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4.2 Moteur S65B40

Structure du bloc-moteur avec plaque d'assise

Index                     Explication

1                            Bloc moteur (partie supérieure)
2                            Incrustations de fonte grise
3                            Plaque d'assise (partie inférieure )

La construction du moteur et les matériaux restent identiques à celles du S85 ; le carter moteur est fabriqué d’un alliage aluminium-silicium réalisé par moulage sous basse pression.
Les alésages du cylindre sont réalisés par traitement en cristaux de silicium très durs, il n'est donc pas nécessaire d'utiliser des chemises de cylindres.
Le carter inférieur est également construit à partir d’aluminium moulé sous basse pression. Les incrustations en  fonte grise  sont utilisées pour renforcer la construction de la plaque d’assise,ce qui permet de résister aux forces extrêmes de fonctionnement.
Elles  limitent également les jeux de palier du vilebrequin sur une plus grande plage de température ,ce qui a pour effet positif un meilleur taux d'écoulement d'huile.

Vilebrequin

Le vilebrequin à 5 paliers est forgé à partir d’une seule pièce y compris les deux pignons d’entraînement à double chaines qui entrainent l’unité de commande de la distribution. La pignon d’entraînement qui entraine la pompe à huile est également bridé sur le vilebrequin.
L’entraxe des cylindres est de 98 mm. Le vilebrequin est très résistant aux forces de flexions ainsi qu’aux torsions tout en ayant un poids relativement faible. Le maneton est décalé de 90°, le diamètre du tourillon du palier principal est de 60 mm.
L'extrémité du vilebrequin est commandée par un palier de butée monté sur le cinquième palier principal
Pour des raisons de conception, l’ordre d’allumage 1-5-4-8-7-2-6-3 a été choisi pour le S65, au lieu de 1-5-4-8-6-3-7-2 plus couramment adapté dans les moteurs BMW V8.

Le marquage d'identification des coquilles du palier est gravé sur le carter moteur et la première flasque de manivelle.

Les bielles

Les bielles de type « brisé » sont fabriquées à partie d’acier à très haute résistance et affichent un poids optimisé. Ce sont les mêmes montées dans le moteur S85.Pour alléger la structure, la partie supérieure de la bielle est en forme de trapèze en section transversale.

Le grand œillet de bielle est asymétrique afin de réduire la longueur du moteur. Cela signifie que le sens du montage est spécifique.
Des coussinets de réparation sont disponibles pour les opérations de restauration à effectuer dans l’atelier (pour plus d'informations, voir la documentation technique).

Les pistons

Index                     Explication

1                            Piston
2                            Segment d'étancheité
3                            Goujon
4                            Jupe de piston
5                            Segment racleur (système VF)
6                            Segment de compression (avec surface de contact sphérique)

Le piston est fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium et ne pèse que 480 grammes y compris l’axe du piston et les segments. La conception du piston est la même que celle du piston monté dans le moteur S85 (tige de piston en fer galvanisé et un traitement de rodage en couches successives contenant de l’étain)
Le sens du montage étant spécifiques.

Alimentation d'huile

Index                       Explication

1                              Moteur hydraulique VANOS pour l’échappement, rangée de cylindres 1
2                              Moteur hydraulique VANOS pour l’admission, rangée de cylindres 1
3                               Moteur hydraulique VANOS pour l’admission, rangée de cylindres 2
4                              Moteur hydraulique VANOS pour l’échappement, rangée de cylindres 2
5                              Vanne de réglage multivoies VANOS pour l’échappement, rangée de cylindres 1
6                              Filtre tamis (Max. 300 m) avant vanne de réglage multivoies VANOS, rangée de cylindres 1
7                              Vanne de réglage multivoies VANOS pour l’admission, rangée de cylindres 1
8                              Vanne de réglage multivoies VANOS pour l’admission, rangée de cylindres 2
9                              Filtre tamis (Max. 300 m) avant vanne de réglage multivoies VANOS, rangée de cylindres 2
10                            Vanne de réglage multivoies VANOS pour l’échappement, rangée de cylindres 2
11                            Soupape de non-retour VANOS, rangée de cylindres 1
12                            Soupape de non-retour VANOS, rangée de cylindres 2
13                            Tendeur de chaîne, rangée de cylindres 1

