F1マシンは、1000馬力という圧倒的なパワーを生み出すパワーユニット（内燃エンジン＋エネルギー回生システム）を搭載しています。内燃エンジンの排気量はわずか1.6Lで、なぜそれだけのパワーを出せるのか、不思議に思われるかもしれません。
F1レースには制約やレギュレーションがあるため、エンジニアは創造力を発揮せざるを得ません。現代のF1エンジンは、1.6Lで90°V6、ボア80mm、ストローク53mmであることが条件です。
それでいてエンジン単体で840馬力を発揮します。では、この小さなエンジンが、どうやってこれだけのパワーを生み出しているのでしょうか？
F1エンジンの熱効率は驚異的
エンジンのパワーの秘密は、その熱効率にあります。熱効率とは、簡単に言うと、無駄なエネルギーに対して働いているエネルギーの割合のことです。排気ガスに含まれる無駄な燃料よりも、働いている燃料が多ければ多いほど、効率は高くなります。
F1エンジンの熱効率は50％に達しています。一般的な自動車の熱効率が平均20％、高いものでは40％であることを考えると、これは相当なものです。一般的な車の場合、燃料と空気のバランスはリッチになるのが普通です。その結果、燃やすべき燃料が多すぎて、燃料を無駄にしてしまうのです。
F1マシンの燃料は、私たちのクルマで使っている燃料と99％似ているのですから、これはすごいことです。では、なぜF1のV6エンジンは、同じ種類のガスでこれほどの熱効率を達成できるのでしょうか？
F1マシンのエンジニアが開発したいくつかの重要な要素があります。1つ目は、その圧縮比です。F1のレギュレーションでは、エンジンのストロークは53mmを超えてはいけないことになっています。
熱効率の秘密
一般的な自動車の圧縮比が10：1～13：1であるのに対し、この小さなF1エンジンの圧縮比は最大18：1です。これにより、ピストンがより遠くまで移動し、1回の燃焼でより大きなパワーを得ることができるのです。
このような熱効率を可能にするもう一つの大きな要因は、空燃比です。エンジンは、始動時に燃料と空気の混合比をリッチにする必要があります。また、スロットルを踏み込むと、より多くの空気が入ってくるので、より多くの燃料が必要になります。
エンジンの理論空燃比は14.7:1です。しかし、F1エンジンは30:1、つまり空気30に対して燃料1の割合で運転することができます。つまり、リーンミクスチャーです。
このようなリーンミクスチャーを効率的に行えるのは、プレチャンバーイグニッションのおかげです。各メインシリンダーの上には、インジェクターが初期混合気を導入する小さなシリンダーがあります。この混合気はリッチで、点火時に放出され、より均等に分布するため、より効率的な燃焼を可能にします。これにより、導入された燃料の各部分からより多くのエネルギーが出力されるようになります。
1000馬力を実現する縁の下の力持ち
F1 V6エンジンだけで最大840馬力を発揮しますが、残りの馬力は2つの電気モーターから供給されます。1つ目はMGU-K、Motor Generator Unit – Kineticの略です。車のバッテリーがこのモーターに電力を供給し、クランクシャフトに約120kwの追加電力を供給します。また、回生ブレーキングを補助する役割も担っています。このモーターにより160馬力が追加され、合計1000馬力を実現します。
F1エンジンの2つ目のモーター、MGU-H（Motor Generator Unit – Heat）は、ターボチャージャーを管理するために存在するものです。排気の推進力によってターボチャージャーが作動し、より多くの空気がエンジンに入るようになります。
電気モーター、ターボチャージャー、そしてエンジン本体との相乗効果で、最大15,000rpmの回転数を実現しています。
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