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 lo 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 redords 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, hemos de hacer realidad nuestra visión de la movilidad
sostenible", declaró el Profesor Burkhard Göschel, Consejero 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 menoscabo alguno de la dinámica o
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 alcanza los 100
km/h desde la salida en parado en 6 segundos aproximadamente y 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 una berlina de lujo - la Serie 7- y
que BMW introducirá durante el ciclo de producción del actual modelo, en lo
que será el primer coche de su naturaleza capaz de circular con hidrógeno y
gasolina.

El prototipo H2R ha establecido los records siguientes 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: un 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 UNO. Cuatro sensores de hidrógeno instalados en puntos neurálgicos
-en el propio depósito y entorno a sus acoplamientos, por ejemplo-reconoce
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.