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#1 09-11-2017 11:22:34

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Le moteur BMW N20

Le moteur BMW N20

Moteur-N20.png

Moteur N20

Contenu

1. Introduction
2. Composants du moteur
3. Approvisionnement en huile
4. Refroidissement
5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement
6. Système de vide
7. Préparation du carburant
8. Approvisionnement en carburant
9. Système électrique du moteur


Moteur N20

1. Introduction

BMW a décidé de ramener le moteur 4 cylindres sur le marché américain. Le dernier moteur à quatre cylindres BMW aux États-Unis était le M44, qui a duré jusqu'en 1999 et a été installé dans la E36 318is / 318ti / Z3. Depuis lors, BMW aux États-Unis n'a pas eu un moteur 4 cylindres. Le moteur N20 représente la nouvelle génération de moteurs à essence BMW 4 cylindres. Il sera progressivement mis en service sur un certain nombre de modèles BMW à partir de septembre 2011. Le N20 remplacera les moteurs N52 6 cylindres à aspiration naturelle. Le moteur N20 est équipé de la dernière technologie, telle que TVDI (Turbocharged Valvetronic Direct Injection) en conjonction avec un turbocompresseur d'échappement TwinScroll. Dans l'ensemble, il est étroitement lié au moteur N55, c'est pourquoi il est constamment fait référence au moteur N55 dans ce document.

1.1. Histoire

L'histoire des moteurs BMW 4 cylindres a commencé en 1927 avec la BMW 3/15. À partir de ce moment-là, hormis une interruption qui s'étend de 1936 à 1962, les moteurs à essence à quatre cylindres ont toujours été les précurseurs des nouvelles technologies et ont souvent été des précurseurs. Ainsi, le moteur M31 (prédécesseur du moteur M10) fut le premier moteur 4 cylindres au monde à disposer d'un turbocompresseur TwinScroll et, en 1973, atteignait déjà une puissance de 125 kW / 167 ch à partir d'une cylindrée de 2 litres. En sport automobile, le carter de la M10 avec une cylindrée de 1,5 litre a produit le premier champion du monde de Formule 1 avec un moteur turbocompressé. Dans le monde de la course automobile, des performances atteignant 1350 chevaux à partir d'une cylindrée de 1,5 litre ont été atteintes, chiffres qui n'ont été atteints que par BMW.

1.1.1. Moteurs BMW AG historiques

Moteurs-BMW-AG-historiques.png
Introduction_20171104-0648.png
Introduction-2_20171104-0649.png

* désigne les moteurs jusqu'en 1933, ** désigne les moteurs de 1957 à 1980, Cat = convertisseur catalytique à partir de M42 / 1989 avec ou sans convertisseur catalytique.

Note: Tous les moteurs du tableau ci-dessus n'étaient pas disponibles sur le marché américain. Le M44B19O0 était le dernier moteur 4 cylindres disponible aux Etats-Unis jusqu'à l'introduction du N20 en 9/2011.

Moteurs-BMW-M-historiques.png

Moteur N20

1. Introduction

1.2.1. Comparaison

Moteur N20B20O0 comparé au moteur N52B30O1

Comparaison.png

Moteur N20

1. Introduction

Introduction_20171104-0726.png

Moteur N20

1. Introduction

1.3. Nouvelles fonctionnalités / modifications

1.3.1. Aperçu

Nouvelles-fonctionnalites-modifications_20171104-0727.png

Moteur N20

1. Introduction

Introduction_20171104-0728.png

1.4. Identification du moteur

1.4.1. Désignation du moteur

Le moteur N20 est décrit dans la version suivante: N20B20O0.

Le dossier présente également la forme abrégée de la désignation du moteur N20, qui autorise uniquement l'affectation du type de moteur

Designation-du-moteur_20171104-0729.png

Moteur N20

1. Introduction

Designation-du-moteur-2.png

1.4.2. Identification du moteur

Les moteurs ont une marque d'identification sur le carter pour assurer une identification et une classification correctes.

Avec le moteur N55, cette identification a fait l'objet d'un développement ultérieur, les huit positions précédentes ayant été réduites à sept. Le numéro de moteur peut être trouvé sur le moteur en dessous de l'identification du moteur. Ce numéro consécutif, associé à l'identification du moteur, permet une identification correcte de chaque moteur individuel.

Moteur N20

1. Introduction

Introduction_20171104-0732.png

Moteur N20

1. Introduction

Numero-de-moteur-N20-identification-du-moteur-et-numero-de-moteur.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

2.1. Carter du moteur

Le carter du moteur comprend le bloc moteur (carter et plaque de base), la culasse, le couvercle de la culasse, le carter d'huile et les joints.

Boitier-du-moteur.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Composant-du-moteur.png

2.1.1. Bloc moteur

Le bloc moteur est fabriqué en aluminium moulé sous pression AlSi9Cu3 avec le carter et la plaque de base. Un nouveau revêtement pour la paroi du cylindre est utilisé pour la première fois par BMW. Son dénommé pulvérisation de fil d'arc électrique.

La chemise de refroidissement a également été optimisée pour améliorer le refroidissement entre les cylindres, ceci étant dû aux exigences d'un moteur turbocompressé.

Passages d'huile

Le graphique ci-dessous montre les passages d'huile dans le bloc moteur.

Passages-d-huile.png
composant-du-moteur.png


Conduits de liquide de refroidissement

Le graphique ci-dessous montre les passages de liquide de refroidissement dans le bloc moteur.

Conduits-de-refroidissement.png

Ouvertures de compensation

Le carter comporte de grands trous de ventilation longitudinaux fraisés. Ces trous de ventilation améliorent la compensation de pression des colonnes d'air oscillant créées par les courses montantes et descendantes des pistons.

Des ouvertures supplémentaires du côté de l'admission sur le siège du roulement entre les cylindres améliorent également la pression du carter.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-ouvertures-de-compensation-dans-le-siege-du-roulement.png

Cylindre

Un fil de fer est utilisé dans le processus de pulvérisation de fil d'arc électrique (procédé de pulvérisation d'arc) pour revêtir les alésages des cylindres en aluminium. Une haute tension est utilisée pour allumer un arc électrique aux deux extrémités du fil. Les températures générées dans le procédé sont d'environ 3000 ° C / 5432 ° F. Les températures élevées font fondre le fil, qui est continuellement alimenté par l'unité d'alimentation en fil. Le fer fondu est projeté sur la surface de la paroi du cylindre
à pression via les alimentations en air comprimé central et secondaire.

Le fer liquide adhère à la surface de l'aluminium à travers:

• Liaison mécanique:

Les particules fondues pénètrent en raison de l'énergie cinétique élevée et de l'action capillaire dans les dépressions et les contre-dépouilles, où elles se solidifient pour créer un revêtement très résistant.

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2. Composants du moteur

Pulverisation-a-l-arc-electrique.pngPulverisation-a-l-arc-electrique-2.png
composant-du-moteur_20171104-0746.png

Avantages:

• Les particules de pulvérisation adhèrent au métal de base
• Idéal pour les revêtements épais ou les grandes surfaces
• Le plus grand taux d'application par heure de tous les procédés de projection thermique
• Le revêtement par projection d'arc peut à peine être distingué en termes de couleur du métal de base
• Le revêtement par pulvérisation à faible teneur en oxyde peut être traité pendant la fabrication comme un matériau solide
• Haute résistance à la traction et faible contrainte de contraction
• La surface micro-poreuse réduit la friction
• Les propriétés de revêtement telles que la dureté du revêtement ou la qualité de la surface peuvent être déterminées
• Tous les matériaux peuvent être ajoutés en tant que revêtements, tels que par exemple un alliage ferreux / non ferreux sur de la fonte
• Faible contrainte thermique grâce à un transfert de chaleur optimisé.

La faible épaisseur de revêtement d'environ 1 mm produit un transfert de chaleur optimal mais ne permet pas de retravailler la surface d'alésage du cylindre en service.

Si un cylindre n'est pas conforme aux spécifications, tout le bloc moteur doit être remplacé.

2.1.2. Joint de culasse

Un joint d'acier à ressort à trois couches est utilisé pour le joint de culasse. Une plaque d'arrêt (2) est soudée dans la zone des alésages du cylindre afin d'obtenir une pression de contact suffisante pour l'étanchéité. Toutes les couches du joint sont revêtues, la tête de cylindre et les surfaces de contact du bloc moteur sont revêtues d'un caoutchouc de carbone partiel (élastomère) avec revêtement antiadhésif.

Moteur-N20-joint-de-culasse.png
Composants-du-moteur_20171104-0748.png

2.1.3. Culasse

La culasse du moteur N20 est similaire à la culasse du N55. Le système Valvetronic de 3ème génération introduit dans la N55 est également utilisé dans le moteur N20.

Le VANOS classique avec électrovanne séparée du moteur N55 a été remplacé dans le moteur N20 par un VANOS central avec électrovanne intégrée. L'avantage de ce système est un nombre réduit de passages d'huile dans la culasse.

Comme dans le moteur N55, le N20 utilise également la technologie TVDI.

La combinaison du turbocompresseur d'échappement, de Valvetronic et de l'injection directe de carburant est connue sous le nom de Turbo Valvetronic Direct Injection (TVDI).

Moteur-N20-culasse.png
Composants-du-moteur.png

2.1.4. Le couvre-culasse

Conception

Le couvre-culasse est un nouveau développement. Tous les composants pour la ventilation du carter et les conduits de soufflage sont intégrés dans le couvercle. Une soupape de régulation de pression empêche la génération d'un vide excessif dans le carter. La ventilation est effectuée via différents conduits selon que le moteur fonctionne en mode turbocompressé (Boost) ou en mode normalement aspiré (NA).

En mode NA, la ventilation est effectuée via la vanne de régulation de pression à environ 38 mbar.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-couvercle-de-culasse-avec-ventilation-du-carter.jpeg
Moteur-N20-couvercle-de-culasse-avec-ventilation-du-carter-1.png
Moteur-N20-couvercle-de-culasse-avec-ventilation-du-carter-2.png

Les gaz de soufflage traversent l'ouverture dans la zone du côté d'admission du cylindre un vers les trois séparateurs à languette à ressort. L'huile dans le gaz de soufflage est séparée par les séparateurs à languette à ressort, et s'écoule le long des parois à travers un clapet anti-retour et de retour dans la culasse. Le gaz de fuite séparé de l'huile passe maintenant dans les orifices du système d'admission d'air ou dans le tuyau d'air frais (selon le mode de fonctionnement).

Fonction

En mode aspiration naturelle, le clapet anti-retour du conduit de soufflage du couvercle de la culasse est ouvert par la pression du vide dans le système d'admission d'air et le soufflage par les gaz est évacué par la soupape de régulation de pression. La pression du vide ferme simultanément le deuxième clapet anti-retour du conduit à la conduite d'aspiration d'air de suralimentation / air frais.

Les gaz de soufflage sont acheminés directement dans les orifices d'admission de la culasse par les passages intégrés dans le couvercle de la culasse.

