Gestion de l'air de diesel bmw
Gestion de l'air de diesel
Système d'admission d'air
En plus de réduire le bruit d'admission, le système d'admission d'air assure un apport optimal d'air frais à la chambre de combustion. Une vague de pression négative agissant contre le sens d'écoulement de l'admission d'air frais est créée par le mouvement du piston après l'ouverture de la soupape d'admission.
Les fluctuations de pression résultantes sont rayonnées sous la forme de son par l'intermédiaire de l'embouchure du système d'admission. De plus, la pulsation qui se produit à l'intérieur du système d'admission d'air fait vibrer les parois des composants, ce qui crée également un bruit rayonnant. Le système d'admission d'air est donc optimisé de manière à ce qu'aucune vibration gênante ou gênante ne se produise, se conformant ainsi aux limites d'émission de bruit applicables dans le monde entier.
Le système d'admission peut être divisé en deux sections. La tubulure d'admission, l'intercooler et, à quelques exceptions près, le silencieux d'admission sont spécifiquement affectés au véhicule et diffèrent même en connexion avec le même type de moteur en raison des différentes caractéristiques des modèles de véhicules.
Le turbocompresseur d'échappement et le système d'admission avec volets de turbulence, soupape d'étranglement et différents capteurs sont affectés au moteur. Mis à part le turbocompresseur d'échappement et le collecteur d'échappement, le système d'échappement est spécifique au véhicule et diffère selon le type de véhicule et les spécifications.
Remarque: Si le tuyau d'air filtré en aval de la connexion de gaz de soufflage est fortement huilé, cela pourrait impliquer une augmentation des niveaux de gaz de soufflage. La cause de ceci est habituellement une fuite dans le moteur (par exemple le joint de vilebrequin) ou un surplus d'air aspiré à travers les lignes de vide.
Un symptôme consécutif serait alors un turbocompresseur d'échappement huileux, ce qui ne signifie pas qu'il y a un défaut avec le turbocompresseur d'échappement lui-même.
Le réseau d'air d'admission diffère entre le E70 et le E90. Les deux véhicules aspireront l'air derrière le gril. Sur le E70, le boîtier du filtre à air et le silencieux sont situés sur le dessus du moteur. D'autre part, le E90 a un boîtier de filtre sur le garde-boue intérieur côté passager.
Silencieux d'admission / filtre à air
Le silencieux d'admission abrite l'élément filtrant et est conçu de telle sorte que l'élément filtrant a une durée de vie aussi longue que possible.
Plus l'élément filtrant est grand, plus la durée de vie est longue et plus l'encombrement est important.
Le boîtier du silencieux d'admission est également conçu pour se déformer en cas de choc par le haut (collision piéton). Cela signifie qu'il comprime de plusieurs centimètres.
Moteur M57D30T2
En raison des restrictions d'espace sur les moteurs bi-turbo, le silencieux d'admission n'est pas monté directement sur le moteur. Dans ce cas, le silencieux d'admission est positionné latéralement sur le puits de roue.
Le silencieux d'admission réduit le bruit d'admission et abrite l'élément filtrant.
Conduit d'air non filtré
Le conduit d'air non filtré se compose du tuba d'air non filtré, du tuyau et de la zone d'air non filtrée du silencieux d'admission. Le tuba et le tuyau d'air non filtrés sont conçus pour protéger les piétons contre les accidents. Cela implique l'utilisation de matériaux particulièrement souples et de connexions flexibles.
Le moteur M57D30T2 aspire latéralement l'air non filtré derrière le pare-chocs en avant du module de refroidissement. L'air non filtré est acheminé par un tamis à mailles grossières (1) via un tuba à air non filtré (2) et un tuyau d'air non filtré (3) dans la zone d'air non filtré du silencieux d'admission (4).
Le tamis à mailles grossières empêche l'aspiration de grosses particules telles que des feuilles. Le tuba à air non filtré du moteur M57 est conçu comme un carénage d'entrée d'air non filtré. Cela a une grande surface, mais est exceptionnellement plat. L'air est aspiré par le module de refroidissement.
