Entrevista con Jürgen Poggel, Jefe de Desarrollo de Motores de BMW M

Sr. Poggel, ¿cuáles fueron los mayores retos en el desarrollo del motor V8 para el nuevo BMW M5?

Jürgen Poppel: El motor V8 es un motor deportivo de altas prestaciones. Nuestro objetivo en el desarrollo de este nuevo modelo era hacerlo aún mejor que el motor V10 del predecesor, que ya se había ganado un estatus legendario.

¿Dónde ve las ventajas?

Una de las principales ventajas de este motor turbo es el alto par disponible desde velocidades tan bajas como la gama baja. Mientras que en el V10 tengo que utilizar la marcha adecuada con el régimen correspondiente, el nuevo motor con tecnología M TwinPower Turbo ofrece un empuje desenfrenado en una amplia gama de velocidades. El nuevo motor proporciona casi 700 Nm de par motor a una velocidad tan baja como 1.500 rpm. En el V10, esta cifra era de unos 300 Nm. Las características de la unidad turbo de alta velocidad con su respuesta extremadamente espontánea hacen del V8 del nuevo BMW M5 el motor deportivo definitivo.

El motor V8 del nuevo BMW M5. En la parte delantera se ven los dos refrigeradores de aire de carga y, más allá, los dos silenciadores de admisión.

¿Qué significa esto?

En muchos motores turbo, la potencia disminuye rápidamente al aumentar la velocidad. La potencia de este motor, en cambio, se mantiene constante a partir de las 1.000 rpm. Así que los límites de revoluciones tienen sentido. Y hemos aplicado un gran número de medidas técnicas que elevan la respuesta al nivel de un motor aspirado.

Curvas de potencia y par del nuevo motor BMW M5.

¿Qué obtiene el cliente de todo esto?

Obtiene unas prestaciones y una facilidad de conducción extraordinarias tanto en el circuito como en la vía pública.

En el circuito tengo que cambiar menos de marcha. La sensible respuesta me permite equilibrar el vehículo con el pedal del acelerador en una amplia gama de velocidades. Esto se traduce en tiempos de vuelta más rápidos.

En situaciones cotidianas, la característica más convincente es sobre todo el potencial de rendimiento superior. El motor acumula un enorme empuje, sobre todo en más de una marcha. Y hemos aumentado la eficiencia del motor, de modo que ahora necesita mucho menos combustible, tanto sobre el papel como en la realidad. Esto beneficia sobre todo a la autonomía, además de a su monedero y al medio ambiente, una clara ventaja sobre el predecesor.

¿Cómo se ha conseguido esta combinación de propiedades, que es casi como intentar la cuadratura del círculo?

La palabra mágica aquí es dethrottling. Dethrottling significa mejorar la respuesta, la potencia y la eficiencia. Hemos modificado prácticamente todo en el sistema de admisión y escape.

Tubos generosamente dimensionados en la sección de admisión.

Empecemos por la admisión.

El aire de carga que sale del compresor llega a medir 130 °C y debe ser refrigerado. En este motor, el aire de carga no se enfría con aire, sino indirectamente con agua. Así, no necesito transferir el aire a través de largas tuberías, y las pérdidas del acelerador son mucho menores. Utilizamos refrigeradores y secciones de tubería de tamaños excepcionalmente generosos. Los silenciadores de admisión y los refrigeradores de aire de carga se instalan muy cerca del motor. Todas estas medidas contribuyen a la estrangulación en el lado de la admisión.

Circuito de baja temperatura para refrigerar el aire de carga y la electrónica digital del motor:

A Radiador de refrigerante

B Radiador de refrigerante adicional

C Bomba eléctrica de refrigerante para la bancada de cilindros 1

D Enfriador de aire de carga para la bancada de cilindros 1

E Depósito de expansión

F Banco de cilindros DME 1

G DME banco de cilindros 2

H Enfriador de aire de carga para la bancada de cilindros 2

I Bomba eléctrica de refrigerante para la bancada de cilindros 2

J Radiador de refrigerante adicional

El motor V8 del nuevo BMW M5 ahora también está equipado con «VALVETRONIC». ¿Puede decirnos qué significa eso?

