BMW Efficient Dynamics
Η τέχνη της μηχανολογίαςΜε εργαλείο τις δυνατότητες που προσφέρει η συνεχώς αναπτυσσόμενη τεχνολογία και κίνητρο την αδιάκοπη αναζήτηση για εξέλιξη και βελτίωση, η σύγχρονη αυτοκίνηση επιδεικνύει δημιουργικότητα, φαντασία, αλλά και αποτελεσματικότητα, εστιάζοντας με χειρουργική ακρίβεια στις ανάγκες της εποχής μας.
KEIMENO: ΓIANNHΣ XAPΠIΔHΣ
ΦΩTOΓPAΦIEΣ: BMW, MAΞ KIPXMΠAOYEP
H OIKONOMIA καυσίμου και η μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων είναι σήμερα οι μεγαλύτερες προκλήσεις και ταυτόχρονα υποχρεώσεις για τα τμήματα έρευνας και εξέλιξης στο χώρο του αυτοκινήτου. Το ειδικό βάρος της προόδου που έχει επιτευχθεί στον τομέα των κινητήρων είναι εύκολα αντιληπτό, εάν αναλογιστούμε πως έχει γίνει δυνατή η ταυτόχρονη προσέγγιση στόχων με αντικρουόμενες απαιτήσεις, όπως είναι η αύξηση της ισχύος και η μείωση της κατανάλωσης. Σημειώστε, για παράδειγμα, πως από το 1990 μέχρι σήμερα η εξέλιξη έχει επιφέρει μείωση της κατανάλωσης της τάξης του 30%, όταν την ίδια στιγμή η απόδοση των κινητήρων παρουσιάζει αύξηση σε σχεδόν αντίστοιχο ποσοστό. Πώς έχει γίνει δυνατό κάτι τέτοιο; Η BMW ανοίγει τα χαρτιά της και, με το πρόγραμμα εξέλιξης «Efficient Dynamics» καθώς και μέσα από τις επιλογές και τις δημιουργίες της, αποκαλύπτει τις κατευθύνσεις της δικής της προσπάθειας για ανάπτυξη και εφαρμογή ακόμα πιο φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών.
Πολύπλευρη εξέλιξη
Οι πέντε βασικοί άξονες στους οποίους κινείται η ερεύνα της BMW για τη μείωση της κατανάλωσης είναι: η βελτίωση της καύσης, η ανάπτυξη υβριδικών συστημάτων, η μείωση του βάρους, η βελτίωση της αεροδυναμικής και, τέλος, η εξέλιξη εναλλακτικών μορφών καυσίμου. Το έμπρακτο αποτέλέσμα της αναζήτησης σε αυτές τις κατευθύνσεις αποτυπώνονται σε μεγάλο βαθμό σε διάφορα στοιχεία της ανανεωμένης σειράς 1. Ο νέος 4κύλινδρος 2λιτρος κινητήρας βενζίνης στις δύο εκδόσεις των 143 και 170 ίππων που κινεί τις 118i και 120i καθώς και ο νέος υπερτροφοδοτούμενος 2λιτρος πετρελαιοκινητήρας των 118d και 120d με τους 143 και 177 ίππους, αντίστοιχα, υιοθετούν τις πλέον προηγμένες τεχνολογίες της BMW για βελτίωση της καύσης. Σε αυτόν τον τομέα οι διαφοροποιήσεις που έχουν συντελεστεί αφορούν την υιοθέτηση νέων μεθόδων επεξεργασίας, χάρη στις οποίες έχει επιτευχθεί μείωση των τριβών, τον επανασχεδιασμό του θαλάμου καύσης για βελτιστοποίηση των ροϊκών χαρακτηριστικών και της διαδικασίας συμπίεσης του μίγματος και, βέβαια, ως συμπλήρωμα των παραπάνω, την υιοθέτηση τελευταίας γενιάς συστημάτων ψεκασμού. Πιο συγκεκριμένα, στους βενζινοκινητήρες έχει τοποθετηθεί το σύστημα άμεσου ψεκασμού υψηλής ακρίβειας (High Precision Injection), που είδαμε για πρώτη φορά στον 6κύλινδρο Twin Turbo της «335». Το πλεονέκτημα που προσφέρει αυτό είναι πως οι πιεζοηλεκτρικοί εκχυτήρες είναι τοποθετημένοι