ForumBMW.net

Moteur mécanique

Aux premiers stades du développement des moteurs diesel, la plupart, sinon la totalité, étaient utilisés dans des applications stationnaires pour la production d'électricité, le pompage ou pour fournir de l'énergie motrice aux gros navires. Les moteurs étaient lourds et peu pratiques pour le transport terrestre. Au début du 20ème siècle, les diesels ont été progressivement réduits et améliorés pour rendre les applications mobiles possibles.

Bien que les moteurs diesel aient toujours été plus efficaces mécaniquement et thermiquement que les moteurs à essence, les premiers modèles étaient lourds et prenaient beaucoup de place. Ainsi, une grande partie du développement précoce des moteurs diesel «mobiles» s'est concentrée autour des poids lourds. Au moment où les moteurs diesel ont été adaptés aux automobiles dans les années 1930, la taille du moteur a été réduite et allégée considérablement. Mais, cette réduction de poids n'était toujours pas suffisante pour rendre le moteur diesel un grand performer.

La plupart des premiers moteurs diesel d'automobile utilisaient des blocs-cylindres en fonte et des culasses. Le rendement énergétique obtenu grâce à l'utilisation de moteurs diesel a été quelque peu compensé par la conception plus lourde des moteurs. En conséquence, la performance a souffert et l'opinion générale des moteurs diesel était qu'ils étaient lents et lents.

BMW n'a pas commencé à développer un moteur diesel avant la fin des années 1970, lorsque les prix du carburant étaient sur le déclin et que l'environnement devenait une préoccupation. La performance léthargique des premiers moteurs diesel ne correspondait pas au style de conduite «sportif» des clients BMW. Au fil des années, d'autres constructeurs de véhicules ont conçu des moteurs diesel et des véhicules à moteur diesel commercialisés, mais la plupart n'étaient pas considérés comme sportifs ou performants. Par conséquent, BMW a dû développer un moteur diesel qui était une «vraie» alternative au moteur à essence. Rien de moins ne cadrerait dans l'image de la "machine de conduite ultime".

Le développement du moteur M21 a été précédé par un moteur diesel expérimental connu sous le nom de M105 qui a été initialement développé en 1978. La version de production du premier moteur diesel BMW (M21) sera introduite en 1983.

Les premiers moteurs diesel BMW utilisaient la fonte pour la construction des carters. Cela était dû aux pressions élevées de la chambre de combustion générées dans le cycle de combustion du diesel.

Les derniers moteurs diesel de BMW profitent des avancées de la technologie de coulée d'aluminium. Cela permet aux moteurs diesel actuels et futurs d'être plus légers sans compromettre la résistance. Certains des autres domaines qui sont différents dans les moteurs diesel s'étendent à de nombreux composants internes du moteur. Ces zones comprennent les pistons, vilebrequin, bielles, culasse et valvetrain. Ces composants sont généralement plus solides et sont construits de matériaux différents par rapport à leurs homologues sur les moteurs à essence.

Comparaison de construction de carters moteur

Afin d'être compatible avec les pressions de combustion et le couple de sortie plus élevés dans un moteur diesel, le carter doit être plus solide et plus robuste qu'un moteur à essence. Les premiers moteurs diesel BMW utilisaient un carter en fonte, mais les avancées actuelles dans la technologie de coulée d'aluminium ont permis l'utilisation de blocs-cylindres en alliage léger pour les applications diesel. Le nouveau carter en aluminium M57 économise 20 kg sur la version en fonte.

L'un des premiers moteurs à utiliser cette technologie était le M57TU2 (6 cylindres) et plus tard le M67TU (8 cylindres). Ces deux moteurs ont été introduits pour l'année modèle 2005 (sur les marchés non américains). Le carter de vilebrequin en aluminium comporte des nervures coulées à l'extérieur en plus d'un alliage d'aluminium plus résistant pour assurer une rigidité optimale du bloc.

Les graphiques ci-dessous illustrent les différences entre le carter d'un moteur diesel et le carter d'un moteur à essence. Notez les nervures de fonte supplémentaires sur le carter de moteur diesel qui contribue à la rigidité nécessaire. La rigidité du bloc est encore optimisée par la conception du pont fermé par rapport au pont découvert du moteur N54 / N52.

Carter

Contrairement à la version européenne, le moteur américain M57D30T2 a un panneau de renfort plus large sur le dessous du carter. Le panneau de renfort couvre maintenant quatre des principaux paliers pour le vilebrequin. En principe, le panneau de renfort sert à améliorer la stabilité du carter.