Con el VALVETRONIC, la elevación de la válvula de admisión se puede variar de forma continua desde dos o tres décimas de milímetro hasta el límite máximo. La ventaja de esto se ve mejor cuando se compara con el motor aspirado convencional. En este último caso, la potencia se regula a través de la llamada válvula de mariposa. El motor siempre intenta tomar toda la cantidad de aire, pero no se lo permito. La válvula se abre completamente sólo cuando se acelera al máximo. Cuando cierro el hueco de la mariposa, el motor genera un vacío parcial en todo el sistema de admisión. Cuando la válvula de admisión se cierra y el pistón empieza a subir, este vacío parcial ya no puede ser utilizado por el motor.

Ajuste continuo de la elevación de la válvula para el control de la carga sin aceleración.

01 Unidad de ajuste VANOS en el lado de escape

02 Árbol de levas de escape

03 Seguidor de levas de rodillos

04 Regulador hidráulico de válvulas HVA

05 Muelle de válvula en el lado de escape

06 Válvula de escape

07 Válvula de admisión

08 Regulador hidráulico de la válvula HVA

09 Muelle de la válvula en el lado de admisión

10 Seguidor de leva de rodillo

11 Servomotor VALVETRONIC

12 Eje excéntrico

13 Muelle

14 Palanca intermedia

15 Árbol de levas de admisión

16 Unidad de ajuste VANOS en el lado de admisión

Motor con catalizadores y silenciadores de admisión desmontados.

Con VALVETRONIC, la cantidad de aire se regula en la válvula. Cuando el cilindro tiene suficiente aire para el respectivo punto de carga, cierro la válvula. Por lo tanto, aquí también se genera un vacío parcial cuando el pistón se mueve hacia abajo. Como analogía, imagine que cierra el orificio del extremo de una bomba de bicicleta mientras tira del otro extremo: si lo suelta, el extremo vuelve a entrar en la bomba. En otras palabras, la energía que gasto construyendo el vacío parcial la puedo recuperar después. Por lo tanto, las pérdidas del acelerador se reducen.

VALVETRONIC también permite que la presión de carga se acumule considerablemente más rápido. Por lo tanto, podemos utilizar un control de carga que me permite mantener la turbina en velocidad y abrir el juego de válvulas tanto como necesite al cambiar de marcha o acelerar. Cuando piso el acelerador, siento que el empuje me presiona más rápido y la respuesta es mucho mejor.

¿Y en el lado del escape? Constantemente oímos hablar del «colector de escape de bancada cruzada» y de la «tecnología biturbo twin scroll» sin entender realmente las ventajas.

(Risas.) El colector de escape de banco cruzado es un colector optimizado de gases de escape para el turbocompresor de cada uno de los cilindros. De todos modos, el motor V8 funciona con un tartamudeo, dando lugar al típico burbujeo del V8. Un doce cilindros siempre enciende los cilindros de la bancada de forma transversal, uno a la izquierda y otro a la derecha, de forma agradable y regular. Por razones de comodidad, el V8 está equipado con un cigüeñal que se enciende dos veces seguidas en una bancada y luego salta a la otra. Esta secuencia de encendido tan irregular se puede escuchar como el típico burbujeo del V8 en el tubo de escape, un sonido que no se puede oír en el motor del nuevo BMW M5.

Principio del colector de escape de banco cruzado.

El colector de escape de bancada cruzada se compone de tubos que se unen a ambas bancadas en una estructura rígida. De este modo, los gases de escape se transmiten de forma óptima a los turbocompresores. Así, cada cilindro puede «expirar» en condiciones óptimas. Cuando abro la válvula de escape, se libera un chorro de gases de escape muy caliente y de gran energía bajo una alta presión que golpea un conducto de gases de escape y luego la turbina del cargador con una fuerza prácticamente nula. Por lo tanto, aprovecho la energía no sólo en el flujo de gases de escape, sino también en su impulso. Como analogía, imagine que sopla en un molinete con un solo soplo: verá que no sólo el volumen, sino también el impulso del aire tiene un efecto.

Colector de escape de bancada cruzada con turbocompresores M TwinPower Twin Scroll.

Esto funciona sólo porque las turbinas Twin Scroll separan los flujos de gases de escape en los dos turbocompresores.

