宝马推出世界首款以氢为动力的

 

高性能豪华汽车BMW Hydrogen 7

宝马氢动力轿车

    宝马 (BMW)汽车北美分公司 9月12日宣布,推出世界上首款以氢为动力的高性能豪华汽车新款 BMW Hydrogen 7。这款汽车经过了正规产品开发过程,装备有一个由氢或汽油驱动的内燃机,是宝马7系中的一款。 2007年,这款汽车的几个系列将在欧洲推出,交付经过选择的用户使用。

    氢技术的使用显著减少了汽车产生的排放物,尤其是最大限度地减少了二氧化碳的排放。由氢发动机驱动的 BMW Hydrogen 7 除了排放水蒸气外,基本上不产生其他排放物。不同于化石燃料和传统汽油的是,氢几乎是取之不尽的原料。

    BMW Group(宝马集团)凭借 BMW Hydrogen 7 正在可持续交通方面树立了里程碑,这款汽车将在推动氢技术发展方面发挥先驱作用。宝马已经凭借使用超高效、动力强大的汽油发动机显著降低燃料消耗和二氧化碳排放方面获得了卓越的声誉,再加上具有清洁性能的柴油机和目前 BMW EfficientDynamics 项目开发中的技术先进的混合系统,BMW Group拥有以氢为终极目标的清晰的可持续交通战略。

    BMW Hydrogen 7 拥有依靠传统动力驱动的宝马7系的舒适性和宜人性能,这款车由一个260马力的12缸发动机驱动并能够在9.5秒内从静止加速到100公里/每小时。最高速度230公里/每小时。BMW Hydrogen 7 还拥有一个双重模式的电机组,通过触摸一个按钮,能够快速便捷地从氢驱动转换到传统的优质汽油驱动。

车讯
2006年9月13日

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宝马∶快速发展的氢燃料发动机

 

BMW改写汽车工业历史 - 氢燃料发动机创造9项世界记录

    BMW H2R“氢世界记录汽车”巳在2005上海国际车展上亮相。 2004年9月,BMW在法国的Miramas高速试车场上向世人证明,氢不仅仅能够为火箭和宇宙飞船提供最高性能的动力:采用内燃发动机的氢动力汽车创造的9项世界记录为氢燃料汽车的真正潜力提供了有力的证据。它包括高速起测1英里(1609米)行驶时间为19.9秒;静止起测1英里行驶时间为36.7秒;静止起测10英里行驶时间为221.1秒。

    BMW集团董事会成员Burkhard G.schel博士在Miramas进行记录测试时指出:“9项记录预示着氢时代的来临。 BMW的氢动力技术已经有了长足的发展。 现在我们必须开始与政府部门和能源行业通力协作,将可持续移动性的憧憬化为现实。”

    在Miramas高速试车场上,BMW集团清楚地表明坚信氢燃料可以完全取代传统燃料,与此同时车辆的性能和动力丝毫不会逊色于任何一部现代汽车。

    H2R数据和性能指标充分地反映出了这种优越性:排量6升的12缸发动机拥有超过210千瓦的最大输出功率,能够在约6秒内将这辆原型车从静止状态加速到100公里/小时,并使其达到超过300公里/小时的最高车速。

    这台氢燃料发动机以BMW 760i的汽油发动机为基础,因此拥有诸如全无级调节式Valvetronic电子气门控制系统等最先进的技术。 和汽油发动机相比,这台发动机最主要的变化在于燃料喷射系统根据氢的特性和要求所作出的改装和调整。 在此过程中,H2R因BMW未来型氢燃料发动机的系列化开发中取得的成果而受益,而这款发动机则是为全球首款双驱动模式豪华轿车而开发的。 BMW将在当前款7系列轿车的产品周期内推出可以使用氢燃料和汽油的车型。

    在整个开发过程中,BMW的着眼点都集中在内燃发动机上,因为它所有具备的特性为开发工作提供了最多的方法和途径选择。

H2R“世界记录汽车”的开发工作用时仅10个月

    BMW H2R“世界记录汽车”的构思、设计、开发工作均由BMW富有传奇色彩的子公司BMW Forschung und Technik公司完成。 “H2R”这一名称代表“氢燃料记录汽车”或“氢燃料研究汽车”。

    “我们仅用了10个月的时间就开发出了这辆车”,H2R项目经理Jürgen Kübler说。 不过,这么短的开发周期和这么高的要求对于BMW富于创造力的工程师们来说几乎是完全正常的,而他们在这个项目中取得的成功也确实得益于以下三个因素:首先,BMW的未来氢动力量产车上使用的部件已经达到了一定标准的成熟度,进而可以简单地直接用于这款记录车。 其次,开发工程师们在底盘的开发过程中可以采用久经考验且能够满足最苛刻要求的BMW底盘和悬架系统。 第三,CAD(计算机辅助设计)技术的深入应用对明确开发重点和提高开发速度起到了重要作用。