ανάμεσα στις βαλβίδες και ακριβώς δίπλα στα μπουζί και έχουν τη δυνατότητα κατανομής του μίγματος σε στρώματα, εκ των οποίων το καθένα έχει διαφορετική αναλογία καυσίμου/αέρα. Έτσι, εκτός από την καύση φτωχού μίγματος σε ένα μεγάλο εύρος στροφών, είναι δυνατός ο ακριβέστατος καθορισμός του απαιτούμενου καυσίμου και, επομένως, η μέγιστη δυνατή οικονομία. Αντίστοιχα, στον πετρελαιοκινητήρα των 177 ίππων χρησιμοποιείται σύστημα Common Rail τρίτης γενιάς, ενώ, όπως και στην περίπτωση της πιο αδύναμης έκδοσης, σημαντικό ρόλο, τόσο στη βελτιστοποίηση της απόδοσης και των χαρακτηριστικών λειτουργίας όσο και στη μείωση της κατανάλωσης, παίζει η υπερτροφοδότηση με τουρμπίνα μεταβλητής γεωμετρίας, στην οποία η γωνία των «λεπίδων» της φτερωτής μεταβάλλεται μέσω ηλεκτροκινητήρα, ανάλογα με το φορτίο του κινητήρα.
Η εξέλιξη των κινητήρων είναι, λοιπόν, το κύριο βήμα προς την επίτευξη χαμηλότερης κατανάλωσης, όμως αντίστοιχα σημαντική είναι η συμβολή της προόδου και στους υπόλοιπους τομείς όπου κινείται η έρευνα. Αξίζει να σημειώσουμε τη μείωση του βάρους που έχει επιτευχθεί τόσο στον κινητήρα βενζίνης όσο και στον πετρελαίου, στον οποίο το όφελος είναι μεγαλύτερο, αφού είναι 17 κιλά ελαφρύτερος από τον προκάτοχό του, χάρη, κυρίως, στην τοποθέτηση ενός πολύ ελαφρύτερου στροφαλοθαλάμου από αλουμίνιο ειδικής επεξεργασίας, αντί για χάλυβα.
Από εκεί και πέρα, η νέα σειρά 1 διατίθεται με μια σειρά υβριδικών συστημάτων και μηχανισμών εξοικονόμησης ενέργειας που σταδιακά θα περάσουν και στα υπόλοιπα μοντέλα της εταιρείας. Ανάμεσα σε αυτά είναι το σύστημα Start-Stop, που στοχεύει στη μείωση της κατανάλωσης μέσα στην πόλη και συνοδεύει τα αυτοκίνητα με μηχανικό κιβώτιο. Το σύστημα αυτό σβήνει αυτόματα τον κινητήρα, μόλις το αυτοκίνητο ακινητοποιηθεί και ο οδηγός επιλέξει νεκρά και αφήσει το συμπλέκτη. Στη συνέχεια, ο κινητήρας, που διαθέτει ενισχυμένη ηλεκτρική μίζα και μπαταρία, τίθεται άμεσα σε λειτουργία, όταν ο οδηγός ξαναπατήσει το συμπλέκτη. Επίσης, μείωση της κατανάλωσης, λόγω περιορισμού της λειτουργίας του δυναμό και, επομένως, χαμηλότερων φορτίων του κινητήρα, προσφέρει το σύστημα αναγέννησης ενέργειας φρένων (Brake Energy Regeneration). Aυτό, με τη βοήθεια μετασχηματιστών, μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική κάθε φορά που ο οδηγός πατά το φρένο, φορτίζοντας, έτσι, την μπαταρία, η οποία είναι ειδικά κατασκευασμένη για διατήρηση της αντοχής της σε συνεχόμενες φορτίσεις-αποφορτίσεις. Στην εξοικονόμηση ενέργειας συμβάλλει, επίσης, η ηλεκτροϋδραυλική υποβοήθηση του τιμονιού. Eδώ, η υδραυλική αντλία ενεργοποιείται από ηλεκτροκινητήρα, μόνο όταν είναι απαραίτητο, ενώ αντίστοιχο ρόλο παίζουν και οι ηλεκτρικές αντλίες νερού και λαδιού, που ελέγχονται από την κεντρική ηλεκτρονική μονάδα του κινητήρα και ενεργοποιούνται, μόνο όταν απαιτείται.