14                            Soupape de non-retour huile de lubrification sur chaîne, rangées de cylindres 1 et 2
15                            Tendeur de chaîne, rangée de cylindres 2
16                            Conduite d’huile principale (points de lubrification bloc moteur et culasse)
17                            Commutateur de pression d’huile
18                            Soupape de by-pass filtre à huile
19                            Filtre à huile
20                            Ouverture évacuation filtre à huile
21                            Soupape de non-retour
22                           Clapet de limitation de pression
23                            Gicleur de refroidissement du piston
24                            Conduite de régulation de pression d’huile
25                            Soupape principale contrôle de débit pompe à huile
26                            Pompe de retour d’huile
27                            Carter

Deux pompes à huile sont montées dans le moteur S65 ; la pompe de retour d'huile qui est entraînée par l'intermédiaire du pignon solidaire du vilebrequin, et la pompe à huile principale à débit contrôlé qui est entrainée par la pompe de retour.

Dans le moteur S85, la pompe haute pression du système VANOS est montée à la place de la pompe de retour d'huile du moteur S65, et la pompe de retour d'huile S85 est contenue dans le même logement que la pompe à huile principale (montage en pompe tandem)

Index                        Explication

1                              Zone d'aspiration d'huile de la pompe de retour
2                              Petite partie de la section avant du carter d'huile
3                              Pompe à huile principale
4                              Zone d'aspiration d'huile de la pompe principale

Comme l’espace est limité dans le moteur S65 pour permetrre d'installer une pompe tandem, la pompe de retour a été déplacée du logement de la pompe principale et installée à la place de la pompe à haute pression du système VANOS. Ceci permet de maintenir le principe d’entrainement principal de la pompe (Vilebrequin => pignon d’entraînement => pompe => chaîne=> Pompe)
Comme dans le moteur S85, la pompe principale est une pompe à ailettes à débit volumétrique avec système d’ajustement de la capacité d’alimentation qui varie en fonction de la basse pression du système VANOS.

La conception duo centrique de la pompe de retour d'huile assure que l'huile est toujours disponible dans la conduite d’entrée de la pompe principale dans la partie arrière du carter (même en cas de freinage fermes à hautes vitesses)

Les pompes de retour d’huile électriques qui ont été montées dans le moteur S85 pour aspirer l'huile qui reste dans les culasses ne sont plus nécessaires, ce qui permet d’alléger davantage la structure.
Ceci a été rendu possible par la diminution du nombre des cylindres, la modification de l’acheminement du retour d’huile et l’adoption d’un grand volume de carter d’huile égal à 8.3 L. (S85 9.3 litres).
L'alimentation d'huile est également garantie même en cas d’accélérations longitudinales et latérales  jusqu’à 1,4 fois l'accélération de la pesanteur normale.
Le boîtier du filtre à huile est installé sur le moteur.

La culasse

La culasse est exécutée en une seule pièce monobloc à partir d’alliage d’aluminium. Afin de réduire le nombre des surfaces d’étanchéité nécessitant le montage de joints, la conduite d’air secondaire a été de nouveau réintégré dans la culasse. La conception de la culasse est basée sur celle du moteur S85. Des modifications ont été apportées à la partie avant du compartiment moteur, au système VANOS et à la chaîne de distribution.
Les tuyauteries d’admission et d’échappement ont été conçues spécialement pour une meilleure optimisation du débit d’air.
Le canal d’air de ralenti intégré a été abandonné et remplacé par une barre de ralenti montée sur chaque rangée de cylindres.
Comme c’est le cas dans le moteur S85, les arbres à cames sont fabriqués d’une seule pièce par réctification en creux, avec la couronne dentée du capteur de l’arbre à cames intégrée. Des soupapes ultra légères ayant un diamètre de tige de 5 mm et avec des poussoirs à capsules avec compensation hydraulique du jeu de soupape sont également installés.

Index                        Explication

1                              Arbre à cames
2                              poussoirs à capsules avec compensation hydraulique du jeu de soupape.
3                              Ressorts de soupapes en forme conique
4                              Culasse
5                              Canal d'admission d'air
6                              Soupape
7                              Bride de raccordement du canal d'air secondaire intégré

Index                        Explication

1                              Surface de contact sphérique
2                              Capsule du poussoir
3                              bossage de guidage

Ces poussoirs hydrauliques avec une surface de contact cylindrique avec l’arbre à cames et un verrouillage rotationnel permettent un très haut niveau de convexité. Par conséquent les levées de soupapes sont efficacement assurées avec le plus petit diamètre possible de la soupape et par la suite un poids optimisé.

