Automotive Engineer Final Study Work

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H AUT E COLE R OI B AUDOUINC ATGORIE T ECHNIQUE T YPE C OURT Bachelier en Automobile option Mcatronique

Etude et formation technique : BMW Z4

Travail de fin dtudes prsent par Lamotte Boris en vue de lobtention du grade de Bachelier en Automobile option Mcatronique

Anne acadmique 2008/2009

Mons

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Cahier des chargesCours sur une formation Technique : La nouvelle BMW Z4Prsentation :BMW est actuellement lun des plus grands constructeurs au monde qui possde une large gamme de vhicules. Bientt, la nouvelle Z4 sera mise sur le march mais avant cela, de nombreuses concessions devront tre informes sur les nouvelles techniques utilises. Cest l quinterviennent les formateurs techniques chargs dtudier, de comprendre, danalyser les techniques utilises et des les enseigner aux divers techniciens, vendeurs et mcaniciens du rseau BMW. Ce travail de fin dtudes consistera en llaboration dune formation technique sur la Z4 avec laide de formateurs techniques.

Objectifs :tude des technologies de la Z4 analyse des technologies de la Z4 ralisation dune formation

Contraintes :Recherche dinformations concernant les nouvelles technologies de cette Z4. Ce travail de fin dtude requiert galement certaines connaissances linguistiques et techniques.

Ressources :documentation fournie par BMW.

Intrts pour ltudiant :Ce travail me permettra dacqurir des comptences et des connaissances techniques dans le domaine de la technique automobile ainsi que dans la formation technique. Il faudra tre comptent au niveau relationnel car il sagit dun travail en collaboration avec les formateurs BMW. Ce travail me permettra dapprofondir mes connaissances linguistiques car pour communiquer avec les autres formateurs cela se fait principalement en nerlandais et pour la recherche dinformations cela se fait en allemand.

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Table des matiresRemerciements Prsentation du vhicule Introduction 1. Moteur BMW N54 1.1. Introduction 1.2. Caractristiques techniques du moteur N54 1.3. Courbe de couple et de puissance 1.4. Systme dalimentation et dinjection de carburant 1.5. Systme dadmission et dchappement 1.6. Systme de refroidissement p. 2 p. 3 p. 4 p. 5 p. 5 p. 6 p. 7 p. 8 p. 16 p. 21

2. Valvetronic p. 26 2.1. Introduction p. 26 2.2. Quest ce que le Valvetronic ? p. 28 2.3. Comparaison entre un moteur command par un papillon et un moteur command par un systme Valvetronic p. 29 2.4. Constitution et fonctionnement du systme Valvetronic p. 30 2.5. Constituants du systme Valvetronic p. 32 3. Vanos 3.1. Introduction 3.2. Avantages principaux du systme Vanos 3.3. Fonctionnement du double Vanos variation continue 3.4. Moteur palettes du systme Vanos 4. EDC: Electronic Dampfer Control 4.1. Introduction 4.2. Quest ce que lEDC ? 4.3. Fonctionnement du systme 4.4. Composants 4.5. Comparaison de lamortissement par rapport la concurrence 5. DKG : Doppel kupplung getriebe 5.1. Introduction 5.2. Principe de fonctionnement 5.3. Comparaison entre bote de vitesses robotise double embrayage (DKG), bote manuelle traditionnelle et bote robotise simple embrayage (SMG) 5.4. Composition de la bote de vitesses double embrayage DKG 5.5. Chaine cinmatique des vitesses 5.6. Caractristiques techniques de la bote robotise double embrayage DKG. 5.7. Exemple de changement de rapport en images 5.8. Composants de la bote de vitesses robotise double embrayage DKG 6. Les freins de la BMW Z4 E89 6.1. Freins de service 6.2. Freins de stationnement Conclusion Bibliographie Annexes p. 34 p. 34 p. 35 p. 36 p. 38 p. 39 p. 39 p. 39 p. 40 p. 42 p. 52 p. 53 p. 53 p. 54 p. 56 p. 57 p. 58 p. 62 p. 63 p. 66 p. 79 p. 79 p. 80 p. 85 p. 86 p. 87 3

RemerciementsJe tiens remercier toute une srie de personnes qui mont t dune aide et dun soutien prcieux dans llaboration de ce travail de fin dtudes. Je remercier tout particulirement mon matre de stage, Thierry Van Beers, qui ma aid en mencourageant et en me mettant en contact avec diverses personnes qui mont t trs bnfiques. Je remercie aussi toute lquipe de formation technique : Maarten Bornauw, Marc Wauthy, Filip Monsieur. Ces personnes mont aid en rpondant mes questions et en me donnant des conseils sur les manires dlaborer une formation technique. Je remercie aussi Malle qui ma gentiment paul et encourag tout au long du stage et du travail de fin dtudes. Je remercie galement le corps professoral des bacheliers en automobiles (Jim Plumat, Arnaud Botte, Martine Grard, Salvatore Buffo, Philippe Rousseau, Hubert Mhauden, Johan Muyle, Hugues Baudart), sans qui je naurais pu comprendre et aborder les lments dvelopps dans ce travail. Enfin je salue et remercie encore une fois la socit et le personnel de BMW Belux pour son accueil, sa gentillesse et sa bonne ambiance.

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Prsentation du vhiculeLa nouvelle BMW Z4 E89 sort en concession partir de juin 2009, cest une volution de la premire version (BMW Z4 E85). Dans ce nouveau roadster de tourisme, on retrouve trois motorisations essence. Il sagit du 2.3i, 3.0i et 3.5i dveloppant respectivement 204, 265 et 306 chevaux. La nouvelle Z4 est laboutissement de nombreuses annes de recherche et reprsente ce quil y a de mieux en ce qui concerne les innovations technologiques actuelles.

Ses concurrentes directes sont : Mercedes SLK Porsche Boxter, Cayman Audi TT

Avec cette nouvelle voiture, BMW a pour objectif de devenir le leader dans le secteur des roadsters de tourisme. Il vous faudra cependant dbourser 36000euros pour pouvoir vous offrir la version de base.

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IntroductionA la fin des trois annes dtudes de bachelier en automobile, il est prvu que chaque tudiant prpare et prsente un travail dont il a choisi le sujet et qui aura t approuv par le corps professoral. Le but de cet exercice est dutiliser les comptences acquises lors de ces trois annes de formation et de se perfectionner dans un domaine que lon apprcie plus particulirement. Actuellement, chaque grande marque automobile possde une section spcifique responsable des formations techniques. Ce sont des formateurs techniques issus de bachelier en automobile pour la plupart, qui ralisent, partir de la documentation du constructeur, des formations sur chaque nouveau vhicule ou nouvelle technologie de la marque. Ces formations permettent de former le personnel de la marque sur le nouveau vhicule en question. Lobjectif de mon travail de fin dtudes tait, selon les directives du responsable des formateurs techniques de BMW Belux, dlaborer une formation sur la nouvelle BMW Z4. Le travail de fin dtudes qui suit est donc une partie de la formation sur la BMW Z4 qui a servi et qui servira former le personnel des concessionnaires et de limportateur BMW Belux. La ralisation et laboutissement de cette formation se sont drouls en plusieurs tapes que voici : 1) lire la documentation du constructeur 2) comprendre cette documentation 3) manipuler et observer les systmes tudis disponibles 4) construire et rdiger son propre rsum 5) rdiger une synthse personnelle complte sur laquelle sappuiera le support de la formation 6) inventer un exercice faire effectuer aux personnes qui suivent la formation (essai, observation des constituants) 7) crer un support qui permette de donner la formation (Power Point) 8) dispenser la formation et rpondre aux ventuelles questions des personnes suivant la formation Dans cette formation technique, jaborde les nouveaux systmes qui sont prsents sur la Z4 et qui en font sa particularit. Ces systmes sont : les suspensions rglage lectronique (EDC), la bote de vitesses robotise double embrayage (DKG), le moteur quipant la BMW Z4 3.5i (N54), le calage variable des arbres cames dadmission et dchappement (Vanos), le systme de leve variable des soupapes dadmission (Valvetronic) et le systme de freinage avec frein stationnaire lectromcanique(EMF).

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1. Moteur BMW N54

1.1. IntroductionAujourd'hui, le plaisir de conduire ne se rsume pas juste avoir le plus de puissance possible, mais aussi de rouler avec un moteur disposant dun rendement maximum. En effet, le plaisir est dautant plus grand si on dispose dune dynamique moteur gnreuse tout en gardant une consommation de carburant raisonnable. Avec le prix et la rarfaction de lnergie fossile ainsi que les problmes de pollution que nous connaissons actuellement, il serait irresponsable et inconscient de ne pas sen soucier. La socit BMW pense ces problmes et adapte donc ses produits aux conditions actuelles. Avec le nouveau moteur N54, BMW a vis amliorer les performances par rapport aux anciennes gnrations de moteurs tout en assurant une meilleure rentabilit et propret de fonctionnement. Le moteur N54 six cylindres en lignes avait pour objectifs, lors de son dveloppement, d'offrir : - une dynamique leve. - une forte rduction des missions polluantes. - une consommation de carburant raisonnable. Pour parvenir leurs objectifs les ingnieurs BMW ont innov toute une srie de nouvelles technologies telles que : - le systme dinjection direct jet dirig (HPI). - le systme de refroidissement spcifique. - le systme de suralimentation bi-turbo.

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1.2. Caractristiques techniques du moteur N54Type Cylindre (cm3) Alsage/Course (mm) Ordre dallumage Puissance (kW/ch) Couple (Nm) Rgime maxi Puissance spcifique (kW/l) Rapport volumtrique Soupapes par cylindre Angle ouverture arbre cames admission ( vilebrequin) Angle ouverture arbre cames chappement ( vilebrequin) Commande variable de larbre cames admission ( vilebrequin) Commande variable de larbre cames chappement ( vilebrequin) Poids du moteur (kg) Carburant Gestion moteur 6 cylindres en ligne turbocompresss 2979 84/89,6 1-5-3-6-2-4 225/306 (5800 tr/min) 400 (de 1300 tr/min jusque 5000 tr/min) 7000 tr/min 75,5 10,2 4 125-70 130-85 55 45 187 95-98 MSD 80

Le moteur N54 est bas sur les moteurs N52 et N53. La dsignation commerciale de ce moteur est 3.5i. Ce moteur de 306 chevaux et de 400 Nm quipe la version la plus puissante (Z4 3.5i) des nouvelles BMW Z4 E89. Les autres BMW Z4 (2.3i et 3.0i) sont motorises par le bloc N52. Le N54 est le seul moteur des nouvelles BMW Z4 ne disposant pas du systme Valvetronic* II. Il est cependant quip dun systme de calage variable de la distribution Vanos*. *Remarque : ces systmes sont expliqus dans la suite du TFE.

