Teilnehmerunterlage S85B50 Motor BMW Service - Uploadarea.de
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Inhalt<strong>S85B50</strong> <strong>Motor</strong>Einleitung 1Systemübersicht 3Systemkomponenten 15
7Einleitung<strong>S85B50</strong> <strong>Motor</strong>EinleitungDer <strong>S85B50</strong> ist <strong>de</strong>r erste Zehnzylin<strong>de</strong>r-<strong>Motor</strong>von <strong>BMW</strong> für ein Serienfahrzeug. DieHochdrehzahlauslegung <strong>de</strong>s S85 ist Garantfür ein sehr spontanes Ansprechen <strong>de</strong>s<strong>Motor</strong>s und eine gleichmäßigeLeistungsentfaltung. Durch die für einenSerienmotor sehr hohe Höchstdrehzahl von8.250 1 / min ist ein extrem steifer <strong>Motor</strong>blocknotwendig.Aus diesem Grund wur<strong>de</strong> für <strong>de</strong>n <strong>Motor</strong>blockeine Bedplate-Konstruktion gewählt. Auch <strong>de</strong>rZylin<strong>de</strong>rkopf ist einteilig, um einegrößtmögliche Steifigkeit zu erzielen undDichtflächen zu reduzieren.Der Ventiltrieb und beson<strong>de</strong>rs dieKastenstößel mit hydraulischemVentilspielausgleich (HVA) wur<strong>de</strong>n gewichtsundreibungsoptimiert.Die hohe Dynamik und Spontanität <strong>de</strong>s<strong>Motor</strong>s erfor<strong>de</strong>rt eine sehr schnelleVerstellung <strong>de</strong>r VANOS. Dies wird durch einenÖldruck von 80 bar sowie neuenProportionalventilen und VANOS-Getriebenerreicht.Ebenfalls sind für das schnelle Ansprechen<strong>de</strong>s <strong>Motor</strong>s die Einzeldrosselklappenerfor<strong>de</strong>rlich, die seitenspezifisch betätigtwer<strong>de</strong>n.Um die hohe Leistung an das Getriebeübertragen zu können, ist <strong>de</strong>r S85 mit einerZweischeibenkupplung undZweimassenschwungrad (ZMS) ausgerüstet.Technische Daten<strong>Motor</strong>bezeichnung <strong>S85B50</strong>Bauart V10, 90°Hubraum 4.999 cm 3Bohrung92 mmHub75,2 mmLeistung373 kW/507 PS bei7.750 1 / minDrehmoment 520 Nm bei 6.100 1 / minDrehzahl8.250 1 / minGewicht240 kg1 - <strong>S85B50</strong> Leistungsdiagramm1
8Systemübersicht<strong>S85B50</strong> <strong>Motor</strong><strong>Motor</strong>block mit Bedplate1 - Kurbelgehäuse mit Bedplate (grau = Aluminium, dunkelgrau = Grauguss, blau = Wasserraum, gelb = Ölraum)Bei konventionellen Kurbelgehäusen sind dieunteren Lager <strong>de</strong>r Kurbelwelle als einzelneLagerbrücken ausgeführt.Um die Kolbenkräfte sicher aufnehmen zukönnen, sind diese "Hauptlagerbrücken" ausGrauguss.Die Lagerbrücken sind vorgegossen undwer<strong>de</strong>n nach <strong>de</strong>r ersten Montage zusammenmit <strong>de</strong>m Kurbelgehäuse bearbeitet.Beim Kurbelgehäuse mit Bedplate ist dasKurbelgehäuse in Höhe <strong>de</strong>rKurbelwellenachse in Kurbelgehäuseoberteilund Kurbelgehäuseunterteil, <strong>de</strong>m sogenannten Bedplate, geteilt.Bei geteiltem Kurbelgehäuse mit Bedplatesind die Lager <strong>de</strong>r Kurbelwelle Bestandteileines eigenen stabilen Rahmens, <strong>de</strong>mBedplate.Das Bedplate wird zusammen mit <strong>de</strong>mKurbelgehäuse bearbeitet und nach <strong>de</strong>rKurbelwellenmontage an dasKurbelgehäuseoberteil montiert.Merkmale– Durch das kompakte Bedplate wird dasKurbelgehäuse zur Ölwanne hin zusätzlichversteift. Dadurch wird <strong>de</strong>r Gesamtmotorauch insgesamt steifer undwi<strong>de</strong>rstandsfähiger gegen Verwindungen.