Cependant, l'agrandissement a été réalisé uniquement pour des raisons acoustiques.

Note: Ne jamais conduire le véhicule sans le panneau de renfort

Carénage Vent

L'évent du carter dans la version US est chauffé. En outre, le fonctionnement du reniflard de carter est surveillé par OBD. C'est parce qu'un système qui fuit augmenterait les émissions non désirées.

La seule raison probable d'une fuite dans le système serait que le tuyau de soufflage ne soit pas connecté au couvercle de la culasse. Afin de faciliter la protection de cette situation par l'OBD, la conduite de chauffage est acheminée via un connecteur vers le couvercle de culasse (2).

Essentiellement, ce connecteur sert uniquement de pont afin que l'actionnement du système de chauffage soit bouclé. La connexion de la prise est conçue de manière à ce que le contact correct soit établi uniquement lorsque le tuyau de soufflage a été correctement raccordé au couvercle de la culasse, le contact du système de chauffage n'étant pas fermé si le tuyau de soufflage n'est pas raccordé à la culasse. Le système OBD reconnaît cette situation comme un défaut.

Remarque: Si le tuyau d'alimentation n'est pas correctement raccordé à la culasse, l'OBD activera le témoin d'anomalie (MIL).

Remarque:

Lors des réparations qui concernent des dysfonctionnements du système de ventilation du carter. Ou, si des réparations sont apportées à un turbocompresseur qui a fui de l'huile dans le moteur, assurez-vous d'enlever toute l'huile résiduelle dans le système d'admission d'air.

Ne pas le faire peut entraîner une situation de surrégime du moteur causant des dommages irréparables au moteur. Dans ce cas, la garantie peut être affectée.

Pistons, vilebrequins et bielles

L'une des principales différences entre les moteurs à essence et diesel est dans les pistons. Les pistons d'un moteur diesel sont soumis à des pressions très élevées et doivent donc être considérablement plus forts. Sur le piston diesel, une partie de la chambre de combustion se trouve dans la couronne.

Piston - Moteur diesel

Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessus, le piston diesel est plus robuste. La couronne et la jupe du piston sont nettement plus épaisses. En ce qui concerne le matériau, un alliage d'aluminium plus fort est utilisé. La zone située entre la couronne du piston et la première couronne (zone de feu) est beaucoup plus grande que celle utilisée sur un moteur à essence.

La couronne de piston elle-même est unique et présente des reliefs de valve minimaux et une grande cavité. Cet évidement est utilisé pour accommoder le jet de pulvérisation de l'injecteur et aider à la formation du mélange. La tige de piston est également plus grande et comporte une bague dans le bossage de la tige de piston.

Un passage de refroidissement d'huile dans le piston permet à un jet d'huile sous pression d'englober complètement la face inférieure du piston pour maintenir la couronne du piston au frais. Cela augmente la durée de vie du piston et de l'anneau tout en aidant à réduire les émissions de NOx.

L'axe du piston a un plus grand décalage que dans la version européenne. Le décalage de l'axe du piston signifie que l'axe du piston est légèrement décentré.

Ceci fournit des avantages acoustiques lors des changements de contact du piston. Les avantages acoustiques de l'augmentation du décalage sont encore développés en particulier au ralenti.

Piston - Moteur à essence

Ce piston à essence ci-dessus reflète le type utilisé sur un moteur à essence conventionnel. La jupe du piston par rapport au piston diesel est assez mince. Les objectifs de conception sur un piston à essence comprennent la fabrication d'une unité forte mais légère qui est également "optimisée par friction".

Les reliefs de la soupape sont plus prononcés pour permettre une levée de soupape supplémentaire. L'axe du piston est plus petit et conique pour économiser du poids sans compromettre la résistance.

Afin de contenir les forces supplémentaires générées dans le cycle de combustion diesel, le vilebrequin est fabriqué en acier forgé, les vilebrequins en fonte ne sont pas utilisés. Dans certains cas, les diamètres des tourillons de vilebrequin sont légèrement plus grands. Cela dépend de la version du moteur.

Les bielles doivent également être plus résistantes pour absorber les forces supplémentaires dues au processus de combustion. Pour ce faire, les tiges sont fabriquées en acier forgé et sont nettement plus épaisses dans la zone de la poutre et possèdent une tige de piston plus grande.

