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#1 13-01-2017 10:56:50

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[M5 E60] Le moteur S85B50

1  Moteur S85B50


1.1  Introduction


Le S85B50 est le premier moteur 10 cylindres produit par BMW pour des véhicules de série. Le concept du régime élevé du moteur S85 assure un comportement spontanément interactif du moteur et l’uniformité de la puissance engendrée. A cause du régime de 8250 tr/min, assez élevé pour un moteur en ligne, il est nécessaire d’adapter un bloc-moteur extrêmement rigide dans le but également de réduire les vibrations et de satisfaire aux exigences en terme d’acoustique.Pour cette raison, une structure en carter-semelle a été choisie pour la construction du bloc-cylindres. La culasse est aussi conçue en une seule pièce afin d’assurer le maximum de rigidité et de réduire les surfaces d’étanchéité.

Les éléments de distribution ,et spécialement les poussoirs à capsules avec compensateurs hydrauliques du jeu de soupapes (HVA), ont été optimisés afin de supporter le poids de la structure et les frottements.La dynamique élevée et la spontanéité du moteur exigent la rapidité des réglages du système VANOS. Ces réglages sont réalisés avec une pression d’huile de 115 bars aussi bien qu’avec des nouvelles et proportionnelles vannes et engrenages VANOS. Une responsivité aussi rapide du moteur nécessite également l’utilisation de papillons individuels qui sont actionnés des côtés .
Le moteur S85 est équipé d’un double disque d’embrayage et d’un volant moteur bi-massique (ZMS) dans le but de transmettre la puissance élevée à la boîte de vitesse.


Données techniques


Désignation du moteur                S85B50

Type du moteur                          V10,90°

Cylindrée                                   4999 cm3

Alésage                                     92 mm

Course                                      75.2 mm

Puissance                                  373 kW/507 ch à 7750 tr/min

Couple                                      520 Nm à 6100 tr/min

Régime                                     8200 tr/min

Poids                                        240 Kg






Diagramme-de-puissance-du-moteur-S85B50.png

           



1.2  Aperçu du système:moteur S85B50


Bloc-moteur avec carter-semelle

Bloc-moteur-avec-carter-semelle-M5-E60.jpeg

Bloc-cylindres avec carter-semelle (gris=aluminium ,gris foncé=fonte grise, bleu=zone d'eau, jaune=zone d'huile )

Dans les bloc-moteurs traditionnels, les coussinets inférieurs du vilebrequin s sont conçus en tant que porte-paliers individuels. Afin de mieux supporter les forces du piston, ces porte-paliers principaux sont fabriqués en fonte grise.
Les porte-paliers sont coulés et machinés ensemble avec le carter inferieur d’après le montage initial.
Dans le cas d’un bloc-moteur avec carter-semelle, le carter inferieur est divisé au niveau du vilebrequin en deux parties :la partie supérieure au vilebrequin et la partie inférieure au vilebrequin. Cette dernière partie est appelée carter-semelle ou « bedplate ».
Dans la partie inférieure du carter-semelle, les paliers du vilebrequin font partie intégrante de cette structure stable et séparée.
Le carter-semelle est usiné avec le bloc-cylindres et assemblé dans la partie supérieure du carter moteur après le montage du vilebrequin. 




Caractéristiques

•    Le bloc-cylindres est plus renforcé du côté du carter d’huile par le carter-semelle. Par conséquent, le moteur est plus rigide et résiste mieux aux torsions.

•    La rigidité additionnelle du bloc-cylindres améliore également l’acoustique du moteur.

•    La conception du carter-semelle rend possible le montage d’autres pièces dans la partie inférieure du moteur.

•    Le carter-semelle facilite le montage simple et rapide des paliers du vilebrequin.




Fixations vissées du carter-semelle



Fixations-vissees-du-carter-semelle-M5-E60.jpeg

Fixations vissées du carter-semelle


Le carter-semelle est assemblé à la partie supérieure du bloc-cylindres par les boulons des paliers. Les positions sont fixées par des douilles de centrage (NG4) ou bien des vis avec manchons de serrage (S85). Le numéro de série du moteur est gravé sur le carter-semelle (voir flèche).
Pour assurer un fonctionnement sans problèmes du vilebrequin, il est primordial de respecter l’ordre de serrage des vis du carter-semelle. Tout manque de respect à cette procédure de vissage peut endommager le moteur, et causer des fuites entre le carter-semelle et le bloc-cylindres.
Le carter-semelle rend plus facile le montage simple et rapide des paliers du vilebrequin.

