2022年F1日本GPが終わりました。
今年初めて鈴鹿サーキットでF1エンジンの生音を聞いた方も多いと思います。
NAのような甲高い音では無いけれど、とても迫力ある音だったと思います。
そんな中でもフェラーリエンジンがコーナー立ち上がり時に、音色が変わる事に気が付いた方も多いでしょう。
今回はその理由を解説します。
タービンにはウェイストゲートがある
タービンにはウェイストゲートバルブが付いており、高い圧力がかかった時に壊れないようにバルブを開けて圧力を逃がします。
あらかじめ圧力の値が決まっていて機械的に勝手に開くようになっています。
但し、これは一般的なものに言及されます。
F1の場合は、全てが電子制御です。
F1の場合、排気エネルギーを無駄なく使うためにモーター（MGU-H）があり、圧力を逃がす必要が無く全てを回生できる設定になっています。
エネルギーを極端に分割して例えると、タービン（100％）＝MGU-H（50％）+コンプレッサー（50％）と考える事が出来ます。
ウェイストゲートバルブは電子制御され自由に開閉位置を変更出来ます。
さて何故ウェイストゲートを開けるのでしょう？
ウェイストゲートオープンでエンジンパワーを最大化する
F1のNAエンジンが好きな方ならわかると思いますが、普通ならエキゾーストは直管です。
排気抵抗を極力少なくする事で高回転域のパワーを上げます。
ターボエンジンはタービン自体が排気抵抗になっていて、エンジンにとっては邪魔者なのです。
そこでウェイストゲートを開けて排圧を下げます、それでは空気を圧縮するコンプレッサーのエネルギーが不足するのでMGU-Hで補います。
俗に言うe-Boostを行うのです。
e-Boostを行う時、排気圧は低くなりますがタービンを少しだけ回せる力はあります。
これによるエンジンパワーの増加は約20kw（約26.8hp）と試算されています。
ウェイストゲートパイプ位置の変化
ウェイストゲートパイプは2021年まで、下画像のようにエキゾーストパイプとは別になって大気に放出されていました。
これによりウェイストゲートオープン時には音量の変化が顕著にわかったのです。
2022年からはエキゾーストパイプに繋げて大気に放出する規定に変わりました。
この規定変更によりウェイストゲートオープンによる音色の違いは非常にわかりにくくなっています。
フェラーリのウェイストゲートオープンがわかりやすい理由
フェラーリPUはエキゾースト規定の限界を突き、ウェイストゲートパイプの繋げる位置を出来る限り後ろにしています。
これのメリットは、ウェイストゲートオープン時にエキゾースト全体の容量が増加する事、2021年までとほぼ同等な性能を獲得すると思われます。
デメリットは重量面、スペース面となります。
ウェイストゲートオープンの違いが分かる動画
2017年までの音、パワーが欲しい低速加速時に音色が変わります。
2017ホンダのウェイストゲートオープンが少ない、この頃はそれどころでは無いからですねぇ。
2021年ハミルトンのオンボード、マイクの位置によってはこのようにはっきりとわかります。
2022年フェラーリだけ音色が変わる、はっきりとわかります。
他のエンジンも低速コーナーからの加速ではやっていますが聞こえない、今年のフェラーリは速度域に関係なく結構聞こえるんですよね。
それだけ加速時にパワーを上げている（エネルギーを使っている）、よってストレートエンドでデプロイ切れ設定になります。
フェラーリは加速が良いですねぇ～と解説がよくありますよね。
向きが早く変わりスロットルを踏むのが早い事もありますが、パワー設定やエネルギー設定がそうなっているんです。
コメント Comments
コメント一覧
Roux がコメント
2022-10-12 22:37
今回も、勉強させて頂きました。
私がF1にハマっていた1990年代のエンジンと今のPUと呼ばれるものは、ある意味全くの別物との事でしたが、e-boost？やウエストゲートバルブによるパワーアップ？
そりゃ、ハンドルでクリクリ。ドライバーが忙しすぎるとアロンソが言っていたのがよくわかりますね。
ある意味、物理学、運動学の実践場とかしている。すごい。
Jin(F1モタスポGP管理人) がコメント
2022-10-12 03:48
ドライバー自らが設定を変えなければいけないという規定がもう古い。
データはピット側からは送れない、これが元凶です。
複雑なPUの設定ぐらい許せば、ドライバーはもっとドライビングに集中できるのに。
Roux がコメント
2022-10-12 12:51
確かにですね。
でも、一時期に比べると、F1が楽しくなってきている事に気づきます。
1990年代のスペクタクルには程遠いですが、確実に良くなりつつある気がします。一時期に比べればですが。