Une conduite d'air de purge, qui est reliée à la conduite d'air frais en amont du turbocompresseur et au carter, achemine l'air frais via un clapet anti-retour directement dans le carter. Plus le vide dans le carter est important, plus la masse d'air introduite est élevée. Cette purge empêche le givrage de la soupape de régulation de pression en réduisant l'humidité dans le système.

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2. Composants du moteur

Moteur-N20-ventilation-du-carter-mode-aspiration-naturelle.pngMoteur-N20-ventilation-du-carter-mode-aspiration-naturelle-2.png
Moteur-N20-ventilation-du-carter-mode-aspiration-naturelle_20171106-1537.png

Une fois en mode de suralimentation, la pression dans le plénum d'admission augmente, il n'est donc plus possible d'introduire les gaz de fuite par cette voie. Un clapet anti-retour dans le conduit de soufflage du couvercle de culasse ferme le conduit au plénum d'admission et protège ainsi le carter contre la surpression.

La demande en air frais, désormais plus élevée, génère un vide dans le tuyau d'air frais entre le turbocompresseur et le silencieux d'admission. Ce vide est suffisant pour ouvrir le clapet anti-retour dans le couvercle de culasse et évacuer les gaz de soufflage directement sans régulation. La soupape de régulation de pression (17) est dérivée dans ce mode, étant donné que seul un vide bas est généré, lequel ne doit pas être limité.

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2. Composants du moteur

Moteur-N20-ventilation-du-carter-mode-boost.pngMoteur-N20-ventilation-du-carter-mode-boost_20171106-1551.pngComposants-du-moteur_20171106-1554.png

2.1.5. Carter d'huile

Le carter d'huile est en plastique pour les véhicules à traction arrière et en fonte d'aluminium pour les modèles xDrive. Pour les véhicules xDrive, le carter d'huile a été modifié en raison des arbres d'entrée et des points de fixation de l'entraînement par essieu.

La pompe à huile avec les arbres de contrepoids couvre tout le carter d'huile et protège ainsi le vilebrequin contre les «projections d'huile» en doublant comme un plateau de dérive. L'huile qui retourne dans les passages de retour d'huile est acheminée directement dans le carter d'huile et ne peut donc pas entrer en contact avec le vilebrequin.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-pompe-a-huile-avec-arbres-de-contrepoids.jpegMoteur-N20-carter-d-huile-avec-pompe-a-huile-et-arbres-de-contrepoids.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-vilebrequin.jpeg

Moteur N20

2. Composants du moteur

2.2. Entraînement de vilebrequin

2.2.1. Vilebrequin avec paliers

Vilebrequin

Le vilebrequin du moteur N20 a une course de 89,6 mm et est fait du matériau C38modBY. C'est un vilebrequin forgé avec quatre poids d'équilibrage et pèse 13,9 kg / 30,6 lbs.

Moteur-N20-paliers-de-vilebrequin.png

Paliers de vilebrequin et paliers de bielle

Le vilebrequin est supporté par cinq paliers (deux composants sans plomb). Le palier de butée est situé au milieu à la troisième position d'appui. Le palier de butée est uniquement conçu pour 180 ° et se trouve dans le logement de palier. Le palier dans le chapeau de palier ne fournit aucun guidage axial.

Moteur N20

2. Composants du moteur

N20-moteur-code-d-identification-du-palier-vilebrequin.png

Le N20 utilise la même procédure qu'avec le N55 pour calculer la taille de roulement correcte en utilisant les codes du carter moteur et du vilebrequin.

Les repères d'identification des paliers supérieurs se trouvent sur le carter et sur les paliers inférieurs du vilebrequin. Si le vilebrequin doit être équipé de roulements neufs, reportez-vous aux instructions de réparation pour plus d'informations sur la procédure de détermination de la taille / couleur du roulement.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-identification-du-roulement-carter-moteur.png

Deux catégories de roulements sont utilisées. Ces catégories de roulements sont "r" et "b".

Ce qui suit s'applique à la position du palier et à la répartition des paliers:

N20enginebearingidentificationcrankshaftcode.png

Les coussinets sont des pièces identiques à celles utilisées dans les moteurs N54 et N55. Une rainure de positionnement empêche l'installation de la coquille de palier incorrecte.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-identification-du-roulement-carter-moteur_20171106-1623.png

La désignation "K" en position (1) signifie embrayage (allemand: Kupplungsseite). Ainsi, le premier chiffre de code (2) est le code d'identification du palier 5 dans le carter. Le deuxième chiffre de code (3) représente le roulement 4, etc.

Ce qui suit est un exemple de la manière de calculer les paliers de vilebrequin et de tige de vilebrequin corrects en utilisant les codes d'estampage.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Exemple-de-procedure-de-selection-de-roulement-de-bielle_.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Note: Ce matériel de formation est destiné à l'enseignement en classe seulement. Il n'est pas destiné à remplacer les instructions de réparation actuellement disponibles. Reportez-vous toujours à la version la plus récente des instructions de réparation, des données techniques et des spécifications de couple. Reportez-vous à la dernière version de l'ISTA.

Décalage

Les pistons nécessitent toujours une autorisation de fonctionnement. Le jeu fonctionnel signifie qu'il y a toujours un certain degré de mouvement latéral (claquement du piston) lorsque le piston change de direction de la course ascendante à la course descendante. Plus la force exercée sur le piston est importante et plus le jeu de fonctionnement est grand, plus le claquement du piston est important.

Le décalage des broches implique l'avance du temps pendant lequel le piston passe de la course de compression et de la course de puissance à la plage de pression inférieure avant le point mort haut. Cela entraîne une réduction du bruit et
friction.

Le déport des broches fait référence au déplacement de l'axe de la broche du poignet par rapport à l'axe central du piston. Un décalage positif indique un décalage par rapport à la face de poussée majeure, un décalage négatif indique un décalage par rapport à la face de poussée mineure. La face de poussée principale se réfère à ce côté du piston sur lequel le piston repose dans la course de combustion sur son chemin vers le point mort bas (voir flèche de III). La poussée mineure est la poussée du piston contre la paroi cylindrique opposée pendant la course de compression (voir la flèche de I).

Le graphique suivant montre un entraînement de vilebrequin classique sans déport de goupille et de vilebrequin.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Entrainement-de-vilebrequin-conventionnel.png

Comme le montre le graphique, dans un ensemble d'entraînement de vilebrequin conventionnel, le bossage de la broche d'articulation, la bielle et le centre de la rotation du vilebrequin sont alignés au point mort haut (PMH). En raison de cette disposition, le piston est forcé contre la face de poussée mineure (B) pendant la course ascendante. Au PMH, les forces sont compensées car la pression sur la face de poussée mineure diminue lorsque le vilebrequin tourne à l'opposé du PMH et que le piston s'incline vers la face de poussée principale (A). Comme il y a déjà une pression élevée au PMH, ce changement brusque de la face provoque un bruit que l'on appelle «claquement de piston».

Le décalage de l'axe peut être effectué vers la face de poussée principale (positive) et également vers la face de poussée mineure (négative). Le décalage de la broche de face de poussée majeure est également appelé décalage de bruit.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Le décalage de broche de face de poussée mineure est également appelé décalage thermique. Dans cette position, l'effet d'étanchéité des segments de piston est amélioré.

Decalage.png

Parce que le bruit peut être entendu pendant le changement de face, des mesures techniques sont utilisées pour déplacer ce changement de faces le plus loin possible vers une plage (position du piston) dans laquelle les forces agissantes sont plus faibles. Ceci est fait dans les moteurs BMW actuels en décalant le pion du poignet vers la face de poussée majeure.

L'offset est à propos de. 0,3 - 0,8 mm dans les moteurs conventionnels et est donc pratiquement imperceptible à l'oeil. C'est aussi la raison pour laquelle les pistons ont un marquage directionnel en haut. Une installation incorrecte peut entraîner un bruit extrême similaire à celui généré par l'endommagement du piston.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Piston-a-bascule-dans-un-moteur-avec-deport-de-goupille.png

Le piston repose contre la face de poussée mineure lors de la course ascendante. Une position de piston neutre est déjà atteinte avant le PMH en décalant la broche du poignet. C'est le cas lorsque les axes du cylindre et des grands et petits bielles sont parallèles entre eux. Déjà avant le PMH, le piston passe de la face de poussée mineure à la face de poussée principale. Dans cette phase, la force sur le piston est encore faible. En raison du support décentré du piston, la force exercée sur le piston par le haut a un bras de levier plus élevé sur une face que sur l'autre. De cette manière, le piston est déjà incliné pendant la course ascendante, ce qui entraîne un contact avec la face de poussée principale sur le bord supérieur. Dans son mouvement ultérieur, le piston se déplace de nouveau en ligne droite, de sorte que le piston repose complètement sur la face de poussée principale. Le changement de visage est beaucoup plus silencieux que dans un entraînement de vilebrequin conventionnel.

L'inconvénient de l'offset est qu'il y a une légère augmentation de la friction sur la face de poussée principale. Ce léger inconvénient, cependant, est compensé par le bruit réduit.

Décalage du vilebrequin

Un carter de vilebrequin avec décalage de vilebrequin est utilisé pour la première fois par BMW.

Le décalage du vilebrequin indique le décalage de l'axe du vilebrequin par rapport à l'axe du cylindre. Ce décalage peut affecter à la fois la face de poussée principale et la face de poussée mineure. Un décalage positif indique un décalage par rapport à la face de poussée majeure, un décalage négatif indique un décalage par rapport à la face de poussée mineure.

Le décalage du vilebrequin peut essentiellement être effectué dans les deux sens, mais jusqu'à présent, seule la variation dans la direction positive (A) a été utilisée.

Decalage-du-vilebrequin.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Le graphique suivant montre clairement que le décalage positif du vilebrequin, comparé au décalage de la goupille positive, a un effet opposé sur le basculement du piston. Ainsi, le basculement du piston se produit beaucoup plus tard et dans la plage d'une pression de cylindre élevée.

Piston-a-bascule-dans-un-moteur-avec-deport-du-vilebrequin.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Les points morts supérieurs et inférieurs sont également décalés par le décalage du vilebrequin. Les points morts supérieur et inférieur sont atteints respectivement dans les positions étendues et de chevauchement. La bielle et le point de vilebrequin sont géométriquement dans le même sens.

Position-PMH-dans-un-moteur-avec-deport-du-vilebrequin.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Position-PMH-dans-un-moteur-avec-deport-du-vilebrequin_20171106-1648.png

Une combinaison de décalage de vilebrequin positif et de déport négatif est utilisée dans le moteur N20.

Le décalage des broches négatif et positif affecte le comportement de basculement du piston. En réponse à la répartition des forces pendant le basculement du piston, cela se produit plus tard et plus doucement.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Position-PMH-dans-un-moteur-avec-deport-du-vilebrequin_20171106-1650.png

Le moteur N20 est équipé de bielles de 144,35 mm de long avec une manivelle de 44,8 mm. Le décalage du vilebrequin est de +14 mm, le décalage de la broche du poignet est de -0,3 mm.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Composants-du-moteur_20171106-1702.png

Avantages

Dans un moteur avec déport du vilebrequin, la bielle dans la course de puissance est dans une position à peu près perpendiculaire (voir le graphique à droite) contrairement à un moteur sans déport de vilebrequin (voir le graphique à gauche). Cette conception réduit considérablement la force de poussée (5) et le frottement du piston sur la paroi du cylindre, ce qui se traduit par une efficacité accrue. Le décalage du vilebrequin dans le moteur N20 est donc considéré comme une mesure de plus de BMW Efficient Dynamics.

