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MGU-H( Motor Generator Unit Heat / エム・ジー・ユー・エイチ)とは、エンジンの排気熱を電気エネルギーへと変換し、エンジンパワーとするハイブリッドシステムのこと。2014年にF1に導入された1.6リッター・ハイブリッド・ターボエンジン、通称パワーユニットを構成する6大コンポーネントのひとつ。MGU-HのHHeatのHで、熱を意味する。

運動エネルギーを回生するMGU-KとMGU-Hの2つを合わせてERS=エネルギー回生システムと呼ぶ。回生されたエネルギーは内燃機関(エンジン)が生み出すパワーと合算されマシンを駆動させる。

市販車でお馴染みのハイブリッドは運動エネルギーのみを回生するが、F1マシンはエンジンから発生する熱さえも再利用し動力に変えてしまう。

仕組みと原理

ハイブリッドの基本は、利用されることなく無駄に垂れ流されていた何某かの力を利用して発電機を回し、電力を得る点にある。F1で使われているMGU-Hは、空気中に排出される排気ガスの熱エネルギーによって発電機を回しパワーとする。

熱エネルギーを回生する方法は原理的には複数考えられる。しかし、規約上で「MUG-Hはターボチャージャーと機械的に連結している事」と定められているため、事実上、排気ガスを利用する方法に限定される。

パワーユニットにはターボチャージャーの搭載が義務付けられており、MGU-Hと同じように排気ガスを利用する。両者は同軸上の設置されており共生関係にある。

ターボは、排気ガスによってタービン(扇風機の羽根のような形状)を回し、コンプレッサー(空気を圧縮させる機械)を稼働。圧縮された空気をエンジン内部に強制的に送り込む事で燃焼効率を向上させて出力アップを狙う一方、MGU-Hは全開加速時などタービンが余剰回転して排ガスを使い切れない場合に発電を行う。

MGU-Hの役割

MGU-Hは「熱エネルギーの回生」と「ターボラグの解消」という2つの役割を担っている。なお、レギュレーションで最低重量が4kg、最高回転数が125,000回転と定められている。それぞれについて詳しく見ていこう。

熱エネルギーの回生

MGU-Hは、大気中に放出された排気ガスの熱を再利用して電気エネルギーに変換する。生成されたエネルギーは、即座に使用するかESと呼ばれるバッテリーに蓄えておき後で使用するかを選択できる。エネルギーを実際に使用する(デプロイメント)際には、MGU-Kにこれを転送する必要がある。MGU-Kは運動エネルギーの回生を担当するだけでなく、蓄えたエネルギーを使って実際に車軸を駆動させる役割も兼任している。

ルール上、MGU-Hの回生エネルギー量に制限はないが、バッテリーからMGU-Kへの転送には1周あたり最大2MJという上限が定められている。そのため、MGU-Hで回生したエネルギーを一旦バッテリーに保存してしまうと、事実上制限がかけられる事になる。

MGU-Hと異なり、MGU-Kには回生できるエネルギー量に上限が設けられている。そのため、パワーユニットの出力アップの鍵は「MGU-Hが如何に多くのエネルギーを回生できるか」にかかっていると言っても過言ではない。誤解を恐れずに言えば、パワーユニット開発競争はMGU-H開発そのものである。

レースカーが排出する熱は1,000℃以上に達すると言われている。この膨大なエネルギーを如何に効率よく再利用するかがエンジンサプライヤーの腕の見せどころ。

ターボラグの解消

アクセルを踏み込んでいる時は大量に排気ガスが出るが、コーナーなどで減速している時、あるいはアクセルオフの状態からオンにしたばかりの状態ではあまり排出されない。そのため、コーナーの出口でアクセルオンする際等にはターボが上手く機能せず、間を置いてからターボが起動し始める。これをターボラグと呼ぶ。

このターボラグの解消のためにMGU-Hが使われる。ターボが上手く機能しない状態、つまりICE内に空気を送り込めない状態にある時、MGU-Hがターボに代わって空気を送り込む。具体的には、ターボの代わりにMGU-Hがコンプレッサーを稼働させるのだ。

信頼性を欠いたホンダのMGU-H

2017年シーズン、マクラーレン・ホンダのMGU-Hにはトラブルが頻発した。公表はされていないものの、バーレンやモナコ、アゼルバイジャン等の前半戦の多くで故障が相次いだ理由は、ベアリングの耐久性とオイルタンク形状にあったとされる。同年のメルセデスは、ホンダが不具合に見舞われたベアリング周りのシステムを一新、大幅な耐久性の向上を成し遂げている。

廃止か継続か?2021年以降の規約に注目

現行のF1レギュレーションは2020年までのF1エンジンについて定めており、以降の仕様について現在策定が進められている。F1を所有するリバティ・メディアが提示した案では、コントロール・エレクトロニクスやエネルギーストアの標準化、エンジンサウンド改善のための回転数増加、そしてコスト削減を目的としたMGU-Hの廃止等が盛り込まれている。

ハイブリッド・ターボ時代の王者メルセデスはMGU-Hの廃止に反対の意を唱え、フェラーリもこの青写真に強く反発している。コスト削減を進めたいFIA国際自動車連盟とリバティ・メディアは、複雑かつ高価なMGU-Hを廃止することで新規チームの参入を促すと共に、中堅チームとトップチームとの性能格差を解消したい意向だ。