BMW establece nueve records con el motor de combustión alimentado por hidrógeno y supera los 300 km/h

El hidrógeno es sinónimo de máximas prestaciones y
no sólo en las naves espaciales que surcan el espacio exterior:
BMW ha demostrado que es capaz de ofrecer un vehículo con motor
de hidrógeno, al batir nada menos que nueve records con un
prototipo con motor de combustión alimentado por hidrogeno.
"Estos nueve records señalan el comienzo de la era del
hidrógeno. La tecnología BMW ya ha recorrido un largo
camino. Ahora, conjuntamente con los políticos y la industria
energética, debemos hacer realidad nuestra visión de la
movilidad sostenible", declaró el Profesor Burkhard
Göschel, Miembro de Directorio de BMW AG, durante las pruebas de
velocidad celebradas en el circuito de Miramas. Con este espectacular
éxito logrado en las Pistas de Alta Velocidad de Miramas
(Francia), BMW Group demuestra claramente que es posible sustituir el
combustible convencional por hidrógeno sin pérdida alguna
de la dinámica o de las prestaciones del vehículo. Las
especificaciones del prototipo H2R Record Car confirman claramente esta
superioridad. Este motor de seis litros de cilindrada y 12 cilindros,
desarrolla nada menos que 210 kW o 285 CV. El prototipo de BMW acelera
de 0 a 100 km/h en 6 segundos aproximadamente y alcanza una velocidad
máxima de 302,4 km/h. Derivado del motor de gasolina utilizado
en el modelo BMW 760i, el motor de combustión de
hidrógeno de BMW incorpora las tecnologías más
avanzadas, entre otras, el control variable de la apertura de las
válvulas con el sistema VALVETRONIC. Las principales
modificaciones del motor implicaron el empleo de un sistema de
inyección de combustible adaptado a las características y
exigencias especiales del hidrógeno. El H2R Record Car aprovecha
los resultados obtenidos durante el desarrollo del futuro motor BMW de
hidrógeno, de funcionamiento dual, que se instalará por
primera vez en la historia en un sedán de lujo ? BMW Serie 7 - y
que BMW introducirá durante el ciclo de producción del
actual modelo, en lo que será el primer automóvil de su
naturaleza capaz de circular con hidrógeno y gasolina. El
prototipo H2R ha establecido los siguientes records tanto en
término de tiempos como de velocidad:
Tiempo (sg) Velocidad (km/h): - Salida lanzada (km): 11,993
300,190 - Salida lanzada (milla): 19,912 290,962 - Salida en parado
(1/8 milla): 9,921 72,997 - Salida en parado ( ¼ milla):
14,933 96,994 - Salida en parado (½ km): 17,269 104,233 -
Salida en parado (milla): 36,725 157,757 - Salida en parado (10
millas) 221,052 262,094 - Salida en parado (km): 26,557 135,557
- Salida en parado (10 km): 146,406 245,892 Alfred Hilger,
Jörg Weidinger y Günther Weber, pilotos de prueba de BMW,
condujeron el Record Car en esta sesión sin precedentes. La
razón que condujo a BMW a batir estos records no fue
únicamente la de demostrar la potencia y las prestaciones del
motor de hidrógeno. La fiabilidad y durabilidad de la
tecnología utilizada también demuestra claramente la
supremacía de BMW en el desarrollo de motores de hidrógeno
para producción en serie. En este proceso, BMW se ha centrado en
el motor de combustión simplemente porque, dadas sus
características y prestaciones, sigue siendo el que ofrece mayor
número de ventajas y beneficios. El H2R Record Car:
desarrollado en tan solo 10 meses El H2R Record Car de BMW ha sido
concebido, diseñado y desarrollado por BMW Forschung und Technik
GmbH, legendaria filial de BMW AG. La denominación
"H2R" significa "H Two Race Car", "Hydrogen
Record Car" o "Hydrogen Research Car". "Sólo
necesitamos diez meses para desarrollar el prototipo H2R",
señala Jürgen Kübler, Director del Proyecto. Pero esto
es algo habitual entre los ingenieros creativos que hacen que esta
Compañía sea tan especial. En el proceso, los ingenieros
y especialistas de desarrollo contaron, desde luego, con el respaldo de
tres factores: en primer lugar, los componentes utilizados en el futuro
BMW de producción en serie con motor de hidrógeno ya han
alcanzado una elevada madurez tras su sencilla adaptación al
prototipo H2R. En segundo lugar, los especialistas de desarrollo
pudieron utilizar los sistemas probados de suspensión y chasis