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1.3. Courbe de couple et de puissance

Remarque : les courbes pleines sont celles de la Z4 3.5i et celles en pointill reprsentent les caractristiques de la BMW Z4 3.0i. Lune des particularits de ce moteur est quun important couple (400Nm) est disponible sur une trs large zone dutilisation (1300 5000 tr/min) (lorsque jai roul avec la Z4 3.5i jai t agrablement surpris par cette pousse qui nen fini pas, cest unique et phnomnal).

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1.4. Systme dalimentation et dinjection de carburantLe nouveau systme dalimentation et dinjection a t dcisif pour laugmentation de puissance, la baisse des missions polluantes ou encore la baisse de consommation. En effet, l'injection de haute prcision a permis doffrir un dosage plus prcis du mlange et une compression plus leve que sur un moteur suraliment avec injection dans le collecteur dadmission. Le systme dinjection utilise des injecteurs pizo-lectriques qui sont implants au milieu de la chambre de combustion entre les soupapes. Grce cette position, les injecteurs pizo-lectriques s'ouvrant vers l'extrieur permettent de rpartir le carburant de manire uniforme sous la forme d'un jet conique dans les chambres de combustion. Ce nouveau type de systme dinjection directe appel High Precision Injection (HPI) travaille selon le principe du jet dirig. Lors de l'injection directe, le carburant est inject sous haute pression (entre 50 et 200 bar) directement dans la chambre de combustion. Composition gnrale du systme dalimentation et dinjection de carburant

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LgendeAbrviation Signification 1 Conduite haute pression (entre rampe et injecteur) 2 Injecteur pizo-lectrique 3 Rampe 4 5 Capteur haute pression Conduite dalimentation provenant de la pompe basse pression EKP (rservoir) Abrviation Signification 6 Capteur basse pression 7 8 9 Vanne de commande de dbit Pompe haute pression trois pistons Conduite haute pression (entre rampe et pompe)

Le carburant qui se trouve dans le rservoir est pomp par la pompe essence basse pression (pompe dalimentation). Cette pompe lectrique basse pression refoule lessence vers la pompe haute pression (sous une pression de 5 bars) via la conduite d'alimentation (5). Un capteur basse pression (6) surveille la pression dalimentation gnre par la pompe dalimentation. Le carburant est refoul par la pompe essence basse pression en fonction des besoins. (Remarque : Si le capteur basse pression (6) est dfectueux, la pompe dalimentation continue de fonctionner avec une puissance de refoulement de 100 %.) Ensuite le carburant arrive dans la pompe haute trois pistons (8) o il est mis sous pression. Lorsque le carburant est pass par la pompe haute pression il est achemin vers la rampe (3) en passant par la conduite de haute pression (9). Le carburant sous pression est stock dans la rampe pour tre distribu aux injecteurs pizo-lectriques (2) par l'intermdiaire des conduites haute pression (1). La valeur de pression du carburant est mesure grce au capteur haute pression (4) et transmise au botier lectronique de gestion moteur (DME). Le DME rgule, via la vanne de commande du dbit (7), la pression de carburant ncessaire en fonction de la charge et du rgime. La rgulation se fait suite une comparaison entre la valeur de consigne (cartographie dans le programme dans le DME) et la valeur relle de la pression dans la rampe.

La cartographie dinjection programme dans le DME travail selon trois informations : - la charge du moteur - le rgime du moteur - la pression dinjection

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Composition de la pompe haute pression trois pistons

LgendeAbrviation Signification 1 Compensateur thermique 2 3 4 5 6 7 Clapet anti- retour basse pression Raccordement au botier lectronique de gestion moteur (DME) Vanne de commande du dbit Retour de la vanne de limitation de pression Arrive de la pompe essence basse pression (alimentation) Conduit haute pression vers la rampe Abrviation Signification 8 Entre de la vanne de limitation de pression 9 Clapet anti- retour haute pression 10 Disque oscillant 11 12 13 14 Bride dentranement de la pompe haute pression Piston Remplissage dhuile de la pompe Chambre de carburant

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La pompe essence dalimentation refoule le carburant avec une pression de 5 bars vers l'arrive (6) de la pompe haute pression. De l, le carburant est amen dans la chambre de carburant (14) via la vanne de commande du dbit (4) et le clapet anti- retour basse pression (2). L, le carburant est mis sous pression, puis il est refoul vers le raccord haute pression (7) par l'intermdiaire du clapet anti- retour haute pression (9). La pompe haute pression est relie la pompe vide par l'intermdiaire de sa bride d'entranement (11). La pompe vide est quant elle entraine par la chane de distribution ce qui signifie que ds que le moteur tourne, les trois pistons de pression (12) sont entrans par le disque oscillant (10) et effectuent en permanence des mouvements d'aller - retour. Du carburant est ainsi mis sous pression tant que la vanne de commande de dbit (4) permet d'alimenter la pompe haute pression. La vanne de commande de dbit est commande grce au DME via le raccordement au botier lectronique de gestion moteur (3). La rgulation de la pression s'effectue par l'intermdiaire de la vanne de commande du dbit qui ouvre ou ferme le canal d'arrive du carburant selon les besoins. La pression maximale dans la partie haute pression est limite 245 bars. Lorsque la pression dpasse les 245 bars, la vanne de limitation de la pression (n9 sur le schma ci-dessous) dcharge le circuit haute pression via les raccords (8 et 5) dans la partie basse pression. Les modifications de volume provoques par des modifications de temprature sont compenses par le compensateur thermique (1) qui est reli au remplissage d'huile de la pompe. Reprsentation schmatique du circuit dalimentation et dinjection HPI

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LgendeAbrviation Signification 1 Botier lectronique de gestion moteur (DME) 2 Rampe 3 Capteur haute pression 4 5 Injecteurs pizo-lectrique pompe basse pression EKP (rservoir) Abrviation Signification 6 Pompe haute pression 7 8 9 Vanne de commande du dbit Pistons avec clapets antiretour Vanne de limitation de pression

Le Botier lectronique de gestion moteur (DME) commande ( laide dun signal rectangulaire) la vanne de commande du dbit qui rgule la pression du carburant dans la rampe. La position de la vanne de commande varie en fonction du signal de commande et rgle ainsi le dbit de carburant ncessaire. Remarques : Si le systme dinjection est dfectueux ou prsente une anomalie, la vanne de commande du dbit n'est plus alimente et le carburant arrive dans la rampe par via un bypass. De plus, lorsque le mode de secours de l'injection HPI est actif, la suralimentation par les turbocompresseurs est dsactive par l'ouverture des clapets de dcharge. Les causes de l'activation du mode de secours de l'injection HPI sont les suivantes : - valeurs impossibles du capteur haute pression. - dfaillance de la vanne de commande du dbit. - manque d'tanchit du systme haute pression. - dfaillance de la pompe haute pression. - dfaillance du capteur haute pression.

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Linjecteur pizo-lectrique

L'injecteur pizo-lectrique est un des constituants qui a t le plus dcisif dans toutes les innovations du moteur BMW N54. En effet cette technologie dinjection a largement contribu la russite des objectifs fixs avant le dveloppement du moteur. Ce type dinjecteur, positionn au centre de la chambre de combustion, permet de garantir un cne de carburant inject stable, mme sous l'influence de la pression et de la temprature qui rgnent dans la chambre de combustion. Ds lors, il est possible dinjecter de lessence directement dans la chambre de combustion des pressions d'injection qui avoisinent les 200 bars et cela grce une ouverture extrmement rapide de l'aiguille. De part sa disposition, on injecte le carburant dans le cylindre sans devoir se soucier de la dure d'ouverture des soupapes.

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Constitution dun injecteur pizo-lectrique

LgendeAbrviation Signification 1 Aiguille dinjecteur 2 Elment pizo-lectrique Abrviation Signification 3 Compensateur thermique

Linjecteur pizo-lectrique est constitu de trois parties. Lorsque l'lment pizo-lectrique est aliment, il se dilate et pousse l'aiguille de l'injecteur en dehors de son sige vers l'extrieur (dans la chambre de combustion). Linjecteur comprend galement un compensateur thermique qui permet doffrir des courses d'aiguille identiques quelle que soit la temprature de fonctionnement. Commande des injecteurs La masse de carburant ncessaire aux conditions de roulage est dtermine par le DME (cartographie dinjection) qui influence les paramtres suivants : - pression dans la rampe. - dure d'ouverture de l'injecteur. - course d'ouverture de l'injecteur. La dure d'ouverture est fonction de la longueur du signal, la course d'ouverture est quant elle fonction de la taille du signal mis par le DME.

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Fonctionnement de llment pizo-lectrique

LgendeAbrviation Signification 1 Elment pizo-lectrique non aliment 2 Elment pizo-lectrique aliment Abrviation Signification 3 Structure de llment pizolectrique

Llment pizo-lectrique se compose dune sorte de cramique et a la particularit de se dilater lorsquil est mis sous tension. Cet lment permet donc de convertir lnergie lectrique en nergie mcanique. La dformation de llment pizo-lectrique est proportionnel la tension laquelle il est soumis, plus la tension est importante plus la dformation de llment le sera aussi.

