Рекорды водородного двигателя
BMW Group пишет автомобильную историю и снова доказывает свое лидирующее положение в области
современных технологий
Мюнхен / Мирамас. Водород может способствовать достижению высочайших результатов не только в
ракетной технике.
 
BMW доказала реальные возможности водородного автомобиля, установив на модели H2R девять рекордов
для моделей с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде. "Девять рекордов – это только
начало водородной эры. Технология BMW достигла высокого уровня, и теперь мы вместе с политиками и
специалистами по энергетике должны плотнее заняться вопросом, как воплотить в реальность наши
представления о непрерывной мобильности", - заявил профессор Гёшель, член Правления BMW Group во
время рекордных заездов в Мирамасе. Тем самым на скоростной трассе в Мирамасе (Франция) концерн
BMW Group подкрепил свою убежденность в том, что водород может прийти на смену обычным видам
топлива, а водителям не придется отказываться от динамичности современных автомобилей.
 
 
Это убедительно доказывают технические характеристики скоростного H2R.
Двенадцатицилиндровый двигатель с шестью литрами рабочего объема развивает более 210 кВт/285 л.с.,
позволяя прототипу разгоняться с места до 100 км/ч приблизительно за шесть секунд и развивать
максимальную скорость 302,4 км/ч. Водородный двигатель внутреннего сгорания имеет в своей основе
бензиновый силовой агрегат от BMW 760i и обладает всеми самыми современными технологиями, среди
которых, например, система плавной регулировки хода клапанов VALVETRONIC. Изменения затронули в
первую очередь систему впрыска, которую на BMW адаптировали к особым требованиям, предъявляемым
водородом. При этом в H2R были использованы решения, которые были найдены в ходе разработки
будущего водородного двигателя BMW для первого в мире седана премиум-класса с бивалентным
приводом: еще в ходе выпуска нынешней 7-й серии BMW выпустит на рынок модель, которая сможет
ездить как на водороде, так и на бензине.
За рулем автомобиля-рекордсмена сменяли друг друга три заводских гонщика BMW: Альфред Хильгер, Йорг
Вайдинегр и Гюнтер Вебер.
Гонка за спортивными рекордами не только доказывает возможности водородного автомобиля. Его
надежная техника свидетельствует также о зрелости разработок мотористов BMW, занимающихся
водородным двигателем. В качестве силового агрегата для автомобиля BMW предпочитает двигатель
внутреннего сгорания, который по сумме своих качеств, как и прежде, обладает значительными
преимуществами.
H2R – разработан всего за десять месяцев
Идея создания и разработка рекордного автомобиля BMW H2R принадлежат легендарной дочерней
компании BMW под названием BMW Forschung und Technik GmbH. Название автомобиля H2R обозначает
следующее: "H two Race Car" – "водородный рекордный автомобиль" или, как второй вариант, "водородный
исследовательский автомобиль". "У нас на разработку было десять месяцев", - рассказывает Юрген Кюблер,
руководитель проекта H2R. Но короткие сроки – это повседневность для творческих инженеров. Правда,
работу им облегчали три обстоятельства: во-первых, компоненты будущего водородного серийного
автомобиля BMW достигли такой степени зрелости, которая позволила безо всяких проблем интегрировать
их в рекордный автомобиль. Во-вторых, при разработке шасси инженеры могли использовать прекрасно
себя зарекомендовавшую ходовую часть BMW, которая удовлетворяет самым высоким требованиям.
В-третьих, широкое использование методов компьютерного проектирования (CAD) позволило сэкономить
время и работать целенаправленно.
Двигатель: серийный двенадцатицилиндровый с адаптацией к водороду
Сердце H2R основывается в основном на лучшем двигателе BMW, двенадцатицилиндровом силовом
агрегате с рабочим объемом шесть литров. Использование в качестве топлива водорода стало возможным
благодаря адаптации системы управления двигателем и компонентов системы приготовления рабочей
смеси.
Важной составной частью является клапан подачи водорода и выбор материала для камеры сгорания. В
отличие от серийного двигателя, в котором топливо непосредственно впрыскивается в камеру сгорания,
клапаны подачи водорода находятся во впускном коллекторе. Для рекордных заездов водородный
двигатель внутреннего сгорания был переведен на моновалентный режим, то есть на работу только на
водороде.
