Formación�técnica. Información�de�producto. Motor�N20. BMW�Service Indicaciones�generales Símbolos�utilizados En�el�p
Views 80 Downloads 7 File size 13MB
Formación�técnica. Información�de�producto. Motor�N20.
BMW�Service
Indicaciones�generales Símbolos�utilizados En�el�presente�suplemento�se�utilizan�los�símbolos�y�representaciones�esquemáticas�siguientes�para facilitar�la�comprensión�o�para�poner�de�relieve�información�especialmente�importante:
Contiene�información�e�indicaciones�de�seguridad�importantes�que�se�deben�tener�en�cuenta�para garantizar�la�correcta�función�del�sistema�y�cuyo�cumplimiento�es�obligatorio. Actualidad�y�versiones�para�países�específicos Los�vehículos�del�Grupo�BMW�responden�a�las�más�elevadas�exigencias�en�cuanto�a�seguridad�y calidad.�Las�demandas�cambiantes�en�áreas�como�la�protección�del�medio�ambiente,�las�ventajas�para el�cliente,�el�diseño�o�la�construcción�impulsan�el�desarrollo�continuo�de�los�sistemas�y�componentes. De�ahí�que�puedan�existir�divergencias�entre�el�contenido�de�este�suplemento�y�los�vehículos disponibles�para�la�realización�del�curso. Este�suplemento�describe�básicamente�vehículos�con�volante�a�la�izquierda�en�la�versión�para�Europa. En�los�vehículos�con�dirección�a�la�derecha,�algunos�elementos�de�mando�o�componentes�están dispuestos�de�forma�algo�distinta�a�lo�mostrado�en�los�gráficos�de�este�suplemento.�Puede�haber�otras divergencias�debidas�a�las�variantes�de�equipamiento�específicas�de�cada�país�o�mercado. Fuentes�de�información�adicionales Puede�encontrar�más�información�sobre�cada�uno�de�los�temas�en: •
el�manual�de�instrucciones
•
la�Integrated�Service�Technical�Application�(aplicación�técnica�de�servicio�integrado).
Contacto:�[email protected] ©2010�BMW�AG,�Múnich Prohibida�la�reproducción�total�o�parcial�sin�la�autorización�expresa�por�escrito�de�BMW�AG, Múnich La�información�contenida�en�este�suplemento�forma�parte�del�curso�de�formación�técnica�del�Grupo BMW�y�está�destinada�a�sus�instructores�y�participantes.�Cualquier�modificación�o�ampliación�de�los datos�técnicos�se�debe�consultar�en�los�correspondientes�sistemas�de�información�actuales�del�Grupo BMW. Persona�de�contacto Gernot�Nehmeyer/Udo�Metz Teléfono�+49�(0)�89�382�34059/+49�(0)�89�382�58506 [email protected]/[email protected] Actualización�de�la�información:�noviembre�de�2010 VH-23/International�Technical�Training
Motor�N20. Índice. 1.
Introducción.......................................................................................................................................................................................................................................... 7 1.1. Historia.................................................................................................................................................................................................................................... 7 1.1.1. Motores�históricos�de�BMW�AG.................................................................................................................. 7 1.1.2. Motores�históricos�de�BMW�M...................................................................................................................... 9 1.1.3. Motor�N40....................................................................................................................................................................................... 9 1.1.4. Motor�N42................................................................................................................................................................................... 10 1.1.5. Motor�N43................................................................................................................................................................................... 11 1.1.6. Motor�N45................................................................................................................................................................................... 13 1.1.7. Motor�N46................................................................................................................................................................................... 14 1.2. Datos�técnicos....................................................................................................................................................................................................... 17 1.2.1. Comparación�en�el�BMW�X1......................................................................................................................... 18 1.3. Novedades/cambios...................................................................................................................................................................................... 21 1.3.1. Vista�general............................................................................................................................................................................ 21 1.4. Identificación�del�motor........................................................................................................................................................................... 22 1.4.1. Denominación�del�motor......................................................................................................................................22 1.4.2. Identificación�del�motor......................................................................................................................................... 23
2.
Mecánica�del�motor............................................................................................................................................................................................................ 26 2.1. Cárter�del�motor.................................................................................................................................................................................................. 26 2.1.1. Bloque�motor.......................................................................................................................................................................... 27 2.1.2. Junta�de�culata.................................................................................................................................................................... 31 2.1.3. Culata.................................................................................................................................................................................................. 32 2.1.4. Tapa�de�culata....................................................................................................................................................................... 33 2.1.5. Cárter�de�aceite.................................................................................................................................................................. 39 2.2. Mecanismo�del�cigüeñal........................................................................................................................................................................ 42 2.2.1. Cigüeñal�con�cojinete............................................................................................................................................... 42 2.2.2. Biela�con�cojinete............................................................................................................................................................ 56 2.2.3. Émbolo�con�segmentos�de�pistón........................................................................................................59 2.3. Accionamiento�del�árbol�de�levas........................................................................................................................................... 60 2.4. Árboles�del�diferencial............................................................................................................................................................................... 62 2.5. Accionamiento�de�válvulas................................................................................................................................................................. 65 2.5.1. Estructura..................................................................................................................................................................................... 65 2.5.2. Valvetronic................................................................................................................................................................................... 70 2.6. Transmisión�por�correa.............................................................................................................................................................................78
3.
Alimentación�de�aceite................................................................................................................................................................................................ 80 3.1. Sinopsis.............................................................................................................................................................................................................................80 3.1.1. Esquema�hidráulico...................................................................................................................................................... 81 3.1.2. Conductos�de�aceite.................................................................................................................................................. 83 3.2. Bomba�de�aceite�y�regulación�de�presión..................................................................................................................88 3.2.1. Bomba�de�aceite............................................................................................................................................................... 88
Motor�N20. Índice. 3.3.
3.4.
3.5.
3.2.2. Regulación...................................................................................................................................................................................90 3.2.3. Válvula�de�limitación�de�la�presión........................................................................................................98 Filtrado�y�refrigeración�del�aceite............................................................................................................................................ 99 3.3.1. Refrigeración�del�aceite......................................................................................................................................... 99 3.3.2. Filtrado�del�aceite........................................................................................................................................................100 Control�del�aceite..........................................................................................................................................................................................101 3.4.1. Sensor�de�presión�y�temperatura�del�aceite..................................................................... 101 3.4.2. Control�del�nivel�de�aceite.............................................................................................................................102 Inyectores�de�aceite..................................................................................................................................................................................102 3.5.1. Refrigeración�de�la�cabeza�del�émbolo..................................................................................... 102 3.5.2. Transmisión�por�cadena....................................................................................................................................103 3.5.3. Árbol�de�levas.................................................................................................................................................................... 105 3.5.4. Dentado�del�servomotor�Valvetronic............................................................................................. 106
4.
Refrigeración............................................................................................................................................................................................................................... 108 4.1. Sinopsis........................................................................................................................................................................................................................ 108 4.2. Gestión�térmica................................................................................................................................................................................................ 111 4.2.1. Bomba�de�líquido�refrigerante.................................................................................................................111 4.2.2. Termostato�de�campo�característico............................................................................................ 112 4.2.3. Función�de�gestión�térmica........................................................................................................................ 112 4.3. Refrigeración�interna�del�motor.............................................................................................................................................. 113
5.
Sist.�de�escape/gases�de�aspiración..............................................................................................................................................115 5.1. Sinopsis........................................................................................................................................................................................................................ 115 5.2. Sistema�de�aire�de�admisión...................................................................................................................................................... 117 5.2.1. Medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica....................................................... 118 5.2.2. Sistema�de�aspiración.......................................................................................................................................... 119 5.3. Turbocompresor�de�gases�de�escape......................................................................................................................... 120 5.3.1. Función�TwinScroll�del�turbocompresor�de�gases�de�escape.............. 121 5.4. Sistema�de�escape..................................................................................................................................................................................... 124 5.4.1. Colector�de�escape.................................................................................................................................................. 124 5.4.2. Catalizador.............................................................................................................................................................................. 125
6.
Sistema�de�depresión................................................................................................................................................................................................ 127
7.
Preparación�de�la�mezcla.................................................................................................................................................................................... 129 7.1. Sinopsis........................................................................................................................................................................................................................ 129 7.2. Regulación�de�la�bomba�de�combustible................................................................................................................ 130 7.3. Bomba�de�alta�presión..........................................................................................................................................................................131 7.4. Sistema�de�inyección..............................................................................................................................................................................131
Motor�N20. Índice. 8.
Alimentación�de�combustible..................................................................................................................................................................... 134 8.1. Purga�de�aire�del�depósito............................................................................................................................................................. 134 8.1.1. Ejecución�simple...........................................................................................................................................................134 8.1.2. Ejecución�de�dos�etapas................................................................................................................................. 135 8.1.3. Ejecución�de�dos�etapas�con�una�segunda�válvula................................................139
9.
Sistema�eléctrico�del�motor............................................................................................................................................................................141 9.1. Sinopsis........................................................................................................................................................................................................................ 141 9.2. Dispositivo�de�mando�del�motor........................................................................................................................................... 143 9.2.1. Función�completa....................................................................................................................................................... 145
Motor�N20. 1.�Introducción. El�motor�N20�es�la�nueva�generación�de�motores�de�gasolina�de�4�cilindros�de�BMW.�Reemplazará paulatinamente�tanto�a�los�motores�de�4�cilindros�N46�y�N43�como�a�los�motores�atmosféricos de�6�cilindros�N52�y�N53.�El�motor�N20�utiliza�la�tecnología�más�novedosa,�como,�p.�ej.,�el�TVDI (Turbocharged�Valvtronic�Direkt�Injection)�combinado�con�un�turbocompresor�de�gases�de�escape TwinScroll.�En�general�se�observa�un�gran�parentesco�con�el�motor�N55,�razón�por�la�que�se�hace referencia�a�menudo�a�este�motor�en�este�suplemento. Este�suplemento�describe�únicamente�la�configuración�del�motor�para�el�lanzamiento�comercial�del�X1 xDrive28i.
1.1.�Historia La�historia�de�los�motores�de�cuatro�cilindros�de�BMW�comenzó�con�el�BMW�3/15�de�1927.�Desde entonces,�y�pese�a�una�interrupción�entre�1936�y�1962,�los�motores�de�gasolina�de�4�cilindros�han sido�siempre�pioneros�de�las�nuevas�tecnologías�y�muchas�veces�incluso�precursores�de�éstas.�Así, el�motor�M31�(antecesor�del�motor�M10)�fue�el�primer�motor�de�cuatro�cilindros�de�serie�del�mundo con�turbocompresor�de�gases�de�escape�TwinScroll�que,�ya�en�el�año�1973,�permitía�alcanzar�125 kW�con�una�cilindrada�de�2�litros.�En�el�ámbito�deportivo,�el�cárter�del�cigüeñal�del�M10�con�1,5�l�de cilindrada�fue�el�punto�de�partida�para�conseguir�el�primer�campeonato�del�mundo�de�Fórmula�1�con motor�turbo.�En�competición�se�llegaron�a�obtener�potencias�de�hasta�1.350�CV�con�solo�1,5�l�de cilindrada,�valor�al�que�hasta�ahora�solo�ha�podido�llegar�BMW.
1.1.1.�Motores�históricos�de�BMW�AG Designación
Potencia�en [kW�(CV)]/ [r.p.m.]
Cilindrada en�[cm³]
Año�de lanzamiento
Modelo
Serie�de modelos
DA�1,�2,�4*
11�(15)/3000
748
1927
BMW�3/15
3/15
DA�3*
13�(18)/3500
748
1930
Wartburg
3/15
M68*
15�(20)/3500
782
1932
BMW�3/20
3/20
M68*
16�(22)/4000
845
1934
BMW�309
309
M115**
55�(75)/5700
1499
1961
BMW�1500
115
M115**
59�(80)/5500
1499
1962
BMW�1500
115
M116**
61�(83)/5500
1573
1964
BMW�1600
116
M116**
63�(85)/5700
1573
1966
BMW 1600-2
114C
M116**
77�(105)/6000
1573
1967
BMW�1600ti
116
M116**
55�(75)/5800
1573
1975
BMW�1502
114
M118**
66�(90)/5250
1773
1963
BMW�1800
118
M118**
81�(110)/5800
1773
1964
BMW�1800ti
118
M118**
96�(130)/6100
1773
1965
BMW 1800ti�SA
118
M118** supercuadrado
66�(90)/5250
1766
1968
BMW�1800
118
7
Motor�N20. 1.�Introducción.
8
Designación
Potencia�en [kW�(CV)]/ [r.p.m.]
Cilindrada en�[cm³]
Año�de lanzamiento
Modelo
Serie�de modelos
M118** supercuadrado
66�(90)/5500
1766
1974
BMW�518
E12/4
M05**
74�(100)/5500
1990
1965
BMW�2000
121
M05**
88�(120)/5500
1990
1965
BMW�2000ti
121
M15**
96�(130)/5800
1990
1969
BMW�2000tii
121
M17**
85�(115)/5800
1990
1972
BMW�520
E12/4
M31**
125 (170)/5800
1990
1974
BMW 2002�turbo
E20
M41**
66�(90)/6000
1573
1975
BMW�316
E21
M42**
72�(98)/5800
1766
1975
BMW�318
E12
M42**
66�(90)/5500
1766
1976
BMW�518
E12
M43/1**
80�(109)/5800
1990
1975
BMW�320
E21
M64**
92�(125)/5700
1990
1975
BMW�320i
E21
M10�(M92**)
77�(105)/5800
1766
1980
BMW�318i
E30
M10�(M99**)
66�(90)/5500
1766
1980
BMW 316/518
E30/E28
M98**
55�(75)/5800
1573
1981
BMW�315
E21
M10
75�(102)/5800
1766
1984
BMW 318i�cat
E30
M40B16
75�(102)/5500
1596
1988
BMW�316i
E30
M40B16
73�(99)/5500
1596
1988
BMW 316i�cat
E30
M40B18
85�(116)/5500
1796
1987
BMW�318i
E30
M40B18
83�(113)/5500
1796
1987
BMW 318i�cat BMW 518i�cat
E28/ E30/E34
M42B18O0
103 (140)/6000
1796
1989
318is/318ti
E36
M43B16O0
75�(102)/5500
1596
1993
316i
E36
M43B16O0
64�(87)/5500
1596
1996
316g
E36
M43B18O0
85�(116)/5500
1796
1993
318i/518i/ Z3�1.8
E34/E36
M43B19U1
77�(105)/5300
1895
2000
316i
E46
M43B19O1
87�(118)/5500
1895
1998
318i/Z3�1.8
E36/E46
M44B19O0
103 (149)/6000
1895
1995
318is/318ti/ Z3�1.9
E36
Motor�N20. 1.�Introducción. *�Motores�hasta�1933.�**�Motores�del�periodo�1957-1980.�cat�=�con�catalizador;�a�partir�del M42/1989,�los�datos�con�y�sin�catalizador�son�idénticos.
1.1.2.�Motores�históricos�de�BMW�M Designación
Potencia�en [kW�(CV)]/ [r.p.m.]
Cilindrada en�[cm³]
Año�de lanzamiento
Modelo
Serie�de modelos
S14B23
147 (200)/6750
2302
1986
BMW�M3
E30�sin�cat.
S14B23
143 (194)/6750
2302
1986
BMW�M3
E30
S14B20
141 (192)/6900
1990
1990
BMW�320is
E30
S14B25
175 (238)/7000
2483
1990
BMW�M3 EVO2
E30
Sin�cat.�=�sin�catalizador.
1.1.3.�Motor�N40 Motor�N40B16O0 Motor
N40B16O0
Serie�de�modelos
E46
Modelos
316i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
85 6100
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
150 3900
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1596
Diámetro/carrera en�[mm]
84/72
Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
10,2�:�1 4 04/03�–�03/04 ME9.2
9
Motor�N20. 1.�Introducción. 1.1.4.�Motor�N42 Motor�N42B18O0 Motor Serie�de�modelos Modelos
N42B18O0 E46 316i/316ti
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
85 5500
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
175 3750
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1796
Diámetro/carrera en�[mm]
84/81
Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
10,5�:�1 4 04/01�–�03/04 MEV9.2
Motor�N42B20O0 Motor Serie�de�modelos
E46
Modelos
318i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
105 6000
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
200 3750
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión
10
N42B20O0
10,2�:�1
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
N42B20O0 4 09/01�–�03/04 MEV9.2
1.1.5.�Motor�N43 Motor�N43B16O0 Motor Serie�de�modelos
N43B16O0 E81/E87
Modelos
116i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
90 6500
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
160 4200
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1597
Diámetro/carrera en�[mm] Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
82/75,6 12�:�1 4 09/07�hasta�la�fecha MSD70
11
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor�N43B20U0 Motor Serie�de�modelos Modelos
N43B20U0 E81/E87/ E88/E90/E91 118i/318i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
105 6000
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
190 4300
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión
12�:�1
Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
4 03/07�hasta�la�fecha MSD80
Motor�N43B20O0 Motor Serie�de�modelos Modelos
12
N43B20O0 E60/E61/E81/ E82/E87/E88/ E90/E91/92/E93 120i/320i/520i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
125 6700
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
210 4250
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión
12�:�1
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
N43B20O0 4 03/07�hasta�la�fecha MSD80
1.1.6.�Motor�N45 Motor�N45B16O0 Motor
N45B16O0
Serie�de�modelos
E46/E87
Modelos
116i/316i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
85 6100
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
150 3900
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1596
Diámetro/carrera en�[mm]
84/72
Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
10,2�:�1 4 03/04�–�09/07 ME9.2
13
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor�N45B20S Motor Serie�de�modelos
N45B20S E90
Modelos
320si
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
127 7000
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
200 4250
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1999
Diámetro/carrera en�[mm]
85/88
Compresión
11�:�1
Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
4 09/04�–�09/06 ME9.2
1.1.7.�Motor�N46 Motor�N46B18O0 Motor Serie�de�modelos Modelos
E46 316i/316ti
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
85 5500
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
175 3750
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1796
Diámetro/carrera en�[mm]
84/81
Compresión
14
N46B18O0
10,5�:�1
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
N46B18O0 4 03/04�–�09/05 MEV9.2
Motor�N46B20U1�+�motor�N46B20U2 Motor Serie�de�modelos Modelos
N46B20U1 E87/E90/E91 118i/318i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
95 5750
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
180 3250
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
10,5�:�1 4 03/04�–�09/07 MEV9.2
15
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor�N46B20O0 Motor Serie�de�modelos Modelos
E46 318i/318ti
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
105 6000
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
200 3750
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión Válvulas�por�cilindro Período�de implantación Gestión�del�motor
16
N46B20O0
10,5�:�1 4 03/04�–�09/05 MEV9.2
Motor�N20. 1.�Introducción. Motor�N46B20O1�+�motor�N46B20O2 Motor
N46B20O1
Serie�de�modelos
E83/E85/ E87/E90/E91
Modelos
120i/320i/ X3�xDrive20i/ Z4�sDrive20i
Potencia�en�[kW] a�[rpm]
110 6200
Par�motor�en�[Nm] a�[rpm]
200 3600
Diseño�constructivo y número�de�cilindros
Serie 4
Cilindrada�en�[cm³]
1995
Diámetro/carrera en�[mm]
84/90
Compresión
10,5�:�1
Válvulas�por�cilindro Período�de implantación
4 09/04�hasta�la�fecha
Gestión�del�motor
MEV9.2
1.2.�Datos�técnicos Denominación�del�modelo
Denominación�del�motor
Lanzamiento
BMW�X1�xDrive28i�(versión para�Europa)
N20B20O0
03/2011
BMW�X1�xDrive28i�(versión para�EE.�UU.)
N20B20O0
03/2011
17
Motor�N20. 1.�Introducción. 1.2.1.�Comparación�en�el�BMW�X1 Comparación�entre�los�motores�N20B20O0�y�N52B30U1
Diagrama�de�plena�carga�del�motor�N20B20O0�comparado�con�el�motor�N52B30U1
18
Motor�N20. 1.�Introducción. Comparación�entre�los�motores�N20B20O0�y�N52B30O1
Diagrama�de�plena�carga�del�motor�N20B20O0�comparado�con�el�motor�N52B30O1
Unidad Serie�de�modelos Denominación�del�modelo Tipo�constructivo
N52B30U1
N52B30O1
N20B20O0
E84
E84
E84
BMW�X1 xDrive25i
BMW�X1 xDrive28i
BMW�X1 xDrive28i
R6
R6
R4
Cilindrada
[cm³]
2996
2996
1997
Diámetro/carrera
[mm]
85/88
85/88
84/90,091 19
Motor�N20. 1.�Introducción. Unidad
N52B30U1
N52B30O1
N20B20O0
Potencia a�número�de�revoluciones
[kW] [rpm]
160 6100
190 6600
180 5000�-�6500
Potencia�por�cilindrada
[kW/l]
53,4
63,4
90,14
Par�motor a�número�de�revoluciones
[Nm] [rpm]
280 2500
310 2600�-�3000
350 1250�-�4800
[ε]
10,7�:�1
10,7
10,0�:�1
4
4
4
[l/100 km]
9,7
9,9
7,9
[g/km]
227
230
183
Electrónica�digital�del�motor
MSV80
MSV80
MEVD17.2.4
Normativa�sobre�emisión�de gases�de�escape
EURO�5
EURO�5
EURO�5
[km/h]
205/223*
205/230*
205/240*
Aceleración�0‐100 km/h
[s]
7,9
6,8
6,5
Peso�en�vacío�DIN/EU
[kg]
1600/1675
1610/1685
1595/1670
Automático
Automático
GA8HP45Z
Relación�de�compresión Válvulas�por�cilindro Consumo�de�combustible conforme�a�la�norma�EU Emisión�de�CO2
Velocidad�máxima
Caja�de�cambios
20
Motor�N20. 1.�Introducción. 1.3.�Novedades/cambios 1.3.1.�Vista�general Sistema Mecánica�del�motor
Alimentación�de�aceite
Refrigeración Sistema�de�escape�y�de aspiración
Observaciones •
Cárter�del�cigüeñal�de�aluminio�con�superficie�de deslizamiento�del�cilindro�recubierta
•
Camisa�de�refrigeración�optimizada
•
Utilización�del�procedimiento�TVDI�(inyección�directa�turbo Valvetronic)
•
Turbocompresor�de�gases�de�escape�TwinScroll
•
Valvetronic�de�tercera�generación�con�nuevas�palancas intermediarias
•
Nueva�generación�de�VANOS�(control�variable�del�árbol�de levas)�con�válvula�central
•
Árboles�de�levas�montados
•
Ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal�de�dos�piezas
•
Cigüeñal�forjado
•
Mecanismo�del�cigüeñal�desplazado
•
Émbolo�con�desplazamiento�negativo
•
Transmisión�por�cadena�para�los�árboles�del�diferencial�con tensor�de�cadena
•
Árboles�del�diferencial�dispuestos�uno�sobre�otro.
