F1パワーユニットの仕組み：6つのコンポーネントの役割
F1世界選手権が始まった1950年以降、F1マシンの動力源は内燃機関、つまり一般の自動車と同じように燃料を用いて動力を生み出す“エンジン”を用いていた。
しかし、石油をはじめとする化石燃料の枯渇や環境への影響といった問題が叫ばれるようになり、F1も2014年にハイブリッドエンジンを導入した。
最先端のハイブリッドシステムでは、ブレーキの運動エネルギーと排気の熱エネルギーを電力に回生。将来的には市販車への技術転用も期待されている。PUの各部がどのような役割を果たしているのか、一つずつ見ていこう。
ICE(内燃機関)
ICEは従来で言う“エンジン”に当たる。現行のレギュレーションでは、排気量1.6L、6気筒のエンジンと定められており、V型バンクに3気筒ずつ配置されているため、V6エンジンと呼ばれる。使用される燃料は厳密に規定され、市販車向けにかなり近いものとなっている。
ターボチャージャー
ターボチャージャー(TC)は、エンジンの排気を利用してコンプレッサーを回転させ、エンジンへ送り込まれる空気を圧縮、増幅させている。燃料を燃やすには酸素が必須だが、1レースの燃料消費量が110㎏に制限されたレギュレーションのもとでは、燃焼効率を増すためにより多くの酸素が必要となる。このターボチャージャーは、1分間に10万回以上回転し、そうしたエンジンの“呼吸”を助けている。また、ターボチャージャーと連結しているMGU-Hは、排気を熱エネルギーに変換するだけでなく、ターボの回転をサポートし、いわゆる“ターボラグ”の解消にも使われている。
MGU-K
「Motor Generator Unit, Kinetic」の頭文字をとったもの。Generatorは発電機、Kineticは運動学上という意味なので、直訳すると“モーター発電機ユニット - 運動エネルギー”となる。PUの中でも最も複雑な機構を持つコンポーネントの一つで、複数の役割がある。時速350km以上から70kmまでの急減速を行うこともあるF1マシンのブレーキング。旧来のF1マシンはその強大な運動エネルギーを、カーボン製のブレーキパッドが真っ赤に光るほどの熱に変えて放出し、車体を減速させていた。約540℃に達するそのエネルギーをモーターに取り込み、電気エネルギーに変換してエナジーストア(ES)、つまりバッテリーに送るのがMGU-Kだ。
MGU-Kは、ESに蓄えた電力で逆にモーターを駆動させ、最大で約160馬力のパワーを生み出す役目も担っている。また、この電力はターボを補助する目的でMGU-Hへも送られる。
MGU-H
「Motor Generator Unit, Heat」の略で、Heat=熱を回生するコンポーネント。回転により発電する原理はMGU-Kと同じだが、こちらはエンジンの排気で発電を行い、そのエネルギーはESかMGU-Kへと送られる。MGU-Hは、エネルギー回生(蓄電)だけでなく、出力も行っている。これは主にターボを補助するためのもので、アクセルを開けたときにコンプレッサーの回転スピードを向上させることで、ターボラグを抑えてパフォーマンスを最大化するのに役立つ。
エナジーストア(ES)
エナジーストア(ES)は、MGU-K、MGU-Hで発生した電力を蓄えるバッテリー。ブレーキングや排気の熱によって生み出された電気エネルギーは、現代のF1マシンにとって不可欠な動力源となる。これらの回生エネルギーをマシン内部に貯めておき、必要に応じてMGU-K内部のモーターを通じて駆動力を向上させる。ちなみに、ESからMGU-Kへのエネルギー転送量は、1ラップあたり4MJに制限されている。
コントロールエレクトロニクス
パワーユニットの制御を司る電子デバイス。1秒間に数百万回の処理を行う。レース中は常にドライバーが求めるタイミングで最適な出力となるように制御。エネルギーの出力、回生、発電量をコントロールする。
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