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Table des matières

Gestion moteur BMW N51, N52 et N54

Sujet

NG6 Gestion du moteur
Gestion de l'air
Approvisionnement en carburant et gestion
Gestion de l'allumage
Gestion des émissions

2007 Gestion du moteur

Modèle: Tous avec 6 cylindres pour 2007

Production: à partir de 9/2006

Objectifs

Après l'achèvement de ce dossier, vous serez en mesure de:

• Décrire les changements apportés aux nouveaux systèmes de gestion du moteur
• Comprendre le fonctionnement du système HPI
• Comprendre le turbocompresseur parallèle
• Comprendre les caractéristiques du moteur N51 SULEV II

NG6 Gestion du moteur

Pour accompagner les nouveaux moteurs NG6, 2 nouvelles versions de systèmes de gestion moteur sont introduites pour 2007. Les deux systèmes sont des variantes de la gestion moteur MSV70 qui est familière du moteur N52 pour 2006.

Les deux systèmes sont les suivants:

• Gestion du moteur MSV80 pour les moteurs N52KP et N51 (SULEV II)
• Gestion du moteur MSD80 pour le moteur N54

Les deux systèmes utilisent un traitement amélioré et sont adaptés à chacune des applications spécifiques du moteur. Les deux modules de contrôle sont identiques et adaptés de MSV70.

Les informations contenues dans ce module de formation sont uniquement destinées à examiner les mises à jour des systèmes de gestion du moteur telles qu'elles s'appliquent aux moteurs N54, N52KP et N51. Pour plus de détails sur les moteurs NG 6 commençant par le N52, se référer au module d'entraînement "ST501 - New Engine Technology".

Gestion de l'air

En ce qui concerne le moteur N54, les conduits d'admission d'air jouent un rôle important en raison des exigences pour un moteur turbocompressé. En principe, l'énergie des gaz d'échappement s'échappant est utilisée pour "précomprimer" l'air frais introduit et introduire ainsi une plus grande masse d'air dans la chambre de combustion. Ceci n'est possible que si la conduite d'admission d'air est étanche et correctement installée.

Il est important de noter que lors des travaux sur les conduits d'admission d'air, il est très important de s'assurer que les composants sont installés dans les bonnes positions et que tous les tuyaux sont raccordés avec des joints étanches.

Un système qui fuit peut entraîner une pression de suralimentation erronée. Ceci serait détecté par le système de gestion du moteur et aboutirait finalement à un fonctionnement "à la maison". Cela serait accompagné d'une perte notable de la puissance du moteur.

Pour certaines des connexions, il existe des outils spéciaux conçus pour connecter et déconnecter certains conduits afin d'assurer des connexions «sans fuite».

Exemple de connexions Intercooler

Vue d'ensemble de la conduite d'air

L'air frais est aspiré par le filtre à air (10) et les conduites d'aspiration d'air de suralimentation (6 + 18) par les compresseurs des turbocompresseurs (23 + 24) et comprimé.

Comme les turbocompresseurs peuvent devenir très chauds pendant le fonctionnement, ils sont connectés aux circuits de refroidissement et d'huile moteur du moteur. L'air de suralimentation est fortement chauffé lorsqu'il est comprimé dans le turbocompresseur, rendant nécessaire le refroidissement de l'air dans un refroidisseur intermédiaire (16).

L'air de suralimentation comprimé et refroidi est acheminé depuis le refroidisseur intermédiaire via la soupape d'étranglement (12) dans le collecteur d'admission. Le système est équipé de plusieurs capteurs et actionneurs afin de garantir que la charge d'air frais est adaptée de manière optimale aux conditions de fonctionnement respectives du moteur. La façon dont ces interrelations complexes sont contrôlées est discutée ci-dessous.

Turbocompression de gaz d'échappement

Le turbocompresseur est entraîné par les gaz d'échappement du moteur, c'est-à-dire que les gaz d'échappement sous pression sont acheminés par la turbine du turbocompresseur et délivre ainsi la force motrice au compresseur, qui tourne sur le même arbre.

C'est ici que l'air d'induction est précomprimé de telle sorte qu'une masse d'air plus élevée est admise dans la chambre de combustion du moteur. De cette manière, il est possible d'injecter et de brûler une plus grande quantité de carburant, ce qui augmente la puissance et le couple du moteur.

La turbine et le compresseur peuvent tourner à des vitesses allant jusqu'à 200 000 tr / min.

La température d'entrée d'échappement peut atteindre un maximum de 1050 ° C. En raison de ces températures élevées, les turbocompresseurs du moteur N54 sont non seulement reliés au système d'huile moteur mais également intégrés dans le circuit de refroidissement du moteur.

La pompe à liquide de refroidissement du moteur N54 peut être utilisée même après que le moteur a été arrêté pour dissiper la chaleur résiduelle des turbocompresseurs et éviter ainsi la surchauffe de l'huile de lubrification dans le corps de palier.

Bi-turbocompresseur

La plus grande importance est attachée à la réponse du turbocompresseur dans le moteur N54. Une réponse retardée à la commande du conducteur, c'est-à-dire la position de la pédale d'accélérateur, n'est pas acceptable. Le conducteur ne doit donc pas subir de "retard turbo".

Cette exigence est satisfaite dans le moteur N54 avec deux petits turbocompresseurs, qui sont connectés en parallèle. Les cylindres 1, 2 et 3 (rangée 1) entraînent le premier turbocompresseur (5) tandis que les cylindres 4, 5 et 6 (groupe 2) entraînent le second (2).

L'avantage d'un petit turbocompresseur réside dans le fait que, lorsque le turbocompresseur tourne à pleine vitesse, le moment d'inertie inférieur de la turbine provoque une accélération des masses et donc une pression de suralimentation plus élevée en moins de temps. .

Contrôle de la surpression

La pression de suralimentation des turbocompresseurs dépend directement du débit de gaz d'échappement qui atteint les turbines du turbocompresseur. La vitesse et la masse du flux des gaz d'échappement dépendent directement du régime moteur et de la charge du moteur.

Le système de gestion du moteur utilise des soupapes de décharge pour contrôler la pression de suralimentation. Ces vannes sont actionnées par des actionneurs à pression de vide, qui sont commandés par des transducteurs de pression élec-tropneumatiques via le système de gestion du moteur.