– Durch die zusätzliche Versteifung <strong>de</strong>sKurbelgehäuses verbessert sich auch die<strong>Motor</strong>akustik.– Das Bedplate bietet die Möglichkeit,zusätzliche Baugruppen im unteren<strong>Motor</strong>bereich unterzubringen.– Das Bedplate ermöglicht eine einfache undschnelle Montage <strong>de</strong>rKurbelwellenhauptlagerung3
8Bedplate-Verschraubung2 - Bedplate-VerschraubungDas Bedplate wird am Kurbelgehäuseoberteilmit <strong>de</strong>n Hauptlagerschrauben verschraubt.Zur Lagefixierung dienen Passhülsen (NG4)o<strong>de</strong>r Schrauben mit fliegen<strong>de</strong>n Passhülsen(S85). Die <strong>Motor</strong>nummer ist am Bedplateeingestanzt (siehe Pfeil).Zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßenFunktion <strong>de</strong>r Kurbelwelle ist die Einhaltung<strong>de</strong>r vorgeschriebenen Reihenfolge <strong>de</strong>rBedplate-Verschraubung zwingen<strong>de</strong>rfor<strong>de</strong>rlich. Abweichungen davon führen zu<strong>Motor</strong>schä<strong>de</strong>n und Undichtigkeiten imBedplate/Kurbelgehäuse.Das Bedplate ermöglicht eine einfache undschnelle Montage <strong>de</strong>rKurbelwellenhauptlagerung.Das Bedplate muss zum Kurbelgehäuse hinabgedichtet wer<strong>de</strong>n. Da dieKurbelwellenbohrung gemeinsam mit <strong>de</strong>mverschraubten Bedplate gefertigt wird, kannkeine Flachdichtung verwen<strong>de</strong>t wer<strong>de</strong>n, dasich ansonsten die Kurbelwellenbohrungvergrößert. Deshalb erfolgt bei <strong>Motor</strong>en miteinem Bedplate die Abdichtung mittels einemFlüssigdichtmittel in einer Nut.3 - Einspritzöffnung am Kurbelgehäuse für die FlüssigabdichtungDas Flüssigdichtmittel wird nach <strong>de</strong>rkompletten Verschraubung <strong>de</strong>s Bedplates andas Kurbelgehäuse über die Einspritzdüsen indie Nut eingepresst.4
8Bedplate-AbdichtungAn <strong>de</strong>n Austrittsstellen wird mit Primer dasFlüssigdichtmittel zum Aushärten gebracht.4 - Austritt DichtmittelKurbeltriebDie geschmie<strong>de</strong>te Kurbelwelle weist eineHubzapfenfolge von 72° auf.Das Kettenrad für <strong>de</strong>n Primär-Steurtriebist in einem Teil mit <strong>de</strong>r Kurbelwelleverarbeitet.Sowohl die Kolben als auch die Stahl-Crack-Pleuel sind asymmetrisch.5 - Kurbelwelle mit Pleuel und Kolben5