マスダンパー がコメント
2022-10-12 00:22
ウェイストゲートの出口を後ろの方に持ってくる理由がもう一つあります。
排気菅の中を流れる排気ガスは後方に行けばいくほど温度が下がります。温度が下がれば体積が減るのでそこにウェイストゲートの排気を流すようにすれば排気干渉も減り排気効率は上がります。
まあ、あの短い排気管でどれだけ違いが出るのか分かりませんが、重量の事を加味してもあのようなレイアウトにしているというという事は数値的にメリットがあるということなんでしょうね。
がコメント
2022-10-12 03:18
シングルターボですがツインスクロールなので
ウェストゲートバルブが、左右各バンク３気筒分のエキゾースト用に
１個ずつ独立して付いていますね？
個別に制御しているのでしょうか？
Jin(F1モタスポGP管理人) がコメント
2022-10-12 03:41
これはですね、私もずっとツインスクロールだと思っていたのですが違うのです。
ツインスクロールはタービンブレードに排気を当てる位置が同じで上下段に分かれるものの事。
厳密に言うとこれは、デュアル（ツイン）ボリュートタービンです。
排気が入る位置が正反対の位置にあります。
制御は個別にも管理すると思いますよ、ホンダはどこの測定かわからないけど左右の排気温度が違ってたりします。
エキゾーストの形からして左右違うんですね。
がコメント
2022-10-12 10:27
Ｖ型は左右対称に思ってしまいますが、
ホンダPU後部から見ても左右非対称なのがエキゾーストパイプ見てもよく分かりますね。
最終的に１つのターボに排気を集約合流させているのが凄いです？
昔のV6ターボエンジンでも左右バンクで個別に制御していると聞いた事が有りますが、現在のPUでは各６気筒毎に燃焼状況に適した最適な制御を行っているのでは無いかと？
ファイアリングオーダー(点火順序)は６気筒等間隔だと思いますが？
がコメント
2022-10-13 13:01
等爆か同爆かっていうのもありますが、そもそもV型はトトン、トトンと爆発します。
ある意味左右エキマニの不等長や、タービンへの接続位置が違っていても納得できるかなぁと思っています。
実際に何をやっているのかは謎ですが・・・
1コメンター がコメント
2022-10-12 13:20
排気音質の特集ありがとうございます。また、F1 メカニカル 細かい知識がないため勉強になります。また楽器に例えてしまいますが、例えば Saxophone にはサイズにより基本的な音の高低(Hz)が異なるとのことですが、管の口径や長さがサイズ小&短 ＝高い音がする順から、Soprano、Alto、Tenor 、Baritone。ウェイストゲート分割期 や Ferrari F-75 が、低速域の立ち上がりで高域系で少しバリバリとした印象の音がするのはウィエストゲートの排気管の口径が細いことと、楽器の管が小サイズ時の影響と私的には理論が一致する印象です。
moco がコメント
2022-10-13 15:16
今年からウエイストゲートがエキゾーストと一体になったとは知りませんでした！
たしか、ウエイストゲートをエキゾースト内に置くと、サイレンサーの役割を果たしてしまい排気音が小さくなるからって、わざわざ別ルートにしてたと思うのですが、なぜ今年から一体になったのですか？そこまで音圧を上げる効果がなかったということですかね？？
Jin(F1モタスポGP管理人) がコメント
2022-10-13 16:09
一体にした理由は全く説明されていないです。
ビームウィングの復活やディフューザーの大型化、これらに影響を与える空力的な利用をさせない為の可能性が高いです。
じゅんた がコメント
2022-10-14 06:43
スレ違いですみません。
シンガポールですが、来年からレイアウト変更の可能性があるようです。
ターン16～20をストレートにする方向のようです。
通りすがった がコメント
2022-10-14 14:45
これってつまり、ICEの低回転トルクが太ければウェイストゲート開く頻度や量が減って有利という事ですね。
30年以上前に6速固定でサーキット走れるエンジンを作ってたホンダ、こんな所でその当時のノウハウが生きてたりするんでしょうか。
Jin(F1モタスポGP管理人) がコメント
2022-10-15 23:19
低回転域の話では無いですね、これはフルスロットルで加速している時のモードです。
現行のPUだと10,500rpm以上の中の約200rpmのパワーバンドの差ぐらいです。
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