•
Regulación�de�campo�característico�de�la�bomba�de�aceite
•
Nueva�bomba�de�aceite�de�péndulo
•
Refrigeración�del�aceite�sin�filtrar
•
Nuevo�sensor�combinado�de�presión�y�temperatura�del aceite.
•
Electrobomba�del�refrigerante
•
Gestión�térmica�conocida.
•
Turbocompresor�de�gases�de�escape�TwinScroll
•
Medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica�7�en�todas�las versiones�de�motor
•
Tres�conexiones�para�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del cigüeñal
•
Distinto�número�de�conexiones�para�la�purga�de�aire�del depósito�(en�función�de�la�variante).
21
Motor�N20. 1.�Introducción. Sistema Sistema�de�depresión
Observaciones •
Bomba�de�vacío�de�dos�etapas
•
Acumulador�de�depresión�para�la�válvula�Wastegate�con conexión�fija�con�la�cubierta�de�motor.
•
Inyección�de�alta�presión�(como�en�el�motor�N55)
•
Sistemas�de�inyección
•
Bomba�de�alta�presión�Bosch
•
Tuberías�de�alta�presión�a�los�inyectores�soldadas�al�rail
•
Sin�sensor�de�depresión�de�carburante.
Alimentación�de combustible
•
Tres�variantes�distintas�de�la�purga�de�aire�del�depósito.
Sistema�eléctrico�del motor
•
Gestión�del�motor�Bosch�MEVD17.2.4.
Tratamiento�del�carburante
1.4.�Identificación�del�motor 1.4.1.�Denominación�del�motor La�descripción�del�motor�N20 �corresponde�a�la�ejecución�siguiente:�N20B20O0. En�la�documentación�técnica�se�utiliza�la�denominación�del�motor�para�una�identificación�inequívoca del�mismo. Sin�embargo,�en�la�documentación�técnica�se�emplea�también�la�forma�abreviada�de�la�denominación del�motor,�N20�en�este�caso,�lo�que�permite�identificar�solo�el�tipo�de�motor. Posición
Significado
Índice/explicación
1
Desarrollador�del�motor
M,�N�=�Grupo�BMW P�=�BMW�Motorsport S�=�BMW�M�GmbH W�=�Motores�de�otro fabricante
2
Tipo�de�motor
1�=�R4�(p.�ej.,�N12) 2�=�R4�(p.�ej.,�N20) 4�=�R4�(p.�ej.,�N43) 5�=�R6�(p.�ej.,�N53) 6�=�V8�(p.�ej.,�N63) 7�=�V12�(p.�ej.,�N73) 8�=�V10�(p.�ej.,�S85)
3
Modificación�del�concepto�de motor�básico
0�=�Motor�básico 1�a�9�=�modificaciones,�p.�ej., proceso�de�combustión
22
Motor�N20. 1.�Introducción. Posición
Significado
Índice/explicación
4
Principio�de�funcionamiento o�combustible�y�en�su�caso posición�de�montaje
B�=�gasolina D�=�gasóleo H�=�hidrógeno
5
Cilindrada�en�litros
1�=�1�litro�+
6
Cilindrada�en�1/10�litros
8�=�0,8�litros�=�1,8�litros
7
Categoría�de�potencia
K�=�mínima U�=�inferior M�=�media O�=�superior�(estándar) T�=�óptima S�=�súper
8
Versión�mejorada�relevante para�homologación
0�=�desarrollo�nuevo 1�–�9�=�versión�mejorada
Codificación�de�la�denominación�del�motor�N20 Índice
Explicación
N
Desarrollo�de�Grupo�BMW
2
Motor�en�línea�de�4�cilindros
0
Motor�con�turbocompresor�de�gases�de escape,�Valvetronic�e�inyección�directa�(TVDI)
B
Motor�de�gasolina�montado�en�posición longitudinal
20
2,0�litros�de�cilindrada
O
Categoría�de�potencia�superior
0
Nuevo�desarrollo
1.4.2.�Identificación�del�motor Los�motores�tienen�un�código�de�identificación�en�el�cárter�del�cigüeñal�que�facilita�su�reconocimiento y�clasificación.�Esta�identificación�del�motor�es�también�necesaria�para�obtener�la�aprobación�de�las autoridades. Con�el�motor�N55�se�introdujo�una�versión�mejorada�de�esta�identificación�y�una�reducción�de�los ocho�caracteres�anteriores�a�los�siete�actuales.�Debajo�de�la�identificación�del�motor�se�encuentra�el número�de�motor.�Este�número�correlativo,�en�combinación�con�la�identificación�del�motor,�permite identificar�inequívocamente�cada�motor.
23
Motor�N20. 1.�Introducción. Posición
Significado
Índice/explicación
1
Desarrollador�del�motor
M,�N�=�Grupo�BMW P�=�BMW�Motorsport S�=�BMW�M�GmbH W�=�Motores�de�otro fabricante
2
Tipo�de�motor
1�=�R4�(p.�ej.,�N12) 2�=�R4�(p.�ej.,�N20) 4�=�R4�(p.�ej.,�N43) 5�=�R6�(p.�ej.,�N53) 6�=�V8�(p.�ej.,�N63) 7�=�V12�(p.�ej.,�N73) 8�=�V10�(p.�ej.,�S85)
3
Modificación�del�concepto�de motor�básico
0�=�Motor�básico 1�a�9�=�modificaciones,�p.�ej., proceso�de�combustión
4
Principio�de�funcionamiento o�combustible�y�en�su�caso posición�de�montaje
B�=�gasolina D�=�gasóleo H�=�hidrógeno
5
Cilindrada�en�litros
1�=�1�litro�+
6
Cilindrada�en�1/10�litros
8�=�0,8�litros�=�1,8�litros
7
Consideraciones�relativas�a�la homologación�(modificaciones que�requieren�una�nueva homologación)
A�=�estándar B�-�Z�=�según�necesidad,�p. ej. ROZ 87
24
Motor�N20. 1.�Introducción.
Motor�N20,�identificación�del�motor�y�número�de�motor
Índice
Explicación
00034772
Número�de�motor�consecutivo�individual
N
Desarrollador�del�motor,�Grupo�BMW
2
Tipo�de�motor,�R4
0
Modificación�del�concepto�del�motor�básico,�turboalimentación,�Valvetronic�e inyección�directa
B
Principio�de�funcionamiento�o�combustible�y�posición�de�montaje,�gasolina montaje�longitudinal
20
Cilindrada�en�decilitros,�2�litros
A
Consideraciones�de�homologación,�estándar
25
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. 2.1.�Cárter�del�motor El�cárter�del�motor�está�compuesto�por�el�bloque�motor�(cárter�del�cigüeñal�y�Bedplate),�la�culata,�la tapa�de�culata,�el�cárter�de�aceite�y�las�juntas.
Motor�N20,�estructura�del�cárter�del�motor
Índice
Explicación
1
Tapa�de�culata
2
Junta�de�la�tapa�de�culata
3
Culata
4
Junta�de�culata
5
Cárter�del�cigüeñal
26
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
6
Masilla�de�sellado
7
Bedplate
8
Junta�del�cárter�de�aceite
9
Cárter�de�aceite
2.1.1.�Bloque�motor El�bloque�motor�está�fabricado�en�fundido�inyectada�de�aluminio�(AlSi9Cu3)�y�se�compone�de�cárter del�cigüeñal�y�Bedplate.�Este�mismo�material�ya�se�empleó�en�los�conocidos�motores�de�cuatro cilindros�con�cárter�del�cigüeñal�de�aluminio.�Las�propiedades�de�la�superficie�de�rodadura�de�los cilindros�se�han�optimizado�mediante�la�utilización,�por�primera�vez�en�BMW,�de�un�conocido�proceso de�recubrimiento:�la�metalización�por�arco�voltaico�LDS. La�camisa�de�refrigeración�también�se�ha�optimizado�y,�por�medio�de�unos�orificios�en�los�resaltes,�ha mejorado�la�refrigeración�de�esa�zona�y�se�ha�adaptado�a�las�exigencias�de�un�motor�turbo. Conductos�de�aceite En�el�gráfico�siguiente�se�pueden�ver�los�conductos�de�aceite�en�el�bloque�motor.
Motor�N20,�conductos�de�aceite
27
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
1
Canal�de�retorno�de�aceite
2
Canal�blow-by
3
Canal�de�aceite�filtrado
4
Canal�de�aceite�sin�filtrar
Canales�de�líquido�refrigerante En�el�gráfico�siguiente�se�pueden�ver�los�canales�de�líquido�refrigerante�en�el�cárter�del�motor.
Motor�N20,�camisa�de�refrigeración�y�canales�de�refrigeración
Índice
Explicación
1
Camisa�de�refrigeración�del�lado�de�escape
2
Camisa�de�refrigeración�del�lado�de�admisión
3�+�4
Canales�de�líquido�refrigerante�en�los�resaltes
Orificios�de�compensación El�cárter�del�cigüeñal�tiene�fresados�orificios�longitudinales�de�ventilación�grandes.�Mediante�estos orificios�longitudinales�de�ventilación,�se�consigue�mejorar�la�compensación�de�presión�de�las columnas�de�aire�oscilantes�generadas�por�el�movimiento�ascendente�y�descendente�de�los�émbolos. Unos�pasos�adicionales�en�el�lado�de�admisión,�en�la�bancada�de�cojinete�entre�los�cilindros, completan�esta�optimización.
28
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�orificios�de�compensación�en�la�bancada�de�cojinete
Índice
Explicación
1�+�2�+�3
Pasos
4�+�5
Orificios�de�ventilación
Cilindro El�método�de�metalización�por�arco�voltaico�requiere�el�uso�de�un�alambre�de�hierro.�La�alta�tensión existente�entre�los�dos�extremos�del�alambre�provoca�el�disparo�de�un�arco�voltaico.�Se�generan temperaturas�de�aprox.�3.000�°C.�Esta�elevada�temperatura�funde�el�alambre�a�medida�que�la�unidad de�alimentación�de�alambre�lo�va�aportando�de�forma�continua.�La�presión�obtenida�por�medio�de�la alimentación�central�y�secundaria�de�aire�comprimido�proyecta�el�hierro�fundido�contra�la�pared�del cilindro. El�hierro�se�encuentra�aún�en�estado�líquido�y�se�combina�con�la�superficie�de�aluminio�a�través�de: •
Unión�mecánica: Debido�a�su�elevada�energía�cinética�y�al�efecto�capilar,�las�partículas�fundidas�penetran�en�las irregularidades�y�muescas�de�la�superficie�y�solidifican.�→�Se�produce�una�unión�en�arrastre de�forma.
29
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Metalización�por�arco�voltaico
Índice
Explicación
1
Dirección�de�movimiento
2
Superficie�del�cilindro�recubierta
3
Unidad�LDS
4
Chorro
5
Difusor
6
Alimentación�secundaria�de�aire�comprimido
7
Alambre
8
Alimentación�de�potencia
30
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
9
Alimentación�central�de�aire�comprimido
10
Hembrilla�de�contacto
11
Unidad�de�alimentación�de�alambre
12
Arco�voltaico
Ventajas: •
Las�partículas�proyectadas�quedan�firmemente�agarradas�al�material�base
•
Proceso�óptimo�para�recubrimientos�gruesos�o�superficies�grandes
•
Máxima�tasa�de�aplicación�por�hora�de�entre�todos�los�métodos�de�pulverización�térmica
•
El�color�de�la�capa�pulverizada�no�se�distingue�apenas�del�material�base
•
La�capa�pulverizada�es�pobre�en�óxido�puede�mecanizarse�una�vez�como�el�material�macizo durante�la�fabricación
•
Alta�resistencia�a�la�rotura�y�menos�tensión�de�contracción
•
La�superficie�microporosa�reduce�la�fricción
•
Se�pueden�determinar�las�características�del�recubrimiento,�como�la�dureza�de�la�capa�o�el acabado�superficial
•
Se�pueden�metalizar�todos�los�materiales,�como,�p.�ej.,�hierro/aleación�no�férrea�sobre fundición
•
Escasa�carga�térmica�gracias�a�la�optimización�de�la�transmisión�de�calor.
El�poco�espesor�de�la�capa�da�lugar�a�una�transmisión�de�calor�óptima.�Sin�embargo,�esta�misma�causa impide�el�repaso�o�rectificado�del�cilindro�en�el�Servicio.
2.1.2.�Junta�de�culata Como�junta�de�culata�se�utiliza�una�junta�elástica�de�acero�de�tres�capas.�En�la�zona�de�los�orificios�del cilindro�se�suelda�una�gafa�de�retención�(2)�con�el�fin�de�obtener�la�presión�de�apriete�suficiente�para el�sellado.�Todas�las�capas�están�recubiertas,�con�lo�que�las�superficies�de�contacto�con�la�culata�y�el bloque�motor�presentan�un�recubrimiento�parcial�de�caucho�fluorado�con�recubrimiento�antiadherente.
Motor�N20,�junta�de�culata
31
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
1
Capa�superior�de�acero�elástico�con�recubrimiento�antiadherente
2
Gafa�de�retención�soldada
3
Capa�central�de�acero�elástico�con�recubrimiento
4
Capa�inferior�de�acero�elástico�con�recubrimiento�antiadherente
2.1.3.�Culata La�culata�del�motor�N20�deriva�de�la�culata�del�motor�N55.�Al�igual�que�el�motor�N55,�el�motor�N20 utiliza�también�Valvetronic�de�tercera�generación. Los�conductos�de�aceite�de�la�culata�son�significativamente�diferentes�de�los�conductos�de�aceite�de la�culata�del�motor�N46.�El�VANOS�clásico�del�motor�N46�con�válvula�electromagnética�separada�se�ha sustituido�en�el�motor�N20�por�un�VANOS�central�con�válvula�electromagnética�integrada.�El�resultado es�una�reducción�de�los�conductos�de�aceite�en�la�culata. Asimismo,�al�igual�que�el�motor�N55,�este�motor�de�cuatro�cilindros�utiliza�ahora�también�la�tecnología TVDI.
La�combinación�de�turbocompresor�de�gases�de�escape,�Valvetronic�e�inyección�directa�se�denomina Turbo-Valvetronic-Direct-Injection�TVDI.
Motor�N20,�culata
32
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
1
Actuador�magnético�VANOS�de�admisión
2
Actuador�magnético�VANOS�de�escape
3
Taqué�de�rodillo�de�la�bomba�de�alta�presión
4
Servomotor�Valvetronic
5
Muelle
6
Corredera
7
Palanca�intermediaria
8
Eje�excéntrico
2.1.4.�Tapa�de�culata Estructura La�tapa�de�culata�es�un�desarrollo�nuevo.�Se�integran�en�ella�todos�los�componentes�de�la�ventilación de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal,�así�como�los�canales�blow-by.�Una�válvula�reguladora�de�presión�se encarga�de�que�no�se�forme�una�depresión�demasiado�alta�en�el�cárter�del�cigüeñal.�Al�tratarse�de�un motor�turbo,�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal�está�dividida.�La�purga�de�aire�se�produce�a través�de�canales�diferentes,�según�si�el�motor�se�encuentra�en�funcionamiento�con�sobrealimentación o�bien�en�funcionamiento�normal. En�el�funcionamiento�normal,�la�purga�de�aire�se�efectúa�a�través�de�la�válvula�reguladora�de�presión, que�ajusta�la�depresión�en�aproximadamente�38 mbar.
33
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�tapa�de�culata�con�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal
34
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
A
Sección�A
B
Sección�B
C
Sección�C
1
Conexión�al�tubo�de�aire�filtrado�puro�antes�del�turbocompresor�de�gases�de escape
2
Válvula�de�retención
3
Válvula�reguladora�de�la�presión
4
Separador�de�lengüeta�elástica
5
Separador�de�aceite
6
Cámara�de�reposo
7
Válvula�de�retención
8
Válvula�de�retención
9
Canal�blow-by�hacia�los�canales�de�aspiración�de�la�culata
A�través�de�la�abertura�situada�en�la�zona�del�lado�de�admisión�del�cilindro�uno,�los�gases�blow-by llegan�hasta�los�tres�separadores�de�lengüeta�elástica.�El�aceite�que�impregna�el�gas�blow-by�es desviado�por�los�separadores�de�lengüeta�elástica�y�retorna�hacia�abajo�a�lo�largo�de�las�paredes�y�a través�de�una�válvula�de�retención�hasta�la�culata.�Según�el�estado�de�funcionamiento,�el�gas�blow-by limpio�de�aceite�llega�a�continuación�hasta�el�sistema�de�aire�de�admisión. Función La�función�estándar�se�puede�utilizar�solo�mientras�la�válvula�de�retención�del�colector�de�aspiración permanezca�abierta�por�efecto�de�la�depresión,�es�decir,�con�funcionamiento�de�aspiración�del�motor. Con�funcionamiento�de�aspiración�del�motor,�la�depresión�provoca�que�la�válvula�de�retención�del colector�de�aspiración�situada�en�el�canal�blow-by�de�la�tapa�de�culata�se�abra�y�que�los�gases�blowby�sean�aspirados�a�través�de�la�válvula�reguladora�de�presión.�Al�mismo�tiempo,�la�depresión�provoca el�cierre�de�la�segunda�válvula�de�retención�del�canal�que�conduce�hacia�el�conducto�de�aspiración�de aire�de�sobrealimentación. A�través�de�la�regleta�de�distribución�integrada�en�la�tapa�de�culata,�los�gases�blow-by�son�conducidos directamente�a�los�canales�de�aspiración�de�la�culata. Una�tubería�de�aire�de�barrido�conectada�al�tubo�de�aire�puro�antes�del�turbocompresor�de�gases de�escape�y�al�cárter�del�cigüeñal�transporta�directamente�aire�exterior�hasta�el�compartimento�del cigüeñal�a�través�de�una�válvula�de�retención.�Cuanto�mayor�es�la�depresión�en�el�compartimento del�cigüeñal,�tanto�mayor�es�la�masa�de�aire�transportada�hasta�el�cárter�del�cigüeñal.�Mediante�este barrido�se�evita�la�congelación�de�la�válvula�reguladora�de�presión.
35
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal�con�funcionamiento�de�aspiración�del�motor
Índice
Explicación
B
Presión�ambiental
C
Depresión
D
Gases�de�escape
E
Aceite
F
Gas�blow-by
1
Filtro�de�aire
2
Colector�de�aire�de�admisión
36
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
3
Chapas�perforadas
4
Canal�en�la�culata�y�la�tapa�de�culata
5
Canal�de�retorno�de�aceite
6
Conducto�de�aire
7
Válvula�de�retención
8
Compartimento�del�cigüeñal
9
Cárter
10
Canal�de�retorno�de�aceite
11
Turbocompresor�de�gases�de�escape
12
Válvula�de�retención�del�retorno�de�aceite
13
Conducto�de�aspiración�de�aire�de�sobrealimentación
14
Canal�hacia�el�conducto�de�aspiración�de�aire�de�sobrealimentación
15
Válvula�de�retención�con�estrangulador
16
Válvula�de�mariposa
17
Válvula�reguladora�de�la�presión
18
Válvula�de�retención�con�estrangulador
En�cuanto�aumenta�la�presión�absoluta�del�colector,�se�bloquea�la�entrada�de�gases�blow-by�a�través de�esta�vía.�De�lo�contrario,�existiría�peligro�de�que�la�presión�de�sobrealimentación�entrara�en�el�cárter del�cigüeñal.�Una�válvula�de�retención�del�canal�blow-by�de�la�tapa�de�culata�cierra�el�canal�hacia�el colector�de�aspiración�y�protege�el�cárter�del�cigüeñal�contra�sobrepresiones. El�consiguiente�aumento�de�demanda�de�aire�exterior�provoca�una�depresión�en�el�tubo�de�aire�puro entre�el�turbocompresor�de�gases�de�escape�y�el�silenciador�de�aspiración.�Esta�depresión�basta para�abrir�la�trampilla�de�retención�y�aspirar�directamente,�sin�regulación,�los�gases�blow-by.�En�este caso,�se�rodea�la�válvula�reguladora�de�presión�porque�la�depresión�formada�es�escasa�y�no�requiere limitación.
37
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal�con�funcionamiento�con�sobrealimentación
Índice
Explicación
A
Presión�de�sobrealimentación
C
Depresión
D
Gases�de�escape
E
Aceite
F
Gas�blow-by
1
Filtro�de�aire
2
Colector�de�aire�de�admisión
38
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
3
Chapas�perforadas
4
Canal�en�la�culata�y�la�tapa�de�culata
5
Canal�de�retorno�de�aceite
6
Conducto�de�aire
7
Válvula�de�retención
8
Compartimento�del�cigüeñal
9
Cárter
10
Canal�de�retorno�de�aceite
11
Turbocompresor�de�gases�de�escape
12
Válvula�de�retención�del�retorno�de�aceite
13
Conducto�de�aspiración�de�aire�de�sobrealimentación
14
Canal�hacia�el�conducto�de�aspiración�de�aire�de�sobrealimentación
15
Válvula�de�retención�con�estrangulador
16
Válvula�de�mariposa
17
Válvula�reguladora�de�la�presión
18
Válvula�de�retención�con�estrangulador
2.1.5.�Cárter�de�aceite El�cárter�de�aceite�está�fabricado�en�fundición�de�aluminio.�El�cárter�de�aceite�de�los�vehículos�xDrive tiene�un�paso�para�los�árboles�de�accionamiento�y�puntos�de�fijación�para�el�engranaje�motriz. La�bomba�de�aceite�y�los�árboles�del�diferencial�cubren�por�completo�el�cárter�y�protegen�así�el cigüeñal�de�"chapotear�en�aceite".�El�aceite�que�retorna�a�través�de�los�canales�de�retorno�de�aceite�es conducido�directamente�al�cárter,�de�manera�que�no�puede�caer�sobre�el�cigüeñal.