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1.5. Systme dadmission et dchappementLa Z4 3.5i est la seule Z4 qui dispose dun moteur suraliment par un bi-turbo (moteur N54). Grce au systme de suralimentation la Z4 3.5i a une puissance spcifique de 102 chevaux/litre et un couple maximum de 400 Nm sur une plage de rgime allant de 1300 5000 tr/min. Les turbocompresseurs travaillent indpendamment lun de lautre avec chaque fois un banc de 3 cylindres. Composition gnrale du systme dadmission et dchappement

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LgendeAbrviation Signification 1 Botier lectronique de gestion moteur (DME) 2 Conduite vers la pompe vide 3 4 Convertisseur de pression lectrodynamique (EPDW) Chauffage PTC des gaz de soufflage Conduite des gaz de soufflage en mode suralimentation Conduite d'aspiration de l'air de suralimentation du banc 2 Conduite de circulation d'air du banc 2 Capteur de pression du collecteur d'admission Clapet de circulation d'air en pousse du banc 2 Filtre air Capteur de temprature et de pression de l'air de suralimentation Papillon Clapet de circulation d'air en pousse du banc 1 Abrviation 14 15 16 17 Signification Conduite de circulation d'air du banc 1 Conduite de pression de l'air de suralimentation Intercooler Conduite d'air de Suralimentation (entre turbocompresseur et intercooler) Conduite d'aspiration de l'air de suralimentation du banc 1 Clapet de dcharge du banc 1 Actionneur du clapet de dcharge du banc 1 Clapet de dcharge du banc 2 Actionneur du clapet de dcharge du banc 2 Turbocompresseur du banc 1 Turbocompresseur du banc 2 Echappement du banc 2 Echappement du banc 1

5 6 7 8 9 10 11 12 13

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Lair frais entre dans le circuit par lintermdiaire du filtre air (10), il est ensuite aspir par les turbocompresseurs (23, 24) via les conduites d'aspiration de l'air de suralimentation (6, 18). Lorsque lair frais arrive dans les turbocompresseurs, il se fait comprim par le compresseur. Lors de la compression, lair de suralimentation devient trs chaud ce qui nest pas favorable au bon remplissage des cylindres. Lair passe donc par un intercooler (16) o il est refroidit. Ensuite, aprs tre pass dans lintercooler, lair comprim et refroidit peut enfin remplir les cylindres en passant par le collecteur dadmission via le papillon (12).

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La suralimentation Le turbocompresseur se situe sur le collecteur dchappement et est constitu de deux parties principales, il y a la turbine et le compresseur. Ces deux parties sont lies lune lautre par un axe, ds lors, si la turbine tourne le compresseur tourne galement. Le principe de fonctionnement de la suralimentation est assez simple. Voici comment cela se droule : Les gaz dchappement passent par la turbine, lnergie prsente dans les gaz dchappement (chaleur et pression) permet dentraner la turbine. Comme la turbine est solidaire du compresseur, le compresseur est aussi entran. Lair frais arrive par le filtre air dans le compresseur pour tre comprim. On arrive donc introduire plus dair (on amliore le remplissage) dans le cylindre, ce qui permet d'injecter et de brler une plus grande quantit de carburant. Comme on dispose de plus dnergie, cela entrane une augmentation de la puissance et du couple du moteur. Une fois que le mlange air/essence est brl (gaz dchappement), les gaz sont vacus par la soupape dchappement jusqu' la turbine et ainsi de suite. Pour information, la vitesse de rotation du turbocompresseur peut atteindre 200 000 tr/min et la temprature des gaz d'chappement l'entre de la turbine peut atteindre 1050 C. Les turbocompresseurs sont refroidis par huile et par liquide de refroidissement. Le systme de suralimentation utilise deux petits turbocompresseurs qui ont lavantage, par rapport un seul gros turbocompresseur, d'acclrer plus rapidement. En effet grce au moment d'inertie rduit (masse moins importante de la turbine), le compresseur fournit plus rapidement une pression de suralimentation. Cela se traduit par un temps de rponse lacclration nettement amlior par rapport aux anciens turbocompresseurs. Cest assez impressionnant, lorsque jai essay la voiture, jai t stupfait par la ractivit du moteur lors de chaque petite sollicitation de la pdale dacclrateur (le couple est directement prsent), il ny a pas de trou lacclration comme avec les autres voitures munies de turbocompresseurs. Rgulation de la pression de suralimentation La pression de suralimentation des turbocompresseurs varie en fonction du flux des gaz d'chappement qui parvient la turbine du turbocompresseur. La vitesse aussi bien que la masse du flux des gaz d'chappement dpendent, eux, directement du rgime et de la charge du moteur. La gestion lectronique du moteur DME rgule la pression de suralimentation en fonction des informations suivantes : - temprature de lair daspiration. - rgime moteur. - position du papillon. - pression ambiante. - pression dans le collecteur dadmission. - pression avant le papillon.

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Le DME (1) rgule la pression de suralimentation, en agissant sur la position des clapets de dcharge (19, 21). Voici comment cela se droule exactement : le DME commande les convertisseurs de pression lectropneumatiques (EPDW) (3) qui leur tour commandent les actionneurs dpression (la dpression produite par la pompe vide permet dalimenter les actionneurs dpression) (20, 22). Et enfin, les actionneurs dpression commandent la position des clapets de dcharge. Les clapets de dcharge permettent de diriger entirement ou en partie le flux des gaz d'chappement sur la turbine. Lorsque la pression de suralimentation a atteint la valeur souhaite, le clapet de dcharge commence s'ouvrir et dvie de ce fait une partie du flux des gaz d'chappement ct de la turbine (directement vers le pot dchappement). Cela empche toute nouvelle augmentation de la vitesse de rotation du compresseur par la turbine. Lors du ralenti, les clapets de dcharge des deux turbocompresseurs sont ferms. La consquence directe est que l'ensemble du flux des gaz d'chappement est immdiatement disponible pour acclrer le compresseur. Ds quon acclre, le compresseur fournit la pression de suralimentation ncessaire sans retard sensible. Dans une situation de pleine charge, la pression de suralimentation est maintenue un niveau lev constant par une ouverture partielle du clapet de dcharge une fois le couple maximal autoris atteint. Le compresseur ne peut ainsi pas tourner une vitesse plus leve que la situation de marche ne l'exige. Avec l'ouverture des clapets de dcharge, l'nergie ncessaire l'entranement de la turbine diminue de manire ce qu'aucune augmentation de la pression de suralimentation n'ait lieu, au dtriment de la consommation de carburant. A pleine charge, les turbocompresseurs du moteur N54 compriment lair 0,8 bar au dessus de la pression atmosphrique. Refroidissement de lair de suralimentation

Lintercooler contribue aussi bien laugmentation de la puissance qu' la rduction de la consommation de carburant. L'air de suralimentation chauff par la compression et par la chaleur des pices du turbocompresseur est refroidi jusqu' 80 C par lintercooler. De ce fait, la densit de l'air de suralimentation augmente, ce qui entrane un meilleur remplissage des cylindres et donc un meilleur rendement gnral.

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Gestion de la charge dadmission La gestion de la charge du moteur N54 s'effectue par l'intermdiaire du papillon et des clapets de dcharge. Le papillon reprsente dans ce cas l'organe de rglage primaire. La commande des clapets de dcharge entrane un rglage plus prcis de la pression de suralimentation. A pleine charge, le papillon est compltement ouvert et la gestion de la charge est reprise par les clapets de dcharge. Sur le graphique de la gestion de la charge, on peut voir que les clapets de dcharge sont commands par la cartographie intgre la gestion de la charge dans toutes les situations de marche du moteur N54.

LgendeAbrviation Signification p Pression absolue dans le collecteur dadmission (mbar) n 1 2 Rgime moteur (tr/min) Aspiration du moteur Suralimentation du moteur Abrviation 3 4 5 6 Signification Clapet de dcharge rgul en fonction de la pression de suralimentation Clapet de dcharge partiellement ouvert Clapet de dcharge ferm Etat douverture du clapet de dcharge

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1.6. Systme de refroidissementAvec une puissance spcifique de 75,5kW/litre, BMW a t contraint de dvelopper un systme de refroidissement performant qui permet dvacuer la chaleur du moteur en toute scurit. Le systme de refroidissement de la BMW Z4 3.5i est constitu de deux circuits de refroidissement : il y a premirement le circuit de refroidissement par liquide de refroidissement et deuximement le circuit de refroidissement par huile. Ces deux circuits sont bien spars afin d'viter tout transfert de chaleur dans la zone du liquide de refroidissement du moteur par l'intermdiaire de l'huile moteur.

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LgendeAbrviation Signification 1 Radiateur (air/liquide de refroidissement) 2 Radiateur de bote de vitesses (air/liquide de refroidissement) 3 Sonde de temprature (sortie) 4 5 6 Radiateur dhuile moteur (huile/air) Thermostat du radiateur dhuile de bote de vitesses Thermostat cartographie Abrviation Signification 9 Echangeur thermique du chauffage 10 Sonde de temprature (en sortie de culasse) 11 Thermostat du radiateur dhuile moteur 12 Rservoir de compensation 13 14 Conduite de ventilation Radiateur dhuile de bote de vitesses (changeur thermique liquide de refroidissement/huile bote de vitesses Ventilateur

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Pompe liquide de refroidissement (lectrique) Turbocompresseurs

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Le circuit de refroidissement par liquide de refroidissement Le circuit de refroidissement par liquide de refroidissement est rgul par trois pices matresses. Il sagit de: - un ventilateur lectrique (15) - une pompe liquide de refroidissement (7) - un thermostat cartographie (6) Ces trois pices matresses sont entirement commandes par le DME en fonction de la charge ou dautres paramtres moteurs, ou mme par des paramtres extrieurs au moteur. Le circuit de refroidissement dhuile moteur

Il est constitu dun radiateur dhuile puissant, dun thermostat dhuile (qui se trouve au niveau du filtre huile) et dune pompe permettant de faire circuler lhuile dans le circuit de refroidissement dhuile moteur. Lorsque le moteur est froid, le thermostat court-circuite l'aller et le retour du radiateur d'huile. Cela permet une monte en temprature plus rapide du moteur.

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La pompe liquide de refroidissement lectrique Le rle de cette pompe est de faire circuler le liquide refroidissement dans tout le circuit de refroidissement. Cest une pompe lectrique (donc indpendante du rgime moteur) centrifuge dune puissance de 400W qui permet un dbit maximal de 9000l/h.

LgendeAbrviation Signification 1 Pompe 2 Moteur lectrique Abrviation Signification 3 Module lectronique

La puissance du moteur lectrique immerg est commande par le module lectronique (3) intgr la pompe. Ce mme module lectronique est command par les informations du DME (par multiplexage). Le botier lectronique de gestion moteur (DME) dtermine la puissance de refroidissement ncessaire partir des informations suivantes : - la charge du moteur - le type d'utilisation - les valeurs des sondes de temprature Sur base de ces informations, le DME donne une consigne la pompe liquide de refroidissement lectrique. A partir de cette consigne, la pompe liquide de refroidissement dtermine elle-mme sa vitesse de rotation grce au module lectronique. Pour information, le moteur (2) de la pompe liquide de refroidissement est travers par le liquide de refroidissement du systme. Cela permet de le refroidir ainsi que de refroidir le module lectronique. Les paliers de la pompe liquide de refroidissement lectrique sont lubrifis grce au liquide de refroidissement.