Τέλος, η έρευνα στον τομέα της αεροδυναμικής έχει οδηγήσει στο σύστημα ενεργής αεροδυναμικής (Active Aerodynamics), το οποίο, σε συνθήκες που δεν είναι αναγκαία η είσοδος αέρα για την ψύξη του κινητήρα, «κλείνει» τους αεραγωγούς, μετακινώντας ειδικά πτερύγια που υπάρχουν στο πίσω μέρος τους. Έτσι, βελτιώνεται ο αεροδυναμικός συντελεστής και, επομένως, λόγω χαμηλότερων αντιστάσεων, μειώνεται και η κατανάλωση, ειδικά στις υψηλές ταχύτητες.
Σε ό,τι αφορά το συνολικό αποτέλεσμα των παραπάνω εφαρμογών κι εξελίξεων, αναφέρουμε χαρακτηριστικά πως στην 120d έχει επιτευχθεί μια αύξηση της απόδοσης κατά 14 ίππους, με παράλληλη μείωση της κατανάλωσης κατά 16% και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα να είναι σαφώς χαμηλότερες από την πρόταση της Ευρωπαϊκής Ένωσης (140 γρ./χλμ.), φθάνοντας τα 129 γρ./χλμ.
Επίδειξη δύναμης
Η άλλη πλευρά της τεχνολογικής φιλοσοφίας της BMW φανερώνεται μέσα από την πίστη της σε χώρους και τομείς υψηλών απαιτήσεων, με αποκορύφωμα την αγωνιστική της εμπλοκή στη Formula 1. Ακόμα πιο σημαντικό είναι, όμως, πως, μέσω του τμήματος «υψηλών επιδόσεων» Μ, η BMW είναι ένας από τους ελάχιστους κατασκευαστές που περνά και στην ευρεία παραγωγή την τεχνογνωσία αιχμής που αποκτά μέσα από συνθήκες απόλυτου ανταγωνισμού. Σήμερα, οι Γερμανοί μάς αποκαλύπτουν ένα ακόμα δυνατό χαρτί τους, με τον 4λιτρο V8 που θα εφοδιάζει τη νέα γενιά της Μ3 και σηματοδοτεί μια νέα αρχή, όντας ο πρώτος 8κύλινδρος κινητήρας που τοποθετείται στη σειρά 3 αλλά και ο πιο ισχυρός μέχρι σήμερα, αφού φτάνει τους 420 ίππους και τα 40,8 χλγμ. Πίσω από αυτούς τους εντυπωσιακούς αριθμούς απόδοσης που συνοδεύονται και από ένα καθαρόαιμο σπορ χαρακτήρα κρύβονται αρκετές καινοτομίες αλλά και προηγμένες τεχνικές και υλικά που συνθέτουν ένα πραγματικό τεχνολογικό διαμάντι. Κατ’ αρχάς, σε κατασκευαστικό επίπεδο, ιδιαίτερα σημαντικό είναι το γεγονός πως ο νέος V8 με βάρος 202 κιλά δεν είναι απλώς ένας από τους ελαφρύτερους 8κύλινδρους κινητήρες παγκοσμίως, αλλά, επιπλέον, παρά το μέγεθός του και τους δύο επιπλέον κυλίνδρους, είναι κατά 15 κιλά ελαφρύτερος από τον 6κύλινδρο κινητήρα της προηγούμενης M3. Αυτό έχει επιτευχθεί με τη χρήση ελαφρών υλικών στην κατασκευή τόσο του κορμού και της κυλινδροκεφαλής όσο και μεγάλου αριθμού μηχανικών μερών. Σημειώστε πως το μπλοκ είναι από ελαφρύ κράμα αλουμινίου και παράγεται στην ίδια μονάδα που κατασκευάζονται και τα μπλοκ των κινητήρων της F1, o στροφαλοθάλαμος είναι φτιαγμένος από κράμα αλουμινίου