Intercooler
La température de l'air augmente à mesure que l'air est comprimé dans le turbocompresseur d'échappement. Cela provoque l'expansion de l'air. Cet effet sape les avantages du turbocompresseur d'échappement parce que moins d'oxygène peut être délivré à la chambre de combustion.
L'intercooler refroidit l'air comprimé, la densité de l'air augmente et ainsi plus d'oxygène peut être délivré à la chambre de combustion.
Sur les moteurs diesel BMW, l'air de suralimentation est exclusivement refroidi à l'air libre grâce à un échangeur de chaleur air-air. Le taux de refroidissement de l'air de suralimentation dépend fortement de la vitesse du véhicule, de la température de l'air frais entrant et de la conception du refroidisseur intermédiaire.
Le but principal de la suralimentation dans un moteur diesel est d'augmenter la puissance. Comme plus d'air est délivré à la chambre de combustion suite à une "aspiration forcée", il est également possible d'injecter plus de carburant, ce qui conduit à des rendements élevés.
Cependant, la densité de l'air et donc la masse d'oxygène pouvant être fournie à la chambre de combustion sont réduites du fait que l'air s'échauffe et se dilate ainsi au fur et à mesure qu'il est comprimé.
L'intercooler contrecarre cet effet parce que le processus de refroidissement augmente la densité de l'air comprimé, c'est-à-dire aussi la teneur en oxygène par volume.
En conséquence, un plus grand volume de mélange carburant-air peut être brûlé et converti en énergie mécanique. L'intercooler est responsable de la réduction des températures de l'air d'admission par rapport à un véhicule sans intercooler. Cela signifie que la puissance de sortie peut être augmentée, car une plus grande masse d'air peut être acheminée dans la chambre de combustion.
La soupape d'étranglement
Une soupape d'étranglement est nécessaire dans tous les moteurs diesel, y compris ceux équipés d'un filtre à particules diesel. En étranglant l'air d'admission, la soupape d'étranglement assure que les températures élevées des gaz d'échappement requises pour la régénération du filtre à particules diesel sont atteintes.
La soupape d'étranglement est fermée lorsque le moteur est arrêté afin d'éviter le frémissement du moteur. Après l'arrêt du moteur, la soupape d'étranglement est rouverte.
La soupape d'étranglement a également pour fonction supplémentaire d'empêcher efficacement le surrégime du moteur. Si le DDE détecte un surrégime sans augmenter le volume d'injection, la soupape d'étranglement se ferme afin de limiter la vitesse du moteur.
Cette situation peut survenir à la suite de l'introduction de substances combustibles dans la chambre de combustion. Les substances peuvent être de l'huile moteur provenant d'un turbocompresseur d'échappement avec des dommages au palier. Cette fonction peut prévenir efficacement les dommages majeurs au moteur. La soupape d'étranglement est située directement en amont du collecteur d'admission.
Le DDE calcule la position de la soupape d'étranglement à partir de la position de la pédale d'accélérateur et de l'exigence de couple des autres unités de commande. Le DDE commande l'actionnement de la soupape d'étranglement au moyen d'un signal PWM avec un facteur d'impulsions de 5 à 95%. Pour obtenir un contrôle optimal de la soupape d'étranglement, sa position exacte doit être enregistrée de façon continue. La position de la soupape d'étranglement est surveillée sans contact dans l'actionneur de la soupape d'étranglement par 2 capteurs Hall. Les capteurs sont alimentés par une tension de 5 V et connectés à la masse par le DDE. Deux lignes de données garantissent une rétroaction redondante de la position du papillon des gaz vers le DDE.
Le second signal est sorti comme l'inverse du premier. Le DDE évalue la plausibilité du signal par soustraction.
Le moteur de l'actionneur pour actionner la soupape d'étranglement est conçu comme un moteur à courant continu. Il est piloté par le DDE à la demande. Un pont en H est utilisé pour l'activation, ce qui permet d'entraîner le moteur dans la direction opposée. Le pont en H du DDE est surveillé par le système de diagnostic.
Lorsqu'aucune alimentation n'est appliquée à l'unité d'entraînement, la soupape d'étranglement est réglée, à ressort, sur une position de fonctionnement d'urgence.