Schema-du-systeme-des-forces-agissantes-a-gauche-moteur-normal-a-droite-moteur-avec-deport-du-vilebr.png
Composants-du-moteur_20171106-1708.png

2.2.2. Bielle

Bielle

La bielle du moteur N20 a un diamètre intérieur de 144,35 mm. Comme avec le N55, le N20 utilise un trou spécialement formé dans la petite extrémité de la bielle.
Ce trou formé est usiné plus large sur les bords inférieurs de la douille / alésage du maneton. Cette conception distribue uniformément la force agissant sur l'axe de poignet sur toute la surface de la douille de tige et réduit la charge sur les bords, car le piston est forcé vers le bas sur la course de puissance.

Moteur N20

2. Composants du moteur

2.2.3. Piston avec segments de piston

Moteur-N20-bielle.png

Un piston de jupe de pantoufle complète fabriqué par la société FM est utilisé. Le diamètre du piston est de 84 mm. Le premier segment de piston est une bague de compression plate en nitrure d'acier. Le deuxième segment de piston est une bague de compression étagée. La bague de raclage d'huile est une bague en acier avec un ressort, également connu sous le nom de bague de système MF.

Comme discuté précédemment, l'axe de broche de poignet présente un décalage négatif par rapport à la face de poussée mineure.

Une flèche de position d'installation est estampée sur le piston. Cette flèche indique toujours l'installation du piston dans une direction longitudinale face à la chaîne de distribution. Il est nécessaire d'installer le piston dans la bonne position, car les soupapes asymétriques sur les côtés d'admission et d'échappement entraîneront des dommages à la paroi de la soupape et du cylindre.

Moteur N20

2. Composants du moteur

N20enginepiston.png
Composants-du-moteur_20171106-1715.png

2.3. Entraînement d'arbre à cames

La conception de l'arbre à cames est similaire à celle des moteurs précédents. La pompe à huile est entraînée par des engrenages à travers les arbres de contrepoids. Pour assurer un positionnement correct des arbres de contrepoids par rapport au vilebrequin, on utilise un entraînement par chaîne secondaire équipé d'un tendeur de chaîne. Les deux chaînes ont un type de dent.

Moteur-N20-arbre-a-cames.png
Composants-du-moteur_20171106-1719.png

2.4. Arbres à contrepoids

Le but des arbres de contrepoids est d'améliorer le bon fonctionnement et la performance acoustique du moteur. Ceci est réalisé en utilisant deux arbres contrarotatifs qui sont équipés de poids d'équilibrage.

Les arbres de contrepoids sont entraînés par le vilebrequin via une chaîne dentée. La chaîne dentée nécessite l'utilisation d'engrenages spéciaux sur le vilebrequin et les arbres de contrepoids. La chaîne dentée optimise le roulement de la chaîne d'entraînement sur les pignons, réduisant ainsi le bruit.

Moteur-N20-arbre-de-contrepoids-et-entrainement-de-pompe-a-huile.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Composants-du-moteur_20171107-0928.png
Moteur-N20-arbres-de-contrepoids.png


Moteur N20

2. Composants du moteur

Avant de déposer et d'installer le pignon d'entraînement du contrepoids, l'arbre d'équilibrage inférieur doit être fixé avec une goupille d'alignement de 4,5 mm (outil spécial n ° 2 212 825) pour positionner fermement les arbres de contrepoids avec le vilebrequin.

Outil-de-goupille-d-alignement-d-axe-de-contrepoids-2-212-825.png

Un bouchon d'étanchéité qui est inséré dans le trou de positionnement doit être retiré à cet effet. Ce bouchon d'étanchéité empêche l'huile de s'écouler dans la chambre de l'arbre d'équilibrage pendant le fonctionnement, ce qui provoquerait la formation de mousse. Il est donc impératif que ce bouchon d'étanchéité soit réinstallé lors de l'assemblage final. L'excès d'huile dans la chambre est entraîné par la rotation des masses d'équilibrage et renvoyé par une ouverture d'évacuation vers le carter d'huile.

Bouchon-d-etancheite-de-contrepoids.png

Le positionnement des arbres d'équilibrage en alignement est nécessaire pour assurer un fonctionnement régulier et sans à-coup du moteur. Veuillez vous reporter aux instructions de réparation pour plus d'informations.

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-vue-en-coupe-des-arbres-de-contrepoids.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

2.5. Engrenage de soupape

2.5.1. Conception

Moteur-N20-soupape.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-soupape_20171107-0935.pngMoteur-N20-soupape-2.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Composants-du-moteur_20171107-0937.png

Les suiveurs de came du côté aspiration sont fabriqués en tôle et subdivisés en cinq classes, de la classe "1" à la classe "5". Les leviers intermédiaires sont désormais également fabriqués en tôle et sont subdivisés en six classes, de la classe "00" à la classe "05".

Arbres à cames

Le moteur N20 est équipé des arbres à cames assemblés déjà connus du moteur M73. Tous les composants sont rétrécis sur l'arbre. La synchronisation des arbres à cames nécessite un nouvel outil spécial, n ° 2 212 831. Veuillez vous reporter aux instructions de réparation pour les procédures de synchronisation appropriées.

Moteur-N20-arbres-a-cames-assembles.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Moteur-N20-arbres-a-cames-assembles_20171107-0940.png
Composants-du-moteur_20171107-0940.png

soupape de synchronisation

Moteur-N20-schema-de-distribution.png

Moteur N20

2. Composants du moteur

Soupapes d'admission et d'échappement

Les soupapes d'admission et d'échappement sont des pièces de report du moteur N55. La soupape d'admission a un diamètre de tige de 5 mm. La soupape d'échappement a un diamètre de tige de 6 mm, car il est creux et rempli de sodium. Les sièges des soupapes d'échappement sont en matériau durci et les sièges des soupapes d'admission sont trempés par induction.

Ressorts de soupape

Les ressorts de soupape utilisés pour les soupapes d'admission et d'échappement sont différents. Les ressorts des soupapes d'admission ont déjà été utilisés dans les moteurs N52, N52TU et N55. Les ressorts des soupapes d'échappement sont familiers des moteurs N51, N52, N52TU, N54 et N55.

2.5.2. Valvetronic

Le Valvetronic comprend une commande de levée de soupape entièrement variable et une commande variable de l'arbre à cames (double VANOS), ce qui rend le temps de fermeture de la soupape d'admission librement réglable.

Le contrôle de levée de soupape est effectué du côté de l'admission, tandis que le contrôle de l'arbre à cames est effectué sur les côtés d'admission et d'échappement.

Le contrôle de la charge sans étranglement n'est possible que si:

• la levée de la soupape d'admission
• Le réglage de l'arbre à cames des arbres à cames d'admission et d'échappement est variable.

Résultat:

Les temps d'ouverture et de fermeture et donc la période d'ouverture et la levée de la soupape d'admission sont librement réglables.

VANOS

Le système VANOS a été modifié. Cette modification fournit désormais des vitesses de réglage d'unité VANOS encore plus rapides. La modification a également réduit davantage les défaillances du système. La comparaison suivante des systèmes VANOS des moteurs N55 et N20 montre que moins de passages d'huile sont nécessaires.

Moteur N20 

2. Composants du moteur

Moteur-N55-VANOS-avec-alimentation-en-huile.png

Moteur-N20-VANOS-avec-alimentation-en-huile.pngMoteur-N20-VANOS-avec-alimentation-en-huile-2.png


Moteur N20

2. Composants du moteur

Le graphique suivant montre les passages d'huile dans l'unité VANOS. L'arbre à cames d'admission peut être "avancé" avec les passages ombrés jaune clair; l'unité VANOS peut être "retardée" avec les passages ombrés en jaune foncé.

Les roues du capteur d'arbre à cames nécessitent un nouvel outil spécial pour un positionnement correct, l'outil n ° 2 212 830. Pour plus d'informations, reportez-vous aux instructions de réparation.

Moteur-N20-VANOS-arbre-a-cames-d-admission.png

La goupille de verrouillage garantit que l'unité VANOS est bloquée dans une position définie lorsqu'elle est à l'état dépressurisé. Le ressort hélicoïdal ou de torsion (non représenté ici) est conçu pour compenser le frottement médian de l'arbre à cames, car sans le ressort le VANOS s'ajuste beaucoup plus vite à "retardé" (avec friction) qu'à "avancé" (contre frottement). L'effet de verrouillage est assuré par la pression d'huile qui, lorsque l'actionneur n'est pas enregistré, force toujours l'unité VANOS dans la position de verrouillage (où la goupille de verrouillage s'enclenche et bloque l'unité VANOS). La synchronisation peut être ajustée de cette manière. Ceci est important lorsque le moteur est démarré pour assurer une synchronisation exacte. La goupille de verrouillage est simultanément alimentée avec le «avancé», la goupille de verrouillage est alors forcée par la pression d'huile appliquée contre le ressort de verrouillage vers la cartouche et le couvercle de verrouillage est libéré pour le réglage VANOS.

Moteur-N20-goupille-de-verrouillage.png
Composants-du-moteur_20171107-0948.png

L'unité VANOS est fixée à l'arbre à cames par la vanne centrale VANOS. Le débit d'huile dans l'unité VANOS est contrôlé simultanément par cette vanne centrale VANOS. Le système est actionné par un actionneur à solénoïde (qui appuie contre le piston (4) de la vanne centrale VANOS), ce qui fait passer cette vanne de l'avance à la position de retard.

Le piston de la vanne centrale contrôle le débit d'huile. Dans l'illustration ci-dessous, le piston est montré allongé. Le grand graphique montre le flux d'huile du passage d'huile principal dans l'unité VANOS, tandis que le petit graphique montre le flux d'huile de l'unité VANOS dans la culasse.

Moteur N20 

2. Composants du moteur

Moteur-N20-Vanne-centrale-VANOS-arbre-a-cames-d-admission.png
Moteur-N20-Vanne-centrale-VANOS-arbre-a-cames-d-admission-2.png

Commande de levée de soupape

Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous, le contrôle de levée de soupapes avec le servomoteur Valvetronic est identique en termes de conception à celui du moteur N55. Le capteur d'arbre excentrique est intégré dans le servomoteur Valvetronic.

Le système utilise Valvetronic III, déjà utilisé dans le moteur N55.

Moteur N20 

2. Composants du moteur

Moteur-N20-culasse_20171107-0956.png

2.6. Courroie

L'entraînement par courroie se compose d'une transmission par courroie principale avec alternateur et compresseur de climatisation et d'une transmission par courroie auxiliaire avec la pompe de direction assistée. L'entraînement par courroie principale est équipé d'un tendeur de courroie, l'entraînement par courroie auxiliaire est un système de tension élasto-courroie.