de BMW que cumplían, de forma natural, las exigencias más
rigurosas. Y por último, el empleo continuado y extensivo de
tecnología CAD permitió ahorrar tiempo y llevar a cabo un
proceso de desarrollo perfectamente orientado. El motor: doce
cilindros de serie adaptado a la combustión con hidrógeno
El "corazón" del H2R Record Car se basa, en general, en
el avanzado motor de seis litros y 12 cilindros de BMW, capaz de
funcionar con hidrógeno tras ajustar el sistema de
gestión del motor así como los componentes encargados de
la mezcla de combustible/aire. Las diferencias más
significativas en términos de componentes estructurales son la
válvula de inyección de hidrógeno y los materiales
empleados en las cámaras de combustión: al contrario que
el motor de serie en el que el combustible se inyecta directamente en
las propias cámaras de combustión, las válvulas de
inyección del motor de hidrógeno están integradas
en los colectores de admisión. Y, en este caso, para cumplir las
necesidades específicas que exigía batir un record de
velocidad, se diseñó un motor alimentado por
hidrógeno que funcionase exclusivamente con este combustible.
Esto permitió a los ingenieros configurar y ajustar el motor a
las exigencias del hidrógeno utilizando, por ejemplo, los
asientos y guías de válvulas fabricados en el material
apropiado. La razón de ello es que el hidrógeno carece
del efecto lubrificante de la mezcla convencional de gasolina/aire.
Hemos de destacar, en este contexto, que la necesidad de hacer frente a
un bajo nivel de lubricación ya surgió en el pasado con
la introducción de los motores de gasolina sin plomo que
exigieron el uso de materiales más adecuados. El
hidrógeno mejora la eficiencia Una consideración
fundamental es la de que las propiedades de combustión del
hidrógeno son muy diferentes a las de la gasolina o el diesel:
aunque la combustión del hidrógeno es más
rápida que la de los combustibles convencionales a
presión de aire normal, su temperatura de combustión es
ligeramente más baja que la de la gasolina. En el interior del
motor, la elevada velocidad de combustión de la mezcla de
hidrógeno/aire genera temperaturas más altas que las
experimentadas por un motor de gasolina. La gestión del motor
del H2R Record Car de BMW se ha modificado oportunamente de forma que
la mezcla de hidrógeno/aire no alcance la combustión
hasta que el pistón se sitúe en el centro del punto muerto
superior, garantizando, de esta forma, el máximo rendimiento.
Dado que la combustión de la mezcla de gasolina/aire es, por
comparación, relativamente lenta, debe explosionar antes en
función de la velocidad del motor, por lo que la presión
máxima se alcanza cuando el pistón empieza a descender.
Una ventaja clave de la mayor presión de combustión de la
mezcla de hidrógeno/aire es que genera más potencia
utilizando la misma cantidad de energía, lo que supone un mayor
grado de eficiencia. Independientemente de lo ventajosas que resulten
las propiedades de inyección del hidrógeno en el interior
del motor, el exterior de la cámara de combustión
requiere minuciosa atención. Para evitar fallos de encendido, por
ejemplo, los ingenieros de BMW han desarrollado una estrategia de
inyección y un ciclo de gas específico, en los que los
ilimitados ajustes del árbol de levas VANOS de BMW gestionan el
gas residual según exigencias específicas: antes de que la
mezcla de hidrógeno/aire penetre en los cilindros, las
cámaras de combustión son refrigeradas por aire para
impedir que se produzca una combustión incontrolada.
VALVETRONIC ofrece óptimas condiciones para el hidrógeno
La tecnología VALVETRONIC exclusiva de BMW, encargada de
optimizar el funcionamiento de las válvulas de los doce
cilindros, ha proporcionado a los especialistas de desarrollo de la
Compañía la herramienta ideal para controlar este
exigente ciclo de carga de gas. El sistema VALVETRONIC supervisa no
sólo la duración del movimiento de las válvulas
sino también su apertura. Esto es posible gracias a una palanca
intermedia entre el cigüeñal y las dos válvulas de
admisión de cada cilindro que modifica continuamente su
posición respecto al cigüeñal mediante un eje
excéntrico adicional accionado por un motor eléctrico.
