Motor N54

Motor N54

A nova geração de motores de 6 cilindros (NG6) prossegue com um aperfeiçoamento.
Com o novo motor a gasolina N54 de 6 cilindros sobrealimentado com injecção directa, a BMW assinala a sua reentrada na tecnologia turbo.

No novo motor turbo, é aplicada a injecção directa da 2.ª geração (DI2). A injecção directa (HPI: High Precision Injection) fornece graus de liberdade adicionais no momento da medição do débito e período de injecção (injecção múltipla, até três vezes, em função da carga e número de rotações), bem como no momento da distribuição da mistura na câmara de combustão. Deste modo, o desempenho, binário do motor, consumo e emissões de substâncias nocivas são influenciados de forma positiva.
Devido à refrigeração da mistura permitida pela injecção directa de combustível, a compressão pode aumentar em comparação com um motor turbo com injecção no colector de admissão. Isto melhora a eficiência.
Através da aplicação da injecção directa, dá-se uma formação da mistura homogénea em toda a câmara de combustão. Uma formação da mistura homogénea significa que a relação combustível-ar é regulada de forma estequiométrica, tal como na injecção no colector de admissão (lambda = 1).
(o termo ”estequiométrico” designa uma relação combustível-ar de 14,8 quilogramas de ar para 1 quilograma de combustível.) Através da formação da mistura homogénea é possível aplicar um sistema convencional de tratamento subsequente dos gases de escape.

Um desenvolvimento de potência notoriamente mais espontâneo é possibilitado especialmente pelo conceito ”Bi-turbo”. Em vez de um grande turbocompressor, dois agregados mais pequenos alimentam respectivamente três cilindros com ar comprimido. A principal vantagem do turbocompressor pequeno é o seu reduzido binário de inércia de massas. Ao mínimo accionamento do módulo do pedal do acelerador surge uma formação da pressão imediata.
Ao mesmo tempo, a utilização dos tempos de distribuição variáveis (sistema duplo VANOS) possibilita uma variação da carga ideal que origina um elevado binário do motor com um número de rotações reduzido e uma excelente elasticidade.

Descrição resumida do componente

São descritos os seguintes componentes do motor N54:

• Electrónica Digital do Motor
  
• Unidade de comando EKP e bomba eléctrica do combustível
  
• Bomba de alta pressão do combustível
  
• Rail com sensor da pressão Rail
  
• Injectores (injectores de alta pressão)
  
• Sensor de pressão do colector de admissão
  
• Turbocompressor
  
• Bomba de óleo comandada em função do fluxo volumétrico
  
• Bomba eléctrica do líquido de refrigeração
  
• Comando variável das árvores de cames de admissão e de escape ”Sistema duplo VANOS”.
  
• Sensor do estado do óleo
  
• Bloco do motor de alumínio
  
  

DME: Electrónica Digital do Motor

Na placa de circuitos da unidade de comando DME (MSD80) encontram-se 3 sensores:

• Sonda térmica
  
• Sensor da pressão atmosférica
  
• Sensor de tensão
  

A sonda térmica serve para o cálculo térmico dos componentes na unidade de comando DME.
O sensor da pressão atmosférica é necessário para o cálculo da composição da mistura. A pressão atmosférica cai à medida que a altitude acima do nível do mar vai aumentando.
O sensor de tensão monitoriza a alimentação eléctrica através do borne 87.

Unidade de comando EKP e bomba eléctrica do combustível

A unidade de comando DME calcula o consumo de combustível do motor. A quantidade de combustível necessária é enviada sob a forma de mensagem para a unidade de comando EKP, através da PT-CAN. Esta mensagem é convertida, na unidade de comando EKP, numa tensão de saída que, por sua vez, controla o número de rotações da bomba eléctrica do combustível. Deste modo, alcança-se um transporte de acordo com o consumo para a bomba de alta pressão.

A bomba eléctrica do combustível é uma bomba situada dentro do depósito.
A partir do borne 15 LIGADO, a bomba eléctrica do combustível é ligada.

Bomba de alta pressão do combustível

A bomba de alta pressão do combustível comprime o combustível (área de 50 até 200 bar) e transporta-o até ao Rail.