Moteur N20 

2. Composants du moteur

Moteur-N20-entrainement-par-courroie.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

L'alimentation en huile du moteur N20 est très similaire à celle du moteur N55. Il y a quelques changements à la conception avec quelques légères différences de fonctionnement. En raison de la complexité de ce système, il est à nouveau discuté plus en détail dans ce matériel de formation.

Les particularités de l'alimentation en huile du moteur N20 sont:

• Pompe à huile contrôlée par carte
• Nouvelle conception de pompe à huile pendulaire
• Nouvelles vannes VANOS
• Tendeur de chaîne pour entraînement d'arbre de contrepoids / pompe à huile
• Refroidissement d'huile non filtré
• Nouveau capteur combiné de pression d'huile et de température.

3.1. Aperçu

Le schéma de circuit hydraulique et les graphiques suivants donnent un aperçu de l'alimentation en huile N20 et une meilleure compréhension de la disposition réelle des passages d'huile dans le moteur.

Moteur N20

3. Approvisionnement en pétrole

3.1.1. Schéma de circuit hydraulique

Schema-de-circuit-hydraulique.png
Alimentation-en-huile.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

3.1.2. Passages d'huile

Moteur-N20-passages-d-huile-vue-arriere-gauche-fantome.jpeg
Moteur-N20-passages-d-huile-vue-frontale-fantome.jpeg
Moteur-N20-passages-d-huile-dans-la-culasse-vue-gauche-fantome.pngAlimentation-en-huile_20171107-1004.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Moteur-N20-passages-de-retour-d-huile-vue-arriere-gauche-fantome.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

3.2. Pompe à huile et contrôle de pression

Une pompe à huile coulissante à débit variable est utilisée dans le moteur N20. Malgré sa modification de forme, sa fonction est familière de celle des moteurs N63 et N55. Bien que ces deux moteurs partagent une pompe à huile similaire, ils diffèrent dans la façon dont ils sont contrôlés. Alors que la pompe à huile du moteur N63 est à débit volumétrique, sur les moteurs N55 et N20, elle est contrôlée par carte.

3.2.1. La pompe à huile

La pompe à huile est raccordée au carter de l'arbre d'équilibrage. La pompe à huile est située du côté volant du moteur, mais elle est entraînée à l'avant du moteur par le vilebrequin par l'intermédiaire d'une chaîne. Le pignon de chaîne se connecte à la pompe à huile via un arbre long. Cet arbre fait partie du premier arbre de contrepoids qui tourne dans le même sens que le vilebrequin. La vitesse de rotation est descendue de l'arbre de contrepoids pour la pompe à huile via une paire d'engrenages.

Moteur-N20-pompe-a-huile-avec-arbres-de-contrepoids_20171107-1007.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Comme déjà mentionné, la fonction de la pompe à huile coulissante n'a pas changé. La principale différence est que le mécanisme de glissement ne pivote plus sur un axe pendant le réglage, mais est déplacé en parallèle.

Moteur-N20-fonctionnement-interne-de-la-pompe-a-huile.png

Comme dans toutes les pompes à huile coulissantes de nouvelle génération, l'huile agit directement sur le mécanisme coulissant. Plus la pression est élevée ici, plus le bloc coulissant est forcé contre le ressort en direction du centre de la pompe, ce qui réduit le déplacement volumétrique. Cela réduit le débit de la pompe et limite la pression dans le système. De cette manière, il est possible de réaliser un contrôle purement hydraulique / mécanique du débit volumique, permettant de régler une pression de fonctionnement suffisante. Cette pression est déterminée par la force du ressort principal dans la pompe à huile qui agit sur le coulisseau.

Comme pour le N55, le moteur N20 dispose d'une soupape de contrôle de carte que le DME active pour influencer le débit de la pompe.

La pompe à huile ne peut pas être remplacée séparément. L'ensemble de l'unité, y compris les arbres de contrepoids, doit être remplacé en cas de défaillance de la pompe à huile.

3.2.2. Contrôle

Le contrôle du débit de la pompe d'alimentation en huile est une composante essentielle de la stratégie BMW EfficientDynamics. Essentiellement, les ingénieurs tentent de concevoir une pompe en ce qui concerne sa puissance absorbée aussi petite que possible afin de maintenir les pertes de moteur aussi basses que possible. D'autre part, la pompe doit également être conçue de manière à fournir un volume et une pression suffisants dans toutes les conditions de fonctionnement. Une pompe classique, non variable, devrait donc être conçue selon le second point de vue, c'est-à-dire suffisamment grande pour être capable de délivrer des quantités suffisantes d'huile à tout moment. Cependant, cela signifie que la pompe peut fournir beaucoup trop de volume d'huile et de pression sur une grande partie de sa durée de vie et ainsi tirer plus d'énergie que nécessaire du groupe motopropulseur. Pour cette raison, de plus en plus de pompes sont maintenant de conception variable et leur contrôle est de plus en plus affiné. Ainsi, la pompe conventionnelle a été suivie d'un contrôle de débit volumétrique, qui a ensuite été étendu au contrôle cartographique inclus.

Contrôle de débit volumétrique

Le N20 utilise une pompe à huile à palettes. Le noyau de cette pompe à huile à débit volumétrique variable est le mécanisme coulissant. Il peut être déplacé par rapport à l'arbre de la pompe pour faire varier le débit de la pompe.

Controle-de-debit-volumetrique.pngAlimentation-en-huile_20171107-1010.png

Dans le réglage de débit maximal, le coulisseau est décentré par rapport à l'arbre de la pompe. De cette manière, une augmentation de volume se produit du côté de l'aspiration et, de manière correspondante, une diminution de volume se produit du côté de la pression. Cela génère une capacité de pompage élevée.

Lorsque le coulisseau est déplacé vers l'arbre de la pompe, le volume de la pompe est réduit. Par conséquent, la capacité de la pompe est réduite jusqu'à ce que la livraison minimale soit atteinte.

La position du coulisseau dépend de la pression d'huile dans la chambre de contrôle de la pompe. Cette pression pousse le coulisseau contre la force d'un ressort. Lorsque la pression est faible dans la chambre de commande, le bloc coulissant est décentré par la force du ressort et le débit est élevé. Lorsque la pression est élevée dans la chambre de commande, le bloc coulissant est déplacé vers le centre de la pompe lorsque le ressort est comprimé et que le débit diminue.

Avec un contrôle de débit volumétrique pur, la pression dans la chambre d'huile de commande correspond à celle du passage d'huile principal. De cette manière, il est possible de maintenir une pression relativement uniforme quel que soit le débit volumétrique nécessaire. L'une des raisons des grandes différences dans le débit volumétrique nécessaire dans le circuit d'huile est le système de commande de calage variable des arbres à cames VANOS. Dans les unités VANOS, l'huile est utilisée non seulement pour la lubrification, mais aussi pour l'actionnement hydraulique du calage de la came. Un grand volume d'huile est donc nécessaire pendant la phase de réglage, ce qui provoque une chute de la pression dans le système. La chute de pression provoque le déplacement du bloc coulissant dans la pompe à huile dans le sens d'un débit plus élevé. De cette manière, un débit volumétrique plus élevé est disponible et la perte de charge est compensée.

Comme déjà mentionné, la pression qui est réglée dans le système d'huile dépend de la force du ressort qui contrecarre la pression dans la chambre d'huile de commande. Avec un ressort plus souple, le bloc coulissant peut être déplacé plus facilement, c'est-à-dire avec une pression plus faible, vers le centre. Avec un ressort plus dur, plus de pression est nécessaire pour réduire le déplacement volumétrique de la pompe. Ainsi, le ressort approprié a été calculé et sélectionné pour faire fonctionner correctement le système d'huile N20.

Le contrôle de carte représente un autre réglage fin du contrôle de débit volumétrique.

Contrôle de carte

La commande de carte est utilisée pour influencer la pression dans la chambre d'huile de commande de la pompe. Deux soupapes sont impliquées dans ce processus, une électrovanne appelée la soupape de contrôle de carte et une soupape hydraulique qui agit également comme une sécurité intégrée. Cette soupape «à sécurité intégrée» est également appelée soupape d'urgence ou soupape de commande de mode de deuxième niveau.

La soupape de commande de la carte est située sur le côté gauche du moteur (boulonné à la plaque d'assise) et canalise la pression d'huile du passage d'huile principal à la chambre d'huile de commande à l'intérieur de la pompe. Son but est d'influencer le débit de la pompe en réduisant graduellement et sans à-coups la pression d'huile dans la chambre d'huile de commande.

Carte-de-controle_20171107-1013.png

Carte de contrôle

Plus la pression est réduite, plus la pompe à huile délivre de volume lorsque le bloc coulissant se déplace plus loin du centre. Cependant, ce mode ne produit pas d'effet positif sur les économies d'énergie. Par conséquent, le ressort principal de la pompe à huile qui agit sur le coulisseau est plus mou que celui utilisé dans un système à débit purement volumétrique. En d'autres termes, le bloc coulissant peut être déplacé très facilement vers une position centrée, lorsque la pompe passe à la livraison minimale. De cette manière, il y a des conditions de pression plus basses dans le système d'huile, qui à leur tour se traduisent par moins d'énergie dépensée pour entraîner la pompe à huile. Le cas échéant, la pression dans la chambre d'huile de commande peut maintenant être réduite par la vanne de commande de la carte, ce qui réduit également le débit.

La deuxième étape du contrôle de la carte est une soupape hydraulique / d'urgence qui est située dans le carter de la pompe à huile.

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Moteur-N20-pompe-a-huile-avec-soupape-d-urgence-hydraulique.png

Cette vanne 3/2 voies est utilisée pour canaliser la pression d'huile principale dans la chambre d'huile de commande de la pompe à huile. L'huile provenant du passage d'huile principal force un piston contre un ressort jusqu'à ce que le passage vers la chambre de commande de la pompe à huile soit ouvert. La pression d'huile de la soupape de commande de la carte agit sur l'autre extrémité du plongeur. La pression dans le compteur d'orifice de soupape de commande de carte agit sur la pression de passage d'huile principale pour ajuster la pression d'huile dans la chambre de contrôle de volume de la pompe à huile qui varie à son tour le débit d'huile de la pompe.

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

La soupape hydraulique est située entre la soupape de commande de carte et la chambre d'huile de commande dans la pompe à huile. Le graphique suivant montre ceci dans un circuit d'huile simplifié.

Moteur-N20-soupape-d-urgence.png
Alimentation-en-huile_20171107-1014.png

En mode de contrôle de carte, la pression d'huile agit sur les deux extrémités du piston. La pression d'huile directement à partir du passage principal d'huile agit contre le ressort de soupape d'urgence. En même temps, la pression d'huile libérée par la soupape de commande de carte agit sur l'autre extrémité, c'est-à-dire avec le ressort de soupape de secours.