8Zylin<strong>de</strong>rkopfDie einteilige Ausführung <strong>de</strong>s Zylin<strong>de</strong>rkopfesbietet im Wesentlichen Vorteile hinsichtlich<strong>de</strong>r Steifigkeit, aber auch bzgl. <strong>de</strong>rReduzierung von Dichtflächen.Im Kopf sind sowohl <strong>de</strong>r Leerlaufluftkanal alsauch <strong>de</strong>r Sekundärluftkanal integriert.6 - Querschnitt Zylin<strong>de</strong>rkopf (rot = Schnittkante, orange =Sekundärluftkanal, blau = Wasserraum, aqua = Leerlaufluftkanal)Steuertrieb8 - Ventiltrieb7 - Steuertrieb S85Je eine Steuerkette mit eigenemKettenspanner treibt die jeweiligeEinlassnockenwelle an (Primär-Steuertrieb).Der Antrieb von <strong>de</strong>r Einlassnockenwelle zurAuslassnockenwelle erfolgt durch einenZahntrieb (Sekundär-Steuertrieb).Die Hydrostößel <strong>de</strong>s S85 sind aus GewichtsundReibungsgrün<strong>de</strong>n von <strong>de</strong>r Form an dieKastenstößel, wie sie von Rennmotorenbekannt sind, angelehnt. Da sie sich imZylin<strong>de</strong>rkopf nicht drehen dürfen, sind in <strong>de</strong>nStößeln Verdrehna<strong>de</strong>ln eingepresst, die in<strong>de</strong>n, im Zylin<strong>de</strong>rkopf eingefrästen Nutenlaufen.6
8VANOS9 - VANOS-StelleinheitSowohl Auslass- als auch Einlassnockenwellewer<strong>de</strong>n, wie vom S62 bekannt, auch beim S85durch die VANOS verstellt. DieEinlassnockenwellen weisen einenVerstellweg von 66° KW und dieAuslassnockenwellen 37° KW auf.Der Öldruck von 80 bar wird von einer, in <strong>de</strong>rÖlwanne verbauten Hockdruckpumpe zurVerfügung gestellt. Die Hochdruckpumpewird über ein Zahnrad direkt von <strong>de</strong>rKurbelwelle angetrieben.Über drei Druckleitungen gelangt das unterDruck stehen<strong>de</strong> <strong>Motor</strong>öl zu <strong>de</strong>n bei<strong>de</strong>nVANOS-Stelleinheiten und zumDruckspeicher.An <strong>de</strong>n Stelleinheiten sind je zweiProportionalventile verbaut, die <strong>de</strong>n Öldruckstufenlos variieren. Gegenüber <strong>de</strong>n früherverwen<strong>de</strong>ten Wegeventilen bietenProportionalventile kürzere Verstellzeiten un<strong>de</strong>ine höhere Betriebssicherheit.7
810 - Hydraulikplan <strong>de</strong>r VANOS-Stelleinheit S85In<strong>de</strong>x Erklärung In<strong>de</strong>x ErklärungA Auslass 4 Filter 190 µmB Einlass 5 Einspeisventil (Druckreduzierventil)C früh 6 Proportionalventil (3/2-Wege)D spät 7 Verstellkolben Druckspeicher1 <strong>Motor</strong>ölpumpe (1-5 bar) 8 Druckspeicherabsperrventil2 Filter 80 µm 9 Druckspeicher3 Hochdruckpumpe 80 bar (HDP) 10 Druckbegrenzungsventil HDPVANOS Hydraulikeinheiten(Aktuatoren)Der Verstellweg <strong>de</strong>r Kolben in <strong>de</strong>r VANOS-Stelleinheit wird durch ein, in die Kettenrä<strong>de</strong>rintegriertes stufenloses Getriebe in eineDrehbewegung umgesetzt.8
8Riementrieb11 - Riementrieb über ganze Seitenbreite13 - NebenriementriebDer Nebenriementrieb umfasst dieLenkhilfepumpe und <strong>de</strong>n Klimakompressor.Der Antrieb erfolgt über die Riemenscheibe an<strong>de</strong>r Kurbelwelle.12 - HauptriementriebVom Haupttrieb angetrieben wer<strong>de</strong>n dieWasserpumpe und <strong>de</strong>r Generator. Der Antrieberfolgt über die Riemenscheibe an <strong>de</strong>rKurbelwelle.9
