Motor N54

Motor N54

6 silindirli Otto motorların yeni jenerasyonu (NG6) bir geliştirme ile yürütülmektedir.
Yeni geliştirilmiş doğrudan yakıt püskürtmeli 6 silindirli Otto motor N54 ile BMW turbo teknolojisine tekrar giriş yapmaktadır.

Yeni turbo motorda 2. jenerasyonun doğrudan yakıt püskürtmesi (DI2) kullanıma sunulur. Doğrudan yakıt püskürtme (HPI: High Precision Injection) püskürtme miktarı ve püskürtme süresi ölçümünde yanma odasındaki karışım dağıtımında olduğu gibi ilave serbestlik dereceleri (3 defaya kadar yük ve devir sayısına bağlı olarak çoklu püskürtme) sağlar. Böylece güç, motor torku, tüketim ve egzoz emisyonu pozitif etkilenir.
Doğrudan püskürtülen yakıtın karışım koşulu ile sıkıştırma işlemi turbo motoruna göre emme borusu püskürtmesi artırılır. Bu, etki derecesini yükseltir.
Doğrudan yakıt püskürtme kullanımı ile tüm yanma odasında homojen karışım hazırlığı oluşur. Homojen karışımın hazırlanması, hava yakıt oranının emme borusu püskürtmesinin stökiometrik (lambda = 1) olarak ayarlandığını gösterir.
(stökiometrik ile hava yakıt oranı 14,8 kilo hava ve 1 kilogram yakıt tanımlanmaktadır.) Homojen karışımın hazırlığı ile egzoz emisyonunun yeniden işlenmesi için konvensiyonel bir sistem kullanılabilir.

Daha açık spontane güç gelişimini özellikle Bi-turbo konsepti sağlamaktadır. Büyük egzoz gazı turbo ünitesi yerine iki daha küçük ünite sadece üç silindir ile sıkıştırılmış hava ile besleme yaparlar. Küçük boyutlu egzoz gazı turbo ünitesinin önemli bir avantajı ise düşük şasi atalet momentidir. Gaz pedalı modülüne az bir basma bile anında basınç artışına neden olur.
Değişken kumanda sürelerinin (çift VANOS) kullanımı aynı anda düşük devir sayısında yüksek motor torku sağlayan optimum yükleme değişimi ve hakim esneklik sağlar.

Parça kısa tarifi

Motor N54 için aşağıdaki yapı elemanları tanımlanır:

• Dijital Motor Elektroniği
  
• EKP-kontrol ünitesi ve elektrikli yakıt pompası
  
• Yakıt yüksek basınç pompası
  
• Ray basıncı sezicisi olan ray
  
• Enjektörler (yüksek basınçlı yakıt püskürtme valfi)
  
• Emme borusu basınç sezicisi
  
• Egzoz gazı turbo ünitesi
  
• Akış hacmi kumandalı yağ pompası
  
• Elektrikli soğutma sıvısı pompası
  
• Emme kam mili ve egzoz kam mili ”Çiftli VANOS” için değişken eksantrik mili kontrolü
  
• Yağ durumu sezicisi
  
• Alüminyumdan krank mili
  
  

DME: Dijital Motor Elektroniği

DME kontrol ünitesi platininde (MSD80) 3 sezici bulunmaktadır:

• Sıcaklık sezicisi
  
• Çevre basıncı sezicisi
  
• Gerilim sezicisi
  

Sıcaklık sezicisi, DME kontrol ünitesindeki parçaların termik hesaplanmasına yarar.
Ortam basıncı sezicisi, karışım bileşenlerinin hesaplanması için gereklidir. Ortam basıncı, deniz seviyesinden artan yükseklik ile azalır.
Gerilim sezicisi gerilim beslemesini terminal 87 üzerinden denetler.

