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Présentation de la BMW Z4 E89

Table des matières

Présentation du véhicule

Introduction

1. Moteur BMW N54

1.1. Introduction

1.2. Caractéristiques techniques du moteur N54

1.3. Courbe de couple et de puissance

1.4. Système d’alimentation et d’injection de carburant

1.5. Système d’admission et d’échappement

1.6. Système de refroidissement

2. Valvetronic

2.1. Introduction

2.2. Qu’est ce que le Valvetronic ?

2.3. Comparaison entre un moteur commandé par un papillon et un moteur commandé par un système Valvetronic

2.4. Constitution et fonctionnement du système Valvetronic

2.5. Constituants du système Valvetronic

3. Vanos

3.1. Introduction

3.2. Avantages principaux du système Vanos

3.3. Fonctionnement du double Vanos à variation continue

3.4. Moteur à palettes du système Vanos

4. EDC: Electronic Dampfer Control

4.1. Introduction

4.2. Qu’est ce que l’EDC ?

4.3. Fonctionnement du système

4.4. Composants

4.5. Comparaison de l’amortissement par rapport à la concurrence

5. DKG : Doppel kupplung getriebe

5.1. Introduction

5.2. Principe de fonctionnement

5.3. Comparaison entre boîte de vitesses robotisée à double embrayage (DKG), boîte manuelle traditionnelle et boîte robotisée à simple embrayage

(SMG)

5.4. Composition de la boîte de vitesses à double embrayage DKG

5.5. Chaine cinématique des vitesses

5.6. Caractéristiques techniques de la boîte robotisée à double embrayage DKG

5.7. Exemple de changement de rapport en images

5.8. Composants de la boîte de vitesses robotisée à double embrayage DKG

6. Les freins de la BMW Z4 E89

6.1. Freins de service

6.2. Freins de stationnement

Annexes

Présentation du véhicule

La nouvelle BMW Z4 E89 sort en concession à partir de juin 2009, c’est une évolution de la première version (BMW Z4 E85). Dans ce nouveau roadster de tourisme, on retrouve trois motorisations essence. Il s’agit du 2.3i, 3.0i et 3.5i développant respectivement 204, 265 et 306 chevaux.

La nouvelle Z4 est l’aboutissement de nombreuses années de recherche et représente ce qu’il y a de mieux en ce qui concerne les innovations technologiques actuelles.

Ses concurrentes directes sont :

Mercedes SLK

Porsche Boxter, Cayman

Audi TT

Avec cette nouvelle voiture, BMW a pour objectif de devenir le leader dans le secteur des roadsters de tourisme. Il vous faudra cependant débourser 36000 euros pour pouvoir vous offrir la version de base.

Introduction

Dans cette formation technique, j’aborde les nouveaux systèmes qui sont présents sur la Z4 et qui en font sa particularité. Ces systèmes sont : les suspensions à réglage électronique (EDC), la boîte de vitesses robotisée à double embrayage (DKG), le moteur équipant la BMW Z4 3.5i (N54), le calage variable des arbres à cames d’admission et d’échappement (Vanos), le système de levée variable des soupapes d’admission (Valvetronic) et le système de freinage avec frein stationnaire électromécanique(EMF).

[Z4 E89] Moteur BMW N54

[Z4 E89] BMW Valvetronic

[Z4 E89] BMW Vanos

[Z4 E89] BMW EDC (Electronic Dampfer Control)

[Z4 E89] Boite de vitesses DKG

6. Les freins de la BMW Z4 E89

6.1. Freins de service

Sur la nouvelle BMW Z4, les freins de service ont été améliorés au niveau de la performance et du poids. A l’avant du véhicule on retrouve des freins à étrier flottant simple piston en aluminium avec des disques allégés. La nouvelle BMW Z4 est équipée de série du DSC (contrôle dynamique de stabilité).