Moteur-N20-vanne-hydraulique-32-voies-avec-controle-de-carte.png

Le plongeur reste constamment dans sa position finale pendant le contrôle de la carte. Pour déplacer le piston, il faudrait une pression de 5,5 bars dans l'orifice d'huile principal pour contrer le ressort. Cela ne se produit jamais en mode de contrôle de la carte, car la pression de réglage maximale dans le système est de 4,5 bars dans le circuit. Dans ce réglage, la soupape d'urgence établit une connexion entre la soupape de commande de la carte et la chambre d'huile de commande de la pompe à huile (la soupape est fermée au conduit d'huile principal).

Moteur-N20-circuit-d-huile-simplifie-avec-controle-de-carte.png

Le débit de refoulement de la pompe est contrôlé par la pression dans la chambre d'huile de commande de la pompe qui, à son tour, est déterminée directement par le DME via la vanne de commande de la carte.

Le contrôle de carte est le mode de fonctionnement standard du système d'huile. Il est toujours activé lorsqu'il n'y a pas de défaut dans le système et que les conditions de fonctionnement ne dépassent pas certaines valeurs (voir ci-dessous).

Jusqu'à présent, le système de contrôle de la carte serait géré sans la soupape d'urgence. Ceci est cependant une deuxième étape du contrôle de la carte - une sorte de mode sans échec.

Si la soupape de commande de la carte est désactivée, la chambre à la fin du ressort dans la soupape d'urgence est dépressurisée. Parce que le piston est maintenant seulement tenu par le ressort, la pression d'huile principale le déplace et pénètre dans la chambre de contrôle de la pompe. Une différence de pression de 5,5 bars est nécessaire pour mettre la soupape de sécurité dans cette position.

Moteur-N20-soupape-d-urgence-avec-deuxieme-niveau-de-controle.png

Dans ce mode, la pression est canalisée à partir du passage d'huile principal directement dans la chambre d'huile de commande de la pompe à huile.

Moteur-N20-circuit-d-huile-simplifie-en-mode-urgence.png

Il n'y a pas de contrôle de carte en mode d'urgence car la pression d'huile est réglée sur 5,5 bars maximum. et il n'y a pas d'huile admise dans la chambre de contrôle de la pompe à huile en dessous de ce niveau.

La vanne de commande de carte est fermée à un courant nul. Par conséquent, en cas de défaillance de la soupape de commande de carte, le système est automatiquement en mode d'urgence, garantissant une limitation de pression à 5,5 bars. Comme déjà mentionné, le mode de contrôle de la carte est le mode de fonctionnement normal. Il y a cependant plusieurs raisons pour lesquelles le DME passera en mode d'urgence.

Le mode d'urgence est appliqué dans les conditions suivantes:

• Carte de commande de la carte défectueuse
• Capteur de pression d'huile défectueux
• Température extérieure inférieure à - 20 ° C / - 4 ° F
• Température élevée de l'huile moteur ou du liquide de refroidissement
• Profil de conduite (par exemple, régime moteur élevé pendant une longue période)

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Le signal du capteur de pression d'huile permet au DME d'identifier si la soupape d'urgence est bloquée. Si c'est le cas, le DME tente de libérer la soupape d'urgence en appliquant une variation de pression.
Si la soupape d'urgence est bloquée en position "fermée", il est possible de poursuivre le contrôle de la carte. Si, toutefois, la soupape d'urgence est bloquée en position "ouverte", une accumulation de pression suffisante n'est plus possible. Le témoin de pression d'huile est activé et le moteur doit être arrêté immédiatement.

Résumé

En appliquant la commande de carte de la pompe à huile, il est possible de fournir une alimentation en huile correspondant à la demande et de réduire le niveau de pression moyen dans le circuit d'huile. Cela garantit que la pompe à huile a un besoin énergétique plus faible.

La soupape de contrôle de la carte contrôle la pression dans le système et, à son tour, permet au DME de contrôler le débit.

Le diagramme suivant montre (sous forme simplifiée) les courbes de pression en fonction du régime du moteur pour différentes pompes à huile.

Courbes-de-pression-simplifiees-pour-differentes-pompes-a-huile.png
Alimentation-en-huile_20171107-1021.png

Le diagramme illustre l'avantage des pompes à huile contrôlées. Quand une pression d'huile suffisante est atteinte, le débit de la pompe à huile peut être réduit. Une pression inférieure est synonyme d'économie de carburant. Ainsi, la pompe à huile commandée par carte offre le plus grand avantage ici, car elle peut être contrôlée indépendamment du régime du moteur. En charge partielle, par exemple, seules des pressions plus faibles sont nécessaires, car les paliers principaux du vilebrequin doivent supporter moins de charge. En conséquence, une pression d'huile inférieure peut être réglée dans la plage de charge partielle, ce qui illustre encore plus clairement l'avantage par rapport à la pompe à huile à débit volumétrique.

La pression d'huile en mode carte varie entre 1,5 et 4,5 bars.

La soupape d'urgence a été intégrée dans le système en tant que sécurité intégrée et pour faciliter une pression plus élevée dans certaines conditions. Par exemple, si la soupape de commande de la carte tombe en panne, elle assure l'augmentation de la pression nécessaire et le contrôle de la pression de la pompe à huile de 5,5 bars.

3.2.3. Soupape de limitation de pression

Une vanne de limitation de pression est également disponible pour contrôler la pompe à huile, souvent appelée vanne de démarrage à froid.

Moteur-N20-limiteur-de-pression-dans-la-pompe-a-huile.png

La soupape de limitation de pression est située dans le carter de pompe à huile et dans le circuit d'huile en tant que premier composant après la pompe. Il s'ouvre à une pression d'environ 12 à 13 bars et évacue l'huile directement dans le carter d'huile. Il est nécessaire à basse température et lorsque l'huile a une viscosité plus élevée.
Dans ce cas, la soupape de limitation de pression évite d'endommager les composants, en particulier le module de filtre à huile et ses joints. Ceci est pertinent à des températures inférieures à -20 ° C / -4 ° F, car le contrôle de la carte est déjà actif au-dessus de cette température.

3.3. Filtration et refroidissement d'huile

Le moteur N20 est équipé d'un carter de filtre à huile en plastique similaire à celui du moteur N55, auquel l'échangeur thermique huile-refroidissement est également monté directement. Cette unité entière est connue comme le module de filtre à huile.

Moteur-N20-module-de-filtre-a-huile.png

3.3.1. Refroidissement à l'huile

Dans le moteur N20, l'échangeur thermique huile-liquide de refroidissement se trouve dans le circuit d'huile en amont du filtre à huile. Ceci est connu sous le nom de refroidissement d'huile brut / non filtré, contrairement au refroidissement d'huile propre. Cela est dû aux roulements de vilebrequin et de bielle sans plomb. Parce que ces composants sont extrêmement sensibles aux particules de saleté, cette disposition rapproche encore plus le filtre à huile juste avant la position des roulements. L'importance est encore plus grande si des refroidisseurs d'huile moteur auxiliaires sont utilisés dans les modèles ultérieurs, car il y a toujours un risque de pénétration de saleté dans le circuit d'huile après un accident.

Pontage permanent

Le moteur N20 ne possède pas de soupape de dérivation d'échangeur de chaleur. Au lieu de cela, comme le N55, il a un pontage permanent. Il s'agit d'une dérivation ouverte en permanence autour de l'échangeur thermique d'huile de refroidissement du moteur. Le by-pass incorpore un limiteur de débit pour assurer que la majorité de l'huile s'écoule à travers l'échangeur de chaleur oilto-coolant du moteur.

3.3.2. Filtrage d'huile

Le filtre à huile à passage intégral utilisé dans le moteur N20. Au lieu d'un clapet anti-retour, un diaphragme anti-retour est monté directement sur l'élément filtrant. La fonction de ce diaphragme est d'empêcher le filtre à huile de s'écouler après l'arrêt du moteur.

Moteur-N20-filtre-a-huile.png

Le diaphragme anti-retour est en caoutchouc et est soulevé par la pression d'huile pour permettre l'entrée d'huile dans le filtre. Lorsque le moteur est arrêté et que la pression d'huile baisse, le diaphragme anti-retour utilise sa forme et son élasticité pour obturer le conduit d'huile. L'huile du moteur ne peut pas s'écouler du filtre. Le diaphragme anti-retour fait partie du filtre à huile et est donc automatiquement remplacé chaque fois que le filtre est changé.

Le moteur N20 dispose d'une soupape de dérivation du filtre qui peut ouvrir une dérivation autour du filtre si, par exemple, l'huile du moteur est froide et a une viscosité plus élevée. Cela se produit si la différence de pression entre avant et après le filtre dépasse environ. 2,5 bars. La différence de pression admissible a été augmentée de 2,0 à 2,5 bars afin de protéger les paliers de vilebrequin et de bielle sans plomb. Cela garantit que le filtre est contourné beaucoup moins fréquemment et que toutes les particules de saleté sont filtrées de manière fiable.

3.4. Surveillance de l'huile

3.4.1. Capteur de pression d'huile et de température

Moteur-N20-capteur-de-pression-d-huile-et-de-temperature.png

Un nouveau capteur combiné de pression d'huile et de température est utilisé. Le signal de pression est requis pour le contrôle de la carte de la pompe à huile, le signal de température pour la gestion de la chaleur du moteur.

Le capteur est exposé dans le passage d'huile principal à la pression d'huile qui y règne et à la température de l'huile. Ainsi, ce qui est mesuré n'est plus la température de l'huile dans le carter d'huile, mais plutôt la température réelle de l'huile dans le moteur.

Les capteurs combinés de pression et de température ont généralement quatre connexions (alimentation, masse, signal de température, signal de pression). Le capteur de pression d'huile et de température n'a que trois connexions. Les signaux de température et de pression ne sont pas transmis sur des fils séparés. Au lieu de cela, le capteur émet un signal modulé en largeur d'impulsion (PWM). Ce signal PWM est divisé en trois cycles fixes. Le premier cycle est pour la synchronisation et le diagnostic, le second transmet la température et le troisième la pression. La durée du "haut niveau" d'un cycle respectif détermine la valeur.

Moteur-N20-capteur-de-pression-d-huile-et-de-temperature-2.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Pour le signal de température:

• 128 μs (largeur d'impulsion de 3,125%) = -40 ° C / -40 ° F
• 3968 μs (96,875% de largeur d'impulsion) = 160 ° C / 320 ° F

Pour le signal de pression:

• 128 μs (largeur d'impulsion 3,125%) = 0,5 bar (absolu)
• 3968 μs (96,875% de largeur d'impulsion) = 10,5 bar (absolu)

Les heures indiquées sont des valeurs nominales. En fait, les durées de chaque cycle et du niveau élevé respectif sont mesurées et comparées entre elles. La largeur d'impulsion résultante produit la valeur mesurée respective.

La pression d'huile réelle peut être mesurée en installant l'outil spécial n ° 2 212 823. Veuillez vous reporter aux instructions de réparation.

3.4.2. Surveillance du niveau d'huile

Le capteur de niveau d'huile thermique établi est utilisé pour surveiller le niveau d'huile et la température de l'huile.

3.5. Buses de pulvérisation d'huile

Comme pour les moteurs BMW précédents, les composants qui ne peuvent pas être atteints directement par un passage d'huile sont lubrifiés et / ou refroidis par des buses de pulvérisation d'huile.

