ホンダF1 田辺豊治TD 「馬力がパワーユニットの最重要要素ではない」
レッドブル・レーシングのF1マシンに積まれているホンダ製パワーユニットについてホンダF1の田辺豊治テクニカルディレクターが解説した。

2014シーズンを迎える前まで、F1マシンにはエンジンが積まれていた。それまでの64シーズンに渡り、F1のエンジンにはありとあらゆるシェイプ、排気量、レイアウト、そしてガスタービンからスーパーチャージャーまでのテクノロジーが確認できたが、簡潔にまとめるなら、そのすべては “エンジン” だった。

一方、2014年シーズンからF1マシンに積まれているのは、“パワーユニット / PU” だ。パワーユニットにもエンジンが含まれており、F1マシンの出力担当という意味でもエンジンと変わらないが、エンジン以上の存在だ。エネルギー回生システム(ERS)と呼ばれるハイブリッドテクノロジーがすべてをネクストレベルへ引き上げたのだ。

F1がKERSという名称でこのハイブリッドテクノロジーを初めて導入したときは、ただの “追加” として扱われていた。レッドブル・レーシングも2009シーズンはKERS導入を見送り、また、2011シーズンに導入したときも効果が不安定と結論づけていた。そもそも、この2シーズンを走ったRB5とRB7はKERSのあるなし関係なく優勝できるマシンだった。

しかし、現在のハイブリッドは当時とは異なる。モータージェネレーター2基がターボーチャージャー付きエンジンと完全に統合されており、ひとつのシステムとして確立されている。“様々なパーツを追加したエンジン” ではなく、“ホリスティック(総体的)なパワーユニット” なのだ。しかし、今も多くの人がこれをエンジンと呼んでいる。長年の慣習は中々変えられない。

レッドブル・レーシングとホンダの協働
F1で供給されているエンジンは3つに大別できる。F1には、エンジンをF1マシンのデザインプロセスのひとつとして扱って自社開発しているチーム、ワークスチームからカスタマーとしてエンジンを購入しているチーム、個別のサプライヤーからエンジンを購入しているチームがいる。

レッドブル・レーシングはコスワースV10エンジンのカスタマーチームとしてスタートしたあと、フェラーリV8、そしてルノーV8のカスタマーチームになると、次にルノー、そしてホンダとパートナーシップを締結した。パートナーシップを締結すれば、出来合いのエンジンを載せるのではなく、自分たちのニーズに応えたエンジンを載せられるようになる。英国と日本は8時間(冬は9時間)の時差があり、ホンダとのパートナーシップにはいくつかのチャレンジが存在するため、できる限り密に仕事をすることが非常に重要になっている。

ホンダF1のテクニカルディレクターを務めている田辺豊治は次のように語っている。

「PUやシャシーだけでレースはできませんので、レッドブル・レーシングとホンダが近い距離でF1マシンのデザインと製造を進めていくことが非常に重要です。これがレーストラックでのパフォーマンスを高められる唯一の方法なのです。私たちのパートナーシップは2019シーズンからスタートしました。2021シーズンはお互いに難しい要求を出しあっていますが、非常に近い距離で仕事をすることでそのような要求をクリアしようとしています」

この発言の好例がパワーユニットの冷却だ。パワーユニット本体はホンダがデザインしているが、それを冷却するためのシステムを用意するのはレッドブル・レーシングの仕事だ。パワーユニットの冷却はF1マシンデザインの一部として扱われており、F1マシンには複数の冷却装置が組み込まれているが、冷却には空力も関わっており、ラジエーターとエアボックスのサイズと断面のデザインが冷却性能に大きな影響を与える。エンジンデザイナーたちが過剰なほどの冷却を求める一方、空力エンジニアたちはミサイルのようなマシンを作りたいと考えているため、ホンダとレッドブル・レーシングはそれぞれの要望を取り入れた上で、最も効果的な妥協点を探る必要がある。

田辺豊治が話を続ける。「両陣営の間で絶妙なバランスを取る必要があります。冷却に関しては、パワーユニットに必要な冷却性能を実現した上で、シャシーの重量やデザインレイアウト、空力性能を維持する必要があります。難しい仕事ですが、2021シーズンは良いバランスが取れて素晴らしいパッケージを生み出せました」

現在、レッドブル・レーシング・ホンダのPUプログラムは3つのロケーションに分かれている。パワーユニットのコンポーネントは英国・ミルトンキーンズにあるレッドブル・レーシングのファクトリーで確認できるが、ホンダの研究開発・製造の本拠地(HRD Sakura)は日本・さくら市にある。そして、ホンダはミルトンキーンズに別の自社施設を所有しており、ここでレッドブル・レーシングとスクーデリア・アルファタウリのPUの準備を進めている。

田辺豊治が説明する。「HRD Sakuraがコンセプトとデザインを含むパワーユニット全体の開発をリードしています。コンポーネントの開発と製造においては、HRD SakuraはICE(内燃エンジン)、MGU-H(熱エネルギー回生システム)、MGU-K(運動エネルギー回生システム)を担当しています。ミルトンキーンズはバッテリーなどのES(エナジーストア)関連のコンポーネントを担当しています。