Voici une vue d’ensemble du circuit de freinage de service :

Légende

Le fonctionnement du circuit de freinage est classique : en appuyant sur la pédale de frein, on déplace le maître cylindre qui déplace un certain volume d’huile entraînant une pression qui déplace les pistons de frein dans les quatre étriers de frein. Le freinage est assisté par le servofrein. Le servofrein est entraîné à l’aide du régime moteur. On aperçoit aussi comme sur la majeure partie de la gamme BMW que le freinage est équipé du DSC (contrôle dynamique de stabilité).

6.2. Freins de stationnement

Le dispositif de frein de stationnement est une des nouveautés sur la BMW Z4 E89. En effet, c’est la première fois qu’on adapte un système électromécanique pour assurer le frein de stationnement. Le système électromécanique est intégré dans les deux étriers de frein arrière.

Personnellement, au début je me disais qu’un frein de stationnement électromécanique n’était pas adapté à un roadster sportif mais plutôt à une limousine. Mais après avoir étudié le système de près, je me suis aperçu qu’un tel système offrait bon nombre d’avantages.

Les avantages sont les suivants :

- facilité d’utilisation (il suffit de tirer un petit bouton sur la console centrale)

- espace de rangement supplémentaire non négligeable au niveau de la console centrale de part l’absence de levier de frein à main 

- pas d’usure de câble de frein à main

Principe de fonctionnement

Le système de frein de stationnement est entièrement géré par le boîtier électronique EMF. Lorsque le boîtier EMF reçoit la demande d’enclenchement du frein de stationnement (suite à l’activation du bouton se trouvant sur la console centrale), il interroge et détecte l’état de fonctionnement de la voiture (par multiplexage). Et si toutes les conditions nécessaires à l’activation du frein de stationnement sont réunies, le boîtier EMF commande les deux actionneurs EMF qui sont pilotés sur les étriers de frein arrière. Ces deux actionneurs pressent les plaquettes de freins sur les disques et stabilisent de ce fait le véhicule.

Les  conditions d’activation du freinage de stationnement EMF sont les suivantes :

- vitesse du véhicule égale à 0 km/h (tout type de boîte de vitesses)

- mode P engagé (boîte de vitesses automatique ou robotisée)

- pédale de frein ou d’embrayage actionnée (boîte de vitesses manuelle)

Composition du système de freinage de stationnement

Légende

a) L’actionneur EMF

Légende

b) La broche

Légende

Explication du système d’actionnement du frein de stationnement avec les deux images précédentes :

La force  de freinage est transmise à un réducteur planétaire à deux étages (4a) par le moteur électrique (2a) via une courroie d’entraînement (3a). La broche (4b), est entraînée par le raccordement à la broche (6a, 6b). La broche placée dans l’écrou de broche avec frein de rotation (2b) dans le piston de frein (3b) assure l’auto blocage des roues arrière.

La broche et l’écrou de broche à frein de rotation permettent de transmettre la force au piston de frein (3). Le piston de frein agit sur les plaquettes de frein comme lors d’un freinage  hydraulique traditionnel. Du fait de l’auto blocage de la broche dans l’écrou de broche avec frein de rotation, la force de serrage est maintenue et le véhicule est immobilisé fiablement même en l’absence de courant.

Vue générale de l’ensemble (étrier, broche et actionneur EMF)

Légende

Annexes

Représentation 1

Représentation 2

The new BMW Z4 Roadster.

Welcome and introduction.

Contenu de la formation :

- Présentation des modèles

-Moteur N54

-Vanos

-Valvetronic

-Electronic Dampfer Control EDC

-Boîte de vitesses DKG

-Le système de freinage des Z4 avec EMF

Représentation 3

Présentation des modèles

1)BMW Z4 2.3i (atmosphérique)

2)BMW Z4 3.0i (atmosphérique)

3)BMW Z4 3.5i (turbocompressé)

Représentation 4

1) BMW Z4 2.3i

-Moteur :                                                                 N52B25O1

-Type :                                                                     6 en ligne

-Cylindrée (cm³) :                                                  2497

-Alésage/Course (mm) :                                      78,8/82

-Puissance max (kW) :                                         150 à6400 tr/min

-Couple max (Nm) :                                              250 à2750 tr/min

-Boite de vitesses :                                              auto ou méca 6 rapports

-Système :                                                             Valvetronic et Vanos

