Sportowe BMW o ekonomii jazdy 75,1 mpg

Foto: materiały producenta

BMW wycofuje się w wyścigów Formuły 1 i zaoszczędzone fundusze przeznacza na prace doświadczalne nad nowymi metodami napędu. Jeden z pierwszych owoców pracy nad ekologicznymi autami sportowymi pokazano we Frankfurcie; jest nim futurystyczny BMW Vision-EfficientDynamics z mieszanym napędem turbodiesel i elektrycznym.

Pojazd ten ukazuje kierunek prac BMW, utrzymujących zarówno założenia filozofii radości z jazdy, jak i wyznaczający nowe trendy w dziedzinie wydajności układów napędowych.

TURBODIESEL O NAJWIĘKSZEJ NA ŚWIECIE MOCY NA LITR POJEMNOŚCI
Silnik spalinowy to supernowoczesny turbodiesel po raz pierwszy zamontowany w pojeździe koncepcyjnym BMW Vision-EfficientDynamics. Przy pojemności 1,5 litra i trzech cylindrach ta niewielka jednostka pozwala znacznie obniżyć zużycie paliwa. Jednak dzięki zastosowaniu systemu turbodoładowania nie odbywa się to kosztem utraty mocy i pogorszenia osiągów.
Niewielkie gabaryty sprawiają, iż trzycylindrowy silnik udało się bez problemu umieścić przed tylną osią – na wzór zwinnych sportowych samochodów z centralnie zamontowaną jednostką napędową – mimo iż BMW Vision-EfficientDynamics jest autem czteroosobowym. Paliwo do silnika podaje tu bezpośredni układ wytryskowy typu Common Rail nowej generacji. Silnik wyposażono również w turbosprężarkę o zmiennej geometrii łopatek turbiny, co znacznie zwiększa wydajność całego układu napędowego.
Silnik spalinowy dysponuje mocą 163 KM i generuje moment obrotowy o wartości 290 Nm (214 lb.-ft.). Daje to 80 kW (109 KM) mocy na litr pojemności, co jest absolutnym światowym rekordem wśród aut z silnikami wysokoprężnymi.
Generowana przez silnik Diesla moc przekazywana jest na tylną oś za pomocą przekładni dwusprzęgłowej. Ta zaawansowana technologia przeniesienia napędu dostępna jest już z oryginalnymi, sportowymi wersjami modeli seryjnych BMW i pozwala nie tylko na bardzo dynamiczną jazdę, ale także umożliwia kierowcy zmianę przełożeń bez utraty mocy i trakcji.
BMW Vision-EfficientDynamics wyposażono w nową, sześciostopniową, wysoko wydajną skrzynię biegów bezpośrednio połączoną z silnikiem, dzięki czemu jest ona bardzo efektywna i elastyczna.