και πυριτίου, τη θέση των συμβατικών μετάλλων στα χιτώνια έχουν πάρει κρύσταλλοι πυριτίου, ενώ οι κύλινδροι έχουν ειδική επεξεργασία που δεν κάνει απαραίτητη την επίστρωσή τους με σκληρό υλικό. Αντίστοιχη προσπάθεια για «δίαιτα» έχει γίνει και σε όλα τα επιμέρους κινούμενα τμήματα και υποσυστήματα, ξεκινώντας από τον αρκετά κόμπακτ στρόφαλο (λόγω της μικρής απόστασης των μόλις 98 χλστ. μεταξύ των κυλίνδρων), που ζυγίζει μόλις 20 κιλά, και φθάνοντας μέχρι τα πιστόνια από ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες αλουμίνιο (481 γρ.), τους διωστήρες από κράμα χάλυβα και μαγνησίου (623 γρ.) και τις βαλβίδες (42 γρ.). Επίσης, η διαδικασία χύτευσης υψηλής πίεσης που χρησιμοποιεί η BMW, όπου η διαμόρφωση των υλικών ξεκινά από το εσωτερικό τους με παροχή πίεσης 800 bar, επιτρέπει την κατασκευή των πολύπλοκων καμπυλών των πολλαπλών εξαγωγής χωρίς συγκολλήσεις, δίνοντας, παράλληλα, τη δυνατότητα διαμόρφωσης πολύ λεπτών τοιχωμάτων της τάξης του 0,65-1 χλστ. και προσφέροντας, έτσι, μια πολύ ελαφριά κατασκευή.
Εκτός από την κατασκευή, ο V8 κινητήρας της BMW προκαλεί θαυμασμό και για τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του, που έχουν διαμορφωθεί με την υιοθέτηση προηγμένων συστημάτων και μηχανισμών. Ανάμεσά τους το σύστημα μεταβλητού χρονισμού Double VANOS, το οποίο, όμως, έχει τροποποιηθεί, σε σχέση με αυτό που υπάρχει στον V10 των Μ5 και Μ6 (από τον οποίο ο νέος V8 έχει δανειστεί αρκετά τεχνολογικά στοιχεία), ώστε η ρύθμιση της γωνίας των εκκεντροφόρων να μη χρειάζεται την υψηλή πίεση ενός ξεχωριστού κυκλώματος, αλλά να είναι εφικτή με την πίεση του κυκλώματος λίπανσης. Γι’ αυτόν το λόγο, ο μηχανισμός με γρανάζια έχει αντικατασταθεί με έναν ενεργοποιητή διαδοχικών θέσεων, που παίρνει κίνηση από το κύκλωμα λαδιού. Το πλεονέκτημα είναι πως δε χρειάζονται επιπλέον κύκλωμα και αντλίες υψηλής πίεσης, ενώ ο ενεργοποιητής χαμηλής πίεσης επιτρέπει την ταχύτατη και ακριβέστατη ρύθμιση της γωνίας των εκκεντροφόρων ανά πάσα στιγμή, με βάση τα δεδομένα λειτουργίας του κινητήρα. Σε ό,τι αφορά, μάλιστα, το κύκλωμα λίπανσης, ο σχεδιασμός του με ένα κύριο και ένα δευτερεύον κάρτερ αλλά και η τοποθέτηση ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου και ρύθμισης της παροχής λαδιού εγγυώνται τη συνεχή και σταθερή ροή λαδιού, ακόμα και κάτω από διαμήκεις και πλευρικές επιταχύνσεις της τάξης των 1,4 g. Από εκεί και πέρα, για τις ανάγκες της τροφοδοσίας του κινητήρα με τις σχεδόν αγωνιστικές προδιαγραφές (το όριο περιστροφής φτάνει τις 8.400 σ.