A bomba de alta pressão do combustível está aparafusada na extremidade traseira da bomba de vácuo. O veio primário da bomba de alta pressão do combustível está unido com o veio primário da bomba de vácuo.

A válvula de comando do débito controla a pressão do combustível no Rail. A válvula de comando do débito é accionada pela unidade de comando DME através de um sinal modulado em duração (sinal PWM). Em função do sinal PWM, é libertada uma secção de estrangulamento de dimensões diferentes e é ajustado o débito do combustível necessário para a respectiva carga do motor. Para além disso, existe a possibilidade de diminuir a pressão no Rail.
Se for diagnosticado um defeito no sistema, como, p. ex., a falha do sensor de alta pressão, é desligada a corrente da válvula de comando do débito. o combustível chega então ao Rail através de uma denominada válvula de bypass.

A válvula de comando do débito é um componente da bomba de alta pressão e pode ser desmontada no SAV.

Rail com sensor da pressão Rail

No Rail, o combustível comprimido é acumulado em tampão e distribuído para os injectores.

O sensor da pressão Rail mede a pressão actual do combustível no Rail.

A pressão do combustível chega à membrana com elemento sensor, através da ligação de alta pressão. A deformação da membrana é convertida pelo elemento sensor num sinal eléctrico. O circuito de exploração prepara o sinal e transmite um sinal de tensão analógico à DME. O sinal de tensão aumenta linearmente através do aumento da pressão do combustível.

O sinal do sensor da pressão Rail é um sinal de entrada importante da DME para a activação da válvula de comando do débito (componente da bomba de alta pressão).
Se o sensor da pressão Rail avariar, a válvula de comando do débito é accionada em regime de emergência pela DME.

Injectores (injectores de alta pressão)

O injector projecta combustível sob alta pressão para dentro da câmara de combustão. O injector abre a ponta da agulha do injector para fora, formando uma abertura anular com um tamanho de alguns micrómetros apenas. A abertura anular forma a injecção directa conduzida por jacto e providencia uma difusão cónica e uniforme.

Da activação piezoeléctrica surgem as seguintes vantagens em comparação com a activação através de bobinas electromagnéticas:

• possibilidades melhoradas de injecção múltipla através de tempos de resposta rápidos com tempos mortos muito reduzidos.
  

Deste modo, surgem notórias melhorias com respeito a emissões de substâncias nocivas e consumo de combustível.

Um elemento piezoeléctrico é um conversor electromecânico. O elemento piezoeléctrico é uma cerâmica, que converte a energia eléctrica directamente em energia mecânica (força/deslocação). O elemento piezocerâmico expande-se quando se aplica uma tensão. Assim, é gerado o curso das agulhas do injector.
Para alcançar um maior curso, pode formar-se um piezoeléctrico em várias camadas.

Sensor de pressão do colector de admissão

O sensor de pressão do colector de admissão mede o vácuo no colector de admissão. O vácuo no colector de admissão serve como valor de substituição para o sinal de carga. O sensor de pressão do colector de admissão está montado atrás da borboleta.

Turbocompressor

O motor está equipado com 2 turbocompressores (um turbocompressor no colector de escape para os cilindros 1 a 3, um turbocompressor no colector de escape para os cilindros 4 a 6). As turbinas possibilitam temperaturas dos gases de escape particularmente elevadas (técnica 1050 °C) que originam uma diminuição perceptível do consumo, principalmente com uma carga elevada.
A pressão turbo de cada turbocompressor é regulada pela DME através de uma válvula de bypass (válvula Wastegate). Uma parte dos gases de escape é conduzida ao lado da turbina através da válvula de bypass.
As válvulas de bypass são activadas pela DME através de conversores de pressão electro-pneumáticos e podem ser ajustadas de forma variável.
Para refrigerar e lubrificar o turbocompressor, existem 2 ligações para o circuito de refrigeração do motor e 2 ligações para o circuito do óleo no alojamento do apoio.

Bomba de óleo com regulação do fluxo volumétrico

O motor possui uma bomba de óleo com regulação do fluxo volumétrico. Esta bomba bombeia exactamente o óleo necessário para alcançar o nível da pressão de regulação. A bomba de óleo é accionada pela cambota através de uma corrente.