Le carter-semelle doit être parfaitement étanche avec le bloc-cylindres. Puisque le perçage du vilebrequin est réalisé avec le carter-semelle boulonné, il n’est pas possible d’utiliser de joints plats, car le perçage du vilebrequin va s’élargir. Pour cette raison, l’étanchéité dans les moteurs avec carter-semelles est assurée par l’application d’un liquide d’étanchéité dans des gorges spécifiques.




Ouverture-pour-injection-du-liquide-d-etancheite-M5-E60.jpeg



Après le boulonnage complet du carter-semelle au bloc-cylindres, le liquide d’étanchéité est injecté dans les gorges spécifiques par des buses d’injection.



Etanchéité du carter-semelle


Points-de-sortie-pour-etancheite.jpeg

Points de sortie pour étanchéité


Un « Primer » est utilisé pour solidifier le liquide d’étanchéité sur les points de sortie.



Embielleage


Vilebrequin-avec-pistons-et-bielles.jpeg


Le vilebrequin forgé se caractérise par un décalage de maneton de 72°.

Le pignon de la chaine primaire de distribution est fabriqué en une seule pièce avec le vilebrequin. Les pistons et les bielles craquées en acier sont asymétriques.


Culasse


Culasse-M5-E60.jpeg

Vue en coupe de la culasse (rouge=surface de coupe,orange=conduite secondaire d'air,bleu=zone d'eau,turqouise=conduite d'air de ralenti )


La conception en une seule pièce de la culasse offre des avantages en matière de rigidité et de réduction des surfaces d’étanchéité.
La conduite d’air de ralenti ainsi que la conduite secondaire d’air, sont intégrés dans la culasse.




Système de distribution à engrenages

Systeme-de-distribution-a-engrenages--E60-M5.jpeg

Système de distribution S85



Une chaîne de distribution avec tendeur entraine chaque arbre à cames d’admission (système de distribution primaire). Une courroie d’entrainement crantée assure la transmission entre l’arbre à cames d’admission et l’arbre à cames d’échappement (système de distribution secondaire). 



Commande-des-soupapes.jpeg

Commande des soupapes


Pour des raisons de poids et de friction, la forme des poussoirs hydrauliques dans le moteur S85 est basée sur la même conception de poussoirs à capsules utilisée dans les moteurs de course. Comme les poussoirs ne doivent pas pivoter dans la culasse, ils sont dotés de bossages anti-torsion qui sont logés dans les gorges aménagées dans la culasse.


VANOS

VANOS.jpeg

Unité de commande VANOS


Comme dans le moteur S62, le système VANOS est utilisé dans le moteur S85 pour régler les positions des arbres à cames d’admission et d’échappement. Les arbres à cames d’admission disposent d’une plage de réglage de 60° de l’angle de vilebrequin, tandis que les arbres à cames d’échappement ont une plage de réglage de 37°.La pression d’huile de 155 bar est produite par une pompe à haute pression installée dans le carter d’huile. La pompe à haute pression est entraînée directement par le vilebrequin via une roue dentée.

L’huile moteur sous pression est acheminée via deux conduites de pression vers les deux unités de commande VANOS, et vers l’accumulateur d’huile. Les unités de réglages contiennent deux vannes proportionnelles qui assurent continuellement le contrôle variable de la pression d’huile. Comparées aux « vannes de commande directionnelles » utilisées précédemment, les vannes proportionnelles assurent un temps de contrôle plus court, et une meilleure fiabilité de fonctionnement.

Schema-hydraulique-de-l-unite-VANOS-S85.jpeg

Schèma hydraulique de l'actuateur VANOS S85



Index                                      Explication

A                                                Echappement

B                                                Admission

C                                                Avance

D                                                Retard

1                                                Pompe à huile moteur (1-5 bar)

2                                                Filtre 80 μm

3                                               Pompe à haute pression 115 bar (HDP)

4                                               Filtre 50 μm

5                                               Clpaet anti-retour (optionnel)

6                                               Electrovanne (3/2 voies)

7                                               Piston d'ajustement accumulateur de pression

8                                              Soupape de fermeture accumulateur de pression

9                                              Accumulateur de pression

10                                            Soupape de décompression HDP, unités hydrauliques VANOS (actuateurs )

                     

La gamme de déplacement des pistons dans les unités de commande VANOS est convertie en un mouvement rotatif par un mécanisme d'engrenages, continuellement varialble, intégré dans les pignons.



