BMW Concept X3 Efficient Dynamics (2005) | Motor de gasolina con inyección directa y condensadores en lugar de batería
Es un prototipo de propulsión híbrida hecho sobre un X3. Combina un motor de inyección directa de gasolina y mezcla pobre, con un sistema eléctrico que utiliza condensadores en lugar de una batería.
Según BMW, el consumo de este prototipo sería un 20 por ciento inferior al de un X3 equivalente de propulsión normal. Acelera de 0 a 100 km/h en 6,7 y alcanza 235 km/h de velocidad máxima; un X3 3.0i, con el motor de gasolina de 231 CV y cambio automático, tarda 8,1 s y alcanza 210 km/h.
El principio de funcionamiento es distinto al de otros prototipos y coches de producción híbridos. En este caso, como en otros, hay dos funciones de la parte eléctrica: una, recuperar energía en retención y frenada; otra, aprovechar el motor eléctrico para aumentar la aceleración en ciertas circunstancias.
La principal diferencia con otros sistemas híbridos de motor de combustión y eléctrico es que el eléctrico está colocado entre el térmico y la caja de cambios, y hace la función del convertidor de par. BMW llama a este sistema «Active Hybrid».
El motor térmico es un seis cilindros en línea y la caja de cambios es automática de seis relaciones, con engranajes planetarios; es decir, los mismos mecanismos que en un X3 3.0i. La diferencia es que, en el lugar del convertidor hidráulico de par que tiene ese modelo, en el X3 Efficient Dynamics hay un motor-generador eléctrico. Este motor-generador está acoplado al motor térmico mediante un primer embrague y a la caja de cambios mediante un segundo embrague.
Un coche normal necesita un cierto patinamiento en el embrague o un convertidor de par porque su motor no puede dar la potencia necesaria para empezar a mover el coche hasta que alcanza un cierto régimen (tanto mayor cuanto más se quiera acelerar). En uno eléctrico no ocurre así, puede dar potencia desde que comienza moverse.
La idea de BMW es que no sea el motor térmico lo que pone en marcha al coche, sino el eléctrico (embragado a la transmisión). A medida que el coche gana velocidad, el sistema automáticamente embraga el motor térmico al eléctrico (mediante un embrague húmedo), y lo pone en marcha suavemente. Este procedimiento es posible porque entre 0 y 1.000 rpm, el motor eléctrico da 400 Nm de par; los desarrollos de la caja de cambios son normales, BMW no dice que la primera tenga que ser muy corta. Si el conductor pisa mucho el acelerador desde parado, entonces sí se pone en marcha el coche con los dos motores.
El objetivo de BMW con este sistema es que el conductor nunca experimente una pérdida de potencia debido a que el sistema eléctrico se agota.
Cada vez que el conductor desacelera o frena, el motor térmico se desembraga del eléctrico (y, por tanto, de la transmisión) y se para; de esta manera, el movimiento del motor no resta nada de energía, con lo que se puede utilizar una mayor parte en recargar los acumuladores. El motor térmico solo vuelve a funcionar si el conductor pisa de nuevo el acelerador.
Además de aprovechar la energía cinética del coche, la otra forma de recargar el sistema eléctrico es aumentar automática y simultánemente el freno que constituye el generador eléctrico y la carga del motor térmico.
La energía eléctrica se puede utilizar para mover el coche a velocidad muy baja; por ejemplo, en maniobras de aparcamiento.
El motor eléctrico es también el único generador eléctrico del sistema, sirve igualmente para el sistema eléctrico de propulsión y, a través de un convertidor, para la instalación eléctrica normal de 12 V (que tiene su propia batería). Es un motor síncrono que funciona con una tensión entre 100 y 200 V.
El rendimiento de un condensador también es superior. Un condensador tiene un 98 por ciento de rendimiento, cuando el rendimiento de una batería con el mismo peso, tensión y potencia es el 84 por ciento. Es decir, con un condensador (que tiene menos resistencia interna) se aprovecha más la energía en los procesos de carga y descarga.
El principal inconveniente de los condensadores frente a las baterías es la densidad de energía. Según BMW las baterías de níquel e hidruro metálico dan normalmente 5 Wh por cada kg de peso; los condensadores de este prototipo dan 4 Wh/kg. Los condensadores están colocados en la parte lateral del coche, en el lugar que ocupan los estribos (imagen); BMW ha colocado una cubierta de plástico transparente para que se vean.
El motor térmico es un seis cilindros en línea, que puede funcionar con mezcla pobre a cualquier régimen (al que BMW se refiere como «High Precision Injection»). A diferencia de otros motores de inyección directa, no se utiliza la corriente de aire para crear la mezcla estratificada (rica cerca de la bujía y pobre lejos de ella). Tampoco es un sistema como el JTS de Alfa Romeo, en el que es también el chorro el que crea la turbulencia, pero debido a la forma del pistón (imagen).
El inyector de este motor expulsa un chorro cónico (cómo el primer GDI de Mitsubishi), de forma que puede estratificar la mezcla sin que sea necesaria una corriente especial de aire ni una forma específica del pistón. Es un inyector con válvula piezoeléctrica, en lugar de la electromagnética que tienen los inyectores de gasolina (este tipo de inyector también está en el Mercedes-Benz Vision S350).
Sólo con el uso de este motor, BMW estima que la disminución del consumo en el ciclo mixto de homologación sería de un 10 por ciento. En conducción normal, esa disminución de consumo estaría entre un 5 y un 15 por ciento, en función del recorrido y del tipo de conducción.
BMW tiene previsto utilizar este sistema en modelos de producción, en mercados donde haya gasolina sin azufre. Al ser un motor que puede funcionar con mezcla pobre, necesita un catalizador de reducción, para eliminar los óxidos de nitrógeno.