Bomba eléctrica do líquido de refrigeração

Um motor eléctrico acciona a bomba do líquido de refrigeração. A potência do motor eléctrico (400 W) é comandada através de uma electrónica de comando. Esta electrónica de comando está ligada à DME (Electrónica Digital do Motor) através da interface série de dados por bits. A DME determina a potência de refrigeração necessária a partir da carga, do regime de funcionamento e dos dados das sondas térmicas. A DME envia à electrónica de comando os respectivos sinais para a regulação da bomba do líquido de refrigeração.
O motor da bomba do líquido de refrigeração é banhado pelo líquido de refrigeração. Assim, o motor e a electrónica de comando são refrigerados. O líquido de refrigeração lubrifica também os apoios da bomba eléctrica do líquido de refrigeração.

Sensor do estado do óleo

O sensor do estado do óleo mede os seguintes valores:

• temperatura do óleo do motor
  
• nível de óleo
  
• qualidade do óleo para motores
  

O sensor do estado do óleo envia os valores de medição à DME.

Comando variável das árvores de cames de admissão e de escape ”Sistema duplo VANOS”.

O comando variável da árvore de cames serve para aumentar o binário na faixa de rotações inferior e intermédia.
Cada válvula electromagnética do VANOS acciona uma unidade de regulação VANOS no lado de admissão e no lado de escape. As válvulas electromagnéticas do VANOS são activadas pela unidade de comando DME.
Os tempos de distribuição do motor podem ser influenciados de forma contínua através das duas unidades de regulação VANOS variáveis.
Através de uma maior intersecção das válvulas, produzem-se menores quantidades de gás residual em ralenti. Através da recondução interna dos gases de escape no regime de carga parcial são reduzidos os óxidos de azoto.

Cuidado! Não trocar as unidades de regulação VANOS.

As unidades de regulação VANOS para as árvores de cames de admissão e de escape têm cursos de regulação diferentes. Assim, pode surgir uma avaria do motor causada pelo encosto das válvulas em caso de unidades de regulação VANOS trocadas.
Na parte frontal da unidade de regulação VANOS está gravado o lado da montagem.

Bloco do motor de alumínio

No motor é aplicado um cárter dividido em alumínio. Para aumentar a rigidez, a parte inferior é uma construção tipo ”Bedplate”.

Funções do sistema

São descritas as seguintes funções do sistema:

• regulação da pressão turbo
  
• ventilação do motor
  
• refrigeração do motor
  
• alimentação de óleo com regulação do fluxo volumétrico
  
• transporte do combustível em função do consumo
  
• protecção do sistema
  
  

regulação da pressão turbo

A pressão turbo de cada turbocompressor é regulada pela DME através de uma válvula de bypass (válvula Wastegate). As válvulas de bypass são accionadas pela DME (comandadas por mapeamento através de conversores de pressão electro-pneumáticos.

Adicionalmente às válvulas de bypass, estão montadas 2 válvulas de desvio do ar secundário. Sem válvulas de desvio do ar secundário, os turbocompressores teriam de funcionar contra a pressão dinâmica da borboleta fechada.
Se a borboleta fechar, as válvulas de desvio do ar secundário abrem devido ao vácuo aumentado no colector de admissão. Em estado aberto, as válvulas de desvio do ar secundário conectam respectivamente o lado de admissão do compressor com o lado de escape do compressor. Deste modo, impede-se uma pressão dinâmica demasiado elevada.

Ventilação do motor

A ventilação do motor está comandada por pressão. Em função do vácuo no colector de admissão e da pressão turbo, a ventilação efectua-se através de uma régua de distribuição sêxtupla nos canais de admissão ou no tubo do ar filtrado diante do turbocompressor (cilindros 4 a 6). A régua de distribuição está integrada na tampa das válvulas.

Para a ventilação do motor estão montadas 2 válvulas.

• Válvula de retenção com limitação de pressão
  A válvula de retenção com limitação de pressão regula o débito de passagem em função do vácuo existente no colector de admissão e comanda a introdução de gases blow-by nos canais de admissão.
  A partir de uma determinada pressão turbo, a válvula de retenção com limitação de pressão fecha.
  