La dépression est générée par la pompe à vide entraînée en permanence et stockée dans un accumulateur de pression. Le système est conçu pour garantir que ces charges et les consommateurs n'ont pas d'influence négative sur la fonction de freinage.

Le flux de gaz d'échappement peut être entièrement ou partiellement dirigé vers la roue de turbine avec les soupapes de décharge. Lorsque la pression de suralimentation a atteint le niveau souhaité, la soupape de décharge commence à s'ouvrir et dirige une partie du flux de gaz d'échappement au-delà de la roue de turbine.
Cela empêche la turbine d'augmenter encore la vitesse du compresseur.
Cette option de contrôle permet au système de répondre à diverses situations de fonctionnement.

En phase de ralenti, les soupapes de décharge des deux turbocompresseurs sont fermées. Cela permet d'utiliser le débit total de gaz d'échappement disponible pour accélérer le compresseur déjà à ces bas régimes.

Lorsque la puissance est ensuite demandée au moteur, le compresseur peut fournir la pression de suralimentation requise sans retard notable. En situation de pleine charge, la pression de suralimentation est maintenue à un niveau élevé constant lorsque le couple maximal admissible est atteint par une ouverture partielle des soupapes de décharge. De cette manière, les compresseurs sont seulement amenés à tourner à une vitesse qui est demandée par la situation de fonctionnement.

Le processus d'ouverture des soupapes de décharge élimine l'énergie d'entraînement de la turbine de sorte qu'il n'y a plus d'augmentation de la pression de suralimentation, ce qui améliore la consommation globale de carburant.

À pleine charge, le moteur N54 fonctionne à une surpression allant jusqu'à 0,8 bar dans le collecteur d'admission.

Contrôle de soufflage

Les soupapes de vidange du moteur N54 réduisent les pics de pression de suralimentation indésirables qui peuvent survenir lorsque la soupape d'étranglement se ferme rapidement. Ils ont donc une fonction importante en ce qui concerne l'acoustique du moteur et aident à protéger les composants du turbocompresseur.

Une dépression est générée dans le collecteur d'admission lorsque la soupape d'étranglement est fermée à des régimes élevés. Ceci entraîne une accumulation de pression dynamique élevée après le compresseur qui ne peut pas s'échapper car le trajet vers le collecteur d'admission est bloqué.

Cela conduit à un "pompage" du turbocompresseur qui signifie que:

• un bruit de pompage clairement perceptible et perturbateur peut être entendu,
• et ce bruit de pompage s'accompagne d'une charge nuisible aux composants s'exerçant sur le turbocompresseur, puisque les ondes de pression à haute fréquence exercent une charge axiale sur les paliers du turbocompresseur

Les soupapes de décharge sont des soupapes à membrane à ressort à commande mécanique qui sont activées par la pression du collecteur d'admission comme suit:

En cas de différentiel de pression avant et après la soupape d'étranglement, les soupapes d'échappement sont ouvertes par la pression du collecteur d'admission et la pression de suralimentation est déviée vers le côté admission du compresseur. Les soupapes de décharge s'ouvrent à partir d'une pression différentielle de 0,3 bar. Ce processus empêche l'effet de pompage perturbateur et nuisible aux composants.

La conception du système stipule que les soupapes d'échappement sont également ouvertes pendant le fonctionnement proche du ralenti (pression différentielle Pcharger / Psuction = 0,3 bar). Cependant, cela n'a pas d'autres effets sur le système de turbocompresseur.

Le turbocompresseur est pressurisé avec le plein débit de gaz d'échappement à ces faibles vitesses et accumule déjà un certain niveau de précharge d'air d'admission dans la plage proche du ralenti.

Si la soupape d'étranglement est ouverte à ce moment, la pression de suralimentation requise est très rapidement mise à la disposition du moteur.

L'un des avantages majeurs des vannes à clapet à commande par dépression est qu'elles peuvent être partiellement ouvertes dans le milieu de gamme afin de ne pas permettre une précharge excessive de l'air d'admission au détriment de la consommation de carburant. Dans la plage de charge supérieure, ils prennent la position de commande requise correspondant à la pression de suralimentation nécessaire.

Refroidissement par air de suralimentation

Le refroidissement de l'air de suralimentation du moteur N54 permet d'augmenter la puissance et de réduire la consommation de carburant. L'air de suralimentation chauffé dans le turbocompresseur par sa température de composant et par compression est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire jusqu'à 80 ° C.

Cela augmente la densité de l'air de suralimentation, ce qui améliore la charge dans la chambre de combustion. Cela entraîne un niveau inférieur de pression de suralimentation requise. Le risque de cliquetis est également réduit et le moteur fonctionne avec une efficacité améliorée.

Contrôle de charge

Le contrôle de la charge du moteur N54 est effectué au moyen de la soupape d'étranglement et des soupapes de vidange.

La soupape d'étranglement est le composant principal de ce processus. Les soupapes de décharge sont actionnées pour obtenir un réglage précis de la pression de suralimentation. À pleine charge, la soupape d'étranglement est complètement ouverte et le contrôle de la charge est assuré par les soupapes de décharge.

Le graphique de contrôle de charge montre que les vannes de wastegate sont intégrées dans le contrôle de charge dans toutes les situations de fonctionnement du moteur N54 sur la base de la commande de carte.

Variables contrôlées

Les variables suivantes, entre autres, influencent le contrôle de la pression de suralimentation du moteur N54:

• Température de l'air d'admission
• La vitesse du moteur
• Position du papillon des gaz
• Pression ambiante
• Pression du collecteur d'admission
• Pression avant la soupape d'étranglement (variable de référence)

Les transducteurs de pression électropneumatiques sont activés par l'unité de commande du moteur sur la base de ces variables. Le résultat de cette activation peut être vérifié à partir de la pression de suralimentation atteinte, mesurée avant le papillon des gaz.

Il s'ensuit une comparaison de la pression de suralimentation obtenue avec les données de consigne de la carte de programme, qui peut le cas échéant donner lieu à une correction d'activation.

Le système contrôle et surveille donc lui-même pendant le fonctionnement.