Entraînement par courroie


Entrainement-par-courroie-sur-la-largeur-laterale-S85.png

Entraînement par courroie sur la largeur latérale

Courroie-de-transmission-principale-S85.jpeg

Courroie de transmission principale


La pompe à eau et l'alternateur sont entraînés par la courroie de transmission principale.L'entraînement est assuré par la poulie du vilebrequin.


Courroie-de-transmisison-secondaire-S85.jpeg

La courroie de transmission secondaire


La courroie secondaire entraîne la pompe de direction et le compresseur de climatisation.Cet entraînement est assuré par la poulie de vilebrequin.



Circuit de refroidissement

Circuit-de-refroidissement.jpeg


Le liquide de refroidissement circule dans la culasse ainsi que dans le bloc-moteur de la même manière transversale habituelle. Ce qui est toutefois nouveau c’est que chaque culasse dispose de son propre conduite vers le radiateur, et que le thermostat est monté dans la conduite de retour. Le radiateur est divisé en une partie d’eau supérieure et d’une autre inférieure. Le liquide de refroidissement qui sort de la culasse 1-5 circule dans la partie supérieure du radiateur. Le liquide de refroidissement sortant de la culasse 6-10 circule dans la partie inférieure du radiateur.

La construction du radiateur en deux parties impose l’aménagement de trois ouvertures et deux conduites dégazage pour assurer un auto-dégazage efficace. Le point de dérivation du système de chauffage allant vers l’échangeur thermique est situé dans la partie arrière des culasses. La conduite de retour du chauffage et la conduite vers le réservoir d’expansion fusionnent ensemble dans une « pièce T » en amont de la pompe à eau.




Circuit de lubrification du moteur


Le moteur S85 est équipé d’un carter d’huile quasiment sec. Pour cette raison, une pompe d’aspiration est utilisée pour pomper l’huile depuis le carter vers la partie devant la crémaillère de direction et dans la partie arrière du carter d’huile. A partir de là, une vanne de pompe réglable à tiroir transmet l’huile à une pression maximale de 5 bars dans le filtre à huile. Un thermostat logé dans le corps du filtre à huile permet d’ouvrir la voie au liquide de refroidissement. L’huile est donc refoulée depuis le filtre à huile jusqu’au moteur. Là, elle est répartie sur trois conduites et acheminée vers les deux culasses et le bloc-moteur.

Circuit-de-lubrification-moteur-S85.jpeg

Circuit de lubrification du moteur S85


Une nouvelle particularité de de ce système est le montage de deux pompes à huile à entraînement électrique dans les parties droite et gauche du carter d’huile. Ces pompes électriques sont actionnées à partir d’une accélération transversale de 0.8 G, et aspire l’huile depuis les culasses.Cette huile ne retourne pas normalement au carter à cause de l’effer des forces centrifuges.Le dégazage du bloc-moteur est assuré par un séparateur cyclone situé dans le collecteur d’admission 6-10.La conduite de retour depuis le séparateur d’huile, et les conduites de retour de condensation depuis les collecteurs d’admisison sont acheminés au long du coté des cylindres 6-10 du bloc-moteur  jusqu’au carter d’huile.



Collecteur d'admisison


Collecteur-d-admission-moteur-S85.png

Collecteur d'admisison moteur S85



Le moteur S85 est équipé d’un collecteur d'admission séparé pour chaque rangée de cylindres.Ces deux collecteurs d'admission sont liés par des tuyaux aux boîtiers de papillons.10  papillons individuels contrôlent l’acheminement de l’air dans le moteur S85.Les papillons individuels pour chaque rangée de cylindres sont actionnés séparément par une unité d’actuateur  et un axe de commutation.Les servomoteurs fonctionnement d’une manière indépendante.




Ensemble-papillons-S85.jpeg

Ensemble des papillons du moteur S85



Les papillons fonctionnent en synchronisation entre eux (comme dans le S54).Par contre,les deux rangées de cylindres ne sont plus synchronisées et le réglage de la butée de pleine charge a été suspendu dans le S85.Les corrections nécessaires sont opérées par le système de gestion moteur (voir le chapitre intitulé “gestion moteur MS S65 “).


Système de ralenti


Systeme-de-ralent-S85.jpeg

Système de ralenti




La vitesse de ralenti est contrôlée par deux actionneurs de ralenti qui acheminent l’air d’admission depuis le collecteur d'admission directement dans la conduite d’air ralenti de la culasse spécifique.Chaque rangée de cylindres est contrôlée individuellement.