Roulements

Les roulements de bielle sont maintenant sans plomb. L'arrangement de roulement par pulvérisation cathodique familier est encore utilisé.
Le palier supérieur (côté bielle) est un palier de pulvérisation à trois couches. Le côté du bouchon est un palier à deux couches sans pulvérisation.

Les paliers principaux du vilebrequin sont toujours les paliers conventionnels à trois couches (à base de plomb).

Les futures conceptions de moteurs utiliseront des roulements complètement "sans plomb".

Remarque: Le vilebrequin illustré ci-dessus n'est pas une version américaine, en raison de l'emplacement de la roue du capteur de vitesse du vilebrequin.

Culasse et Valvetrain

La culasse sur un moteur diesel diffère de plusieurs façons par rapport à une culasse sur un moteur à essence. Évidemment, il n'y a pas de place pour les bougies d'allumage, mais plutôt les bougies de préchauffage sont situées au centre de la chambre de combustion.

L'injecteur de carburant est également situé au centre de la chambre de combustion, à côté de la bougie de préchauffage.

L'angle des soupapes d'un moteur diesel BMW est également légèrement différent par rapport à un moteur à essence. Les moteurs à essence dépendent de l'optimisation du débit d'air d'admission pour répondre aux exigences d'efficacité volumétrique. Ainsi, les moteurs à essence BMW dépendent de la conception de l'admission et de la culasse pour atteindre ces objectifs. D'autre part, les moteurs diesel sont déjà efficaces dans ce domaine en raison du fait que la manette des gaz est ouverte la plupart du temps. Cela réduit les pertes par pompage et améliore le flux d'air sans recourir à des conceptions spéciales. Lorsque vous comparez les vues en coupe des deux culasses ci-dessous, remarquez l'angle des soupapes. Les moteurs à essence utilisent un angle plus extrême entre les soupapes d'admission et d'échappement pour améliorer l'écoulement et aider à former la forme de la chambre de combustion. Le moteur diesel a une disposition de soupape beaucoup moins extrême et la chambre de combustion est relativement inexistante.

Il est également important de noter que les soupapes d'admission et d'échappement des moteurs à essence sont de tailles différentes, les soupapes d'admission étant plus grandes que les soupapes d'échappement.

Le moteur N54, par exemple, a des soupapes d'admission de 31,5 mm et des soupapes d'échappement de 28 mm de diamètre. Certains des moteurs diesel précédents avaient des soupapes qui sont de la même taille. Le M57TU1 TOP, qui n'est pas un moteur de la version américaine, a un diamètre de soupape de 25,9 mm pour toutes les soupapes, à la fois d'admission et d'échappement. Cependant, le TOP M57TU2 (M57D30T2) utilise seulement une soupape d'admission légèrement plus grande de 27,4 millimètres.

Arbres à cames

Les arbres à cames sur le M57 sont un design composite pour des économies de poids. Ce processus est appelé le processus "Presta" qui utilise un tube en acier pour l'arbre à cames. Le tube est roulé pour créer une zone "moletée" autour de sa circonférence.

Les lobes ont des cannelures qui interfèrent avec le moletage sur le tube d'arbre à cames. Les lobes sont enfoncés et bloqués sur l'arbre à cames dans les positions spécifiées.

Ce processus fournit la force avec une réduction considérable du poids.

Système de lubrification

Le circuit d'huile sert à fournir de l'huile à tous les points du moteur nécessitant une lubrification et un refroidissement. Comme tous les moteurs BMW, le moteur diesel est équipé d'un système de lubrification à alimentation forcée. L'huile aspirée par la pompe à huile du carter d'huile via un tuyau d'admission traverse le filtre à huile à passage intégral et passe ensuite dans la galerie principale d'huile ou dans le canal qui est normalement parallèle au vilebrequin dans le bloc moteur.

Les galeries de dérivation mènent aux paliers principaux du vilebrequin. Le vilebrequin a des trous correspondants pour alimenter l'huile des paliers principaux aux manetons et aux tourillons de bielle. Une partie de l'huile est dérivée de la galerie d'huile principale et envoyée aux points de lubrification correspondants dans la culasse. L'aperçu du système suivant utilise le moteur M57 comme exemple pour illustrer la disposition générale du circuit d'huile.

Du carter d'huile à la pompe à huile

La pompe à huile (3) aspire l'huile du carter d'huile (6) via le tuyau d'admission avec tamis à huile (5). Le tuyau d'admission est positionné de sorte que l'ouverture d'admission soit au-dessus du niveau d'huile (4) dans toutes les conditions de fonctionnement. Un filtre à huile est intégré dans le tuyau d'admission afin d'éloigner les grosses particules de saleté de la pompe à huile.