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Les avantages quoffre une pompe liquide de refroidissement lectrique sont nombreux par rapport une pompe mcanique classique entrane par la distribution (rgime de rotation de la pompe = rgime moteur). Voici les avantages quoffre la pompe liquide de refroidissement lectrique : Baisse de consommation: - Monte en temprature plus rapide du moteur (froid) par l'absence de circulation du liquide de refroidissement. Lors du temps de chauffe du moteur, la pompe est larrt. -Taux de compression plus lev grce une puissance de refroidissement pleine charge plus grande que sur un moteur sans gestion thermique de ce type. - Rduction des frottements. Baisse des missions polluantes : - Monte en temprature plus rapide du moteur (froid) par l'absence de circulation du liquide de refroidissement. Lors du temps de chauffe du moteur la pompe est larrt. - Rduction des frottements. - Rduction de la consommation de carburant. Augmentation de la puissance : - Refroidissement des composants indpendamment du rgime (meilleur remplissage). - Puissance de pompe liquide de refroidissement adapte aux besoins. - Rduction des frottements. Amlioration du confort : - Circulation du liquide de refroidissement optimale (puissance de chauffage amliore selon les besoins). Augmentation de la fiabilit : - Poursuite du fonctionnement de la pompe liquide de refroidissement lectrique lorsquon arrte le moteur = meilleure vacuation de la chaleur du moteur et des turbocompresseurs aprs l'arrt chaud. - Monte en temprature plus rapide du moteur (froid) par l'absence de circulation du liquide de refroidissement.

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Gestion du circuit de refroidissement La gestion du circuit de refroidissement est gre selon quatre cartographies correspondantes quatre plages de tempratures distinctes. Le botier lectronique de gestion moteur DME commande la pompe liquide de refroidissement en fonction des besoins, savoir : - la puissance est rduite lorsque le besoin de refroidissement est faible et que la temprature extrieure est basse. - la puissance est leve lorsque le besoin de refroidissement est important et que la temprature extrieure est leve. Selon les circonstances, la pompe liquide de refroidissement peut tre compltement arrte (afin de chauffer plus rapidement le liquide de refroidissement lors de la phase de monte en temprature). Le DME possde un systme de gestion thermique permettant de prendre en considration l'volution de la temprature de la culasse en fonction de la charge. Cette gestion thermique permet, partir du pilotage du thermostat cartographique, de se baser sur diffrentes cartographies pour la commande de la pompe liquide de refroidissement. Il est possible de commander quatre plages de tempratures distinctes en fonction de la situation de fonctionnement du moteur : - 108 C mode conomique - 104 C mode normal - 95C mode lev - 90C mode lev + thermostat cartographie Lors du mode conomique, la rgulation essaie d'atteindre une temprature de culasse plus leve (108 C). Dans cette plage de tempratures, la consommation en carburant du moteur est relativement faible, car les frottements internes sont rduits. Lorsque le DME dtecte le mode lev, cest quil constate que le conducteur cherche la puissance ou plus particulirement le couple. Le systme de rgulation thermique essaie alors d'atteindre les 90 C. A cette temprature, on obtient un meilleur remplissage et donc une augmentation de couple moteur. La consommation et la puissance peuvent ainsi tre influences juste par l'intermdiaire du systme de refroidissement.

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2. Valvetronic

2.1. IntroductionIl existe plusieurs possibilits pour amliorer le rendement dun moteur ainsi que pour rduire la consommation nergtique. Les solutions qui soffrent nous afin daugmenter le rendement dun moteur sont les suivantes : a) restriction des pertes mcaniques b) optimisation gnrale du moteur c) limitation des pertes lalternance de charge

a) Restriction des pertes mcaniques Les pertes mcaniques sont gnralement engendres par une srie de facteurs qui dpendent directement du rgime. Pour restreindre ces pertes de charge, certaines mesures ont vu le jour telles que le passage de la friction par glissement la friction par roulement dans la commande des soupapes ou encore l'utilisation d'huiles moteur de meilleure qualit.

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b) Optimisation gnrale du moteur Il y a trois possibilits pour amliorer le rendement du moteur grce son optimisation : Premirement, on peut amliorer le rendement dun moteur en augmentant son rapport volumtrique. Le rapport volumtrique maximal est dfini par la limite de cliquetis pleine charge. Le cliquetis est dtect par des dtecteurs de cliquetis. Le rapport volumtrique de compression pourrait tre augment pour les faibles charges. Lidal serait alors davoir un rapport volumtrique variable en fonction de la charge mais cette technologie nest pas encore dactualit chez BMW. Cependant je me suis renseign pour savoir si quelquun tudiait cette possibilit et jai vu quun constructeur de pices automobiles lyonnais avait cr et brevet le systme MCE-5 qui est un systme o le rapport volumtrique volue en fonction de la charge, du rgime moteur mais aussi avec les conditions climatiques (temprature, pression,). Deuximement, on a aussi la possibilit de jouer sur la richesse du mlange, en effet lorsquon a un mlange pauvre (rapport carburant/air), c'est--dire est > 1 la consommation de carburant diminue. Pour information, le mlange qui offre le couple maximum et donc le rendement maximum est de 18:1, le mlange qui offre la puissance maximum est de 12,5:1. Lidal est donc de permettre la variation de la richesse du mlange en fonction des conditions de roulage : lorsque le conducteur enfonce la pdale dacclrateur (quil cherche la puissance) il est plutt prfrable davoir un mlange riche et inversement, sil roule paisiblement on a plutt intrt avoir un mlange se rapprochant le plus du rendement maximum (18:1). Les voitures qui ne disposent pas dun systme permettant de faire varier la richesse du mlange ont un mlange fixe qui est le mlange stchiomtrique (14,7:1) =1 ce mlange allie la puissance et le rendement sans faire trop de concessions. Troisimement, on peut optimiser la combustion. Les paramtres de la combustion, sont la dure de la combustion et le moment fort de la combustion. Actuellement cette combustion est optimise au moyen de botiers de gestion moteur qui interviennent sur le moment optimal de l'allumage et de l'injection ainsi que la dure dinjection en fonction de chaque point de fonctionnement du moteur. Aujourdhui, il est trs difficile damliorer davantage cette optimisation de la combustion. Toutes autres amliorations napporteraient quun trs faible gain au niveau de la consommation. c) Limitation des pertes lalternance de charge Le couple moteur est rgul par la rgulation du dbit d'admission d'air au moyen d'un papillon. Le papillon fait varier la charge (la quantit dair qui entre dans le moteur). Pour chaque point de charge, le papillon des gaz engendre une dpression plus ou moins importante dans le conduit d'admission. La gnration de cette dpression dans le conduit dadmission entraine de grosses pertes de charge. Les pertes de charge sont inversement proportionnelles la charge moteur, en effet plus le papillon des gaz est ouvert moins il y a de pertes de charge et plus le papillon est ferm (faible charge moteur) plus les pertes de charge sont importantes. L'admission dair dans les cylindres la pression ambiante (sans perte de charge) est donc idal si lon veut accrotre le rendement moteur et diminuer la consommation. Pour que cela soit possible il faut une commande de charge sans restriction de dbit. Les ingnieurs BMW ont invent un systme (Valvetronic) permettant justement de rgler la charge du moteur dsire en fonction des conditions de roulage et cela sans gnrer trop de pertes de charge. 29

2.2. Quest ce que le Valvetronic ?Le systme Valvetronic est un systme qui permet une commande entirement variable des soupapes, avec comme objectif de pouvoir choisir librement le point de fermeture de l'admission. Ce systme comprend la commande entirement variable de la leve des soupapes et le calage variable des arbres cames (Vanos). Cela permet donc de commander la charge moteur sans restriction de dbit. La commande de la leve des soupapes n'est assure que du ct admission. Pour information, la commande de charge sans restriction du dbit est uniquement possible si: - la leve de la soupape d'admission peut tre commande de manire variable - le calage des arbres cames d'admission et d'chappement peut tre command de manire variable. Les avantages gnraux du systme Valvetronic sont les suivant : - augmentation du rendement moteur - augmentation de la dynamique du moteur - rduction de la consommation - amlioration en terme dmission polluantes lchappement. Le systme Valvetronic II quipe une partie des nouvelles BMW Z4 E89 (2.3i et 3.0i), cest une volution de la premire version mais le principe de fonctionnement est exactement le mme. La leve maximale est de 9,9 mm pleine charge et de 0,18 mm au ralenti. Voici quelques caractristiques des moteurs munis du systme Valvetronic II : - couple spcifique de 100Nm/l - puissance spcifique de 63,4 kW/l soit approximativement 86 chevaux/l - rgime maximal de 7000 tr/min - rduction de 10 % des rejets de CO2 par rapport lancienne version

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2.3. Comparaison entre un moteur command par un papillon et un moteur command par un systme ValvetronicVoici les diagrammes de la pression en fonction du volume (PV) dun moteur command par un papillon ( gauche) et dun moteur command par un systme Valvetronic ( droite) :

LgendeAbrviation Signification 1 Ouverture soupapes admission 2 Fermeture soupapes chappement 3 Fermeture soupapes admission 4 Ouverture soupapes chappement 5 Point dallumage Abrviation Signification A Travail positif (gain) B Travail ngatif (perte) P OT UT Pression (bar) Point mort haut (PMH) Point mort bas (PMB)

Remarque : jappelle travail ngatif le travail quivalent aux pertes du diagramme. Je sais trs bien quun travail ne peut jamais avoir de valeurs ngatives. Sur le diagramme de gauche on aperoit que le travail ngatif (B), en orange, qui quivaut aux pertes, est assez important contrairement au diagramme de droite (systme Valvetronic) o le travail ngatif (B) est plus modr. Le travail ngatif est engendr dans les deux cas par la consommation dnergie permettant lvacuation des gaz dchappement brls et par laspiration des gaz frais des diffrents cylindres. En effet, lors de ces moments le moteur utilise de lnergie et nen produit pas. La surface du travail ngatif (B) est plus importante sur le diagramme de gauche car l'aspiration d'air frais sur un moteur pilot par papillon doit dans tous les cas, sauf pleine charge, surmonter la rsistance qu'oppose le papillon aux gaz admis. Si le papillon nest pas entirement ouvert, c'est--dire pleine charge, il y a une perte de charge qui se cre suite la dpression cre par le papillon. Tandis que sur le moteur avec systme Valvetronic ( 31

gauche), le papillon reste pratiquement toujours ouvert lors de la phase d'admission. La commande de charge s'effectue en agissant sur la leve et le point de fermeture de la soupape d'admission. Avec le systme Valvetronic il ny a donc aucune dpression dans le collecteur d'admission, contrairement au moteur dont la charge est pilote par le papillon. Ce qui veut dire que l'nergie ncessaire gnrer la dpression dans toute la ligne d'admission disparat (voir sur le diagramme : diminution de la surface de travail ngative (B) en orange). La consquence de la rduction de cette surface reprsentant le travail ngatif est que le rendement se voit considrablement amlior.

