12 september 2006
BMW Hydrogen 7

BMW Hydrogen 7

De toekomst is begonnen met de BMW Hydrogen 7

12 september 2006 | Als eerste autofabrikant ter wereld presenteert BMW een door waterstof aangedreven auto die het ontwikkelingsproces voor serieproductie heeft doorlopen. De BMW Hydrogen 7 met waterstof-verbrandingsmotor is het resultaat van een ontwikkelingsstrategie, waarmee het toekomstgerichte concept van duurzame mobiliteit nu al voor dagelijks gebruik geschikt is gemaakt.

De 7 Serie wordt aangedreven door een twaalfcilindermotor met een vermogen van 191 kW/260 pk en accelereert daarmee in 9,5 seconden van 0 naar 100 km/h. De topsnelheid is elektronisch begrensd op 230 km/h. Omdat een dekkend netwerk van waterstof-tankstations nog niet is gerealiseerd, kan de bivalent uitgevoerde motor van de BMW Hydrogen 7 door omschakelen ook gebruik maken van conventionele (loodvrije) benzine. De BMW Hydrogen 7 produceert bij rijden op waterstof praktisch alleen waterdamp.

Bij de beoordeling van de dagelijkse bruikbaarheid van een nieuw aandrijfconcept is de actieradius een van de belangrijkste criteria. Daarbij moet naast de verbruikscijfers en de tankinhoud van de auto echter ook rekening worden gehouden met de beschikbare infrastructuur. Op dit moment is er nog absoluut geen sprake van een landelijk dekkend netwerk van waterstoftankstations. Auto's die uitsluitend op waterstof kunnen rijden, kunnen daarom op de openbare weg maar begrensd en niet met de door klanten vereiste flexibiliteit worden gebruikt. Om deze reden kiest BMW Group dan ook voor bivalente aandrijving. De verbrandingsmotor van de BMW Hydrogen 7 kan naar keuze op waterstof of op benzine lopen. De actieradius van de auto bedraagt bij waterstofgebruik meer dan 200 kilometer; in de benzinemodus kan dan nog eens 500 kilometer worden afgelegd. De bestuurder van een BMW Hydrogen 7 kan daarmee vertrouwen op onbeperkte mobiliteit en zijn auto ook op grotere afstand van het dichtstbijzijnde waterstoftankstation probleemloos gebruiken.

De waterstof-verbrandingsmotor is gebaseerd op de benzinemotor van de BMW 760i en beschikt over onder andere volledig variabele klepbediening Valvetronic en de variabele nokkenasverstelling Dubbel Vanos. Bij rijden op benzine zorgt directe inspuiting voor de brandstofvoorziening. Daarnaast werd in het inlaatsysteem van de motor de waterstofaanvoer geïntegreerd. Beslissende technologie hierbij was de ontwikkeling van de voor de mengselvorming noodzakelijke inblaaskleppen, die in een fractie van een seconde exact de benodigde hoeveelheid waterstofgas in de aanzuiglucht injecteren.

BMW Hydrogen 7

Waterstof heeft in verhouding tot conventionele brandstoffen een tot tienmaal hogere verbrandingssnelheid. Daardoor worden hogere rendementen bereikt. Om dit potentieel volledig te benutten, was voor de V12-motor van de BMW Hydrogen 7 een bijzonder flexibel motormanagement nodig. Daarvoor bieden Valvetronic en Dubbel Vanos de ideale voorwaarden. Gaswisselingen in de verbrandingsruimte en het inspuitritme kunnen specifiek op de eigenschappen van het waterstof-lucht-mengsel worden afgestemd.

Onder vollast werkt de motor van de BMW Hydrogen 7 in het zogenoemde stoichiometrische gebied. Dat wil zeggen dat de mengverhouding tussen zuurstof en waterstof perfect in evenwicht is (Lambda = 1). In deze verhouding wordt ook bij rijden op waterstof het hoogste rendement bij de laagste emissies bereikt. Omdat waterstof in tegenstelling tot fossiele energiebronnen geen koolstof bevat, komen bij de verbranding in principe geen koolwaterstoffen (HC), koolmonoxide (CO) of kooldioxide (CO2) vrij. Minimale sporen van HC-, CO- en CO2-emissies ontstaan echter door verbranding van smeerolie, respectievelijk door spoelingen van het actieve koolstoffilter tijdens het rijden op waterstof. Relevant is daardoor uitsluitend de emissie van stikstofoxiden (NOx). Deze ontstaan vooral bij bijzonder hoge verbrandingstemperaturen.