Mode Limp-Home

En cas de dysfonctionnement, de valeurs invraisemblables ou de défaillance de l'un des capteurs impliqués dans le contrôle du turbocompresseur, l'activation des soupapes de décharge est arrêtée et les volets de soupape sont ainsi complètement ouverts. Le turbocompresseur cesse à ce stade.

La liste ci-dessous présente les composants ou groupes fonctionnels du moteur N54 dans lesquels une défaillance, un dysfonctionnement ou des valeurs invraisemblables entraînent la désactivation du contrôle de la pression de suralimentation. Le conducteur est alerté d'un défaut de ce type via une indication EML.

• Système de carburant haute pression
• Entrée VANOS
• Échappement VANOS
• Capteur de vilebrequin
• Capteur d'arbre à cames
• Capteur de surpression
• Capteurs de frappe
• Sonde de température d'air d'admission

Un principe de la réparation de véhicules est particulièrement important à cet égard:
Il est important de se concentrer sur les causes plutôt que sur les effets.

En ce qui concerne le diagnostic et la réparation ultérieure des composants de la turbocompresseur, il est important de s'assurer qu'ils sont également identifiés comme des composants défectueux avec la technologie de diagnostic disponible.

Il est toujours essentiel de s'assurer que la cause de la panne est déterminée et rectifiée et que, si nécessaire, les symptômes de conséquences de la panne ne sont pas traités.

Ainsi, par exemple, une bride qui fuit sur le refroidisseur intermédiaire peut avoir des conséquences importantes.

Le moteur N54 est également régi par trois règles de procédure:

1. Ne pas tracer de façon imprudente la perte de puissance et les défaillances du moteur vers le turbocompresseur. Pour éviter le remplacement des turbocompresseurs en parfait état de fonctionnement, il convient de respecter les points suivants:

Lorsque de la fumée bleue sort du système d'échappement, vérifiez si le filtre à air est contaminé ou si le moteur consomme trop d'huile à cause de l'usure. Ou, si le système de ventilation du carter est défectueux. Seulement ensuite recourir à vérifier le turbocompresseur. Si le turbocompresseur tourne trop fort, inspectez toutes les connexions du côté de la pression du turbocompresseur. Si de la fumée noire ou une perte de puissance est détectée, dans ce cas, vérifiez d'abord le moteur et les tuyaux de raccordement.

2. Principales causes d'endommagement du turbocompresseur:

• Lubrification insuffisante et, par conséquent, défaillance des paliers. Les roues du compresseur et de la turbine vont moudre dans les boîtiers, les joints seront endommagés et l'arbre peut également se détacher.

• Les corps étrangers endommagent la turbine et la roue. Le déséquilibre qui en résulte réduit l'efficacité et peut faire éclater les rotors.

• L'huile de lubrification contaminée provoque des rayures sur les arbres et les paliers. Les voies d'huile et les joints d'étanchéité se colmateront et entraîneront des pertes de fuite d'huile élevées. Les éléments pénétrant dans le système de turbocompresseur depuis l'extérieur, tels que le sable, la saleté, les vis et autres, seront piégés par un filtre avant le compresseur.

Entretenez les filtres à intervalles réguliers (intervalles de maintenance). Veillez à ce que la zone d'air propre du filtre à air et la conduite d'air des compresseurs soient propres et exemptes de tout type de particules.

3. Ne modifiez pas le turbocompresseur. N'essayez jamais de modifier la liaison de contrôle de la pression de suralimentation. Le turbocompresseur a été configuré de manière optimale en usine. Si le turbocompresseur fonctionne à des pressions de suralimentation supérieures à celles autorisées par le constructeur, le moteur peut tourner à chaud et les pistons, culasses ou paliers du moteur peuvent défaillir, ou la fonction de sécurité de l'électronique peut réagir et activer le programme.

Gestion de l'air N52KP et N51

En ce qui concerne le système de gestion de l'air sur les moteurs N52KP et N51, le système de collecteur d'admission précédent sur le N52 est reporté. En fonction de l'application, les moteurs utiliseront le collecteur d'admission DISA à 3 étages ou le collecteur d'admission à un étage (No DISA).

Pour plus d'informations sur le système DISA, reportez-vous au matériel de formation précédent dans le cours "ST501 - New Engine Technology".

La soupape d'étranglement

Sur toutes les variantes des nouveaux moteurs NG6, la soupape d'étranglement a été améliorée et est maintenant appelée EGAS 08 par Siemens / VDO. Le volet de la soupape d'étranglement lui-même est maintenant fait de plastique.

La principale différence entre la nouvelle manette des gaz EGAS par rapport à l'unité précédente est le système de retour des gaz. Le système précédent utilisait un potentiomètre, tandis que la nouvelle manette des gaz utilise un système «sans contact» doté de la technologie magnétorésistive.

La technologie est similaire à celle utilisée sur le capteur d'arbre excentrique sur les systèmes Valvetronic.

Le capteur magnétorésistif est intégré dans le couvercle du boîtier. Ce capteur permet au retour de la position du papillon d'atteindre un degré de précision extrêmement élevé.

Dans la soupape d'étranglement, ces capteurs permettent 100 fois la puissance des potentiomètres précédents et assurent ainsi une progression fiable du signal vers le DME.

Les capteurs sont également non-portants. L'un capteur émet le signal analogique dans la plage de 0,3 à 4,6 V et l'autre capteur l'inverse de 4,6 à 0,3 V.

En formant le différentiel, l'ECM calcule la plausibilité du signal. Une nouvelle prise assure une qualité de contact optimale. Dans ce bouchon, la force de contact agissant sur la broche est découplée de la force d'enfichage.

Par conséquent, la force de contact est 10 fois supérieure à celle d'un connecteur classique.

Remarque: Il est possible de torsader le connecteur avant de le brancher. Cela peut endommager le harnais et le connecteur. Assurez-vous d'installer le connecteur correctement pour éviter les dommages.

Mesureur de masse d'air à film chaud

Le HFM de tous les nouveaux moteurs NG6 a été amélioré pour devenir un HFM numérique. La sortie du capteur est un signal numérique dans lequel le cycle de service répond aux variations de la masse d'air.