EKP-kontrol ünitesi ve elektrikli yakıt pompası

DME kontrol ünitesi motorun yakıt ihtiyacını belirler. Gerekli yakıt miktarı, mesaj olarak PT-CAN üzerinden EKP kontrol ünitesine gönderilir. Bu mesaj EKP kontrol ünitesi tarafından bir çıkış gerilimine dönüştürülür. Bu çıkış gerilimi ile elektrikli yakıt pompasının devir sayısı ayarlanır. Böylelikle yüksek basınç pompası için ihtiyaca uygun sevk etme işlemi sağlanır.

Elektrikli yakıt pompası bir depo içi yakıt pompasıdır.
Terminal 15 AÇIK'dan itibaren elektrikli yakıt pompası devreye alınır.

Yakıt yüksek basınç pompası

Yakıt yüksek basınç pompası yakıtı sıkıştırır (50 ila 200 bar'a kadar) ve raya sevk eder.

Yakıt yüksek basınç pompası vakum pompasının arka ucunda vidalanmıştır. Yakıt yüksek basınç pompasının tahrik mili vakum pompasının tahrik mili ile bağlıdır.

Miktar kumanda valfi rayda yakıt basıncını kumanda eder. Miktar kumanda valfi DME kontrol ünitesi tarafından bir empülsiyon aralığı modülasyonuna uğramış sinyal (PWM sinyali) tarafından kumanda edilir. PWM sinyaline bağlı olarak değişik büyüklükteki gaz kelebeği enine kesiti serbest bırakıldı ve motorun yük durumu için gerekli yakıt sevk oranı ayarlandı. İlave olarak raydaki basıncı giderme olanağı mevcuttur.
Eğer sistemde bir hata teşhis edildiyse örn. yüksek basınç sezicisinin devre dışı kalması, bu durumda miktar kumanda valfi akımsız duruma getirilir. Yakıt, bypass valfi ile raya sevk edilir.

Miktar kumanda valfi, yüksek basınç pompasının bir parçasıdır ve serviste sökülebilir.

Ray basıncı sezicisi olan ray

Rayda sıkıştırılmış yakıt arada depolanır ve enjektörlere dağıtılır.

Ray basıncı sezicisi, güncel yakıt basıncını rayda ölçer.

Yakıt basıncı, yüksek basınç bağlantısıyla sezici elemanı ile diyaframa gönderilir. Diyaframın deformasyonu sezici elemanı ile elektrikli sinyale dönüştürülür. Değerlendirme devresi sinyali hazırlar ve analog gerilim sinyalini DME'ye aktarır. Gerilim sinyali doğrusal yakıt basıncı ile artar.

Ray basıncı sezicisi sinyali DME'nin miktar kumanda valfi kumandası için önemli bir giriş sinyalidir (yüksek basınç pompası parçası).
Ray basıncı sezicisi devre dışı kaldığında miktar kumanda valfi acil çalışmada DME tarafından kumanda edilir.

Enjektörler (yüksek basınçlı yakıt püskürtme valfi)

Enjektör, yakıtı yüksek basınçla yanma odasına püskürtür. Enjektör, meme iğnesi ucunu dışa doğru açar ve bu arada sadece birkaç mikrometre büyüklüğünde halka aralığı açar. Halka aralığı huzme tarafından sevk edilen doğrudan yakıt püskürtmesini şekillendirir ve eşit, konik biçimli yayılma sağlar.

Basınç elektriği (piezoelektrik) kumandası manyetik bobin kumandasına göre aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• çok küçük yanıt süresi ile hızlı vites değiştirme sürelerinin iyileştirilmiş çoklu püskürtmesi.
  

Böylelikle egzoz emisyonu ve yakıt tüketiminde gözle görülür iyileştirmeler meydana gelir.

Piezo elemanı, elektro mekanik konvertördür. Piezo elemanı, elektrikli enerjiyi doğrudan mekanik enerjiye (güç/yol) dönüştüren seramiktir. Piezo elemanı bir gerilim olduğunda genişler. Böylelikle meme iğnesi stroku üretilir.
Daha büyük bir stroka ulaşmak için piezo elemanı birçok tabakada oluşur.