La soupape d'étranglement est nécessaire pour régénérer le filtre à particules diesel afin d'augmenter la température d'échappement en intervenant dans le mélange air-carburant. De plus, la soupape d'étranglement est fermée lorsque le moteur est arrêté afin de réduire le frémissement d'arrêt. La soupape d'étranglement empêche également efficacement le surrégime du moteur.
Volets de tourbillon
La version américaine du moteur M57 utilise des volets de turbulence situés dans le collecteur d'admission. Les volets de tourbillon sont contrôlés électriquement. Cette méthode d'actionnement fournit un moyen de retour de position avec le système DDE pour se conformer aux exigences OBD.
Un avantage supplémentaire de cette méthode de contrôle est un positionnement plus précis des volets de tourbillon au besoin. Les volets sont contrôlés en fonction du régime du moteur, de la charge du moteur et de la température du liquide de refroidissement. Les volets de tourbillon assurent un meilleur tourbillonnement de l'air entrant pendant les cycles d'admission et de compression. Cette méthode de contrôle de l'air travaille en conjonction avec la géométrie du piston pour assurer une formation plus complète du mélange.
En contrôlant le "tourbillon" dans la chambre de combustion, des réductions significatives des émissions de NOx et de particules sont possibles.
Les volets de tourbillon réglables sont situés dans les canaux tangentiels du système d'admission et sont ouverts et fermés en fonction de l'état de fonctionnement du moteur.
Sur le moteur M57TU, les volets de tourbillon sont fermés à bas régime et dans des conditions de charge. Pour augmenter l'effet de tourbillon, les volets de tourbillon sont conçus pour se refermer hermétiquement sur les moteurs M57TU.
Opération de volet de tourbillon
Le volet de tourbillonnement (4) ferme l'orifice tangentiel (3) pour obtenir une plus grande turbulence de l'air via l'orifice de turbulence (2) dans la chambre de combustion à bas régime. Avec l'augmentation de la vitesse du moteur, il s'ouvre pour faciliter la charge à travers les ports tangentiels.
La position est basée sur le choix de la charge du conducteur, la vitesse du moteur et la température du liquide de refroidissement.
Les volets de turbulence sont modifiés par une liaison (1) actionnée par un moteur à courant continu.
Effets des dysfonctionnements des volets de tourbillons
Si les volets de turbulence restent en position ouverte: Dégradation des caractéristiques des gaz d'échappement dans les plages de vitesse inférieures, sinon aucun effet.
Si les volets de turbulence restent en position fermée: perte de puissance d'environ 10% à des régimes plus élevés.
Mesureur de masse d'air à film chaud (HFM 6.4)
Le compteur de masse d'air à film chaud HFM 6.4 est utilisé avec DDE sur le M57TU. Le HFM 6.4 est conçu pour un débit d'air jusqu'à 640 kg air / h.
Le HFM 6.4 mesure la prise d'air massique dans des tolérances très serrées afin de permettre un contrôle précis de la recirculation des gaz d'échappement ainsi qu'une configuration optimale de la limite de fumée. Ceci est important pour respecter les limites d'émission actuelles et futures.
Principe fonctionnel
La conception principale du HFM 6.4 correspond à celle du HFM 5 précédemment utilisé. Le compteur de masse d'air à film chaud HFM 6.4 est alimenté par la tension du système.
Une nouvelle caractéristique est que le signal du capteur est déjà numérisé dans le HFM 6.4. Le signal numérisé est transféré en modulation de fréquence vers le DDE.
Afin de pouvoir compenser les influences de la température, le signal de masse d'air est référé au signal de changement de température. Le débitmètre massique d'air à film chaud HFM 6 est situé en aval du silencieux d'admission et est monté directement sur son couvercle. Le HFM mesure la masse d'air prise par le moteur. Ceci est utilisé pour enregistrer la masse d'air réelle, qui à son tour est utilisée pour calculer le taux de recirculation des gaz d'échappement et le volume limite de carburant.
Il y a également un capteur de température d'air d'admission situé dans le boîtier HFM. La température est évaluée par le HFM et envoyée au DDE sous la forme d'un signal PWM.
Une largeur d'impulsion de 22% équivaut à une température de -20 ° C et une largeur d'impulsion de 63% équivaut à une température de 80 ° C.
