Der BMW Hydrogen 7
Der Motor: 6,0 Liter-Zwölfzylinder mit
Benzin-Direkteinspritzung und Wasserstoff-Saugrohreinblasung
- Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h mit Wasserstoff-Antrieb.
- Motor emittiert praktisch ausschließlich Wasserdampf.
- BMW untermauert Technologieführerschaft auf dem Antriebssektor.
Mit dem BMW Hydrogen 7 macht die Automobilentwicklung auf dem Weg
zu einer drastischen Reduzierung der CO2-Emissionen einen bedeutenden Schritt
nach vorn. Der bivalente Zwölfzylinder-Motor des BMW Hydrogen 7 kann praktisch
emissionsfrei Wasserstoff sowie auf herkömmliche Weise Benzin verbrennen. Mit
dieser revolutionären Motoreninnovation macht der BMW Hydrogen 7 die Bahn frei
für den praxisorientierten Umstieg auf
eine umweltfreundlichere automobile Fortbewegung. Versorgungslücken in der
bislang für die Wasserstoff-Nutzung nur bedingt vorhandenen Infrastruktur werden
mit dem bivalenten Zwölfzylinder-Motor im BMW Hydrogen 7 auf
eine praxisgerechte Weise überwunden. Diese Technik-Innovation demonstriert das
hohe Verantwortungsbewusstsein der BMW Group als Technologieführer auf dem
Antriebssektor.
BMW Hydrogen 7 mit bivalentem V12-Motor für
Wasserstoff- und Benzinbetrieb
Nach dem heutigen Stand der Technik bietet nur der Verbrennungsmotor den
Vorteil, bivalent arbeiten zu können. Autofahrer, die sich für die saubere
Energie als Antriebsform entschieden haben, werden aufgrund der Bivalenz des
Motors in ihrer individuellen Mobilität nicht eingeschränkt.
Die Reichweite des BMW Hydrogen 7 wurde mit rund 700 Kilometern gegenüber
herkömmlichen Benzinmotor-Fahrzeugen sogar erweitert.
Im Vergleich zur Brennstoffzellentechnologie weist der Verbrennungsmotor einen
erheblich höheren Reifegrad auf, der auf über Jahrzehnte
hinweg gesammelten Erfahrungen beruht. Neben der daraus resultierenden
Zuverlässigkeit dieses Motorenkonzepts sind auch die exzellenten fahrdynamischen
Eigenschaften des Verbrennungsmotors ein wichtiges Argument für den Einsatz im
Alltagsbetrieb.
Serien-Zwölfzylinder mit Anpassung an Wasserstoff.
Der Zwölfzylinder-Motor der weltweit ersten in Serie gefertigten
Wasserstoff-Luxuslimousine für den Alltagsbetrieb ist vom Benzin-Triebwerk des
BMW 760i abgeleitet und verfügt über modernste technische Details wie die
vollvariable Ventilsteuerung VALVETRONIC und die variable
Nockenwellenverstellung für die Einlass- und Auslassseite, Doppel-VANOS. Der
bivalente Verbrennungsmotor ist so ausgelegt, dass in den Zylindern wahlweise
Wasserstoff oder Benzin verbrannt werden kann. Die Besonderheit:
Die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs ist in beiden Betriebsarten identisch,
der Motor kann verzögerungsfrei und im Fahrverhalten nicht wahrnehmbar zwischen
dem Wasserstoff- und dem herkömmlichen Benzin-Betrieb umschalten.
Aus einem Hubraum von 6,0 Litern erzeugt das Triebwerk eine Leistung
von 191 kW/260 PS, damit kommt der BMW Hydrogen 7 auf eine elektronisch
abgeregelte Höchstgeschwindigkeit von 230 km/h. Das maximale Drehmoment beträgt
390 Newtonmeter und wird bei einer Motordrehzahl von 4.300 U/min erreicht. Die
Wasserstoff-Limousine beschleunigt in 9,5 Sekunden von null auf 100 km/h. Im
Wasserstoff-Betrieb steht dem BMW Hydrogen 7 eine Reichweite von mehr als 200
Kilometern zur Verfügung, weitere
500 Kilometer legt er im Benzin-Betrieb zurück. Mit diesen Qualitäten bietet der
bivalente V12-Motor des ersten Wasserstoff-Premiumfahrzeugs
für den Alltagsbetrieb unabhängig von der jeweiligen Betriebsart Dynamik,
Komfort und Zuverlässigkeit in der für BMW Modelle typischen Weise.