2.4. Constitution et fonctionnement du systme ValvetronicConstitution du systme Valvetronic

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LgendeAbrviation 1 2 3 4 5 6 7 8 Signification Servomoteur Vis sans fin Ressort de torsion Support de fixation Arbre cames dadmission Rampe Compensateur hydraulique du jeu des soupapes Soupape dadmission Abrviation 9 10 11 12 13 14 15 16 Signification Soupape dchappement Culbuteur galet Compensateur hydraulique du jeu des soupapes Culbuteur galet Levier intermdiaire Arbre excentrique Roue tangente larbre excentrique (avec engrenage) Arbre cames dchappement

Fonctionnement du systme Valvetronic Le servomoteur (1) est dispos au-dessus des arbres cames. Le servomoteur commande le calage de l'arbre excentrique (14) via la vis sans fin (2) qui sengrne avec la roue tangente de l'arbre excentrique (15). Aucun blocage spcifique de l'arbre excentrique n'est ncessaire aprs le dcalage car la rsistance du systme de vis sans fin est suffisante. La rotation de l'arbre excentrique engendre le dplacement du levier intermdiaire (13) vers l'arbre cames d'admission (5). Mais comme le levier intermdiaire est aussi en appui sur l'arbre cames d'admission, la position du culbuteur galet (12) par rapport au levier intermdiaire varie. La rampe (6) du levier intermdiaire est dcale en direction de l'arbre cames d'chappement (16). La rotation de l'arbre cames et le mouvement de la came en direction du levier intermdiaire fait entrer en action la rampe situe sur le levier intermdiaire. Cette rampe dplace le culbuteur galet et, de ce fait, la soupape d'admission (8) plus loin vers le bas. La soupape d'admission s'ouvre ainsi davantage. En position de pleine charge, la leve des soupapes et la dure d'ouverture sont maximales. En position de ralenti, la leve des soupapes et la dure d'ouverture sont minimales.

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Position en leve minimale

Position en leve maximale

2.5. Constituants du systme ValvetronicGestion lectronique de la leve des soupapes La gestion lectronique de la leve des soupapes est directement assure par la gestion moteur (DME).Cette gestion moteur intgre une cartographie de commande de leve des soupapes. Le DME commande via le servomoteur la position de larbre excentrique en fonction la charge (capteur position pdale dacclration). Servomoteur Le mouvement de l'arbre excentrique est effectu par un moteur courant continu collecteur. L'inversion du sens de rotation et la dure du pilotage cadenc permet de dcaler l'arbre excentrique en consquence. Le servomoteur peut absorber jusqu' 40A de courant pour le dcalage maximal. Capteur de larbre excentrique La position de l'arbre excentrique est signale au DME par le capteur de l'arbre excentrique. Le capteur de l'arbre excentrique fonctionne selon le principe magnto rsistif.

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Papillon Mme si le papillon nest plus ncessaire la rgulation du dbit dentre dair dans le moteur, il quipe quand mme les moteurs quips du Valvetronic pour les raisons qui suivent : - le dgazage du rservoir et du carter moteur. En effet, la gnration dune faible dpression cre par le papillon assure le dgazage du rservoir et du carter moteur. - le mode dgrad : si un dfaut survient dans le systme Valvetronic, la leve des soupapes est dcale au maximum grce larbre excentrique et la commande de la charge est alors reprise par le papillon.

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3. Vanos

3.1. IntroductionLa quantit dair frais aspir par le moteur se rgule gnralement laide du papillon des gaz. Ce nest cependant pas la seule alternative permettant de modifier la charge d'air frais dans le cylindre. Effectivement, il y a 3 possibilits bien distinctes: - modification du calage de la distribution l'admission et l'chappement - collecteur d'admission gomtrie variable - suralimentation par turbocompresseur. Je vais mintresser au systme permettant le calage variable des arbres cames d'admission et d'chappement. Le systme qui permet la modification du calage de la distribution l'admission et l'chappement sappelle Vanos chez BMW. Le comportement des colonnes gazeuses entrant ou sortant du cylindre varie fortement en fonction du rgime et de l'angle d'ouverture du papillon. En cas de calage fixe de la distribution, le balayage des gaz ne peut tre optimis que pour une certaine plage de fonctionnement bien dtermine contrairement au systme de calage variable de la distribution qui permet lui une adaptation diffrentes plages de fonctionnement du moteur.

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Le systme Vanos de calage variable des arbres cames consiste modifier par pivotement la position des arbres cames d'admission et d'chappement par rapport au vilebrequin. La rotation des arbres cames est assure par modulation de la pression d'huile via des actionneurs. Il existe plusieurs volutions du systme Vanos, ils ont cependant tous le mme principe de fonctionnement. Je me suis plus pench sur le systme double Vanos variation continue car cest le systme qui quipe les nouvelles BMW Z4 E89 (2.3i, 3.0i et 3.5i) Pour information : actuellement tous les moteurs essence BMW, MINI sont quips de Vanos.

3.2. Avantages principaux du systme VanosVoici les principaux avantages quoffre le systme de calage variable des arbres cames Vanos : a) Augmentation de la puissance moteur b) Recyclage interne des gaz dchappement c) Augmentation du couple moteur d) Rduction des missions polluantes e) Baisse de la consommation a) Augmentation de la puissance moteur La puissance moteur maximale est essentiellement dtermine par l'instant de fermeture de la soupape d'admission. A hauts rgimes, l'instant de fermeture de la soupape d'admission est dcal dans le sens "retard". L'instant de fermeture est choisi de faon obtenir un remplissage optimal du cylindre et donc une puissance unitaire la plus leve possible. b) Recyclage interne des gaz dchappement Le systme Vanos ralise, en jouant sur le croisement des soupapes, un recyclage interne des gaz d'chappement. En effet, lors de la phase de croisement (cest dire lorsque la soupape dadmission et dchappement sont simultanment ouvertes), il y a un transfert d'une certaine quantit de gaz d'chappement du conduit d'chappement vers le conduit d'admission. c) Augmentation du couple moteur A bas et moyen rgime, le dcalage de larbre cames dadmission permet daccroitre le couple moteur en amliorant le remplissage des cylindres. d) Rduction des missions polluantes Le systme Vanos permet, en faisant varier le croisement des soupapes, d'agir sur la quantit de gaz rsiduels prsents dans le cylindre. Le maintien d'une certaine quantit de gaz rsiduels dans le cylindre limite la temprature de combustion et rduit ainsi les missions de NOx. Le systme Vanos permet aussi indirectement dchauffer plus rapidement les catalyseurs et donc il permet la rduction dmission polluante lors dun dmarrage froid.

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e) Baisse de la consommation Grce au systme Vanos, les moteurs qui en sont quips consomment jusqu 10% de moins que les moteurs qui nen sont pas quips.

3.3. Fonctionnement du double Vanos variation continue

Le botier lectronique de gestion moteur dtecte, grce aux capteurs d'arbres cames, la position instantane des arbres cames. A partir du signal de rgime moteur (capteur N au niveau du vilebrequin) et du signal de charge (capteur position pdale acclrateur), le botier lectronique de gestion moteur DME calcule et rgule la position requise des arbres cames d'admission et d'chappement en fonction des tempratures de l'air aspir et de la temprature du liquide de refroidissement. En fonction des informations reues, le botier lectronique de gestion moteur commande la position (louverture et la fermeture) des lectrovannes qui rgulent la pression dhuile dans le systme. La pression dhuile sert actionner des moteurs hydrauliques palettes qui dplacent et calent la distribution de faon continue. Remarque : le temps de rglage pour un angle vilebrequin de 60 est de 300 millisecondes.

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Circuit hydraulique du systme Vanos

LgendeAbrviation 1 2 3 4 5 6 Signification Carter dhuile Pompe huile Filtre huile Clapet anti-retour Clapet anti-retour Crpine Abrviation 7 8 9 10 11 Signification Crpine Electrovanne Electrovanne Moteur palettes Moteur palettes

Le circuit hydraulique du systme VANOS commence du carter d'huile (1) o lhuile est aspire grce la pompe huile (2). Avec la pression gnre par la pompe huile, lhuile traverse un premier filtre huile (3) pour se diviser ensuite entre les deux sous-circuits (circuit admission et circuit chappement). Lhuile passe ensuite dans des clapets anti-retour (4, 5) et de fines crpines (6, 7) pour arriver aux lectrovannes (8, 9). Par l'intermdiaire de l'lectrovanne, l'huile sous pression est, en fonction des besoins, applique l'une ou l'autre des chambres de pression du moteur palettes (10 ou 11). Les moteurs palettes assurent le dcalage angulaire des deux arbres cames.

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3.4. Moteur palettes du systme VanosVue gnrale dun moteur palettes

LgendeAbrviation Signification 1 Flasque avant 2 Tle de maintien 3 4 5 6 7 Ressort de verrouillage Chambre de pression (avance) Conduit dhuile Conduit dhuile Arbre cames Abrviation Signification 8 Conduit dhuile 9 Carter avec couronne dente (emplacement de la chane de distribution) 10 Conduit dhuile 11 Chambre de pression (retard) 12 Ressort de torsion 13 Vis de fixation du Vanos

Lorsque lhuile sous pression arrive aux lectrovannes, elle est dirige, selon les consignes de la gestion moteur qui agit sur le positionnement des lectrovannes, dans les chambres de pression avance (4) ou dans les chambres de pression retard (11). Lhuile est achemine par des conduits dhuile (5, 6, 8, 10) qui lient les chambres de pression llectrovanne. La pression de lhuile agit sur les palettes qui se trouvent dans les chambres de pression et permettent ainsi la rotation de larbre cames.

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4. EDC: Electronic Dampfer Control 4.1. IntroductionLes trains roulants modernes doivent tre de plus en plus polyvalents tout en restant trs performant. En effet, en achetant une voiture neuve digne du nom BMW, le client daujourdhui est de plus en plus exigeant que ce soit au niveau de la scurit, du confort de conduite, de la maniabilit ou encore de la sportivit. Les amortisseurs conventionnels non rglables ne peuvent satisfaire les attentes du client quau prix de certains compromis. Soit les amortisseurs ont une tendance sportive et leur tarage est dur mais alors le confort diminue, soit les amortisseurs sont plus souples et alors plus confortables mais moins sportifs. Il faut choisir sport ou confort ! Pour satisfaire aux exigences du client qui cherche la fois des amortisseurs sport et confort, BMW a mis au point des systmes damortisseurs commande lectronique continue. Parmi ces systmes il y a lEDC electronic dampfer control prsent sur la nouvelle BMW Z4 (E89 en option).