La pompe à huile

Différents types de pompe à huile sont utilisés sur les moteurs BMW. Sur les moteurs diesel actuels, une pompe de type rotor est utilisée.

Principe fonctionnel

L'huile est aspirée par la pompe à huile du rotor et livrée du côté de la pression. L'huile passe par la galerie d'huile (6) jusqu'au filtre à huile puis dans la galerie principale. L'huile retourne dans le carter de pompe à huile via une galerie d'huile filtrée (5) où elle est utilisée, par exemple, pour alimenter les buses de pulvérisation d'huile pour le refroidissement du piston.

La chambre de commande de la soupape de surpression est reliée à cette galerie d'huile filtrée (5) au moyen d'un trou (4). Par conséquent, la pression du système dans le circuit d'huile est également appliquée dans la chambre de commande.

Le piston de commande (2) qui est actionné par le ressort de compression (1) forme la limite d'un côté de la chambre de commande. La force du ressort de compression (1) détermine la pression d'ouverture de la soupape de surpression.

Le piston de commande (2) est déplacé contre la force du ressort lorsque la pression du système dans le circuit d'huile, c'est-à-dire également dans la chambre de commande, augmente. La forme particulière du piston de commande (2) ouvre une connexion entre le côté pression de la pompe à huile du rotor et l'admission.

Le circuit d'huile est court-circuité. Déterminé par les conditions de pression, une certaine quantité d'huile s'écoule par conséquent du côté de pression dans l'admission. Plus le piston de commande (2) est ouvert, plus la quantité d'huile qui s'écoule est grande et la pression du système diminue.

Puisque le piston de commande (2) est ouvert par la pression du système, l'équilibre est établi. De cette manière, une pression maximale requise dans le système est maintenant dépassée car elle est déterminée par la force du ressort de compression (1).

Il y a deux raisons pour appliquer une pression d'huile à la soupape de décharge en aval du filtre à huile:

• La pression d'huile réellement dans le système est appliquée et non la pression entre la pompe à huile et le filtre à huile. Si le filtre à huile était sale, cette pression serait plus élevée et la soupape de surpression s'ouvrirait avant que la pression maximale soit atteinte dans le système.

• L'huile est calmée dans le filtre à huile. Par conséquent, la soupape de surpression n'est pas soumise à des pics de pression, ce qui permet un fonctionnement plus précis de la soupape.

Soupape de limitation de pression

La soupape de surpression protège contre une pression d'huile trop élevée, par ex. lors du démarrage du moteur avec l'huile froide. Cette fonction protège à son tour la pompe à huile, l'entraînement de la pompe à huile, le filtre à huile et le refroidisseur d'huile. La soupape de décharge de pression est installée sur le côté refoulement entre la pompe à huile et le filtre à huile. La soupape de surpression est disposée le plus près possible de la pompe à huile, souvent directement dans le carter de la pompe à huile.

La pression d'ouverture et de contrôle dépend du type de moteur respectif et est comprise entre 3 bars et 5. Plus précisément, la pression de commande sur le M57TU2 est de 4,0 bars.

Filtrage d'huile

Le but du filtre à huile est de nettoyer l'huile et d'empêcher les particules de saleté de pénétrer dans le circuit d'huile. Les moteurs diesel BMW utilisent le filtre à huile à passage intégral qui permet à tout le volume d'huile acheminé par la pompe à huile de passer à travers le filtre avant d'être acheminé vers les points de lubrification.

De la pompe à huile, l'huile est introduite dans le module de filtre à huile, puis dans le système de refroidissement correspondant à l'exigence et à la version. Le module de filtre à huile contient des vannes qui remplissent diverses tâches, telles que le vidange du filtre, le contournement du filtre en cas de colmatage et l'absence de vidange des galeries d'huile.

Le couvercle du filtre à huile (2) est relié au boîtier du filtre à huile (3) au moyen d'un long goujon fileté. Lorsque le couvercle du filtre à huile (2) est retiré, le goujon fileté libère une ouverture de vidange d'huile (6) par laquelle le logement du filtre à huile (3) peut être vidé.

Remarque: Les joints d'étanchéité du raccord fileté du couvercle du filtre à huile doivent toujours être remplacés dans le cadre de la procédure de service d'huile. Les joints sont fournis avec le filtre à huile d'origine. Le raccord à vis du couvercle du filtre à huile doit être serré au couple spécifié, défini dans TIS.

