Señor Drees, ¿de qué área es usted responsable?
Rainer Drees: Soy responsable de las características acústicas de los automóviles M. Esto se refiere a todo lo que oye el conductor, así como a todo lo que se percibe en el entorno.
Uno de mis trabajos consiste en garantizar que nuestros coches M suenen auténticos y con carácter, cumpliendo al mismo tiempo las distintas normativas mundiales sobre niveles de ruido exterior. Se trata sobre todo de una cuestión que afecta al diseño de los sistemas de escape.
Hablemos del sonido y del sistema de escape de los nuevos BMW M3 y BMW M4.
EL SONIDO.
¿Cómo debe sonar un automóvil M? ¿Qué significa esto en cuanto al sonido de los nuevos BMW M3 y BMW M4?
Lo importante para un automóvil M es que sea clara e inequívocamente reconocible. Es este sonido característico el que permite distinguirlo de un modelo de BMW AG o de un vehículo de la competencia con un diseño de motor similar. Pero además, el sonido de un BMW M3 o de un BMW M4 es diferente al de un BMW M5 o de un BMW M6. El objetivo era crear un sonido de motor purista y sutil, que recordara al de los vehículos de competición.
El conductor de un BMW M3 o BMW M4 espera escuchar un sonido especialmente deportivo tanto en el interior del coche como en el exterior del vehículo. El objetivo es siempre determinar el mejor compromiso entre las características que estimulan las emociones y las que favorecen la idoneidad cotidiana del vehículo. Un sonido que es fantástico durante los primeros 20 km puede resultar muy molesto después de 200 km.
¿Qué caracteriza el sonido de un motor atmosférico como el empleado hasta ahora en el recientemente superado BMW M3?
Un motor de aspiración natural tiene líneas relativamente despejadas tanto de la entrada de aire como de los sistemas de escape. Una pequeña parte del sonido que el conductor percibe como indicación acústica del nivel de carga del motor en el interior del vehículo procede de la transmisión directa del ruido del motor a través de la estructura, mientras que la mayor parte del ruido se transmite a través del aire directamente desde el tracto de admisión; sin embargo, el nivel de ruido se amortigua en cierta medida por una combinación de la larga distancia de admisión y los filtros de aire. En el caso de un motor de aspiración natural, esta amortiguación puede reducirse aún más instalando una válvula más grande en la caja de aire, con lo que se desacelera acústicamente la entrada de aire, como ocurre, por ejemplo, en el BMW M3 CSL. El efecto acústico resultante es muy positivo.
La situación es similar en el lado del escape del motor. Sólo la longitud del tracto de escape y los silenciadores reducen el ruido de combustión que emana del motor.
Un motor atmosférico ofrece un espectro de frecuencias muy amplio, lo que resulta útil a la hora de desarrollar las características acústicas. Una amplia gama de velocidades del motor, combinada con muchos cilindros y un gran tamaño del motor, tiene un impacto positivo adicional en el espectro sonoro fundamental disponible.
¿Qué es lo que distingue el sonido de un motor turbo del de uno de aspiración natural? ¿Y por qué es así?
Las propiedades acústicas de un motor turbo representan un gran reto para los diseñadores de sonido.
Las ruedas de paletas del turbocompresor, situadas en los conductos de entrada y salida de aire, son efectivamente una barrera que bloquea el ruido de admisión y combustión.
Como resultado, el ruido del aire transmitido desde la admisión queda prácticamente eliminado. Y esto se nota inmediatamente en el interior del vehículo. Sólo queda intacta la relativamente débil transmisión del sonido transmitido por la estructura.
La situación es similar en el lado de los gases de escape: todos los gases de combustión que fluyen a través de la turbina de escape están sometidos a una amortiguación acústica extremadamente alta. Sólo los flujos de gases de escape que no son necesarios para el turbocompresor y que pasan por la compuerta de residuos más allá del cargador producen un sonido de combustión que puede aprovecharse.
Sin embargo, estas son precisamente las corrientes de gases de escape acústicamente relevantes que se reducen aún más para facilitar las extraordinarias características de respuesta del motor M TwinPower Turbo de seis cilindros en línea de los nuevos BMW M3 y BMW M4.