Emme borusu basınç sezicisi

Emme borusu basınç sezicisi, vakumu emiş sisteminde ölçer. Emme borusu vakumu, yük sinyalinin yedek değeridir. Emme borusu basınç sezicisi, gaz kelebeği kapağının arkasına takılmıştır.

Egzoz gazı turbo ünitesi

Motor, 2 egzoz gazı turbo ünitesi ile donatılmıştır (silindir 1'den 3'e kadar egzoz manifoldunda egzoz gazı turbo ünitesi, silindir 4'den 6'ya kadar egzoz manifoldu egzoz gazı turbo ünitesi ile donatılmıştır). Türbinler özellikle yüksek egzoz gazı sıcaklığına müsaade ederler (1050 °C-tekniği), özellikle aşırı yükte hissedilebilir tüketim azaltmasına neden olurlar.
Egzoz gazı turbo ünitesi şarj basıncı DME'e tarafından her bir bypass valfi (Wastegate-valfi) üzerinden ayarlanır. Bypass valfi üzerinden egzoz gazlarının bir bölümü türbinden geçer.
Bypass valfleri elektro pnömatik basınç dönüştürücüsü DME tarafından kumanda edilir ve değişken olarak ayarlanabilir.
Egzoz gazı turbo ünitesinin soğutulması ve yağlanması için yatak gövdesinde 2 bağlantı motor soğutma devresi ve 2 bağlantı yağ devresi için mevcuttur.

Akış hacmi kontrollü yağ pompası

Motor, bir akış hacmi kontrollü yağ pompasına sahiptir. Bu pompa ayar basıncı seviyesi için gerekli olduğu kadar yağ sevk eder. Yağ pompası krank milinin bir zinciri ile tahrik edilir.

Elektrikli soğutma sıvısı pompası

Bir elektrikli motoru soğutma sıvısı pompasını tahrik eder. Bu elektrikli motorun (400 Watt) gücü bir kumanda elektroniği tarafından kumanda edilir. Bu kumanda elektroniği bit serisi veri arabirimi ile DME (dijital motor elektroniği) ile bağlıdır. DME, yükten çalışma bölgesi ve sıcaklık sezicisi verilerine gerekli soğutma gücünü sağlar. DME, kumanda elektroniğine soğutma sıvısı pompası için gerekli olan ayar sinyallerini gönderir.
Soğutma sıvısı pompası motoru soğutma sıvısı ile işlem görür. Böylelikle motor ve kumanda elektroniği soğutulur. Soğutma sıvısı ile elektrikli soğutma sıvısı pompası yatakları da greslenir.

Yağ durumu sezicisi

Yağ durumu sezicisi aşağıdaki büyüklükleri ölçer:

• Motor yağı sıcaklığı
  
• Yağ seviyesi
  
• Motor yağı kalitesi
  

Yağ durumu sezicisi ölçüm değerlerini DME'ye gönderir

Emme kam mili ve egzoz kam mili ”Çiftli VANOS” için değişken eksantrik mili kontrolü

Değişken eksantrik mili kontrolü alt ve üst devir sayısı alanında torkun değişmesini sağlar.
Her bir VANOS manyetik valfi emme tarafı ve egzoz tarafında bir VANOS ayar ünitesine kumanda etmektedir. VANOS manyetik valfleri DME kontrol ünitesi tarafından kumanda edilir.
Motorun kumanda süreleri her iki değişken VANOS ayar üniteleri için kademesiz olarak etki edilebilir.
Daha büyük bir valf kesişmesi ile rölantideki artık gazda daha düşük miktarlar oluşur. Kısmi yük alanındaki dahili egzoz gazı geri beslemesi sayesinde, nitrojen oksitler azaltılır.

Dikkat! VANOS ayar ünitesi değiştirilmemelidir.

Emme ve egzoz kam mili için olan VANOS ayar ünitelerinin değişik ayar yolları vardır. Böylelikle değiştirilmiş VANOS ayar ünitesinde üzerine konulan valflerde motor hasarları meydana gelebilir.
VANOS ayar ünitesinin ön tarafında montaj tarafı oyulmuştur.