Données techniques                       E92 M3                         E46 M3                             E6x M5/M6

Identification du moteur                 S65B40                       S54B32                               S85B50
Type de soupape                   Poussoir à capsules       Levier d’entrainement           Poussoir à capsules
∅ tête de soupape E/A [mm]         35/30.5                       35/30.5                               35/30.5 
∅ tige de soupape [mm]                      5                                6                                        5
Levée de soupape [mm]                11.35                          12                                       11.7 E ;11.5 A
Compensation automatique           Oui                              Non                                     Oui
Du jeu

Entraînement d'arbre à cames

Comme c’est le cas dans le moteur S85, les arbres à cames d’admission sont entraînés par une chaine tandis qu’un mécanisme à engrenage assure l’entrainement des arbres à cames d’échappement. Ce qui signifie que les arbres à cames d’admission et d’échappement ont toujours des sens de rotation inverses. Contrairement au moteur S85 qui fonctionne avec deux rouleaux de chaines montés entre le vilebrequin et les arbres à cames d’admission, dans le moteur S65 à cause de la charge d’entrainement élevée dans ce V8 deux doubles-rouleaux ont été montés.

Données techniques                       E92 M3                                                   E46 M3                                   E6x M5/M6

Identification du moteur                 S65B40                                                   S54B32                                   S85B50
Entraînement d'arbres à cames    2 doubles tendeurs de chaînes           1 double tendeur de chaîne        1 seul tendeur de chîne         

Les unités de réglage VANOS font partie intégrante de la vanne de régulation et sont montées sur l’arbre à cames approprié par un boulon central.

Les boulons centraux des côtés de l’admission et de l’échappement ont des fils CCW. Merci de vous référer aux instructions de réparation pour un montage correct.

Le système VANOS

Index                       Explication

1                              Moteur hydraulique avec surfaces de pression optimisées
2                              Canal d'admission optimisé ,chambre d'huile 1
3                              Chambre d'huile 1
4                              Chambre d'huile 2
5                              Canal d'admission optimisé ,chambre d'huile 2

Le double système VANOS compact monté sur le moteur S65 fonctionne à la pression d’huile normale.A la différence du moteur S85 (dans lequel le système fonctionne à la pression d'huile élevée). Le fonctionnement avec un système à basse pression permet d’annuler la pompe à haute pression, les conduites de pression supplémentaires, et le réservoir. Il en résulte une économie d'espace ainsi qu'une réduction du poids d'env. 8,4 kg.

Ceci a été rendu possible grâce à la parfaite synchronisation de distribution de l’arbre à cames comparé au moteurs 10 et 6 cylindres particulièrement aux régimes les plus bas.
Le système à basse pression utilise ces moments de synchronisation pour régler le rapport de démultiplication général.

L’huile est acheminée vers les chambres à huile hermétiques de l’unité de réglage du système VANOS (3 et 4). Quand les chambres à huile sont sous haute pression d’huile, une chambre permet à l’arbre à cames d’avancer tandis que l’autre lui permet de retarder.

Index                        Explication

1                              Alimentation d'huile accumulateur principal
2                              Clapets anti-retour
3                              Filtre de tamis en amont des vannes de commande
4                              Moteur hydraulique sur les arbres à cames d'admission et d'échappement
5                              Vannes de régulation multivoies cotés admission et échappement
6                              Bride de retour vers le carter d'huile

La pression d’huile du système VANOS est fournie par la pompe à huile principale du moteur. Le débit d’huile est régulé par une vanne de régulations multivoies pour chaque arbre à cames. Ces vannes de régulation multivoies sont gérées par le système électronique MSS60 et sont montées directement dans la culasse.

Index                        Explication

1                              Goupille de ressort de verrouillage
2                              Goupet de verrouillage
3                              Ressort en spirale

Comme dans le moteur S85 la vanne de régulation de l’arbre à cames d’admission du système VANOS entraîne la vanne de régulation de l’arbre à cames d’échappement par le biais d’un mécanisme d’engrenages en prise constante.
A la pression 0 bar une goupille de verrouillage (2) maintient l’unité du système VANOS à la position normale ou la position de démarrage du moteur.