3.5.1. Refroidissement de la couronne du piston

Les buses de pulvérisation d'huile pour le refroidissement du piston sont utilisées dans le moteur N20. Ils intègrent une soupape anti-retour pour leur permettre de s'ouvrir et de se fermer uniquement à partir d'une pression d'huile spécifique.

En plus de refroidir les couronnes du piston, elles sont également responsables de la lubrification des axes du piston, d'où l'importance de leur alignement précis.

Moteur-N20-buses-de-pulverisation-d-huile-pour-le-refroidissement-de-la-couronne-du-piston.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Les buses de pulvérisation d'huile pour le refroidissement du piston du moteur N20 doivent être positionnées correctement à l'aide d'un outil spécial n ° 2 212 829 après l'installation. Reportez-vous aux instructions de réparation.

Il existe deux variantes de buse de pulvérisation d'huile pour le refroidissement du piston du moteur N20, en fonction de leur disposition dans le moteur. Une variante pour les cylindres 1 et 3 et une variante pour les cylindres 2 et 4.

3.5.2. Entrainement par CHAINE

L'entraînement à chaîne dans le moteur N20 est divisé en une section supérieure (l'entraînement de l'arbre à cames) et une section inférieure (l'entraînement de la pompe à huile).

Entraînement d'arbre à cames

La chaîne de distribution est lubrifiée par une buse de pulvérisation d'huile située dans le tendeur de chaîne. Il y a une ouverture dans le rail de tension à travers laquelle l'huile peut être pulvérisée à cet effet.

Moteur-N20-tendeur-de-chaine-avec-buse-de-pulverisation-d-huile-pour-chaine-de-distribution.png

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Moteur-N20-arbre-de-contrepoids-et-entrainement-de-pompe-a-huile_20171107-1028.png

De l'huile est pulvérisée sur la chaîne à travers le tendeur de chaîne pour l'entraînement de l'arbre de contrepoids et de la pompe à huile. Ceci n'est cependant pas nécessaire pour la lubrification, car la chaîne est immergée dans le carter d'huile. Dans ce cas, cela permet à l'huile de s'écouler du tendeur de chaîne.

3.5.3. Arbre à cames

Les lobes de l'arbre à cames sont également lubrifiés par des buses de pulvérisation d'huile. Pour l'arbre à cames d'admission, il y a de fines rainures dans les portes qui sont alimentées en huile à partir du trou de vis.

Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Moteur-N20-bloc-de-guidage-avec-gicleurs-d-huile-pour-cames-d-admission.png

Lors du montage du bloc de guidage, il est essentiel de travailler dans des conditions de propreté absolue, car toute salissure pourrait bloquer les buses de pulvérisation d'huile. La lubrification des lobes de came ne serait plus garantie et pourrait entraîner des dommages à la valve.

Pour l'arbre à cames d'échappement, la culasse comporte un tuyau d'huile qui pulvérise l'huile à travers de petits trous directement sur les lobes de la came. En conséquence, il y a huit trous pour lubrifier les lobes de la soupape d'échappement et un trou supplémentaire pour lubrifier la triple came qui entraîne la pompe à carburant haute pression.

N20-engine-oil-pipe-with-oil-spray-nozzles-for-exhaust-cam-lobes.png


Moteur N20

3. Approvisionnement en huile

Reducteur-servomoteur-Valvetronic.png

3.5.4. Réducteur, servomoteur Valvetronic

Le moteur N20 dispose du même servomoteur Valvetronic que le moteur N55 avec la même position d'installation. L'engrenage à vis sans fin pour le réglage de l'arbre excentrique est également lubrifié par une buse de pulvérisation d'huile. Cette buse doit être correctement alignée lorsqu'elle est montée. Cependant, cela ne nécessite pas l'utilisation d'un outil spécial. Au lieu de cela, la buse doit être soigneusement et précisément engagée dans le guide désigné du servomoteur Valvetronic.

Moteur-N20-buse-de-pulverisation-d-huile-engagee-pour-engrenage-de-servomoteur-Valvetronic.png

En raison de la taille de la buse de pulvérisation d'huile et du fait que le moteur peut être assemblé sans la buse de pulvérisation d'huile, il y a un risque qu'elle soit oubliée pendant le montage.

Lors du montage de la buse de pulvérisation d'huile, assurez-vous qu'elle est correctement positionnée et enclenchée. Une buse de pulvérisation d'huile mal engagée sera soumise à des vibrations et risque de se briser. Reportez-vous aux instructions de réparation.

Moteur N20

4. Refroidissement

Le système de refroidissement est très similaire au moteur N55. Dans le moteur N20, un échangeur de chaleur huile-liquide de refroidissement moteur est utilisé pour refroidir l'huile moteur. Le système de refroidissement est commandé (par exemple, pompe à liquide de refroidissement électrique, thermostat de carte et ventilateur électrique) par le coordinateur de gestion de la chaleur dans le DME.

4.1. Aperçu

Moteur-N20-circuit-de-refroidissement.pngRefroidissement.png

Le module de refroidissement lui-même vient seulement dans une variante. Un radiateur auxiliaire (dans le passage de roue droit) est utilisé dans les véhicules utilisés sur les marchés à climat chaud et en combinaison avec les équipements optionnels à vitesse maximale.

Le ventilateur électrique a une puissance nominale de 600 W.

Les graphiques suivants montrent les emplacements d'installation et les dispositions des composants.

Moteur-N20-composants-du-systeme-de-refroidissement-de-l-arriere.pngMoteur-N20-composants-du-systeme-de-refroidissement-sur-la-vue-de-face-du-moteur.pngRefroidissement_20171107-1121.png

4.2. Gestion de la chaleur

Le moteur N20 a les mêmes fonctions de gestion de la chaleur dans le DME que le N55. Ceci permet un contrôle indépendant des composants de refroidissement électrique du ventilateur électrique, du thermostat de carte et de la pompe de liquide de refroidissement.

4.2.1. Pompe à liquide de refroidissement

Le moteur N20 dispose d'une pompe à liquide de refroidissement, comme c'est le cas de nombreux moteurs BMW. Sa consommation d'énergie nominale est de 400 W.

Moteur-N20-pompe-a-liquide-de-refroidissement.png

Si la pompe à liquide de refroidissement est retirée mais doit être réutilisée, il est important de s'assurer qu'elle est encore remplie de liquide de refroidissement. Le dessèchement peut provoquer le grippage des paliers. Ne pas suivre cette procédure peut entraîner le non démarrage de la pompe à liquide de refroidissement, ce qui peut endommager le moteur.

Avant l'installation, tournez la roue de la pompe manuellement pour vous assurer qu'elle bouge librement.

Moteur N20

4. Refroidissement

4.2.2. Thermostat cartographique

Le moteur N20 est équipé d'un thermostat cartographique classique qui possède les caractéristiques techniques suivantes en mode non commandé électriquement:

Thermostat-cartographique.png

De plus, un chauffage électrique dans le thermostat de la carte peut être utilisé pour rendre le thermostat ouvert à une température de liquide de refroidissement inférieure.

4.2.3. Fonction de gestion de la chaleur

La gestion de la chaleur détermine les besoins en refroidissement actuels et contrôle le système de refroidissement en conséquence. Dans certaines circonstances, la pompe à liquide de refroidissement peut même être entièrement fermée, par exemple pour chauffer le liquide de refroidissement plus rapidement pendant la phase de réchauffage. La pompe à liquide de refroidissement continue de fonctionner lorsque le moteur est arrêté et très chaude pour refroidir les turbocompresseurs d'échappement. La puissance de refroidissement peut donc être demandée indépendamment du régime du moteur. En plus du thermostat cartographique, la gestion de la chaleur permet d'activer la pompe à eau en utilisant différentes cartes de programme.
La gestion du moteur est ainsi en mesure d'adapter la température du liquide de refroidissement à la situation de conduite.

Les gammes de température suivantes sont ajustées par la gestion du moteur:

• 109 ° C / 228 ± 2 ° F = opération économique
• 106 ° C / 222 ± 2 ° F = Fonctionnement normal
• 95 ° C / 203 ± 2 ° F = fonctionnement élevé
• 80 ° C / 176 ± 2 ° F = Fonctionnement élevé et alimentation en courant du thermostat de la carte.

Si l'unité de commande du moteur identifie la plage de fonctionnement «Économie» sur la base des performances de fonctionnement, la gestion du moteur s'ajuste à une température plus élevée (109 ° C / 228 ° F). Dans cette plage de températures, le moteur doit fonctionner avec une consommation de carburant relativement faible. Le frottement interne du moteur est réduit à haute température. L'augmentation de la température favorise donc la consommation de carburant inférieure dans la plage de faible charge. Dans le mode "Fonctionnement élevé et alimentation du thermostat", le conducteur souhaite utiliser le développement optimal de la puissance du moteur. Ainsi, la température dans la culasse est réduite à 80 ° C / 176 ° F à cet effet. Cette réduction améliore le rendement volumétrique, ce qui entraîne une augmentation du couple moteur. L'unité de contrôle du moteur peut maintenant (adapté à la situation de conduite correspondante) ajuster une plage de fonctionnement spécifique. Il est donc possible d'influencer la consommation et la puissance de sortie via le système de refroidissement.

Protection du système

Si le liquide de refroidissement ou l'huile du moteur est soumis à des températures excessives pendant le fonctionnement du moteur, certaines fonctions dans le véhicule sont influencées de telle sorte que plus d'énergie est disponible pour le refroidissement du moteur.

Les mesures sont divisées en deux modes de fonctionnement:

• Protection des composants

- Température du liquide de refroidissement de 117 ° C / 242 ° F
- Température de l'huile moteur de 143 ° C / 289 ° F au niveau du capteur de pression d'huile et de température dans le passage d'huile principal
- Mesure: par ex. réduction de la puissance du contrôle climatique et du moteur

• Urgence

- Température du liquide de refroidissement de 122 ° C / 251 ° F
- Température de l'huile moteur de 151 ° C / 303 ° F au niveau du capteur de pression d'huile et de température dans le passage d'huile principal
- Mesure: par ex. réduction de puissance du moteur (jusqu'à environ 90%)

4.3. Refroidissement interne du moteur

Comme dans le moteur N55, les passages de liquide de refroidissement dans la culasse entourent également les injecteurs qui sont refroidis de cette manière.

Contrairement au moteur N55, le moteur N20 n'a pas de rainures sur le pont entre les cylindres. Au lieu de cela, le moteur N20 a des trous de forage entre les cylindres, deux de chaque côté, qui se rejoignent au milieu.

Moteur-N20-chemise-de-refroidissement-et-passages-de-liquide-de-refroidissement.jpeg

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

Les systèmes d'admission d'air et d'échappement sont en principe similaires à la N55. La liste ci-dessous énumère les caractéristiques les plus importantes des systèmes d'admission et d'échappement d'air:

• Silencieux d'admission fixé de manière permanente
• Mesureur de masse d'air à film chaud
• Turbocompresseur d'échappement TwinScroll avec soupape de décharge intégrée et soupapes de décharge
• Trois connexions pour la ventilation du carter

5.1. Aperçu

Moteur-N20-systemes-d-admission-d-air-et-d-echappement.png
Systemes-d-admission-d-air-d-echappement.png

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

5.2. Système d'admission d'air

Moteur-N20-systeme-d-admission-d-air.png
Systemes-d-admission-d-air-d-echappement-2.png

5.2.1. Mesureur de masse d'air à film chaud

Le moteur N20 est équipé d'un compteur de masse d'air à film chaud, qui est très similaire à celui du moteur N74.