Système d'air secondaire



Systeme-d-air-secondaire-S85.jpeg




Index                           Explication

1                                   Soupape à membrane

2                                   Actionneur d'air secondaire (version USA uniquement)

3                                   Pompe d'air secondaire






Après le démarrage du moteur,la pompe à air secondaire mélange l’air frais avec les gaz d'échappement afin de provoquer l’oxydation des hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement.Par conséquent,la teneur des gaz d'échappement en HC est réduite, et la température d’amorçage du catalyseur principal monté près du moteur est rapidement atteinte.Dans les versions américaines,pour que le moteur soit conforme avec les règlements antipollution américains très stricts,un actionneur de ralenti a été monté afin d'acheminer l’air dans la conduite d’air secondaire.

L’air secondaire est injecté dans le collecteur d'échappement par des clapets à membranes montés dans les culasses.
La dépression nécessaire pour l’activation des vannes d’air secondaires est créée dans la culasse 6-10 et pilotée par une electrovanne d’inversion.Une vanne de contrôle prévient le retour dans la dépression dans la culasse.
Les conduites de dépression entre l'électrovanne de dépression et les vannes d’air secondaire sont dirigés vers le faisceau de câblage.






1.3  Les composants du système


Moteur de base et pièces supplémentaires


Partie supérieure du bloc-moteur



La partie supérieure du bloc-moteur est fabriquée en alliage de fonte d'aluminium (GK Al-Si17Cu4Mg T5).Les surfaces de contact dans les cylindres sont usinées en Alusil.



Carter-semelle


Le carter-semelle se compose d’un cadre en aluminium (G AlSi7Mg0.3 T6) dans lequel ont été coulés des porte-paliers en fonte grise (GGG 60).Après coulage, le composant est recuit à une température de 525°C pendant 8 heures.Il est ensuite trempé dans l’eau réchaufée à 70°C et affiné exposé à une température de 165°C  pendant 5 heures.



Bloc-moteur



Le bloc-moteur est compris entre la culasse et le carter-semelle.Comme dans le moteur N42 ,l'étanchéité est assurée par l’application d’un liquide d'étanchéité sur des rainures aménagées dans la partie supérieure du bloc-moteur.Afin d'éviter le risque de déformation lors de l’assemblage du bloc-moteur avec le carter-semelle,il est important de respecter l’ordre de montage suivant:

1. Positionner le carter-semelle diagonalement sur les paliers 1 et 6 en fixant avec deux vis M8x94.

2. Fixer provisoirement le carter-semelle avec les vis M8x94.

3. Serrer les boulons M11x115 au couple d’insertion  recommandé.

4. Serrer les boulons M11x115 à l’angle de serrage recommandé.

5. Serrer les boulons M8x94 au couple d’insertion recommandé.

6. Serrer les boulons M8x94 au couple recommandé.

7. Serrer les boulons M8x60, M8x35 et M8x25 au couples recommandés.



Culasse


La culasse est fabriquée en alliage d’aluminium (GK AlSiMgCu0.5 wa).




Vilebrequin/paliers principaux


Classification-des-paliers-de-vilebrequin.jpeg

Classifications des paliers (G=vert;Y=jaune;V=violet)


Le vilebrequin est forgé en acier à forte résistance (42CrMo4) et pèse 21.63 kg.Après ponçage des logements des paliers,le vilebrequin subit une nitrocarburation.Les codes couleurs spécifiques aux coussinets sont gravés sur la joue de manivelle du premier palier principal.




Bielles




Asymetrie-de-la-bielle.png


Les bielles forgées du moteur S85 sont fabriquées en acier (70MnVS4 BY).Comme dans le moteur S65,les têtes de bielles du moteur S85 sont centrées par fissure,ce qui assure une bonne précision d’ajustage.De la même manière que dans les moteurs NG,le pied de bielle est trapézoïdal,ce qui permet d’avoir plus de surface d’appui pour la génération de la force.Les bielles pèsent 582 g avec une tolérance de ± 2 g.Aucune classification n’est nécessaire pour palier à cette plage de tolérance.Au moment de l’assemblage de la bielle et du piston,il faut bien se rappeler que la bielle est asymétrique, de ce fait,elle doit (comme le piston ) être montée en respectant le sens du montage presctit.La réduction par 1.5 mm d’un seul côté du collier de poussée par bielle sert à raccourcir le décalage latéral de 3 mm,ce qui permet de réduire également la longueur du moteur de la même distance de 3 mm.Le sens de montage est indiqué par deux bossages sur la bielle.