Aus diesem Grund eignet sich die bivalente Antriebsform in besonderem Maße
dafür, die Akzeptanz für die neue Antriebsenergie zu erhöhen.
VALVETRONIC schafft optimale Bedingungen für den
Wasserstoff-Betrieb.
bivalenter BMW V12-Motor für
Wasserstoff- und
Benzinbetrieb
Grundsätzlich hat Wasserstoff deutlich andere Verbrennungseigenschaften als
Benzin oder Dieselkraftstoff. Wasserstoff verbrennt schneller als Benzin.
Für die Verbrennungseigenschaften des Wasserstoff-Luft-Gemischs ergeben sich
durch die höhere Verbrennungsgeschwindigkeit handfeste Vorteile:
Mit dem gleichen Energieeinsatz lässt sich ein höherer Wirkungsgrad erzielen als
mit Benzin. Die unterschiedlichen Verbrennungseigenschaften der
beiden Kraftstoffe werden durch spezielle Funktionen der Motorsteuerung des
bivalenten Verbrennungsmotors ausgeglichen.
Für die flexible Motorsteuerung des bivalenten V12-Motors standen den
Motorenkonstrukteuren mit der von BMW entwickelten drosselfreien Laststeuerung
VALVETRONIC und der variablen Nockenwellenverstellung Doppel-VANOS ideale
Werkzeuge zur Verfügung. Denn damit
können der anspruchsvolle Gaswechsel und Einblaserhythmus gezielt auf die
Eigenschaften des Wasserstoff-Luft-Gemischs abgestimmt werden.
Die VALVETRONIC beeinflusst Dauer und Hub der Ventilbewegung.
Eine elektromotorisch betätigte Exzenterwelle überträgt mit Hilfe eines Hebels
zwischen der Nockenwelle und den Einlassventilen der Zylinder die
Erhebung der Nocken in größere oder kleinere Ventilbewegungen. Mit Hilfe von
VANOS können über eine hydraulisch gesteuerte VerstelleinheitAnfang und Ende der Ventilöffnungszeiten beeinflusst werden.
Einblaseventile als Schlüsseltechnologie.
Die Gemischbildung erfolgt im bivalenten V12-Motor für Benzin- und
Wasserstoffeinlass mit unterschiedlichen Verfahren. Im Benzin-Betrieb arbeitet
der Motor als Direkteinspritzer, die Wasserstoff-Gemischbildung erfolgt in den
Ansaugkanälen. Die Wasserstoff-Verteiler wurden in die Sauganlage integriert.
Als wegweisende Innovation belegen die speziell entwickelten
Wasserstoff-Einblaseventile die große Ingenieurskunst der Motorentwickler. Die
Gasventile sind naturgemäß größer als konventionelle Einspritzventile und decken
eine deutlich größere Spreizung im Volumenstrom ab: Sie müssen mit Wasserstoff
in unterschiedlichen Systemdrücken
und außerdem mit sowohl sehr kurzen als auch mit längeren Einblasezeiten
arbeiten können. In Hundertstelsekunden bringen sie stets exakt
die jeweils benötigte Menge an Wasserstoffgas in die Ansaugluft ein.
Saubere Gemischbildung minimiert auch Stickoxide.
Die Tatsache, dass fossile Brennstoffe Kohlenstoff (C) enthalten, führt bei
herkömmlichen Antriebskonzepten zu Emissionen, deren Reduzierung erheblichen
Aufwand erfordert. Diese Problematik spielt beim Einsatz von Wasserstoff keine
Rolle, bei seiner Verbrennung entstehen weder Kohlendioxid (CO2), noch
Kohlenwasserstoffe (HC) oder Kohlenmonoxid (CO). Bei der Verbrennung von
Schmieröl und der Spülung des Aktivkohlefilters des Benzintanks entstehen
dennoch sehr geringe CO2-, HC- und CO-Emissionen, weshalb die Motoraktivität des
BMW Hydrogen 7 im Wasserstoff-Betrieb als „praktisch emissionsfrei“ bezeichnet
wird. CO2 entsteht durch die Verbrennung der Benzindämpfe und durch die
Kat-Umwandlung der HC-
und CO-Emissionen. Aktivkohlefilter kommen konzeptbedingt in Benzinfahrzeugen
zum Einsatz, um die natürliche Verdunstung von Benzin, etwa bei praller
Sonneneinstrahlung, aufzufangen. Die im Wasserstoff-Betrieb entstehenden Emissionen beschränken sich folglich auf wenige Prozent der
EU4-Grenzwerte.