Système d'échappement

Les véhicules E92 équipés d'un moteur N54 sont équipés d'un système d'échappement double. L'ensemble du système est fabriqué en acier inoxydable, ce qui garantit qu'il fonctionnera pendant toute la durée de vie du véhicule.

Des convertisseurs catalytiques primaires en amont avec des convertisseurs catalytiques sous le plancher en aval sont utilisés. Les capteurs d'oxygène lambda installés sont les mêmes que ceux du moteur N52.

Le moteur N51 est également équipé d'un catalyseur supplémentaire de soubassement pour compléter le catalyseur "proche du moteur" existant. Le N51 comporte également des revêtements de catalyseur améliorés pour aider à se conformer aux exigences SULEV II.

Approvisionnement en carburant et gestion

L'injection directe est l'une des pierres angulaires les plus décisives du concept du moteur N54. Les exigences complexes du processus de combustion ne peuvent être satisfaites qu'avec ce processus d'injection, décrit ci-après.

L'injection directe atteint un taux de compression plus élevé par rapport à un moteur turbocompressé avec injection dans le collecteur. En même temps, la température des gaz d'échappement est réduite à pleine charge. Un autre avantage de ce processus d'injection est l'efficacité améliorée dans le fonctionnement à charge partielle.

Les moteurs N52KP et N51 continuent d'utiliser le système conventionnel «injection à collecteur» du N52.

Injection de haute précision (HPI)

L'injection de haute précision représente la fonction clé du concept pour une utilisation aussi économique que possible du carburant. La nouvelle génération d'injection directe à essence répond aux attentes en matière d'efficacité économique sans compromettre les qualités dynamiques du moteur.

L'injection de haute précision permet un dosage précis du mélange et une compression plus élevée - des conditions préalables idéales pour augmenter l'efficacité et réduire considérablement la consommation.

Ceci est rendu possible en plaçant l'injecteur piézo-électrique au centre entre les valves. Dans cette position, le nouvel injecteur, qui s'ouvre vers l'extérieur, distribue une quantité particulièrement uniforme de combustible conique dans la chambre de combustion.

La nouvelle injection directe des moteurs à allumage par étincelle BMW HPI fonctionne selon le procédé par pulvérisation.

Fonction HPI

Le carburant est délivré du réservoir de carburant par la pompe à carburant électrique via la conduite d'alimentation (5) à une pression d'alimentation de 5 bars à la pompe haute pression. La pression d'alimentation est surveillée par le capteur de basse pression (6). Le carburant est livré par la pompe à carburant électrique en fonction de la demande.

Si ce capteur tombe en panne, la pompe à carburant électrique continue à fonctionner à 100% avec la borne 15 ON.
La pompe haute pression est entraînée "en tandem" avec la pompe à vide qui est entraînée par l'unité d'entraînement de la chaîne de pompe à huile.

Le carburant est comprimé dans la pompe haute pression à trois pistons entraînée en permanence (8) et acheminé à travers la conduite haute pression (9) vers le rail (3). Le carburant accumulé sous pression dans le rail est ainsi distribué par les conduites haute pression (1) aux injecteurs piézo-électriques (2).

La pression de refoulement du carburant requise est déterminée par le système de gestion du moteur en fonction de la charge du moteur et du régime du moteur. Le niveau de pression atteint est enregistré par le capteur haute pression (4) et communiqué à l'unité de contrôle du moteur.

Le contrôle est effectué par la soupape de commande d'alimentation en carburant (7) au moyen d'un réglage de la valeur de consigne / valeur réelle de la pression du rail. La configuration de la pression est orientée vers la meilleure consommation possible et le bon fonctionnement du moteur N54. 200 bar est requis uniquement à charge élevée et à bas régime.

Fonction et conception de la pompe haute pression

Le carburant est délivré par le passage d'alimentation (6) à la pression d'admission générée par la pompe à carburant électrique vers la pompe haute pression. De là, le carburant est dirigé via la soupape de commande d'alimentation en carburant (4) et le clapet anti-retour à basse pression (2) dans la chambre à carburant (14) de l'ensemble plongeur-cylindre. Le carburant est placé sous pression dans cet ensemble plongeur-cylindre et délivré par le clapet anti-retour haute pression (9) à l'orifice haute pression (7).

La pompe haute pression est reliée à la pompe à vide via la bride d'entraînement (11) et est ainsi également entraînée par la transmission à chaîne, c'est-à-dire que dès que le moteur tourne, les trois pistons (12) mouvement vers le bas via le disque pendulaire (10).

Le carburant continue donc à être mis sous pression tant que du nouveau carburant est fourni à la pompe haute pression via la soupape de commande d'alimentation en carburant (4). La soupape de commande d'alimentation en carburant est activée au moyen de la connexion de gestion du moteur (3) et admet ainsi la quantité de carburant requise.

Le contrôle de la pression est effectué via la soupape de commande d'alimentation en carburant en ouvrant et fermant le canal d'alimentation en carburant. La pression maximale dans la zone haute pression est limitée à 245 bars. Si une pression excessive est rencontrée, le circuit haute pression est déchargé par une soupape de limitation de pression via les orifices (8 et 5) menant à la zone de basse pression.

Ceci est possible sans aucun problème du fait de l'incompressibilité du carburant, c'est-à-dire que le carburant ne change pas de volume en réponse à un changement de pression. Le pic de pression créé est compensé par le volume de liquide dans la zone de basse pression.

Les changements de volume provoqués par les changements de température sont compensés par le compensateur thermique (1), qui est connecté au remplissage d'huile de la pompe.

Génération de pression dans une pompe haute pression

Le plongeur (2) entraîné par le disque pendulaire presse l'huile (rouge) dans le diaphragme métallique (1) lors de sa course vers le haut. Le changement de volume du diaphragme métallique réduit ainsi l'espace disponible dans la chambre à carburant. Le carburant ainsi mis sous pression (bleu) est forcé dans le rail.

La soupape de commande d'alimentation en carburant contrôle la pression du carburant dans le rail. Il est activé par le système de gestion du moteur via un signal à modulation de largeur d'impulsion (PWM).
En fonction du signal d'activation, une section transversale de restriction de taille variable est ouverte et le débit massique de combustible requis pour le point de charge respectif est réglé.