Sens-de-montage-de-la-bielle-S85.jpeg




Il est primordial de respecter l’ordre de vissage des bielles.Un serrage répété 3 fois avec le même angle de serrage peut conditionner les vis de fixation des bielles.Ceci a pour effet d’augmenter la force de prétension et simultanément sa propagation.Le non-respect des instructions de montage et de l’ordre de serrage risque d’endommager le moteur à 100 %.


Pistons



Le piston est coulé en aluminium (Al Si12CuNiMg).Au niveau des frottements,un piston en aluminium n’est pas compatible avec un cylindre en aluminium,c’est pour cette raison que la jupe du piston a été revêtue par une couche d’une épaisseur approximative de 10 μm de fer galvanisé (Ferrostan).Une couche supplémentaire de 2 μm d'étain sert  comme une surface de rodage.




Arbre à cames


L’arbre à cames à neuf paliers est fabriqué en fonte coquillée (GGG 60).Pour la première fois,la roue dentée du capteur de position d’arbre à cames est intégrée à l’arbre à cames dans le moteur S85.Un filetage M12x1 est inséré dans les arbres à cames pour le vissage central du mécanisme VANOS.




Ressorts de soupapes


Les ressorts de soupapes sont coniques dans le moteur S85.Les mêmes ressorts sont utilisés pour l’admission ainsi que pour l'échappement.




Demi-bagues coniques

Les demi-bagues coniques (clavettes)  des soupapes sont conçues sous forme d’une seule rangée de cônes de serrage.  A la différence des clavettes coniques à 3 rangées,les clavettes à cônes de serrage empêchent la soupape de pivoter pendant le fonctionnement.La bonne qualité de combutstion,ainsi que les tolérances de fabrications assez réduites rendent inutile la conception d’un système de nettoyage ou de rodage.Un autre avantage des clavettes à cones de serrage est leur faible poids (environ 50% plus leger que les demi-bagues à 3 rangées).
De plus,la force du ressort de soupape n’est pas transmise directement mais plutôt par adhérence via des rainures aménagées dans la tige de soupape.Avec un diamètre de tige de soupape égale à 5 mm ,ce montage permet de protéger plus efficacement les composants du système contre l’usure.





Poussoirs à capsules


Comparés aux poussoirs à coupelles ,les poussoirs à capsules sont plus convexes et assurent de ce fait un meilleur impact. Ceci permet de réduire le déplacement du point de contact de la came avec le poussoir. Il est également possible de rectifier les cames en creux.Cependant cette solution implique un coût de fabrication plus élevé ou bien la conception d’un poussoir à coupelles d’un diamètre plus grand ,ce qui entraîne par la suite une augmentation de poids d’environ 20 g par poussoir.Le mécanisme de distribution dans le moteur S54 est toujours imbattable au niveau des masses en mouvement,toutefois le système de poussoirs à capsules du moteur S85 se distingue par une facilité d’usinage des masses en mouvement et d’entretien.



Soupapes


Les soupapes d’admission ainsi que les soupapes d'échappement ont des tiges solides avec un diamètre de 5mm.Les soupapes d'admission sont fabriquées en acier pour soupapes X45CrSi9-3. Les tiges des soupapes d’échappement sont également fabriquées en X45CrSi9-3, et sont soudées aux têtes de soupapes avec l’alliage NiCr20TiAl.Dans le but d’améliorer le taux de remplissage,l’extrémité cylindrique des soupapes d’échappement a été modifiée en un biseau à 70° se terminant par une extrémité pointue.Pour cette raison,la soupape doit être manipulée avec précaution afin d'éviter tout endommagement  lors d’un choc.



Pompe haute pression VANOS


Pompe-haute-pression-VANOS-S85.png

Pompe haute pression VANOS




La pompe haute pression dispose de 5 pistons radiaux.Elle est entraînée directement par un mécanismes de roues dentées à partir du vilebrequin.Afin d’éviter les bruits de fonctionnement des engrenages, la partie revêtue du pignon de chaîne de la pompe haute pression doit être tournée sans jeu en direction du vilebrequin. Le dégagement correct des roues dentées est réglé automatiquement par raclage.





