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2   Système de gestion moteur (DME) S85B50

           2.1  Introduction

Le moteur S85B50 peut développer une puissance de 373 Kw (507 ch) est un couple maximal de 520 Nm. Ce moteur est équipé d’un nouveau système de gestion électronique MS_S65 développé par Siemens sur la base du système MS_S54. Ce système utilisé pour la première fois assure que la puissance disponible est totalement utilisée au régime moteur de pointe (8250 tr/min) tout en se conformant avec les réglementations sur les émissions. L’utilisation du système MS_S65 avec ses fonctions élargies permet de contrôler avec précision le moteur conçu pour atteindre des régimes élevés. Le moteur S85B50 est conforme avec les réglementations suivantes :

•   Europe : EU4

•   Etats-Unis : US-LEV 2

•   Japan : Japan LEV 2000.

           2.2  Aperçu du système

Moteur S85B50

Le MSS65 est un système développé sur la base du MSS54 (MSS54 HP, M3 CSL) qui est installé dans la M3 E46 pour contrôler le moteur S54.Ces fonctions utilisées pour la première fois dans une voiture BMW permettent de faciliter la gestion du moteur S85B50 :

•    Possibilité de sélectionner entre deux niveaux de puissance moteur maximale
•    Contrôle des pompes à huiles électriques en fonction des forces transversales
•    Alimentation en carburant avec pressions variables proportionnellement aux besoins du moteur
•    Détection des ratés d’allumage et du cliquetis avec la technologie du courant ionique

           2.3  Fonctions 

Principe de fonctionnement de l’électronique digitale du moteur

   Contrôle du couple moteur

Le satellite EDR permet de contrôler le couple moteur. Le paramètre principal pris en considération dans cette opération est la quantité d’air frais introduit au moteur (mélange air-carburant). Cette quantité est variable en fonction de la position des 10 papillons individuels et des papillons de ralenti. Pour le système de contrôle, le moteur V10 est divisé en deux rangées de cylindres identiques avec 5 cylindres dans chacune d’elles. Chaque rangée de cylindres est doté d’un papillon de ralenti et de 5 papillons individuels.  Les papillons individuels de chaque rangée de cylindres sont reliés par une liaison mécanique entre eux. Deux actionneurs (actionneur de ralenti LLS et servomoteur EDR) permettent de réguler la position du papillon de ralenti et des 5 papillons individuels. Quatre servomoteurs de papillons au total assurent la commande de l’admission d’air. Pour des raisons de sécurité, en cas de dysfonctionnement de l’actionneur, les papillons sont fermés par le biais de ressorts de rappel. Les quatre servomoteurs sont actionnés par le système de gestion électronique central du moteur (DME).

La DME calcule le signal de la charge pour les deux rangées de cylindres à partir des variables d’entrées comme la charge demandée du conducteur (via le capteur d’accélérateur), la température du liquide de refroidissement, et les interventions des autres systèmes électroniques (DSC, ACC, etc…). La DME détermine alors une plage de positions pour les papillons (angle de consigne). Initiallement, seuls les papillons de ralenti sont actionnés mais une fois que leur potentiel est atteint, les papillons individuels entrent en jeu. Les signaux de commande sont envoyés aux servomoteurs via les bus CAN. Les actionneurs EDR sont actionnés à travers un bus CAN séparé, tandis que les actionneurs de ralenti LLS sont pilotés via un bus CAN SMG-LLS commun.
Le système de commande électronique envoie au actionneurs une consigne d’angle d’ouverture des papillons afin de régler la puissance de moteur. L’un des deux capteur à effet Hall montés dans a soupape de papillon (DKG 1) est mis à disposition du servomoteur du papillon 1 (EDR 1 ) pour assurer la régulation des papillons individuels. L’autre capteur à effet Hall est actionné et exploité directement par l’unité de commande DME. Il est utilisé uniquement pour surveiller la régulation de l’actionneur EDR 1.

Les deux actionneurs de ralenti sont doté de capteurs de position angulaire servant à réguler l’angle de papillon. Les signaux de ces capteurs sont transmis à l’unité DME à travers le bus CAN. La DME détermine le signal de charge momentanée à partir des capteurs de soupapes de papillons et les signaux des actionneurs LLS. La plausibilité du signal de charge est vérifiée en comparaison avec les signaux des deux débitmètres massiques à film chaud (HFM) qui mesurent les masses de l’air d’admission par rangée de cylindres. Si les écarts de mesures entre la consigne de signal de charge et la valeur réelle de charge, le système exploite le signal de la sonde lambda pour vérifier l’exactitude des mesures. Le DME agit à cette situation par une mesure corrective.

