BMW H2R rekordbil- utvecklad på bara 10 månader

Rekordbilen är utvecklad av BMW Forschung und Technik GmbH, ett dotterbolag till BMW AG. Namnet H2R står för "H2 Race Car", "Hydrogen Record Car" eller "Hydrogen Research Car".

-Vi hade bara 10 månader på oss att utveckla prototypen H2R säger Jürgen Kübler, chefen för projektet. Men den korta tiden är ändå ganska normal för de kreativa ingenjörerna som gör detta företag så speciellt.

Tre faktorer bidrog till att möjliggöra projektet: delarna som används i BMWs kommande produktionsvätgasbil har kommit så långt i utvecklingen att de kunde användas i rekordbilen. Dessutom har man kunnat använda många chassikomponenter från produktionsbilarna som klarar de hastigheter det handlar om och för det tredje så har man i hög grad använt sig av CAD-teknologi, där databeräkningar kan spara tid i jämförelse med tester.

Motor är baserad på BMWs "top-of the-line"-maskin, en sexliters V12. Den kan köras problemfritt på vätgas tack vare ändrat motorstyrsystem och utbytta komponenter för bränsle/luftblandning. De mest signifikanta förändringarna är insprutningsventilerna för vätgas och materialen i förbränningsrummen: i motsats till produktionsmaskinen där bränslet sprutas direkt in i förbränningsrummen är insprutningsventilerna i vätgasmotorn integrerade i insugningsrören.

För rekordförsöken var motorn i H2R anpassad för enbart vätgasdrift. Detta tillät ingenjörerna att optimera motorn för vätgasdrift, till exempel genom att använda särskilda ventilsäten. Anledningen till detta är att vätgasen inte har den smörjande förmågan som bensin/luftblandningen har.

Vätgas ger ökad effekt
En fundamental skillnad är att förbränningsprocessen för vätgas skiljer sig från den för bensin eller diesel. Medan vätgas brinner snabbare än konventionella bränslen under normalt lufttryck, är förbränningstemperaturen något lägre än för till exempel bensin.

Den höga förbränningshastigheten inuti motorn med vätgas/luftblandning ger en högre temperatur än en motor som drivs med bensin. Motorstyrningen i H2R har anpassats så att vätgas/luftblandningen inte antänds förrän kolven når övre dödläget, vilket ger maximal effekt. Jämför detta med en bensin/luftblandning som måste antändas allt tidigare i förhållande till ökat motorvarvtal, vilket gör att max tryck nås just efter det att kolven börjar röra sig nedåt.

En direkt fördel för det högre förbränningstrycket vid vätgas/luftblandning är att man når högre effekt från samma mängd energi vilket ger en bättre verkningsgrad.

Lika eftertraktad som den högre antändningsgraden för vätgas inuti förbränningsrummet är, lika mycket måste man passa på det som sker utanför detsamma. För att undvika misständning har BMWs ingenjörer utvecklat en gascykel- och insprutningsstrategi, där VANOS steglösa kamaxeljustering kan bidra till att restgaser inte antänds: innan vätgas/luftblandningen släpps in i cylindrarna kyls förbränningsrummen med luft för att säkra att bränsle/luftblandningen inte antänds okontrollerat.

VALVETRONIC ger perfekt förutsättning för vätgasdrift
Redan som standard har den tolvcylindriga motorn VALVETRONIC som kontrollerar gasflödet både genom att justera ventilernas lyfthöjd och öppningstid genom det integrerade VANOS-systemet. Genom att vätgasen sprutas in i insugningsrören så sent som möjligt måste insprutningsventilerna stå emot stora krav. De av BMW nyutvecklade ventilerna måste också vara större eftersom gasformig vätgas har större volym per energienhet.