De grote flexibiliteit in de regeling van de verbranding maakt een werkingsstrategie mogelijk, waarmee de vorming van NOx in grote mate kan worden gestuurd. Om dit te bereiken werkt de motor bij deellast met een hoog zuurstofaandeel (Lambda > 2). Daardoor verloopt de verbranding met relatief lage temperaturen, waarbij slechts uiterst geringe NOx-emissies optreden. Dit mager-mengsel-concept is over een bijzonder breed bereik mogelijk. Omdat waterstof enorm brede ontstekingsgrenzen kent en met hoge snelheid verbrandt, is een gering brandstofaandeel in het mengsel voldoende om een hoog rendement te realiseren. Om het vermogen te vergroten wordt ook bij rijden op waterstof het brandstofaandeel in het mengsel vergroot. Daarbij neemt bij stijgende motorbelasting ook de verbrandingstemperatuur toe. Het mengselbereik waarbij de meeste stikstofoxiden ontstaan, ligt tussen Lambda = 1 en Lambda = 2. Dit voor het emissiegedrag ongunstige werkingsgebied wordt door het motormanagement van de BMW Hydrogen 7 koppelneutraal overgeslagen. Onder vollast (Lambda = 1) worden emissies van NOx nagenoeg geheel vermeden. Voor de omzetting van de minimale, in dit werkingsgebied resterende NOx-deeltjes, is een eenvoudig 3-weg-katalysatorsysteem voldoende. De specifieke uitlaatgassamenstelling van een waterstof-verbrandingsmotor in het stoichiometrische gebied (Lambda = 1) begunstigt de omzetting van de zich eventueel in het uitlaatgas bevindende stikstofoxiden in de 3-weg-katalysator. Zo ontwikkelt de krachtbron van de BMW Hydrogen 7 ook bij rijden op waterstof dezelfde dynamiek als een benzinemotor, terwijl hij daarbij praktisch alleen waterdamp uitstoot.

Het prestatievermogen en de betrouwbaarheid van het motorconcept werd in de loop van het ontwikkelingsproces bewezen. Reeds in september 2004 kon BMW met de waterstof-recordauto H2R het uitzonderlijke potentieel van deze technologie op een circuit demonstreren. Op de hogesnelheidsbaan in het Franse Miramas werden negen internationale records voor door waterstof aangedreven autos met verbrandingsmotor gevestigd. Het door de 6,0-liter V12 waterstof-verbrandingsmotor aangedreven testmodel bereikte daarbij een topsnelheid van meer dan 300 km/h. Records werden onder meer gezet voor de tijd over een kilometer met vliegende start, alsmede voor de kwartmijl met staande start. Voor de acceleratie van 0 naar 100 km/h had de recordauto slechts 6 seconden nodig.

BMW Hydrogen 7

Het bivalente aandrijfconcept van de BMW Hydrogen 7 gaat niet alleen uit van een speciaal motormanagement en een speciale brandstoftoevoer, maar ook van de integratie van twee aparte brandstoftanks. Om een maximale actieradius te realiseren, beschikt de BMW Hydrogen 7 naast de waterstoftank ook over een conventionele benzinetank met een inhoud van 74 liter. De waterstoftank heeft een inhoud van circa 8 kilogram koud-vloeibare waterstof en is een van de primaire componenten voor autos op waterstof. De waterstoftank bestaat uit een dubbelwandig reservoir, waarvan zowel de binnen- als de buitenmantel uit 2 mm dik edelstaal is gemaakt. Tussen binnen- en buitenwand bevindt zich een 30 mm dikke vacuum-superisolatie. Met deze configuratie wordt de warmtegeleiding tot een minimum gereduceerd. De tussenlaag heeft een isolerende werking die gelijk staat aan circa 17 meter dik piepschuim. De ophanging tussen binnen- en buitentank bestaat uit ophangbanden van gering warmtegeleidende koolstofvezel. De voor de waterstoftank van de BMW Hydrogen 7 ontwikkelde isolatietechniek leidt tot een in de normale praktijk tot nu toe niet eerder gerealiseerde temperatuurconstante. Een tot de verbeelding sprekend voorbeeld: zou een dergelijk reservoir bijvoorbeeld met kokendhete koffie worden gevuld, dan bleef deze meer dan 80 dagen heet!

De inbouw van de extra componenten in het achterste deel van de BMW Hydrogen 7 vereiste een nieuwe afstemming van de veer- en dempersystemen. Ondanks de grotere belasting van de achteras is daarbij een optimum aan stabiliteit en comfort gerealiseerd. Daarnaast is de BMW Hydrogen 7 standaard uitgerust met een eveneens speciaal op deze auto afgestemd AdaptiveDrive met overhelstabilisering en met continu verstelbare schokdempercontrole. Ook de carrosserie van de BMW Hydrogen 7 is specifiek gemodificeerd, om de gewichtstoename als gevolg van de aandrijftechniek te compenseren en tegelijk alle eisen op het gebied van de passieve veiligheid te vervullen.

Vanwege de plaatsing van de waterstoftank onder de hoedenplank en achter de achterbank waren modificaties noodzakelijk aan de vormgeving van het achtercompartiment van de BMW Hydrogen 7. Dit heeft geleid tot een reductie van de inhoud van de bagageruimte tot 225 liter. Ook de middenarmsteun achterin moest vast worden ingebouwd. De BMW Hydrogen 7 is derhalve uitgevoerd als vierzitter. De beide achterpassagiers genieten in 's werelds eerste voor dagelijks gebruik ontwikkelde waterstofauto hetzelfde, hoge reiscomfort als in een andere BMW 7 Serie. De achterbank is circa 115 millimeter verder naar voren geplaatst dan bij de L-uitvoeringen van de 7 Serie met benzinemotor, maar staat dan nog steeds 25 millimeter verder naar achteren dan bij de 7 Serie met normale wielbasis. Daarmee biedt de BMW Hydrogen 7 de in deze klasse gewenste royale ruimte achterin.