Alüminyumdan krank mili

Motor'da alüminyumdan ayrılmış krank gövdesi kullanılır. Sağlamlığın artırılması için alt parça yatak plakası konstrüksiyonu gerçekleştirilmiştir.

Sistem fonksiyonları

Aşağıdaki sistem fonksiyonları tanımlanıyor:

• Şarj basıncı ayarlaması
  
• Motor havalandırması
  
• Motor soğutması
  
• Yağ beslemesi akış hacmi kontrollü
  
• Yakıtın ihtiyaca uygun sevki
  
• Sistem koruması
  
  

Şarj basıncı ayarlaması

Egzoz gazı turbo ünitesi şarj basıncı DME'e tarafından her bir bypass valfi (Wastegate-valfi) üzerinden ayarlanır. Bypass valfleri elektro pnömatik basınç dönüştürücüsü üzerinden DME tarafından kumanda edilir (tanıma alanı kumandalı).

Bypass valflerine ilave olarak 2 turbo hava basıncı yönlendirme valfi takılmıştır. Turbo hava basıncı yönlendirme valfi olmadan egzoz gazı turbo üniteleri kapalı gaz kelebeklerinin yığılma basıncına karşı çalışmalıdır.
Gaz kelebeği kapanmadan önce emme borusundaki artırılmış vakumda turbo hava basıncı yönlendirme valfleri açılır. Açık durumdayken turbo hava basıncı yönlendirme valfleri kompresörün emme tarafını kompresörün egzoz tarafı ile bağlar. Böylelikle çok yüksek bir yığılma basıncı önlenir.

Motor havalandırması

Motor havalandırması basınç kumandalı. Emme borusu vakumu ve şarj basıncına bağlı olarak ya 6 katlı bir dağıtıcı boru emme kanallarını veya egzoz gazı turbo şarjı öncesindeki temiz hava borusu havalandırır (silindir 4'den 6'ya kadar). Dağıtıcı borusu külbütör kapağına entegre edilmiştir.

Motor havalandırması için 2 valf takılmıştır.

• Basınç sınırlandırmalı tek yönlü valf
  Basınç sınırlandırmalı tek yönlü valf takılan emme borusu vakumuna bağlı olarak akışı ayarlar ve kayıp kompresyon gazının emme kanallarına girişini kumanda eder.
  Tanımlanan bir şarj basıncında tek yönlü valf basınç sınırlandırması ile kapanır.
  
• Temiz hava borusuna giden tek yönlü valf
  2 temiz hava borusu emme sesi rezonatörü düzenlenmiştir. Her bir temiz hava borusu hava filtresini bir egzoz gazı turbo ünitesi ile bağlar. Temiz hava borusunda hava filtresinde temizlenen hava kompresöre aktarılır.
  Tanımlanan bir şarj basıncından itibaren tek yönlü valf temiz hava borusunda vakum ile açılır. Kayıp kompresyon gazları temiz hava borusuna egzoz gazı turbo ünitesinde (silindir 4'den 6'ya kadar) havası alınır.
  Hava alma bağlantısı temiz hava borusunda PTC prensibine göre bir motor havalandırma ısıtmasına sahiptir (pozitif sıcaklık katsayısı). Motor havalandırma ısıtması terminal 87 üzerinden kumanda edilir.
  
  

Motor soğutması

Elektrikli soğutma sıvısı pompası olan soğutma sistemi ile konvansiyonel soğutma sistemi olanakları kullanılır. ısı yönetimi üzerinden o anki soğutma ihtiyacı belirlenir ve soğutma sistemi buna uygun olarak ayarlanır.

Aşağıdaki parçalar ısı yönetimi tarafından etkilenir

• elektrikli soğutma sıvısı pompası
  
• Tanım alanı termostatı
  
• Dijital motor elektroniği (DME)
  

Sistemin soğutma gücü, soğutma sıvısının serbest değiştirilebilen diyafram akımı ile uyarlanır.