Dependiendo de la posición de este eje excéntrico, la
palanca transforma el movimiento de la curva de las levas en un mayor o
menor movimiento de las válvulas. El sistema VALVETRONIC se
basa en el proceso de ajuste continuado del árbol de levas de
BMW. Conocido por el nombre comercial de VANOS, este sistema forma
parte integral del concepto VALVETRONIC. Incorporando una unidad de
ajuste controlada hidráulicamente en la distribución del
árbol de levas, VANOS modifica el principio y final del periodo
de apertura de la válvula, mientras que la gestión
variable de las válvulas ajusta perfectamente el ciclo de carga
de gas del motor de doce cilindros de acuerdo con las exigencias y
características del hidrógeno. Inyectores especiales
Dado que el hidrógeno se inyecta en el colector de
admisión, las válvulas de inyección deben cumplir
condiciones muy exigentes. Por consiguiente, estas válvulas
constituyen un nuevo desarrollo de BMW. Y dado que el hidrógeno
gaseoso ocupa mayor volumen por unidad de energía que la gasolina
líquida, las válvulas de inyección de
hidrógeno tienen mayor diámetro que las válvulas
convencionales. Otro punto a tener en cuenta es que las
válvulas deben abarcar un rango mucho más amplio de
características y exigencias, operando bajo todo tipo de
presiones del sistema y con periodos de inyección que
varían desde intervalos muy cortos a otros relativamente largos.
Uno de los principales objetivos buscados al desarrollar las
válvulas fue el de inyectar en el colector de admisión
exactamente la cantidad requerida de hidrógeno, en un periodo muy
corto, a velocidades de motor extremadamente elevadas y a plena carga.
Proceso de mezcla limpio: menos consumo de combustible con carga
parcial; potencia adicional a plena carga En condiciones de plena
carga, el motor de 12 cilindros funciona con una mezcla de
combustible/aire cuyo valor lambda es 1. Este valor coincide exactamente
con el que encontramos en los más avanzados motores de gasolina,
dado que, por regla general, es el que proporciona mejores resultados
en un motor de combustión. Bajo cargas parciales - una nueva
ventaja del hidrógeno - el motor funciona eficazmente en la
modalidad de mezcla pobre con exceso de aire. En condiciones
específicas de mezcla de combustible/aire, la combustión
del hidrógeno genera óxidos nítricos. Este rango
comienza ligeramente por encima del valor lambda 1 y se extiende hasta
los valores de lambda > 2. La solución más sencilla
para este problema es evitar este rango de mezcla dado que no es
necesaria para el funcionamiento del motor. Así pues, el
rápido sistema de gestión que controla el motor de
hidrógeno de BMW omite este rango de funcionamiento evitando la
emisión de NOx durante el proceso. Como resultado, el H2R Record
Car es tan potente como un vehículo de gasolina mientras que sus
emisiones se limitan, a todos los efectos prácticos, a vapor de
agua. Tecnología de seguridad El sistema de alimentación
de combustible que incorpora el H2R Record Car de BMW se deriva de un
concepto probado. El combustible se introduce en el depósito del
prototipo H2R, en una estación de servicio de hidrógeno
móvil a través de una pistola manual. Este
depósito, con doble pared aislada por vacío, tiene una
capacidad superior a 11 kilos de hidrógeno líquido y
está instalado cerca del asiento del conductor. Un total de tres
válvulas garantiza la máxima seguridad y la
válvula de funcionamiento del depósito se abre a una
presión de 4,5 bares. Dos válvulas de seguridad
adicionales eliminan las peligrosas consecuencias de posibles fugas en
la camisa que rodea al depósito al tiempo que mantienen el
hidrógeno a la baja temperatura requerida. Estas válvulas
se abren tan pronto como la presión del depósito excede
el límite de cinco bares. Este doble sistema de
protección redundante garantiza la seguridad en todo momento, al
impedir que el depósito de hidrógeno explosione como
resultado de una presión excesiva. Intercambiador de calor en
lugar de bomba de gasolina La presión del gas aumenta en el
sistema de suministro de combustible debido al aumento de la
temperatura del hidrógeno líquido del depósito cuya
presión nominal se mantiene a unos tres bares aproximadamente