Le ressort en spirale (3) est également utilisé pour coordonner le temps d’ajustement les réglages d’avance et de retard. Contrairement aux moteurs à essences AG le ressort en spirale des cotés admission et échappement est monté dans le sens inverse de rotation étant donné que les arbres à cames montés dans le moteur S65 tournent dans un sens de rotation inverse.

Le principe d’action du moteur hydraulique monté dans ce système de VANOS M est basé sur le même principe de fonctionnement du système VANOS qui équipe les moteurs à essence BMW actuels d’autant plus qu’il a été optimisé pour le moteur S65 au niveau de l’alimentation d’huile, du diamètre des conduites, et la surface du rotor.     

Index                        Explication

A [mm]                     Levée de soupape
B [°]                         Angle de vilebrequin
1                              Arbre à cames d'échappement
2                              Arbre à cames d'admisison

L'angle de calage de l'arbre à cames d'admission est de 58° par rapport au vilebrequin. L’arbre à cames d’échappement présente un angle de calage de 48°. Comme dans le moteur S85 ce système VANOS atteint un taux de réglage de 360° arbre à cames par seconde.

Les instructions de réparation doivent être suivies exactement, l’unité de réglage du système VANOS ne doit pas être démontée.

Données techniques                                      E92 M3                                              E46 M3                             E6x M5/M6

Identification du moteur                                 S65B40                                             S54B32                            S85B50

Arbre à cames à commande variable       2*double rotor oscillant VANOS        Double VANOS                      2*Double VANOS
                                                           (pression d'huile moteur)           haute pression                      haute pression

Plage de réglage E/A [°KW]                             72-130/81-129                                70-130/83-128                     79-145/91-128

Course de réglage KPI E/A [°KW]                     58/48                                              60/45                                  66/37 

Temps de réponse E/A [°KW]                     256/256                                          260/260                               268/260         

Entraînement par courroie additionnelle

La courroie principale entraîne la pompe de refroidissement et l’alternateur, tandis que la courroie auxiliaire entraîne le compresseur de climatisation et la pompe de direction assistée.

L’alternateur et la pompe de refroidissement sont montés dans les mêmes positions que dans le moteur S85.La pompe de refroidissement est identique à celle qui est montée  dans le moteur S85 cependant elle contient une poulie plus large.

Dispositif d'admission d'air/Séparateur d'huile/Système d'air secondaire

Index                        Explication

1                              Entrée d'air sur capot moteur
2                              Entrée d'air derrière les calandres BMW
3                              Entrée d'air dans le pare-cohocs
4                              Element de filtre à air

L’air de combustion est acheminé au moteur à travers 3 conduites d’air qui ont été largement optimisées. Une entrée d’air est située dans la partie gauche du capot moteur (vu dans la direction du déplacement avant du véhicule).

Afin de maintenir une symétrie visuelle de l’apparence du capot moteur, une autre grille fermée et sans aucune fonction opérationnelle a été montée dans la partie droite du capot moteur.

La deuxième entrée d’air est située juste derrière les calandres BMW.

La troisième entrée d’air est située dans la partie inférieure gauche du pare-chocs avant.

Le moteur S65 est doté d’un collecteur d’admission large fabriqué en une seule pièce et qui couvre les deux rangées des cylindres.

Le système comprend aussi un élément de filtre à air en forme cylindrique (4) dont la surface de contact a été élargie.

L’air filtré passe dans le collecteur d’admission par 8 tuyaux d’entrée individuels intégrés pour arriver aux papillons à gaz.

Pour optimiser le flux d’air, le débitmètre n’est pas monté dans la zone d’admission.

Le flux d’air entrant est déterminé par un calcul réalisé à base de modélisation des informations suivantes :  l’ouverture de la vanne du papillon, l’actuateur de ralenti, le réglage de position du système VANOS, le régime moteur, la température d’air, et la pression atmosphérique.