4.2. Quest ce que lEDC ?Le systme EDC est un systme de rglage de duret damortisseur entirement automatique, capable de sadapter aux diffrentes conditions de roulage. Des capteurs informent le systme sur les conditions de roulage (style de conduite, chargement, tat de la route,). En tenant compte des informations donnes par les diffrents capteurs, le systme rgule en continu la loi damortissement des 4 amortisseurs sur base dune cartographie. Cette cartographie se compose dun nombre infini de courbes caractristiques.

Le rglage en continu des amortisseurs est faisable de par le fait quune force damortissement (FD) peut tre rgle pour nimporte quelle vitesse de piston (VK). Le conducteur a en plus la possibilit de slectionner un programme plutt sport ou un programme plutt confort des amortisseurs, l'aide dun controller . Il sagit dun bouton rotatif qui se situe au niveau de la console centrale.

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4.3. Fonctionnement du systmeEn tant que partie intgrante du chssis, le systme EDC a pour rle de compenser les forces dynamiques qui agissent sur le vhicule durant la conduite. Les principales forces dynamiques qui agissent sur le vhicule sont les suivantes : - forces verticales (irrgularits du revtement routier) - forces transversales (forces centrifuges, vent latral) - forces longitudinales (acclrations, freinages) Ces forces entrainent des mouvements de caisse autour de 3 axes qui sont les suivants : - axe transversal : tangage - axe longitudinal : roulis - axe vertical : lacet Le rle du chssis est d'absorber et de filtrer ces forces pour rduire leurs impacts sur le comportement dynamique du vhicule. Afin de palier un maximum aux effets indsirables de ces forces, les amortisseurs variables rglage continu (EDC) jouent un rle considrable. Le rle premier du systme EDC est damliorer le confort de conduite tout en assurant une bonne scurit routire. La stratgie adopte par le systme EDC consiste rouler aussi longtemps que possible avec un tarage souple, synonyme de confort. Ce nest quen cas de ncessit que lEDC va agir sur les amortisseurs en rigidifiant lamortissement (tarage plus ferme) afin de minimiser les mouvements indsirables du vhicule. La duret des amortisseurs est module grce une lectrovanne proportionnelle ( action progressive) qui offre une multitude de possibilits au niveau du pilotage des amortisseurs. Des capteurs dtectent ltat de fonctionnement du vhicule ainsi que ltat de la chausse. Ces capteurs envoient les informations au botier EDC qui les traite pour agir sur les actionneurs, lectrovannes, servant faire varier la duret des amortisseurs. Les informations recueillies par lEDC proviennent des capteurs suivants : Capteur Capteur dacclration des essieux avant et arrire Capteur dangle de braquage Capteurs de vitesse des roues AvG et AvD Signal Acclration Verticale lavant et larrire Angle de braquage Vitesse des roues Grandeur mesure Vitesse verticale, course de dtente et de compression Vitesse de braquage Emplacement Dme damortisseur des roues AvD, AvG, ArD Colonne de direction

Vitesse de roulage, Moyeux des roues acclration, freinage AvG et AvD

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Schma synoptique du systme :

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LgendeAbrviation Signification VL Avant gauche VR HR DF A CON. LWS Avant droit Arrire droit Capteur de vitesse analogique Controller Capteur dangle de braquage Abrviation CD DVVR DVVL DVHR DVHL ZGM Signification Control Display (visuel de commande) Electrovanne de lamortisseur avant droit Electrovanne de lamortisseur avant gauche Electrovanne de lamortisseur arrire droit Electrovanne de lamortisseur arrire gauche Module passerelle interbus

4.4. Composants1. botier lectronique EDC Le boitier lectronique EDC est aliment, via un relais qui intgre une protection contre linversion de polarit, par la borne 30. Le botier lectronique fonctionne sous une plage de tension allant de +9 V +16 V. Le botier EDC comporte plusieurs rgulateurs qui ont pour rle, suivant une stratgie de rgulation bien spcifique, de convertir les signaux des capteurs en fonction dune cartographie dfinie afin de commander les lectrovannes de chaque amortisseur. Il y a 5 rgulateurs dans le botier lectronique : 3 pour les dynamiques verticales, longitudinale et transversale 1 pour la fonction report gauche/droite 1 pour la compensation dusure Le boitier lectronique EDC reoit les diffrentes informations des capteurs, ensuite il traite ces informations grce aux 5 rgulateurs pour enfin commander la duret des amortisseurs via les lectrovannes. Lenvoi dun faible courant aux lectrovannes engendre un amortissement dur (tarage ferme) et au contraire lenvoi dun courant lev aux lectrovannes engendre un amortissement mou (tarage souple). Les valeurs de consigne des tensions de sortie sont prescrites par le microprocesseur via un signal rectangulaire modul en largeur (signal PWM). Un circuit de coupure prvient toute surintensit en cas de surcharge. Toutes les entres analogiques sont protges par des diodes contre les surtensions positives et ngatives.

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2. Les lectrovannes Le botier EDC commande les actionneurs par la masse. Les lectrovannes des amortisseurs ont une relativement faible rsistance (+- 2,2 Ohm par vanne temprature ambiante). Le courant de commande variant entre 0 et 2A selon lamortissement souhait, il faut appliquer lentre de la vanne un signal dassez forte intensit sous une faible tension. Pour la commande de la vanne on ne peut pas dpasser 2A sans quoi les lectrovannes risqueraient de sendommager. Les lectrovannes de chaque essieu sont montes en srie. Le signal qui commande les lectrovannes est un signal carr. Les amortisseurs variables sont donc commands 2 par 2 (en srie), essieu par essieu. Voici le montage srie des lectrovannes EDC de l'essieu arrire :

LgendeAbrviation C PWM Signification Microcontrleur Signal rectangulaire Abrviation DVHR DVHL Signification Electrovanne de lamortisseur arrire droit Electrovanne de lamortisseur arrire gauche

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3. Capteurs dacclration verticale Les trois capteurs d'acclration verticale ont une plage de mesure de 2,5 g. Ils sont disposs dans les passages de roue, au niveau des dmes d'amortisseur avant gauche et droit et au niveau du dme d'amortisseur arrire droit.

LgendeAbrviation 1 Signification Capteur d'acclration avant Abrviation 2 Signification Capteur d'acclration arrire

4. Capteurs dangle de braquage Le capteur dangle de braquage est un capteur optique comme celui-ci :

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LgendeAbrviation Signification 1 Dispositif de guidage de la lumire 2 Disque cod 3 Colonne de direction 4 Camra lignes Abrviation Signification 5 Sortie : conversion en signaux lectriques 6 Circuit imprim 7 Diode lectroluminescente

Le rle de la diode lectroluminescente est de projeter de la lumire sur le disque cod. Elle est soude directement sur le circuit imprim. Le capteur optique se compose de la diode lectroluminescente, du dispositif de guidage de la lumire et de la camra lignes. La camra lignes est monte en dessous du disque cod. Elle convertit les signaux optiques produits par le disque cod qui traverse le disque cod en signaux lectriques (codes binaires). Avec ces signaux, le capteur dangle de braquage peut trs prcisment renseigner la position de la colonne de direction aux diffrents botiers lectronique du vhicule. 5. Capteurs de vitesse Il sagit de capteurs actifs, ils permettent de dtecter le sens de rotation et la vitesse de rotation de chaque roue. Voici quoi cela ressemble :

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LgendeAbrviation Signification 1 Couronne du capteur / support ferromagntique du joint du roulement de roue 2 Circuit imprim avec capteur effet Hall Abrviation Signification 3 Botier du capteur

Le signal de vitesse de rotation est fonction de la frquence. Plus la roue tourne vite plus la frquence du signal sera importante. L'aimant permanent qui se trouve l'intrieur du capteur de vitesse de roue gnre un champ magntique. Les lignes du champ magntique traversent angle droit la couche de l'lment sensible du capteur. La dviation des lignes de champ par la couronne incrmentale cr des variations de rsistance dans la couche ferromagntique mince de l'lment sensible du capteur.

LgendeAbrviation 1 2 3 Signification Couronne incrmentale Electronique de traitement Signaux du capteur de vitesse de rotation de roue Abrviation 4 5 6 Signification Aimant permanent Lignes de champ magntique Elment sensible

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6. Amortisseur variables rglage lectronique Il sagit damortisseurs de type bitube gaz, l'avant comme l'arrire. Ils ont t dvelopps par la socit Mannesmann Sachs Boge. Ce sont des amortisseurs action progressive programms selon une certaine cartographie. Chaque amortisseur intgre au niveau du piston une lectrovanne commande lectronique (distributeur proportionnel). Lors des mouvements de dbattement de la suspension, cette lectrovanne est traverse alternativement, d'un ct puis de l'autre, par l'huile contenue dans l'amortisseur. L'lectrovanne de rgulation gnre entre les cts infrieur et suprieur du piston une chute de pression proportionnelle au dbit d'huile qui traverse la vanne. Dans l'amortisseur on retrouve une soupape de fond. Cette soupape dtermine l'allure et la position de la loi d'amortissement infrieure de compression en souvrant ou se fermant avec la vanne principale selon les conditions de roulage. Remarque : En cas de dfaillance du botier lectronique et aprs la coupure du contact, les lectrovannes ne sont pas sous tension, les amortisseurs se trouvent automatiquement dans la position de tarage ferme.

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Vue en coupe d'un amortisseur

LgendeAbrviation 1 2 3 4 Signification Vis Bobine Vanne damortissement principale Soupape additionnelle Abrviation 5 6 7 Signification Bague de sige flottante Ressort Induit

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7. Electrovanne action progressive Lorsquil ny a pas de tension, la rsistance hydraulique de la vanne est maximale : la vis (1) comprime le ressort (6). La duret de l'amortisseur est alors maximale (tarage ferme). Le ressort exerce une pression maximale sur l'induit (7) et sur la vanne d'amortissement principale (3). La vanne damortissement (3) agit son tour avec une certaine pression sur la bague flottante (5) qui, en appuyant en bas sur son sige, oppose une rsistance l'coulement de l'huile. Lors de la mise sous tension de la bobine (2), l'induit (7) se dplace vers le haut en s'opposant la force du ressort ce qui facilite lcoulement de lhuile travers lamortisseur. La souplesse maximale est dtermine par l'action conjugue de la soupape additionnelle (4) et de la soupape de fond conventionnelle (non reprsente).