-Prix de base :                                                       36400 EUR

Représentation 5

2) BMW Z4 3.0i

-Moteur :                                                                 N52B30O1

-Type :                                                                     6 en ligne

-Cylindrée (cm³) :                                                  2996

-Alésage/Course (mm) :                                      85/88

-Puissance max (kW) :                                        190 à6600 tr/min

-Couple max (Nm) :                                             315 à2600 tr/min

-Boite de vitesses :                                             auto ou méca 6 rapports

-Système :                                                            Valvetronic et Vanos

-Prix de base :                                                      42700 EUR

Représentation 6

3) BMW Z4 3.5i

-Moteur :                                                                 N54B30O0

-Type :                                                                     6 en ligne

-Cylindrée (cm³) :                                                  2979

-Alésage/Course (mm) :                                      84/89,6

-Puissance max (kW) :                                        225 à5800 tr/min

-Couple max (Nm) :                                             400 de 1300 à5000 tr/min

-Boite de vitesses :                                             DKG 7 ou méca 6 rapports

-Système :                                                            Vanos

-Prix de base :                                                      47800 EUR

Représentation 7

Représentation 8

Objectifs avant développement

-Dynamique élevée

-Forte réduction des émissions polluantes

-Consommation de carburant raisonnable

Représentation 9

Courbes caractéristiques

Représentation 10

Principaux constituants

1) Système d’alimentation et d’injection de carburant

2) Système d’admission et d’échappement spécifique

3) Système de refroidissement spécifique

Représentation 11

1) Système d’alimentation et d’injection de carburant

1)  Conduite haute pression

2)  Injecteur piézo-électrique

3)  Rampe

4)  Capteur haute pression

5)  Conduite d’alimentation provenant de la pompe basse pression EKP (réservoir)

6)  Capteur basse pression

7)  Vanne de commande de débit

8)  Pompe haute pression àtrois pistons

9)  Conduite haute pression (entre rampe et pompe)

Représentation 12

Gestion du débit de carburant

Le DME agit sur la vanne de régulation en fonction de 3 paramètres:

1)  Charge moteur (m)

2)  Régime moteur (n)

3)  Pression rampe injection (p)

Représentation 13

Composition pompe haute pression

1)   Compensateur thermique

2)   Clapet anti-retour basse pression

3)   Raccordement au boîtier électronique de gestion moteur (DME)

4)   Vanne de commande du débit

5)   Retour de la vanne de limitation de pression

6)   Arrivée de la pompe àessence basse pression (alimentation)

7)   Conduit haute pression vers la rampe

8)   Entrée de la vanne de limitation de pression

9)   Clapet anti-retour haute pression

10) Disque oscillant

11) Bride d’entraînement de la pompe haute pression

12) Piston

13)Remplissage d’huile de la pompe

14)Chambre de carburan

Représentation 14

Système d’alimentation et d’injection de carburant : représentation schématique

1)  Boîtier électronique de gestion moteur (DME)

2)  Rampe

3)  Capteur haute pression

4)  Injecteurs piézo-électriques

5)  Pompe basse pression EKP (réservoir)

6)  Pompe haute pression

7)  Vanne de commande du débit

8)  Pistons avec clapets anti-retour

9) Vanne de limitation de pression

Représentation 15

Mode de sécurité

Causes de l’activation du mode de secours:

-valeurs impossibles du capteur haute pression

-défaillance de la vanne de commande du débit

-manque d'étanchéitédu système haute pression

-défaillance de la pompe haute pression

-défaillance du capteur haute pression

Représentation 16

L’injecteur piézo-électrique

-Au centre de la chambre de combustion

-Pression d’injection  jusqu’à200 bars

-Jusqu’àtrois injections simultanées

Représentation 17

Constitution de l’injecteur piézo-électrique

1) Aiguille d’injecteur

2) Elément piézo-électrique

3) Compensateur thermique

Représentation 18

Principe de fonctionnement de l’injecteur piézo-électrique

1)  Elément piézo-électrique non alimenté

2)  Elément piézo-électrique alimenté

3)  Structure de l’élément piézo-électrique

Représentation 19

2) Système d’admission et d’échappement

-Moteur N54 équipéde deux petits turbocompresseur et d’un intercooler

-Chaque turbocompresseur travaille avec un banc de 3 cylindres

-Pression de suralimentation maximale = 0,8 bar

Représentation 20

Fonctionnement de l’admission

Représentation 21

Régulation de la pression de suralimentation

Le DME régule, via les clapets de décharge, la pression de suralimentation en fonction de :