On peut généralement dire que la qualité de la détermination de la masse d'air par mesure à l'aide d'un débitmètre d'air à film chaud et par le calcul de la valeur de remplacement (température de l'air d'admission, pression de remplissage, régime moteur, etc.) dans l'état actuel du développement. La valeur de remplacement calculée est néanmoins utilisée pour le contrôle de la charge du moteur. Cette valeur est cependant régulièrement ajustée avec la valeur du débitmètre d'air à film chaud afin de compenser les tolérances qui résultent des conditions d'écoulement complexes dans le système d'admission d'air. Plus la méthode de préparation du mélange (Valvetronic, High Precision Injection (en particulier en mode de charge stratifiée), TVDI) est sophistiquée, plus il est important d'ajuster la valeur de remplacement avec le débitmètre d'air à film chaud. Le TVDI est actuellement la méthode de préparation du mélange la plus sophistiquée. Pour cette raison, tous les moteurs TVDI sont également équipés d'un compteur de masse d'air à film chaud.

L'utilisation d'un appareil de mesure de la masse d'air à film chaud offre également la possibilité de diagnostics étendus, par ex. pour la ventilation du réservoir ou du carter car ces systèmes créent une déviation de la masse d'air qui peut être interprétée et utilisée pour diagnostiquer les défauts de fonctionnement.

La défaillance ou la déconnexion du débitmètre d'air à film chaud n'entraîne pas immédiatement un fonctionnement d'urgence du moteur. Cependant, il est possible que la préparation du mélange soit altérée et, par conséquent, que les valeurs d'émission soient inférieures, ce qui explique pourquoi le voyant d'émission (Check Engine Light) s'allume.

5.2.2. Collecteur d'admission

Comme sur le moteur N55, le Digital Engine Electronics (DME) est monté sur le collecteur d'admission. Cependant, il y a des différences. Premièrement, le DME est situé sur le collecteur d'admission et non pas en dessous. Deuxièmement, le collecteur d'admission n'est pas ouvert après l'enlèvement du DME. Entre le collecteur d'admission et le DME se trouve une plaque métallique (dissipateur de chaleur) qui conduit la chaleur hors du DME. Cette plaque est refroidie par le flux d'air du collecteur d'admission.

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

Moteur-N20-collecteur-d-admission-avec-soupape-d-etranglement.png

Capteur de pression du collecteur d'admission

Situé directement derrière la soupape d'étranglement, à l'entrée du collecteur d'admission, se trouve le capteur de pression du collecteur d'admission. En regardant de plus près, on peut voir qu'il s'agit d'un capteur combiné de pression et de température. Le signal de température n'est donc pas lu. La raison de l'utilisation de ce capteur réside dans le concept de parties communes. Il est préférable d'utiliser le même capteur qui est également utilisé comme capteur de température et de pression de l'air de suralimentation et de ne pas lire le signal de température plutôt que d'introduire un capteur séparé.

5.3. Turbocompresseur d'échappement

Le moteur N20 dispose d'un turbocompresseur d'échappement avec la technologie TwinScroll. Il comprend à l'entrée de la turbine deux orifices distincts dans lesquels les gaz d'échappement sont acheminés de deux cylindres vers les aubes de la turbine.

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

Moteur-N20-turbocompresseur.png
Systemes-d-admission-d-air-d-echappement_20171107-1151.png

Le turbocompresseur a une conception familière avec une soupape de décharge électrique et une soupape de décharge contrôlée par le vide.

5.3.1. Fonction du turbocompresseur d'échappement TwinScroll

La désignation TwinScroll désigne un turbocompresseur d'échappement avec un carter de turbine à double volute. Les gaz d'échappement de deux cylindres sont acheminés séparément vers la turbine. Dans le moteur N20 (comme d'habitude dans les moteurs à 4 cylindres), les cylindres 1 et 4 et les cylindres 2 et 3 sont assemblés pour former deux orifices alimentant chacun un rouleau. Cela entraîne une charge d'impulsion qui est utilisée pour obtenir un effet plus important.

Pression et charge d'impulsion

Deux principes de l'induction forcée sont utilisés dans les moteurs à turbocompresseur d'échappement - la pression et la charge d'impulsion. La charge de pression signifie que la pression en avant de la turbine est approximativement constante. L'énergie qui entraîne le turbocompresseur d'échappement est obtenue à partir de la différence de pression avant et après la turbine.

Dans le cas d'une charge d'impulsion, la pression avant la turbine est grande et très fluctuante, ou pulsante par l'évacuation des gaz d'échappement de la chambre de combustion. L'augmentation de la pression entraîne une onde de pression qui frappe la turbine. Dans ce cas, l'énergie cinétique des gaz d'échappement est utilisée, les ondes de pression entraînant le turbocompresseur.

La charge par impulsions permet une réponse rapide du turbocompresseur, surtout à basse vitesse, car la pulsation est la plus forte ici, tandis que dans le cas de la charge sous pression, la différence de pression entre avant et après la turbine est encore faible.

En réalité, les deux principes sont toujours utilisés dans les turbocompresseurs d'échappement des moteurs de voitures particulières. La proportion de charge d'impulsion est supérieure ou inférieure, selon les facteurs de taille, les guides d'orifice d'échappement et le nombre de cylindres.

Dépendance sur le nombre de cylindres

Dans un moteur monocylindre, il y a un cycle d'échappement tous les deux tours du vilebrequin. Théoriquement, les gaz d'échappement sont donc évacués à 180 ° à chaque angle de vilebrequin de 720 °. Le graphique ci-dessous montre sous une forme très simplifiée les conditions de pression avant le turbocompresseur d'échappement dans un moteur monocylindre.

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

Diagramme-de-pression-dans-l-orifice-d-echappement-avant-le-turbocompresseur-dans-un-moteur-a-1-cyli.png

Comme on peut le voir ici, à chaque 720 ° CA il y a une onde de pression qui frappe la turbine. Cette impulsion accélère la turbine.

Le graphique suivant montre les conditions de pression avant la turbine dans un moteur à 4 cylindres.

Diagramme-de-pression-dans-l-orifice-d-echappement-avant-le-turbocompresseur-d-echappement-dans-un-m.png

Parce que chaque cylindre a eu son cycle d'échappement après deux révolutions complètes du vilebrequin, il y a quatre ondes de pression dans les 720 ° CA. En raison de l'intervalle de tir, ils sont répartis uniformément à un intervalle de 180 ° CA. Les ondes de pression sont superposées ici. Alors que la pression d'un cylindre diminue, la pression du cylindre suivant augmente déjà.

Cela produit une pression superposée avant la turbine, comme le montre le graphique suivant.

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

Diagramme-de-pression-dans-l-orifice-d-echappement-avant-le-turbocompresseur-dans-un-moteur-a-4-cyli.png

Parce qu'ils sont superposés, la différence de pression du minimum au maximum est nettement inférieure. De cette manière, l'impulsion de l'onde de pression sur la turbine diminue également. Dans ce cas, la proportion de suralimentation par impulsions dans le turbocompresseur d'échappement est plus faible.

Le turbocompresseur d'échappement TwinScroll est un moyen de l'éviter dans un moteur 4 cylindres. En divisant les quatre cylindres en deux ports, les conditions de pression d'un moteur à deux cylindres sont représentées dans les deux ports dans chaque cas, comme le montre le graphique suivant.

Diagramme-de-pression-dans-l-orifice-d-echappement-avant-le-turbocompresseur-dans-un-moteur-a-4-cyli_20171107-1157.png

Ici aussi, les pressions des deux cylindres sont superposées. Cependant, les cylindres 1 et 4 et 2 et 3 sont combinés dans les deux ports. En raison de l'ordre d'allumage d'un moteur à 4 cylindres, il y a dans chaque cas un intervalle de 360 ° CA entre les cycles d'échappement d'un orifice. Ainsi, il existe une différence de pression importante et l'énergie cinétique des gaz d'échappement peut être mieux utilisée.

Un collecteur d'échappement de forme spéciale est utilisé pour combiner les tuyaux d'échappement des cylindres 1 et 4 et 2 et 3.

Dans le turbocompresseur, ces deux orifices sont séparés les uns des autres jusqu'à la turbine. Le turbocompresseur d'échappement TwinScroll diffère d'un turbocompresseur d'échappement classique en ce que le carter de turbine se sépare en deux formant un canal en anneau autour de la turbine.

Moteur N20

5. Systèmes d'émission d'air et d'échappement

5.4. Système d'émission d'échappement

5.4.1. Collecteur d'échappement

Le collecteur d'échappement est de conception identique à celle du moteur N55. Il est isolé par un entrefer et soudé au turbocompresseur. Le collecteur d'échappement du moteur N20 est de type quatre-en-deux, ce qui est nécessaire pour la fonction spéciale du turbocompresseur TwinScroll. Ici, les tuyaux de sortie d'échappement des cylindres 1 et 4 et 2 et 3 sont combinés dans chaque cas en un seul orifice comme décrit précédemment.

Moteur-N20-collecteur-d-echappement-avec-turbocompresseur-d-echappement.png

5.4.2. Convertisseur catalytique

Le moteur N20 dispose d'un convertisseur catalytique en amont avec deux monolithes en céramique.

Vue-en-coupe-du-convertisseur-catalytique.png

Capteurs d'oxygène

Les capteurs d'oxygène Bosch utilisés sont familiers des moteurs précédents:

• Pré capteur d'oxygène: LSU ADV
• Capteur d'oxygène post: LSF4.2.

Le capteur d'oxygène préalable est situé devant le convertisseur catalytique primaire, le plus près possible de la sortie de la turbine. Sa position a été choisie pour que tous les cylindres puissent être enregistrés séparément. Le capteur post-oxygène est positionné entre les premier et second monolithes céramiques.

Moteur N20

6. Système de vide

Le système de vide du moteur N20 est comparable à celui du moteur N55. En plus d'alimenter le servofrein, il faut d'abord activer la soupape de décharge sur le turbocompresseur. De plus, le clapet d'échappement est actionné par le vide dans le moteur N20.

Moteur-N20-systeme-de-vide.png

Moteur N20

6. Système de vide

La pompe à vide, comme d'habitude, est conçue pour avoir deux étages, de sorte que la plus grande partie du vide généré est disponible pour le servofrein. Un réservoir à vide est utilisé pour fournir un vide suffisant pour actionner la soupape de décharge. Ce réservoir est intégré dans le couvercle du moteur.

Débrancher la conduite d'aspiration avant de retirer le couvercle du moteur, sinon il existe un risque de dommage.

