7月29日、トヨタ自動車／TOYOTA GAZOO Racingは、7月29〜30日に大分県日田市のオートポリスで開催されるENEOSスーパー耐久シリーズ2023 Supported by BRIDGESTONE第4戦『スーパー耐久レース in オートポリス』の会場で、予選を前にST-Qクラスに液体水素を使って参戦するORC ROOKIE GR Corolla H2 conceptの進化について説明した。
TOYOTA GAZOO Racingは2021年からORC ROOKIE Racingとともに、スーパー耐久のST-Qクラスを活用し、水素エンジンを搭載したカローラ／GRカローラを走らせてきた。当初は気体水素を燃料として使用し、2年間の参戦を通じて、水素社会実現のための集まった多くの“仲間”とともに、水素の利活用の環境を向上させ、ポテンシャルを上げるべく活動を続けてきた。
2023年からORC ROOKIE GR Corolla H2 conceptは、新たに使用燃料を液体水素に変更。まるでロケットを飛ばすかのような技術的に困難な挑戦となったが、開幕前のテスト時の火災の影響で第1戦鈴鹿をスキップしたものの、第2戦富士SUPER TEC 24時間レースを前に、火災対策の他にも大幅な軽量化などを遂げ、富士24時間をほぼトラブルなく完走してみせた。
■ポンプの耐久性向上にともない軽量化も実現
そんなORC ROOKIE GR Corolla GR H2 conceptだが、第3戦SUGOには参戦せず、今回の第4戦オートポリスを前にさらなる改良を施してきた。「第4戦までの2ヶ月のスパンで、いろいろな進化を遂げて参りました。水素社会実現に向けて、みんなで水素に取り組んでいくトーンがTOYOTA GAZOO Racingだけでなく、トヨタ全体の活動になってきていますし、地域の皆さま、いろいろな仲間の皆さまと進んできた中で今回の進化があります」とGRカンパニーの高橋智也プレジデントは語った。
今回の進化は、大きく分けると3つの領域となる。まず、24時間レースでは2回の交換を行った液体水素ポンプの耐久時間が、同条件下で30％向上した。液体水素の供給のために使用されるポンプだが、通常ポンプは潤滑油が使用され摩擦を減らしているが、液体水素ポンプの場合、水素に潤滑油が混ざってしまうため、潤滑油を使用することができないという。
この無潤滑の理由について、GRカンパニーの伊東直昭水素エンジンプロジェクト統括は「ポンプのいちばん上部にギアのユニットがありますが、通常ギアはオイル潤滑になります。しかしマイナス253度で冷やされるポンプのシール性に課題があり、オイルがシールをすり抜けて、水素タンクに入ってしまうリスクがあります」と説明した。
無潤滑の場合、摩耗や入力に対してのショックなど厳しい条件があるが、今回のレースでは、ポンプギヤ駆動部の負荷を低減する緩衝構造を採用することで、ポンプ、クランクの負荷を減らし、今回の5時間レースをポンプ交換なく完走することを目指している。
またポンプが劣化した際に、ポンプのフリクションが増えていくことになるというが、そのフリクションに打ち勝つためにモータートルクを与えて運用してきたという。しかし、ポンプのクランク構造の信頼性の向上によりスムーズになり、モーターの負荷が減った。
この負荷軽減と、これまでのテストやレースで収集したデータを分析し、安全バルブや配管などさまざまな液体水素システムの最適化を進めたことで、ポンプ駆動モーターのバッテリーを軽量化。「エンジニアたちの細かい積み重ね（伊東プロジェクト統括）」の結果、ORC ROOKIE GR Corolla H2 conceptの車重は5月の富士24時間での1,950kgから40kgの軽量化を実現し、1,910kgとなった。
■給水素時の負担・作業性向上も実現
また軽量化は車両自体に留まらない。岩谷産業とトヨタが共同で開発する移動式液体水素ステーションのジョイントとフレキシブルホースの軽量化に取り組んだ。
第2戦富士の際には、ジョイントとフレキシブルホースは非常に重く、給水素を行うスタッフの負担にもなっていたという。また水素社会での市販化に向けても小型化・軽量化は課題となっていた。
そこで今回、接続部カバーの廃止や水素に触れない部品を鉄からアルミに変更するなどの改良を行い、充填ジョイントを8.4kgから6.0kgに、リターンジョイントを16.0kgから12.5kgに軽量化させた。また、リターンジョイント側のフレキシブルホースも細いホースに変更することで、負担を約4kgから約1kgに軽減させ、給水素時の作業性を向上させている。
また水素充填時間も向上した。充填スピードを上げるために大流量化するとバルブサイズが大きくなり、密閉性の確保も難しくなるというが、フジキンが開発した大流量対応充填側シャットバルブを装着することになり、第2戦の1分40秒から1分に短縮された。
そしてこれまで手動操作で行われてきた充填バルブの開閉や、水素が満充填になった際に充填をストップするなどの作業を、電子制御で自動化することに成功した。これまでもセンシングは行ってきたというが、それらの結果を通じて電子制御化。オペレーションの自動化により安定した時間で効率よく、ミスなく給水素が行えるようになった。
また水素エンジンについても、より安定的に高次元の圧力で水素が供給されることで、性能アップにも寄与。エンジンの出力アップを行っているという。
ORC ROOKIE Racingでは、これらの軽量化にともない変化した前後バランスなどのセットアップを行いながらレースウイークを進めており、ST-5車両よりも速い、また2022年までの気体水素GRカローラに近づくタイムがこれまでも記録されている。
なお伊東プロジェクト統括によれば、レースでは1スティント17周を想定しているという。レース展開にもよるが、気体水素に比べても給水素時間は大きく短縮されてること、またポンプ交換が予定されていないことを考えると、ノートラブルで7月30日の決勝レースを走りきった場合、非常に興味深いリザルトを残してくれるのかもしれない。