トラックサイドでは、ホンダのエンジニアたちがレーストラック、大気、路面コンディションごとのPUの最適化とキャリブレーションを担当し、パッケージの性能を最大限引き出しています。レースウィークエンドでは、レッドブル・レーシングのスタッフやドライバーと対面でコミュニケーションを取りつつ、HRD Sakuraとミルトンキーンズのミッションコントロールルームと連絡を取っています」

ガレージでの作業
トラックサイドのパワーユニットは、外部サプライヤーが用意したものであろうと、チーム内のエンジン部門が独自開発したものであろうと、製造元の管理下に置かれる傾向が強い。

レッドブル・レーシングをはじめとする各チームは、ガレージ内にPU専用のワークショップスペースを用意しており、その中で専門スタッフがコンポーネントを準備したり、メンテナンスや各種チェックを行ったりしている。そして、マシンに積むタイミングで、コンポーネントをメカニックたちに渡している。

レッドブル・レーシングに随行しているホンダのPUエンジニアたちは、チームのツリーハウスとエンジニアリングオフィスにも専用スペースを所有している。通常、トラックサイドチームに含まれるホンダのエンジニアとテクニシャンは約10人で、彼らは “独立した部門” としてレースエンジニアリングチームやマシンエンジニアリングチームと一緒にセッションやブリーフィング、デブリーフィングなどに参加している。

車両力学や空力、レース戦略と同じで、PUチームもF1マシンごとに用意されており、PUエンジニアが無線経由でレースエンジニアにERSモードやバッテリーステータス、予期される問題などについてのアドバイスを送っている。PUエンジニアは、トラックサイドに陣取るPUチーム本体と、ミルトンキーンズにあるレッドブル・レーシングのオペレーションルームとリアルタイムテレメトリーを共有しているHRD Sakuraのオペレーションルームから指示を受けながら、レースウィークエンドのPU戦略を練っている。

セッション後の作業
レッドブル・レーシングのトラックサイドチームはF1マシンを定期的に解体している。たとえば、金曜日のFP2終了後、彼らはF1マシンを解体し、翌日のFP3のためにコンポーネントを入れ替えたあと再び組み立てている。この作業は、F1の世界の中では比較的緩やかな方に入る。しかし、セッション間のコンポーネントの交換は、大きなプレッシャーの中、急ピッチで進められている。

とはいえ、トラブルが原因でこの作業が行われることはまずない。通常は、テレメトリーで不安要素が確認された場合、またはガレージ内のエクソンモービルのラボへ持ち込まれたオイルサンプルから気になる結果が検出された場合の「安全策」として行われている。

2014シーズンのレッドブル・レーシングのハイブリッドパワーユニットに関する知見はまだ少なく、PUに何か問題が起きれば、それは解決までに丸1日が費やされることを意味していた。当時の新コンポーネントのインストールは1日がかりの作業で、夜半まで続くこともあった。

しかし、テクノロジーの知見が蓄積し、作業効率が追求されていくにつれて、この作業にかかる時間が短くなった結果、現在ではFP3から予選までの約2時間で完了できるようになっている。パワーユニットの方が複雑だが、V8時代と変わらない時間で完了できるのだ。

シーズン後半では、このような急な変更・交換作業が必ずしもスクランブルを意味するとは限らない。PUコンポーネントの大部分はレギュレーションとルールに縛られているため、プラクティスセッションで古いコンポーネントを耐久限度まで使用しているF1チームは少なくない。
近年のレッドブル・レーシング・ホンダにおける最大の功績のひとつは、両陣営が丁寧かつ慎重にPUを管理しているため、PUのパフォーマンスが時間とともに劣化しないところだ。とはいえ、レースウィークエンドではよりフレッシュなコンポーネントを使いたいというのがチームの本音だ。

当初全23戦が予定されていた2021シーズンでは、F1マシン1台につきICE、ターボチャージャー、MGU-H、MGU-Kが3セット、CE(コントロールエレクトロニクス)とESが2セットずつ割り当てられていた。日本GPの中止が決定したあともこの数に変更はないが、2020シーズンは後半のGP追加を受けて、この数に変更が加えられた。

レースを終えてF1マシンが再び解体されると、PUコンポーネントはその製造元へ戻される。翌週にGPが開催されない場合、すべてのPUコンポーネントは分析とメンテナンスに回される。ルール上、チームは使用したPUに変更を加えることはできないが、消耗品は交換が許されており、コンポーネントを取り外して調査・分析に回すことも許されている。これらの調査・分析はベーシックなものだが、レースウィークエンドのテレメタリーと組み合わせることでエンジンテクニシャンたちが注目すべき点が見えてくる可能性がある。

田辺豊治は次のように説明している。「各レース終了後、PUはファクトリーへ戻されます。そして、私たちが各パーツの寿命を見ながら、ルールの範囲内でチェックやメンテナンス、交換を行います。この時点でダメージを受けているパーツは交換します。尚、ハードウェアをチェックする前にデータをチェックします。気になるデータがあるようなら、実際にハードウェアをチェックして、必要に応じて交換しています」