39
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�bomba�de�aceite�con�árboles�del�diferencial
Índice
Explicación
1
Transmisión�por�cadena
2
Árbol�del�diferencial
3
Canales�de�retorno�de�aceite�del�lado�de�admisión
4
Bomba�de�aceite
5
Canales�de�retorno�de�aceite�del�lado�de�escape
40
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�cárter�de�aceite�con�bomba�de�aceite�y�árboles�del�diferencial
Índice
Explicación
1
Transmisión�por�cadena
2
Carcasa�árboles�del�diferencial
3
Cárter�de�aceite
4
Bomba�de�aceite
41
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. 2.2.�Mecanismo�del�cigüeñal 2.2.1.�Cigüeñal�con�cojinete Cigüeñal El�cigüeñal�del�motor�N20�tiene�una�carrera�de�89,6�mm�y�está�compuesto�del�material�C38modBY.�Se trata�de�un�cigüeñal�forjado�con�cuatro�contrapesos�de�equilibrado�y�un�peso�de�13,9 kg.
Motor�N20,�cigüeñal
Cojinete�de�cigüeñal El�cigüeñal�tiene�cinco�cojinetes.�El�cojinete�axial�se�encuentra�en�el�centro,�en�el�tercer�punto�de alojamiento.�El�cojinete�axial�solo�tiene�guarnecidos�180°�y�está�asentado�en�la�bancada�de�cojinete. El�cojinete�situado�en�el�sombrerete�no�hace�de�guía�axial.�Se�emplean�cojinetes�de�dos�componentes sin�plomo.
42
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�cojinete�de�cigüeñal
Índice
Explicación
1
Semicojinete�superior�con�ranura�y�orificio�del�aceite
2
Cojinete�axial�con�ranura�y�orificio�del�aceite
3
Semicojinete�inferior�sin�ranura
La�identificación�de�los�cojinetes�está�estampada�en�el�cárter�del�cigüeñal�y�en�el�cigüeñal.�Si�es necesario�renovar�los�cojinetes�del�cigüeñal,�se�debe�seguir�el�manual�de�reparaciones.
43
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�identificación�de�los�cojinetes�en�el�cigüeñal
Índice
Explicación
1
Códigos�para�los�cojinetes�de�cigüeñal
2
Códigos�para�los�cojinetes�de�biela
44
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�identificación�de�los�cojinetes�en�el�cárter�del�cigüeñal
Índice
Explicación
1
La�letra�K�significa�"lado�del�embrague"
2
Cojinete�5
3
Cojinete�4
4
Cojinete�3
5
Cojinete�2
6
Cojinete�1
Si�se�encuentra�una�"K"�como�la�que�se�muestra�en�el�gráfico,�significa�que�se�trata�del�lado�del embrague.�El�primer�código�(2)�corresponde�al�número�característico�del�cojinete�5�en�el�cárter�del cigüeñal.�El�segundo�código�(3)�corresponde�al�cojinete�4,�etc. Descentrado�del�bulón�del�pistón Los�émbolos�han�de�tener�básicamente�un�juego�de�funcionamiento.�Debido�al�juego�de funcionamiento,�se�produce�siempre�un�cierto�tableteo�del�émbolo�cuando�éste�cambia�su�sentido�de desplazamiento�de�movimiento�ascendente�a�movimiento�descendente.�Cuanto�mayor�es�la�fuerza que�actúa�desde�arriba�sobre�el�émbolo�y�cuanto�mayor�es�el�juego�de�funcionamiento,�tanto�mayor�es el�tableteo�del�émbolo. 45
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Mediante�el�descentrado�se�consigue�avanzar�el�instante�en�que�el�émbolo�cambia�de�lado�de�apoyo al�pasar�de�la�fase�de�compresión�a�la�fase�de�trabajo,�de�manera�que�el�cambio�se�produzca�en�el momento�de�menor�presión,�anterior�al�punto�muerto�superior.�De�este�modo,�se�reduce�la�generación de�ruido. Por�descentrado�se�entiende�el�desplazamiento�del�eje�del�bulón�del�pistón�respecto�al�plano�central del�cilindro.�El�desplazamiento�positivo�consiste�en�un�desplazamiento�hacia�el�lado�de�presión, mientras�que�un�desplazamiento�negativo�es�un�desplazamiento�hacia�el�lado�de�contrapresión.�El�lado de�presión�es�el�lado�del�émbolo�en�el�que�éste�se�apoya�mientras�efectúa�el�movimiento�descendente hacia�el�punto�muerto�inferior�durante�la�fase�de�combustión. El�gráfico�siguiente�muestra�un�mecanismo�del�cigüeñal�convencional,�sin�descentrado�ni desplazamiento�del�cigüeñal.
Mecanismo�del�cigüeñal�convencional
Índice
Explicación
I
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�poco�antes�del�punto�muerto superior
II
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�en�el�punto�muerto�superior
III
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�tras�el�punto�muerto�superior
A
Lado�de�presión
B
Lado�de�contrapresión
46
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
C
Sentido�de�giro�del�motor
1
Bulón�del�pistón
2
Punto�de�giro�del�cigüeñal
3
Fuerza�de�presión
Tal�como�se�puede�ver�en�el�gráfico,�cuando�un�mecanismo�del�cigüeñal�convencional�está�en�el�punto muerto�superior,�el�ojo�del�bulón�del�pistón,�la�biela�y�el�punto�de�giro�del�cigüeñal�están�alineados. Debido�a�esta�disposición,�el�émbolo�es�presionado�contra�el�lado�de�contrapresión�(B)�durante�su movimiento�ascendente.�En�la�posición�de�punto�muerto�superior�las�fuerzas�se�equilibran,�la�presión contra�el�lado�de�contrapresión�disminuye�y,�con�el�giro�del�cigüeñal�apartándose�del�punto�muerto superior,�el�émbolo�pasa�a�apoyarse�en�el�lado�de�presión�(A).�Como�en�el�punto�muerto�superior�la presión�es�muy�alta,�el�cambio�de�lado�de�apoyo�resulta�muy�ruidoso.�El�ruido�que�se�puede�oír�se conoce�como�cabeceo�del�pistón. El�descentrado�se�puede�efectuar�tanto�hacia�el�lado�de�presión�(positivo)�como�hacia�el�lado�de contrapresión�(negativo).�El�descentrado�del�bulón�del�pistón�hacia�el�lado�de�presión�se�denomina también�descentrado�de�ruido. Si�se�emplea�el�descentrado�del�bulón�del�pistón�hacia�el�lado�de�contrapresión,�se�habla�de descentrado�térmico.�En�esta�posición,�mejora�el�efecto�de�sellado�de�los�segmentos�de�pistón.
Descentrado�del�bulón�del�pistón
47
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
A
Descentrado�hacia�el�lado�de�presión�(positivo)
B
Descentrado�hacia�el�lado�de�contrapresión�(negativo)
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
Dado�que�el�ruido�resulta�audible�en�el�momento�de�cambio�del�lado�de�apoyo,�se�aplican�medidas técnicas�para�intentar�desplazar�el�cambio�de�lado,�dentro�de�lo�posible,�a�una�zona�en�que�actúen fuerzas�menores.�En�los�motores�BMW�conocidos,�esto�se�logra�mediante�el�desplazamiento�del�bulón del�pistón�hacia�el�lado�de�presión. Este�desplazamiento�es�de�aprox.�0,3�-�0,8�mm�en�los�motores�convencionales,�por�lo�que�no�resulta perceptible�a�simple�vista.�Éste�es�también�el�motivo�por�el�que�los�émbolos�cuentan�con�una�marca�en su�lado�superior�que�indica�el�sentido�de�montaje.�Un�montaje�incorrecto�puede�dar�lugar�a�un�nivel�de ruido�extremadamente�alto,�similar�al�de�un�émbolo�dañado.
Cambio�de�apoyo�en�un�motor�con�descentrado
48
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
I
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�antes�del�punto�muerto�superior
II
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�poco�antes�del�punto�muerto superior,�con�la�biela�en�posición�vertical
III
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�en�el�punto�muerto�superior
A
Lado�de�presión
B
Lado�de�contrapresión
C
Sentido�de�giro�del�motor
1
Bulón�del�pistón
2
Punto�de�giro�del�cigüeñal
3
Fuerza�de�presión
El�émbolo�se�apoya�también�en�el�lado�de�contrapresión�durante�el�movimiento�ascendente.�Gracias al�desplazamiento�del�bulón�del�pistón,�la�posición�neutra�del�émbolo�se�alcanza�antes�de�llegar�al punto�muerto�superior.�Esto�sucede�cuando�la�línea�central�del�cilindro�y�la�línea�central�del�ojo�grande y�del�ojo�pequeño�de�la�biela�son�paralelas.�El�cambio�del�lado�de�contrapresión�al�lado�de�presión se�produce�antes�del�punto�muerto�superior.�En�esta�fase,�la�fuerza�ejercida�sobre�el�émbolo�aún es�pequeña.�Gracias�al�apoyo�descentrado�del�émbolo,�la�fuerza�que�actúa�desde�arriba�sobre�éste tiene�más�brazo�de�palanca�en�un�lado�que�en�el�otro.�De�este�modo,�el�émbolo�bascula�ya�durante�el movimiento�ascendente�y�el�borde�superior�pasa�a�apoyarse�en�el�lado�de�presión.�A�continuación, el�émbolo�se�vuelve�a�alinear�de�tal�manera�que�se�apoya�por�completo�en�el�lado�de�presión.�Este cambio�de�lado�se�produce�con�un�nivel�de�ruido�muy�por�debajo�del�de�un�mecanismo�del�cigüeñal convencional. El�inconveniente�del�descentrado�es�un�ligero�incremento�de�la�fricción�en�el�lado�de�presión.�No obstante,�es�un�inconveniente�aceptable�a�cambio�de�la�reducción�del�ruido. Descentrado�del�cigüeñal Por�primera�vez�se�utiliza�un�cigüeñal�descentrado�en�un�cárter�del�cigüeñal�de�BMW. Se�conoce�como�desplazamiento�del�cigüeñal�el�desplazamiento�del�eje�del�cigüeñal�respecto�al�plano central�de�los�cilindros.�El�desplazamiento�del�cigüeñal�puede�ser�tanto�hacia�el�lado�de�presión�del motor�como�hacia�el�lado�de�contrapresión.�El�desplazamiento�del�cigüeñal�se�considera�positivo�si�se produce�hacia�el�lado�de�presión,�mientras�que�hacia�el�lado�de�contrapresión�se�considera�negativo. En�principio,�el�desplazamiento�del�cigüeñal�se�puede�realizar�en�ambos�sentidos;�sin�embargo,�hasta la�fecha�solo�se�utiliza�el�desplazamiento�del�cigüeñal�en�sentido�positivo�(A).
49
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Descentrado�del�cigüeñal
Índice
Explicación
A
Desplazamiento�positivo�del�cigüeñal
B
Desplazamiento�negativo�del�cigüeñal
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
En�el�gráfico�siguiente�se�puede�apreciar�que�el�desplazamiento�positivo�del�cigüeñal�provoca�en�el cambio�de�apoyo�un�efecto�de�sentido�opuesto�al�del�descentrado�positivo�del�bulón�del�pistón.�Así,�el cambio�de�apoyo�se�produce�notablemente�más�tarde�y�en�un�momento�de�alta�presión�en�el�cilindro.
50
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Cambio�de�apoyo�en�un�motor�con�desplazamiento�del�cigüeñal
Índice
Explicación
I
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�poco�después�del�punto�muerto superior
II
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�con�la�biela�en�posición�vertical
III
Posición�del�émbolo�y�posición�de�cigüeñal�tras�el�cambio�de�apoyo
A
Lado�de�presión
B
Lado�de�contrapresión
C
Sentido�de�giro�del�motor
1
Bulón�del�pistón
2
Cigüeñal
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
El�desplazamiento�del�cigüeñal�provoca�el�desplazamiento�de�los�puntos�muertos�superior�e�inferior.�El punto�muerto�superior�se�alcanza�en�la�posición�de�extensión�máxima�y�el�punto�muerto�inferior�en�la posición�de�extensión�mínima.�La�biela�y�el�cigüeñal�apuntan�en�la�misma�dirección�geométrica. 51
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Posición�de�punto�muerto�superior�en�un�motor�con�cigüeñal�desplazado
Índice
Explicación
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
l
Longitud�de�la�biela
r
Radio�del�cigüeñal
y
Descentrado�del�cigüeñal
sOT
Distancia�al�punto�muerto�superior
h
Carrera�del�pistón
1
Ángulo�en�la�posición�de�punto�muerto�superior�αOT
En�el�punto�muerto�superior�(OT),�el�desplazamiento�del�cigüeñal�(y),�el�radio�del�cigüeñal�(r)�y�la longitud�de�la�biela�(l)�forman�un�triángulo�rectángulo.�La�distancia�(sOT)�entre�la�posición�del�émbolo en�el�punto�muerto�superior�y�el�centro�del�cigüeñal�se�puede�calcular�aplicando�el�teorema�de Pitágoras. sOT�=�√((l�+�r)²�-�y²) El�punto�muerto�inferior�también�cambia�de�posición�y�se�encuentra�a�un�ángulo�del�cigüeñal�de�180°.
52
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Posición�de�punto�muerto�inferior�en�un�motor�con�cigüeñal�desplazado
Índice
Explicación
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
l
Longitud�de�la�biela
r
Radio�del�cigüeñal
y
Descentrado�del�cigüeñal
sUT
Distancia�al�punto�muerto�inferior�(UT)
h
Carrera�del�pistón
2
Ángulo�en�la�posición�de�punto�muerto�inferior�αUT
En�el�punto�muerto�inferior�(UT),�el�desplazamiento�del�cigüeñal�(y),�el�radio�del�cigüeñal�(r)�y�la longitud�de�la�biela�(l)�forman�un�triángulo�rectángulo.�La�distancia�(sUT)�entre�la�posición�del�émbolo en�el�punto�muerto�inferior�y�el�centro�del�cigüeñal�se�puede�calcular�aplicando�el�teorema�de Pitágoras. sUT�=�√((l�–�r)²�-�y²) La�carrera�del�pistón�(h)�se�obtiene�restando�la�distancia�entre�el�centro�del�cigüeñal�y�el�punto�muerto inferior�(sUT)�de�la�distancia�entre�el�centro�del�cigüeñal�y�el�punto�muerto�superior�(sOT). 53
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. h�=�sOT�-�sUT La�posición�angular�del�cigüeñal�en�el�punto�muerto�superior�e�inferior�se�puede�calcular�con�las fórmulas�siguientes: °CIGPMS�=�αPMS�=�arcoseno�(y/(l+r)) °CIGPMI�=�180�°�+�(αPMI�=�arcoseno�(y/(l-r))) El�motor�N20�utiliza�una�combinación�de�desplazamiento�positivo�del�cigüeñal�y�descentrado�negativo del�bulón�del�pistón. El�descentrado�tanto�negativo�como�positivo�del�bulón�del�pistón�afectan�al�comportamiento�en�el cambio�de�apoyo.�Debido�a�la�distribución�de�las�fuerzas�existentes�en�el�momento�del�cambio�de apoyo,�éste�se�produce�más�tarde�y�con�menos�ruido.
Combinación�de�desplazamiento�del�cigüeñal�y�descentrado�del�bulón�del�pistón
Índice
Explicación
PMS
Punto�muerto�superior
PMI
Punto�muerto�inferior
l
Longitud�de�la�biela
r
Radio�del�cigüeñal
54
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
y
Descentrado�del�cigüeñal
sD
Descentrado�del�bulón�del�pistón
sOT
Distancia�al�punto�muerto�superior
h
Carrera�del�pistón
El�motor�N20�tiene�unas�bielas�de�longitud�144,35�mm�y�el�radio�del�cigüeñal�es�de�44,8�mm.�El desplazamiento�del�cigüeñal�asciende�a�+14�mm�y�el�descentrado�del�bulón�del�pistón�es�de�-0,3�mm. A�partir�de�estos�datos,�las�fórmulas�anteriores�permiten�calcular�todos�los�principales�valores: Datos
Valor
Carrera
90,09�mm
PMS
+�4,336°
PMI
+�188,259°
Ángulo�de�la�fase�de�admisión�y�ángulo�de�la fase�de�trabajo
183,923°
Ángulo�de�la�fase�de�compresión�y�ángulo�de�la fase�de�escape
176,077°
Ventajas En�un�motor�con�desplazamiento�del�cigüeñal,�la�biela�se�encuentra�en�posición�casi�vertical (parte�derecha�del�gráfico�siguiente)�durante�la�fase�de�trabajo,�a�diferencia�de�lo�que�ocurre�en�un motor�sin�desplazamiento�del�cigüeñal�(parte�izquierda�del�gráfico�siguiente).�Esta�medida�reduce considerablemente�la�fuerza�de�presión�(5)�y�la�fricción�del�émbolo�en�la�pared�del�cilindro.�Como consecuencia,�mejora�el�rendimiento.�Por�tanto,�el�desplazamiento�del�cigüeñal�del�motor�N20�puede incluirse�en�el�conjunto�de�medidas�de�BMW�EfficientDynamics.
55
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Imagen�de�las�fuerzas�que�actúan�sobre�el�sistema:�motor�normal�a�la�izquierda�y�motor�con�desplazamiento�del�cigüeñal�a�la�derecha
Índice
Explicación
1
Fuerza�de�compresión�producida�por�la�combustión
2
Fuerza�normal�del�émbolo
3
Fuerza�antagónica�del�émbolo
4
Fuerza�transversal�del�émbolo
5
Fuerza�de�presión
6
Fuerza�resultante
7
Descentrado�del�cigüeñal
2.2.2.�Biela�con�cojinete Biela La�biela�del�motor�N20�tiene�una�flecha�de�144,35 mm.�Una�de�sus�particularidades�es�la conformación�del�ojo�pequeño.�Esta�ejecución�de�la�biela�ya�se�empleó�en�el�motor�N55.�Gracias�a esta�conformación,�la�fuerza�del�pistón�aplicada�por�el�bulón�se�distribuye�de�forma�óptima�sobre�la superficie�del�casquillo�y�se�reduce�la�carga�en�los�cantos.
56
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�biela
57
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Cojinete
Motor�N20,�identificación�de�los�cojinetes�en�el�cigüeñal
Índice
Explicación
1
Códigos�para�los�cojinetes�de�cigüeñal
2
Códigos�para�los�cojinetes�de�biela
Los�semicojinetes�de�biela�están�fabricados�sin�plomo.�Se�utilizan�dos�clases�de�cojinetes.�En concreto,�son�los�cojinetes�de�las�clases�"r"�y�"b". Respecto�al�punto�de�alojamiento�y�la�asignación�de�cojinetes,�se�aplica�lo�siguiente: Clase�de�cojinete�o�código
Lugar�de�montaje
Color�del�cojinete
b
Lado�de�la�barra
violeta
Lado�del�sombrerete
azul
Lado�de�la�barra
amarillo
Lado�del�sombrerete
rojo
r
Los�semicojinetes�son�piezas�comunes�a�los�motores�N54�y�N55.�Una�ranura�de�fijación�evita�la posible�confusión�al�montar�el�semicojinete�del�lado�de�la�barra�y�el�del�lado�del�sombrerete.
58
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. 2.2.3.�Émbolo�con�segmentos�de�pistón Se�utiliza�un�émbolo�rebajado�en�la�zona�del�bulón,�del�fabricante�FM.�El�diámetro�del�pistón�es�de 84 mm.�El�primer�segmento�de�pistón�es�un�anillo�rectangular�de�acero�nitrurado.�Como�segundo segmento�de�pistón�se�emplea�un�aro�con�talón.�El�segmento�rascador�de�aceite�es�un�segmento�con fleje�de�acero�con�muelle,�denominado�también�sistema�MF. El�eje�del�bulón�del�pistón�está�descentrado�en�sentido�negativo,�hacia�el�lado�de�contrapresión. El�émbolo�tiene�una�relación�de�compresión�de�10�:�1�para�todos�los�modelos,�excepto�para�las�series de�modelos�grandes.�Para�éstas,�la�compresión�del�émbolo�se�incrementa�hasta�11�:�1.�En�los�países con�problemas�de�combustible,�la�relación�de�compresión�10�:�1�también�se�emplea�para�las�series�de modelos�grandes. El�émbolo�lleva�una�flecha�de�ayuda�al�montaje.�Al�efectuar�el�montaje,�esta�flecha�siempre�debe señalar�hacia�delante,�en�la�dirección�longitudinal�del�motor�hacia�la�transmisión�de�correa.�Es imprescindible�montar�el�émbolo�en�la�posición�correcta�ya�que,�de�otro�modo,�las�válvulas�y�las paredes�del�émbolo�sufrirían�daños�o�rotura�de�manera�relativamente�rápida�como�consecuencia�de la�asimetría�de�las�fundas�de�válvula�y�los�distintos�valores�de�resistencia�en�el�lado�de�admisión�y�de escape.�La�consecuencia�última�sería�el�fallo�total�del�sistema.
Motor�N20,�émbolo
59
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�segmentos�de�pistón
Índice
Explicación
1
Anillo�rectangular
2
Aro�con�talón
3
Anillo�tipo�sistema�MF
4
Pistón
2.3.�Accionamiento�del�árbol�de�levas El�accionamiento�de�árbol�de�levas�está�estructurado�de�la�manera�ya�conocida.�Los�árboles�del diferencial�accionan�simultáneamente�la�bomba�de�aceite.�La�transmisión�por�cadena�secundaria�lleva también�un�tensor�de�cadena�para�que�el�posicionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�respecto�al cigüeñal�sea�correcto.�La�ejecución�de�la�cadena�de�distribución�secundaria�es�en�forma�de�cadena�de dientes.�Para�posicionar�los�árboles�del�diferencial,�es�preciso�que�el�engrane�no�presente�juego.
60
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�accionamiento�de�árbol�de�levas
Índice
Explicación
1
VANOS�de�escape
2
VANOS�de�admisión
3
Tensor�de�cadena
4
Cadena�de�distribución�primaria
5
Riel�tensor
6
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas,�accionado�por�el�cigüeñal
7
Cadena�de�distribución�secundaria�(cadena�de�dientes)
8
Tensor�de�cadena
9
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�para�el�accionamiento�de�los árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�de�aceite
61
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. 2.4.�Árboles�del�diferencial Los�árboles�del�diferencial�tienen�la�función�de�mejorar�las�propiedades�de�suavidad�de�marcha�y�las emisiones�de�ruido�del�motor.�Esto�se�consigue�mediante�dos�ejes�que�giran�en�sentido�opuesto�y�que están�dotados�de�masas�centrífugas. Los�árboles�del�diferencial�son�accionados�por�el�cigüeñal�a�través�de�una�cadena�de�dientes.�La cadena�de�dientes�conlleva�el�uso�de�ruedas�dentadas�especiales�en�el�cigüeñal�y�en�el�árbol�del diferencial�superior.�La�cadena�de�dientes�permite�optimizar�el�proceso�de�rodadura�de�la�cadena�de accionamiento�en�los�piñones�de�accionamiento�del�árbol�de�levas,�lo�que�supone�una�reducción�en�la generación�de�ruido.