La-partie-revetue-du-pignon-de-la-pompe-haute-pression.png

La partie revêtue du pignon de la pompe haute pression



L’huile moteur sous pression est acheminée depuis le carter-semelle pour alimenter la pompe haute pression.Un microfiltre 80 μm est installé dans l’alésage de transition entre le carter-semelle et la pompe haute pression.Le filtre a comme seule fonction la rétention des impuretés qui risquent de s’accumuler durant les étapes de production en série, et n’est donc pas remplacé durant le cycle de fonctionnement du véhicule.Une soupape intégrée dans la pompe haute pression assure une alimentation constante en huile dans l’ensemble de la zone sous pression.





Soupape-d-alimentation-dans-la-pompe-haute-pression.jpeg

Soupape d'alimentation dans la pompe haute pression



Index                           Explication

1                                    Huile moteur

2                                    Alimentation d'huile vers la pompe haute pression




La pompe haute pression est composée d'un stator fixe autour duquel tourne un rotor.5 pistons mobile sont montés dans le rotor.Le stator et le rotor sont installés dans un montage excentrique dans le carter de la pompe.Les pistons sont entraînés par un mouvement radial lors de la rotation du rotor ce qui produit le mouvement du va et vient.





Pompe-HP-avec-stator-fixe-1-et-rotor-mobile-2.jpeg

Pompe haute pression à pistons radiaux avec stator fixe (1) et rotor mobile (2)





Index                           Explication

1                                    Rotor

2                                    Stator

3                                    Carter de pompe

4                                    L'huile moteur est acheminée à travers le stator et aspirée par les pistons

5                                    L'huile moteur est comprimée et retournée vers le stator à une pression de 100 bars.




En cas de peaks de pression,la soupape de pression intégrée dans la pompe à haute pression s’ouvre et libère l’huile via un circuit bypass vers le carter.
L’huile sous pression de 115 bars est acheminée via 3 conduites vers les unités de commande VANOS et l’accumulateur de pression. 





Système haute pression VANOS



Conduite-haute-pression-VANOS.png

Les conduites haute pression VANOS






Actionneurs VANOS



Unite-de-reglage-VANOS.jpeg

Unité de réglage VANOS




Index                           Explication

1                                    Réglage dans le sens avance

2                                    Admission

3                                    Connecteurs

4                                    Echappement

5                                    Réglage dans le sens retard




Chaque rangée de cylindres dispose d’une unité de réglage séparée qui sert à régler le mécanisme d’engrenage du système  VANOS.Ces unités de réglage sont nommées actionneurs VANOS et sont alimentées en huile par la pompe haute pression VANOS.
Comme les arbres à cames d’admission et d'échappement tournent en sens inverses puisqu’ils sont liés par engrenage,un décalage de l'admission dans le sens avance et un autre de l'échappement dans le sens retard résultent de la sortie du piston.
Les pistons d’ajustement sont conçus sous forme de vérins à double effet et diffèrent en terme de plage de réglage pour les arbres à cames d’admission et d'échappement.



Course-du-piston-de-reglage.png

Course du piston de réglage


Index                           Explication

1                                    Course de réglage


La plage des courses sur le côté échappement est de 14.25 mm au maximum, ce qui correspond à un angle de 18.5° d’arbre à cames et de 37° pour le vilebrequin. Coté admission, la plage des courses est équivalente à un angle de 30° pour l’arbre à cames et 60° pour le vilebrequin. Les pistons de réglage subissent une pression système de 100 bars pour sortir des deux chambres. Le mouvement de sortie est obtenu grâce à la différence des tailles des surfaces actives des pistons.    L’huile restant dans la petite chambre est réintroduite dans le circuit haute pression. La vanne à effet proportionnel doit être actionnée au maximum afin d’assurer la sortie du piston de réglage. 


Extension-du-piston-de-reglage-VANOS-S85.png

Extension du piston de réglage



La fonction de maintien et la rétention du piston sont assurées en réduisant l’alimentation d’huile dans le côté du piston présentant la surface la plus large. La réduction de la quantité d’huile se fait en activant partiellement la vanne à effet proportionnel. La réduction de l’alimentation d’huile diminue la pression d’huile, ce qui change les rapports de force sur les surfaces actives des pistons. Le mouvement de rétraction du piston est assuré par les arbres à cames puisqu’ils repoussent les arbres cannelés grâce à la denture hélicoïdale de l’engrenage VANOS.