Il y a aussi la possibilité de réduire la pression dans le rail.

Mode Limp-Home

Si un défaut est diagnostiqué dans le système, par ex. défaillance du capteur haute pression, la soupape de commande d'alimentation en carburant est désexcitée; le carburant circule ensuite par un soi-disant bypass dans le rail.

En cas de mode HPI limp-home, la suralimentation est désactivée par une ouverture des vannes de wastegate.

Les causes du mode HPI limp-home peuvent être:

• Valeurs de capteur haute pression non plausibles
• Panne de la soupape de commande d'alimentation en carburant
• Fuite dans le système haute pression
• Panne de la pompe haute pression
• Défaillance du capteur haute pression

Sécurité du système de carburant

Travailler sur ce circuit d'alimentation n'est autorisé qu'après le refroidissement du moteur. La température du liquide de refroidissement ne doit pas dépasser 40 ° C. Ceci doit absolument être respecté car sinon il y a un risque de retour de carburant en raison de la pression résiduelle dans le système haute pression.

Lorsque vous travaillez sur le circuit d'alimentation haute pression, veillez particulièrement à garantir des conditions de propreté absolue et suivez les séquences de travail décrites dans les instructions de réparation. Même les contaminants les plus minimes et les dommages aux connexions à vis sur les lignes à haute pression peuvent provoquer des fuites.

Injecteurs de carburant piézo-électrique

C'est le piézo-injecteur à ouverture vers l'extérieur qui rend possible l'injection directe par pulvérisation et donc les innovations globales du moteur N54. En raison du fait que seul ce composant assure que le cône de pulvérisation de carburant injecté reste stable, même sous les influences pré-vives de la pression et de la température dans la chambre de combustion.

Ce piézo-injecteur permet des pressions d'injection jusqu'à 200 bars et une ouverture extrêmement rapide de l'aiguille de la buse. De cette manière, il est possible d'injecter du carburant dans la chambre de combustion dans des conditions libérées des cycles de puissance limités par les temps d'ouverture de la vanne.

Le piézo-injecteur est intégré au centre de la bougie d'allumage entre les soupapes d'admission et d'échappement de la culasse. Cette position d'installation empêche les parois du cylindre ou la couronne du piston d'être mouillées avec du carburant injecté. Une formation uniforme du mélange air / carburant homogène est obtenue à l'aide du mouvement de gaz dans la chambre de combustion et d'un cône de pulvérisation de carburant stable.

Le mouvement du gaz est influencé d'une part par la géométrie des passages d'admission et d'autre part par la forme de la couronne du piston. Le carburant injecté est tourbillonné dans la chambre de combustion avec l'air de suralimentation jusqu'à ce qu'un mélange homogène soit disponible dans tout l'espace de compression au point d'allumage.

Remarque: Lorsque vous travaillez sur le système d'alimentation en carburant du moteur N54, il est important de s'assurer que les bobines d'allumage ne sont pas encrassées par le carburant. La résistance du matériau en silicone est considérablement réduite par un contact avec un combustible lourd. Cela peut causer l'étincelle à la tête de la bougie d'allumage et avec elle des ratés.

• Avant d'apporter des modifications au système d'alimentation en carburant, enlevez les bobines d'allumage sans coupure et protégez la fente de la bougie d'allumage contre la pénétration de carburant avec un chiffon.
• Avant de remonter le piézo-injecteur, retirer les bobines d'allumage et assurer des conditions de propreté absolue.
• Les bobines d'allumage fortement encrassées par le carburant doivent être remplacées.

Conception et fonction de l'injecteur

Le piézo-injecteur est essentiellement constitué de trois sous-ensembles. L'expansion de l'élément piézoélectrique sous tension soulève l'aiguille de la buse vers l'extérieur de son siège de soupape. Pour pouvoir contrer les différentes températures de fonctionnement avec des levées de soupapes comparables, l'injecteur dispose d'un compensateur thermique.

L'aiguille de la buse est poussée vers l'extérieur à partir de son siège de soupape conique. Cela ouvre un orifice annulaire. Le carburant sous pression circule à travers cet orifice annulaire et forme un cône creux dont l'angle de pulvérisation ne dépend pas de la contre-pression dans la chambre de combustion.

Remarque: N'essayez pas de nettoyer les injecteurs de quelque manière que ce soit. Cela peut entraîner des dommages pouvant affecter le jet.

Toute divergence dans le jet de pulvérisation peut endommager la bougie d'allumage ou le moteur lui-même.

Le cône de pulvérisation (1) d'un injecteur piézo-électrique peut diverger pendant le fonctionnement (2). En raison de la formation de suie à l'intérieur du moteur, une telle divergence est parfaitement normale et acceptable dans une certaine mesure. Si, toutefois, la divergence de pulvérisation atteint le stade où elle commence à pulvériser la bougie d'arrosage, la bougie risque d'être endommagée.

Remarque: Remplacer la bague d'étanchéité en téflon lors du montage et du démontage du piézo-injecteur. Ceci s'applique également lorsqu'un injecteur qui vient d'être monté doit être retiré à nouveau après le démarrage du moteur.

Un piézo-injecteur muni d'une nouvelle bague d'étanchéité en téflon doit être installé le plus rapidement possible car la bague d'étanchéité en téflon pourrait gonfler. Veuillez observer les instructions de réparation et suivez sans faute.

Lors du montage, assurez-vous que le piezoinjector est correctement installé. L'élément de retenue pour fixer les piézo-injecteurs doit reposer sur les deux languettes d'injecteur, sinon la force nécessaire n'est pas appliquée sur le piézo-injecteur. Ne nettoyez pas l'embout de l'aiguille de l'injecteur piézo-électrique.

Stratégie d'injection

L'injection de la masse de combustible requise pour la situation de fonctionnement peut se faire en trois injections individuelles maximum. L'option utilisée dans la situation de fonctionnement concernée dépend de la charge et de la vitesse du moteur. Ici, le temps réel résultant de la vitesse du moteur disponible pour doser le carburant est une quantité cadre importante.