8Kühlkreislauf14 - KühlkreislaufSowohl Zylin<strong>de</strong>rkopf als auch <strong>Motor</strong>block sindin bekannter Weise quer durchströmt. Neu istjedoch, dass je<strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>rkopf einen eigenenKühlervorlauf aufweist und <strong>de</strong>r Thermostat imRücklauf sitzt. Der Kühler ist in einen oberenund unteren Wasserkasten aufgeteilt. Derobere Wasserkasten wird vom Kühlmitteldurchströmt, das vom Zylin<strong>de</strong>rkopf 6-10austritt. Der untere Wasserkastenentsprechend vom Zylin<strong>de</strong>rkopf 1-5.Durch <strong>de</strong>n zweiteiligen Kühler sind dreiEntlüftungsöffnungen und zweiEntlüftungsleitungen zur einwandfreienSelbstentlüftung notwendig.Der Abgriff für <strong>de</strong>n Heizungswärmetauscherist an <strong>de</strong>n Zylin<strong>de</strong>rköpfen hinten angebracht.Der Heizungsrücklauf und die Leitung zumAusgleichsbehälter wer<strong>de</strong>n vor <strong>de</strong>rWasserpumpe mit einem T-Stückzusammengefasst.10
8Ölkreislauf Schmierung15 - Ölkreislauf S85Der S85 ist mit einem Quasitrockensumpfausgerüstet. Aus diesem Grund wird eineSaugpumpe eingesetzt, um das Öl aus <strong>de</strong>rÖlwanne im Bereich vor <strong>de</strong>m Zahnstangen-Hydrolenkgetriebe in <strong>de</strong>n hinteren Ölsumpf zuför<strong>de</strong>rn. Von dort saugt eine regelbarePen<strong>de</strong>lschieberpumpe das Öl ab und drücktes mit max. 5 bar in <strong>de</strong>n Ölfilter. Im Ölfilterkopfbefin<strong>de</strong>t sich zu<strong>de</strong>m ein Thermostat, <strong>de</strong>r <strong>de</strong>nWeg zum <strong>Motor</strong>ölkühler freigibt. Vom Ölfiltergelangt das Öl in <strong>de</strong>n <strong>Motor</strong>. Dort teilt es sichüber drei Leitungen zu <strong>de</strong>n bei<strong>de</strong>n Köpfen undzum Kurbelgehäuse auf. Eine Beson<strong>de</strong>rheitsind die bei<strong>de</strong>n elektrischen Ölpumpen, die an<strong>de</strong>r Ölwanne links und rechts angebracht sind.Die elektrischen Pumpen laufen ab einerQuerbeschleunigung von 0,8 G an undSaugen das Öl von <strong>de</strong>n Zylin<strong>de</strong>rköpfen ab, dasbei diesen Fliehkraftverhältnissen ansonstennicht mehr zur Ölwanne zurückfliesen wür<strong>de</strong>.Die Kurbelgehäuseentlüftung erfolgt jeweilsüber einen Zyklonabschei<strong>de</strong>r im Sammler fürAnsaugluft. Die Rücklaufleitung vomÖlabschei<strong>de</strong>r sowie dieKon<strong>de</strong>nsatrücklaufleitungen von <strong>de</strong>nSammlern für Ansaugluft wer<strong>de</strong>n amKurbelgehäuse auf <strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>rseite 6-10 in<strong>de</strong>n Ölsumpf geleitet.11
8Sammler für Ansaugluft16 - Sammler für Ansaugluft S85Der S85 hat für je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite eineneigenen Sammler für Ansaugluft. ÜberSchläuche wer<strong>de</strong>n die Sammler fürAnsaugluft mit <strong>de</strong>n Drosselklappenstutzenverbun<strong>de</strong>n.10 Einzeldrosselklappen steuern dieLuftzufuhr für <strong>de</strong>n S85. DieEinzeldrosselklappen je<strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>rseitewer<strong>de</strong>n separat durch einen Stellantrieb übereine Betätigungswelle betätigt. DieStellmotoren arbeiten