Retraction-du-piston-de-reglage-VANOS-S85.png

Rétraction du piston de réglage





Engrenages VANOS




Mecanisme-d-engrenage-VANOS.jpeg

Mécanisme d'engrenage VANOS


Index                 Explication

1                       Echappement

2                       Admission



Le mécanisme d’engrenages VANOS relie le vilebrequin avec les arbres à cames d’admission ainsi que les arbres à cames d’échappement. Il permet également d’avoir un décalage angulaire entre les arbres à cames. Les mécanismes d’engrenage des arbres d’admission et d’échappement sont différents au niveau de la structure extérieure du pignon et de l’entrainement par chaîne, tandis que le mécanisme de réglage dans la structure interne est identique. Le mécanisme d’engrenages est entraîné par le pignon d’entraînement qui agit avec sa denture hélicoïdale sur le manchon intérieur.  Par l’intermédiaire d’une large denture hélicoïdale, le manchon intérieur agit sur le palier du pignon d’entraînement qui est fixé à l’arbre à cames par le boulon central.




Conception-de-l-engrenage-d-admission-VANOS.jpeg

Conception de l'engrenage d'admission


Index                      Explication

1                            Pignon d'entraînement

2                            Manchon intérieur

3                            Manchon extérieur

4                            Palier du pignon d'entraînement


L’actionneur (unité d’ajustement) est relié aux manchons extérieur et intérieur par les vis du mécanisme d’engrenages. Durant l’opération de réglage, les manchons intérieur et extérieur sortent ou rentrent du mécanisme d’engrenages. Le manchon intérieur tourné par l’engrenage hélicoïdale sur le pignon d’entrainement fixe (entrainement de la chaine de distribution). Comme il est solidaire du manchon intérieur, le manchon extérieur tourne aussi. Le manchon extérieur fait également tourner le palier du pignon d’entrainement, et l’arbre à came (fixé au pignon par le boulon central) à travers une autre denture hélicoïdale.

Les unités d’engrenages sont montées dans leurs positions de base (position écartée). Les arbres à cames sont réglés lorsque les unités d’engrenages sont contractées. Le pignon d’entrainement et le palier sont reliés par un ressort de torsion afin de faciliter le mouvement de retour.


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Mouvement de réglage de l'engrenage d'admission VANOS

Les vis du mécanisme d'engrenages doivent être légèrement serrés lors du montage des actionneurs.De ce fait, aucune force n'est transmise du manchon extérieur vers le manchon intérieur pendant le glissement des actionneurs dans la culasse (afin de faciliter le mouvement de glissage de l'engrenage).Le manchon extérieur tourne dans le même sens de rotation du moteur parce que le pignon d'entrainement est fixe.En même temps ,le palier fixe du pignon d'entrainement fait tourner le manchon intérieur dans le sens inverse de la rotation du moteur.


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Sens de rotation lors du glissement de l'unité de réglage



L’arbre à cames d’échappement est entrainé par l’arbre à cames d’admission par le biais d’un mécanisme de pignons. Le pignon d’entrainement est divisé en deux afin d’éviter les bruits du changement des dentures lors du glissement occasionné par le changement de charge. Un bague-ressort fait tourner les deux parties du pignon d’entrainement dans le sens opposé l’une de l’autre (même principe du volant moteur bi-masse) de sorte que les deux formes de denture du pignon d’entrainement du côté d’échappement se trouve toujours en contact avec le pignon d’admission dans tous les états de charge.



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Pignon d'arbre à cames d'échappement avec ressort à disques


Index                   Explication

1                         Bague-ressort

2                         Ressort de torsion

3                         Vis de verrouillage





Accumulateur de pression VANOS


L’accumulateur de pression est préchargé avec le Nitrogène. Un piston assure la séparation entre la chambre d’huile et chambre de gaz. La pression de fonctionnement du système VANOS est de l’ordre de 115 bar. Lorsque le moteur est arrêté, la vanne d’arrêt de l’accumulateur de pression est fermée. Une pression de 80 bar est alors maintenue dans l’accumulateur et rendue disponible pour le prochain démarrage. Lors des interventions sur le système VANOS il faut impérativement respecter les instructions de réparation.




Pompes à huile



La pompe à huile est entrainée par la pompe haute pression du mécanisme VANOS par le biais d’une chaine.


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Entraînement de la pompe à huile du moteur S85



Deux pompes à huile sont logées dans le carter de l’unité de la pompe à huile. L’une est une pompe « duocentric » et fait refouler l’huile du carter avant vers le carter arrière. L’autre est une pompe à tiroir oscillant qui aspire l’huile du carter arrière et le pompe vers le filtre à huile à une pression variable allant jusqu’à 5 bar. 






