมกับการกู้คืนพลังงานแล้ว ระบบยังให้ประโยชน์ที่สำคัญสำหรับการจัดการความร้อนของรถยนต์ไฮบริดด้วย สิ่งนี้เกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้สมัยใหม่ที่มีระบบไดเร็กอินเจ็กชั่น และระยะเวลาควบคุมแบบปรับได้เต็มรูปแบบ เป็นต้น ทั้งนี้เพราะการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงในสภาพที่มีภาระบางส่วนต่ำของเครื่องยนต์ชนิดนี้นั้น อาศัยฮีตเตอร์เสริมอยู่แล้ว