• Válvula de retenção ao tubo do ar filtrado
  Os 2 tubos do ar filtrado estão dispostos a seguir ao silenciador dos ruídos de admissão. Cada tubo do ar filtrado une o filtro do ar com um turbocompressor. No tubo do ar filtrado, o ar purificado no filtro do ar é transportado para o compressor.
  A partir de uma determinada pressão turbo, a válvula de retenção abre-se devido ao vácuo existente no tubo do ar filtrado. Os gases blow-by são ventilados no tubo do ar filtrado ao turbocompressor (cilindros 4 a 6).
  No fim do tubo do ar filtrado, a ligação de ventilação tem um aquecimento da ventilação do motor segundo o princípio PTC (coeficiente de temperatura positiva). O aquecimento da ventilação do motor é accionado através do borne 87.
  
  

Refrigeração do motor

Para o sistema de refrigeração com bomba eléctrica do líquido de refrigeração são utilizadas as possibilidades do sistema de refrigeração convencional. A gestão do calor determina a actual necessidade de refrigeração e controla o sistema de refrigeração em conformidade.

Os seguintes componentes são influenciados pela gestão do calor:

• Bomba eléctrica do líquido de refrigeração
  
• Termóstato por mapeamento
  
• Electrónica Digital do Motor (DME)
  

A potência de refrigeração do sistema é adaptada através de um fluxo volumétrico livremente variável do líquido de refrigeração.

A gestão do calor determina a actual necessidade de refrigeração e controla o sistema de refrigeração em conformidade. Em certas circunstâncias, a bomba do líquido de refrigeração até pode ser completamente desligada, por exemplo, para o aquecimento mais rápido do líquido de refrigeração na fase de aquecimento.
Com o motor parado e muito quente, a bomba do líquido de refrigeração bombeia também com a viatura parada. O poder de refrigeração pode, então, ser solicitado independentemente do número de rotações.

A gestão do calor permite assim, para além do termóstato por mapeamento, tomar por base diversos mapeamentos para o comando da bomba do líquido de refrigeração. A unidade de comando do motor pode assim adaptar a temperatura do motor ao comportamento de marcha.

A unidade de comando do motor (MSD80) controla as seguintes faixas de temperatura:

• 108 °C = regime de funcionamento Economy
  
• 104 °C = regime de funcionamento normal
  
• 95 °C = regime de funcionamento High
  
• 90 °C = regime de funcionamento High e regulação através do termóstato por mapeamento
  

• 
  Se a unidade de comando do motor identificar, com base nas características de condução, o regime de funcionamento económico ”Economy”, a DME ajustará para uma temperatura mais elevada (108 °C).
  Nesta faixa de temperatura, o motor deve funcionar com um consumo de combustível relativamente baixo. A temperaturas elevadas, a fricção própria do motor é reduzida. O aumento da temperatura favorece assim um menor consumo de combustível no regime de carga reduzido.
  No funcionamento ”High e regulação através do termóstato por mapeamento”, o condutor pretende tomar proveito do desenvolvimento de potência mais eficaz do motor. Para o efeito, a temperatura na culassa é reduzida para 90 °C. Esta diminuição origina um melhor grau de carga, o que leva a um aumento do binário do motor. A unidade de comando do motor pode agora, em função da respectiva situação de marcha, regular um determinado regime de funcionamento. Deste modo, é possível influenciar o consumo e o rendimento através do sistema de refrigeração.
  

Termóstato do óleo do motor

O termóstato do óleo do motor encontra-se no filtro do óleo.

O termóstato do óleo do motor é aberto ou fechado em função da temperatura. No entanto, nunca fecha completamente. Existe sempre uma passagem mínima para o radiador do óleo do motor.
Até uma temperatura do óleo do motor de 110 °C, o termóstato do óleo do motor está fechado.
O óleo do motor bombeado é conduzido em circuito fechado de volta para o tubo de retorno através do termóstato do óleo do motor. Está assim assegurada uma fase de aquecimento rápida do motor.
A partir de uma temperatura do óleo do motor de 110 °C, o termóstato do óleo do motor abre e reduz a abertura no circuito fechado. Deste modo, a passagem do óleo no tubo para o radiador do óleo do motor aumenta. A partir de aprox. 125 °C, o termóstato está totalmente aberto.

