BMW H2R: Nur mit Wasser gekocht

20.09.2004

Die Erfahrung mit Frontmotor-Roadster läßt auch das Rekordfahrzeug gut aussehen

Mit neun Rekorden für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf dem Hochgeschwindigkeitskurs von Miramas (Frankreich) rückt BMW seine eigene Wasserstoffmotor-Philosophie ins Rampenlicht: Wasserstoff kann konventionelle Kraftstoffe ablösen, ohne dass der Autofahrer auf die Dynamik heutiger Fahrzeuge verzichten muss.

Das neu entwickelte Rekordfahrzeug H₂R belegen dies eindrucksvoll: Der Zwölfzylindermotor mit sechs Litern Hubraum leistet über 210 kW/285 PS. Damit beschleunigt der Prototyp in ca. sechs Sekunden aus dem Stand auf Tempo 100 und erreicht eine Spitzengeschwindigkeit von 302,4 km/h. Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor basiert auf dem Benzin-Triebwerk des BMW 760i und verfügt damit über modernste Technologien wie z. B. die vollvariable Ventilsteuerung VALVETRONIC. Die Modifikationen betreffen vor allem die Kraftstoffeinspritzung, die BMW den speziellen Eigenschaften von Wasserstoff angepasst hat. Dabei profitierte der H₂R von den Ergebnissen aus der Serienentwicklung des künftigen BMW Wasserstoffmotors

Noch während der Produktionszeit des aktuellen 7er wird BMW ein Modell dieser Baureihe auf den Markt bringen, das sowohl mit Wasserstoff als auch mit Benzin betrieben werden kann.

Im Einzelnen stellte der H₂R Prototyp folgende Bestmarken auf:
1 Kilometer mit fliegendem Start: 11,993sec  300,190km/h
1 Meile mit fliegendem Start: 19,912sec  290,962km/h
¹/₈ Meile mit stehendem Start: 9,921sec  72,997km/h
¼ Meile mit stehendem Start: 14,933sec  96,994km/h
½ Kilometer mit stehendem Start: 17,269sec  104,233km/h
1 Meile mit stehendem Start: 36,725sec  157,757km/h
10 Meilen mit stehendem Start: 221,052sec  262,094km/h
1 Kilometer mit stehendem Start: 26,557sec  135,557km/h
10 Kilometer mit stehendem Start: 146,406sec  245,892km/h

Aerodynamik vom Designer

Am Steuer des Rekordwagens wechselten sich die drei BMW Werksfahrer Alfred Hilger, Jörg Weidinger und Günther Weber ab.

Konstruiert und entwickelt wurde das BMW Rekordfahrzeug H₂R von der BMW Tochtergesellschaft der BMW Forschung und Technik GmbH. Der Name H₂R des Fahrzeugs steht für "H two Race Car", "Hydrogen Record Car" oder "Hydrogen Research Car". In nur 10 Monaten wurde der Rekordwagen auf die Räder gestellt. Möglich wurde das, da die Komponenten für das künftige Wasserstoff-Serienauto von BMW einen Reifegrad erreicht, der ihre problemlose Adaption an das Rekordfahrzeug erlaubte und die Entwickler bei der Auslegung des Chassis auf bewährte BMW Fahrwerksysteme zurückgreifen konnten.

Das Herzstück des H₂R basiert auf dem Zwölfzylindermotor des 760i mit sechs Litern Hubraum. Der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff wird durch eine Anpassung der Motorsteuerung sowie der Komponenten der Gemischbildung ermöglicht. Wichtigster baulicher Unterschied sind das Wasserstoff-Einblaseventil und die Materialauswahl im Brennraum. Im Gegensatz zum Serienmotor, bei dem der Kraftstoff direkt in den Brennraum gespritzt wird, sitzen die Einblaseventile des Wasserstoffmotors in den Saugrohren. Für die Rekordfahrten wurde der Wasserstoff-Verbrennungsmotor auf monovalenten Betrieb, also ausschließlich auf Wasserstoff, ausgelegt. Diese Festlegung erlaubte es den Ingenieuren, das Triebwerk speziell auf den Wasserstoffbetrieb abzustimmen. So wurden beispielsweise Ventilsitzringe aus speziellem Material eingesetzt, da dem Wasserstoff die schmierende Wirkung des Benzin-Luft-Gemisches fehlt.

Rennsporttechnik, edel verpackt

Grundsätzlich hat Wasserstoff deutlich andere Verbrennungseigenschaften als Benzin oder Dieselkraftstoff. Er verbrennt bei normalem Luftdruck zwar schneller, aber mit etwas niedrigerer Temperatur als Benzin. Im Motor sorgt die hohe Brenngeschwindigkeit des Wasserstoff-Luft-Gemisches dafür, dass eine höhere Temperatur als in einem benzinbetriebenen Motor entsteht. Dementsprechend wurde die Motorsteuerung des BMW Rekordfahrzeugs H₂R so angepasst, dass das Gemisch erst im oberen Totpunkt des Kolbens gezündet wird, um die maximale Leistung zu erreichen. Benzin-Luft- Gemische verbrennen vergleichsweise langsam. Deswegen müssen sie mit steigender Drehzahl zunehmend früher gezündet werden, so dass mit Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens der maximale Druck anliegt. Der höhere Verbrennungsdruck des Wasserstoff-Gemischs hat dabei deutliche Vorteile: Mehr Kraft aus gleichem Energieeinsatz ergibt einen besseren Wirkungsgrad. Die vollvariable Ventilsteuerung ermöglicht es, den Gaswechsel des Zwölfzylindermotors optimal auf Wasserstoff-Betrieb abzustimmen. Die möglichst späte Einblasung des Wasserstoffs in das Saugrohr stellt gleichzeitig hohe Anforderungen an die Einblaseventile. Auch sie sind eine Neuentwicklung für BMW. Da gasförmiger Wasserstoff mehr Volumen pro Energieeinheit als flüssiges Benzin aufweist, sind die Einblaseventile größer als konventionelle Einspritzventile. Hinzu kommt, dass sie eine deutlich größere Spreizung abdecken: Sie müssen mit unterschiedlichen Systemdrücken und gleichzeitig sowohl mit sehr kurzen als auch mit längeren Einspritzzeiten arbeiten können. Ein Hauptziel ihrer Entwicklung war es, in dem sehr kurzen Einspritzzeitraum bei höchster Drehzahl und Volllast die erforderliche Wasserstoffmenge in das Saugrohr einzublasen

Das Kraftstoffsystem des BMW Rekordfahrzeugs H₂R basiert auf einem Konzept aus der Serienentwicklung. Befüllt wird der H₂R an einer mobilen Wasserstoff-Tankstelle mittels einer manuellen Tankkupplung. Der vakuumisolierte, doppelwandige Tank fasst mehr als elf Kilo Flüssigwasserstoff und ist neben dem Fahrersitz untergebracht.

(Text: dr )
(Fotos: BMW AG )

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