運動エネルギー回収システム

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運動エネルギー回収システム(うんどうエネルギーかいしゅうシステム、Kinetic Energy-Recovery System)は、ブレーキング時のエネルギーを回収・蓄積し再利用するシステムの総称。自動車レースのフォーミュラ1(F1)において2009年シーズンに導入された。KERS(カーズ)の略称で呼ばれる。

目次

概要

F1でも使用されるフライブリッド式(※:フライホイールに余剰運動エネルギーを蓄える方式)のKERS。

近年の原油価格の高騰や、地球温暖化問題に絡んで省エネルギーエコロジーに関する世間の関心の高まりから、通常の自動車等と比べてもより多くの化石燃料を消費する[1]モータースポーツに対する風当たりが強まることを恐れた国際自動車連盟(FIA)が、環境保護アピールの一策として導入を発表した。また、2007年シーズンから開発コストの低減を目的に使用するエンジンにホモロゲーションが適用され、シーズン中のアップデートはおろかエンジン開発そのものがほぼ困難となったことに対し、F1に参戦している自動車メーカーの不満が高まったため、新たな技術開発の可能性を提示することで、それらメーカーの不満を抑える目的もあるとされる。

基本構造としては、いわゆる回生ブレーキを導入して電気的にエネルギーを溜める方式と、フライホイールに余剰な運動エネルギーを蓄える方式の2方式が有力とされている。

2009年のF1レギュレーションにおいては、KERSの最大出力は60kW、一周あたり発揮できるエネルギーは最大で400kJと定められており、これを馬力・時間換算すると81.6馬力のパワーアシストを一周につき6.67秒間使える計算になる[2]。 また『スタートラインを通過して、再度スタートラインに到達するまでを一周とする』という解釈のため、KERSが800kJのエネルギーを貯蔵できれば13.34秒ほぼ連続でKERSを使用することが可能である(スタートラインの手前6.67秒の時点でKERSを発動、スタートラインを通過する直前にKERSを停止、スタートラインを通過した直後に再度KERSを発動とすることで13.34秒ほぼ連続でKERSの効果を得られる)。特に富士スピードウェイのようなホームストレートが長いサーキットでは最高速に大きく影響を及ぼすと考えられた[3]。F1関係者の間ではその安全性からKERSの2009年導入開始に対しては賛否両論があったが、予定通りKERSが使われる事になった。ただしKERSの使用は義務ではないので、使用するかどうかは各チームやドライバーの意思により決定できた。

一時期は2010年から全車搭載義務化との話もあったが、結局は前年から規則に変更は無くKERSの搭載も任意のままとなった。2010年はFOTA(Formula One Teams Association)において「KERSは使用しない」という紳士協定が結ばれたため、採用チームは無くなった(規則上は使用可能)。ただしこれに対しては、FIA会長のジャン・トッドが不満を表明しており、F1へのKERS再導入のためのワーキンググループを設置[4]。2010年6月23日、FIAによる2011年のレギュレーション変更事項を発表し、その条項の中にKERSの使用が記載された[5]

問題点

各チームがテストを進めている中で、2008年7月にはヘレス・サーキットにおいてBMWザウバーのメカニックがKERS搭載マシンに触れて感電する事故が起きたり、レッドブル・レーシングのファクトリーでKERSのテスト中に煙と有毒ガスが発生するなど[6]、KERSの開発中の事故が続出したため、一時は安全性が確保できるまでKERSの導入を延期すべきだとの意見も出ていた。

またほとんどのKERS搭載チームが採用していた電気式のバッテリーシステムの重量は最大で40kg以上あったため、システムの有無による性能差はあっても僅かであった。サーキットによっては非搭載のマシンの方が速いケースもあった。

具体的には、KERS搭載車がストレートで非搭載車をKERSによるエクストラパワーで追い抜きをしようにも、ストレートの前のコーナーで搭載車が非搭載車よりもコーナリングスピードで負けてしまうためストレートで追い抜くまでに至らないケースが多い。むしろ、KERS搭載車が非搭載車の前に立っている時に搭載車が非搭載車にコーナーで追い詰められても、ストレートでKERSのエクストラパワーを使用することによって追い抜きさせないという防御的な使用が効果的だった。

以上のことから、開幕戦オーストラリアGPマクラーレンフェラーリルノーの各2台とBMWザウバーのニック・ハイドフェルドの1台の計7台がKERSを搭載したが、第3戦中国GPではフェラーリとルノーの計4台がKERS搭載を取りやめ[7][8]、第4戦バーレーンGPでは再び当初の7台がKERSを使用したが[9]、ヨーロッパラウンド開幕戦となる第5戦スペインGPではBMWザウバーとルノーがKERS非搭載となりマクラーレンとフェラーリの2チーム計4台のみの使用となった。第13戦イタリアGPではルノーも再び搭載した。

ウィリアムズは独自のフライホイール式KERSを開発しようとしたが実戦投入は見送られた。フォース・インディアは代表のビジェイ・マリヤが2009年度シーズン中のKERS搭載を明言していたもののKERSを搭載する事無くシーズンを終え、この年のドライバー・コンストラクターの両タイトルを獲得したブラウンGP、同2位のレッドブル・レーシングも一度も搭載することはなかった。

2009年シーズンにおけるKERS勢を見ると、使いこなせば十分優勝可能な戦闘力を得られる(マクラーレン)ものの、シーズン中の実車走行テスト禁止規定下においてはトップチームでさえ選手権を1シーズン棒に振るほどの開発期間が必要な点、KERS搭載車を使いこなす事がF1ドライバーでも困難な点(フェラーリでのバドエルやフィジケラ)が露見し、後のKERS非搭載紳士協定へと繋がる事になった。

KERSの改良点

当初、40kg以上とかなりの重量があったKERSシステムは軽量化が最大の課題となった。また、安全性にも問題があるため、どのような安全策を講じるかも問題だった。

その後、2009年8月21日時点には30kgまで軽量化された。また、マクラーレンの発表によれば、同チーム搭載のKERSは2009年シーズン終了時に25kgまで軽量化された。

原理

KERSのエネルギー貯蔵システムとしては、バッテリー(電気式)とフライホイール(機械式)の2つが考えられている。

  • 電気式 制動時の運動エネルギーでモーターエンジンを回すことによりバッテリーに蓄え、必要なときにホイールの駆動力として放出する。
  • 機械式 ブレーキング時の回転とフライホイールの回転をCVTが調整することによって、エネルギー回生と出力が行われる。

脚注

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  1. ^ F1の場合、エンジンの燃費は、2008年現在平均で約1.5km/l程度であると言われる。
  2. ^ 技術規定変更で大変貌、2009年F1カー
  3. ^ 2008年2月13日放送『F1GPニュース』での川井一仁の発言
  4. ^ ジャン・トッド、F1でのコスト削減の必要性を訴える - F1 TopNews・2009年12月28日
  5. ^ “World Motor Sport Council”. Federation Internationale de l'Automobile(FIA). (2010-06-23). http://www.fia.com/en-GB/mediacentre/pressreleases/wmsc/2010/Pages/wmsc_230610.aspx 2010年6月24日閲覧。 
  6. ^ KERSの問題をチームが協議 - F1-Live.com
  7. ^ フェラーリの非搭載の理由は「信頼性の欠如」とされている、
  8. ^ BMWザウバーのロバート・クビサは金曜日のセッションではKERSを搭載したが土曜日以降はKERS搭載を取りやめた。
  9. ^ フェラーリのキミ・ライコネンは金曜日のセッションではKERSを取り外して走行したが、土曜日以降は再度搭載した。

関連項目

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