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Carter d'huile avec pompe à huile






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Pompe Duocentric






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Pompe à tiroir oscillant



Le rendement de la pompe est déterminé par la forme excentrique du tiroir oscillant. Lorsque la pompe fonctionne en position centrale par rapport à son rotor, le refoulement d’huile est interrompu puisque les chambres ont la même taille. Le tiroir oscillant est déplacé par un piston oblique. Celui-ci est en équilibre le ressort du piston et la pression d’huile moteur. Plus la pression d’huile est élevée plus le piston est pressé contre le ressort et plus le tiroir oscillant tourne dans la direction du zéro refoulement.






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Refoulement minimal






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Refoulement maximal





Pompes à huile électriques


Lorsqu’il y’a virage d’huile à grande vitesse, la force centrifuge presse l’huile contre les parois de la culasse, ce qui l’empêche de retourner librement au carter. C’est alors qu’intervienne la pompe à huile électrique correspondante pour l'aspirer et le refouler vers le carter. La commande des pompes à huile électriques est assuré par l’unité électronique de gestion moteur. Un capteur de lacet transmet la valeur de la vitesse en virage. Les pompes à huile électriques sont protégées par des écran thermiques contre les radiations de chaleur en provenance des collecteurs d’échappement. 


Gicleurs d'huile

Des gicleurs d’huile à double effet assurent le refroidissement des têtes des pistons dans le moteur S85.Ils intègrent un régulateur de pression. La pression d’ouverture est comprise entre 1.8 et 2.2 bar tandis que la pression de fermeture l’est entre 1.3 et 1.9 bars.



Boîtier de filtre à huile


Un thermostat monté dans bocal du boitier du filtre à huile permet d’ouvrir la conduite vers le refroidisseur d’huile.




Collecteurs d'échappement


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Collecteur d'échappement


Le moteur S85 est équipé d’un collecteur d’échappement « 5 e 1 » avec catalyseur pour chaque rangée de cylindres. Les tubes du collecteur d’échappement sont fabriqué en alliage d’acier  (X 15 Cr Ni Si 20-12),et ont une épaisseur de l’ordre de 0.8 mm.




Collecteurs d'admission



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Séparateur dans le collecteur d'admission



Le moteur S85 est équipé d’un collecteur d’admission séparé pour chaque rangée de cylindres relié par des colliers aux papillons. Des séparateurs à cyclone sont montés dans les parties des collecteurs correspondantes aux cylindres 5 et 10. L’huile en provenance des séparateurs d’huile, et les résidus en provenance des collecteurs d’admission se regroupent dans le bloc-cylindres derrière le cylindre 10 et sont refoulés vers le carter. Les collecteurs d’admission sont similaires aux collecteurs du moteur S54. Les coques sont également fabriquées en PA66 mais sont assemblé par un procédé de soudage spécifique.


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Silencieux d'admission avec conduites d'air



Amortisseurs de bruits d'admission



L’air est acheminé via deux circuits différents de chaque côté jusqu’au amortisseurs de bruits d’admission. Un circuit commence derrière les grilles de calandres et l’autre à partir des larges entrées d’air se trouvant dans le pare-chocs. Le moteur S85 a besoin des quatre entrées d’air pour atteindre sa puissance maximale. Il n’a pas été possible d’aménager des conduites d’air de grande section pour des raisons d’optimisation d’espace. Par ailleurs, les conduites d’aspiration d’air supérieures assurent la capacité d’acheminement nécessaires pour la M5. Dans a version américaine, un filtre à charbon actif est ajouté en plus de la cartouche du filtre à huile. Il sert à piéger les vapeurs d’hydrocarbures et d’éviter qu’elles s’échappent dans l’environnement lorsque le véhicule est stationné.





Radiateur

Le radiateur du moteur S85 est divisé en deux parties : supérieure et inférieure. La partie inférieure sert à refroidir la rangée des cylindres 1-5 tandis que la partie supérieure assure le refroidissement de la rangée 6-10. Cette conception permet de limiter la baisse de pression dans le radiateur (1.4 au lieu de 3 bar ).





Thermostat


A cause de la conception du radiateur en deux parties, le thermostat a été placé dans la conduite de retour. Il est conçu sous forme de thermostat conventionnel qui s’ouvre à une température de 79°. Le liquide de refroidissement en provenance des culasses entre dans la pièce de raccordement, puis il est acheminé vers les conduites du radiateur et le thermostat à travers le porte-joint torique.


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Vue du thérmostat en coupe

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