gracias a un controlador de presión. A continuación, el
refrigerante, tras circular por el motor de doce cilindros, calienta el
hidrógeno en el intercambiador de calor hasta alcanzar la
temperatura ambiente. Tecnología de las válvulas Un
conjunto de válvulas adicionales supervisa la presión del
gas en los conductos de alimentación del combustible que
conectan con el motor: las válvulas de baja temperatura situadas
en el interior del depósito controlan la salida de
hidrógeno del depósito. Si cualquiera de estos conductos
sufre una fuga y la presión de suministro desciende por debajo
de 0,4 bares, las válvulas de alimentación de combustible
se cierran automáticamente, desconectando y aislando el
depósito del resto de los componentes. El conducto de
alimentación también se puede interrumpir manualmente
mediante un interruptor. Para mantener en todo momento presiones
óptimas de suministro en las válvulas de inyección
-especialmente si tenemos en cuenta que esta presión puede variar
en función de las condiciones de conducción- el sistema de
gestión del motor reduce la presión en el conducto de
suministro 1,2 bares aproximadamente mediante una válvula de
control instalada específicamente para este fin. El completo
sistema de seguridad del H2R Record Car es supervisado adicionalmente
por un sistema telemétrico del mismo tipo que los empleados en
la Fórmula 1. Cuatro sensores de hidrógeno instalados en
puntos neurálgicos - en el propio depósito y entorno a
sus acoplamientos, por ejemplo - reconocen inmediatamente cualquier
fuga e informa de ello al conductor. Chasis y suspensión Para
la estructura y chasis del H2R Record Car de BMW, los ingenieros y
especialistas de desarrollo de BMW Forschung und Technik GmbH utilizaron
la estructura de aluminio monocasco así como la totalidad del
chasis y del sistema de suspensión de un purasangre deportivo
BMW. Las planchas de la estructura de aluminio de gran resistencia
aprovechan las ventajas de este material particularmente ligero y
resistente a la corrosión, para rellenar los espacios abiertos
entre los perfiles extra-largos prensados por extrusión para
obtener el estable ?esqueleto? del vehículo. El resultado es
excelente desde el punto de vista del conductor, al que ofrece una
experiencia de conducción directa sin la más ligera
vibración o ?temblor? de la carrocería. La
suspensión delantera emplea muelles helicoidales y doble
trapecio, dirección de piñón y cremallera,
articulación transversal, tirante y barra estabilizadora. El
subbastidor del eje delantero está compuesto por una estructura
de aluminio soldada formada por barras de perfil prensado por
extrusión y planchas que sujetan todos los componentes del eje
delantero empernándolos a la carrocería en seis puntos.
La articulación transversal, fabricada en aluminio forjado, se
complementa con dos rótulas que hacen posible la
orientación precisa de las ruedas y mejoran la estabilidad
direccional. La orientación y estabilidad de las ruedas
posteriores depende de un eje cuadrimensional integral, basado en el
principio multibrazo patentado por BMW y complementado, en este caso,
por una barra estabilizadora. Los neumáticos 245/40 x 19
garantizan, por ultimo, el óptimo contacto con la carretera y la
máxima estabilidad. Carrocería de fibra de carbono Los
diseñadores de BMW han creado una carrocería
verdaderamente exclusiva para el H2R Record Car: con 5,40 metros de
longitud y 2 metros de ancho, ha sido diseñada para optimizar la
aerodinámica de un extremo a otro. Y para alcanzar velocidades
record, el frontal mide 1,85 metros cuadrados y el coeficiente
aerodinámico es de tan sólo 0,21. En la parte posterior,
un reflector de 20 centímetros de largo impide que el aire haga
turbulencia bajo el vehículo, lo que podría reducir su
velocidad. El perfil lateral y la longitud del prototipo H2R
garantizan una conducción estable a cualquier velocidad. Al
igual que en los coches de Fórmula 1, el recubrimiento exterior
está fabricado en plástico reforzado con fibra de carbono
lo que ofrece una óptima combinación de resistencia y bajo
peso: con el depósito lleno y el conductor al volante, el H2R
pesa tan sólo 1.560 kg.