Todo esto suena algo complicado…
Quizá el siguiente ejemplo lo aclare un poco:
Si se imagina una sala (el espacio bajo el capó) en la que toca una orquesta de muchos instrumentos diferentes (el motor). Algunos de los instrumentos son capaces de producir tanto sonidos graves como agudos, es decir, tienen un ancho de banda uniformemente bueno o un amplio espectro sonoro.
Sin embargo, junto a esta sala hay otra separada (el espacio para los pasajeros), que se une a la primera a través de puertas de distinto tamaño (la carrocería, el tracto de admisión de aire y el sistema de escape). En el caso de un motor atmosférico, la mayoría o al menos muchas de estas puertas están abiertas, lo que significa que el conductor que se encuentra en la sala de al lado puede seguir oyendo una gran banda de frecuencia de los sonidos producidos.
Sin embargo, en el caso de un motor turbo, es como si la mayoría de estas puertas estuvieran cerradas. Se puede oír algo -quizá el carácter básico de la música mientras suena (la combustión)- pero la parte audible se limita a la gama de frecuencias bajas. Una gran parte del espectro de frecuencias acústicas se pierde a través del sistema de turbo.
Sin embargo, los fabricantes han empezado a tomar medidas sistemáticas para compensar este problema.
Los nuevos BMW M3 y M4 emplean tecnologías muy modernas.
¿Y cuáles son?
Desde que se inventaron los motores turbo, los diseñadores de sonido han ideado diversos métodos para devolver al interior del vehículo parte de los sonidos perdidos del motor. En el caso de los motores deportivos, esto no sólo es importante desde el punto de vista de la estimulación emocional, sino que, como veremos en un momento, también es un elemento importante de la retroalimentación acústica del coche al conductor.
La primera etapa de desarrollo comprendía los sistemas mecánicos. El interior del vehículo se acoplaba a la parte de alta presión del motor más allá del turbocompresor a través de una membrana. Estos sistemas ya eran relativamente eficaces. Sin embargo, en general, la curva acústica seguía la progresión del par del motor.
Por otro lado, los conductores con ambiciones deportivas prefieren tener una progresión acústica que refleje la potencia real que emite el motor, como ocurre con los motores de aspiración natural. Por esta razón, tras los sistemas mecánicos, se desarrollaron los primeros sistemas de sonido eléctricos, que fueron empleados por muchos en la competición. Consistían en atornillar un llamado shaker a la carrocería del coche. El shaker es una especie de actuador mecánico que sirve para transmitir vibraciones a la carrocería (por ejemplo, la columna A). Estas vibraciones pueden sentirse en el espacio de los pasajeros.
Sin embargo, los nuevos BMW M3 y BMW M4 utilizan un sistema más inteligente. La tecnología empleada permite recuperar el sonido que realmente se produce, aunque amortiguado por el sistema turbo, y hacerlo audible en el habitáculo. Esto sólo puede hacerse de forma sistemática en aquellas zonas en las que se produce una amortiguación excesiva, pero el conductor desea y necesita esa respuesta acústica para apoyar su estilo de conducción más deportivo.
Al adoptar este enfoque, es posible dar al conductor una impresión muy precisa de las condiciones de carga del motor. Esto permite al conductor utilizar su oído como guía, de la misma manera familiar que con los motores de aspiración natural; después de un cierto período de aclimatación, es capaz de cambiar de marcha a las velocidades del motor requeridas, basándose en la retroalimentación acústica recibida de las condiciones de velocidad/carga del motor, sin tener que mirar el tacómetro. Esto también es importante porque, aunque la meseta de par que ofrecen los motores turbo es amplia, se rompe bruscamente cuando el régimen del motor es demasiado bajo o demasiado alto.
Volviendo a la analogía de la orquesta: abrimos sistemáticamente ciertas puertas para llevar la música al público.
EL SISTEMA DE ESCAPE DE LOS NUEVOS BMW M3 Y BMW M4
¿Qué es lo que caracteriza al sistema de escape de los nuevos BMW M3 y BWM M4?
El desarrollo óptimo de la potencia requiere la menor contrapresión posible del escape.
Además, la hoja de especificaciones exigía una importante reducción de peso en comparación con el sistema utilizado en el modelo anterior.