Motor�N20,�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�de�aceite
Índice
Explicación
1
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�cigüeñal
2
Cadena�de�dientes
3
Tensor�de�cadena
4
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�árbol�del�diferencial
62
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�árboles�del�diferencial
Índice
Explicación
1
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�en�el�cigüeñal
2
Árbol�del�diferencial�superior
3
Árbol�del�diferencial�inferior
4
Rueda�dentada�del�árbol�del�diferencial�superior
5
Rueda�dentada�de�la�bomba�de�aceite
6
Bomba�de�aceite
7
Cadena�de�dientes�del�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la bomba�de�aceite
8
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�árbol�del�diferencial
Para�el�posicionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�con�el�cigüeñal,�el�árbol�del�diferencial�inferior se�fija�con�un�pasador�de�4,5 mm�de�espesor.�Para�ello,�se�debe�retirar�el�tapón�de�cierre�insertado�en el�orificio�de�fijación.�El�tapón�de�cierre�impide�que,�durante�el�funcionamiento,�el�aceite�pueda�entrar en�la�cámara�de�los�árboles�del�diferencial.�El�exceso�de�aceite�presente�en�la�cámara�es�arrastrado�por la�rotación�de�los�contrapesos�de�equilibrado�y�devuelto�al�cárter�de�aceite�a�través�de�un�orificio�de salida.
El�posicionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�es�necesario�para�que�el�motor�funcione correctamente.�Respetar�las�instrucciones�del�manual�de�reparaciones.
63
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�sección�de�los�árboles�del�diferencial
Índice
Explicación
1
Orificio�de�salida
2
Árbol�del�diferencial�superior
3
Árbol�del�diferencial�inferior
4
Orificio�de�alineamiento�del�árbol�del�diferencial�inferior
5
Tapón�de�cierre
64
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. 2.5.�Accionamiento�de�válvulas 2.5.1.�Estructura
Motor�N20,�accionamiento�de�válvulas
Índice
Explicación
1
Árbol�de�levas�de�admisión
2
Balancín�de�rodillos
3
Palanca�intermediaria
4
Corredera
5
Muelle�de�torsión
6
Eje�excéntrico
7
Servomotor�Valvetronic
8
Árbol�de�levas�de�escape
65
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�accionamiento�de�válvulas
Índice
Explicación
1
Muelle�de�torsión
2
Palanca�intermediaria
3
Eje�excéntrico
4
Unidad�VANOS�de�admisión
5
Árbol�de�levas�de�admisión
6
Elemento�hidráulico�de�compensación�del�juego�de�válvulas�de�admisión
7
Balancín�de�rodillos�de�admisión
8
Muelle�de�la�válvula�de�admisión
66
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
9
Válvula�de�admisión
10
Servomotor�Valvetronic
11
Válvula�de�escape
12
Muelle�de�la�válvula�de�escape
13
Balancín�de�rodillos�de�escape
14
Elemento�hidráulico�de�compensación�del�juego�de�válvulas�de�escape
15
Árbol�de�levas�de�escape
16
Unidad�VANOS�de�escape
Los�balancines�de�rodillos�del�lado�de�admisión�están�fabricados�en�chapa�y�se�dividen�en�cinco�clases distintas,�denominadas�clase�"1"�a�clase�"5".�Las�palancas�intermediarias�también�están�fabricadas�en chapa�y�se�dividen�en�seis�clases�distintas,�denominadas�clase�"00"�a�clase�"05". Árboles�de�levas El�motor�N20�utiliza�los�árboles�de�levas�montados�y�conocidos�del�motor�M73/N43.�Todos�los componentes�se�calan�en�caliente�por�contracción�en�el�árbol�tubular.
Motor�N20,�árboles�de�levas�montados
Índice
Explicación
1
Árbol�de�levas�de�escape
2
Árbol�de�levas�de�admisión
67
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�árboles�de�levas�montados
Índice
Explicación
1
Brida�para�la�unidad�VANOS�de�escape
2
Leva
3
Leva�para�la�bomba�de�alta�presión
4
Tapa�de�cierre
5
Tubo
6
Pieza�hexagonal
7
Brida�para�la�unidad�VANOS�de�admisión
8
Leva
68
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
9
Tapa�de�cierre
10
Tubo
11
Pieza�hexagonal
12
Accionamiento�de�la�bomba�de�vacío
Los�tubos�está�cerrados�con�tapas�de�cierre.�La�tapa�de�cierre�situada�en�el�árbol�de�levas�de�admisión asegura�la�alimentación�con�aceite�de�la�bomba�de�vacío�procedente�de�la�culata�a�través�del�árbol de�levas�de�admisión.�La�tapa�de�cierre�situada�en�el�árbol�de�levas�de�escape�incrementa�el�grado�de limpieza�técnica. Tiempos�de�distribución
Motor�N20,�diagrama�de�tiempos�de�distribución
N43B20O0
N55B30M0
N20B20O0
31,4/6
32/5
32/5
28/6
28/6
28/6
9,9/9,7
9,9/9,7
9,9/9,3
Ø�de�la�válvula�de�admisión
[mm]
Ø�de�la�válvula�de�escape/diámetro de�vástago
[mm]
Máxima�carrera�de�la�válvula�de admisión/válvula�de�escape
[mm]
Margen�de�ajuste�del�VANOS�de admisión
[° cigüeñal]
45
70
70
Margen�de�ajuste�del�VANOS�de escape
[° cigüeñal]
45
55
55
Inclinación�del�árbol�de�levas�de admisión
[° cigüeñal]
125�–�80
120�–�50
120�–�50
69
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Inclinación�del�árbol�de�levas�de escape
[° cigüeñal]
125�–�80
115�–�60
115�–�60
Duración�de�la�apertura�del�árbol de�levas�de�admisión
[° cigüeñal]
255
258
258
Duración�de�la�apertura�del�árbol de�levas�de�escape
[° cigüeñal]
271
261
252
Válvulas�de�admisión�y�escape Las�válvulas�de�admisión�y�escape�son�piezas�adoptadas�del�motor�N55�y�tienen�la�misma�estructura. La�válvula�de�admisión�tiene�un�diámetro�de�vástago�de�5 mm.�Este�valor�es�de�6 mm�en�la�válvula�de escape�porque�ésta�presenta�un�taladro�hueco�relleno�de�sodio.�Además,�el�asiento�de�la�válvula�de escape�está�reforzado�(con�material�más�duro)�y�el�asiento�de�la�válvula�de�admisión�está�endurecido por�inducción. Muelles�de�válvula Los�muelles�son�diferentes�en�la�válvula�de�admisión�y�en�la�válvula�de�escape.�Los�muelles�de�las válvulas�de�admisión�ya�se�han�utilizado�en�los�motores�N52,�N52TU�y�N55.�Los�muelles�de�las válvulas�de�escape�ya�se�conocen�de�los�motores�N43,�N51,�N52,�N52TU,�N53,�N54�y�N55.
2.5.2.�Valvetronic
El�Valvetronic�está�compuesto�por�el�control�totalmente�variable�de�la�carrera�de�válvula�y�por�el�control variable�del�árbol�de�levas�(VANOS�doble),�lo�que�permite�elegir�con�absoluta�libertad�el�momento�de cierre�de�la�válvula�de�admisión. El�control�de�la�carrera�de�válvula�se�efectúa�sólo�en�el�lado�de�admisión,�mientras�que�el�control�de árbol�de�levas�tiene�lugar�tanto�en�el�lado�de�admisión�como�en�el�lado�de�escape. El�control�de�carga�sin�mariposa�es�posible�solo�si: •
la�carrera�de�la�válvula�de�admisión
•
y�la�regulación�del�árbol�de�levas�de�admisión�y�del�árbol�de�levas�de�escape�disponen�de control�variable.
Resultado: Los�momentos�de�apertura�y�cierre�y,�por�tanto,�la�duración�de�la�abertura,�así�como�la�carrera�de�la válvula�de�admisión�se�pueden�elegir�a�voluntad. VANOS El�sistema�VANOS�ha�sido�mejorado.�Esta�revisión�ha�hecho�posible�que�la�unidad�VANOS�cuente�con velocidades�de�ajuste�aún�más�rápidas.�Con�la�revisión�también�se�ha�conseguido�que�el�sistema�se ensucie�menos�fácilmente.�La�comparación�siguiente�entre�el�VANOS�del�motor�N55�y�el�VANOS�del motor�N20�permite�apreciar�que�se�requieren�menos�conductos�de�aceite. 70
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N55,�VANOS�con�alimentación�de�aceite
Índice
Explicación
1
Canal�principal�de�aceite
2
Válvula�electromagnética�VANOS�del�lado�de�admisión
3
Válvula�electromagnética�VANOS�del�lado�de�escape
4
Tensor�de�cadena
5
Unidad�VANOS�del�lado�de�escape
6
Unidad�VANOS�del�lado�de�admisión
71
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�VANOS�con�alimentación�de�aceite
Índice
Explicación
1
Conducto�de�aceite�hacia�la�unidad�VANOS�del�lado�de�admisión
2
Unidad�VANOS�del�lado�de�admisión
3
Rueda�transmisora�del�árbol�de�levas�de�admisión
4
Activador�electroimán�VANOS�del�lado�de�admisión
5
Canal�principal�de�aceite
6
Conducto�de�aceite�para�el�árbol�de�levas�de�admisión�y�para�los�elementos�de compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas
7
Rueda�transmisora�del�árbol�de�levas�de�escape
8
Activador�electroimán�VANOS�del�lado�de�escape
72
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
9
Unidad�VANOS�del�lado�de�escape
10
Conducto�de�aceite�hacia�la�unidad�VANOS�del�lado�de�admisión
11
Conducto�de�aceite�para�el�árbol�de�levas�de�escape�y�para�los�elementos�de compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas
12
Tensor�de�cadena
El�gráfico�siguiente�muestra�los�conductos�de�aceite�de�la�unidad�VANOS.�Los�canales�de�color amarillo�claro�permiten�desplazar�el�árbol�de�levas�de�admisión�en�sentido�"adelantar",�mientras�que los�de�color�amarillo�oscuro�desplazan�la�unidad�VANOS�en�sentido�"atrasar".
Motor�N20,�unidad�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
73
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
1
Rotor�abatible
2
Conducto�de�aceite�para�ajuste�de�adelanto
3
Conducto�de�aceite�para�ajuste�de�retraso
4
Conducto�de�aceite�para�ajuste�de�adelanto
5
Conducto�de�aceite�para�ajuste�de�retraso
El�pasador�de�enclavamiento�garantiza�que,�en�estado�sin�presión,�la�unidad�VANOS�se�bloquee�en una�posición�unívoca.�El�resorte�espiral�o�de�torsión,�no�representado�en�la�figura,�compensa�la�fricción del�árbol�de�levas�central;�sin�muelle,�el�VANOS�se�ajusta�mucho�más�deprisa�hacia�una�posición atrasada�(en�el�mismo�sentido�que�la�fricción)�que�hacia�una�posición�adelantado�(en�sentido�opuesto a�la�fricción).�El�bloqueo�se�consigue�por�medio�de�la�presión�de�aceite�que,�si�el�activador�no�recibe alimentación�de�corriente,�empuja�siempre�la�unidad�VANOS�a�la�posición�de�bloqueo,�en�la�que�el pasador�de�enclavamiento�se�encastra�y�bloquea�la�unidad�VANOS.�Esto�permite�ajustar�los�tiempos de�distribución.�Esto�es�importante�en�el�arranque�del�motor,�para�garantizar�que�los�tiempos�de distribución�sean�exactos.�La�presión�de�aceite�para�el�ajuste�en�sentido�"adelantar"�se�emplea�al mismo�tiempo�para�alimentar�el�pasador�de�enclavamiento�a�través�de�unos�conductos�de�aceite�en la�unidad�VANOS.�Si�el�ajuste�del�árbol�de�levas�se�debe�efectuar�en�sentido�"adelantar",�la�presión de�aceite�existente�empuja�el�pasador�de�enclavamiento�contra�el�muelle�de�enclavamiento�y�hacia�el cartucho,�con�lo�que�la�tapa�de�enclavamiento�queda�desbloqueada�para�ajustar�el�VANOS.
74
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�pasador�de�enclavamiento
Índice
Explicación
1
Tapa�de�enclavamiento
2
Pasador�de�enclavamiento
3
Muelle�de�enclavamiento
4
Cartucho
5
Conducto�de�aceite
6
Tapa�de�enclavamiento
7
Conducto�de�aceite
8
Válvula�central�de�VANOS
75
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. La�válvula�central�de�VANOS�es�la�encargada�de�la�fijación�de�la�unidad�VANOS�al�árbol�de�levas.�Al mismo�tiempo,�la�válvula�central�de�VANOS�control�el�caudal�de�aceite�hacia�la�unidad�VANOS.�Para�su activación�se�utiliza�un�activador�electroimán�que,�con�un�émbolo�propio,�empuja�y�desplaza�el�émbolo (4)�de�la�válvula�central�VANOS. El�caudal�de�aceite�se�controla�por�medio�del�émbolo.�En�la�representación�esquemática�siguiente,�el émbolo�está�extendido.�En�la�figura�grande�se�representa�el�flujo�de�aceite�desde�el�canal�principal�de aceite�hasta�la�unidad�VANOS,�mientras�que�en�el�gráfico�pequeño�se�muestra�el�flujo�de�aceite�desde la�unidad�VANOS�hasta�la�culata.
Motor�N20,�válvula�central�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
76
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor. Índice
Explicación
1
Filtro
2
Bola
3
Muelle
4
Émbolo
5
Casquillo
6
Carcasa
7
Abertura�en�el�émbolo
8
Entrada�de�aceite�procedente�del�canal�principal�de�aceite
9
Orificio�hacia�el�conducto�de�aceite�en�el�VANOS�(ajuste�de�adelanto)
10
Orificio�hacia�el�conducto�de�aceite�en�el�VANOS�(ajuste�de�retraso)
Motor�N20,�válvula�central�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
Regulación�de�la�carrera�de�la�válvula Tal�como�se�puede�apreciar�en�el�gráfico�siguiente,�la�regulación�de�la�carrera�de�la�válvula�con�el servomotor�Valvetronic�tiene�una�estructura�idéntica�a�la�del�motor�N55.�El�sensor�del�árbol�de excéntrica�está�integrado�en�el�servomotor�Valvetronic. Se�usa�el�Valvetronic�III�utilizado�anteriormente�en�el�motor�N55. 77
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�culata
Índice
Explicación
1
Actuador�magnético�VANOS�de�admisión
2
Actuador�magnético�VANOS�de�escape
3
Taqué�de�rodillo�de�la�bomba�de�alta�presión
4
Servomotor�Valvetronic
5
Muelle
6
Corredera
7
Palanca�intermediaria
8
Eje�excéntrico
2.6.�Transmisión�por�correa La�transmisión�de�correa�incluye�una�transmisión�de�correa�principal,�con�alternador�y�compresor del�aire�acondicionado,�y�una�transmisión�de�correa�auxiliar�con�la�bomba�de�servodirección.�La transmisión�de�correa�principal�está�equipada�con�un�tensor�de�correa,�mientras�que�la�transmisión�de correa�auxiliar�se�tensa�con�un�sistema�de�tensado�por�revólver.
78
Motor�N20. 2.�Mecánica�del�motor.
Motor�N20,�transmisión�de�correa
Índice
Explicación
1
Polea�de�la�bomba�de�servodirección
2
Correa�de�la�bomba�de�servodirección
3
Poleas�del�cigüeñal
4
Tensor�de�correa
5
Polea�del�alternador
6
Polea�del�compresor�del�aire�acondicionado
7
Correa
79
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. La�alimentación�de�aceite�del�motor�N20�es�muy�similar�a�la�del�motor�N55.�Hay�solo�unos�pocos cambios�de�estructura�y�diferentes�detalles.�Sin�embargo,�debido�a�la�complejidad�de�este�sistema,�a continuación�se�ofrece�una�nueva�explicación�en�profundidad�de�su�funcionamiento. Las�particularidades�de�la�alimentación�de�aceite�en�el�motor�N20�son: •
Bomba�de�aceite�regulada�por�diagrama�característico
•
Nueva�bomba�de�aceite�de�péndulo
•
Nuevas�válvulas�VANOS
•
Tensor�de�cadena�para�el�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�del�aceite
•
Refrigeración�del�aceite�sin�filtrar
•
Nuevo�sensor�combinado�de�presión�y�temperatura�del�aceite.
3.1.�Sinopsis Los�gráficos�siguientes�proporcionan�una�vista�general�de�la�alimentación�de�aceite�e�indican�el esquema�hidráulico�y�la�disposición�real�de�los�conductos�de�aceite�en�el�motor.
80
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. 3.1.1.�Esquema�hidráulico
Motor�N20,�esquema�hidráulico
Índice
Explicación
A
Cárter�de�aceite
B
Cárter�del�cigüeñal
C
Culata
D
Módulo�de�filtrado�de�aceite 81
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
E
Válvula�central�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión�(al�mismo�tiempo, alimentación�de�aceite�del�punto�de�lubricación�del�cojinete�axial�del�árbol�de levas)
F
Válvula�central�VANOS�del�árbol�de�levas�de�escape�(al�mismo�tiempo, alimentación�de�aceite�del�punto�de�lubricación�del�cojinete�axial�del�árbol�de levas)
1
Bomba�de�aceite
2
Válvula�de�limitación�de�la�presión
3
Tensor�de�cadena�del�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la bomba�de�aceite
4
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
5
Bypass�permanente
6
Válvula�de�bloqueo�de�retorno
7
Filtro�de�aceite
8
Válvula�de�desvío�del�filtro
9
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�del�árbol�de�levas�de�admisión�(a�través del�4.º�cojinete,�alimentación�de�la�bomba�de�vacío)
10
Inyector�de�aceite�para�el�dentado�del�servomotor�Valvetronic
11
Inyectores�de�aceite�para�las�levas�del�árbol�de�levas�de�admisión
12
Compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas�(HVA)�del�lado�de�admisión
13
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�del�árbol�de�levas�de�escape
14
Compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas�(HVA)�del�lado�de�escape
15
Válvula�de�retención
16
Filtro
17
Válvula�distribuidora�4/3
18
Unidad�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
19
Unidad�VANOS�del�árbol�de�levas�de�escape
20
Inyectores�de�aceite�para�las�levas�del�árbol�de�levas�de�escape
21
Tensor�de�cadena�de�la�cadena�de�distribución
22
Inyectores�de�aceite�para�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�pistón
23
Sensor�combinado�de�presión�y�temperatura�del�aceite
24
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�principales�del�cigüeñal
25
Válvula�de�regulación�de�campo�característico
26
Válvula�de�emergencia
27
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�del�árbol�del�diferencial
82
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. 3.1.2.�Conductos�de�aceite
Motor�N20,�conductos�de�aceite�vistos�desde�la�parte�trasera�izquierda
Índice
Explicación
1
Filtro�de�aceite
2
Puntos�de�lubricación�de�la�culata�(véanse�los�detalles�más�abajo)
3
Inyectores�de�aceite�para�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�pistón
4
Canal�principal�de�aceite
5
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�de�biela
6
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�principales�del�cigüeñal 83
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
7
Bomba�de�aceite
8
Válvula�de�emergencia
9
Válvula�de�regulación�de�campo�característico
10
Canal�de�aceite�sin�filtrar
Motor�N20,�conductos�de�aceite�vistos�desde�la�parte�delantera�derecha
84
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
1
Puntos�de�lubricación�de�la�culata�(véanse�los�detalles�más�abajo)
2
Unidad�de�regulación�VANOS�del�árbol�de�levas�de�escape
3
Unidad�de�regulación�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
4
Canal�de�aceite�sin�filtrar
5
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
6
Tensor�de�cadena�del�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la bomba�de�aceite
7
Colector�de�admisión�de�aceite
8
Puntos�de�lubricación�del�alojamiento�de�los�árboles�del�diferencial
9
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�principales�del�cigüeñal
10
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�de�biela
11
Inyectores�de�aceite�para�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�pistón
12
Tensor�de�cadena�de�la�cadena�de�distribución
Motor�N20,�conductos�de�aceite�en�la�culata
85
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
1
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�del�árbol�de�levas�de�admisión
2
Inyectores�de�aceite�en�la�corredera�para�la�palanca�intermediaria�y�las�levas�de admisión
3
Inyector�de�aceite�para�el�dentado�del�servomotor�Valvetronic
4
Elementos�de�compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas�de�admisión
5
Unidad�de�regulación�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
6
Unidad�de�regulación�VANOS�del�árbol�de�levas�de�escape
7
Tensor�de�cadena�de�la�cadena�de�distribución
8
Tubo�de�aceite�para�los�inyectores�de�aceite�de�las�levas�de�escape
9
Elementos�de�compensación�hidráulica�del�juego�de�válvulas�de�escape
10
Puntos�de�lubricación�de�los�cojinetes�del�árbol�de�levas�de�escape
86
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�canales�de�retorno�de�aceite
Índice
Explicación
1
Canales�de�desaireación�en�la�culata
2
Canales�de�desaireación�en�el�cárter�del�cigüeñal
3
Canales�de�desaireación�en�el�bedplate
4
Canales�de�retorno�de�aceite�en�el�bedplate
5
Canales�de�retorno�de�aceite�en�el�cárter�del�cigüeñal
6
Canales�de�retorno�de�aceite�en�la�culata
87
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. 3.2.�Bomba�de�aceite�y�regulación�de�presión El�motor�N20�emplea�también�una�bomba�de�aceite�de�corredera�de�caudal�volumétrico�variable. Pese�a�que�ha�cambiado�de�forma,�el�funcionamiento�es�el�conocido,�p.�ej.,�de�los�motores�N63�y�N55. Aunque�estos�motores�cuentan�con�una�bomba�de�aceite�similar,�la�regulación�es�diferente.�Mientras que�la�bomba�de�aceite�del�motor�N63�se�regula�por�caudal�volumétrico,�su�regulación�en�los�motores N55�y�N20�se�efectúa�por�campo�característico.