Alimentação de óleo com regulação do fluxo volumétrico

A bomba de óleo com regulação do fluxo volumétrico (bomba celular de distribuição de movimento pendular) bombeia exactamente o óleo necessário para alcançar o nível da pressão de regulação.

A pressão do óleo que é aplicada actua sobre um êmbolo de regulação com superfície de encosto inclinada (tirante articulado) através do tubo de comando, contra a força de uma mola de compressão.
Se a necessidade de óleo do motor aumentar, a pressão no sistema de lubrificação e, por conseguinte, também no êmbolo de regulação diminui. A bomba de óleo aumenta o volume transportado e restabelece as relações de pressão habituais. Se a necessidade de óleo do motor diminuir, a bomba adapta um volume transportado mais reduzido em função da posição do êmbolo de regulação.

O sensor do estado do óleo participa à unidade de comando DME a temperatura do óleo do motor e o nível de óleo. Para o cálculo do nível de óleo, a unidade de comando DME calcula a duração do aquecimento e da refrigeração do óleo de motor. A pressão do óleo é sinalizada por um contacto da pressão do óleo. Através da PT-CAN, a unidade de comando DME activa a luz de advertência e de controlo no instrumento combinado (vermelho: pressão do óleo baixa; amarelo: nível de óleo baixo)

Transporte do combustível em função do consumo

Em função da pressão do sistema existente entre a bomba do combustível e a bomba de alta pressão, o sensor de baixa pressão do combustível envia à unidade de comando do motor (unidade de comando DME) um sinal de tensão.
A pressão do sistema (baixa pressão do combustível) é determinada com o sensor de baixa pressão do combustível diante da bomba de alta pressão.

Na unidade de comando DME é permanentemente efectuada uma comparação entre a pressão nominal e a pressão real. Em caso de desvio entre a pressão nominal e a pressão real, a unidade de comando DME aumenta ou diminui a tensão da bomba eléctrica do combustível enviada à unidade de comando EKP através da PT-CAN sob a forma de mensagem. A unidade de comando EKP converte a mensagem numa tensão de saída para a bomba eléctrica do combustível. Deste modo, a pressão de alimentação necessária para o motor (ou a bomba de alta pressão) é adaptada.

Em caso de falha de sinais (sensor de baixa pressão do combustível), a bomba eléctrica do combustível é accionada com comando piloto com o borne 15 LIGADO.
Se o canal CAN falhar, a bomba eléctrica do combustível será accionada através da unidade de comando EKP com a tensão existente na rede de bordo.

A bomba de alta pressão comprime o combustível para uma pressão entre 50 e 200 bar. O combustível comprimido chega ao Rail através do tubo de alta pressão. No Rail, o combustível comprimido é acumulado em tampão e distribuído para os injectores.
O sensor da pressão Rail mede a pressão actual do combustível no Rail. Se a válvula de comando do débito abrir na bomba de alta pressão, o combustível distribuído em excesso é novamente conduzido à alimentação na bomba de alta pressão.
Em caso de falha da bomba de alta pressão, um regime de marcha restringido é possível.

Protecção do sistema

Se, com o motor em funcionamento, surgirem temperaturas demasiado elevadas do líquido de refrigeração ou do óleo do motor, determinadas funções na viatura são influenciadas no sentido de ser disponibilizada mais energia à refrigeração do motor.

As medidas são divididas em 2 modos de funcionamento:

• Protecção do componente
  
• Caso de emergência
  
  

• Protecção de componentes
  Temperatura do líquido de refrigeração entre 117 °C e 124 °C
  Temperatura do óleo do motor entre 150 °C e 157 °C
  Medida: p. ex., redução da potência da climatização (até 100 %) e do motor
  
  
• Caso de emergência
  Temperatura do líquido de refrigeração entre 125 °C e 129 °C
  Temperatura do óleo do motor entre 158 °C e 163 °C
  Medida: p. ex., redução da potência do motor (até aprox. 90 %)
  
  

Indicações para o SAV

Indicações gerais

Advertência! Efectuar trabalhos no sistema de combustível apenas com o motor frio.

Com temperaturas do líquido de refrigeração superiores a 40 °C, pode sair combustível a uma elevada velocidade ao soltarem-se os injectores.

Reserva-se o direito a erros de impressão, lapsos e alterações técnicas.