bivalenter BMW V12-Motor für Wasserstoff- und
Benzinbetrieb auf dem Leistungsprüfstand
Relevant in der Betrachtung der Emissionen des bivalenten Zwölfzylinder-Motors
sind daher nur die Stickoxid-Emissionen (NOX). Bei hohen
Verbrennungstemperaturen von mehr als 1000 Grad Celsius entstehen – unabhängig
von der Kraftstoffart – im Verbrennungsraum NOX-Emissionen durch die Verbindung
von Luftstickstoff und -sauerstoff. Die flexible Motorsteuerung des BMW Hydrogen
7 macht eine Betriebsstrategie möglich, mit der Stickoxid-Emissionen
weitestgehend verhindert werden können. Danach arbeitet der bivalente
Zwölfzylinder-Motor unter Volllast quantitätsgeregelt im so genannten
stöchiometrischen Betrieb. Dies bedeutet,
dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeglichen ist (Lambda = 1). In diesem
Betriebsbereich wird die Maximalleistung des Motors erzielt. Dabei kann
der NOX-Ausstoß mit einem herkömmlichen Drei-Wege-Katalysator auf ein Minimum
reduziert werden.
Im Teillastbereich erfolgt die Laststeuerung ähnlich wie bei einem Dieselmotor
über eine Qualitätsregelung. In diesem Fall arbeitet der Motor mit einem hohen
Luftüberschuss (Lambda > 2), das Gemisch ist dann mager. In diesem mageren
Gemisch findet die Verbrennung mit erheblich niedrigeren Temperaturen statt. Da
diese unterhalb der thermischen NOX-Bildungsgrenze liegen, entstehen nur sehr
geringe NOX-Emissionen. Aufgrund der weiten Zündgrenzen von Wasserstoff kann der
Motor im H2-Modus sehr mager, das heißt mit besonders geringen
Kraftstoffanteilen, betrieben werden, was zusätzlich die Effizienz erhöht.
Im Bereich zwischen Volllast (Lambda = 1) und Teillast (Lambda > 2)
steigen die NOX-Rohemissionen dagegen stark an. Dies hat zur Folge, dass die
Abgasemissionen in diesem Bereich signifikant erhöht sind.
bivalenter BMW V12 Motor für Wasserstoff- und
Benzinantrieb
Die Motorsteuerung des BMW Hydrogen 7 ist in der Lage, diesen Bereich
auszublenden und direkt zwischen der mageren Verbrennung bei Teillast
und der stöchiometrischen Verbrennung bei Volllast umzuschalten. Der für das
Abgasverhalten ungünstige Gemischbereich zwischen Lambda = 1 und Lambda = 2 wird
daher von der Motorsteuerung lückenlos im Drehmoment übersprungen.
Die intelligente Betriebsstrategie des bivalenten V12-Motors ermöglicht es,
unabhängig vom gewählten Kraftstoff hohe Leistungen zu erzielen und zugleich die
Emissionen im gesamten Kennfeldbereich auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei
werden die besonderen Eigenschaften von Wasserstoff im Verbrennungsprozess
gezielt genutzt, um Leistung, Effizienz und Emissionsverhalten der
Antriebseinheit zu optimieren. So entfaltet die Antriebseinheit des BMW Hydrogen
7 auch im Wasserstoff-Betrieb eine adäquate Dynamik, emittiert dabei jedoch
praktisch nur Wasserdampf.
Mit der richtungweisenden Konzeption des bivalenten Zwölfzylinder-Motors belegt
die BMW Group einmal mehr ihre Kernkompetenz auf dem Antriebssektor und baut
ihre Vorrangstellung als innovativer Automobilhersteller weiter aus.
Quelle: BMW Presse-Information vom 13.11.2006
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