unabhängigvoneinan<strong>de</strong>r.17 - S85 DrosselklappenDie Drosselklappen wer<strong>de</strong>n zueinan<strong>de</strong>reingestellt (wie S54). Die Synchronisation <strong>de</strong>rZylin<strong>de</strong>rseiten zueinan<strong>de</strong>r, sowie dieEinstellung <strong>de</strong>s Volllastanschlags entfällt. Dieerfor<strong>de</strong>rlichen Korrekturen wer<strong>de</strong>n von <strong>de</strong>r<strong>Motor</strong>steuerung übernommen (siehe Kapitel<strong>Motor</strong>steuerung MS_S65).LeerlaufsystemDer Leerlauf wird über zwei Leerlaufstellergesteuert, die die aus <strong>de</strong>n Sammlern fürAnsaugluft angesaugte Luft direkt in <strong>de</strong>nLeerlaufluftkanal <strong>de</strong>s jeweiligenZylin<strong>de</strong>rkopfes führen. Je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite wirdindividuell gesteuert.18 - Leerlaufsystem12
8Sekundärluftsystem19 - SekundärluftsystemIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Membranventil2 Sekundärluftsteller (nur US-Ausführung)3 SekundärluftpumpeDie Sekundärluft wird überunterdruckgesteuerte Membranventile an <strong>de</strong>nZylin<strong>de</strong>rköpfen in die Auslasskanäle eingeblasen.Der Unterdruck zur Ansteuerung <strong>de</strong>rSekundärluftventile wird aus <strong>de</strong>m Zylin<strong>de</strong>rkopfZylin<strong>de</strong>rseite 6-10 entnommen und mit <strong>de</strong>mElektro-Umschaltventil geschaltet. EinRückschlagventil verhin<strong>de</strong>rt das Rücksaugenin <strong>de</strong>n Zylin<strong>de</strong>rkopf.Die Leitungsführung <strong>de</strong>r Unterdruckleitungenvom Elektro-Umschaltventil zu <strong>de</strong>nSekundärluftventilen verläuft imKabelbaumschacht.Über die elektrische Sekundärluftpumpe wirdnach <strong>de</strong>m <strong>Motor</strong>start <strong>de</strong>m Abgas Frischluftbeigemischt. Dies bewirkt eine Oxidation <strong>de</strong>runverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas.Dadurch wird zum einen <strong>de</strong>r HC-Anteil imAbgas gesenkt und zum an<strong>de</strong>ren die Light off-Temperatur <strong>de</strong>r motornahenHauptkatalysatoren schneller erreicht. Für dieEinhaltung <strong>de</strong>r strengen Abgasgesetze in <strong>de</strong>nUSA ist es notwendig, die Sekundärluft zusteuern, wofür bei <strong>de</strong>r US-Ausführung <strong>de</strong>sS85 ein Sekundärluftsteller in <strong>de</strong>rSekundärluftleitung dient.13
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9Systemkomponenten<strong>S85B50</strong>Grundmotor und AnbauteileKurbelgehäuseoberteilDas Kurbelgehäuseoberteil ist aus einerAluminiumgusslegierung (GK Al-Si17Cu4Mg T5) hergestellt. Die LaufflächenBedplateDas Bedplate besteht aus einemAluminiumrahmen (G AlSi7Mg0,3 T6), in <strong>de</strong>mGraugusslagerbrücken (GGG 60)eingegossen sind. Nach <strong>de</strong>m Vergießen wirdKurbelgehäuseDas Kurbelgehäuse ist aus Bedplate undKurbelgehäuseoberteil zusammengesetzt.Die Abdichtung erfolgt, wie schon beim N42,durch eine Flüssigdichtung in einer Nut, die imKurbelgehäuseoberteil eingefräst