Подобная конструкция позволила инженерам настроить двигатель специально на эксплуатацию на
водороде. Так, например, кольца седел клапанов изготовлены из специального материала. Причина в том,
что у водорода отсутствует смазывающий эффект, присущий бензиново-воздушной смеси. Для
напоминания скажем, что этот эффект ухудшения смазки возникает также и при использовании
неэтилированного бензина, и поэтому в серийных двигателях используется материал с повышенной
стойкостью.
Больший коэффициент полезного действия при использовании водорода
Водород сгорает по-иному, чем бензин или солярка. При нормальном давлении воздуха он сгорает хотя и
быстрее, но с несколько меньшей температурой по сравнению с бензином.
В двигателе высокая скорость сгорания смеси водорода и воздуха ведет к тому, что там возникает более
высокая температура, чем при работе на бензине. Поэтому система управления двигателем рекордного
автомобиля BMW H2R была адаптирована таким образом, что смесь зажигается только в ВМТ поршня,
чтобы тем самым добиться максимальной мощности. Бензиново-воздушная смесь сгорает сравнительно
медленно. Поэтому с ростом частоты вращения ее надо поджигать все раньше, чтобы иметь максимальное
давление к тому моменту, когда поршень начнет движение вниз. Более высокое давление
водородно-воздушной смеси имеет при этом очевидные преимущества: больше отдачи при одинаковых
затратах энергии означает лучший кпд.
Насколько положительным фактом является воспламеняемость водорода в двигателе, настолько большого
внимания требует это качество вне камер сгорания. Во избежание пропусков зажигания, инженеры BMW
разработали специальную стратегию газообмена и впрыска.
Система плавной регулировки фаз газораспределения BMW VANOS целенаправленно управляет
количеством остаточных газов. Прежде чем поступит водородная смесь, камера сгорания охлаждается
воздухом. Тем самым удается избежать бесконтрольного воспламенения смеси.
VALVETRONIC создает оптимальные условия для использования водорода
Система VALVETRONIC, которая осуществляет регулировку фаз газораспределения, предоставляет
разработчикам двигателей идеальное средство для управления сложным процессом газообмена.
VALVETRONIC определяет как длительность, так и высоту подъему клапанов. Работает система так: между
распределительным валом и парой впускных клапанов каждого цилиндра располагается промежуточный
рычаг. Его положение относительно распределительного вала плавно варьируется дополнительным
эксцентриковым валом, который приводится в действие электродвигателем. В зависимости от положения
вала промежуточный рычаг определяет, насколько больше или меньше станет ход клапана под
воздействием кулачка распредвала. Система VALVETRONIC работает вместе с системой плавной
регулировки фаз газораспределения BMW. Система, которая называется VANOS, является составной
частью концепции VALVETRONIC. Благодаря VANOS с помощью регулятора с гидравлическим
управлением, используемого в приводе распредвалов, можно менять момент открытия и закрытия
клапанов. Совершенно плавная регулировка фаз газораспределения позволяет оптимальным образом
адаптировать газообмен двенадцатицилиндрового двигателя к условиям эксплуатации на водороде.
Специальные клапаны для водородного двигателя
По возможности как можно более поздняя подача водорода во впускной коллектор ставит одновременно
высокие требования к клапанам. Они являются совершенно уникальной новой разработкой BMW. Так как
газообразный водород обладает большим объемом на единицу энергии, чем жидкий бензин, клапаны для
подачи водорода больше обычных форсунок. К тому же они удовлетворяют гораздо большему количеству
предъявляемых к ним условий: они должны работать с различными уровнями давления и быть
способными обеспечивать как очень короткие, так и очень длинные фазы впрыска. Главная цель
разработчиков заключалась в том, чтобы при максимальных оборотах и при полной нагрузке обеспечить
подачу во впускной коллектор необходимого количества водорода за очень короткий момент впрыска.
Чистое смесеобразование: меньше расхода при частичных нагрузках, больше энергии при полной
нагрузке

При полной нагрузке двенадцатицилиндровый двигатель работает на смеси с коэффициентом ?=1. Это
соответствует соотношению, с которым работают современные бензиновые двигатели и которое в
принципе обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания. В диапазоне частичных
нагрузок – и в этом тоже одно из преимуществ водорода – двигатель работает на обедненной смеси с
избытком воздуха. При сгорании водорода в определенной пропорции с воздухом образуются оксиды
азота. Границы этой пропорции начинаются с соотношения несколько выше ?=1 и доходят до соотношения
?>2. Решение: это "окно" для работы двигателя не требуется. Быстродействующая система управления
водородным двигателем BMW "перепрыгивает" его и тем самым позволяет избежать выбросов NOx.