Schéma électrique du système EDR

Index                          Explication

1                                Contrôle dynamique de stabilité (DSC)

2                                Régulateur de vitesse actif (ACC)

3                                Module de sécurité et passerelle (SGM)

4                                Volant de direction

5                                Boîte M séquentielle (SMG)

6                                Capteur de position d'accélérateur (PWG)

7                                Capteur de position d'accélérateur (PWG)

8                                Electronique numérique moteur (DME)

9                                Contacteur feux de stop

10                              Contacteur d'embrayage

11                              Contacteur de ralenti BV

12                              Capteur de papillon (DKG)

13                              Capteur de papillon (DKG) inversé

14                              Débitmètre massique à film chaud (HFM)

15                              Actionneur de ralenti (LLS)

16                              Servomoteur de papillon (actionneur EDR)

17                              Servomoteur de papillon (actionneur EDR)

18                              Actionneur de ralenti (LLS)

19                              Capteur de papillon (DKG) inversé

20                              Capteur de papillon (DKG)

21                              Débitmètre massique à film chaud (HFM)

Alimentation carburant à pression variable

Schéma électrique du circuit de régulation de pression

Index                     Explication

1                           Moteur

2                           Capteur de pression

3                           Electronique numérique moteur (DME)

4                           Module EKP

5                           Pompe électrique à carburant (EKP 1)

6                           Pompe électrique à carburant (EKP 2)

7                           Régulateur de pression dans le réservoir

Afin de permettre d’alimenter le moteur en carburant à des pressions variables, la DME actionne les pompes à carburant par le biais du module EKP. Dans ce cas, la pression de consigne est réglée séparément de la quantité du carburant réellement consommée. La pression de consigne est comprise entre 3 et 6 bar. Elle est contrôlée par un module de test conformément à la courbe de consigne. Grace à ce procédé, la mesure manuelle n’est plus nécessaire. Le circuit de contrôle de l’alimentation carburant se compose des composants suivants :

•    Pompe de carburant électrique

•    Module EKP

•    Réservoir avec conduites

•    Capteur de pression de carburant

•    Système de commande électronique DME avec logique de contrôle

Activation des pompes à carburant

Schéma électrique du module EKP

Index                         Explication

1                               Activation

2                               Alimentation en tension

3                               Logique de commande EKP 1

4                               Logique de commande EKP 2

5                               Etage de sortie EKP 1

6                               Etage de sortie EKP 2

La DME actionne la pompe EKP 1 en fonction des besoins requis via le module EKP.Lorsque la charge moteur est élevée, la DME active la pompe EKP 2 sans la réguler. Le régulateur de pression monté dans le réservoir assure la régulation de la pression pour correspondre à la valeur de consigne.  Quand la deuxième pompe est activée. L’interface PWM est un dispositif unifilaire qui permet à la DME d’activer le module EKP et peut par la suite modifier le débit d’alimentation de la pompe EKP.Le module EKP pilote la pompe EKP par le biais de l’étage de sortie. L’écart entre les signaux d’entrée et de sortie PME doit être inférieur à 3%. Cet écart est valable pour toute la durée de vie du module. La deuxième pompe est mise en action lorsque le signal d’entrée correspond à un rapport cyclique de 100 %.

Mesure par courant ionique

Afin d’optimiser la gestion électronique du moteur en matière de consommation et d’émissions de gaz d’échappement, le système doit connaitre précisément la composition du mélange carburé en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Une méthode appelée « mesure par courant ionique » est pratique pour assurer cette optimisation. Elle est pratiquement utilisée pour la détection des ratés d’allumage et pour le contrôle du cliquetis. L’unité de commande électronique du moteur gère le déclenchement des étincelles d’allumage. Cette unité applique une faible tension entre les électrodes des bougies d’allumage juste après la disparition de l’étincelle, le courant qui en résulte est appelé courant ionique et est mesuré par la suite. Un boitier électronique spécialement dédié assure la mesure et le traitement des signaux du courant ionique.

Allumage moteur S85

Mesure de courant ionique

Index                    Explication

1                          Bougie d'allumage

2                          Boîtier électronique moteur

3                          Boîtier électronique de mesure de courant ionique

La progression de la combustion dans la chambre de combustion est représentée en analysant l’évolution de la pression dans la chambre de combustion ou dans le cylindre.

Représentation du courant ionique

La courbe du courant ionique évloue en relation directe avec la pression, et la présence d’ions dans le cylindre.

Courbes du courant ionique

Index                         Explication

1                               Pointe de courant ionique correspondant à l'induction de la bobine d'allumage

2                               Pointe de courant ionique correspondant à l'inflammation

3                               La courbe du courant ionique évolue en fonction de l'évolution de la pression

En général :

Mauvaise combustion => Pression faible dans le cylindre
Bonne combustion      => Pression élevée dans le cylindre
En cas de cliquetis, des ions additionnels se libèrent suites aux points de pression engendrés dans la chambre de combustion, ce qui en résulte une modification de la courbe du courant ionique. Le boitier dédié se charge de la mesure et de l’évaluation du courant ionique. La DME se charge d’apporter les corrections nécessaires afin d’optimiser le comportement du moteur.