3.2.1.�Bomba�de�aceite La�bomba�de�aceite�está�unida�a�la�carcasa�de�los�árboles�de�diferencial.�La�bomba�de�aceite�se encuentra�en�el�lado�del�volante�del�motor,�si�bien�es�accionada�por�el�cigüeñal�a�través�de�una�cadena situada�en�la�parte�delantera�del�motor.�Para�ello,�el�momento�del�piñón�de�accionamiento�del�árbol de�levas�se�transmite�a�la�bomba�de�aceite�a�través�de�un�eje.�Este�eje�también�es�al�mismo�tiempo�el primer�árbol�del�diferencial,�que�gira�en�el�mismo�sentido�que�el�cigüeñal.�Un�engranaje�desmultiplica el�número�de�revoluciones�que�el�árbol�del�diferencial�transmite�a�la�bomba�de�aceite.
Motor�N20,�bomba�de�aceite�con�árboles�del�diferencial
Índice
Explicación
1
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�en�el�cigüeñal
2
Árbol�del�diferencial�superior
3
Árbol�del�diferencial�inferior
4
Rueda�dentada�del�árbol�del�diferencial�superior
88
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
5
Rueda�dentada�de�la�bomba�de�aceite
6
Bomba�de�aceite
7
Cadena�de�dientes�del�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la bomba�de�aceite
8
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�árbol�del�diferencial
Como�ya�se�ha�mencionado,�el�funcionamiento�de�la�bomba�de�aceite�de�corredera�no�ha�variado.�La diferencia�principal�consiste�en�que,�al�efectuar�el�ajuste,�la�corredera�no�gira�en�torno�a�un�eje,�sino que�se�desplaza�en�paralelo.
Motor�N20,�mecanismo�interno�de�la�bomba�de�aceite
Índice
Explicación
1
Lado�de�presión
2
Corredera
3
Rotor�exterior
4
Péndulo
5
Rotor�interior
89
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
6
Cámara�de�aceite�de�regulación
7
Lado�de�aspiración
8
Carcasa
9
Muelle�principal
Al�igual�que�sucede�en�todas�las�bombas�de�corredera�de�aceite�de�la�generación�más�avanzada,�el aceite�actúa�directamente�sobre�la�corredera.�Cuanto�mayor�es�su�presión,�tanto�más�se�desplaza la�corredera�hacia�el�centro�de�la�bomba�en�oposición�al�muelle,�lo�que�reduce�el�volumen�de desplazamiento.�Esto�reduce�la�capacidad�de�alimentación�de�la�bomba�y�limita�la�presión�en�el sistema.�De�este�modo�es�posible�regular�el�caudal�de�manera�puramente�hidráulica/mecánica�y�se puede�ajustar�una�presión�de�trabajo�suficiente.�Esta�presión�depende�de�la�fuerza�con�la�que�el�muelle principal�de�la�bomba�de�aceite�actúa�sobre�la�corredera. Además,�el�motor�N20�lleva�la�misma�válvula�de�regulación�de�campo�característico�del�motor�N55, que�permite�a�la�electrónica�digital�del�motor�(DME)�influir�en�la�capacidad�de�alimentación�de�la bomba�por�medio�de�un�control�eléctrico. La�bomba�de�aceite�no�se�puede�sustituir�por�separado.�Se�debe�sustituir�la�unidad�completa, incluidos�los�árboles�del�diferencial.
3.2.2.�Regulación La�regulación�de�la�capacidad�de�alimentación�de�todas�las�bombas,�incluidas�las�de�la�alimentación�de aceite,�es�muy�importante,�especialmente�en�el�marco�de�la�estrategia�BMW�EfficientDynamics.�Por lo�general,�y�con�el�fin�de�minimizar�las�pérdidas�del�motor,�se�intenta�dimensionar�las�bombas�con�la mínima�potencia�necesaria�para�su�accionamiento.�Por�otra�parte,�una�bomba�se�debe�configurar�de manera�que�transporte�el�medio�correspondiente�con�el�volumen�y�la�presión�suficientes�en�cualquier situación�concebible.�Una�bomba�convencional�no�variable�debería�dimensionarse�teniendo�en�cuenta, por�tanto,�el�segundo�punto�de�vista,�es�decir,�con�un�tamaño�suficientemente�grande�como�para poder�proporcionar�siempre�una�alimentación�suficiente.�Pero�esto�significa�que,�en�determinadas circunstancias,�la�bomba�proporcionaría�un�exceso�de�alimentación�durante�una�parte�muy�significativa de�su�tiempo�de�servicio�y�que�absorbería�mucha�más�energía�de�la�necesaria�del�accionamiento.�Por ello,�se�utilizan�cada�vez�más�las�bombas�de�tipo�variable�y�su�regulación�se�perfecciona�día�tras�día.�En el�caso�de�la�alimentación�de�aceite,�tras�la�bomba�convencional�se�comenzó�a�usar�la�regulación�del caudal,�que�se�amplió�más�tarde�con�la�regulación�de�campo�característico. Regulación�de�caudal La�pieza�clave�de�la�bomba�de�aceite�de�caudal�variable�es�la�corredera.�Se�puede�desplazar�respecto al�eje�de�la�bomba.
90
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�bomba�de�aceite�(a�la�izquierda�con�alimentación�máxima,�a�la�derecha�con�alimentación�mínima)
Índice
Explicación
1
Cámara�de�aceite�de�regulación
2
Lado�de�presión
3
Corredera
4
Muelle�principal
5
Lado�de�aspiración
En�la�posición�de�alimentación,�la�posición�de�la�corredera�está�descentrada�respecto�al�eje�de�la bomba.�De�este�modo�se�consigue�un�aumento�notable�de�volumen�en�el�lado�de�aspiración�y�una disminución�de�volumen�igualmente�notable�en�el�lado�de�presión.�Así�se�obtiene�un�gran�rendimiento de�bombeo. Si�la�corredera�se�desplaza�hacia�el�eje�de�la�bomba,�las�variaciones�del�volumen�se�reducen progresivamente�hasta�que�no�queda�más�margen�de�variación.�El�rendimiento�de�bombeo�disminuye en�correspondencia�hasta�que�se�ajusta�la�alimentación�mínima. La�posición�de�la�corredera�depende�de�la�presión�de�aceite�en�la�cámara�de�aceite�de�regulación. Esta�presión�desplaza�la�corredera�contra�una�fuerza�elástica.�Si�la�presión�es�pequeña,�la�corredera�se descentra�y�la�capacidad�de�alimentación�es�alta.�Si�la�presión�es�grande,�la�corredera�es�empujada�de nuevo�hacia�el�centro�y�la�capacidad�de�alimentación�disminuye. En�una�regulación�de�caudal�pura,�la�presión�en�la�cámara�de�aceite�de�regulación�equivale�a�la�del canal�principal�de�aceite.�De�esta�manera�se�puede�mantener�una�presión�relativamente�uniforme, sea�cual�sea�el�caudal�requerido.�Una�razón�para�las�grandes�diferencias�en�el�caudal�requerido�en�el circuito�de�aceite�es�el�control�variable�del�árbol�de�levas�VANOS.�En�las�unidades�VANOS,�el�aceite no�se�usa�únicamente�para�la�lubricación,�sino�también�como�aceite�hidráulico.�Por�eso,�al�efectuar�un ajuste�se�necesita�un�gran�volumen�de�aceite,�lo�que�provoca�un�descenso�de�la�presión�en�el�sistema. El�descenso�de�presión�hace�que�la�corredera�de�la�bomba�de�aceite�se�desplace�hacia�el�sentido�de mayor�alimentación.�Con�ello�aumenta�el�caudal�disponible�y�se�compensa�el�descenso�de�presión. 91
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Como�ya�se�ha�mencionado,�la�presión�ajustada�en�el�sistema�de�aceite�depende�de�la�fuerza�elástica opuesta�a�la�presión�en�la�cámara�de�aceite�de�regulación.�Si�el�muelle�es�blando,�la�corredera�se desplaza�hacia�el�centro�con�mayor�facilidad,�es�decir,�con�menor�presión.�Si�el�muelle�es�duro,�se necesita�más�presión�para�reducir�el�volumen�de�alimentación�de�la�bomba.�Por�tanto,�se�selecciona�un muelle�que�retrocederá�cuando�la�presión�coincida�con�la�que�ha�de�tener�el�sistema�de�aceite. La�regulación�de�caudal�se�ha�perfeccionado�además�con�la�regulación�de�campo�característico. Regulación�de�diagrama�característico La�regulación�de�campo�característico�permite�influir�en�la�presión�de�la�cámara�de�aceite�de regulación.�En�la�regulación�de�campo�característico�intervienen�dos�válvulas:�una�válvula electromagnética�(la�válvula�reguladora�de�campo�característico)�y�una�válvula�hidráulica�pura�que representa�un�nivel�de�desexcitación�y,�por�ello,�se�conoce�también�como�válvula�de�emergencia�o válvula�de�regulación�de�segundo�nivel�SLR. La�válvula�reguladora�de�campo�característico�se�encuentra�en�el�lado�izquierdo�del�motor,�en�la bedplate,�y�controla�el�paso�de�la�presión�de�aceite�del�canal�principal�de�aceite�a�la�cámara�de�aceite de�regulación,�situada�en�la�bomba�de�aceite.
Válvula�de�regulación�de�campo�característico
Puede�reducir�sin�escalonamientos�la�presión�de�aceite�de�la�cámara�de�aceite�de�regulación.�Cuanto más�reduce�esta�presión,�mayor�es�el�volumen�que�la�bomba�de�aceite�transporta.�Sin�embargo, esto�no�supondría�ventaja�alguna�para�el�ahorro�de�energía.�Por�ello,�el�muelle�principal�de�la�bomba de�aceite�que�actúa�sobre�la�corredera�es�más�blando�que�en�un�sistema�con�regulación�de�caudal pura.�Esto�significa�que�se�requiere�menos�esfuerzo�para�desplazar�la�corredera�a�una�posición centrada,�por�lo�que�la�bomba�alcanza�la�alimentación�mínima�con�menos�presión�de�la�cámara�de aceite�de�regulación.�En�consecuencia,�la�presión�del�sistema�de�aceite�es�menor�y�se�traduce�en un�menor�consumo�de�energía�para�accionar�la�bomba�de�aceite.�Si�resulta�necesario,�se�puede reducir�la�presión�de�la�cámara�de�aceite�de�regulación�por�medio�de�la�válvula�reguladora�de�campo característico�e�incrementar�la�capacidad�de�alimentación. El�segundo�nivel�de�la�regulación�de�campo�característico�lo�constituye�una�válvula�hidráulica�situada en�la�carcasa�de�la�bomba�de�aceite.�Se�la�denomina�válvula�de�emergencia.
92
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�bomba�de�aceite�con�válvula�hidráulica�de�emergencia
Índice
Explicación
1
Conexión�del�canal�principal�de�aceite
2
Conexión�de�la�válvula�reguladora�de�campo�característico
3
Válvula�de�emergencia
4
Canal�hacia�la�cámara�de�aceite�de�regulación
5
Conexión�hacia�los�árboles�del�diferencial
6
Cámara�de�aceite�de�regulación
Se�trata�de�una�válvula�distribuidora�3/2�que�controla�el�paso�de�la�presión�principal�de�aceite�a�la cámara�de�aceite�de�regulación�de�la�bomba�de�aceite.�Para�ello,�el�aceite�procedente�del�canal principal�de�aceite�empuja�un�émbolo�contra�un�muelle�hasta�que,�finalmente,�el�canal�hacia�la�bomba de�aceite�queda�desbloqueado.�Sobre�el�otro�lado�del�émbolo�actúa�la�presión�de�aceite�procedente de�la�válvula�reguladora�de�campo�característico.
93
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�válvula�de�emergencia
Índice
Explicación
1
Carcasa�de�la�bomba�de�aceite
2
Muelle�de�emergencia
3
Émbolo
4
Procedente�del�canal�principal�de�aceite
5
Hacia�la�cámara�de�aceite�de�regulación�situada�en�la�bomba�de�aceite
6
Procedente�de�la�válvula�reguladora�de�campo�característico
La�válvula�hidráulica�se�encuentra�entre�la�válvula�reguladora�de�campo�característico�y�la�cámara�de aceite�de�regulación�de�la�bomba�de�aceite.�El�gráfico�siguiente�muestra�esta�disposición�en�un�circuito de�aceite�simplificado.
Motor�N20,�circuito�de�aceite�simplificado
94
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
1
Bomba�de�aceite
2
Canal�principal�de�aceite
3
Válvula�de�regulación�de�campo�característico
4
Válvula�de�emergencia
En�el�funcionamiento�con�regulación�por�campo�característico,�la�presión�de�aceite�actúa�sobre�ambos lados�del�émbolo.�El�muelle�de�emergencia�actúa�contra�la�presión�de�aceite�procedente�directamente del�canal�principal�de�aceite.�En�el�otro�lado,�es�decir,�junto�con�el�muelle�de�emergencia,�actúa�la presión�de�aceite�liberada�por�la�válvula�reguladora�de�campo�característico.
Motor�N20,�válvula�hidráulica�distribuidora�3/2�con�regulación�de�campo�característico
Durante�la�regulación�de�campo�característico,�el�émbolo�permanece�siempre�en�su�posición�final. Para�poder�mover�el�émbolo�sería�necesario�que�una�sobrepresión�de�5,5�bar�se�opusiera�a�la�fuerza del�muelle.�Esto�no�llega�a�suceder�nunca�durante�el�funcionamiento�con�regulación�por�campo característico,�ya�que�el�valor�máximo�de�presión�que�se�puede�ajustar�en�el�sistema�es�de�4,5 bar.�En esta�posición,�la�válvula�reguladora�de�campo�característico�se�mantiene�abierta�desde�la�válvula�de emergencia�hacia�la�cámara�de�aceite�de�regulación�de�la�bomba�de�aceite.
Motor�N20,�circuito�de�aceite�simplificado�con�regulación�de�campo�característico
De�este�modo,�la�válvula�reguladora�de�campo�característico�determina�directamente�la�presión�de�la cámara�de�aceite�de�regulación�de�la�bomba�y,�por�tanto,�controla�la�capacidad�de�alimentación�de�la bomba�de�aceite. La�regulación�de�campo�característico�es�el�modo�de�funcionamiento�estándar�del�sistema�de�aceite. Tiene�lugar�si�el�sistema�no�presenta�ninguna�avería�y�siempre�que�las�condiciones�de�servicio�no rebasen�por�exceso�o�defecto�unos�valores�determinados�(véase�más�abajo). 95
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Hasta�este�punto,�la�regulación�de�campo�característico�sería�viable�sin�la�válvula�de�emergencia.�No obstante,�ésta�constituye�un�segundo�nivel�de�la�regulación�de�campo�característico,�una�especie�de nivel�de�desexcitación.�Si�la�válvula�reguladora�de�campo�característico�se�desconecta,�la�cámara�de�la válvula�de�emergencia�situada�en�el�lado�del�muelle�también�se�queda�sin�presión.�Por�tanto,�la�presión empuja�el�émbolo�solo�contra�el�muelle.�Como�ya�se�ha�mencionado,�se�necesita�una�diferencia�de presión�de�5,5 bar�para�que�la�válvula�de�emergencia�conmute.
Motor�N20,�válvula�de�emergencia�durante�la�"regulación�de�segundo�nivel"
La�presión�del�canal�principal�de�aceite�pasa�directamente�a�la�cámara�de�aceite�de�regulación�de�la bomba�de�aceite.
Motor�N20,�circuito�de�aceite�simplificado�en�funcionamiento�de�emergencia
La�presión�de�aceite�queda�así�limitada�a�un�valor�máximo�de�5,5 bar.�Por�debajo�de�este�valor,�durante el�funcionamiento�de�emergencia�no�tiene�lugar�ninguna�regulación�porque�el�aceite�no�llega�a�la cámara�de�aceite�de�regulación�de�la�bomba�de�aceite. Si�no�recibe�corriente,�la�válvula�reguladora�de�campo�característico�está�cerrada.�En�este�estado,�si falla�la�válvula�reguladora�de�campo�característico,�el�sistema�pasa�automáticamente�al�funcionamiento de�emergencia�y�se�garantiza�la�limitación�de�presión�a�5,5 bar.�Tal�como�se�ha�indicado�anteriormente, el�funcionamiento�de�regulación�de�campo�característico�es�el�modo�de�funcionamiento�normal.�Sin embargo,�la�electrónica�digital�del�motor�DME�puede�conmutar�al�funcionamiento�de�emergencia�por motivos�diversos.�A�continuación�se�recogen�algunos�ejemplos:
96
•
Válvula�reguladora�de�campo�característico�defectuosa
•
Sensor�de�presión�de�aceite�defectuoso
•
Temperatura�exterior�por�debajo�de�-20 °C
•
Temperatura�del�aceite�de�motor�o�de�la�temperatura�del�líquido�refrigerante�demasiado�alta
•
Perfil�de�conducción�(p.�ej.,�número�de�revoluciones�elevado�durante�mucho�tiempo).
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. El�sensor�de�presión�permite�detectar�si�la�válvula�de�emergencia�se�ha�quedado�atascada�en�una posición�determinada.�En�tal�caso,�la�DME�intenta�desbloquear�la�válvula�de�emergencia�aplicando una�presión�variable.�Si�la�válvula�de�emergencia�se�queda�bloqueada�en�la�posición�"cerrada",�la regulación�de�campo�característico�puede�seguir�funcionando.�Si�la�válvula�de�emergencia�se�queda bloqueada�en�la�posición�"abierta",�no�puede�generarse�suficiente�presión.�El�testigo�de�presión�de aceite�se�activa�y�es�imprescindible�parar�el�motor�de�manera�inmediata. Resumen El�uso�de�la�regulación�de�campo�característico�de�la�bomba�de�aceite�hace�posible�adaptar�la alimentación�de�aceite�a�las�necesidades�y�reducir�el�nivel�medio�de�presión�en�el�circuito�de�aceite. Como�consecuencia,�disminuye�la�demanda�de�energía�de�la�bomba�de�aceite. Sin�embargo,�el�nivel�de�presión�solo�se�puede�reducir�utilizando�un�muelle�principal�de�la�bomba�de aceite�que�sea�más�blando,�porque�basta�una�presión�de�aceite�pequeña�en�la�cámara�de�aceite�de regulación�para�desplazar�la�corredera�en�el�sentido�de�la�alimentación�mínima.�La�válvula�reguladora de�campo�característico�hace�posible�influir�en�esta�presión,�con�lo�que�la�DME�puede�controlar�el caudal�de�alimentación. El�diagrama�siguiente�muestra�(en�versión�simplificada)�la�presión�en�función�del�régimen�de revoluciones�del�motor�para�distintas�bombas�de�aceite.
Representación�simplificada�de�la�presión�para�distintas�bombas�de�aceite
97
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
A
Presión�de�aceite
B
Régimen�de�revoluciones�del�motor
1
Bomba�de�aceite�no�regulada
2
Bomba�de�aceite�regulada�por�caudal
3
Bomba�de�aceite�regulada�por�campo�característico�a�plena�carga
4
Bomba�de�aceite�regulada�por�campo�característico�a�carga�parcial
El�diagrama�muestra�la�ventaja�de�las�bombas�de�aceite�reguladas.�Cuando�éstas�alcanzan�una�presión de�aceite�suficiente,�la�capacidad�de�alimentación�de�la�bomba�de�aceite�se�puede�reducir.�Menor presión�significa�ahorro�de�combustible.�La�bomba�de�aceite�regulada�por�campo�característico�es�más ventajosa�porque�puede�regularse�no�solo�en�función�del�régimen�de�revoluciones�del�motor.�En�carga parcial,�p.�ej.,�se�necesitan�presiones�menores�porque�los�cojinetes�principales�del�cigüeñal�deben soportar�cargas�más�pequeñas.�Por�tanto,�en�el�margen�de�carga�parcial�se�puede�ajustar�menos presión�de�aceite,�lo�que�hace�aún�más�manifiesta�su�ventaja�respecto�a�la�bomba�de�aceite�regulada por�caudal. En�el�funcionamiento�por�campo�característico,�la�presión�de�aceite�varía�entre�1,5�y�4,5 bar. Como�nivel�de�desexcitación�y�para�permitir�una�presión�superior�en�ciertas�situaciones,�se�ha integrado�en�el�sistema�la�válvula�de�emergencia.�Ésta�permite�garantizar�que,�p.�ej.,�en�caso�de�fallo de�la�válvula�reguladora�de�campo�característico,�y�pese�a�que�el�muelle�sea�más�blando,�se�pueda generar�la�presión�necesaria�y,�aun�así,�tenga�lugar�una�regulación�de�presión�de�la�bomba�de�aceite�a 5,5 bar.
3.2.3.�Válvula�de�limitación�de�la�presión Para�la�regulación�de�la�bomba�de�aceite�se�dispone�también�de�una�válvula�limitadora�de�presión, conocida�habitualmente�como�válvula�de�arranque�en�frío.
Motor�N20,�válvula�limitadora�de�presión�situada�en�la�bomba�de�aceite
98
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
1
Carcasa�de�la�bomba�de�aceite
2
Tapa�de�la�bomba�de�aceite
3
Válvula�de�limitación�de�la�presión
La�válvula�limitadora�de�presión�está�situada�en�la�carcasa�de�la�bomba�de�aceite;�en�el�circuito de�aceite,�es�el�primer�componente�tras�la�bomba.�Se�abre�a�una�presión�de�unos�12�a�13 bar�y descarga�el�aceite�directamente�en�el�cárter�de�aceite.�Resulta�necesaria�especialmente�a�bajas temperaturas�y�con�aceite�viscoso.�En�tales�situaciones,�la�válvula�limitadora�de�presión�evita�daños en�los�componentes,�especialmente�en�el�módulo�del�filtro�de�aceite�y�sus�juntas.�Esto�resulta�de gran�relevancia�a�temperaturas�inferiores�a�-20 °C;�por�encima�de�esa�temperatura�está�activada�la regulación�de�campo�característico.
3.3.�Filtrado�y�refrigeración�del�aceite Al�igual�que�el�motor�N55,�el�motor�N20�cuenta�con�una�carcasa�del�filtro�de�aceite�fabricada�en plástico,�en�la�que�se�monta�directamente�el�intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido refrigerante.�Esta�unidad�completa�se�denomina�módulo�del�filtro�de�aceite.