-température de l’air d’aspiration

-régime moteur

-position du papillon

-pression ambiante

-pression dans le collecteur d’admission

-pression avant le papillon

Représentation 22

3) Système de refroidissement spécifique

Représentation 23

Système de refroidissement par liquidede refroidissement

Le DME régule la puissance de refroidissement en fonction de :

-charge du moteur

-type d'utilisation

-valeurs des sondes de température

Pour réguler la puissance de refroidissement le DME agit sur:

-un ventilateur électrique

-une pompe àliquide de refroidissement électrique

-un thermostat àcartographie

Représentation 24

Pompe àliquide de refroidissement électrique

1)  Pompe

2)  Moteur électrique

3)  Module électronique

Représentation 25

Avantages d’une pompe à liquide de refroidissement électrique

-Baisse de consommation

-Baisse des émission polluantes

-Augmentation de la puissance

-Amélioration du confort

-Augmentation de la fiabilité

Représentation 26

Circuit de refroidissement d’huile moteur

Composéde:

-         Thermostat d’huile

-         Pompe qui fait circuler l’huile

-         Radiateur d’huile

Représentation 27

Valvetronic

Représentation 28

Introduction

3 possibilités pour améliorer le rendement d’un moteur et pour diminuer la consommation:

1)Restreindre les pertes mécaniques

2)Optimisation générale du moteur

3) Limitation des pertes àl’alternance de charge (Valvetronic)

Représentation 29

Qu’est ce que le Valvetronic ?

Système de commande entièrement variable des soupapes (levée)
               
                                           +

Calage variable des arbres àcames d’admission et d’échappement
           
                                          =

Commande de charge sans restriction de débit (sans papillon)

Représentation 30

Avantages du Valvetronic

-Augmentation du rendement moteur

-Augmentation de la dynamique du moteur

-Réduction de la consommation

-Amélioration en terme d’émissions polluantes à l’échappement

Représentation 31

Comparaison : papillon/valvetronic

1)  Ouverture soupapes admission

2)  Fermeture soupapes échappement

3)  Fermeture soupapes admission

4) Ouverture soupapes échappement

5)  Point d’allumage

A)  Travail +

B)  Travail –

P)  Pression

OT) PMH

UT) PMB

Représentation 32

Principe de fonctionnement Valvetronic

1)  Servomoteur

2)  Vis sans fin

3)  Ressort de torsion

4)  Support de fixation

5)  Arbre àcames d’admission

6)  Rampe

7)  Compensateur hydraulique du jeu des soupapes

8)  Soupape d’admission

9)  Soupape d’échappement

10)  Culbuteur àgalet

11)  Compensateur hydraulique du jeu des soupapes

12)  Culbuteur àgalet

13)  Levier intermédiaire

14)  Arbre excentrique

15)  Roue tangente àl’arbre excentrique (avec engrenage)

16)  Arbre àcames d’échappement

Représentation 33

Position en levée minimale et maximale

Représentation 34

Vanos

Représentation 35

Introduction

3 possibilités pour modifier la charge d'air frais entrant dans le cylindre :

1)  Collecteur d'admission àgéométrie variable

2)  Suralimentation par turbocompresseur

3)  Variation du calage de la distribution (Vanos)

Représentation 36

Avantages du Vanos

-Augmentation de la puissance moteur

-Recyclage interne des gaz d’échappement

-Augmentation du couple moteur

-Réduction des émissions polluantes

-Baisse de la consommation

Représentation 37

Principe de fonctionnement Vanos

1)        Carter d’huile

2)        Pompe àhuile

3)        Filtre àhuile

4,5)     Clapets anti-retour

6,7)     Crépines

8,9)     Electrovannes (distributeur 4/3)