Para ilustrar esta ventaja, probemos el siguiente experimento mental. Imaginemos un montaje muy sencillo. Ocho cilindros soplan por un «agujero» en una turbina de gases de escape. Por lo tanto, el pulso de presión no sólo golpea la turbina, sino que también se propaga a otros tubos de gases de escape. Por lo tanto, pierdo energía. Este método se llama turbocompresión de presión constante: Lo bombeo todo junto en un gran recipiente desde el que los gases de escape recogidos pasan a la turbina. En nuestros dos turbos, sin embargo, los conductos Twin Scroll actúan como un tabique en la turbina, de modo que cada impulso de los gases de escape llega directamente a los álabes de la turbina sin perderse por el camino. Así podemos aprovechar también la velocidad del gas. No sólo se aprovecha el volumen del chorro de gases de escape, sino también su dinámica, y su impulso se convierte eficazmente.

Esta transferencia de los gases de escape ofrece otra ventaja más: cuando más de un cilindro sopla a la vez en un tubo, hay mucho gas residual allí. En consecuencia, cuando se abre la válvula de escape, el cilindro no puede descargar completamente sus gases de escape. En nuestro motor, el gas que sale del cilindro se lleva también este gas residual.

Sección de escape de los tubos generosamente dimensionada.

Así que hemos aprovechado todo lo que hemos podido en el lado de los gases de escape para mejorar el cambio de carga y, por tanto, la respuesta óptima: secciones transversales de tubos de gran tamaño, colector de escape de banco cruzado y tecnología de doble turbo scroll.

Bomba de agua eléctrica para el circuito de refrigeración de baja temperatura.

¿La estrangulación del motor ofrece ventajas no sólo en forma de una respuesta extraordinaria, sino también para el consumo?

Sí, el motor del nuevo BMW M5 cumple con casi todos los rangos del mapa sin enriquecimiento de combustible, y por lo tanto con un mayor consumo. En general, las medidas que he descrito, junto con otras, conducen a una enorme reducción del consumo durante los procesos de homologación y según la experiencia de los clientes. Esto sirve para ampliar sobre todo la autonomía, una ventaja que nuestros clientes han deseado con insistencia en el pasado. Hoy, nuestros ingenieros pueden viajar de Garching a Nürburgring con un solo depósito de combustible. Antes, esto era sólo una quimera.

Turbocompresor en el lado de los gases de escape con válvula de descarga.

Al seleccionar el modo de aceleración Sport o Sport plus, podemos sentir realmente el impulso adicional en la respuesta. ¿Cómo funciona?

En el modo Sport o Sport plus, un controlador VALVETRONIC adecuado y las compuertas de residuos mantienen el turbocompresor en el rango de velocidad más alto. Normalmente, la compuerta de residuos utilizada para regular la presión de carga se abre para que los gases de escape salgan con la mínima pérdida posible. La presión se vuelve a acumular sólo cuando piso el acelerador. Para mejorar la respuesta, dejo la válvula de descarga cerrada hasta que la necesito para regular. Entonces, los gases de escape pasan siempre por encima de la turbina, que funciona entonces a una velocidad considerablemente mayor. Cuando se necesita más potencia, está disponible inmediatamente. Sin embargo, tengo una contrapresión que aumenta gradualmente y que provoca un ligero aumento del consumo. Por lo tanto, esta función se puede activar y desactivar. Por cierto, en el BMW Serie 1 M Coupé la misma función se activa en el botón M.

Motor con la placa de cubierta retirada. Detrás, en el centro, los dos catalizadores, y junto a ellos los reguladores del motor refrigerado por agua.

A veces oímos que se prefieren los motores turbo porque son más fáciles de construir. ¿Es eso cierto?

No, al menos en nuestros motores, ni mucho menos. Los motores aspirados de alta velocidad están sometidos a grandes fuerzas mecánicas, y necesito un cambio de carga que funcione no sólo a las más altas velocidades, sino también con una eficiencia adecuada en el modo de conducción normal.

