2018年に向けてホンダのパワーユニットが出来なくてはならない事はなんなのか?レギュレーションの詳細から読み解くことはできるのか?外野の私たちには難しい話ですが、制限がある部分と無い部分に何かしらある事は間違いない。
12月に入ってくだらないゴシップネタに飽き飽きしているが、これといって確たる話題もないのでレギュレーションを抜粋してみました。
JAFのF12017技術規則日本語版PDFリンク
http://jaf-sports.jp/assets/img/regulation/2017f1_tech_reg_ja.pdf
パワーユニットの主な制限
- レシプロピストンによる4ストロークエンジンのみ認められる。
- エンジンの気筒容積は、1600ccでなければならない(+0/-10cc)。
- クランクシャフト回転速度は15,000rpmを超えてはならない。
- 燃料質量流量は、100kg/hを超えてはならない。
- 燃料質量流量は、10,500rpmより下で、Q(kg/h)=0.009N(rpm)+5.5を超えて
はならない。 - すべてのエンジンは、6気筒90°V型でなければならず、各シリンダーの正常断面形状は真円でなければならない。6つの気筒すべては等しい容量のものでなればならない。
- エンジンは各シリンダーにつき2つの吸気バルブと2つの排気バルブを有していなければならない。
- 過給は、エンジンクランクシャフトに平行なシャフトアッセンブリによって、車両中心線から25mm以内にて、1つのみのシングルステージ排気タービンにつなげられる、唯一のシングルステージ圧縮器の使用によってのみ、発生させることができる。そのシャフトは、シャフトアッセンブリ、圧縮器およびタービンが常に共通の軸について、同じ角運動速度で回転することを確実にするよう設計されていなければならず、モータージェネレーター熱ユニット(MGU-H)はそれに直接連結することができる。シャフトはその他いかなる装置とも機械的につながることはできない。
- MGU-Kの回転速度は、50,000rpmを超えてはならない。
- MGU-Kの重量(本規則付則2の11欄に定義される通り)は、7kg未満となってはならない。
- MGU-Kの最大トルクは、200Nmを超えてはならない。このトルクは、クランクシャフト速度を基準とし、第5条2項2に規定される固定される効率補正が、MGU-K最大トルクを監視するために使用される。
- MGU-Kの積層厚は、0.05mm未満であってはならない。
- MGU-Hは、過給システムに機械的にのみ、つなげられなければならない。この機械的連結は、排気タービンに対しての速度比が固定したものでなければならず、つなげることができる。
- MGU-Hの回転速度は、125,000rpmを超えてはならない。
- MGU-Hの重量(本規則付則2の13欄に定義される通り)は、4kg未満となってはならない。
- エンジンの気筒は、18.0を超える幾何学的圧縮比を有することはできない。
- インジェクターに供給される燃料圧力は500barを超えることはできない。シリンダーにつき1つの直接噴射式燃料インジェクターのみが認められ、吸気バルブの下流あるいは排気バルブの上流に一切インジェクターはあってはならない。
- 点火は、シリンダー毎の単式点火コイルと単一スパークプラグによるもののみが許される。シリンダーにつき最大5つのスパークが、1つのエンジンサイクルに認められる。プラズマ、レーザーあるいはその他の高周波数点火技術は禁止される。
圧縮比18.0と高圧インジェクター
シリンダーの圧縮比18.0については、たしか2016年に追加された部分だと記憶しています。当時のメルセデス基準での追加規則だったはず。ガソリンターボエンジンはノッキング(勝手に着火する事)を防ぐため圧縮比は低めに設定するのが通例ですが、F1の世界では違うようです。
500barの高圧インジェクターで霧状に燃料を吹き、気化熱でシリンダーの温度を低下させる事でこのような高圧縮比を実現します。
ブースト圧規制無し
ターボエンジンなのにブースト圧規制が無いのもこのF1パワーユニットの特徴の一つですね。ルノーのパワーユニット詳細では最大5barと記載されていて、単純計算で最大限にブーストをかけた時はNA8,000cc(1,600cc×5)並みのエンジンになるって事ですね。