发动机: 针对氢燃料而特殊改进的量产12缸发动机

    H2R的“心脏”基本上是以BMW顶级的6升12缸发动机为基础而开发的。 通过对发动机管理系统以及气/油混合部件进行相应的改造,使用氢气作为燃料为汽车提供动力的目标得以实现。

    就技术角度而言,这款发动机与改造之前相比最大的区别在于氢燃料喷射阀的集成和燃烧室内材料的选择:与改造前的量产型发动机将燃油直接喷入燃烧室不同,氢燃料发动机的喷射阀直接安装在进气歧管内。 为了创造记录,这台氢燃料发动机被设计为以单一模式运转,即仅以氢作为燃料。

    这一清晰的开发重点使BMW的工程师们得以专门针对氢动力而对发动机进行设置,例如使用由特殊材料制成的阀片弹簧。 其原因在于氢没有以往的气/油混合气那种润滑效应。 在这里还需要说明,这种改进在引入润滑性较低的无铅燃油时就已需要进行。因此从那时起量产型发动机就已开始采用摩擦系数更大的材料。

氢燃料实现了更高的效率

    氢的燃烧性质和汽油或柴油截然不同:正常气压下,氢燃烧得更快,但是比汽油燃烧时温度要低一些。
而在氢燃料发动机内,氢/空气混合气更高燃烧速度却能够产生比汽油发动机更高的燃烧温度。 因此,BMW H2R“世界记录汽车”的发动机管理系统经过了特殊改进,将点火过程推迟到活塞到达上死点时才开始,进而确保最大的动力和输出功率.

    而相比之下,由于汽油/空气混合气的燃烧速度相对较慢,点火的提前量必须随着发动机转速的提高而增加,因为最大压缩压力在活塞开始向下运动时产生。 氢/空气混合气更高的燃烧压力在实际应用中也是一项很重要的优势,即以等量的能源产生更大的动力,从而确保更高的效率。

    在发动机内充分利用氢燃料这种理想点火特性的同时,也产生了对燃烧室以外的部分给予特别考虑的需要。 因此为了避免任何点火不良现象产生,BMW的工程师们已经开发出了一种特殊的混合气循环和燃料喷射策略:

    BMW的VANOS无级可调式凸轮轴控制装置根据每一时刻的特定需要对残余混合气的比例进行监视和调节。 在吸入氢/空气混合气之前,燃烧室先被空气冷却,以确保混合气可以在一种完全不受控制的状态下自行点火。

VALVETRONIC电子气门为氢动力创造最佳条件

    通过将BMW独有的VALVETRONIC电子气门管理系统作为这台12缸发动机用于控制气门的标准装备,BMW的发动机专家们找到了控制这一精密充气过程的理想“工具”。 VALVETRONIC电子气门通过以下过程对气门的移动时间和气门的升程进行控制:

    VALVETRONIC电子气门集成了位于凸轮轴和各气缸两个进气门之间的一根中间杠杆。这根中间杠杆与凸轮轴的相对位置可以通过一个由电动马达驱动的附加偏心轴进行无级调节。 随着偏心轴位置的改变,中间杠杆根据需要通过凸轮的凸起部分改变气门的运动行程长度。

    VALVETRONIC电子气门的另外一个特性在于它以BMW的凸轮轴无级调节机构为基础。该系统称为VANOS凸轮轴控制装置,是VALVETRONIC电子气门概念的一个组成部分。 VANOS凸轮轴控制装置在凸轮轴驱动机构中集成了液压控制式调节器单元,能够对气门开启时间的开始点和结束点进行控制。 这种完全无级调节式管理系统对12缸发动机的空气循环起到了显著的优化作用,使其与氢动力的特定需求达到完美契合。

用于氢动力的特殊喷射阀

    尽可能推迟向进气歧管内喷射氢燃料的需要对喷射阀提出了很高的要求。实际上,这种喷射阀是BMW全新的、引导发展趋势的开发成果:由于单位能量所需的气态氢与液态汽油相比占据更大的体积,因此这种喷射阀与传统的喷油阀相比体积更大。 同时,由于这种喷射阀的覆盖范围增大了许多,因此必须在不断变化的系统压力下以及非常长和非常短的点火周期内工作。

    开发这种喷射阀的基本目标之一就是使其能够在最高发动机转速和满负荷状态下根据需要将度量精确的氢燃料以非常短的喷射周期喷射到进气歧管内 - 而这一目标已经完全实现了。

    清洁的混合气构成:部分负荷工况下的耗油量下降,满负荷工况下的动力提高。

    在满负荷工况下,12缸发动机以空燃比等于1的燃油/空气混合气运转。 这种情况也适用于现代柴油发动机中使用的混合气,就原理而言是为了使内燃发动机产生最大的功率。 在部分负荷工况下,氢燃料还具有另外一项优越性,这就是发动机可以利用剩余的硫而在燃料效率很高的稀薄燃烧模式下运转。