10,11) Moteurs àpalettes

Représentation 38

Moteur àpalettes du Vanos

1)   Flasque avant

2)   Tôle de maintien

3)   Ressort de verrouillage

4)   Chambre de pression (avance)

5)   Conduit d’huile

6)   Conduit d’huile

7)   Arbre àcames

8)   Conduit d’huile

9)   Carter avec couronne dentée (emplacement de la chaîne de distribution)

10) Conduit d’huile

11) Chambre de pression (retard)

12) Ressort de torsion

13) Vis de fixation du Vanos

Représentation 39

Electronic Dampfer control (EDC)

Amortisseur àcommande électronique qui permet de régler en continu la duretédes amortisseurs en fonction des conditions de roulage.

Représentation 40

Principe de fonctionnement EDC

Représentation 41

Amortisseur EDC

1) Vis

2) Bobine

3) Vanne d’amortissement principale

4) Soupape additionnelle

5) Bague de siège flottante

6) Ressort

7) Induit

Représentation 42

Principe de fonctionnement

Phase de détente

Représentation 43

Principe de fonctionnement

Phase de compression

Représentation 44

Boîtede vitessesàdouble embrayageDKG

Représentation 45

Introduction  DKG

-Boîte de vitesses 7 rapports àdouble embrayage qui allie les avantages de la boîte automatique et de la boîte manuelle.

-Tous les modes de commande sont possibles : du plus confortable au purement sportif.

-Ce type de boîte de vitesses est actuellement le plus rapide et le plus efficace qui existe sur le marché.

Représentation 46

Caractéristiques techniques DKG

Démultiplication de la boîte de vitesses [:1]

-1er rapport       :                         4,780

-2ème rapport    :                         3.056

-3ème rapport    :                         2,153

-4ème rapport    :                        1,678

-5ème rapport    :                        1,390

-6ème rapport    :                       1,203

-7ème rapport    :                       1,000

-Marche AR        :                       4,454

Couple théorique maximal (Nm)            : 520

Régime maximal (tr/min)                       :9000

Poids àsec (kg)                                        :77

Capacitéd'huile (litres)                           :9

Commande                                              :Electro hydraulique

Représentation 47

Principe de fonctionnement DKG

-Deux embrayages (1,3)

-Deux boîtes partielles (2,4)

-Un embrayage propre àchacune des deux boîtes partielles

-Vitesses paires (2,4,6) dans une des demi-boîte et vitesses impaires (1,3,5,7,R) dans l’autre demi-boîte

Représentation 48

Comparaison entre boîte de vitesses àdouble embrayage, boîte manuelle et boîte manuelle séquentielle

1. Couple moteur

2. Boîte de vitesses àdouble embrayage (DKG)

3. Boîte manuelle automatisée (SMG)

4. Boîte de vitesses manuelle

Représentation 49

Composition

1. Arbre d'entrée central avec entrée d'embrayage

2. Embrayage 1

3. Embrayage 2

4. Arbre d'entrée intérieur 2

5. Arbre d'entrée intérieur 1

6. Arbre intermédiaire

7. Pignons de constante

8. Arbre de sortie

9. Manchons de commande

10. Verrou de parking

Représentation 50

Changement de rapport

Etape 1

Représentation 51

Changement de rapport

Etape 2

Représentation 52

Changement de rapport

Etape 3

Représentation 53

Changement de rapport

Etape 4

Représentation 54

Changement de rapport

Etape 5

Représentation 55

Avantages DKG :

-Changement de vitesses plus rapide que sur boîte automatique ou manuelle

-Très faible perte de couple lors des changements de vitesse

-Consomme moins qu’une boîte automatique ou manuelle

Représentation 56

Structure externe DKG

1)  Carter de boîte de vitesses

2)  Cache du module mécatronique

3)  Carter intermédiaire

4)  Couvercle de boîte de vitesses

5)  Carter d’huile

6)  Cache du filtre àhuile

7)  Couvercle d’embrayage

Représentation 57

Structure interne DKG

1)  Arbre primaire 2 (vitesses paires)