α.λ.), ιδιαίτερη προσοχή έχει δοθεί σε όλο το σύστημα εισαγωγής. Κατ’ αρχάς, έχει τοποθετηθεί ξεχωριστή πεταλούδα γκαζιού σε καθέναν από τους 8 κυλίνδρους, με την κεντρική ηλεκτρονική μονάδα να ελέγχει και να ρυθμίζει ανεξάρτητα την καθεμία, ανάλογα με το πάτημα του γκαζιού, προσφέροντας εξαιρετική αμεσότητα στην απόκριση. Κάθε πεταλούδα διαθέτει, μάλιστα, τη δική της εισαγωγή αέρα μικρού μήκους, που είναι κατασκευασμένη από ανθρακονήματα και έχει ειδική διαμόρφωση που, εκμεταλλευόμενη τα ροϊκά χαρακτηριστικά του αέρα εισαγωγής, επιτρέπει στις υψηλές στροφές (όπου η ταχύτητα του αέρα στην εισαγωγή αγγίζει τα 720 χλμ./ώρα!) τη συμπίεση στο θάλαμο καύσης μεγαλύτερης ποσότητας αέρα από την ογκομετρική του χωρητικότητα, δημιουργώντας έτσι ένα φαινόμενο υπερπλήρωσης αντίστοιχο με κανονική υπερπλήρωση 0,22 bar. Καινοτόμα είναι, επίσης, η κατάργηση του πλέγματος του αισθητήρα ελέγχου ροής αέρα (MAF sensor) στην είσοδο του συστήματος εισαγωγής, που διευκολύνει τη ροή αέρα και βελτιώνει έτσι την απόκριση. Τα δεδομένα για το φορτίο του κινητήρα που λαμβάνονται από το συμβατικό MAF sensor συλλέγονται πλέον από το συνυπολογισμό άλλων παραμέτρων, όπως είναι το άνοιγμα των πεταλούδων γκαζιού, η ρύθμιση του VANOS, οι στροφές του κινητήρα, η θερμοκρασία και η πίεση του αέρα. Τέλος, ο έλεγχος και ο συντονισμός των συστημάτων και των λειτουργιών του κινητήρα αλλά και όλου του αυτοκινήτου γίνεται μέσω της ηλεκτρονικής μονάδας MSS60, που έχει αναπτυχθεί από την BMW Μ, έχει κατασκευαστεί από τη Siemens και διαθέτει δύο κύριους κι έναν δευτερεύοντα επεξεργαστή (με συνολική επεξεργαστική ικανότητα 200.000.000 εντολών/δλ.), 5 MB μνήμης, 59 ψηφιακές και αναλογικές και 10 σειριακές εισόδους και 68 εξόδους, ενώ μπορεί να ελέγχει 1.165 ηλεκτρονικά συστήματα. Χάρη σε αυτή, είναι δυνατή και η υιοθέτηση ενός επίσης πρωτοποριακού συστήματος ελέγχου των συνθηκών καύσης με αισθητήρες ενσωματωμένους στα μπουζί, που παρέχει άμεσα δεδομένα για την ποιότητα καύσης και εμποδίζει, έτσι, τα όποια φαινόμενα αυτανάφλεξης (πιράκια) με άμεση προσαρμογή της χαρτογράφησης του κινητήρα, ανάλογα με τις συνθήκες.
Όλα τα παραπάνω δίνουν το στίγμα του προηγμένου τεχνολογικού υποβάθρου του νέου V8 κινητήρα της BMW, ενώ οι τεχνικοί του ειδικού τμήματος Μ υπόσχονται μια ανάλογα πρωτοποριακή πρόταση και στον τομέα της μετάδοσης της νέας Μ3, δίνοντας μια σαφή εικόνα της φιλοσοφίας της μηχανολογικής προσέγγισης της γερμανικής εταιρείας._ Γ. Χ.