Comparaison des courbes de courant ionique

Comparaison des courbes du courant ionique

Index               Explication

1                     Point d'allumage

2                     Fin de l'allumage

3                     Courant ionique

4                     Signal de front de flamme

5                     Pas de cliquetis

6                     Temps

7                     Cliquetis

Sélectivité de la puissance moteur maximale

Bouton Power

Le bouton « Power » est un interrupteur commuté à la masse. Pa simple pression sur ce bouton, le conducteur peut disposer de la puissance moteur maximale. Il y’a deux modes de sélection, P400 et P500. Le mode « Sport » P500 qui sélectionne agit par action progressive sur la pédale d’accélérateur peut être configuré uniquement dans le menu « M-Drive » et sélectionné via le bouton « M » sur le volant multifonctions. La configuration du mode P400 est effectuée d’une manière automatique lorsque le véhicule est démarré.

Menu M Drive

       2.4  Les composants du système

Electronique digitale du moteur

Unité de commande électronique Siemens MSS65

Unité de commande MSS65

Comme dans les modèles E60, le système de commande électronique dans la M5 E60 assure la gestion de l’énergie et du système de maintenance BOS à l’aide du capteur de batterie intelligent IBS et de l’alternateur. Une seule unité de contrôle électronique commande les deux rangées de cylindres. L’ordre d’allumage est 1-6-5-10-2-7-3-8-4-9. L’unité MSS65 est dotée de 6 modules enfichables combinés selon leurs fonctions. Les fonctions de détection de cliquetis et ainsi que l’étage de sortie et la détection des ratés d’allumage ont été intégrées dans le boitier du courant ionique. Le signal l’accélération transversale est évalué par le système DSC pour déterminer optimiser l’aspiration d’huile.
Interface des données :

1.    PT-CAN

2.    Actionneur d'air de ralenti SMG-CAN

3.    CAN papillons (DK-CAN)

4.    Bus BSD (alternateur et IBS)

5.    Interface du boîtier CAS

Débitmètre massique à film chaud (HFM)

Un débitmètre massique à film chaud BOSCH HFM 5.0 avec bypass CL est utilisé dans chaque rangée de cylindres pour déterminer la masse et la température de l’air d’admission. Le débitmètre massique à film chaud HFM est conçu en tant que module enfichable et se situe dans l’amortisseur de bruits d’aspiration.

Débimètre massique HFM 5.0 avec bypass CL

Capteur de pression du carburant

Le capteur de pression du carburant est monté dans le passage de roue avant gauche. Il mesure la pression de carburant momentanée, et transmet le signal de mesure vers l’unité de commande électronique.

Capteur de pression du carburant

Pompes électriques à carburant (EKP)

Le réservoir de carburant contient deux pompes de carburant sous forme de pompes à palettes. Elles sont intégrées dans la section droite du réservoir. La section gauche contient le filtre et le régulateur de pression à carburant.

Réservoir à carburant avec composants

Index                        Explication

1                              Régulateur de pression

2                              Filtre à carburant

3                              EKP 1 et 2

Module EKP

Comme dans les séries E60 (8 cylindres Diesel), le module EKP est monté dans le coffres à bagages à droite. L’étage de sortie de puissance a été adapté pour à la pompe additionnelle et à la logique de contrôle modifiée.

Boîtier électronique de mesure de courant ionique

Les deux unités de contrôle du courant ionique fournies par l’équipementier Helbako sont montées sur les couvres culasses de chaque rangée de cylindres.

Boîtier électrnique de mesure du courant ionique

Capteur de vilebrequin

Le capteur de vilebrequin détecte le régime moteur sur la couronne dentée. La position du vilebrequin est déterminée par un entrefer. La roue incrémentée sur la couronne dentée possède 60-2 dents. Le capteur est de type inductif.

Capteur d'arbre à cames

Chaque arbre à cames est surveillé par un capteur individuel à effet Hall. La couronne d’impulsion du capteur est coulée avec l’arbre à cames.

Capteur de qualité d'huile (QLT)

Le capteur de qualité d’huile est repris du moteur N62 mais la partie logicielle a été adaptée pour les besoins spécifiques du moteur S85B50.

Manocontact de pression d'huile

Le signal de ce capteur est transmis à la DME où il est évalué. En cas d’écarts entre la valeur mesurée et la valeur de consigne, la DME envoie un message au CID qui par son tour affiche un message « check control » relatif.