    由于氢燃料的燃烧会在燃油/空气混合气的空燃比刚刚超过1一直到2之间的“窗口”范围内产生氮氧化物,因此这个混合气“窗口”范围被自动跳过,因为发动机运转也不需要这个范围的混合气:

    BMW氢燃料发动机中高效的发动机管理系统能够自动跳过这个空燃比“窗口”范围,因此可以首先避免氮氧化物(NOx)的排放。这样,H2R最终成为了一部与使用汽油的传统轿车动力同样强大,但是在实际使用只排放出水蒸气的清洁车辆。

安全系统

    BMW H2R“世界记录汽车”上配备的燃料系统根据已在系列开发中经过验证的概念而设计。 H2R的燃料加注在一个移动式加氢站利用手动燃料箱适配接头进行。 封装在驾驶者座椅旁边的真空隔离双层燃料箱可以容纳超过11千克的液态氢。

    不少于三个的单向阀确保了最佳的安全性:燃料箱上的工作阀在4.5巴的压力下自行打开。 两个附加的安全阀确保即使低温壳体内发生泄漏也不会导致任何危险后果,当燃料箱内的压力超过5巴时阀门自动打开。 这套具有双重安全系统保证氢燃料箱不可能因为压力过高而发生爆炸。

取代汽油泵的热交换器

    通过对燃料箱中低温液态氢主动加热可以使燃料供应系统中产生压力,并由燃料箱压力控制系统控制在3巴左右的工作压力。 接着12缸动力单元中的冷却液在热交换器中将氢气加热到环境温度。

阀门技术

    许多阀门控制着发动机燃料供给管路中的气压:燃料箱中的低温阀对氢燃料的抽取状态进行监视。 如果预流管路出现泄漏,而且燃料供给压力下降到0.4巴以下,燃料抽取阀就会自动关闭,将燃料箱与外部设备之间的管路切断。 燃料供给管路也可以通过一个球形阀以手动方式切断。 为了使供给喷射阀的燃料保持最佳压力(该压力可能随着行驶状态的改变而变化),发动机管理系统通过一个控制阀将燃料供给管路内的压力水平降低大约1.2巴。

    H2R“世界记录汽车”上装备的整体安全系统由源于一级方程式赛车的遥感控制系统全程监控:位于关键位置的4个氢传感器(例如在燃料箱内及燃料箱适配接头周围)可以实时检测并且报告任何泄漏现象。

底盘和悬架

    在BMW H2R"世界记录汽车"底盘和悬架的开发过程中,BMW Forschung und Technik公司的开发工程师们以承载结构作为开发重点,使用了源自一款BMW高性能运动型轿车的量产化部件:

    铝制空间构架和整个底盘。 超大尺寸的挤压成形式型材之间加入了超轻、抗腐蚀、高强度的铝制结构板件,使车辆拥有了坚固的“骨架”。 这使得驾驶者得以拥有极佳的、手感绝对直接的、完全消除振动现象的方向盘操纵感受。

    前轮悬架采用双控制臂减震支柱形式,配合齿轮齿条式转向机构,包括一个铝制的横向摆臂、转向横拉杆,以及一个防侧倾稳定杆。

    前桥副车架采用焊接式铝制结构,由挤压成形式型材和支撑所有前桥部件的板材制成,通过螺栓在6个位置上与车身相连。

    横向摆臂由铸造铝制成,带有两个球接头,确保前桥一直保持精确的车轮导向特性。 后桥的整体式四连杆结构确保了后轮的导向特性,而这也是一种符合BMW专利防侧倾稳定杆的多连杆车桥构造。

    规格为245/40x19的轮胎能够一直确保最佳道路接触面积和安全性。

由碳纤维制成的车身外层

    BMW的设计师们为BMW H2R“世界记录汽车”打造了独一无二的车身。 显然,BMW H2R车身的比例既令人回忆起以往那些经典的BMW赛车,又在提醒人们这是一部创造了速度记录的汽车:H2R长5.40米,宽2.00米,车身每一处细节的设计都是为了达到最佳的空气动力学特性。

    BMW H2R创造的世界速度记录还要归功于另外一项重要的因素,这就是仅为0.21的阻力系数以及1.85平方米的前部面积。 车后长度为20厘米的扰流板能够防止可能降低车速的空气涡流产生。

    车身的侧面轮廓以及总长度更加有助于使BMW H2R即使在最高车速状态下也可能保持稳定的行驶特性。 与一级方程式赛车一样,BMW H2R的车身外层表面也由碳纤维强化型塑料制成,进而实现了极佳强度和较低重量的最佳结合:

    H2R在燃料箱满载和驾驶者就座情况下的实际总重也仅为1,560公斤。

本文内容由北京奥美提供
2005年5月10日

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