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Fonctionnement de lamortisseur : Phase de dtente

La tige de piston se dplace vers le haut, l'huile s'coule dans le sens reprsent par la flche. En raison des forces hydrauliques qui agissent, la bague flottante presse la vanne d'amortissement principale vers le haut.

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Phase de compression

La tige de piston se dplace vers le bas, l'huile s'coule dans le sens reprsent par la flche. Les forces hydrauliques qui agissent poussent la vanne d'amortissement principale vers le haut. La bague flottante repose en bas sur le sige.

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4.5. Comparaison de lamortissement par rapport la concurrence

Abrviation A B 1 2

Signification Confort Sport E85 srie E85 chssis sport

Abrviation 3 4 5 6

Signification E89 srie E89 sport (EDC) E89 confort (EDC) Concurrence

Grce ce schma lavantage sur la concurrence quoffre lEDC sur la nouvelle Z4 devient vident. Avec un seul type damortisseur, BMW offre la fois la voiture ayant le comportement le plus sport tout en restant (en mode confort) une des voitures les plus confortables de sa gamme.

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5. DKG: Doppel kupplung getriebe

5.1. IntroductionLa nouvelle boite de vitesses DKG quipant (en option) la BMW Z4 est une rvolution et la pointe de la technologie dans le domaine de la transmission automobile. En effet, cette boite de vitesses est la fois la plus sportive et dynamique du march tout en restant lune des plus confortables. Il sagit dune bote de vitesses manuelle avec double embrayage commande hydraulique. Le groupe lectronique DKG est le responsable de la commande (slection des vitesses et position des deux embrayages) et le groupe hydraulique DKG est le responsable de l'excution (passage des vitesses et ouverture/fermeture des deux embrayages). Ils sont regroups dans un module mcatronique qui est intgr dans la bote de vitesses. Cette bote de vitesses double embrayage possde un systme de lubrification pour tous les composants importants ainsi que dun verrou parking automatique. La bote de vitesses est galement munie dun circuit de refroidissement particulier afin de refroidir lhuile qui y circule. Cette bote de vitesses prsente deux modes de fonctionnement au choix, soit un mode automatique et alors on conduit la voiture comme une voiture munie dune bote automatique classique ou bien un mode manuel et alors l on passe les vitesses de manire squentielle via les palettes au volant ou encore via le slecteur de vitesse mme. Mais la grande particularit de cette bote de vitesses ne provient pas du fait que lon peut choisir entre automatique et manuel mais bien du fait quil ny ait aucune interruption dans la transmission de la force motrice lors des changements de rapports (explication par la suite). Il y a plusieurs programmes de fonctionnement possible du plus confortable au plus sportif. Pour cela il suffit de choisir le programme via lordinateur de bord. Un programme plutt sportif aura tendance passer ses rapports plus rapidement et plus haut dans les tours. Au contraire un programme plutt confort passera les vitesses plus calmement et un rgime plus bas.

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5.2. Principe de fonctionnementLa bote de vitesses double embrayage DKG est constitue de deux demi botes comprenant chacune son propre embrayage (cest comme si on avait deux boites distinctes dans une). Lembrayage 1 travaille avec la demi-bote 1 et lembrayage 2 travaille avec la demi-bote 2. Dans la demi- bote de vitesses 1 se trouvent les rapports de vitesses impaires (1, 3, 5, 7, Ar) et dans la demi-bote de vitesses 2 se trouvent les rapports de vitesses paires (2, 4, 6). Ce qui veut dire que, quelque soit le rapport engag, le rapport suivant se trouve toujours dans l'autre demi-bote de vitesses, que ce soit pour monter ou descendre de rapports. Exemple : si on roule en 2me vitesse le rapport suivant quil soit suprieur ou infrieur, cest--dire 3me ou 1re vitesse, se trouve obligatoirement dans lautre demi-bote de vitesses. Cest grce cette disposition particulire des vitesses que se base le principe de fonctionnement de la DKG. En effet, lorsquon acclre dans un certain rapport de vitesse, le rapport suivant (se trouvant dans lautre demi-boite) est dj synchronis mais pas encore actif car son embrayage reste ouvert. Au cours du changement de rapport, un pilotage cibl (ouverture et fermeture simultane) des embrayages permet de transfrer trs rapidement le couple moteur dune des demi-bote de vitesses lautre demi-bote de vitesses sans aucune interruption dans la transmission. Exemple : lorsquon roule et quon acclre en 2me vitesse qui se trouve dans la demi-bote des vitesses paires (lembrayage est ferm), la 3me vitesse se trouvant dans la demi-bote de vitesses impaires est dj synchronise mais pas encore active car son embrayage est ouvert. Le changement de 2me 3me vitesses a donc lieu lorsque lembrayage de la demi-bote de vitesses paire souvre en mme temps que lembrayage de la demi-bote de vitesses impaire se ferme. On obtient ainsi des avantages considrables, aussi bien au niveau du couple moteur disponible que du confort de la commande ou encore dans la rduction de la consommation.

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Reprsentation simplifie de la bote de vitesses double embrayage DKG.

LgendeAbrviation A B C 1 Signification Moteur Bote de vitesses DKG Essieu arrire (propulseur) Embrayage 1 Abrviation 2 3 4 Signification Demi-bote de vitesses 1 Embrayage 2 Demi-bote de vitesses 2

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5.3. Comparaison entre bote de vitesses robotise double embrayage (DKG), bote manuelle traditionnelle et bote robotise simple embrayage (SMG)

LgendeAbrviation 1 2 3 Signification Couple transmis Bote de vitesses DKG Bote de vitesses SMG Abrviation Signification 4 Boite de vitesses manuelle t temps

Remarque : Le changement de rapports sans interruption du couple est flagrant sur la boite de vitesses double embrayage. On constate quavec une boite de vitesses DKG, le couple est toujours positif (en aucun moment il est nul contrairement aux autres types de botes). En effet, il y a toujours au moins un des deux embrayages qui transmet le couple moteur lessieu propulseur.

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5.4. Composition de la bote de vitesses double embrayage DKG

LgendeAbrviation (1) (2) (3) (4) (5) Signification Arbre dentre Embrayage 1 Embrayage 2 Arbre primaire 2 (vitesses paires) Arbre primaire 1 (vitesses impaires) Abrviation (6) (7) (8) (9) (10 Signification Arbre intermdiaire Pignon de constante Arbre de sortie Synchronisateur Dispositif de parking (verrou)

Transmission du couple Le couple moteur est transmis par larbre d'entre central (1) aux deux embrayages humides 1 (2) et 2 (3) intgrs dans la bote de vitesses. L'embrayage 1 (2) transmet le couple sur l'arbre primaire 1 (5). L'embrayage 2 (3) transmet le couple sur l'arbre primaire 2 (4). Le couple est retransmis sur l'arbre de sortie (8) via l'arbre intermdiaire (6). Les 2 pignons de constante (7) sont toujours en prise, quel que soit le rapport engag. L'arbre intermdiaire et l'arbre de sortie sont donc toujours en prise. Il y a chaque fois un synchronisateur (9) pour deux vitesses. Le 7me rapport est le rapport direct. Le synchronisateur relie l'arbre primaire 1 directement avec l'arbre de sortie. Le verrou de parking (10) est dispos directement sur l'arbre de sortie.

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5.5. Chaine cinmatique des vitessesPosition neutre

1re vitesse

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2me vitesse

3me vitesse

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4me vitesse

5me vitesse

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6me vitesse

7me vitesse

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Marche arrire

5.6. Caractristiques techniques de la bote robotise double embrayage DKG.- Dmultiplication de la bote de vitesses [:1] 1er rapport : 2me rapport : 3me rapport : 4me rapport : 5me rapport : 6me rapport : 7me rapport : Marche AR : 4,780 3.056 2,153 1,678 1,390 1,203 1,000 4,454

- Couple thorique maximal (Nm) : 520 - Rgime maximal (tr/min): - Poids sec (kg): - Capacit d'huile (litres): - Commande: 9000 77 9 Electro hydraulique

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5.7. Exemple de changement de rapport en imagesVoyons ce quil se passe lors dun changement de rapport entre la 1re et la 2me vitesse : 1re tape :

On roule ici en 1re vitesse, on peut observer que le synchronisateur de 1re synchronise la 1re vitesse, de mme lembrayage 1 travaillant avec les vitesses impaires est ferm. On voit aussi que lembrayage 2 travaillant avec les vitesses paires est ouvert, il ne transmet donc aucun couple. 2me tape :

La 2me vitesse est dj synchronise pendant que lon acclre avec la 1re vitesse (sans reprsentation). Lors de cette 2me tape, l'embrayage 2 commence se fermer et l'embrayage 1 s'ouvrir. La majeure partie du couple moteur passe toujours par l'embrayage 1. La pression dans l'embrayage 1 est toujours suprieure la pression qui s'exerce dans l'embrayage 2.

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3me tape :

Lors de cette 3me tape, le couple moteur se rpartit proportionnellement entre l'embrayage 1 et lembrayage 2. Les embrayages 1 et 2 continuent souvrir et se fermer simultanment. A ce moment prcis, les deux embrayages subissent la mme pression ce qui veut dire quon roule sur 2 vitesses en mme temps (1re et 2me). Ceci nest pas perceptible lors de la conduite car cette tape dure un millime de seconde. 4me tape :

Lors de la 4me tape, la majorit du couple moteur passe par l'embrayage 2 qui se ferme de plus en plus, tandis que l'embrayage 1 s'ouvre davantage et transmet de moins en moins de couple. La pression de l'embrayage 2 est maintenant nettement suprieure la pression qui diminue dans l'embrayage 1. A partir de maintenant on roule donc plus avec la 2me vitesse quavec la 1re.

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5me tape :

Lors de cette 5me et dernire tape, le passage de la 1re la 2me vitesse est termin. Lembrayage 1 est compltement ouvert, il ne transmet donc plus aucun couple. Le synchronisateur de 1re vitesse a dsolidaris la 1re vitesse. On roule donc juste sur la 2me vitesse. La mme procdure s'applique au passage des rapports suivants. Remarque : lorsquon rtrograde, cest exactement le mme procd mais dans le sens inverse.

