F1メカニック講座 パワーユニットを知る②

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【パワーユニットとは】
2014年の今年から採用された。2013年まではエンジンを供給するメーカーは「エンジンサプライヤー」と呼ばれていた。しかし、今年からエンジンに加えて、新たに2種類のエネルギー回生システムがF1マシンの動力として採用されることになった。
このエンジンとエネルギー回生システムを組み合わせたトータルシステムを「パワーユニット」と呼び、馬力を力点に置いたエンジン開発の時代から、エネルギー効率を追求したシステムを含めたパワーユニットの開発にシフトしたことで、環境技術の導入による究極のエネルギー効率の実現が期待されている。

では、新たに採用された2種類のエネルギー回生システム、運動エネルギー回生システム(MGU-K)と熱エネルギー回生システム(MGU-H)を説明しましょう。
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まず「運動エネルギー回生システム」は、2009~13年に搭載されていたKERS(カーズ、Kinetic Energy Recovery System)の発展型となっている。市販車が搭載するハイブリットシステムと同じような仕組みで、モーターとジェネレーター(発電機)ユニットを利用し、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。

クルマは減速するときにはブレーキをかけるが、ハイブリットシステムを持たないクルマは、運動エネルギーがブレーキユニットによって熱に変換され、大気に放出される。つまりブレーキ時に発生したエネルギーを捨ててしまう。
一方のハイブリットシステムは、従来捨てていたエネルギーをモーター/ジェネレーターユニットを作動させて回生し、電気に変換してバッテリーに蓄えます。そしてバッテリーに蓄えられた電気エネルギーは、モーターを動かして加速に使われることになる。この運動エネルギー回生システムを構成するモーター/ジェネレーターユニットは「MGU-K」と呼ばれ「MGU」はMotor Generator Unit の略で「K」はKineticの略で「運動」を意味している。
もう一つの「熱エネルギー回生システム」はエンジンから出る排気の熱をエネルギーに変換します。通常、エンジンの燃焼室を出た高温の排気は、排気管を通じて大気に放出される。この熱エネルギーを再利用するために、専用のモーター/ジェネレーターユニットを作動させて電気を作っているのが熱エネルギー回生システムです。
これは「MGU-H」と呼ばれ、「H」はHeatの略で「熱」(排気エネルギー)を意味している。
【パワーユニットの構成】
F1マシンのパワーユニットは、コクピットの後方に置かれており、バッテリーなどもこの部分にあります。
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エンジン内部に吸い込む空気の量を増やす「ターボチャージャー」は1基と定められており、その設置場所にも細かな規定があります。ターボチャージャーで圧縮した空気は、インタークーラーで冷却され、エンジンの吸気ポートへ向かう。MGU-Hはターボチャージャーと同軸に配置する決まりになっている。

2014年からの新規則では、燃料使用量(最大100kg)と燃料流量(100kg/h)が定められました。 1回のレースで使えるガソリンの量と、瞬間的に使用できるガソリンの最大量がともに制限されたことになり、2013年の規則に比べて約3割減少になりました。そのため燃料が流れ出てくる量が少ないためパワーは出にくく、タンク容量も小さいので燃料を使い過ぎないようにしなくてはなりません。
限られた燃料を上手に使わないと、レースで走り切ることができず、ゆっくり走れば可能であろうが、速さを競うF1で、それは意味を成しません。
そこで、細い流れから得られる量の燃料を有効に使い、走るためのエネルギーに効率よく変換する必要が出てきます。つまり、エンジンの効率を高めて燃費と出力を両立させると同時に、2種類のエネルギー回生システムを上手に活用することが、競争力の決め手になります。
言い換えれば、「1ccのガソリンが持つエネルギーを最大限使い尽くす効率の高さと、F1に期待される圧倒的な速さの両立」が求められてくる。そのためF1のパワーユニット開発で取り組む技術は、将来的には市販車にも役立つものと期待されています。

次回はパワーユニット各部の解説をしていこうと思います。

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