Une situation particulière pendant le fonctionnement de n'importe quel moteur est la plage dans laquelle une charge élevée se produit à un bas régime du moteur, ce que l'on appelle le fonctionnement "Low End Torque". Dans cette situation de fonctionnement, la masse de carburant requise est dosée au moteur en trois injections individuelles.

Il en résulte une formation de mélange très efficace qui, en dernière analyse, a pour effet à la fois d'augmenter la puissance de sortie et d'économiser du carburant.

Afin de ramener les convertisseurs catalytiques à la température de fonctionnement le plus rapidement possible, le moteur N54 dispose d'un mode de chauffage du catalyseur lorsque le moteur est démarré à froid. Dans ce mode, la chaleur de combustion est intentionnellement introduite dans le train d'échappement et n'est pas utilisée en premier lieu pour développer la puissance de sortie.

Le point d'allumage est déplacé à 30 ° (degrés de vilebrequin) après le PMH. La quantité principale de carburant nécessaire est injectée avant le PMH et mélangée à l'air de suralimentation. Le piston se trouve après le PMH dans sa course descendante, de sorte que le mélange air / carburant se détend à nouveau, ce qui réduit l'inflammabilité du mélange.

Afin d'allumer le mélange de manière fiable, une petite quantité résiduelle de carburant est injectée à 25 ° après le PMH, ce qui garantit un mélange inflammable au niveau de la bougie d'allumage. Cette petite quantité de carburant permet donc l'allumage de la charge résiduelle dans la chambre de combustion.

Ce mode de fonctionnement est réglé par le système de gestion du moteur après une période maximale de 60 secondes à compter du démarrage du moteur, mais il se termine si la température de réponse du convertisseur catalytique est atteinte plus tôt.

Élément piézo

Le mouvement de l'aiguille de la buse dans l'injecteur n'est plus généré par une bobine de solénoïde mais plutôt par un élément piézoélectrique.

Un élément piézo est un convertisseur électromécanique, c'est-à-dire qu'il consiste en un matériau céramique qui convertit l'énergie électrique directement en énergie mécanique (force / déplacement). Une application familière est l'allume-cigare piezo - quand un piézo-cristal est pressé, la tension est générée jusqu'à ce qu'une étincelle éclate et que le gaz s'enflamme.

Dans le cas du piézo-actionneur, la tension est générée de sorte que le cristal se dilate. Afin d'obtenir un plus grand débattement, il est possible de concevoir un élément piézo-électrique en plusieurs couches.

Le module d'actionnement est constitué de couches de matériau piézo-céramique reliées mécaniquement en série et électriquement en parallèle. La déflexion d'un piézo-cristal dépend de la tension appliquée jusqu'à une déflexion maximale; plus la tension est élevée, plus le déplacement est important.

Ajustement de l'injecteur

Lorsque les injecteurs sont fabriqués, une multitude de données de mesure sont enregistrées à des points spécifiques de l'usine. De cette manière, les plages de tolérance pour le réglage de la quantité d'injecteur sont déterminées et spécifiées dans une combinaison de six chiffres.

Des informations sur les performances de levage de l'injecteur sont également ajoutées pour le réglage de la tension de l'injecteur. Le réglage de l'injecteur est nécessaire en raison de la demande de tension individuelle de chaque actionneur piézoélectrique. Une attribution est faite à une catégorie de demande de tension, qui est incluse dans la combinaison de chiffres sur l'injecteur.

Ces éléments de données sont transmis à l'ECM. Pendant le fonctionnement du moteur, ces valeurs sont utilisées pour compenser les écarts dans les performances de comptage et de commutation.

Remarque: Lors du remplacement d'un injecteur, il est absolument essentiel de procéder à un réglage de l'injecteur.

Contrôle des injecteurs et adaptation

La masse de carburant requise pour la situation de fonctionnement est injectée par le piézo-injecteur dans la chambre de combustion. Cette masse peut être influencée par trois variables correctives:

• la pression du rail
• l'heure d'ouverture de l'injecteur
• et l'ascenseur d'ouverture de l'injecteur

Le temps d'ouverture de l'injecteur et l'ouverture de l'injecteur sont activés directement sur l'injecteur piézo. Le temps d'ouverture est commandé via le signal ti et la levée d'ouverture via la quantité d'énergie lors de l'activation du piézo-injecteur.

Injecteur Adaptation

Les masses de carburant et les cycles d'injection déterminés à partir de la carte de charge / vitesse sont inclus dans une carte de programme pilote. Ici, bien que d'autres paramètres d'ossature soient pris en compte, les quantités d'énergie et les temps d'ouverture d'injecteur requis pour activer les injecteurs sont déterminés.

Le moteur N54 peut fonctionner de manière sûre et fiable avec ces valeurs de programme-carte.

Optimisation

Pour l'optimisation de:

• Valeurs d'émission
• Bon fonctionnement
• Consommation de carburant
• Puissance de sortie

les variables contrôlées des quantités d'énergie et des temps d'ouverture des injecteurs sont surveillées en continu. Cela se fait sur une base sélective en banque au moyen du contrôle en boucle fermée lambda.

L'oxygène résiduel dans les gaz d'échappement est mesuré respectivement pour la rangée de cylindres 1 et la rangée de cylindres 2. Ce résultat de mesure est comparé aux valeurs attendues des valeurs de correction de consigne. Le résultat d'une déviation est que le signal d'ouverture de l'injecteur est adapté. Cette adaptation est stockée dans l'unité de commande et est donc disponible pour un fonctionnement ultérieur du moteur. Cependant, ces valeurs stockées sont perdues lorsque le système est flashé et doit être réappris. Une autre adaptation de l'activation de l'injecteur a lieu en fonction du temps et de l'utilisation. Cette adaptation cylindrique sélective implique une vérification de la teneur en oxygène résiduel avec une conclusion quant au cylindre provoquant la situation. Pour ce faire, il est nécessaire qu'une partie du flux de gaz d'échappement ne soit pas agitée dans le turbocompresseur. Pour cette raison, le clapet de la soupape de décharge doit être complètement ouvert, c'est-à-dire sorti du flux de gaz d'échappement. Cette position de clapet de décharge s'étend au-delà de sa position d'ouverture normale dans le fonctionnement du moteur. Sur la base du résultat de ce contrôle sélectif, la quantité d'énergie est adaptée si nécessaire pour activer les injecteurs.