燃料流量制限があるのでブースト圧規制をしなかった。メーカーに対してこの部分で他との競争をしなさいって事なんでしょうね。
ホンダに求められるエンジン開発
メルセデスがエンジン+MGU-K(約163馬力ps)=1,000馬力目前らしいとの事。
簡単に言えば1,600ccターボエンジンでピークパワー800馬力以上が必要となる。それを実現するには高過給圧と高圧縮比で燃焼効率を上げる事になります。
ホンダが高圧インジェクターを投入したのは2017年が初でありまだまだ使いこなせていない事。それと同時に燃焼効率を上げる燃焼室の形状が確立できていない。
圧縮比18(シリンダー容積 18:1 燃焼室容積)を達成できないとメルセデスには追いつけないでしょう。
こうやって書くのは簡単ですが、実現となると一体どのくらい研究予算が必要になるのかな見当もつきません。メルセデスが出来たんだからホンダにもできるはずだ・・。
燃料流量が規制される現在のレギュレーションでは、パワーを出すには圧縮比を高めるか比熱比を高める、つまり希薄燃焼(リーンバーン)のいずれか、もしくは両方に取り組む必要があります。
圧縮比に関する規制はそのあたりと関係してそうな感はありますね。
リーンバーンも大量に空気を取り込む必要があるので過給圧に制限が無いのもその関係だと思います。
そこまで詳しくはないので具体的な理由までは想像つきませんけどw
お久しぶりです。
燃焼その物を改良するのも手ですが、冷却損失や、機械抵抗損失を減らすのも手ですよね。
特に今年の欠点だった振動なんかは、振動を起こす為に無駄なエネルギーを使ってた事になりますから、ソレを減らすだけでも効率は上がるでしょうしね。
昔では冷却損失を減らすためにセラミックエンジンなんかも造られましたが、その熱にセラミックは耐えれても油膜が耐えれず油膜切れを起こすので成功しなかったと聞きますが、オイルを改良してより高い温度で使用出来るようになったらわざわざ冷やす必要なんてないのでオイルクーラーの損失は少なくなりますね。
他にもメルセデスではコンロッドとクランクピンの間にあるメタルベアリングをニードルベアリングに変えてるそうで、コレだけでも摩擦抵抗が減って効率が上がりますし、色んな損失を減らすだけでドンドン出力が上がりますので、ソッチも重視していかないといけませんね。
所謂、ガソリンエンジンの熱効率30%とかってのは、言い換えれば70%は無駄にしてるって事ですからね。
管理人さん、いつも楽しみにしてます。2月のスペインテストが楽しみなこの頃ですが、さくら研究所ではスペック4の仕上げに忙しいことでしょうね。燃料流量制限の中でエンジン高回転時における高トルク化は良い燃焼を実現できるか?にかかってきますが噂ではTCの方はよさそうな感じですが、肝心の空燃比が薄い中での燃焼はどうなんでしょうか?排気温度の上昇など熱影響への対処などなんとか克服してスペック4を仕上げてほしいものです。今年こそは安心してオーストラリアを迎えられると信じていますが・・・。
多々コメントありがとうごいます。
希薄燃焼の技術としてやっぱり、火炎着火をうまく利用しなければならないのでしょうね。メルセデスがマーレの技術を導入当時からしっていた、フェラーリはマーレに委託した。
ホンダ、ルノーはどうするのか?かなりの年月がたっているのに同じ技術を確立できないのには何か抜け道があるのだろうか?
現PU規則はあと3年、同じ領域までいけるといいですね。
『☆Max Verstappen氏がHRDさくらを訪れていた記事に素直にとても嬉しい!』のですが…参戦4年目、プレシャーかかりますが、
「2018年シーズン後半は、HONDA Power Unit面としての信頼性とパワー面総合的にトップ争いに加われそうな可能性を数値で示さないとRed Bullもファンも納得しな~い!」
レギュレーション記事ありがとうございます。全て拝見しましたが、このメカレベルになると全然イメージがわきません。コメントの皆さんも理解されていてレベル高く驚きました。こんなメカ素人です。
さて、MAX氏が、GPでなくわざわざ“HONDA”を訪れていたのは素直にとても嬉しいです‼︎!。(ただ、過去に同様にALO氏も“さくら”を訪れて設備も影響してという経緯も甦ります。)
’18年は、本当に進化は当然、信頼性含めた競争力という結果出しかつ継続しないと!チームMcよりもRed Bullの方が勝利に対しての信念が明らかに強い印象です。本当に急流ですが正念場です!