ısı yönetimi o anki soğutma ihtiyacını belirler ve soğutma sistemini uygun bir şekilde ayarlar. Duruma göre soğutma sıvısı pompası tamamen de kapatılabilir, örn. ısınma safhasında soğutma sıvısının hızlı ısınması için.
Duran ve çok fazla ısınmış olan motorda soğutma sıvısı pompası duran konumda da pompalar. Soğutma gücü böylelikle devir sayısından bağımsız olarak talep edilebilir.

Isı yönetimi karakteristik alan termostatı üzerinden, soğutma sıvısı pompası kumandası için değişik karakteristik alanları temel alınmasını sağlar. Böylece motor kontrol ünitesi motor sıcaklığını sürüş tutumuna uyarlayabilir.

Motor kontrol ünitesi (MSD80) aşağıdaki sıcaklık bölgelerini ayarlar:

• 108 °C = Ekonomik çalışma
  
• 104 °C = Normal çalışma
  
• 95 °C = Yüksek çalıştırma
  
• 90 °C = Yüksek çalıştırma ve karakteristik alan termostatı ayarı ile
  

• 
  Motor kontrol ünitesi sürüş tutumundan dolayı ”Economy” ekonomik çalışma bölgesini algılıyorsa, DME daha yüksek bir sıcaklığa ayarlar (108 °C).
  Bu sıcaklık bölgesinde motor rölatif düşük yakıt ihtiyacı ile çalıştırılmalıdır. Motorun içindeki sürtünme daha yüksek sıcaklıkta azaltılmıştır. Sıcaklık artışı, azalan yakıt tüketimini düşük yük bölgesinde de korur.
  ”Karakteristik alan termostatı ile high ve ayarlama” işletiminde sürücü motorun optimum güç gelişimini kullanmak ister. Bunun için silindir kapağındaki sıcaklık 90 °C düşürülür. Bu düşürme işlemi motorun indirme işlemi motorun artan torkuna neden olan daha iyi bir silindir dolum hacmi sağlar. Motor kontrol ünitesi artık ilgili sürüş durumuna ayarlanır, belirli bir çalışma bölgesi ayarlanmalıdır. Böylelikle soğutma sistemi etkisi üzerinden tüketim ve güç alınması mümkün olur.
  

Motor yağı termostatı

Motor yağı termostatı yağ filtresinde bulunmaktadır.

Motor yağı termostatı sıcaklığa bağlı açılır ve kapatılır. Buna rağmen tam kapanmaz, motor yağ soğutma radyatörüne asgari bir akışa sahiptir.
110 °C'ye kadar olan motor yağı sıcaklığında motor yağı termostatı kapalıdır.
Sevk edilen motor yağı motor yağı termostatı üzerinden kısa devre sirkülasyonunda geri dönüşe geri sevk eder. Böylelikle motorun hızlı ısınması sağlanmış olur.
Motor yağı sıcaklığı 110 °C'den itibaren motor yağı termostatı açılır ve kısa devre sirkülasyonu açıklığını azaltır. Böylelikle motor yağ soğutma radyatörüne giden hatta yağ akış oranı artar. Yaklaşık 125 °C'den itibaren termostat tam olarak açıktır.

Yağ beslemesi akış hacmi kontrollü

Akış hacmi kontrollü yağ pompası (oynak iticili hücre pompası) ayar basıncı pompası seviyesine ulaşabilmek için kadar gerekli olan yağı sevk eder.

Sağlanan yağ basıncı kumanda hattı üzerinden ayar pistonundan birine eğik baskı yüzeyi (viraj askı çubuğu) ile baskı yaylarından birinin gücüne karşı etki eder.
Motorun yağ ihtiyacı yükseldiğinde yağlama sistemindeki ve ayar pistonundaki basınç iner. Yağ pompası sevk hacmini artırır ve şimdiye kadarki olan basınç durumunu tekrar oluşturur. Motorun yağ ihtiyacı geri gittiğinde, pompa ayar pistonu konumunun düşük sevk hacmini ayarlar.