Moteur N20

7. Préparation du carburant

Le moteur N20 utilise l'injection à haute pression, qui a été introduite dans le moteur N55. Il diffère de l'injection haute précision (HPI) en ce qu'il utilise des injecteurs à électrovanne à buses multi-trous au lieu du type piézo-électrique.

7.1. Aperçu

L'aperçu suivant montre le système de préparation du carburant du moteur N20. Il correspond essentiellement aux systèmes à injection directe familiers aux modèles BMW.

Moteur-N20-preparation-du-carburant.png
Preparation-du-carburant.png

Les injecteurs de carburant à haute pression Bosch avec la désignation HDEV5.2 sont utilisés. La pompe haute pression est déjà connue des moteurs 8 et 12 cylindres. Une innovation dans le moteur N20 est le fait que les lignes à haute pression du rail à l'injecteur ne sont plus maintenant vissées à l'extrémité du rail, mais soudées. Une autre caractéristique par rapport aux systèmes de carburant BMW établis est l'omission du capteur de basse pression de carburant.

Les travaux sur le système d'alimentation en carburant ne sont autorisés qu'après le refroidissement du moteur. La température du liquide de refroidissement doit être inférieure à 40 ° C / 104 ° F pour éviter tout risque de blessure dû à la pression résiduelle dans le circuit d'alimentation haute pression.

Lors du travail sur le circuit d'alimentation à haute pression, il est essentiel de respecter les conditions de propreté absolue et d'observer les séquences de travail décrites dans les instructions de réparation. Même la moindre contamination et l'endommagement des raccords filetés des conduites haute pression peuvent provoquer des fuites.

Lorsque vous travaillez sur le système de carburant du moteur N20, il est important de s'assurer que les bobines d'allumage ne sont pas mouillées avec du carburant. La résistance du matériau silicone isolant est fortement réduite par un contact prolongé avec le carburant. Cela peut provoquer un arc électrique sur la connexion de la bougie et ainsi provoquer des ratés.

• Avant d'apporter des modifications au système d'alimentation en carburant, retirer les bobines d'allumage et protéger les bougies en les couvrant avec un chiffon.
• Avant de réinstaller les injecteurs des électrovannes, retirer les bobines d'allumage et s'assurer que les conditions les plus propres possibles sont maintenues.
• Les bobines d'allumage fortement saturées de carburant doivent être remplacées.

7.2. Commande de pompe à carburant

Comme déjà mentionné, il n'y a pas de capteur de basse pression de carburant dans le moteur N20. La pression du carburant est calculée en surveillant la vitesse et la charge de la pompe.

7.3. Pompe à haute pression

La pompe haute pression Bosch, connue des N63 et N74, est utilisée. Il s'agit d'une pompe mono-plongeur entraînée par l'arbre à cames d'échappement via un triple lobe sur la came. Pour plus d'informations sur la pompe haute pression, reportez-vous aux informations sur la formation des moteurs N63 et N74 disponibles sur TIS et ICP.

7.4. Injecteurs

L'injecteur à électrovanne HDEV5.2 de Bosch est une vanne multi-trous à ouverture vers l'intérieur, contrairement à l'injecteur piézoélectrique à ouverture vers l'extérieur utilisé dans les moteurs HPI. Le HDEV5.2 est également caractérisé par une grande variabilité en ce qui concerne l'angle de pulvérisation et le modèle de pulvérisation, et est configuré pour une pression du système allant jusqu'à 200 bars.

Ces injecteurs sont déjà utilisés dans le moteur N55. Cependant, leur principe de fonctionnement est le même que celui des injecteurs utilisés dans les moteurs N73.

Remarque: Les modules de commande N73 HDEV contiennent des étages de sortie finale modulés en largeur d'impulsion avec des condensateurs haute performance pour transformer la tension du système de 85 à 100 volts. Voir le matériel de formation sur les moteurs ST042 E65 Complete Vehicle / N73 disponible sur TIS et ICP.

Moteur N20

7. Préparation du carburant

Preparation-du-carburant_20171107-1203.png

Un champ magnétique est généré lorsque la bobine est sous tension. Ce champ magnétique soulève l'axe de la buse contre la pression du ressort du siège de la vanne et ouvre les trous d'évacuation de la buse de l'injecteur. La haute pression dans le rail force le carburant à travers des trous de décharge à grande vitesse dans le cylindre. Pour terminer l'injection, le courant est coupé, l'aiguille de la buse est refermée de force par la force du ressort sur le siège de la vanne.

La vanne s'ouvre et se ferme à très grande vitesse et assure une section d'ouverture constante pendant la période d'ouverture. La quantité de carburant injectée dépend de la pression du rail, de la contre-pression dans la chambre de combustion et de la période d'ouverture de l'injecteur.

Pour plus d'informations sur l'activation de l'injecteur, reportez-vous à la section intitulée Système électrique du moteur de ce matériel de formation.

Contrairement aux injecteurs précédemment utilisés, les injecteurs à électrovanne des moteurs N55 et N20 ont des tiges longues et relativement sensibles rendues nécessaires par la forme de la culasse. Chaque tige est faite de plastique à l'extérieur mais à l'intérieur il y a un tube métallique servant de ligne de carburant.

Les tiges des injecteurs des électrovannes ne peuvent supporter que 6 Nm de couple, ce qui se traduit par une force de traction de 2000 N. Lors du retrait et de l'installation des injecteurs, il est essentiel de suivre la procédure spécifique décrite dans les instructions de réparation, ainsi que l'utilisation de l'outil spécial n ° 0496 885 pour le retrait de l'injecteur. Si cet outil n'est pas utilisé, les injecteurs seront endommagés.

Moteur N20

8. Approvisionnement en carburant

L'alimentation en carburant est spécifique au véhicule. Presque aucun changement n'a été apporté aux modèles déjà existants. Par conséquent, seul le système de ventilation du réservoir sur le moteur sera décrit plus en détail ici.

8.1. Ventilation du réservoir

Similaire à la N55

8.1.1. Ventilation du réservoir à deux étages

La ventilation du réservoir à deux étages est utilisée sur le moteur N20. Ce système sophistiqué est rendu nécessaire par la technologie TVDI, car dans ce cas le vide suffisant dans le collecteur d'admission est beaucoup moins
commun. Cela a été introduit avec le moteur N55.

Moteur N20

8. Approvisionnement en carburant

Moteur-N20-ventilation-du-reservoir.jpeg
Reserve-de-carburant.png

Cependant, une pompe à jet d'aspiration est en outre utilisée étant donné qu'un vide suffisant ne peut pas toujours être garanti dans le tuyau d'air propre. Pour conduire cette pompe, la conduite vers la pompe à jet d'aspiration est connectée avant la soupape d'étranglement. Cela crée une connexion entre le tuyau d'air de suralimentation et le tuyau d'air propre. En mode turbocompressé, la pression dans le tuyau d'air de suralimentation est toujours plus élevée que dans le tuyau d'air propre, ce qui génère dans cette conduite un débit vers le tuyau d'air propre.

Moteur-N20-connecteur-en-T-avec-pompe-a-jet-d-aspiration-pour-la-ventilation-du-reservoir.png

La ligne de la soupape d'évent du réservoir est connectée à cette pompe à jet d'aspiration. L'effet venturi garantit que la cartouche de carbone est purgée en toute sécurité.

Des clapets anti-retour sur les deux conduites de la soupape de purge du réservoir garantissent qu'il n'y a pas de retour dans la soupape de purge du réservoir en cas de surpression dans ces conduites.

8.1.2. Ventilation de réservoir à deux étages avec vanne d'arrêt

La ventilation du réservoir à deux étages a une seconde soupape électrique qui est très semblable à la soupape d'évacuation du réservoir. Ceci est connu comme une vanne d'arrêt.

La vanne d'arrêt sert à diagnostiquer le deuxième point d'admission et est conçue pour fermer la première admission dans le collecteur d'admission dans certaines conditions.

Moteur-N20-soupape-de-purge-de-reservoir.png

Il est monté directement sous la soupape d'aération du réservoir et est capable de sceller la conduite à la soupape d'étranglement.

Moteur N20

8. Approvisionnement en carburant

N20-engine-overview-two-stage-version-of-tank-ventilation-with-second-valve.png

Moteur N20

9. Système électrique du moteur

9.1. Aperçu

Moteur-N20-schema-de-cablage-du-systeme-MEVD17_2_4.jpeg

Systeme-electrique-du-moteur_20171107-1210.png

Systeme-electrique-du-moteur-2.png

9.2. Unité de commande du moteur

Le moteur N20 est équipé de Digital Engine Electronics de Bosch avec la désignation MEVD17.2.4. Il est étroitement lié au DME du moteur N55 (MEVD17.2) et est également monté sur le collecteur d'admission.

Moteur N20

9. Système électrique du moteur

Moteur-N20-Digital-Engine-Electronics.png

Ne tentez pas de remplacer les unités de contrôle par un essai et une erreur.

En raison de l'antidémarrage électronique, un essai et une erreur de remplacement des unités de contrôle d'autres véhicules ne doivent en aucun cas être tentés. Un ajustement de l'antidémarrage ne peut pas être inversé.

Le moteur DME N20 (MEVD17.2.4) est conçu pour être monté sur le collecteur d'admission du moteur sur une plaque de dissipation thermique en aluminium. Le DME est refroidi à travers la plaque de dissipation thermique par l'air circulant à travers le collecteur d'admission. Il est important que le DME soit correctement monté sur la plaque du radiateur (couple de serrage, bon contact de niveau) afin d'assurer le transfert de chaleur vers la plaque et ainsi refroidir le DME.

Le concept de connexion est identique au MEVD17.2 du moteur N55. Il y a une division logique en six modules.

Moteur N20

9. Système électrique du moteur

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9.2.1. Fonction globale

Digital Electronics Engine (DME) est le centre de calcul et de commutation du système de gestion du moteur. Des capteurs sur le moteur et le véhicule délivrent les signaux d'entrée. Les signaux d'activation des actionneurs sont calculés à partir des signaux d'entrée, les valeurs nominales calculées à l'aide d'un modèle de calcul dans l'unité de commande DME et les cartes de programme stockées. L'unité de commande DME active les actionneurs directement ou via des relais.
L'unité de contrôle DME est réveillée via la ligne de réveil (borne 15 Wake up) par le système d'accès au véhicule (CAS).

Moteur N20

9. Système électrique du moteur

L'after-run commence après la désactivation de la borne 15. Les valeurs d'adaptation sont stockées pendant le post-traitement. L'unité de commande DME utilise un signal de bus pour signaler qu'elle est prête à "se mettre en veille". Lorsque toutes les unités de commande participantes ont signalé qu'elles étaient prêtes à "se mettre en veille", le maître du bus délivre un signal de bus et les unités de commande terminent la communication cinq secondes plus tard.

La carte de circuit imprimé de l'unité de commande DME contient deux capteurs: un capteur de température et un capteur de pression ambiante. Le capteur de température est utilisé pour surveiller la température des composants dans l'unité de commande DME. La pression ambiante est requise pour le calcul de la composition du mélange.

Dernière modification par BMW-Tech (10-11-2017 21:47:57)

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