DWA SILNIKI ELEKTRYCZNE PLUS PEŁNOWARTOŚCIOWY NAPĘD HYBRYDOWY
Silnik spalinowy wspomagają dwie jednostki elektryczne. Wprowadzając rozwiązania technologiczne BMW ActiveHybrid, konstruktorzy i projektanci firmy BMW kierowali się zasadami strategii Best of Hybrid i podjęli decyzję co do optymalnej konfiguracji napędu, umieszczając na przedniej osi współbieżny motor hybrydowy, a na tylnej napęd hybrydowy.
Tylną oś napędza więc pełnowartościowy układ hybrydowy drugiej generacji odpowiadający technologii zastosowanej po raz pierwszy w modelu seryjnym BMW ActiveHybrid 7. Działając jak silnik elektryczny, kompaktowa jednostka – umieszczona między motorem spalinowym a przekładnią dwusprzęgłową – generuje stałą moc o wartości 25 kW, która może okresowo wzrastać nawet do 38 kW. Maksymalny moment obrotowy to 290 Nm, a generowana w ten sposób energia, w zależności od zapotrzebowania i warunków jazdy, może wspomóc pracę silnika spalinowego lub samodzielnie napędzać pojazd w elektrycznym trybie jazdy.
Przy naddatku energii i podczas hamowania silnik elektryczny pracuje jak generator, przekazując nagromadzoną energię elektryczną do zespołu akumulatorów litowo-polimerowych. Uzyskana w ten sposób energia elektryczna wytworzona zostaje bez konieczności dodatkowego zużycia paliwa, co czyni znany już z obecnych modeli BMW system odzysku energii hamowania jeszcze bardziej wydajnym i efektywnym. Tym samym udaje się wewnątrz systemu napędowego zatrzymać energię, która w samochodach z konwencjonalnym układem hamulcowym zostaje bezpowrotnie utracona.
Drugi silnik elektryczny działa na osi przedniej. Jest to współbieżna jednostka hybrydowa, która oferuje stałą moc 60 kW oraz maksymalny moment obrotowy o wartości 220 Nm. Dodatkowa moc o wartości 84 kW dostępna jest w czasie nieprzekraczającym 30 sekund, a przez 10 sekund silnik jest w stanie wygenerować 104 kW. Moc przekazywana jest przez dwustopniową, jednobiegową skrzynię o zredukowanym przełożeniu.
Gwarantuje to sprawny i wydajny system zarządzania energią, utrzymujący optymalny status procesu ładowania akumulatorów litowo-polimerowych. Podczas przyśpieszania silniki elektryczne używane są pomocniczo, co gwarantuje jeszcze lepsze osiągi oraz dynamikę jazdy i jednocześnie pozwala wydatnie ograniczyć zużycie paliwa. Chwilowo, np. podczas manewru wyprzedzania, kumulacyjna moc całego układu napędowego może wzrosnąć do 262 kW (356 KM), a moment obrotowy generowany przez trzy silniki może osiągnąć wartość 800 Nm.

OGNIWA LITOWO-POLIMEROWE – AKUMULACJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ
Zastosowane w BMW Vision-EfficientDynamics ogniwa energetyczne umieszczono w specjalnie do tego celu wydzielonej części podwozia na niemal całej długości pojazdu. Przednia jednostka to zespół litowo-polimerowy – następca akumulatora litowo-jonowego – najbardziej efektywna i wydajna technologia magazynowania energii elektrycznej.
Ogółem na pokładzie BMW Vision-EfficientDynamics umieszczono 98 ogniw litowo-polimerowych, z których każde ma pojemność 30 amperogodzin i generuje natężenie 600 amperów o napięciu 3,7 V. Przez 30 sekund każde ogniwo jest w stanie wytworzyć maksymalne natężenie o wartości 1200 amperów.
Szeregowy układ ogniw litowo-polimerowych służy do generowania nominalnego napięcia o wartości 364 V, a całkowita pojemność akumulatora to 10,8 kilowatogodzin. Wydajność akumulatora utrzymuje się na poziomie 80%, co równe jest 8,6 kilowatogodzinom przeznaczonym na napędzenie pojazdu.
Tak znakomitą wydajność udało się osiągnąć bez konieczności zwiększenia masy zespołu magazynowania energii, który waży zaledwie 85 kilogramów. Kolejną zaletą jest tak znaczna redukcja obciążeń termicznych ze strony ogniw litowo-polimerowych, iż aktywny system chłodzenia stał się po prostu zbyteczny. A to za sprawą optymalizacji rozmiaru ogniw, które dostosowano idealnie do potrzeb rozwiązań i funkcji dostępnych w pojeździe, oraz dzięki zaawansowanemu systemowi zarządzania i magazynowania energii, który spełnia wszelkie obecne i przyszłe wymagania.