El resultado ha sido un sistema de escape que difiere significativamente de los conceptos convencionales de ingeniería y funcionalidad que habíamos aplicado anteriormente.
Sin embargo, por primera vez hemos diseñado el silenciador trasero de tal manera que tenemos suficiente espacio en el sistema de escape doble para dos válvulas de escape ajustables eléctricamente por delante del silenciador.
Cuando las válvulas de escape están cerradas, los gases se ramifican en una cámara de reflexión en el silenciador trasero. Si ahora tuviéramos que alimentar el flujo de gases de escape de una cámara a la siguiente para crear la amortiguación necesaria, esto llevaría a un alto nivel de contrapresión de gases de escape no deseado.
Nuestra solución es más inteligente: desde la cámara de reflexión, los gases de escape pasan una vez justo por el silenciador trasero hasta los tubos de escape situados en el lado opuesto. Por lo tanto, la amortiguación se produce principalmente mediante la prolongación artificial de la longitud del tubo de escape, acompañada de la absorción.
Además, el sistema de escape está equipado con un pequeño silenciador central, que permite la diafonía entre los dos conductos de escape, acompañada de una amortiguación por absorción.
Cuando las válvulas de escape están abiertas, prácticamente no hay amortiguación y los gases de escape salen directamente por los tubos de escape.
Este tipo de sistema de escape permite implementar un sonido externo que cumple con las exigencias deportivas del motor del nuevo BMW M3 y BMW M4. El flujo de gases pasa en todo momento por los cuatro tubos de escape.
¿Cómo varía el sonido? ¿De qué criterios depende? ¿Por ejemplo, al abrir y cerrar las válvulas de escape?
Desde el punto de vista del vehículo exterior, hay una clara diferencia en el sonido emitido cuando las válvulas de escape están cerradas y cuando están abiertas. Para el control, variamos las características del motor; esto nos permite abrir y cerrar las válvulas de escape de acuerdo con las variaciones en las condiciones de velocidad y carga del motor y en correspondencia con el modo de conducción seleccionado.
Por ejemplo, si se selecciona el modo COMFORT, las válvulas de escape están completamente cerradas en los rangos de revoluciones más bajos. Si hay una mayor demanda de carga a regímenes más altos, se abren. Cuando se conduce con una carga constante en el modo COMFORT, las válvulas generalmente permanecen cerradas para lograr un nivel máximo de confort diario en distancias largas.
En los modos SPORT y SPORT PLUS, se seleccionan otras características del motor para controlar las válvulas de escape. En las marchas inferiores, las válvulas de escape están siempre abiertas, mientras que cuando se seleccionan marchas superiores en condiciones de conducción constantes, están cerradas; sin embargo, si las condiciones de carga cambian en consecuencia, se abren en un instante. También hay rangos en los que se ha optado por cerrar las válvulas, por ejemplo a bajas velocidades del motor en marchas largas. En estos rangos, que se seleccionan con frecuencia en el modo automático del M DKG Drivelogic para conducir con la máxima eficiencia, el tracto de escape en los motores turbo tendría tendencia a zumbar si no hubiera amortiguación.
Este regulador de válvulas especial nos permite mantener la presión de los gases de escape extremadamente baja en todo momento. Nos proporciona este llamativo e inconfundible sonido M en toda la gama de revoluciones del motor y permite una información precisa sobre el estado de la carga. El conductor puede elegir entre una serie de configuraciones coherentes disponibles con los diferentes modos, que también tienen en cuenta la respuesta acústica del motor.
¿A qué se debe ese sonido tan específico que se produce tras un arranque en frío?
Al arrancar el coche por primera vez en el día, el motor y el sistema de escape están todavía fríos. Para cumplir con las normas actuales sobre gases de escape, el sistema de tratamiento de los gases de escape debe alcanzar la temperatura de trabajo con extrema rapidez. Para ello, se generan temperaturas de escape muy elevadas durante un corto periodo de tiempo.
¿Cuáles son las diferencias entre el silenciador trasero ofrecido por BMW M Performance Parts para los nuevos BMW M3 y BMW M4 y el sistema de serie?
Los componentes del sistema de BMW M Performance Parts, de diseño similar, son de titanio; además del menor peso, las características del material también ofrecen ventajas acústicas.
Fuente: M-Power]
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