Clapet anti-retour

La pompe à huile pompe l'huile dans le filtre à huile (10). Un clapet anti-retour (5) empêche le vidange du filtre à huile (10) lorsque le moteur ne tourne pas. Cette fonction garantit que les points de lubrification sont alimentés en huile pour le démarrage du moteur. L'huile doit surmonter une pression d'ouverture dans le clapet anti-retour (5) de 0,2 bar. Les galets d'huile vidangés peuvent causer du bruit ou même des performances médiocres du moteur peu de temps après le démarrage d'un moteur qui a été stationnaire pendant une période plus longue.

Valve de dérivation de filtre

Le système comprend une soupape de dérivation de filtre (11) destinée à maintenir l'alimentation en huile aux points de lubrification même lorsque le filtre à huile (10) est sale. Si la pression d'huile augmente parce que le filtre à huile (10) est colmaté, la soupape de dérivation du filtre (11) s'ouvre à une surpression de 2,5 bars et l'huile s'écoule (non filtrée) vers les points de lubrification.

Soupape de dérivation d'échangeur de chaleur

La soupape de dérivation de l'échangeur de chaleur (8) a la même fonction que la soupape de dérivation du filtre (1). Si la pression d'huile augmente parce que l'échangeur de chaleur huile-réfrigérant (9) est obstrué, la soupape de dérivation (8) de l'échangeur de chaleur s'ouvre à une pression de 2,3 bar, permettant à l'huile de lubrification (non refroidie) de circuler points.

Refroidissement d'huile moteur

Les moteurs et moteurs à haute performance soumis à de fortes charges thermiques risquent de devenir trop chauds pendant le fonctionnement du véhicule. Dans ce cas, la viscosité diminue - l'huile perd son pouvoir lubrifiant et la consommation d'huile augmente.

Cela entraîne des dépôts dans la chambre de combustion. Le film d'huile peut se détériorer et endommager le palier et le piston. Ces problèmes peuvent être évités en utilisant un refroidisseur d'huile moteur.

Ces refroidisseurs supplémentaires sont utilisés si les pertes thermiques ne peuvent plus être dissipées sur la surface du carter d'huile ou du carter afin que les températures d'huile autorisées soient dépassées. Les échangeurs de chaleur huile-air ou huile-liquide de refroidissement sont utilisés pour refroidir l'huile.

Échangeur de chaleur huile-air

Un refroidisseur d'huile de moteur conventionnel est conçu comme un échangeur de chaleur huile-air. Cela signifie que la chaleur est transmise de l'huile à l'air ambiant sans autre milieu impliqué. La conception d'un tel refroidisseur d'huile moteur est comparable à celle d'un radiateur de liquide de refroidissement. L'huile circule à travers le refroidisseur d'huile moteur avec sa grande surface facilitant la dissipation thermique efficace.

Échangeur de chaleur huile-réfrigérant

Les échangeurs de chaleur huile-réfrigérant sont utilisés dans le système de gestion de la chaleur des fluides moteur et de l'huile moteur. Ils assurent que l'huile chauffe rapidement tout en refroidissant suffisamment l'huile. L'huile moteur et le liquide de refroidissement se transforment à travers l'échangeur de chaleur huile-réfrigérant sur plusieurs plans, transférant ainsi la chaleur d'un fluide à l'autre.

Buses de pulvérisation d'huile

Des buses de pulvérisation d'huile sont utilisées pour alimenter l'huile à des fins de lubrification ou de refroidissement à des positions définies de pièces mobiles qui ne peuvent pas être atteintes via des galeries d'huile.

Résumé des changements pour le M57D30T2 (États-Unis)

Le tableau suivant donne un aperçu des caractéristiques spéciales du moteur américain M57D30T2. Ils sont divisés en différentes catégories.

• Nouveau développement signifie une technologie qui n'a jamais été utilisée sur les moteurs BMW.
• Modification signifie un composant spécifiquement conçu pour le moteur américain M57D30T2 mais qui ne représente pas un composant technique.
innovation.
• Adopté décrit un composant déjà utilisé dans d'autres moteurs BMW.

Ces informations ne concernent que les principales modifications apportées au moteur M57D30T2 par rapport à la version européenne, ainsi que les systèmes fondamentaux des véhicules spécifiques aux moteurs diesel.