Результат: H2R обладает мощностью обычного бензинового автомобиля, но его выбросы – это практически
только водяной пар.
Техника обеспечения безопасности
Система питания рекордного автомобиля BMW H2R основывается на хорошо себя зарекомендовавшей
концепции серийной разработки. Заправляется H2R на мобильной водородной станции с помощью
подключения через механическую заправочную муфту. Двустенный бак с вакуумной изоляцией вмещает
более 11 килограммов жидкого водорода и расположен рядом с сиденьем водителя. Сразу три клапана
обеспечивают максимальную безопасность: рабочий клапан на баке открывается при давлении 4,5 бар. Два
дополнительных предохранительных клапана заботятся о том, чтобы утечки в оболочке, сохраняющей
низкую температуру, не повлекли за собой опасных последствий: клапаны открываются, если внутри бака
давление превысит 5 бар. Благодаря подобной системе безопасности с двойным резервированием
исключается разрыв бака из-за повышенного давления.
Теплообменник вместо бензинового насоса
Давление газа в системе питания создается только лишь активным нагревом глубоко охлажденного
жидкого водорода в баке и удерживается манометрическим регулятором на уровне рабочего давления 3
бар. Затем охлаждающая жидкость двенадцатицилиндрового двигателя доводит температуру водорода в
теплообменнике до температуры окружающей среды.
Клапаны
Другие клапаны контролируют давление газа на его пути к двигателю: низкотемпературные клапаны
внутри бака управляют забором водорода. Если трубопровод для подачи становится негерметичным и
давление подачи падает ниже 0,4 бар, заборные клапаны закрываются и полностью изолируют бак от
окружающей среды. Линию питания можно также закрыть вручную шаровым краном. Для обеспечения на
клапанах подачи водорода оптимального давления, которое в зависимости от условий движения может
варьироваться, система управления двигателем с помощью регулировочного клапана сокращает давление в
линии питания приблизительно до 1,2 бар.
Эта всеобъемлющая система обеспечения безопасности автомобиля H2R дополнительно постоянно
находится под контролем телеметрии, позаимствованной в "Формуле-1". Четыре водородных датчика в
критических областях, например у бака и муфты бака, распознают утечки и сразу информируют об этом
водителя.
Ходовая часть
Работая над несущей структурой и шасси рекордного автомобиля BMW H2R разработчики BMW Forschung
und Technik GmbH использовали серийные компоненты высококлассного спортивного автомобиля BMW.
От него была взята несущая алюминиевая рама, называемая также пространственной рамой, и вся ходовая
часть. Высокопрочные структурные листы из алюминия, легкого и устойчивого к коррозии материала,
заполняют пространство между крупными прессованными профилями, служащими устойчивым
"каркасом". В результате водитель прекрасно чувствует автомобиль, который не вибрирует и не трясется.
Передняя подвеска представляет собой подвеску МакФерсона на амортизационных стойках с реечным
рулевым управлением, алюминиевыми поперечными рычагами, тяговыми растяжками и стабилизатором.
Подрамник – это алюминиевая сварная конструкция из прессованных профилей и листов, на которой
крепятся все элементы передней подвески. Сам подрамник крепится к кузову на резьбовых соединениях в
шести местах. Поперечный рычаг, кованая деталь из алюминия, имеет две шаровые опоры, которые
позволяют ему обеспечивать точное направление колеса. Сзади задачу направления колес решает
интегральная подвеска 4, запатентованная многорычажная конструкция BMW со стабилизатором.
Оптимальный контакт колес с дорогой и безопасность обеспечивают шины размерности 245/40x19.
Кузов: наружные панели из углепластика
Дизайнеры поработали и над уникальным кузовом рекордного BMW H2R. Его пропорции вызывают в
памяти как классические гоночные BMW, так и рекордные автомобили: при длине 5,40 м и ширине два
метра этот автомобиль ориентирован на оптимальную динамику. В достижение рекордной скорости свой
вклад внесло также то, что при площади лобовой поверхности автомобиля 1,85 м2 удалось добиться
коэффициента аэродинамического сопротивления (cw) 0,21. Двадцатисантиметровый диффузор в задней
части предотвращает тормозящие завихрения воздуха за автомобилем.
 
Одновременно боковое профилирование и сама длина автомобиля обеспечивают устойчивость при самых
высоких скоростях. Наружная обшивка, как и у болида "Формулы-1", состоит из углепластика, который
одновременно обеспечивает и высокую жесткость, и низкую массу. В итоге полностью заправленный H2R
с водителем весит 1560 кг.
Hosted by uCoz