Motor�N20,�módulo�del�filtro�de�aceite
Índice
Explicación
1
Filtro�de�aceite
2
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
3.3.1.�Refrigeración�del�aceite En�el�circuito�de�aceite�del�motor�N20,�el�intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido refrigerante�se�encuentra�antes�del�filtro�de�aceite.�Esta�disposición�se�conoce�como�refrigeración del�aceite�sin�filtrar,�en�contraposición�a�la�refrigeración�del�aceite�filtrado.�La�razón�es�el�uso�de cojinetes�de�cigüeñal�y�cojinetes�de�biela�sin�plomo.�Dado�que�éstos�son�extremadamente�sensibles�a 99
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. la�presencia�de�partículas�de�suciedad,�con�esta�estructura�se�consigue�que�el�filtro�de�aceite�esté�más cerca�todavía�de�los�puntos�de�alojamiento.�Esta�ubicación�resultará�aún�más�relevante�si�en�versiones futuras�se�utilizan�radiadores�de�aceite�del�motor�en�posición�deslocalizada,�pues�éstos�tienen�siempre asociado�el�peligro�de�que�entre�suciedad�en�el�circuito�de�aceite�tras�un�accidente. Bypass�permanente El�motor�N20�no�dispone�de�válvula�de�derivación�del�intercambiador�de�calor.�En�su�lugar,�y�del�mismo modo�que�en�el�motor�N55,�cuenta�con�lo�que�se�conoce�como�bypass�permanente.�Éste�representa una�derivación�permanentemente�que�evita�el�intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido refrigerante.�No�obstante,�el�bypass�tiene�un�estrangulador�para�que�la�mayor�parte�del�aceite�circule�a través�del�intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante.
3.3.2.�Filtrado�del�aceite El�filtro�de�aceite�de�corriente�principal�utilizado�en�el�motor�N20�tiene�muchos�puntos�en�común con�el�filtro�de�aceite�del�motor�N57.�En�lugar�de�una�válvula�de�bloqueo�de�retorno,�se�monta�una membrana�de�bloqueo�de�retorno�directamente�en�el�elemento�del�filtro.�Ésta�tiene�como�función impedir�el�vaciado�del�filtro�de�aceite�después�de�parar�el�motor.
Motor�N20,�filtro�de�aceite
Índice
Explicación
1
Filtro�de�aceite
2
Membrana�de�bloqueo�de�retorno
La�membrana�de�bloqueo�de�retorno�es�de�goma;�la�presión�de�aceite�hace�que�se�levante�y�deje�pasar el�aceite�hacia�el�filtro.�Si�el�motor�se�para�y�la�presión�de�aceite�disminuye,�la�forma�y�la�elasticidad de�la�membrana�de�bloqueo�propician�que�ésta�cierre�el�conducto�de�aceite.�El�aceite�de�motor�no puede�salir�del�filtro.�La�membrana�de�bloqueo�de�retorno�forma�parte�del�filtro�de�aceite�y,�por�tanto, es�sustituida�automáticamente�con�cada�cambio�de�filtro.
100
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Naturalmente,�el�motor�N20�cuenta�con�una�válvula�de�derivación�del�filtro�que�abre�un�bypass�para evitar�el�paso�a�través�del�filtro,�p.�ej.,�si�el�aceite�de�motor�está�frío�y�viscoso.�Esto�sucede�cuando�la diferencia�de�presión�antes�y�después�del�filtro�supera�unos�2,5�bar.�La�diferencia�de�presión�permitida se�ha�ampliado�de�2,0�a�2,5 bar�con�el�fin�de�proteger�los�cojinetes�de�cigüeñal�y�los�cojinetes�de biela�sin�plomo.�De�este�modo�se�garantiza�que�el�paso�a�través�del�filtro�se�evite�solo�en�situaciones excepcionales�y�que�las�posibles�partículas�de�suciedad�se�filtren�con�mayor�seguridad.
3.4.�Control�del�aceite 3.4.1.�Sensor�de�presión�y�temperatura�del�aceite
Motor�N20,�sensor�de�presión�y�temperatura�del�aceite
Se�utiliza�un�nuevo�sensor�combinado�de�presión�y�temperatura�del�aceite.�La�señal�de�presión�resulta necesaria�para�la�regulación�de�campo�característico�de�la�bomba�de�aceite,�mientras�que�la�señal�de temperatura�lo�es�para�la�gestión�térmica�del�motor. El�sensor�está�situado�en�el�canal�principal�de�aceite�y�registra�directamente�la�presión�y�temperatura de�aceite.�De�este�modo,�la�temperatura�de�aceite�ya�no�se�mide�en�el�cárter�de�aceite,�sino�que�se mide�la�temperatura�de�aceite�real�del�motor. Los�sensores�combinados�de�presión�y�temperatura�tienen�habitualmente�cuatro�conexiones (alimentación,�masa,�señal�de�temperatura,�señal�de�presión).�Este�sensor�de�presión�de�aceite�y temperatura�de�aceite�tiene�solo�tres�conexiones.�La�señal�de�temperatura�y�la�de�presión�no�se transmiten�por�cables�separados.�En�vez�de�ello,�el�sensor�emite�una�señal�modulada�por�amplitud�de impulso�(PWM).�Esta�señal�modulada�por�amplitud�de�impulsos�se�divide�en�tres�ciclos�fijos.�El�primer ciclo�sirve�para�efectuar�la�sincronización�y�el�diagnóstico,�el�segundo�transmite�la�temperatura�y�el tercero�la�presión.�La�duración�del�"alto�nivel"�de�cada�ciclo�determina�el�valor. Ciclo
Función
Duración�del�ciclo
Duración�del�alto nivel
1
Sincronización�y diagnóstico
1024 μs
256�–�640 μs
2
Temperatura
4096 μs
128�–�3968 μs
3
Presión
4096 μs
128�–�3968 μs
La�duración�del�alto�nivel�de�la�señal�de�diagnóstico�es�siempre�un�múltiplo�de�128 μs�(microsegundo�= 0,000001�segundos),�como�se�muestra�en�la�tabla�siguiente:
101
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Duración�de�la�señal�alta�(high)
Amplitud�de�impulso
Significado
256�μs
25 %
Diagnóstico�correcto
384�μs
37,5 %
Medición�de�presión�fallida
512�μs
50 %
Medición�de�la�temperatura fallida
640�μs
62,5 %
Error�de�hardware
El�sensor�es�controlable�por�autodiagnosis�y�puede�detectar�las�averías�internas�mecánicas�y eléctricas. La�señal�de�temperatura�tiene�la�interpretación�siguiente: •
128 μs�(3,125%�de�la�amplitud�de�impulso)�=�-40 °C
•
3968�μs�(96,875%�de�la�amplitud�de�impulso)�=�160 °C.
La�señal�de�presión�tiene�la�interpretación�siguiente: •
128�μs�(3,125%�de�la�amplitud�de�impulso)�=�0,5�bar�(valor�absoluto)
•
3968�μs�(96,875%�de�la�amplitud�de�impulso)�=�10,5 bar�(valor�absoluto).
Los�datos�de�tiempo�son�valores�teóricos.�En�realidad,�se�mide�la�duración�de�cada�ciclo�y�del�alto�nivel correspondiente�y�se�comparan�entre�sí.�La�amplitud�de�impulso�resultante�indica�el�valor�de�medición correspondiente.
3.4.2.�Control�del�nivel�de�aceite Para�controlar�el�nivel�de�aceite�y�la�temperatura�de�aceite�se�emplea�el�ya�conocido�sensor�térmico�de nivel�de�aceite.
3.5.�Inyectores�de�aceite Los�componentes�del�motor�N20�que�no�son�directamente�accesibles�a�través�de�un�conducto�de aceite,�se�pueden�lubricar�y/o�refrigerar�también�por�medio�de�inyectores�de�aceite.
3.5.1.�Refrigeración�de�la�cabeza�del�émbolo Los�inyectores�de�aceite�utilizados�en�el�motor�N20�para�refrigerar�la�cabeza�del�émbolo�son,�en principio,�componentes�ya�conocidos.�Tienen�una�válvula�de�retención�integrada�para�abrirse�y cerrarse�únicamente�a�partir�de�una�cierta�presión�de�aceite. Además�de�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�émbolo,�también�son�responsables�de�la�lubricación�del bulón�del�pistón,�por�lo�que�es�de�vital�importancia�que�se�encuentren�correctamente�orientados.
102
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�inyectores�de�aceite�para�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�émbolo
Presión�de�apertura
2,5�–�2,9 bar
Presión�de�cierre
2,1 bar
En�lo�que�respecta�a�los�inyectores�de�aceite,�el�motor�N20�presenta�muchos�puntos�en�común�con�los motores�N5x.�Los�inyectores�de�aceite�no�quedan�situados�automáticamente�en�la�posición�correcta durante�el�montaje,�sino�que�se�deben�orientar�usando�una�herramienta�especial.
Los�inyectores�de�aceite�para�la�refrigeración�de�la�cabeza�del�émbolo�del�motor�N20�se�deben posicionar�correctamente�tras�el�montaje�usando�una�herramienta�especial.�¡Tenga�en�cuenta�las indicaciones�del�manual�de�reparaciones� Debido�a�su�disposición�en�el�motor,�existen�dos�variantes�distintas�de�inyectores�de�aceite�para�la refrigeración�de�las�cabezas�de�émbolo�del�motor�N20.�Una�variante�corresponde�a�los�cilindros�1�y�3�y la�otra�variante�a�los�cilindros�2�y�4.
3.5.2.�Transmisión�por�cadena La�transmisión�por�cadena�del�motor�N20�se�divide�en�un�tramo�superior�para�el�accionamiento�del árbol�de�levas�y�un�tramo�inferior�para�el�accionamiento�de�la�bomba�de�aceite. Accionamiento�del�árbol�de�levas La�cadena�de�distribución�se�lubrica�por�medio�de�un�inyector�de�aceite�situado�en�el�tensor�de cadena.�El�riel�tensor�cuenta�con�una�abertura�a�tal�fin�que�permite�pulverizar�el�aceite.
103
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite.
Motor�N20,�tensor�de�cadena�con�inyector�de�aceite�para�la�cadena�de�distribución
Accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�de�aceite
Motor�N20,�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�de�aceite
104
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. Índice
Explicación
1
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�cigüeñal
2
Cadena
3
Tensor�de�cadena
4
Piñón�de�accionamiento�del�árbol�de�levas�del�árbol�del�diferencial
En�el�accionamiento�de�los�árboles�del�diferencial�y�de�la�bomba�de�aceite�también�se�pulveriza�aceite sobre�la�cadena�a�través�del�tensor�de�cadena.�Pero�ello�no�se�debe�a�una�necesidad�de�lubricación, pues�la�cadena�se�sumerge�de�todos�modos�en�el�cárter.�En�este�caso,�el�motivo�es�permitir�que�el aceite�pueda�salir�del�tensor�de�cadena.
3.5.3.�Árbol�de�levas Las�levas�del�árbol�de�levas�también�se�lubrican�mediante�inyectores�de�aceite.�El�árbol�de�levas de�admisión�dispone�para�ello�de�ranuras�en�las�correderas�que�reciben�alimentación�de�aceite procedente�del�taladro�roscado.
Motor�N20,�correderas�con�inyectores�de�aceite�para�las�levas�de�admisión
Índice
Explicación
1
Atornillamiento�de�las�correderas
2
Inyectores�de�aceite�para�las�levas�de�admisión
3
Entrada�de�aceite�para�los�inyectores�de�aceite
Para�el�montaje�de�las�correderas�se�debe�proceder�con�especial�limpieza,�ya�que�una�mínima presencia�de�suciedad�podría�obstruir�los�inyectores�de�aceite.�En�tal�caso,�la�lubricación�de�las�levas no�se�podría�garantizar�y�el�accionamiento�de�válvulas�podría�sufrir�daños.
105
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. El�árbol�de�levas�de�escape�cuenta�con�un�tubo�de�aceite�en�la�culata�que�inyecta�aceite�sobre�las�levas a�través�de�unos�pequeños�orificios.�En�consecuencia,�se�han�dispuesto�ocho�orificios�para�lubricar las�levas�de�las�válvulas�de�escape�y�otro�más�para�lubricar�la�triple�leva�que�acciona�la�bomba�de�alta presión.
Motor�N20,�tubo�de�aceite�con�inyectores�de�aceite�para�las�levas�de�escape
Índice
Explicación
1
Tubo�de�aceite
2
Orificio
3.5.4.�Dentado�del�servomotor�Valvetronic
Motor�N20,�inyector�de�aceite�para�el�servomotor�Valvetronic
106
Motor�N20. 3.�Alimentación�de�aceite. El�motor�N20�tiene�el�mismo�servomotor�Valvetronic�y�en�idéntica�posición�de�montaje�que�el�motor N55.�El�engranaje�helicoidal�para�el�ajuste�del�eje�excéntrico�se�lubrica�igualmente�por�medio�de�un inyector�de�aceite.�En�este�caso�también�se�debe�prestar�atención�a�la�correcta�orientación�durante�el montaje.�Sin�embargo,�no�se�necesita�ninguna�herramienta�especial,�sino�que�basta�con�encastrarlo cuidadosamente�y�de�forma�perceptible�en�la�guía�prevista�a�tal�fin�en�el�servomotor�Valvetronic.
Motor�N20,�inyector�de�aceite�encastrado�para�el�dentado�del�servomotor�Valvetronic
Índice
Explicación
1
Inyector�de�aceite�para�el�dentado�del�servomotor�Valvetronic
2
Servomotor�Valvetronic
3
Inyector�de�aceite�encastrado�correctamente
Debido�al�tamaño�del�inyector�de�aceite,�así�como�al�hecho�de�que�es�posible�ensamblar�el�motor�sin�el inyector�de�aceite,�existe�el�peligro�de�olvidar�incorporar�este�componente�durante�el�montaje. Al�montar�el�inyector�de�aceite�se�debe�prestar�atención�a�su�posicionamiento�correcto�y�a�que�quede bien�encastrado.�Un�inyector�de�aceite�que�no�esté�encastrado�correctamente�presenta�tendencia a�sufrir�vibraciones�y�puede�terminar�rompiéndose.�Tenga�en�cuenta�las�indicaciones�del�manual�de reparaciones. 107
Motor�N20. 4.�Refrigeración. El�sistema�de�refrigeración�también�muestra�similitudes�con�el�del�motor�N55.�Consta�de�la refrigeración�del�líquido�refrigerante�y�la�refrigeración�del�aceite�del�motor.�El�motor�N20�utiliza�para la�refrigeración�del�motor�un�intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante.�La regulación�del�sistema�de�refrigeración�(p.�ej.,�electrobomba�del�refrigerante,�termostato�con�campo característico�y�electroventilador)�tiene�lugar�mediante�el�coordinador�de�gestión�térmica�de�la�DME.
4.1.�Sinopsis
Motor�N20,�circuito�de�refrigeración
Índice
Explicación
1
Radiador�de�líquido�refrigerante
2
Ventilador�eléctrico
3
Termostato�de�campo�característico
4
Calefacción�para�el�termostato�con�campo�característico
5
Transmisor�de�nivel�de�llenado�de�combustible�del�depósito�de�compensación
108
Motor�N20. 4.�Refrigeración. Índice
Explicación
6
Depósito�de�compensación
7
Turbocompresor�de�gases�de�escape
8
Intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
9
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
10
Sensor�de�temperatura�de�líquido�refrigerante
11
Electrobomba�del�refrigerante
Del�propio�módulo�de�refrigeración�existe�una�sola�variante.�Únicamente�los�vehículos�de�modelos�para países�de�clima�cálido�en�combinación�con�el�equipamiento�opcional�(SA)�de�alta�velocidad�utilizan�un radiador�de�líquido�refrigerante�deslocalizado�(en�el�pasarruedas�derecho). El�electroventilador�tiene�una�potencia�nominal�de�600 W. En�los�gráficos�siguientes�se�puede�ver�el�lugar�de�montaje�y�la�disposición�de�los�componentes.
Motor�N20,�componentes�del�sistema�de�refrigeración,�visto�desde�detrás�(X1�xDrive28i�con�caja�de�cambios�manual)
109
Motor�N20. 4.�Refrigeración. Índice
Explicación
1
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
2
Circuito�cerrado�de�retorno�del�motor
3
Termostato�de�campo�característico
4
Radiador�de�líquido�refrigerante
5
Tubería�de�purga�de�aire
6
Depósito�de�compensación
7
Entrada�al�motor
8
Electrobomba�del�refrigerante
9
Intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
10
Avance�del�intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
11
Retorno�del�intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
Motor�N20,�componentes�del�sistema�de�refrigeración�situados�en�el�motor,�visto�desde�delante
110
Motor�N20. 4.�Refrigeración. Índice
Explicación
1
Depósito�de�compensación
2
Termostato�de�campo�característico
3
Circuito�cerrado�de�retorno�del�motor
4
Intercambiador�de�calor�de�aceite�de�motor-líquido�refrigerante
5
Conexión�avance�del�intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
6
Avance�del�radiador�de�líquido�refrigerante
7
Retorno�del�intercambiador�de�calor�de�la�calefacción
8
Electrobomba�del�refrigerante
9
Retorno�del�radiador�de�líquido�refrigerante
4.2.�Gestión�térmica La�DME�del�motor�N20�tiene�las�funciones�de�gestión�térmica�conocidas�del�motor�N55.�Esto�incluye la�regulación�independiente�de�los�componentes�eléctricos�de�refrigeración:�electroventilador, termostato�con�campo�característico�y�bomba�de�líquido�refrigerante.
4.2.1.�Bomba�de�líquido�refrigerante El�motor�N20�tiene�una�electrobomba�de�refrigerante�familiar�de�muchos�motores�BMW.�Su�potencia nominal�eléctrica�es�de�400 W.
Motor�N20,�bomba�de�líquido�refrigerante
Si�la�bomba�de�líquido�refrigerante�se�desmonta�con�el�fin�de�reutilizarla,�es�preciso�guardarla�llena de�líquido�refrigerante.�De�lo�contrario,�en�caso�de�secarse,�los�puntos�de�alojamiento�se�podrían atascar.�En�tal�caso,�la�bomba�de�líquido�refrigerante�podría�no�volver�a�arrancar,�lo�que�tendría�como consecuencia�posibles�daños�en�el�motor. 111
Motor�N20. 4.�Refrigeración. Antes�del�montaje,�la�rueda�de�la�bomba�se�debe�girar�manualmente�para�cerciorarse�de�que�gira libremente.
4.2.2.�Termostato�de�campo�característico El�motor�N20�está�equipado�con�un�termostato�con�campo�característico�convencional,�cuyos�datos técnicos�cuando�funciona�sin�regulación�eléctrica�son�los�siguientes: Posición�del�termostato�con�campo característico
Temperatura�del�líquido�refrigerante
Comienzo�de�apertura
97 ±�2 °C
Apertura�completa
109 °C
Además,�la�apertura�se�puede�producir�el�líquido�refrigerante�a�menos�temperatura�si�se�utiliza�un sistema�de�calefacción�eléctrica�en�el�termostato�con�campo�característico.
4.2.3.�Función�de�gestión�térmica La�gestión�térmica�determina�la�necesidad�de�refrigeración�en�cada�momento�y�adapta�el�sistema de�refrigeración�a�esta�necesidad.�La�bomba�de�líquido�refrigerante�se�puede�llegar�a�desconectar en�ciertas�circunstancias,�p.�ej.,�para�conseguir�un�calentamiento�más�rápido�del�líquido�refrigerante durante�la�fase�de�calentamiento.�Aunque�el�motor�esté�parado,�la�bomba�de�líquido�refrigerante�sigue transportando�si�el�motor�está�muy�caliente�o�para�enfriar�el�turbocompresor�de�gases�de�escape.�La demanda�de�potencia�refrigerante�puede�ser,�por�tanto,�independiente�del�régimen�de�revoluciones�del motor.�Además�del�termostato�con�campo�característico,�la�gestión�térmica�puede�activar�la�bomba�de líquido�refrigerante�en�función�de�distintos�campos�característicos.�Esto�permite�a�la�gestión�del�motor adaptar�la�temperatura�del�líquido�refrigerante�a�cada�situación�de�marcha. La�gestión�del�motor�ajusta�los�márgenes�de�temperatura�siguientes: •
109 °C�=�funcionamiento�Economy
•
106 °C�=�funcionamiento�normal
•
95 °C�=�funcionamiento�High
•
80 °C�=�funcionamiento�High�y�alimentación�de�corriente�del�termostato�con�campo característico.
Si,�debido�al�comportamiento�de�marcha,�la�gestión�del�motor�detecta�el�modo�de�funcionamiento "Economy",�ésta�pasa�a�regular�una�temperatura�superior�(109�°C).�En�este�margen�de�temperatura, el�motor�funciona�con�un�consumo�de�combustible�relativamente�bajo.�La�fricción�interna�del�motor se�reduce�al�aumentar�la�temperatura.�Por�tanto,�el�aumento�de�la�temperatura�favorece�un�menor consumo�de�combustible�en�márgenes�de�carga�bajos.�En�el�modo�de�funcionamiento�"High�y alimentación�de�corriente�del�termostato�con�campo�característico",�el�conductor�puede�aprovechar el�desarrollo�de�potencia�óptimo�del�motor.�Para�ello,�la�temperatura�de�la�culata�se�hace�bajar�hasta 80�°C.�Este�descenso�favorece�un�mejor�nivel�de�llenado�y,�por�tanto,�un�aumento�del�par�motor.�La gestión�del�motor�puede�así�regular�un�margen�de�funcionamiento�concreto�adaptado�a�la�situación�de marcha�correspondiente.�De�este�modo,�el�sistema�de�refrigeración�permite�influir�en�el�consumo�y�la potencia.
112
Motor�N20. 4.�Refrigeración. Protección�del�sistema Si�la�temperatura�del�líquido�refrigerante�o�del�aceite�de�motor�alcanza�valores�excesivos�durante el�funcionamiento�del�motor,�se�interviene�sobre�ciertas�funciones�del�vehículo�con�el�fin�de�que�la refrigeración�del�motor�pueda�disponer�de�más�energía. Las�medidas�se�dividen�en�dos�modos�de�funcionamiento: •
•
-
Protección�de�componentes A�partir�de�una�temperatura�del�líquido�refrigerante�de�117�°C
-
A�partir�de�una�temperatura�del�aceite�del�motor�de�143�°C�medida�por�el�sensor�de�presión y�temperatura�del�aceite�situado�en�el�canal�principal�de�aceite
-
Medida:�p.�ej.,�reducción�de�potencia�de�la�climatización�y�del�motor
-
Emergencia A�partir�de�una�temperatura�del�líquido�refrigerante�de�122�°C
-
A�partir�de�una�temperatura�del�aceite�del�motor�de�151�°C�medida�por�el�sensor�de�presión y�temperatura�del�aceite�situado�en�el�canal�principal�de�aceite
-
Medida:�p.�ej.,�reducción�de�potencia�del�motor�(hasta�aprox.�el�90%).