De plus, l'adaptation sélective du vérin comprend si nécessaire une adaptation du signal d'ouverture de l'injecteur, basée sur une surveillance continue du moteur N54. L'adaptation globale des injecteurs est limitée à une quantité supplémentaire de 15%.

Gestion de l'allumage

La plupart des composants du système d'allumage sont restés les mêmes pour tous les moteurs NG6 pour 2007. Il y a quelques changements mineurs aux bobines d'allumage qui s'appliquent à toutes les versions. Les bobines ont été optimisées pour plus de durabilité.

Bougies

Les bougies d'allumage des N51 et N52KP restent identiques à N52. Cependant, le N54 utilise une bougie d'allumage complètement nouvelle de Bosch. La conception de la bougie d'allumage se compose d'un filetage de 12 mm qui contraste avec le design de 14 mm du N52, ce qui empêche toute possibilité d'installation incorrecte. L'hexagone sur la bougie est également un design à 12 points qui nécessite un outil spécial. L'outil (douille) a une conception de «paroi mince» pour faciliter l'accès dans la zone confinée de la culasse N54.

Diagnostic de bougie d'allumage (N54)

En raison de la proximité de la bougie d'allumage à la buse de l'injecteur de carburant, toute divergence dans le jet de carburant peut causer des dommages possibles à la bougie. Cela fait du diagnostic des bougies d'allumage une partie importante des préoccupations de service N54. Les informations obtenues par le diagnostic de la bougie d'allumage peuvent indiquer des défauts possibles de l'injecteur de carburant. L'intervalle de remplacement de la bougie d'allumage a été réduit à 45 000 miles pour le N54.

Les illustrations ci-dessous peuvent être utilisées pour aider au diagnostic des bougies:

Gestion des émissions

Le N54 et le N52KP répondent aux exigences ULEV II pour 2007. Il n'y a pas beaucoup de changements aux systèmes emissiom sur ces moteurs. Le moteur N54 dispose de deux catalyseurs de soubassement en plus des catalyseurs «near engine» déjà utilisés par le N52.

Le moteur N51 est toutefois un moteur conforme SULEV II qui répond aux exigences de 2007. En plus des 5 états SULEV de la Californie, de New York, du Maine, du Massachusetts et du Vermont, quatre états ont été ajoutés en 2007. Ces états comprennent le Connecticut, le Rhode Island, l'Oregon et l'État de Washington.

Les mesures d'émissions N51 comprennent:

• Système d'air secondaire avec mini-HFM
• Radiateur avec revêtement "Prem-air"
• Taux de compression inférieur (10: 1) via la chambre de combustion et les pistons modifiés
• Catalyseur de soubassement en plus du catalyseur «proche du moteur»
• Filtre à charbon actif dans le boîtier du filtre à air
• Conduites de carburant en acier avec raccords filetés et réservoir de carburant étanche
• Système de ventilation du carter intégré dans le couvercle de la culasse
• Purger la tuyauterie du système en plastique optimisé

Note: Les informations SULEV II ci-dessus sont seulement préliminaires et sont exactes à partir du 8/06. Des informations supplémentaires seront publiées dès qu'elles seront disponibles.

Contrôles de performance

Système de refroidissement

Le système de refroidissement du moteur N54 se compose d'un circuit de radiateur et d'un circuit de refroidissement d'huile isolé. Le fait qu'il y ait un circuit de refroidissement d'huile isolé empêche l'introduction de chaleur via l'huile moteur dans le système de refroidissement du moteur.

En raison de la puissance accrue de ce moteur de 75,5 kW / l par rapport aux autres moteurs à explosion de 3 litres, la quantité de chaleur est nettement plus importante.

Cette condition limite est satisfaite par le système de refroidissement du moteur avec ses performances accrues. Cette augmentation de puissance devait être réalisée malgré certains facteurs moins avantageux pour le refroidissement.

Les facteurs à mentionner ici sont:

• Environ 15% moins de débit est disponible grâce au refroidisseur intermédiaire situé sous le radiateur.
• L'espace déjà réduit fourni par le compartiment moteur est encore limité par l'installation d'autres composants.
• Parce que les turbocompresseurs d'échappement sont refroidis par le liquide de refroidissement, une quantité supplémentaire de chaleur est introduite dans le système via ces turbocompresseurs.

Mesures pour augmenter les performances du système de refroidissement:

• Pompe à liquide de refroidissement à puissance accrue - 400 W / 9000 l / h
• Séparation de l'eau et refroidissement du moteur-huile
• Radiateur avec une puissance accrue
• Ventilateur électrique avec une puissance accrue de 600W pour toutes les variantes de boîte de vitesses

Le refroidissement de l'air de suralimentation est décrit dans la section traitant des conduits d'admission d'air.

Vue d'ensemble du système de refroidissement

La structure du circuit de refroidissement est la même que celle du moteur N52. Le moteur est rincé avec du liquide de refroidissement conformément au concept d'écoulement transversal. La puissance de refroidissement peut être influencée en fonction de la charge en activant les composants suivants:

• Ventilateur électrique
• Pompe de liquide de refroidissement électrique
• Thermostat de carte

Il est également possible dans un moteur N54 en association avec une boîte de vitesses automatique d'utiliser la partie inférieure du radiateur pour refroidir la boîte de vitesses au moyen du refroidisseur d'huile de boîte de vitesses. Ceci est réalisé comme dans le moteur N52 avec des manchons de contrôle, qui sont introduits dans le réservoir du radiateur.

Radiateur

Des mesures de conception ont été utilisées pour augmenter les performances du radiateur lui-même. La performance d'un radiateur dépend de sa surface de rayonnement. Cependant, l'intercooler devait encore être installé sous le radiateur, et cela signifiait qu'il était nécessaire de compenser la plus petite surface d'écoulement disponible.

Comparé au moteur N52, le radiateur utilisé dans le moteur N54 a une profondeur de bloc qui a été portée à 32 mm. De plus, les conduites d'eau sont plus proches l'une de l'autre que dans les radiateurs précédemment utilisés. Le résultat de ceci est une augmentation de la surface de rayonnement utilisable.