複雑なハイブリッドPU
ハイブリッドはそれ以前の自然吸気エンジンよりも飛躍的に扱いが難しいテクノロジーと言われる。これには多くの理由があり、V8やV10エンジンが洗練されていなかったわけではない。F1はトラクターのスペアエンジンを流用していたわけではないのだ。両者の最大の違いは次の2点にある。

まず、F1のV8 / V10エンジンの開発プログラムは前例を手本にしながら進められていた。レース用エンジンには1世紀に及ぶ開発の歴史があり、各世代のエンジンは前世代の成功をベースに開発が進められていた。前世代よりもう少しパワーが大きくなるように、もう少し回転数が高くなるように、もう少し速く走れるようにデザインが進められていたのだ。

しかし、ハイブリッド時代は違う。どのPUも空力のアイディアやプロトタイプをベースにして生み出されている。何しろ、それまで誰ひとりとして量産型PUを開発したことはなかったのだ。ハイブリッドPUは完全に新しい存在だった。そして “新しい” は “それまでとは違う” を意味している。

2つ目の違いは、ハイブリッドには大量のテクノロジーが詰め込まれている点だ。ICE、ターボ、MGU-H、MGU-K、ES、CEなど、PUコンポーネントの多さは今や誰もが知っている。しかも、それぞれ(既存のテクノロジーをベースに開発されたものでも)が独自の複雑性を備えており、さらにはすべてが連動して機能しなければならない。ハイブリッドシステムはF1エンジニアたちが直面した最大のチャレンジと言えるだろう。

「純粋な内燃エンジンと比較すると、現代のハイブリッドPUは非常に複雑です」と説明を続ける田辺は、ターボエンジンだった1980年代からF1キャリアをスタートさせている。

「現代のPUにはMGU-H、MGU-K、バッテリーのようなハードウェアが追加されており、これらのコンポーネントは精密なデザインを経て丁寧に組み立てられています。また、コンポーネントとエネルギーを管理するコントロールシステムが追加されていますし、複雑な制御ロジックのキャリブレーションも必要です。このような変更が加えられているため、ドライバーたちはステアリングホイール経由で調整・設定をする必要があります」

馬力がすべてではない
エンジンマニュファクチュアラー間の競争は「馬力競争」と思われがちだが、現実を言えば、馬力は数ある競争項目のひとつに過ぎず、実際にその数値を出力できなければ意味がない。田辺が続ける。

「馬力がパワーユニットの最重要要素ではありません。すべてのエリアがパーフェクトな仕事をして、PUのパッケージの性能を最大限引き出す必要があります。パワーユニットはF1マシン1台につき1シーズン3基しか使えませんので、パフォーマンスと信頼性のバランスを取ることが重要になります」

F1のPUは軽量かつコンパクトにまとめられており、コストパフォーマンスに優れていて、信頼性も高い必要がある。また、重心が低く、どんなに振り回されても問題なく動作しなければならない。そして何よりも重要なことに「ドライバーが扱いやすい」ものに仕上がっている必要がある。PUのドライバビリティはそのパフォーマンスにおいて見過ごされがちな項目だが、ラップタイムに大きく関わってくる。

自分のマシンに自信を持っているドライバーは当然ながら速く走れる。そしてそのスピードはスロットルのレスポンスによってもたらされる。アクセルを踏むたびに一定のパワーがスムーズに出力されるエンジンが手に入っていることをドライバーが理解していることが重要なのだ。その裏で、近年では電子系が管理しているERS周辺で様々な問題が起きるようになっていることにも触れておきたい。

嬉しいことに、レッドブル・レーシングの手元にあるのはPUの “サラブレッド” で、スパ・フランコルシャンのようなアップダウンと高速コーナーを数多く擁するサーキットを訪れるチーム全員に笑顔をもたらしてくれる。

なぜなら、F1は非常に複雑でテクニカルなスポーツだが、RB16Bのダウンフォースを低減したり、ドライバーたちがアクセル全開で時速350kmを叩き出す様子を確認したりすれば大きな満足感が得られるからだ。レイアウトの大半をフルスロットルで走行する高速サーキットはPUに厳しい負荷をかけるが、そもそも "PUに易しい” サーキットは存在しない。

どのサーキットにも独自のチャレンジが備わっており、2021シーズンの後半戦もチームは様々なチャレンジに直面することになる。たとえば、メキシコGPは大気の密度が低いためターボに負荷がかかり、アブダビGPとサウジアラビアGPでは冷却システムが限界までプッシュされる。また、ロシアGPのソチ・オートドローモのような、MGU-Kがエネルギーを回生できるヘビーブレーキングゾーンが少ないサーキットではエネルギーのマネージメント能力が問われることになる。

パートナーシップ期間が残り短くなった今、両陣営はほぼ毎週ペースで限界をプッシュし、優秀なパワーユニットRA621Hのすべてを引き出そうとしている。両タイトルが懸かっているレッドブル・レーシング・ホンダは、最後の1エルグまで絞り出さなければならない。

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カテゴリー: F1 / ホンダF1 / レッドブル