TECHNOLOGIA PLUG-IN
System odzysku energii hamowania nieustannie przekazuje energię elektryczną uzyskaną podczas jazdy do zespołu akumulatorów. Proces ten odbywa się bez konieczności spalania dodatkowej ilości paliwa. Odzyskana energia może zostać później wykorzystana do zasilenia obu silników pomocniczych bądź instalacji elektrycznej pojazdu. Innym rozwiązaniem jest podpięcie zespołu ogniw litowo-polimerowych do konwencjonalnego gniazda elektrycznego. Jest to prosty i wydajny sposób ładowania przy wykorzystaniu złączki, która znajduje się w prawym przednim błotniku.
Podłączony do zwykłej domowej europejskiej instalacji elektrycznej (220 V, 16 A) system potrzebuje najwyżej 2,5 godziny, by w pełni naładować ogniwa litowo-polimerowe. A gdy dostępne jest źródło zasilania o wyższych parametrach (380 V, 32 A), czas ładowania skróci się do nie więcej niż 44 minut.
Oprócz zespołu ogniw do magazynowania energii elektrycznej, BMW Vision-EfficientDynamics wyposażono również w tradycyjny zbiornik paliwa o pojemności 25 litrów (5,5 imp. galon), który znajduje się w tylnej części pojazdu, w środkowym tunelu podwozia. Zasięg pojazdu wyłącznie na silniku wysokoprężnym to około 650 km (około 400 mil). Ponieważ z napędem elektrycznym pojazd może pokonać dystans do 50 kilometrów (31 mil), całkowity zasięg BMW Vision-EfficientDynamics wynosi 700 kilometrów (430 mil).
Moc oferowana przez trzy jednostki napędowe pojazdu koncepcyjnego BMW Vision-EfficientDynamics sprawia, iż pod względem dynamiki jazdy nie ma on sobie równych w klasie aut z napędem hybrydowym. Osiągi i dane liczbowe o spalaniu uzyskane w znormalizowanych symulacjach komputerowych pokazują, iż – nawet jak na auto hybrydowe – udało się wypracować idealny kompromis między przyjemnością z jazdy a paliwooszczędnością. Pojazd rozpędza się od 0 do 100 km/h (0-62 mph) w zaledwie 4,8 sekundy i rozwija prędkość maksymalną przekraczającą 250 km/h (155 mph), konieczne staje się zatem zastosowanie jej elektronicznego ogranicznika, by spełnić wymogi filozofii korporacyjnej firmy BMW.
Udało się zatem stworzyć pojazd, który zachowuje dynamikę i moc BMW M Car, jest przy tym niesłychanie wydajny i wpisuje się w założenia strategii rozwojowej BMW Vision-EfficientDynamics.
Jednocześnie pojazd ten jest paliwooszczędny i posiada doskonały system zarządzania energią, z którym mogą chyba konkurować jedynie o wiele mocniejsze modele z segmentu małych aut przeznaczonych głównie do użytku miejskiego lub na krótkich trasach. Spełniając obecnie obowiązujące kryteria cyklu pomiarowego UE, BMW Vision-EfficientDynamics potrzebuje średnio 3,76 oleju napędowego na 100 kilometrów (75,1 mpg), emitując przy tym zaledwie 99 gramów CO2 na kilometr.

KONSTRUKCJA NADWOZIA – WSPÓŁCZYNNIK AERODYNAMIKI 0,22
Aby poprawić ogólne własności aerodynamiczne pojazdu i do minimum obniżyć opory toczenia, BMW Vision-EfficientDynamics wyposażono w opony i felgi o niespotykanym w autach sportowych kształcie. Opony w rozmiarze 195/55 osadzono na dużych, 21-calowych obręczach, co gwarantuje dużą powierzchnię styku opony z nawierzchnią. W połączeniu z nowoczesnym układem sterowania kołami rozwiązanie takie zapewnia znakomite właściwości jezdne.
Z boku BMW Vision-EfficientDynamics wyróżniają duże, zachodzące na oponę osłony felg. Opływowa konstrukcja profilu felgi dodatkowo zmniejsza opór powietrza, co poprawia ogólne własności aerodynamiczne pojazdu. Wszystkie te rozwiązania przyczyniają się do obniżenia wartości współczynnika oporu aerodynamicznego (CX) do imponująca niskiej wartości 0,22.
Dzięki swym wymiarom: dł./szer./wys. – 4600x1900x1240 mm (181.1x74.8x48.8 cala) – wnętrze auta jest bardzo przestronne i bez problem pomieści cztery osoby oraz bagaż. Zastosowanie lekkich technologii konstrukcyjny pozwoliło ograniczyć masę własną pojazdu do 1395 kg (3076 funtów) i znacznie obniżyć środek ciężkości, co wydatnie wpływa na poprawę komfortu, właściwości jezdnych i bezpieczeństwa.
Przy maksymalnym dopuszczalnym obciążeniu 445 kg czteromiejscowy, praktyczny pojazd może być z powodzeniem użytkowany na co dzień. 150 litrów powierzchni bagażowej pozwoli kierowcy i pasażerom bez problem zapakować np. dwa komplety kijów golfowych. Gdy trzeba przewieźć coś większego, zawsze można złożyć jedno lub oba oparcia tylnych foteli.