Mindre förbrukning vid dellast, mer effekt vid maxbelastning
Under full belastning körs motorn på en bränsle/luftblandning med lambda =1. Det är samma förhållande som moderna bensinmotorer också körs på, vilket är det förhållande som ger den bästa och mest effektiva förbränningen. Under dellast körs motorn på "lean burn" förhållande med överskottsluft. Under vissa förhållanden, vid en specifik bränsle/luftblandning, kan förbränning av vätgas skapa oönskade kväveoxider. Denna "lucka" i blandningen börjar strax ovanför lambda=1 och sträcker sig till lambda >2.

Den enkla lösningen på detta problem är att utelämna denna "blandnings-lucka" eftersom den inte behövs för att köra motorn. Motorns enormt snabba styrsystem kan hoppa över detta driftsområde och därigenom undvika NOx-utsläpp helt och hållet. Resultatet blir att H2R är just lika stark som en konventionell bensinbil medan utsläppen begränsas till bara vattenånga.

Säker teknologi
Bränslesystemet på BMW H2R är baserat på utprovade komponenter inför serietillverkning. Bränsle fylls i tanken från en mobil vätgasanläggning in genom en manuell anslutning. Den vakuum-isolerade, dubbelväggiga tanken rymmer drygt 11 kg flytande vätgas och är placerad bredvid föraren. Tre ventiler garanterar maximal säkerhet, där en övertrycksventil öppnar vid 4,5 bar.

Ytterligare två säkerhetsventiler utesluter farliga läckor in i det isolerande utrymmet runt tanken, som behövs för att hålla nere temperaturen på vätgasen. Dessa öppnar vid 5 bar övertryck vilket garanterar optimal säkerhet och hindrar att tanken exploderar på grund av stigande tryck.

Värmeväxlare istället för bensinpump
Gastryck byggs upp i bränslesystemet då temperaturen på vätgasen stiger. Den flytande vätgasen hålls på ett driftstryck på ca 3 bar och motorns kylsystem värmer upp gasen i en värmeväxlaren innan den leds in i insugningsrören.

Ventilteknik
Ytterligare ventiler övervakar gastrycket i bränsleledningarna till motorn: ventiler inne i tanken reglerar utflödet från tanken. Om någon av förledningarna skulle börja läcka och försörjningstrycket sjunker under 0,4 bar stänger en ventil automatiskt, vilket kopplar bort tanken från omgivningen. Försörjningsledningen kan även stängas manuellt.

För att behålla det optimala bränsletrycket under alla körförhållanden, reducerar motorstyrsystemet trycket i bränslesystemet till ca 1,2 bar genom en styrventil för detta ändamål.

Detta avancerade säkerhetssystem är dessutom övervakat av ett telemetrisystem liknande sådant som används i Formel 1. Fyra vätgasavkännande sensorer, t ex i tanken och vid tankanslutningen, känner av en läcka omedelbart och varnar föraren.

Chassi och hjulupphängning
Ingenjörerna på BMW Forschung und Technik GmbH har använt komponenter från sportbilsutvecklingen på BMW. H2R har självbärande aluminium space-frame ram liksom plåtar och paneler i höghållfast aluminium. Framhjulsupphängningen är en fjäderbenskonstruktion med dubbla tvärlänkar och styrningen av kuggstångstyp. Bak sitter hjulen upphängda i en integral fyrdimensions-konstruktion, patenterad av BMW. Hjulen mäter 245/40x19".

Kaross av kolfiber
Även karossen är unik på denna bil. Strömlinjeform är nyckelordet för den 5,4 m långa och 2 m breda karossen. Luftmotståndskoefficienten är bara 0,21 och frontalarean bara 1,85 m2. Precis som på en F1-bil är karossen gjord av kolfiberförstärkt plast vilket ger den optimala kombinationen av styrka och låg vikt. H2R väger 1560 kg fulltankad med förare.

eMotor.se

BMW H2R rekordbil- utvecklad på bara 10 månader

Mer om Vätgas

Senaste artiklarna om Bilar