Además, el motor turbo debe cumplir unos requisitos térmicos elevados. El motor V8 del BMW M5 puede funcionar con temperaturas de escape de hasta 1050 °C. Cuanto más altas sean las temperaturas posibles, mejor: No necesito enriquecer la mezcla -y aumentar el consumo de combustible- para refrigerar el motor, y las altas temperaturas son buenas para la respuesta. Sin embargo, estas temperaturas deben ser dominadas y controladas. El bloque del motor, de unos 200 kg, alcanza al menos 110-115 °C, y las temperaturas de los colectores de escape y los turbocompresores pueden llegar a los 1000 °C.

El convertidor catalítico eliminado.

Estos deben ser contenidos y controlados tanto en el coche en movimiento como después de apagar el motor. Además, el motor puede proporcionar una gran cantidad de potencia también a bajas velocidades (como he dicho antes: aproximadamente el doble que el antiguo V10), por lo que también puede acumularse bastante más calor allí. En la mayoría de los coches, esto apenas tiene importancia, ya que la potencia total sólo se aprovecha en muy pocas ocasiones, si es que lo hace. Sin embargo, el BMW M5 es un coche deportivo, y esta potencia se exige, especialmente en la pista de carreras.

Refrigeración por agua para los turbocompresores.

¿Cómo se garantiza una refrigeración óptima?

Con las más diversas medidas. El motor se ha rebajado dos centímetros para mejorar la entrada de aire, una medida que, por supuesto, también ha rebajado el centro de gravedad para conseguir un efecto dinámico aún mayor. Además, el circuito de aceite está diseñado para las carreras y, por lo tanto, puede soportar aceleraciones laterales que pueden llegar a 1,3 g. Al igual que el líquido de frenos, el aceite debe tomarse de donde se encuentre en ese momento.

Refrigerador de aceite en el fondo del compartimento del motor.

El nuevo BMW M5 dispone de varios circuitos de refrigeración: a los clásicos circuitos de agua y aceite de refrigeración del motor se suma un circuito de refrigeración por agua a baja temperatura que, por ejemplo, refrigera indirectamente el refrigerador del aire de sobrealimentación. Por cierto, incluso los controladores del motor de alto rendimiento están refrigerados por agua. Y además hay otros circuitos de refrigeración separados para las cajas de cambios manuales, etc.

Uno de los tres radiadores del circuito de agua de baja temperatura.

Ya en el BMW Serie 1 M Coupé se planteó la cuestión de las temperaturas máximas de aceite que puede soportar el motor.

La respuesta es tan sencilla como sorprendente: ¡No hay de qué preocuparse! Nuestro llamado gestor térmico puede detectar todas las situaciones críticas durante el funcionamiento normal. Si algún medio, aceite, agua o un componente del motor se calienta demasiado bajo determinados perfiles ambientales o de carga, se toman contramedidas automáticamente. Éstas pueden incluir incluso la regulación de la potencia para proteger el motor. Y cuando asumimos el extremo: no hay refrigeración para la conducción a todo gas en primera marcha bajo un sol de mediodía en el desierto, lo cual es bastante tonto de todos modos.

Pero volviendo a la pregunta original: los aceites habituales soportan bien los 150 °C, pero empiezan a ser críticos a partir de los 160 °C, aunque ocasionalmente se alcanzan los 200 °C en las camisas de los cilindros. Sin embargo, estas temperaturas son breves y, por tanto, no son perjudiciales para el aceite. En cambio, cuando el aceite se somete a altas temperaturas durante periodos largos y frecuentes, los intervalos de mantenimiento indicados lo tienen en cuenta automáticamente. Por lo tanto, los motores M de alto rendimiento están diseñados para los conductores que no quieren conducir con un ojo constantemente en el indicador de la temperatura del aceite.

Por cierto, el motor ya no necesita el conocido aceite 10W-60 con su alta viscosidad. En su lugar, podemos utilizar los últimos aceites de baja viscosidad para reducir considerablemente la fricción.

¿De qué está especialmente orgulloso el nuevo BMW M5?

El nuevo BMW M5 ofrece unas prestaciones que se salen de la escala. Experimentará una increíble gama de características deportivas supremas. El nuevo BMW M5 es divertido tanto en la pista de carreras como en el camino a casa. Para mí es un verdadero placer cada vez que conduzco el nuevo M5.

[Fuente: M-Power ]