Pompe de liquide de refroidissement électrique

La pompe à liquide de refroidissement du moteur N54 est une pompe centrifuge à entraînement électrique d'une puissance de 400W et d'un débit maximum de 9000 l / h. Cela représente une augmentation significative de la puissance de la pompe à liquide de refroidissement utilisée dans le moteur N52, qui a une puissance de sortie de 200 W et un débit maximum de 7000 l / h.

La puissance du moteur électrique à rotor noyé est contrôlée électroniquement par le module électronique (3) de la pompe. Le module électronique est connecté via l'interface de données série (BSD) à l'unité de commande du moteur MSD80.

L'unité de contrôle du moteur utilise la charge du moteur, le mode de fonctionnement et les données des capteurs de température pour calculer la puissance de refroidissement requise. Sur la base de ces données, l'unité de commande du moteur transmet la commande correspondante à la pompe de liquide de refroidissement électrique.

La pompe à liquide de refroidissement électrique régule sa vitesse conformément à cette commande.

Le liquide de refroidissement circule dans le moteur de la pompe à liquide de refroidissement, refroidissant ainsi le moteur et le module électronique. Le liquide de refroidissement lubrifie les paliers de la pompe à liquide de refroidissement.

Note: Les mêmes règles s'appliquent à toutes les pompes à liquide de refroidissement. La pompe doit être remplie de liquide de refroidissement lorsqu'elle est retirée pour entretien afin d'éviter toute corrosion. De plus, la turbine de la pompe doit être tournée à la main avant l'installation afin de s'assurer que la pompe n'est pas coincée.

Refroidissement d'huile moteur

Le moteur N54 est équipé d'un refroidisseur d'huile moteur haute performance. La pompe à pendule délivre l'huile du carter d'huile au filtre à huile. Un thermostat bridé sur le boîtier du filtre à huile admet l'huile dans le refroidisseur d'huile moteur. Le refroidisseur d'huile moteur est situé dans l'arche de roue droite de l'E92. Le thermostat peut réduire la résistance opposée à l'huile en ouvrant la ligne de dérivation entre les lignes d'alimentation et de retour du refroidisseur d'huile moteur. Cela garantit que le moteur se réchauffe rapidement et en toute sécurité.

Gestion de la chaleur

L'unité de contrôle moteur du moteur N54 commande la pompe à liquide de refroidissement en fonction des exigences:

• Faible puissance en cas de faible besoin de refroidissement et de basses températures extérieures
• Rendement élevé en rapport avec les besoins de refroidissement élevés et les températures extérieures élevées

La pompe à liquide de refroidissement peut également être complètement désactivée dans certaines circonstances, par ex. pour permettre au liquide de refroidissement de chauffer rapidement pendant la phase de réchauffement. Cependant, cela ne se produit que lorsque aucun chauffage n'est requis et que la température extérieure est dans la plage autorisée.

La pompe à liquide de refroidissement fonctionne également différemment des pompes classiques lors du contrôle de la température du moteur. À ce jour, seule la température actuellement appliquée pourrait être contrôlée par le thermostat.

Le logiciel de l'unité de contrôle du moteur comporte maintenant un modèle de calcul qui peut prendre en compte le développement de la température de la culasse en fonction de la charge.

En plus du contrôle de carte caractéristique du thermostat, le système de gestion de la chaleur permet d'utiliser différentes cartes dans le but de contrôler la pompe de refroidissement. Par exemple, l'unité de contrôle du moteur peut adapter la température du moteur pour correspondre à la situation de fonctionnement actuelle.

Cela signifie que quatre plages de températures différentes peuvent être implémentées:

• Mode ECO 108 ° C
• 104 ° C Mode normal
• 95 ° C en mode élevé
• 90 ° C Haut + mode carte-thermostat

Le système de commande a pour but de régler une température plus élevée de la tête du cylindre (108 ° C) si l'unité de contrôle du moteur détermine le mode ECO (économie) en fonction des performances du moteur.

Le moteur fonctionne avec une consommation de carburant relativement faible dans cette plage de température lorsque le frottement interne est réduit.

Une augmentation de température favorise donc une consommation de carburant plus lente dans la plage de faible charge. En mode HIGH et carte-thermostat, le conducteur souhaite utiliser le développement de puissance optimale du moteur. La température de la culasse est réduite à 90 ° C à cet effet. Cela se traduit par un rendement volumétrique amélioré, augmentant ainsi le couple du moteur. L'unité de contrôle du moteur peut maintenant définir un certain mode de température adapté à la situation de fonctionnement respective. Par conséquent, il est possible d'influencer la consommation de carburant et la puissance de sortie au moyen du système de refroidissement.

Les températures spécifiées ne représentent jamais qu'une valeur cible, dont la réalisation dépend de nombreux facteurs. Ces températures ne sont d'abord pas atteintes avec précision.

Les effets de réduction de consommation et d'augmentation de puissance apparaissent dans chaque cas dans un spectre de température. La fonction du système de refroidissement est de fournir la puissance de refroidissement optimale en fonction des conditions aux limites dans lesquelles le moteur fonctionne.

Options de gestion intelligente de la chaleur

La section précédente traitait des différentes plages de température dans lesquelles la gestion de la chaleur est effectuée. Cependant, une pompe à liquide de refroidissement à entraînement électrique offre encore plus d'options. Par exemple, il est maintenant possible de réchauffer le moteur sans recirculer le liquide de refroidissement ou de permettre à la pompe de continuer à fonctionner après avoir éteint le moteur pour faciliter la dissipation de la chaleur. Les avantages offerts par ce type de pompe sont listés dans le tableau suivant:

Protection du système

Si le liquide de refroidissement ou l'huile moteur est soumis à des températures excessives pendant que le moteur tourne, certaines fonctions dans le véhicule sont influencées de sorte que le système de refroidissement du moteur consomme plus d'énergie, ce qui évite les charges thermiques.

Ces mesures sont divisées en deux modes de fonctionnement:

• Protection des composants
• Urgence

Mesures et affichages pour la température du liquide de refroidissement

Dernière modification par BMW-Tech (29-07-2018 02:16:44)