Pompe d'aspiration d'huile

Deux pompes de retour d’huile sont montées dans le moteur S85B50. A la différence du modèle précédent, les pompes sont activées à partir d’une force centrifuge équivalente à 0.8 G. Elles aspirent l’huile restant dans la culasse et le refoule vers le carter d’huile. Le système DSC informe le DME de la valeur momentanée de l’accélération transversale via le bus PT-CAN.

Pompe d'aspiration d'huile

Actionneurs de ralenti (LLS)

Vue générale de l'actionneur de ralenti

Les deux actuateurs de ralenti (LLS) sont conçus sous forme d’actionneurs de papillon et sont montés dans le Vé du moteur. Les actionneurs de ralenti communiquent avec la DME via le LLS/SMG-CAN. Ils sont initialisés d’une manière automatique lorsque le moteur est à l’arrêt, et que la clé de contact est en position d’allumage.

Vue en coupe de l'actionneur de ralenti

Index                       Explication

1                             Papillon

Servomoteurs de papillons

Dans chaque rangée de cylindres, un seul servomoteur (EDR) met en mouvement 5 papillons couplés par une liaison mécanique. Chaque actionneur EDR est composé de servomoteur doté d’un mécanisme de réduction, et d’un module de contrôle électronique. La communication avec la DME se fait via le CAN. Le contrôle et l’activation du moteur de l’actuateur et les fonctions de diagnostic intérieur sont effectués par le module de contrôle électronique.

Servomteur EDR

Capteur de papillon (DKG)

Deux potentiomètres sont activés par rangée de cylindres :

•    Un potentiomètre pour le contrôle de position qui est alimenté et lu par le satellite EDR. La valeur lue est transmise via le CAN au DME. En cas de dysfonctionnement, l’unité affectée est mise hors circuit.

•    Un autre potentiomètre est responsable de la surveillance. Il est alimenté et lu par la DME.
Les deux capteurs de papillon 1 et 2 sont conçus sous forme de double capteur à effet Hall. Les 4 capteurs détectent la position (angle) des papillons des rangées de cylindres 1 et 2.

Les deux capteurs à effet Hall intégrés dans le même boitier affichent des courbes caractéristiques inversées (une est ascendante, l’autre est descendante). L’EDR utilise le capteur qui présente la courbe ascendante pour la déterminer la position. La DME utilise le capteur redondant qui présente la courbe descendante pour surveiller la régulation des papillons.

Capteur de papillon

Pompe d'air secondaire

La pompe électrique d’air secondaire est de type « sans entretien ». Il n’est donc pas nécessaire de changer le filtre intégré. La pompe est activée par la DME. La capacité de refoulement qui n’est pas contrôlée est toujours de 100%. 

Mini-débitmètre massique à film chaud (HFM) pour pompe d'air secondaire

Un mini débitmètre (HFM) mesure la masse de l’air dans la conduite d’admission de la pompe d’air secondaire. Cette surveillance s’avère nécessaire à cause des seuils très bas des émissions.

Mini Débimètre HFM

   
Sonde Lambda primaire (régulation)

La sonde d’oxygène LSU 4.9 très connue avec caractéristiques continues est utilisée en tant que sonde lambda primaire (sonde de régulation). Les différentes sondes lambda primaires sont montées dans la cheminée d’entrée des catalyseurs proches du moteur.

Sonde Lambda secondaire (contrôle )

Les sondes lambda secondaires (capteurs de surveillance) sont les habituels capteurs LSH 25 à caractéristiques discontinues.

Sonde de température des gaz d'échappement

Les capteurs de température des gaz d’échappement sont conçus sous forme de thermistances CTN. Le capteur peut détecter la température jusqu’à 1200°C. Ce capteur est essentiellement utilisé pour protéger les cataluseurs.

Vanne d'arrêt d'accumulateur de pression

La vanne d’arrêt assure le maintien de la haute pression de l’huile moteur dans l’accumulateur de pression après l’arrêt du moteur. Cette vanne est fermée quand aucune tension n’est appliquée. Elle est ouverte à la demande de la DME (l’ouverture n’est pas proportionnelle).

           2.5 Information service

Servomoteurs de papillons ( EDR)

Il est possible d’utiliser les deux actionneurs EDR d’une manière individuelle. Après remplacement, il est nécessaire d’initialiser les butées en activant la borne 15 pour une durée minimale de 1 minute sans démarrer le moteur. La DME régule la synchronisation des deux actionneurs EDR.

Papillons individuels

Les papillons individuels peuvent être réglés d’une manière individuelle.

Programmation du boîtier  DME

L’unité de contrôle électronique peut être programmée jusqu’à 63 fois.

Accumulateur de pression VANOS

Les instructions de réparation doivent être impérativement suivies lors de chaque intervention sur le système VANOS.

Technologie du courant ionique

Les instructions de réparation doivent être impérativement suivies lors du changement des bougies d’allumage puisque celles-ci font partie du circuit de mesure du courant ionique.