ist.Um ein Verspannen <strong>de</strong>s Kurbelgehäuses bei<strong>de</strong>r Montage von Kurbelgehäuseoberteil undBedplate zu vermei<strong>de</strong>n, ist die Montagefolgeunbedingt einzuhalten:1. Positionieren <strong>de</strong>s Bedplates diagonal an<strong>de</strong>n Lagerstühlen 1und 6 mittels zweiSchrauben M8x94.2. Bedplate mit <strong>de</strong>n zehn M8x94 SchraubenanheftenZylin<strong>de</strong>rkopfDer Zylin<strong>de</strong>rkopf ist aus einerAluminiumgusslegierung<strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>r sind nach <strong>de</strong>m Alusil-Verfahrenbearbeitet.das Bauteil für 8 Stun<strong>de</strong>n bei 525 °Cgeglüht, anschließend in 70 °C warmemWasser abgeschreckt und 5 Stun<strong>de</strong>n bei165 °C warm ausgelagert.3. Anziehen <strong>de</strong>r Schrauben M11x115 mitSetzmoment4. Anziehen <strong>de</strong>r Schrauben M11x115 mitDrehwinkel5. Anziehen <strong>de</strong>r Schrauben M8x94 mitSetzmoment6. Anziehen <strong>de</strong>r Schrauben M8x94 mitvorgeschriebenem Drehmoment7. Anziehen <strong>de</strong>r Schrauben M8x60, M8x35und M8x25 mit vorgeschriebenemDrehmoment.(GK AlSiMgCu0,5 wa) hergestellt.15
9Kurbelwelle/HauptlagerDie Kurbelwelle ist aus <strong>de</strong>m hochfesten Stahl42CrMo4 geschmie<strong>de</strong>t und wiegt 21,63 kg.Nach <strong>de</strong>m Schleifen <strong>de</strong>r Lagerstellen wird dieWelle nitrocarburiert.An <strong>de</strong>r Kurbelwange <strong>de</strong>s ersten Hauptlagerssind die Farbko<strong>de</strong>s <strong>de</strong>r Hauptlagerschaleneingeprägt.1 - Kennzeichnung <strong>de</strong>r Hauptlager-Klassierung (G = grün; Y = gelb; V =violett)PleuelDer geschmie<strong>de</strong>te Pleuel <strong>de</strong>s S85 wird aus<strong>de</strong>m Werkstoff 70MnVS4 BY hergestellt. Wiebeim S54 Pleuel wird auch beim S85 Pleueldas große Pleuelauge gekrackt, wodurch eineunverwechselbare Trennfuge mit besterPassgenauigkeit erzielbar ist. Das kleinePleuelauge ist wie bei <strong>de</strong>n NG-<strong>Motor</strong>entrapezförmig ausgeführt, wodurch die Kraftüber eine größere Fläche abgestützt wird. DiePleuel wiegen 582 g und wer<strong>de</strong>n mit einerToleranz ± 2 g gefertigt. Aufgrund dieser sehrengen Toleranzen ist keine Klassierungnotwendig. Bei <strong>de</strong>r Montage von Pleuel undKolbenmussberücksichtigtwer<strong>de</strong>n,dassdasPleuel asymmetrisch ist und somit wie <strong>de</strong>rKolben fahrtrichtungsgebun<strong>de</strong>n montiertwer<strong>de</strong>n muss.Die einseitige Reduzierung <strong>de</strong>s Anlauf-Bun<strong>de</strong>s pro Pleuel um 1,5 mm dient dazu, <strong>de</strong>nSeitenversatz um insgesamt 3 mm zuverkürzen und somit auch die gesamte<strong>Motor</strong>länge um 3 mm zu verringern. DieEinbaurichtung wird am Pleuel durch zweiErhebungen gekennzeichnet.2 - Asymmetrie <strong>de</strong>s Pleuels16