Méthode de mesure
Un labyrinthe (6) s'assure que seule la masse d'air réelle est enregistrée. Grâce au labyrinthe, le reflux et la pulsation ne sont pas enregistrés. De cette manière, le HFM détermine la masse d'air réelle indépendamment de la pression de l'air et du reflux.
Une cellule de mesure de capteur chauffée électriquement (7) fait saillie dans le flux d'air (4). La cellule de mesure du capteur est toujours maintenue à une température constante. Le flux d'air absorbe l'air de la cellule de mesure. Plus le flux d'air massique est important, plus il faut d'énergie pour maintenir constante la température de la cellule de mesure.
L'électronique de l'évaluateur (3) numérise les signaux du capteur. Ce signal de capteur numérisé est ensuite transféré en modulation de fréquence vers le DDE. Afin de pouvoir compenser les influences de température, le signal de masse d'air est référé au signal de température variable.
Capteur de température d'air de charge
Le capteur de température de l'air de suralimentation enregistre la température de l'air frais comprimé. Il est situé dans le tuyau de surpression, directement en amont de la soupape d'étranglement.
La température de l'air de suralimentation est utilisée comme valeur de remplacement pour calculer la masse d'air. Ceci est utilisé pour vérifier la plausibilité de la valeur du HFM. Si le HFM échoue, la valeur de remplacement est utilisée pour calculer la mesure du débit de carburant et le taux d'EGR.
Le DDE connecte le capteur de température d'admission à la terre. Une autre connexion est connectée à un circuit diviseur de tension dans le DDE.
Le capteur de température d'admission contient une résistance dépendant de la température qui fait saillie dans le flux d'air d'admission et prend la température de l'air d'admission.
La résistance a un coefficient de température négatif (NTC). Cela signifie que la résistance diminue à mesure que la température augmente. La résistance fait partie d'un circuit diviseur de tension qui reçoit une tension de 5 V du DDE. La tension électrique à la résistance dépend de la température de l'air. Il y a une table stockée dans le DDE qui spécifie la température correspondante pour chaque valeur de tension; la table est donc une solution pour compenser la relation non linéaire entre tension et température.
La résistance varie en fonction de la température d'environ 75 k Ohms à 87 Ohms, ce qui correspond à une température de -40 ° C à 120 ° C.
Capteur de pression de suralimentation
Le capteur de pression de suralimentation est requis pour le contrôle de la pression de suralimentation. Le capteur de pression de suralimentation surveille et contrôle la pression de suralimentation conformément à une carte caractéristique résidant dans le DDE.
La pression de suralimentation est également utilisée pour calculer le volume de carburant. Le capteur est alimenté par une tension de 5 V et relié à la masse par le DDE. Les informations sont envoyées au DDE sur une ligne de signal. Le signal d'évaluation fluctue en fonction de la pression. Sur le moteur M57D30T2, la plage de mesure d'environ 0,1 à 0,74 V correspond à une pression absolue de 50 kPa (0,5 bar) à 330 kPa (3,3 bar).
Système de vide
Sur le moteur diesel, de nombreux dispositifs fonctionnant sous vide sont utilisés pour contrôler les montages EGR, turbocompresseur et moteur.
Pour simplifier l'affectation, les lignes de vide de plusieurs vannes vers les unités de vide sont marquées en couleur. Ce code de couleur est également utilisé pour les composants réels.
Pompe à vide
La pompe à vide est entraînée par l'arbre à cames d'échappement qui est relié au rotor (3) au moyen d'un embrayage à mâchoires. Pendant que le moteur tourne, les blocs coulissants (1) passent contre le couvercle du boîtier (4).
Le système de lubrification d'huile moteur assure l'étanchéité des deux chambres différentes des deux côtés du tiroir (2). L'air est aspiré par le raccord de dépression (5) sur le côté droit et livré au moteur via le clapet anti-retour (7) sur le côté gauche.
La pompe à vide a un volume de 0,15 litres. L'évacuation du système de vide à une dépression (pression négative) de 500 mbar (absolu) (selon le type de moteur) se fait en moins de 5 secondes à un régime moteur d'environ 720 tr / min.
Le volume à évacuer s'élève à environ 4,2 litres.