あと、誰よりも和やかな雰囲気のDaniel Ricciardo氏、おそらく現役では1~3番間でスキル的に真に速いのはHAM氏,Max氏とRIC氏(2014年VET離脱原因!)という印象をもっています!。このD.リカルド氏が安心してRed Bullシートに残りたいと思うのは、これらの通り2018年のHONDA Power Unit次第でもあるという印象です‼︎。
(管理人さんのコメントが毎回現実に近いので、後半トップ争い加わる事は厳しそうですが…続けて頑張り続けて下さい☆HRDさくら!)
レッドブルがサクラを訪ねていたなんて、胸熱ですよね。2018年の出来次第関係なくRBHONDAありそう。
「MGU-H:熱回生技術のマニュファクチュアとしての重要度は?。Formula 1 Car+Market Cars?.」
F1は世界最先端の技術も競う場であり、流石にMGU-H含め超高度で複合的な事にトライしていると感心しています。そして、自らPower Unitを開発している4社のうち、MGU-H廃止案に3社が明らかに反対表明されているという事は、MGU-Hの技術がFormula 1カーにとって今後も重要度高く魅力的と認識されていて、また、今後の市販量販車への導入化にも繋がればEcolgeyにも大きく貢献出来る技術であり魅力的であるとマニュファクチュアとして判断しているからなのでしょうか?。なお、これまで莫大に要した開発費も技術と共に無駄にしたくないのは当然だし。ホンダもレギューレションがHYBRIDである事も今回参戦の主理由と述べられていました。
「PUファクトリーとしてのMGU-Hへの詳細な展望が知りたいです!」
ブースト5kなら1600×6で9600ccでしょうに。
大気圧は無視ですかな?
ご指摘ありがとうございます。
それはわかっているのですのが、メーカーの表現があいまいなんですよね。
大気圧を含めた表現なのか?別にしているのか?日本的なkg表現は含めない場合。
ルノーの公表も本当の数値ではないです。
記述表現的にはブースト圧5barなら大気圧×6ですね、それについては私のミスです。申し訳ありません。
>ルノーのパワーユニット詳細では最大5barと記載されていて、単純計算で最大限にブーストをかけた時はNA8,000cc(1,600cc×5)並みのエンジンになるって事ですね。
bar表記は、一般に絶対圧を示すようです。
なので、管理人さんの表現は妥当と思います。
エンジン回転数で過給に必要な圧力が違ってきます。
回転数が低ければ、ターボブースト圧力(空気量)が低くても燃焼室には燃焼に必要な空気と燃料が満ちます。
燃焼室の容量を満たす量(積量)は時間と量での積量です。
同じ力で回転数を上げると回転時間が短くなり圧力(量)がより多く必要になります。
当然この時、燃焼(着火)タイミングの時間も回転数で違って来ます。
「空気と気化燃料の量で燃焼、爆発力、速度が変るから、回転速度により点火タイミングを変える必要があります。
時間の変化=密度も、回転の時間動きの変化=回転速度も同じ時間での変化です。
それら変化の時間=燃焼時間と動きの時間=爆発サイクルは変化と時間で変わります。
ですから、起点となるタイミングに違いが必要となります。
時間軸の変化を考えると、KYBの免震・制震ダンパーはある周期で有効だが、周期が変わるとより壊す方向に働く(位相反転を起こします。)、だから、周期のリセット機能が必要なのだが、付いている様に見えなかったが・・・
」
燃料の流量制限があるから回転トルクを上げるには、同爆(6気筒1/3で2気筒づつ)か燃料に添加剤(燃焼、膨張=爆発を促進させる=爆発力を高める)を入れるか、それ以外はオイル(燃料にする)?ですか・・・
だから、パーティーモードは燃料とオイルの宴会なのかな?
ステップ3エンジンの振動は想定と言う、ホンダは上限の回転トルクを上げるために同爆を少しずらせたのかもね・・・
内燃機でも世界一を考えるホンダなら姑息なオイル燃焼は最初から考えていないと思うよ!
>最大5barと記載されていて、単純計算で最大限にブーストをかけた時はNA8,000cc(1,600cc×5)並みのエンジンになるって事ですね。
ブースト5キロ掛けたら大気圧1キロと合わせて×6の9600cc相当になるのではないでしょうか?
これについては再度説明しますが、bar(バール)表記の場合は大気圧を含みます。(EU標準規則)
日本でよく使うブースト1.0kgfは大気圧を含まない。
EUであるルノーのHPには最大5barと書いてあります、大気圧を含んだ値です。
F1はヨーロッパのスポーツなのでEU基準で考えましょう。