4.3.�Refrigeración�interna�del�motor Tal�como�sucede�en�el�motor�N55,�los�canales�de�líquido�refrigerante�de�la�culata�discurren�también alrededor�de�los�inyectores�para�refrigerarlos. Sin�embargo,�y�a�diferencia�del�motor�N55,�el�cárter�del�cigüeñal�del�motor�N20�no�presenta�ranuras�en los�resaltes�entre�los�cilindros.�En�su�lugar,�el�motor�N20�cuenta�con�orificios�entre�los�cilindros,�dos�a cada�lado,�que�se�unen�en�el�centro.
113
Motor�N20. 4.�Refrigeración.
Motor�N20,�camisa�de�refrigeración�y�canales�de�refrigeración
Índice
Explicación
1
Camisa�de�refrigeración�del�lado�de�escape
2
Camisa�de�refrigeración�del�lado�de�admisión
3�+�4
Canales�de�refrigeración�en�los�resaltes
114
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. El�sistema�de�aire�de�aspiración�y�el�sistema�de�escape�es�en�principio�comparable�al�del�N55.�La�lista siguiente�muestra�las�características�más�importantes�del�sistema�de�aire�de�aspiración�y�del�sistema de�escape: •
Silenciador�de�aspiración�fijado�al�vehículo
•
Medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica�7�en�todas�las�versiones�de�motor
•
Turbocompresor�de�gases�de�escape�TwinScroll�con�válvula�integrada�de�descarga (wastegate)�y�de�empuje�de�la�circulación�de�aire
•
Tres�conexiones�para�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal
•
Distinto�número�de�conexiones�para�la�purga�de�aire�del�depósito�(en�función�de�la�variante).
5.1.�Sinopsis
Motor�N20,�sistema�de�aire�de�aspiración�y�sistema�de�escape
115
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Índice
Explicación
1
Refrigerador�de�aire�de�sobrealimentación
2
Válvula�de�recirculación�de�aire�por�empuje
3
Silenciador�de�aspiración
4
Medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica
5
Turbocompresor�de�gases�de�escape
6
Válvula�Wastegate
7
Sonda�lambda�previa�al�catalizador�(sonda�de�regulación)
8
Catalizador
9
Sonda�lambda�detrás�del�catalizador�(sonda�de�comprobación)
10
Electrónica�digital�del�motor
11
Sensor�de�presión�del�tubo�de�admisión
12
Válvula�de�mariposa
13
Sensor�de�temperatura�y�de�presión�del�aire�de�sobrealimentación
116
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. 5.2.�Sistema�de�aire�de�admisión
Motor�N20,�sistema�de�aire�de�admisión
Índice
Explicación
1
Sistema�de�aspiración
2
Sensor�de�presión�del�tubo�de�admisión
3
Válvula�de�mariposa
4
Sensor�de�temperatura�y�de�presión�del�aire�de�sobrealimentación
5
Medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica
6
Silenciador�de�aspiración 117
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Índice
Explicación
7
Aspiración�de�aire�sin�filtrar
8
Refrigerador�de�aire�de�sobrealimentación
9
Conexión�de�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal�en�funcionamiento con�sobrealimentación
10
Conexión�tubería�de�aire�de�barrido�de�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del cigüeñal
11
Válvula�de�recirculación�de�aire�por�empuje
12
Turbocompresor�de�gases�de�escape
5.2.1.�Medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica El�motor�N20�está�equipado�con�el�medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica�7,�muy�similar�al�del motor�N74.�El�motor�N20�dispone�en�todos�sus�modelos�de�un�medidor�de�masa�de�aire�por�película térmica,�lo�que�en�el�caso�de�los�motores�con�inyección�directa�turbo�Valvetronic�representa�el�estado de�la�técnica. En�general,�se�puede�afirmar�que�la�calidad�de�la�estimación�de�la�masa�de�aire�mediante�la�medición con�un�medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica�y�mediante�el�cálculo�del�valor�sustitutivo�(a�partir de�la�temperatura�de�aire�de�aspiración,�la�presión�de�sobrealimentación,�el�régimen�de�revoluciones del�motor,�etc.)�son�equivalentes�según�el�estado�actual�de�desarrollo.�De�todos�modos,�el�control de�carga�del�motor�se�basa�en�el�cálculo�del�valor�sustitutivo.�Este�valor�se�compara,�no�obstante,�de forma�periódica�con�el�valor�proporcionado�por�el�medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica�con el�fin�de�compensar�las�tolerancias�producto�de�las�complejas�condiciones�mecánicas�de�circulación del�sistema�de�aspiración.�Cuanto�más�complejo�es�el�procedimiento�de�formación�de�la�mezcla (Valvetronic,�inyección�directa�de�chorro�dirigido,�en�especial�combinada�con�el�funcionamiento�por carga�de�capa,�inyección�directa�turbo�Valvetronic),�tanto�más�importante�es�la�comparación�del�valor sustitutivo�con�el�obtenido�por�el�medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica.�La�inyección�directa turbo�Valvetronic�constituye�actualmente�el�procedimiento�de�formación�de�la�mezcla�más�complejo. Por�ello,�todos�los�motores�con�inyección�directa�turbo�Valvetronic�TVDI�están�equipados�con�un medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica. El�uso�de�un�medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica�ofrece�además�la�posibilidad�de efectuar�un�diagnóstico�ampliado,�p.�ej.,�para�la�ventilación�del�depósito�de�combustible�o�del�cárter del�cigüeñal,�ya�que�estos�sistemas�provocan�una�divergencia�en�la�masa�de�aire.�Esto�resulta especialmente�importante�para�el�mercado�de�EE.�UU.,�pues�forma�parte�de�su�legislación�sobre�la emisión�de�gases�de�escape.
El�fallo�o�la�desconexión�del�medidor�de�masa�de�aire�por�película�térmica�no�provoca�de�manera inmediata�un�funcionamiento�de�emergencia�del�motor.�Sin�embargo,�como�la�formación�de�la�mezcla y,�por�tanto,�los�valores�de�gases�de�escape�pueden�empeorar,�se�encenderá�el�testigo�de�aviso�de emisiones.
118
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. 5.2.2.�Sistema�de�aspiración Igual�que�en�el�motor�N55,�la�electrónica�digital�del�motor�(DME)�está�montada�en�el�sistema�de aspiración.�Difieren�no�obstante�en�que,�en�primer�lugar,�la�electrónica�digital�del�motor�DME�está dispuesta�sobre�el�sistema�de�aspiración,�y�no�debajo�de�éste.�En�segundo�lugar,�el�sistema�de aspiración�no�queda�abierto�cuando�se�desmonta�la�electrónica�digital�del�motor.�Entre�el�sistema�de aspiración�y�la�electrónica�digital�del�motor�se�ha�colocado�una�placa�metálica�que�permite�conducir bien�el�calor�generado�por�la�electrónica�digital�del�motor�hacia�los�canales�de�aspiración�del�sistema de�aspiración.�De�esta�manera�se�refrigera�eficazmente�la�electrónica�digital�del�motor.
Motor�N20,�sistema�de�aspiración�con�mariposa
Índice
Explicación
1
Válvula�de�mariposa
2
Sensor�de�presión�del�tubo�de�admisión
3
Conexión�de�la�válvula�de�ventilación�del�depósito
4
Placa�metálica�de�alojamiento�de�la�electrónica�digital�del�motor
5
Sistema�de�aspiración
Sensor�de�presión�del�tubo�de�admisión Justo�detrás�de�la�mariposa,�en�la�entrada�del�sistema�de�aspiración,�se�encuentra�el�sensor�de�presión del�tubo�de�admisión.�Si�se�observa�detenidamente,�se�puede�apreciar�que�se�trata�de�un�sensor�mixto de�presión�y�temperatura.�Sin�embargo,�la�señal�de�temperatura�no�se�lee.�El�motivo�para�usar�este sensor�es�el�concepto�de�utilización�de�piezas�iguales.�Es�más�ventajoso�emplear�el�mismo�sensor, que�servirá�también�de�sensor�de�temperatura�y�presión�del�aire�de�sobrealimentación,�y�simplemente ignorar�la�señal�de�temperatura�que�introducir�un�sensor�propio. 119
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. 5.3.�Turbocompresor�de�gases�de�escape El�motor�N20�lleva�un�turbocompresor�de�gases�de�escape�con�tecnología�TwinScroll.�Éste�tiene�en la�admisión�de�la�turbina�dos�canales�separados,�cada�uno�de�los�cuales�dirige�hacia�los�álabes�de�la turbina�los�gases�de�escape�procedentes�de�dos�cilindros.
Motor�N20,�turbocompresor�de�gases�de�escape
Índice
Explicación
A
Canal�de�escape�de�los�cilindros�2�y�3
B
Canal�de�escape�de�los�cilindros�1�y�4
C
Escape�hacia�el�catalizador
D
Entrada�procedente�del�silenciador�de�aspiración
E
Canal�anular
F
Escape�hacia�el�radiador�de�aire�de�sobrealimentación
120
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Índice
Explicación
1
Caja�de�depresión�para�válvula�de�descarga
2
Entrada�de�aceite
3
Válvula�Wastegate
4
Rueda�de�turbina
5
Canal�de�refrigeración
6
Conducto�de�aceite
7
Retorno�del�refrigerante
8
Válvula�de�recirculación�de�aire�por�empuje
El�turbocompresor�de�gases�de�escape�tiene�la�estructura�ya�conocida,�con�una�válvula�eléctrica�de empuje�de�la�circulación�de�aire�y�una�válvula�wastegate�controlada�por�vacío.
5.3.1.�Función�TwinScroll�del�turbocompresor�de�gases�de�escape La�denominación�TwinScroll�hace�referencia�a�un�turbocompresor�de�gases�de�escape�con�carcasa�de turbina�de�doble�flujo.�Esta�configuración�permite�conducir�por�separado�hasta�la�turbina�los�gases�de escape�de�parejas�de�cilindros.�En�el�motor�N20�(como�es�habitual�en�los�motores�de�4�cilindros)�se agrupan�los�cilindros�1�y�4�y�los�cilindros�2�y�3,�respectivamente.�De�este�modo,�se�aprovecha�mejor�lo que�se�conoce�como�sobrealimentación�por�impulsos. Sobrealimentación�por�acumulación�y�sobrealimentación�por�impulsos Para�sobrealimentar�motores�por�medio�de�turbocompresores�de�gases�de�escape�se�utilizan dos�principios:�la�sobrealimentación�por�acumulación�y�la�sobrealimentación�por�impulsos.�En�la sobrealimentación�por�acumulación,�la�presión�previa�a�la�turbina�permanece�prácticamente�constante. La�energía�que�acciona�el�turbocompresor�de�gases�de�escape�se�obtiene�de�la�diferencia�de�presión antes�y�después�de�la�turbina. En�la�sobrealimentación�por�impulsos,�la�presión�previa�a�la�turbina�sufre�fluctuaciones�muy�acusadas y�rápidas,�p.�ej.,�por�efecto�de�la�expulsión�en�forma�de�pulsaciones�de�los�gases�de�escape�de�la cámara�de�combustión.�Al�aumentar�la�presión,�se�genera�una�onda�de�presión�que�llega�hasta�la turbina.�En�este�caso,�lo�que�se�utiliza�es�la�energía�cinética�de�los�gases�de�escape,�ya�que�las�ondas de�presión�accionan�a�impulsos�el�turbocompresor�de�gases�de�escape. La�sobrealimentación�por�impulsos�acelera�la�respuesta�del�turbocompresor�de�gases�de�escape, especialmente�con�el�motor�funcionando�a�bajo�régimen�de�revoluciones,�ya�que�es�entonces�cuando la�pulsación�resulta�más�pronunciada,�mientras�que�la�diferencia�de�presión�antes�y�después�de�la turbina�aún�es�demasiado�pequeña�para�la�sobrealimentación�por�acumulación. En�realidad,�los�turbocompresores�de�gases�de�escape�instalados�en�motores�de�automóvil�utilizan siempre�ambas�formas�de�sobrealimentación.�La�proporción�de�sobrealimentación�por�impulsos�es mayor�o�menor�en�función�de�las�condiciones�de�las�diversas�magnitudes,�de�las�conducciones�de�los gases�de�escape�y�del�número�de�cilindros.
121
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Dependencia�del�número�de�cilindros En�un�motor�de�un�cilindro,�cada�dos�giros�del�cigüeñal�se�produce�una�fase�de�escape.�En�teoría,�de cada�720°�de�giro�del�cigüeñal,�180°�corresponden�a�la�expulsión�de�los�gases�de�escape.�El�gráfico siguiente�representa�de�forma�muy�simplificada�las�relaciones�de�presión�antes�del�turbocompresor de�gases�de�escape�en�un�motor�de�un�cilindro.
Diagrama�de�presión�en�el�canal�de�escape�previo�al�turbocompresor�de�gases�de�escape�en�un�motor�de�1�cilindro
Índice
Explicación
A
Punto�muerto�inferior,�la�válvula�de�escape�se�abre
B
Punto�muerto�superior,�la�válvula�de�escape�se�cierra,�la�válvula�de�admisión�se abre
C
Punto�muerto�inferior,�la�válvula�de�admisión�se�cierra
D
Punto�muerto�superior,�encendido
Como�se�observa,�cada�720°�del�cigüeñal�se�genera�una�onda�de�presión�que�alcanza�la�turbina.�Este impulso�acelera�la�turbina. El�gráfico�siguiente�muestra�las�relaciones�de�presión�antes�de�la�turbina�en�un�motor�de�4�cilindros.
Diagrama�de�presión�en�el�canal�de�escape�previo�al�turbocompresor�de�gases�de�escape�en�un�motor�de�4�cilindros
Índice
Explicación
1
La�válvula�de�escape�del�cilindro�1�se�abre
2
La�válvula�de�escape�del�cilindro�2�se�abre
3
La�válvula�de�escape�del�cilindro�3�se�abre
4
La�válvula�de�escape�del�cilindro�4�se�abre
122
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Como�cada�cilindro�presenta�una�fase�de�escape�cada�dos�vueltas�completas�del�cigüeñal,�al�cabo�de 720°�del�cigüeñal�se�producen�cuatro�ondas�de�presión.�Debido�a�la�distancia�del�encendido,�éstas se�distribuyen�uniformemente�con�una�distancia�entre�ellas�de�180°�del�cigüeñal.�De�manera�que las�ondas�de�presión�se�solapan.�Mientras�la�presión�de�un�cilindro�disminuye,�la�presión�del�cilindro siguiente�ya�está�aumentando. Con�ello,�una�presión�superpuesta�se�acumula�antes�de�la�turbina,�tal�como�muestra�el�gráfico siguiente.
Diagrama�de�presión�en�el�canal�de�escape�antes�del�turbocompresor�de�gases�de�escape�en�un�motor�de�4�cilindros,�superpuesta
La�superposición�hace�que�la�diferencia�de�presión�entre�el�mínimo�y�el�máximo�sea�mucho�menor.�En consecuencia,�el�impulso�que�provoca�la�onda�de�presión�en�la�turbina�también�disminuye.�En�este caso,�la�proporción�de�sobrealimentación�por�impulsos�en�el�turbocompresor�de�gases�de�escape�es también�menor. Una�posibilidad�de�evitar�este�efecto�en�un�motor�de�4�cilindros�es�el�uso�de�un�turbocompresor�de gases�de�escape�de�tipo�TwinScroll.�El�reparto�de�los�cuatro�cilindros�en�dos�canales�provoca�que�cada canal�presente�las�relaciones�de�presión�de�un�motor�de�2�cilindros,�como�se�puede�apreciar�en�el gráfico�siguiente.
Diagrama�de�presión�en�el�canal�de�escape�antes�del�turbocompresor�de�gases�de�escape�en�un�motor�de�4�cilindros,�individual�y�superpuesta
Índice
Explicación
1
La�válvula�de�escape�del�cilindro�1�se�abre
4
La�válvula�de�escape�del�cilindro�4�se�abre
123
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Aquí�también�se�solapan�las�presiones�de�los�dos�cilindros.�Sin�embargo,�un�canal�reúne�los�cilindros 1�y�4�y�el�otro�canal�los�cilindros�2�y�3.�El�orden�de�encendido�del�motor�de�4�cilindros�provoca�una distancia�de�360°�de�cigüeñal�entre�las�fases�de�escape�de�cada�canal.�De�manera�que,�pese�a�la superposición,�la�diferencia�de�presión�disponible�es�mayor�y�la�energía�cinética�de�los�gases�de escape�se�puede�aprovechar�mejor. Para�agrupar�los�cilindros�1�y�4�y�los�cilindros�2�y�3�se�utiliza�un�colector�de�escape�con�una�forma especial. En�el�turbocompresor�de�gases�de�escape,�estos�dos�canales�conducen�por�separado�hasta�la�turbina. Los�turbocompresores�de�gases�de�escape�TwinScroll�se�distinguen�de�los�convencionales�por�el alma�central�que�presenta�el�canal�anular�que�rodea�la�turbina.
5.4.�Sistema�de�escape 5.4.1.�Colector�de�escape El�colector�de�escape�tiene�la�misma�estructura�que�el�del�motor�N55.�Está�herméticamente�aislado y�soldado�al�turbocompresor�de�gases�de�escape.�El�colector�de�escape�del�motor�N20�debe�ser del�tipo�cuatro�a�dos�debido�al�funcionamiento�especial�del�turbocompresor�de�gases�de�escape TwinScroll.�Reúne�en�uno�solo�los�canales�de�escape�de�los�cilindros�1�y�4,�y�los�de�los�cilindros�2�y�3, respectivamente.
Motor�N20,�colector�de�escape�con�turbocompresor�de�gases�de�escape
124
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. Índice
Explicación
1
Canales�de�escape�de�los�cilindros�1�y�4
2
Canales�de�escape�de�los�cilindros�2�y�3
3
Turbocompresor�de�gases�de�escape
5.4.2.�Catalizador El�motor�N20�dispone�de�un�catalizador�de�un�solo�flujo�con�dos�monolitos�cerámicos,�situado�cerca del�motor.
Motor�N20�en�un�X1�xDrive28i,�vista�en�sección�del�catalizador
Índice
Explicación
1
Conexión�al�sistema�de�escape
2
Elemento�de�desacoplamiento
3
Sonda�de�comprobación
4
Sonda�de�regulación
5
Conexión�a�la�turbina
6
Monolito�cerámico�1
7
Monolito�cerámico�2 Volumen
Diámetro
Número�de�celdas
Monolito�cerámico�1
0,75
118,4
600
Monolito�cerámico�2
0,99
125
400
Sondas�lambda Se�utilizan�las�conocidas�sondas�lambda�de�Bosch: 125
Motor�N20. 5.�Sist.�de�escape/gases�de�aspiración. •
Sonda�de�regulación:�sonda�lambda�universal�ADV
•
Sonda�de�comprobación:�LSF4.2.
La�sonda�de�regulación�está�situada�delante�del�precatalizador,�lo�más�cerca�posible�de�la�salida�de�la turbina.�Su�posición�se�seleccionó�de�tal�modo�que�permitiera�medir�los�valores�de�cada�de�cilindro por�separado.�La�sonda�de�comprobación�está�posicionada�entre�el�primer�y�el�segundo�monolito cerámico.
126
Motor�N20. 6.�Sistema�de�depresión. El�sistema�de�depresión�del�motor�N20�es�comparable�al�del�motor�N55.�Además�de�alimentar�el servofreno,�es�necesario�sobre�todo�para�activar�la�válvula�Wastegate�del�turbocompresor�de�gases�de escape.�En�el�motor�N20,�la�chapaleta�de�gases�de�escape�también�se�acciona�por�depresión.
Motor�N20,�sistema�de�depresión
Índice
Explicación
1
Conexión�del�servofreno
2
Bomba�de�depresión
3
Conexión�de�la�chapaleta�de�gases�de�escape
4
Acumulador�de�depresión
5
Convertidor�de�presión�electroneumático�(EPDW)�para�la�válvula�wastegate
6
Cápsula�de�depresión�de�la�válvula�Wastegate
127
Motor�N20. 6.�Sistema�de�depresión. La�bomba�de�vacío�tiene,�como�es�usual,�dos�etapas�para�que�el�servofreno�pueda�disponer�de�la mayor�parte�de�la�depresión�generada.�Se�utiliza�un�acumulador�de�depresión�a�fin�de�disponer siempre�de�la�depresión�suficiente�para�poder�accionar�la�válvula�Wastegate.�Éste�está�unido�a�la cubierta�de�motor�de�manera�fija.
Antes�de�retirar�la�cubierta�de�motor,�se�debe�soltar�la�tubería�de�depresión,�pues�de�lo�contrario�podría sufrir�daños.
128
Motor�N20. 7.�Preparación�de�la�mezcla. El�motor�N20�utiliza�la�inyección�de�alta�presión�(HDE)�introducida�por�primera�vez�con�el�motor�N55. Difiere�de�la�inyección�de�alta�precisión�(inyección�directa�de�chorro�dirigido�o�HPI)�por�el�uso�de sistemas�de�inyección�con�válvulas�electromagnéticas�e�inyectores�con�múltiples�orificios.
7.1.�Sinopsis La�sinopsis�siguiente�muestra�la�preparación�de�mezcla�del�motor�N20.�Coincide�esencialmente�con los�familiares�sistemas�con�inyección�directa�de�BMW.