Clapet anti-retour
Le clapet anti-retour empêche la dépression de s'échapper par la pompe à vide lorsque le moteur ne tourne pas.
La bague de retenue (1) supporte le ressort (6). L'autre extrémité du ressort presse le joint (5) contre le trou (3). Le vide accumulé dans le trou et dans le système de vide aspire fermement le joint sur le trou, en veillant à ce que le vide ne puisse s'échapper par la pompe à vide. Le joint est forcé contre le ressort pendant le fonctionnement de la pompe à vide, libérant ainsi le trou.
L'air peut maintenant être aspiré par le trou et les ouvertures (2) du joint.
Clapet anti-retour, servofrein
Le clapet anti-retour empêche le vide de s'échapper du servofrein lorsque le moteur ne tourne pas.
De la connexion de vide à la pompe à vide (2), l'air est extrait du servofrein via la plaque de soupape (1) au-dessus de la connexion d'aspiration du servofrein. Pour éviter une installation incorrecte, les flèches de direction (3) indiquent le sens d'écoulement (4).
Distributeur de vide
La tâche du distributeur de vide est de distribuer le vide via des lignes à divers systèmes. Des ouvertures de différentes tailles (orifice) sont intégrées dans les connexions du distributeur de vide.
Cela garantit que la majorité du vide est toujours disponible pour le freinage assisté. Les connexions inutilisées sont fermées avec un capuchon en caoutchouc.
Un distributeur à cinq connexions est utilisé sur le moteur M57D30T2.
Réservoir à vide
Le réservoir à vide conserve un vide défini dans le but de rendre le vide disponible afin de répondre temporairement aux exigences de vide.
Par exemple, sur les moteurs turbo jumelés, il est possible de contrôler la soupape de commande de la turbine et la soupape de dérivation du compresseur en cas de défaillance du vide dans le système. Si cela ne serait pas possible, une baisse immédiate de la puissance du moteur serait perceptible. Une situation dans laquelle une défaillance du système de vide peut se produire est lorsque le servofrein nécessite de grandes quantités de vide.
A cet effet, le réservoir à vide est équipé d'un clapet anti-retour qui empêche la dépression de s'échapper en direction du servofrein.
Si ce n'était pas pour ce réservoir de vide, la pompe à vide devrait être construite beaucoup plus grande afin de fournir suffisamment de vide pour contrôler l'ensemble du turbocompresseur pendant que le servofrein fonctionne au maximum.
Cependant, la capacité d'une telle pompe ne serait pleinement utilisée que très rarement. Un réservoir à vide représente donc l'option la plus efficace pour couvrir les exigences de vide maximum.
Convertisseur de pression électropneumatique (EPDW)
Le convertisseur de pression électropneumatique est utilisé pour les composants activés en continu avec le vide. Le convertisseur de pression électropneumatique est capable de mélanger le vide entrant avec l'air ambiant et de régler toute pression négative requise (pression mixte) entre ces deux niveaux de pression négative.
La pression négative résultante est ensuite utilisée comme variable de contrôle pour l'actionnement des composants pneumatiques.
Ces composants comprennent:
• EGR basse pression
• Unité de vide pour soupape de commande de turbine
• Unité de vide pour wastegate
Le vide (pression négative) est appliqué à la connexion de vide
(1). La pression ambiante traverse l'élément filtrant (3) dans la vanne. La sortie du raccord à vide (2) peut être marquée en couleur (ici en bleu) pour éviter toute confusion avec plusieurs composants du même type.
La pression mixte est disponible via la sortie de vide. La pression mixte est utilisée pour régler à l'infini n'importe quelle position entre "ouvert" et "fermé".
Le DDE actionne la largeur d'impulsion du convertisseur de pression électropneumatique modulée à environ 300 Hz. La pression négative à la sortie du vide varie indéfiniment en fonction du facteur d'impulsions.
Le facteur d'impulsions peut être compris entre 0 et 100%. Le convertisseur de pression électropneumatique est fermé avec un facteur d'impulsions de 6% et la pression ambiante est appliquée.
Le convertisseur de pression électropneumatique est complètement ouvert avec un facteur d'impulsions de 98% et le vide maximum du système de vide est appliqué.