STYLISTYKA, KTÓRA WZBUDZA EMOCJE
Nowoczesne oświetlenie – czytelne sygnały wysyłane na zewnątrz i komfortowe, dyskretne podświetlenie wnętrza pojazdu. Przednie i tylne światła LED. Charakterystyczny kształt przednich lamp BMW uwypukla teraz jeszcze mocniej zastosowanie technologii LED. Tylne światła także wpisują się w ogólną stylizację tej części pojazdu. Zintegrowano je z tylną osłoną powietrzną, dzięki czemu ich płaska, zwarta sylwetka idealnie komponuje się ze spojlerem. Przez zastosowanie unikalnej technologii LED, przy wyłączonych światłach powierzchnia kloszów tylnych lamp jest idealnie gładka i jednolita. Poszczególne części klosza nabierają właściwej barwy, np. żółtej przy sygnalizacji skrętu, dopiero po włączeniu świateł.

OTWIERANE DRZWI – PROSTY DOSTĘP DO WNĘTRZA POJAZDU
Drzwi BMW Vision-EfficientDynamics otwierają się do góry, swym kształtem przypominając ptasie skrzydła. Obracają się na sworzniach w przedniej kolumnie dachowej na wysokości bocznych kierunkowskazów. Ponieważ pojazd nie posiada słupków B, otwory wejściowe zapewniają wygodny i łatwy dostęp zarówno do przednich jak i tylnych foteli. Sworznie mocowania drzwi służą również jako podstawa pod lusterka zewnętrzne, czyli stanowią udane połączenie ciekawego designu i funkcjonalności.
Interesująca jest również sama struktura drzwi. Wykonano je w technologii wielowarstwowej, dzięki czemu stanowią one zwartą, jednolitą stylistycznie całość. Na trójwarstwową strukturę składa się zewnętrzna powierzchnia szklana, środkowa warstwa nośna oraz warstwa wewnętrzna o wyrazistych, niezwykle płynnych i łagodnych kształtach, które również zawdzięczamy technologii wielowarstwowej.

TYLKO TO, CO ISTOTNE – WYŚWIETLACZ PRZEZIERNY HUD
Technologię wielowarstwową wykorzystano także w projekcie zespołu zegarów oraz wyświetlacza przeziernego HUD, który oferuje teraz jeszcze wyższą jakość niż dotychczas. Daje on wrażenie pełnej trójwymiarowości i może przekazywać różne sygnały na pierwszym planie lub w tle, w zależności od ich znaczenia i aktualnych warunków jazdy.
HUD wyświetla ważne informacje na przedniej szybie. Nowoczesna technologia umożliwia nawet nakładanie kilku obrazów w trzech wymiarach. Na przykład odczyt prędkościomierza może zostać pokazany w tle, podczas gdy informacje z systemu wspomagania kierowcy (BMW Night Vision) – sygnały ostrzegawcze lub aktualne dane dotyczące trasy – wyświetlone zostaną na pierwszym planie.

INNE NOWOŚCI
Układ wydechowy teraz wzbogacił się o chłodzony cieczą generator termoelektryczny (TEG). Urządzenie to przetwarza ciepło spalin w energię elektryczną. Technologia ta opracowana początkowo dla potrzeb promów kosmicznych wykorzystuje tzw. zjawisko Seebecka, czyli reakcję termoelektryczną polegającą na powstaniu napięcia w nierównomiernie podgrzanym obwodzie zawierającym półprzewodniki na bazie metali.
W BMW Vision-EfficientDynamics generator termoelektryczny, który potwierdził już swe praktyczne walory w pojeździe testowym BMW serii 5, generuje maksymalną moc 200 kW. W układzie wydechowym rury i kolektory zaprojektowano tak, by utrzymywały pełną moc i wszelkie własności typowe dla jednostki napędowej również wtedy, gdy wykorzystywany jest generator