2)  Tige de commande servant à l’engagement des vitesses via les synchronisateurs

3)   Carter intermédiaire

4)   Arbre primaire 1 (vitesses impaires)

5)   Pignons de constante

6)   Arbre de sortie

7)   Arbre intermédiaire

8)   Circuit de lubrification

9)   Pompe àhuile

10) Carter contenant les deux embrayages

Représentation 58

Fonctionnement : parking DKG

1)  Pignon de verrouillage

2)  Piston hydraulique servant àactionner le mode parking

3)  Verrou

4)  Aimant pour capteurs de verrou du parking

5)  Cône de pression pour l’actionnement du cliquet de blocage

6)  Cliquet de verrouillage

Représentation 59

Circuit électronique DKG

1)Circuit électronique DKG

2)Capteurs du verrou parking (intégrés)

3)Capteurs de position des tiges de commandes

4)Capteurs de régime de rotation (intégrés)

Représentation 60

Circuit hydraulique DKG

1)  Support des vannes de commande

2)  Circuit hydraulique DKG

3)  Vérin de commande

Représentation 61

Capteurs DKG

1)  Capteur régime d’entrée (N moteur)

2)  Capteur régime arbre primaire 2 (vitesses paires)

3)  Capteur régime arbre primaire 1 (vitesses impaire)

4)  Capteurs de pression d’huile des deux embrayages

5)  Capteurs de température d’huile

6)  Capteurs de course linéaire

7)  Capteurs du verrou parking

Représentation 62

Lubrification DKG

1)  Pignon de refoulement de la pompe àhuile à engrenage

2)  Tuyau de refoulement vers le circuit hydraulique

3)  Tuyau de retour d’huile

4)  Pompe àhuile àengrenage de la boîte DKG

5)  Pignon d’entraînement reliéàl’arbre d’entrée

6)  Côtéaspiration d’huile (alimentation)

Conduite d’huile avec gicleurs

Représentation 63

Fonctionnement du circuit de refroidissement DKG

1)Echangeur thermique huile/air

2)Echangeur thermique huile/liquide de refroidissement

3)Arrivée et retour du liquide de refroidissement vers l’échangeur thermique huile/liquide de refroidissement

4)Arrivée et retour d’huile de boîte vers l’échangeur thermique huile/liquide de refroidissement

5)Arrivée et retour d’huile de boîte vers l’échangeur thermique huile/air

6)Thermostat d’huile

Représentation 64

Thermostat d’huile (>95°C et <95°C)

Représentation 65

Le système de freinage des Z4 avec EMF

-Freins de service : évolution des freins qui équipaient la Z4 E85.

-Toutes les Z4 E89 sont équipées du DSC.

-Les freins stationnaires sont actionnés par un système électromécanique (EMF).

Représentation 66

Conditions de fonctionnement EMF

-Vitesse du véhicule égale à0 km/h (tout type de boîte de vitesses)

-Mode P engagé(boîte de vitesses automatique ou robotisée)

-Pédale de frein ou d’embrayage actionnée (boîte de vitesses manuelle)

Représentation 67

Fonctionnement EMF

Représentation 68

L’actionneur EMF

1)  Connecteur

2)  Moteur électrique

3)  Courroie d’entraînement

4)  Réducteur planétaire

5)  Carter

6)  Raccordement àla broche

Représentation 69

La broche EMF

1)Rainure

2)Ecrou de broche avec frein de rotation

3)Piston de frein

4)Broche

5)Butée de broche

6)Raccordement au réducteur planétaire

Représentation 70

Ensemble actionneur + broche EMF

1)    Courroie d’entraînement

2)    Réducteur planétaire

3)    Piston de frein

4)    Cache poussière

5)    Bague d’étanchéité

6)    Etrier de broche

7)    Moteur électrique

8)    Broche

9)    Roulement àrouleaux

10)  Bague d’étanchéité

11)  Carter

Représentation 71

The new BMW Z4 Roadster.

Finale.

Vidéos sur la BMW Z4 E89

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Dernière modification par BMW-Tech (06-10-2016 23:11:22)