Valve de basculement électrique (EUV)
La vanne de commutation électrique est utilisée pour les composants qui commutent dans deux positions. La soupape de commutation électrique permet de ne pas passer le vide ou le vide maximum disponible du raccord de vide (1) à la sortie de vide (2).
Contrairement au convertisseur de pression électropneumatique, aucune pression mixte n'est réglée ici, mais le vide dans le système est commuté dans l'unité de vide.
Sur le moteur M57D30T2, cette soupape de commutation électrique est utilisée pour les supports de moteur variables et la soupape de dérivation du compresseur. La vanne de commutation électrique est actionnée par le DDE.
Actionné électriquement (EL)
Les composants qui sont actionnés électriquement par le DDE incluent:
• La soupape d'étranglement
• Volets de tourbillon
• Valve EGR haute pression
• Valve de mesure SCR
Turbocompresseur d'échappement
Le turbocompresseur est entraîné par les gaz d'échappement du moteur. Les gaz d'échappement chauds et sous pression sont dirigés à travers la turbine du turbocompresseur d'échappement, produisant ainsi la force d'entraînement pour le compresseur.
L'air d'admission est pré-comprimé de sorte qu'une masse d'air plus élevée pénètre 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.
Les vitesses de la turbine sont comprises entre 100 000 tr / min et 200 000 tr / min. La température d'entrée d'échappement peut aller jusqu'à environ 900 ° C.
Les performances d'un moteur turbocompressé peuvent atteindre les niveaux atteints par un moteur à aspiration naturelle avec une capacité nettement supérieure. Cependant, l'effet de surélévation peut également être utilisé dans un petit moteur pour obtenir une certaine sortie avec une consommation comparativement réduite.
Turbocompresseur jumeau
En raison du principe de fonctionnement mentionné précédemment, la conception d'un turbocompresseur implique toujours un conflit d'objectifs.
Un petit turbocompresseur d'échappement répond rapidement et fournit un couple suffisant à bas régime. Cependant, sa puissance de sortie est limitée car elle atteint rapidement la ligne de surtension et d'étranglement. Bien qu'il puisse générer des pressions élevées, le débit volumétrique est limité en raison de sa taille.
Un grand turbocompresseur d'échappement est capable de produire des niveaux de puissance de sortie élevés à des régimes élevés. Cependant, il réagit lentement et n'est pas capable de générer une pression de suralimentation élevée à bas régime.
La solution idéale serait d'avoir deux turbocompresseurs d'échappement. Un petit turbocompresseur pour une réponse rapide et un grand turbocompresseur pour un rendement maximum.
Précisément, cette configuration a été développée pour les moteurs bi-turbo diesel BMW. Deux turbocompresseurs d'échappement connectés en série sont utilisés.
Un petit turbocompresseur pour l'étage haute pression et un turbocompresseur plus gros pour l'étage basse pression. Les deux turbocompresseurs n'ont pas de pales variables.
Les deux turbocompresseurs peuvent être combinés de manière variable, offrant ainsi une opti-mum pour toute la plage de fonctionnement. Cette interaction est rendue possible par divers volets et valves.
Ceux-ci sont:
• Soupape de commande de la turbine (côté échappement)
• Vanne de dérivation du compresseur (côté air)
• Wastegate (côté échappement)
Étape à haute pression
L'étage haute pression est le plus petit des deux turbocompresseurs d'échappement. Ceci est conçu comme un "collecteur intégral", car le boîtier du turbocompresseur d'échappement et le collecteur d'échappement sont une seule unité coulée. L'étage haute pression n'est pas connecté par une vanne. L'entrée et la sortie d'huile assurent la lubrification nécessaire du roulement.
Phase basse pression
Le grand turbocompresseur d'échappement loge la soupape de commande de turbine et la wastegate. Il est monté sur le collecteur d'échappement et est en outre soutenu contre le carter. L'étage basse pression dispose également d'une alimentation en huile séparée pour le palier.
Soupape de commande de turbine
La soupape de commande de la turbine ouvre un canal de dérivation du côté échappement vers l'étage basse pression (après l'étage haute pression).
Il est actionné pneumatiquement par une u