Pour des raisons de sécurité, un capteur de pression additionnel est monté dans le système de ralenti. (Voir la commande de ralenti)

Séparateurs d'huile

Les séparateurs d’huile sont vissés dans les couvres-culasses. Pour réduire le risque de montage incorrect, les séparateurs d’huile sont liés au collecteur d’admission par des inserts au lieu de vis. 
Comme c’est le cas dans toutes les séries M, aucun capteur de pression d’aspiration n’a été monté/intégré.    

Système d'air secondaire

La pompe à air secondaire est montée en arrière du moteur et plus précisément dans la partie « Vé » entre les rangées de cylindres. L’air secondaire est acheminé dans le canal d’échappement correspondant par l’intermédiaire d’un clapet anti-retour et d’une conduite d’air intégrée dans la culasse. Un capteur de débit d’air à film chaud secondaire monté en amont de la pompe à air mesure le débit d’air secondaire. La structure et le mécanisme sont similaires au système montée dans la E60 M5 et sont décrits dans la documentation de la E60 M50.

Système de papillon individuel

Index                        Explication

1                              Double capteur de papillon de gaz (rangée de cylindres 1 et 2 )
2                              Ensembles de soupapes de papillons individuels
3                              Servomoteur de papillon.

Dans le moteur S65 Le principe de conception du système de papillons individuels est identique à celui monté dans le moteur S85 et se compose de 8 papillons individuels et de deux servomoteurs électriques de papillon. Un servomoteur électrique de papillon actionne 4 papillon individuels montés sur chaque rangée de cylindres et dont l’accouplement est réalisé par une liaison mécanique.
La position de la soupape de papillon de chaque rangée de cylindres est enregistrée à l'aide d'un double capteur monté sur l’axe commun des 2 soupapes de papillons. Un signal est envoyé directement au servomoteur correspondant de la rangée des cylindres. Le servomoteur peut ajuster indépendamment la position de la soupape du papillon spécifiée par le système de gestion électronique MSS60.Le deuxième signal est envoyé au système MSS60 à titre de vérification.
Pour communiquer avec le MSS60, les 2 servomoteurs utilisent un circuit DK-CAN bus commun (DK-CAN)

Système de commande de ralenti

Index                        Explication

1                              Capteur de pression sur barre d'air de ralenti,cylindres 1 à 4
2                              Papillon
3                               barre d'air de ralenti,cylindres 5 à 8

Un actionneur de ralenti commun pour les 2 rangée de cylindres contrôle l’alimentation en air au régime ralenti et à faibles charges du moteur.

L’actionneur de ralenti est situé dans le Vé formé par les 2 rangées de cylindres et contrôle l’alimentation en air par une soupape de papillon. L’air est acheminé dans la barre commune des 2 rangées de cylindres par les conduites d’air correspondantes ,et à partir de là il est ensuite guidé à l’intérieur de chaque corps de papillon à gaz au-dessous de la soupape du papillon.

L'actionneur de ralenti reçoit les instructions du contrôle depuis le MSS60 via son propre circuit CAN bus (LoCAN).

Pour assurer un fonctionnement d’urgence du système en cas de la défaillance de l’un ou des 2 capteurs de soupapes de papillons (même sans le capteur massique d’air à film chaud) un capteur de pression additionnel a été intégré dans la barre d’air de ralenti (comme c’est le cas dans   le S54B32HP (M3 CSL)). Cela permet l’évaluation des conditions de pression derrière la soupape de papillon. Cette pression est aussi utilisée pour évaluer la plausibilité du contrôle de remplissage et de la charge dans les conditions normales de fonctionnement.

Système d'alimentation de carburant

Index                       Explication

1                             Support de remplissage du carburant
2                             Unité de diagnostic de fuites du résérvoir
3                             Filtre à charbon activé
4                             Unité d'alimentation de carburant (coté droit )
5                             Réservoir de carburant
6                             Unité d'alimentation de carburant (coté gauche )
7                             Conduite de ventilation du réservoir (dégazage )
8                             Conduite d'alimentation de carburant

Le réservoir du carburant est basé sur la même conception de celui monté sur les séries E92.Bien que la forme a été modifiée afin d’accueillir le système d’échappement. Les deux corps intérieurs du réservoir sont nouveaux. La pompe à carburant est montée dans la partie droite du réservoir, tandis que le régulateur de pression est installé dans l’unité gauche dans la partie avant du filtre à carburant.