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5.8. Composants de la bote de vitesses robotise double embrayage DKG1. Structure de bote de vitesses a. Structure externe Le carter de la bote de vitesses comporte trois lments principaux : - le carter de bote de vitesses - le carter intermdiaire - le couvercle de bote de vitesses.

LgendeAbrviation Signification 1 Carter de bote de vitesses 2 Cache du module mcatronique 3 Carter intermdiaire 4 Couvercle de bote de vitesses Abrviation Signification 5 Carter dhuile 6 Cache du filtre huile 7 Couvercle dembrayage

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b. Structure interne A l'intrieur de la bote de vitesses double embrayage, le couple moteur est transmis sur les vitesses 1/3/5/7 et Ar grce l'embrayage 1 l'arbre primaire 1 et la demi-bote de vitesses 1.

LgendeAbrviation Signification 1 Arbre primaire 1 (vitesses impaires) 2 Arbre de sortie Abrviation Signification 3 Arbre intermdiaire 4 Embrayage 1

Pour les vitesses 2/4/6, le couple moteur est transmis grce l'embrayage 2 l'arbre primaire 2 et la demi-bote de vitesses 2.

LgendeAbrviation Signification 1 Arbre primaire 2 (vitesses paires) 2 Arbre de sortie Abrviation Signification 3 Arbre intermdiaire 4 Embrayage 2

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Vue densemble de la structure interne assemble

LgendeAbrviation Signification 1 Arbre primaire 2 (vitesses paires) 2 Tige de commande servant lengagement des vitesses via les synchronisateurs 3 Carter intermdiaire 4 Arbre primaire 1 (vitesses impaires) 5 Pignons de constante Abrviation Signification 6 Arbre de sortie 7 8 9 10 Arbre intermdiaire Circuit de lubrification Pompe huile Carter contenant les deux embrayages

Remarques : La pompe huile est entraine par un pignon se trouvant juste cot du carter contenant les deux embrayages en entre de bote de vitesses. Il y au total 4 tiges de commande qui servent engager les vitesses en bougeant les synchronisateurs. Ces tiges de commande sont dplaces par le distributeur hydraulique (module mcatronique). Chaque tige de commande pilote un synchronisateur. Il y a donc 4 synchronisateurs dans la bote de vitesses DKG : un pour les vitesses 1/3, un pour les vitesses 2/Ar, un pour les vitesses 4/6 et un pour les vitesses 5/7. Les trois premires vitesses et la marche arrire (1, 2, 3, Ar) sont dotes de synchronisateurs double cne, tandis que les 4 derniers rapports (4, 5, 6, 7) sont synchronises par des synchronisateurs simple cne.

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2. Dispositif de verrouillage parking Le dispositif de verrouillage parking est indispensable car il ny a aucune liaison entre le moteur et les roues motrices quand le moteur est larrt (les 2 embrayages sont ouverts). Lactivation et la dsactivation du verrou de parking se commandent de manire hydraulique. Pour verrouiller la bote de vitesses, un cliquet spcifique vient bloquer un pignon de verrouillage qui se trouve sur larbre de sortie.

LgendeAbrviation Signification 1 Pignon de verrouillage 2 3 Piston hydraulique servant actionner le mode parking verrou Aimant pour capteurs de verrou du parking Abrviation Signification 4 Cne de pression pour lactionnement du cliquet de blocage 5 Cliquet de verrouillage

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3. Module mcatronique Le module mcatronique de la bote de vitesses robotise double embrayage DKG se trouve directement sur la structure de bote. Le module mcatronique se compose du circuit hydraulique et du circuit lectronique de la bote DKG. Le circuit lectronique de la bote de vitesses DKG

LgendeAbrviation Signification 1 Circuit lectronique DKG 2 Capteurs du verrou parking (intgrs) Abrviation Signification 3 Capteurs de position des tiges de commandes 4 Capteurs de rgime de rotation (intgrs)

Les capteurs de position des tiges de commande (3) se trouvent directement sur le circuit lectronique de la bote DKG. Le capteur de position de tige de commande suprieure intgre en plus les capteurs de rgime de rotation (4) des deux arbres primaires. Les capteurs du verrou parking (2) sont intgrs dans le deuxime capteur de position de tige de commande (3) en partant du bas.

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Le circuit hydraulique de la bote de vitesses DKG

LgendeAbrviation 1 2 Signification Support des vannes de commande Circuit hydraulique DKG Abrviation Signification 3 Vrin de commande

Le module mcatronique DKG au complet (lectronique et hydraulique) avec les tiges de commande

Les huit vitesses (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Ar) sont actionnes laide de quatre vrins hydrauliques qui dplacent les quatre tiges de commande. Les positions des tiges de commande sont dtectes sans contact par les capteurs de tige de commande.

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4. Les capteurs

LgendeAbrviation Signification 1 Capteur rgime dentre (N moteur) 2 Capteur rgime arbre primaire 2 (vitesses paires) 3 Capteur rgime arbre primaire 1 (vitesses impaire) 4 Capteurs de pression dhuile des deux embrayages Abrviation Signification 5 Capteurs de temprature dhuile 6 Capteurs de course linaire 7 Capteurs du verrou parking

Voici la liste des capteurs qui se trouvent dans la bote de vitesses et qui sont lis au circuit lectronique DKG : - capteurs de temprature (5) : il y en a deux pour le botier lectronique de la DKG et un qui mesure la temprature de lhuile se trouvant dans les deux embrayages humides - capteurs des pressions dhuile dans les deux embrayages (4) - capteurs de rgime de rotation avec dtection du sens de rotation des deux arbres primaires (2,3) - capteur rgime dentre (1) - capteurs de course linaire (6) : ils servent dtecter la position exacte de chaque tige de commande. Il y a donc 4 capteurs, un pour chaque tige de commande.

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Remarque : lorsque lon change de vitesse que ce soit en acclration ou en dclration, le module mcatronique, laide des informations reues par les capteurs, communique avec le DME (gestion lectroniques du moteur) afin de rguler le couple moteur. Lors dune acclration, quand on monte de rapport le DME va automatiquement rduire la charge moteur afin de diminuer le rgime moteur pour permettre un passage de vitesse plus aise. Au contraire lors dun rtrogradage le DME va accroitre le rgime. Grce lintervention sur la charge, les changements de vitesses sont assists par la gestion moteur DME. On peut imaginer cela comme une sorte de double dbrayage. 5. Systme de lubrification a) Alimentation : pompe huile Lalimentation de la bote de vitesses DKG est assure par une pompe engrenage qui est incorpore dans la dans la bote de vitesses. La pompe engrenage est actionne laide dun pignon qui se trouve lentre de la bote de vitesse (voir schma : vue densemble de la structure interne assemble). Le rgime de rotation de la pompe huile est donc directement li au rgime moteur. La pression engendre par la pompe est contrle par un rgulateur en fonction des conditions de fonctionnement. Par mesure de scurit il y a aussi une vanne de dcharge qui se trouve lintrieur de la pompe mme. Pompe huile de la bote DKG

LgendeAbrviation Signification 1 Pignon de refoulement de la pompe huile engrenage 2 Tuyau de refoulement vers le circuit hydraulique 3 Tuyau de retour dhuile Abrviation Signification 4 Pompe huile engrenage de la bote DKG 5 Pignon dentranement reli larbre dentre 6 Ct aspiration dhuile (alimentation)

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La pression cre par la pompe sert alimenter le circuit hydraulique de la bote DKG qui a comme fonction de : - commander les passages de vitesses et le dplacement des deux embrayages - refroidir les deux embrayages - lubrifier et refroidir tous les composants de la bote de vitesses La plage normale dutilisation utilise une pression dans le circuit hydraulique qui va de 5 20 bars. b) Lubrification par pulvrisation dhuile La lubrification de tous les points importants de la bote de vitesses DKG est assure par une conduite d'huile dote dune multitude de gicleurs prcis et spciaux (pour voir la disposition de cette conduite, il faut se rfrer au schma : vue densemble de la structure interne assemble).

c) Refroidissement Le systme de refroidissement de la boite de vitesses DKG se compose de deux parties : le refroidissement huile/liquide de refroidissement et le refroidissement huile/air. Refroidissement huile/liquide de refroidissement Le circuit primaire de refroidissement de l'huile passe par l'changeur thermique huile/liquide de refroidissement qui se situe sur le carter de la bote de vitesses. Cet changeur thermique se trouve sur le circuit de chauffage de lhabitacle. Le liquide de refroidissement qui circule dans cet changeur thermique provient des chambres de refroidissement se trouvant dans la culasse. Aprs tre pass par lchangeur thermique huile/liquide de refroidissement, le liquide de refroidissement se dirige vers lchangeur thermique du chauffage dhabitacle en passant dabord par la pompe additionnel de liquide de refroidissement. Pour finir, le liquide de refroidissement est achemin de lchangeur thermique du chauffage dhabitacle vers le moteur pour atteindre son point de dpart et ainsi de suite. La pompe additionnelle liquide de refroidissement sert normalement renforcer la puissance de chauffage pour l'habitacle (lorsque le moteur tourne bas rgime par exemple). Le circuit lectronique de la bote de vitesses DKG peut commander l'enclenchement de cette pompe additionnelle liquide de refroidissement. L'huile circule toujours directement de la bote de vitesses dans l'changeur thermique huileliquide de refroidissement. On obtient ainsi un temps d'chauffement trs court de l'huile de la bote de vitesses (lorsque lon dmarre froid par exemple). Ds que la temprature d'huile de bote de vitesses atteint les 95C en sortie de l'changeur thermique huile/liquide de 76

refroidissement, l'huile de la bote de vitesses est galement achemine vers l'changeur thermique huile/air via un thermostat d'huile. Refroidissement huile/air Le circuit de refroidissement huile/air est ouvert ou ferm selon la position dun thermostat dhuile. Lorsque la temprature dhuile se trouve en dessous de 95 C, le thermostat dhuile est ouvert, lhuile circule travers le thermostat pour retourner directement dans la bote de vitesses DKG sans passer par le circuit de refroidissement huile/air. Par contre quand la temprature de lhuile de bote est gale ou suprieur 95 C le thermostat se ferme et force alors lhuile de bote passer par le circuit de refroidissement huile/air. Lhuile traverse alors le circuit de refroidissement huile/air aprs tre passe par le circuit de refroidissement huile/liquide pour terminer son cycle dans la bote de vitesses DKG et ainsi de suite. Thermostat dhuile en position ouvert (>95 C)

Thermostat dhuile en position ferm (