Yağ durumu sezicisi DME kontrol ünitesine motor yağı sıcaklığı ve yağ seviyesini bildirir. Yağ seviyesinin hesaplanması için DME kontrol ünitesi motor yağının ısıtılması ve soğutulması için gereken süreyi ölçer. Yağ basıncını yağ basınç şalteri sinyalize eder. DME kontrol ünitesi PT-CAN üzerinden gösterge panelindeki uyarı ve kontrol lambasına kumanda eder (kırmızı: Yağ basıncı düşük; sarı: yağ seviyesi düşük)

Yakıtın ihtiyaca uygun sevki

Mevcut sistem basıncına uygun olarak yakıt pompası ve yüksek basınç pompası arasında yakıt alçak basınç sezicisi tarafından bir gerilim sinyali motor kontrol ünitesine (DME kontrol ünitesi) gönderilir.
Sistem basıncı (yakıt alçak basıncı) yakıt alçak basınç sezicisi ile yüksek basınç pompasından önce belirlenir.

DME kontrol ünitesinde sürekli olarak itibari basınçtan fiili basınca bir karşılaştırma gerçekleştirilir. İtibari basıncın fiili basınçtan sapmasında mesaj olarak PT-CAN üzerinden EKP-kontrol ünitesine gönderilen DME kontrol ünitesi elektrikli yakıt pompası gerilimini azaltır veya artırır. EKP kontrol ünitesi mesajı elektrikli yakıt pompası için çıkış gerilimine dönüştürür. Böylelikle gerekli olan besleme basıncı motor için (veya yüksek basınç pompası) ayarlanır.

Sinyal hatasında (yakıt alçak basınç sezicisi) terminal 15 AÇIK'da elektrikli yakıt pompası önceden kumanda edilerek çalıştırılır.
CAN busu iptal olduğunda, elektrikli yakıt pompası EKP-kontrol ünitesi üzerinden mevcut araç elektrik gerilimi ile çalıştırılır.

Yüksek basınç pompası yakıtı 50 ve 200 bar arasında bir basınç ile sıkıştırır. Yüksek basınç hattı üzerinden sıkıştırılmış yakıt raya sevk edilir. Rayda sıkıştırılmış yakıt arada depolanır ve enjektörlere dağıtılır.
Ray basıncı sezicisi, güncel yakıt basıncını rayda ölçer. Miktar kumanda valfi yüksek basınç pompasında açtığında, çok fazla sevk edilen yakıt tekrar yüksek basınç pompasındaki devirdaime sevk edilir.
Yüksek basınç pompasının iptalinde kısıtlı sürüş mümkündür.

Sistem koruması

Motor çalışmasında soğutma sıvısında veya motor yağında çok yüksek sıcaklıklar meydana geldiğinde araçtaki belirli fonksiyonlar motorun soğutulması için gerekli olan enerji kullanıldığından, etkilenir.

Önlemler 2 çalışma tipinde ayrılır:

• Parça koruması
  
• Acil durum
  
  

• Parça koruması
  117 °C ve 124 °C arasında soğutma sıvısı sıcaklığı
  150 °C ve 157 °C arasında motor yağı sıcaklığı
  Önlem: örn. iklimlendirmenin (%100'e kadar) ve motorun güç azaltımı
  
  
• Acil durum
  125 °C ve 129 °C arasında soğutma sıvısı sıcaklığı
  158 °C ve 163 °C arasında motor yağı sıcaklığı
  Önlem: örn. motorun güç azaltımında (yakl.% 90)
  
  

Servis için bilgiler

Genel uyarılar

Uyarı! Yakıt sistemindeki çalışmalar sadece soğuk motorda yürütülmelidir.

40 °C üzerindeki soğutma sıvısı sıcaklığında enjektörlerin çözülmesinde yüksek hızda yakıt dışarı çıkabilir.

Yazım hatası, yanlışlıklar ve teknik değişiklikler saklıdır.