Les conduites de ventilation ont été conçues spécialement pour ce modèle, tandis que toutes les autres conduites ont été reprises de la E92 335i.La version américaine est équipée d’une unité d’une unité de diagnostic de fuites.

Les commandes électriques sont décrites dans la partie concernant le système MSS60 de gestion électronique du moteur.

Système de refroidissement

Index                       Explication

1                             Refroidisseur d'huile de boîte de vitesses
2                             Refroidisseur d'huile moteur

Index                       Explication

1                             Refroidisseur d'huile de boîte de vitesses
2                             Refroidisseur d'huile moteur
3                             Radiateur
4                             Refroidisseur de liquide hydraulique de direction

La pompe de refroidissement mécanique a été prise du moteur S85.La poulie de la pompe à eau a été réadapté à cause de la réduction du taux de débit d’eau dans le moteur S65 en comparaison avec le moteur S85 et se caractérise par un diamètre plus large, ce qui permet de réduire la vitesse de rotation de la pompe.

Un radiateur à flux transversal en une seule pièce est utilisé pour refroidir les 2 rangées du moteur à la différence du moteur S85 qui est équipé d’un radiateur composé de 2 parties dont chacune refroidisse une rangée spécifique du moteur. Les composants suivants ont été adaptées pour la M3 :
-Le vase d’expansion du liquide de refroidissement.
-Le radiateur à flux transversal.
-Les durites du radiateur.
-Le thermostat.
-Le ventilateur électrique.
Les refroidisseurs d’huiles de boîte de vitesses et de direction sont les mêmes montés dans les séries modèles E92.

Index                       Explication

1                             Ensemble radiateur
2                             Ventilateur
3                             Vase d'expansion

La commande du ventilateur électrique est décrite dans la partie concernant le système MSS60 de gestion électronique du moteur.

Système d'échappement

Les tuyaux d’échappement des véhicules M sont fabriqués selon la technologie innovante de l’hydroformage intérieur sous haute pression (IHU). Cette technologie a été utilisée pour la première fois dans le monde dans la BMW M3 en 1992, depuis lors elle est en amélioration continue.
Actuellement, cette technologie est également utilisée dans les véhicules « AG ». Elle permet une mise en forme sans soudure des tuyauteries d’échappement en acier inoxydable sous une pression intérieure qui peut atteindre 800 bars. Résultat : des parois d’une extrême minceur comprise entre 0.65 et 1 mm, ce qui signifie un allégement considérable de la structure du système d’échappement, et une réponse des pots catalytiques encore mieux optimisée.

Les convertisseurs peuvent être encore optimisés. En même temps la technologie IHU permet de concevoir des formes sans précédents ainsi que des tolérances géométriques encore plus efficaces. Les sections transversales des tuyaux aussi larges que possibles sont utilisées afin de réduire la résistance à l’écoulement des gaz. Le système d’échappement est complétement fabriqué en acier inoxydable et permet un double flux.
Le collecteur d’échappement « 4 en 1 » pour chaque rangée de cylindres tel qu’il est utilisé dans les sports automobiles se caractérise par une longueur et une section transversale conçue pour permettre une utilisation optimale des forces dynamiques des flux des gaz d’échappement et pour éviter ainsi la contre pression inutile.

Index                       Explication

1                             Collecteur
2                             Convertisseur catalytique proche du moteur
3                             Convertisseur catalytique principal
4                             Silencieux d'échappement
5                             Silencieux final

Le système d’échappement est doté d’un convertisseur catalytique métallique qui se caractérise par un temps de réponse très rapide et qui est situé près du moteur (approximativement 20 cm derrière le collecteur d’échappement). Il est suivi par le convertisseur principal. Les deux silencieux frontal et final liés par les tuyauteries d’échappement ont un volume total de 35 litres et sont fabriqués selon la conception d’absorption.

Les sondes lambda sont situées avant et après les deux côtés des convertisseurs catalytiques en face du moteur. Le capteur de température des gaz d’échappement qui est monté dans les modèles M précédents n’est plus utile et est remplacé par une cartographie de calcul dans le système de gestion électronique.

Le moteur S65 satisfait aux exigences de la norme européenne EU4 et la classification américaine LEV 2.

A des températures maximales de fonctionnement, l’ensemble du système d’échappement peut se dilater de 35 mm.