Motor�N20,�preparación�de�mezcla
129
Motor�N20. 7.�Preparación�de�la�mezcla. Índice
Explicación
1
Conexión�de�la�válvula�de�regulación�de�caudal
2
Bomba�de�alta�presión
3
Tubería�de�baja�presión
4
Tubería�de�alta�presión�rail-inyector
5
Tubería�de�alta�presión�bomba�de�alta�presión-rail
6
Rail
7
Sistema�de�inyección�con�válvula�electromagnética
Se�utilizan�las�válvulas�de�inyección�de�alta�presión�de�Bosch�con�la�denominación�HDEV5.2.�La bomba�de�alta�presión�es�la�conocida�de�los�motores�de�4,�8�y�12�cilindros.�Una�novedad�que�incorpora el�motor�N20�es�que�las�tuberías�de�alta�presión�del�rail�al�sistema�de�inyección�ya�no�están�atornilladas en�el�lado�del�rail,�sino�soldadas.�Otra�particularidad�con�respecto�a�los�sistemas�conocidos�de�BMW es�la�eliminación�del�sensor�de�depresión�de�carburante.
Los�trabajos�en�el�sistema�de�combustible�se�deben�efectuar�exclusivamente�después�de�que�el motor�se�haya�refrigerado.�La�temperatura�del�líquido�refrigerante�no�debe�ser�superior�a�40�°C.�Esta condición�es�de�cumplimiento�obligatorio�porque,�de�lo�contrario,�existe�peligro�de�que�se�produzcan salpicaduras�de�combustible�por�efecto�de�la�presión�residual�presente�en�el�sistema�de�alta�presión de�combustible. Durante�los�trabajos�en�el�sistema�de�alta�presión�de�combustible,�obrar�con�la�máxima�limpieza y�seguir�estrictamente�los�métodos�de�trabajo�descritos�en�el�manual�de�reparaciones.�La�menor partícula�de�suciedad�y�el�más�mínimo�daño�en�los�atornillamientos�de�las�tuberías�de�alta�presión pueden�provocar�problemas�de�inestanqueidad. Durante�los�trabajos�en�el�sistema�de�combustible�del�motor�N20,�prestar�especial�atención�a�que las�bobinas�de�encendido�no�resulten�contaminadas�con�combustible.�La�resistencia�del�material�de silicona�se�ve�muy�menoscabada�en�caso�de�contacto�intenso�con�el�combustible.�Se�pueden�producir descargas�eléctricas�en�los�cabezales�de�las�bujías�y,�en�consecuencia,�fallos�de�encendido. •
Antes�de�efectuar�cualquier�transformación�en�el�sistema�de�combustible,�es�imprescindible retirar�las�bobinas�de�encendido�y�proteger�con�un�paño�el�hueco�de�las�bujías�de�manera�que el�combustible�no�pueda�entrar
•
Antes�de�montar�de�nuevo�los�sistemas�de�inyección�con�válvulas�electromagnéticas,�se deben�desmontar�las�bobinas�de�encendido�y�proceder�con�la�máxima�limpieza�posible.
•
Las�bobinas�de�encendido�que�se�hayan�ensuciado�mucho�con�combustible�deben�ser sustituidas.
7.2.�Regulación�de�la�bomba�de�combustible Como�ya�se�ha�mencionado�anteriormente,�en�el�motor�N20�se�ha�suprimido�el�sensor�de�depresión de�carburante.�De�ahí�que�se�utilice�la�conocida�regulación�de�caudal�basada�en�la�detección�del régimen�de�revoluciones�del�motor�y�de�la�carga. 130
Motor�N20. 7.�Preparación�de�la�mezcla. 7.3.�Bomba�de�alta�presión Se�emplea�la�bomba�de�alta�presión�Bosch�conocida�de�los�motores�N43,�N63�y�N74.�Se�trata�de�una bomba�de�un�émbolo�accionada�por�el�árbol�de�levas�de�escape�a�través�de�una�triple�leva. Puede�encontrar�más�información�sobre�la�bomba�de�alta�presión�en�la�información�del�producto�del motor�N74.
7.4.�Sistema�de�inyección El�sistema�de�inyección�con�válvula�electromagnética�HDEV5.2�de�Bosch�se�basa�en�una�válvula�con orificios�múltiples�que�se�abre�hacia�el�interior,�a�diferencia�del�sistema�de�inyección�piezoeléctrico�de abertura�hacia�el�exterior�de�los�motores�con�inyección�directa�de�chorro�dirigido�(HPI).�El�HDEV5.2 destaca�también�por�su�gran�versatilidad�en�lo�relativo�al�ángulo�de�pulverización�y�a�la�forma�del�chorro y�se�ha�diseñado�para�una�presión�del�sistema�de�hasta�200�bar. Este�sistema�de�inyección�ya�se�utilizaban�en�el�motor�N55.�Su�principio�de�funcionamiento�es�idéntico al�de�los�sistemas�de�inyección�utilizados�en�los�motores�N14�y�N73.
131
Motor�N20. 7.�Preparación�de�la�mezcla. Índice
Explicación
1
Conexión�de�combustible
2
Conexión�eléctrica
3
Vástago
4
Muelle�de�compresión
5
Bobina�magnética
6
Armadura�de�electroimán
7
Aguja�del�inyector
8
Difusor�de�6�orificios
Cuando�la�bobina�recibe�corriente,�genera�un�campo�magnético.�Éste�levanta�la�aguja�del�inyector del�asiento�de�válvula�contra�la�presión�de�muelle�y�abre�los�orificios�de�salida�del�inyector.�La�elevada presión�del�rail�empuja�el�combustible�a�través�de�los�orificios�de�salida,�de�manera�que�entra�en�el cilindro�a�gran�velocidad.�Para�finalizar�la�inyección,�la�alimentación�de�corriente�se�desconecta�y�la fuerza�elástica�hace�que�la�aguja�del�inyector�retorne�al�asiento�de�válvula.
132
Motor�N20. 7.�Preparación�de�la�mezcla. La�válvula�se�abre�y�cierra�muy�rápidamente�y�garantiza�una�sección�de�abertura�constante�durante�el tiempo�de�abertura.�El�caudal�de�combustible�inyectado�depende�por�tanto�de�la�presión�del�rail,�de�la contrapresión�en�la�cámara�de�combustión�y�del�tiempo�de�abertura�del�sistema�de�inyección. Puede�encontrar�más�información�sobre�el�control�del�sistema�de�inyección�en�el�apartado�dedicado�al sistema�eléctrico�del�motor. A�diferencia�de�los�sistemas�de�inyección�utilizados�hasta�ahora,�el�diseño�constructivo�de�la�culata�de los�motores�N55�y�N20�obliga�a�que�sus�sistemas�de�inyección�con�válvula�electromagnética�tengan un�vástago�largo�y�relativamente�delicado.�El�exterior�del�vástago�es�de�plástico.�En�su�interior�tiene�un tubo�metálico�que�actúa�como�tubería�de�combustible.
El�vástago�de�los�sistemas�de�inyección�con�válvula�electromagnética�resiste�unos�valores determinados�de�fuerza�de�tracción�y�de�par�de�apriete.�Al�desmontar�y�montar�los�sistemas�de inyección�es�imprescindible�seguir�el�procedimiento�especial�descrito�en�el�manual�de�reparaciones, pues�de�otro�modo�podrían�sufrir�daños.
133
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible. La�alimentación�de�combustible�es�específica�del�vehículo.�Entre�los�modelos�actualmente�existentes apenas�hay�cambios.�Por�ello,�aquí�se�detalla�únicamente�el�sistema�de�ventilación�del�depósito correspondiente�al�motor.
8.1.�Purga�de�aire�del�depósito La�purga�de�aire�del�depósito�del�motor�N20�tiene�distintas�versiones�según�el�equipamiento�y�la versión�de�país.�Difieren�en�el�número�de�conexiones�con�el�sistema�de�aire�de�admisión�y�en�la cantidad�de�válvulas�de�ventilación�del�depósito.
8.1.1.�Ejecución�simple La�ejecución�simple�se�monta�en�los�vehículos�más�ligeros,�p.�ej.,�el�X1�con�propulsión�estándar�y�caja de�cambios�manual.�Se�caracteriza�por�el�uso�de�una�válvula�eléctrica�de�ventilación�del�depósito�y porque�la�conexión�de�la�tubería�de�aire�de�barrido�a�la�carcasa�de�la�mariposa�está�situada�justo�detrás de�la�mariposa.�Esta�es�la�configuración�ya�conocida�de�numerosos�motores�BMW.
Motor�N20,�purga�simple�de�aire�del�depósito
134
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible. Índice
Explicación
1
Silenciador�de�aspiración
2
Válvula�de�mariposa
3
Conexión�de�la�purga�de�aire�del�depósito�tras�la�mariposa
4
Válvula�de�ventilación�del�depósito
5
Línea�procedente�del�filtro�de�carbón�activo�de�la�purga�de�aire�del�depósito
6
Sistema�de�aspiración
8.1.2.�Ejecución�de�dos�etapas La�ejecución�de�dos�etapas�se�ha�reservado�en�el�motor�N20�para�los�vehículos�más�pesados.�Se trataría�de�los�modelos�X1�con�xDrive�o�caja�de�cambios�automática.�La�necesidad�de�este�sistema más�costoso�se�debe�a�la�tecnología�de�inyección�directa�turbo�Valvetronic�TVDI,�en�el�que�es�mucho menos�frecuente�disponer�que�el�sistema�de�aspiración�disponga�de�un�valor�de�depresión�suficiente. Se�introdujo�con�el�motor�N55.
135
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible.
Motor�N20,�ejecución�de�dos�etapas�de�la�purga�de�aire�del�depósito
Índice
Explicación
1
Silenciador�de�aspiración
2
Tubo�de�aire�de�sobrealimentación�(del�radiador�de�aire�de�sobrealimentación�a la�mariposa)
3
Empalme�en�T�con�eyector
4
Tubo�de�aire�puro�(del�silenciador�de�aspiración�al�turbocompresor�de�gases�de escape)
136
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible. Índice
Explicación
5
Conexión�de�la�tubería�de�aire�de�barrido�de�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter del�cigüeñal
6
Conexión�de�la�purga�de�aire�del�depósito�en�el�tubo�de�aire�puro
7
Sistema�de�aspiración
8
Línea�procedente�del�filtro�de�carbón�activo�de�la�purga�de�aire�del�depósito
9
Válvula�de�ventilación�del�depósito
10
Válvula�de�mariposa
11
Conexión�previa�a�la�mariposa�para�el�sistema�de�accionamiento�del�eyector
En�la�ejecución�de�dos�etapas�hay�una�segunda�conexión�de�la�purga�de�aire�del�depósito�al�sistema de�aire�de�admisión.�De�manera�similar�a�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal,�en�el funcionamiento�con�sobrealimentación�se�utiliza�la�depresión�existente�entre�el�filtro�de�aire�y�el turbocompresor�de�gases�de�escape.�Es�la�razón�de�que�la�segunda�conexión�de�la�purga�de�aire�del depósito�se�encuentre�en�el�tubo�de�aire�puro.�La�conexión�común�se�comparte�con�la�tubería�de�aire de�barrido�de�la�ventilación�de�la�caja�del�cárter�del�cigüeñal.
Motor�N20,�sinopsis�de�la�ejecución�de�dos�etapas�de�la�purga�de�aire�del�depósito
137
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible. Índice
Explicación
1
Silenciador�de�aspiración
2
Turbocompresor�de�gases�de�escape
3
Empalme�en�T�con�eyector
4
Válvula�de�mariposa
5
Válvula�de�reserva�para�la�conexión�al�tubo�de�aire�puro
6
Válvula�de�ventilación�del�depósito
7
Válvula�de�reserva�para�la�conexión�tras�la�mariposa
No�siempre�se�puede�garantizar�que�la�depresión�presente�en�el�tubo�de�aire�puro�resulte�suficiente, por�lo�que�se�emplea�adicionalmente�un�eyector.�Para�el�accionamiento�de�éste,�la�línea�que�va�al eyector�se�conecta�antes�de�la�mariposa.�De�este�modo�se�consigue�una�unión�entre�el�tubo�de�aire�de sobrealimentación�y�el�tubo�de�aire�puro.�En�el�funcionamiento�con�sobrealimentación,�la�presión�del tubo�de�aire�de�sobrealimentación�siempre�es�mayor�que�la�del�tubo�de�aire�puro,�por�lo�que�se�genera en�esta�línea�una�corriente�hacia�el�tubo�de�aire�puro.
Motor�N20,�empalme�en�T�con�eyector�para�la�purga�de�aire�del�depósito
Índice
Explicación
1
Línea�hacia�el�tubo�de�aire�puro
2
Línea�procedente�de�la�válvula�de�ventilación�del�depósito
3
Empalme�en�T�con�eyector
4
Línea�procedente�del�tubo�de�aire�de�sobrealimentación
La�línea�procedente�de�la�válvula�de�ventilación�del�depósito�está�conectada�a�este�eyector.�El�efecto Venturi�garantiza�el�barrido�completo�del�filtro�de�carbón�activo. Sendas�válvulas�de�retención�situadas�en�ambas�líneas�procedentes�de�la�válvula�de�ventilación�del depósito�se�encargan�de�que,�si�hay�sobrepresión�en�estas�líneas,�no�llegue�a�la�válvula�de�ventilación del�depósito.
138
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible. 8.1.3.�Ejecución�de�dos�etapas�con�una�segunda�válvula Los�vehículos�de�la�versión�para�EE.�UU.�tienen�una�segunda�válvula�eléctrica�de�aspecto�muy�similar�a la�válvula�de�ventilación�del�depósito.�Se�denomina�válvula�de�cierre. La�válvula�de�cierre�sirve�para�efectuar�el�diagnóstico�del�segundo�punto�de�entrada�y,�en determinadas�condiciones�límite,�para�cerrar�la�primera�entrada�en�el�sistema�de�aspiración.
Motor�N20,�válvula�de�ventilación�del�depósito�en�la�versión�para�EE.�UU.
Índice
Explicación
1
Conexión�tras�la�mariposa
2
Línea�para�conexión�al�tubo�de�aire�puro
3
Válvula�de�ventilación�del�depósito
4
Conexión�procedente�del�filtro�de�carbón�activo
5
Válvula�de�cierre
Está�montada�justo�debajo�de�la�válvula�de�ventilación�del�depósito�y�puede�cerrar�la�línea�que�va�a�la mariposa.
139
Motor�N20. 8.�Alimentación�de�combustible.
Motor�N20,�sinopsis�de�la�ejecución�de�dos�etapas�de�la�purga�de�aire�del�depósito�con�segunda�válvula
Índice
Explicación
1
Silenciador�de�aspiración
2
Turbocompresor�de�gases�de�escape
3
Empalme�en�T�con�eyector
4
Válvula�de�mariposa
5
Válvula�de�reserva�para�la�conexión�al�tubo�de�aire�puro
6
Válvula�de�ventilación�del�depósito
7
Válvula�de�reserva�para�la�conexión�tras�la�mariposa
8
Válvula�de�cierre
Si�no�recibe�alimentación�de�corriente,�la�válvula�de�cierre�está�abierta.
140
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor. 9.1.�Sinopsis
Motor�N20,�esquema�eléctrico�del�sistema�MEVD17.2.4
141
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor. Índice
Explicación
1
Electrónica�del�motor�con�Valvetronic�e�inyección�directa�MEVD17.2.4
2
Sensor�de�presión�ambiental
3
Sensor�de�temperatura
4
Compresor�del�climatizador
5
Sistema�electrónico�caja�de�conexión
6
Sensor�de�presión�del�agente�frigorífico
7
Control�electrónico�de�la�bomba�de�combustible�(EKPS)
8
Bomba�de�combustible
9
Car�Access�System�CAS
10
Interruptor�de�luz�de�freno
11
Motor�de�arranque
12
Relé�principal�de�la�DME
13
Módulo�de�embrague
14
Relé�del�Valvetronic
15
Relé�del�encendido�y�los�sistemas�de�inyección
16
Relé�de�borne�30�conectado
17
Módulo�de�diagnóstico�de�la�purga�de�aire�del�depósito
18
Relé�del�electroventilador
19
Ventilador�eléctrico
20
Termostato�de�campo�característico
21
Válvula�de�recirculación�de�aire�por�empuje
22
Válvula�de�ventilación�del�depósito
23
Activador�electroimán�VANOS�del�árbol�de�levas�de�admisión
24
Activador�electroimán�VANOS�del�árbol�de�levas�de�escape
25
Sistema�de�sonido�del�motor�conmutable
26
Válvula�de�regulación�de�campo�característico
27
Convertidor�de�presión�electroneumático�(EPDW)�para�la�válvula�wastegate
28
Válvula�de�regulación�de�caudal
29�–�32
Sistema�de�inyección
33�–�36
Bobinas�de�encendido
37
Calefacción�de�la�purga�de�aire�del�motor
38
Conexiones�a�masa
39
Sonda�lambda�detrás�del�catalizador�(sonda�de�comprobación)
40
Sonda�lambda�previa�al�catalizador�(sonda�de�regulación)
41
Conexión�para�diagnóstico
142
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor. Índice
Explicación
42
Sensor�de�presión�del�tubo�de�admisión
43
Sensor�de�presión�rail
44
Sensor�de�temperatura�y�de�presión�del�aire�de�sobrealimentación
45
Sensor�de�picado�1�–�2
46
Sensor�de�picado�3�–�4
47
Medidor�de�volumen�de�aire�de�película�térmica�(HFM)
48
Transmisor�de�árbol�de�levas�de�admisión
49
Transmisor�de�árbol�de�levas�de�escape
50
Sensor�del�cigüeñal
51
Módulo�del�pedal�acelerador�(FPM)
52
Válvula�de�mariposa
53
Sensor�de�temperatura�de�líquido�refrigerante
54
Sensor�de�presión�y�temperatura�del�aceite
55
Sensor�térmico�de�nivel�de�aceite
56
Servomotor�Valvetronic
57
Control�dinámico�de�la�estabilidad�DSC
58
Sensor�inteligente�de�batería�(IBS)
59
Alternador
60
Bomba�de�líquido�refrigerante
9.2.�Dispositivo�de�mando�del�motor El�motor�N20�incorpora�el�sistema�electrónico�digital�del�motor�Bosch�denominado�MEVD17.2.4. Tiene�un�gran�parentesco�con�la�electrónica�digital�del�motor�N55�(MEVD17.2)�y�también�está montado�de�forma�fija�en�el�motor,�concretamente�en�el�sistema�de�aspiración.
143
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor.
Motor�N20,�sistema�electrónico�digital�del�motor
Índice
Explicación
1
Sistema�de�aspiración
2
Sistema�eléctrico�digital�del�motor
3
Válvula�de�mariposa
¡No�se�deben�efectuar�sustituciones�de�prueba�de�las�unidades�de�mando� En�ningún�caso�se�deben�efectuar�sustituciones�de�prueba�con�unidades�de�mando�de�otros�vehículos debido�al�bloqueo�electrónico�de�arranque�(EWS).�Un�ajuste�EWS�no�se�puede�deshacer. La�electrónica�digital�del�motor�N20�(MEVD17.2.4)�se�ha�diseñado�para�ir�montada�sobre�una�placa intermedia�de�aluminio�en�el�sistema�de�aspiración�del�motor.�La�electrónica�digital�del�motor�se refrigera�a�través�de�la�placa�intermedia�mediante�el�aire�que�entra�al�sistema�de�aspiración.�Una correcta�fijación�de�la�electrónica�digital�del�motor�en�la�placa�intermedia�(par�de�apriete,�planitud) es�importante�para�garantizar�la�transmisión�de�calor�a�la�placa�intermedia�y�la�refrigeración�de�la electrónica�digital�del�motor.
144
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor. El�motor�N20�se�ofrece�desde�marzo�en�el�E84,�por�lo�que�se�muestra�aquí�la�configuración�de�la�red de�a�bordo�2000�(p.�ej.,�E8x).�Sin�embargo,�esta�unidad�de�mando�sirve�también�para�la�conexión�a�la red�de�a�bordo�2020�(p.�ej.,�FlexRay,�conexión�a�LIN-bus,�conexión�al�sensor�inteligente�de�la�batería). El�planteamiento�de�los�conectores�es�idéntico�al�de�la�MEVD17.2�del�motor�N55.�Se�ha�aplicado�una división�lógica�en�seis�módulos.
Motor�N20,�conexiones�de�la�MEVD17.2.4
Índice
Explicación
1
Módulo�100,�conexión�al�vehículo,�48�contactos
2
Módulo�200,�sensores�y�actuadores�1,�58�contactos
3
Módulo�300,�sensores�y�actuadores�2,�58�contactos
4
Módulo�400,�servomotor�Valvetronic,�11�contactos
5
Módulo�500,�alimentación�de�la�electrónica�digital�del�motor,�12�contactos
6
Módulo�600,�inyección�de�combustible�y�encendido,�24�contactos
9.2.1.�Función�completa La�electrónica�digital�del�motor�(DME)�constituye�el�centro�de�cálculo�y�conmutación�de�la�gestión�del motor.�Las�señales�de�entrada�son�suministradas�por�sensores�situados�en�el�motor�y�en�el�vehículo. Con�las�señales�de�entrada,�los�valores�teóricos�determinados�por�la�unidad�de�mando�DME�a�través
145
Motor�N20. 9.�Sistema�eléctrico�del�motor. de�un�modelo�de�cálculo�y�los�campos�característicos�almacenados,�se�calculan�las�señales�para�el control�de�los�actuadores.�La�unidad�de�mando�DME�controla�los�actuadores�directamente�o�por medio�de�relés. La�unidad�de�mando�DME�se�activa�a�través�de�la�línea�de�excitación�(borne�15�wake�up)�procedente del�Car�Access�System�(CAS). Tras�la�desconexión�del�borne�15�comienza�el�avance.�Durante�el�avance�se�guardan�los�valores�de adaptación.�La�unidad�de�mando�DME�señaliza�el�estado�de�disposición�para�la�"desactivación"�a través�de�una�señal�del�bus.�Una�vez�que�todas�las�unidades�de�mando�implicadas�han�señalizado�su estado�de�disposición�para�la�"desactivación",�el�master�de�bus�emite�una�señal�del�bus�y�las�unidades de�mando�dan�por�terminada�la�comunicación�cinco�segundos�después. En�la�placa�de�circuitos�impresos�de�la�unidad�de�mando�DME�hay�dos�sensores:�un�sensor�de temperatura�y�un�sensor�de�presión�ambiental.�El�sensor�de�temperatura�sirve�para�el�control�térmico de�los�componentes�de�la�unidad�de�mando�DME.�Conocer�el�valor�de�presión�ambiental�es�necesario para�calcular�la�composición�de�la�mezcla.
146
Bayerische�Motorenwerke�Aktiengesellschaft Händlerqualifizierung�und�Training Röntgenstraße�7 85716�Unterschleißheim,�Germany