9Der vorgeschriebene Arbeitsablauf beimVerschrauben <strong>de</strong>r Pleuelschrauben istzwingend einzuhalten. Das dreimaligeAnziehen mit gleichem Anzugswinkel bewirktin <strong>de</strong>n Pleuelschrauben einen gewissenTrainingseffekt (Kaltverfestigung), was zueiner erhöhten Vorspannkraft und gleichzeitigzu einer minimierten Vorspannkraftstreuungführt.3 - Einbaurichtung PleuelKolbenDer Kolben ist aus Aluminium(Al Si12CuNiMg) gegossen. Da einAluminiumkolben ein ungünstiger Reibpartnerfür einen Aluminiumzylin<strong>de</strong>r darstellt, ist <strong>de</strong>rKolbenschaft mit einer galvanischenNockenwelleDie neunfach gelagerte Nockenwelle ist ausHartschalenguss (GGG 60) hohlgegossen.Das Geberrad für <strong>de</strong>n Nockenwellensensor istbeim S85 erstmals an <strong>de</strong>r NockenwelleEisenbeschichtung (Ferrostan), die eineSchichtstärke von ca. 10 µm aufweist,versehen. Eine ca. 2 µm-Zinnschicht dientdarüber hinaus als Einlaufschicht.angegossen. Für die Zentralverschraubung<strong>de</strong>r VANOS-Getriebe ist in <strong>de</strong>n Nockenwellenein M12x1 Gewin<strong>de</strong> vorhan<strong>de</strong>n.Ventilfe<strong>de</strong>rnFür <strong>de</strong>n S85 kommen konische Ventilfe<strong>de</strong>rnzum Einsatz. Für Einlass und Auslass wer<strong>de</strong>ndie gleichen Fe<strong>de</strong>rn verwen<strong>de</strong>t.VentilkeileDie Ventilkeile sind als einreihigeKlemmventilkegelstücke ausgeführt. ImGegensatz zu <strong>de</strong>n dreireihigen Ventilkeilenverhin<strong>de</strong>rn diese Klemmkegelstücke einVerdrehen <strong>de</strong>s Ventils während <strong>de</strong>s Betriebs,da durch die saubere Verbrennung und <strong>de</strong>nsehr engen Fertigungstoleranzen we<strong>de</strong>r einReinigungseffekt noch ein Einlaufverhaltenerfor<strong>de</strong>rlich ist. Ein Vorteil <strong>de</strong>rKlemmkegelstücke liegt im geringerenGewicht (ca. 50 % weniger Gewicht alsdreireihige Ventilkeile).Darüber hinaus wird die Kraft <strong>de</strong>r Ventilfe<strong>de</strong>rnicht formschlüssig über die Rillen imVentilschaft übertragen, son<strong>de</strong>rnkraftschlüssig. Dies ist bei einemSchaftdurchmesser von 5 mm wesentlichmaterialschonen<strong>de</strong>r.17
9KastenstößelKastenstößel erlauben gegenüberTassenstößel eine wesentlich höhereBalligkeit. Dadurch ergibt sich eine geringereAuswan<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>s Berührpunktes vonNocken und Stößel. Eine Alternative dazustellt das Hohlschleifen <strong>de</strong>r Nocken dar, wasmit einem erhöhten Fertigungsaufwandverbun<strong>de</strong>n ist, o<strong>de</strong>r ein Tassenstößel mitwesentlich größerem Durchmesser und somitum ca. 20 g mehr Gewicht pro Stößel.Bezüglich <strong>de</strong>r bewegten Massen ist nach wievor <strong>de</strong>r Ventiltrieb <strong>de</strong>s S54 unübertroffen, jedochstellt <strong>de</strong>r Kastenstößel <strong>de</strong>s S85 dasOptimum im ZielkonfliktWartungsfreundlichkeit, Fertigungstechnikund bewegte Massen dar.VentileSowohl Auslass- als auch Einlassventil sindVollschaftventile mit einemSchaftdurchmesser von 5 mm. DieEinlassventile sind aus <strong>de</strong>m VentilstahlX45CrSi9-3 hergestellt. DerAuslassventilschaft besteht ebenfalls ausX45CrSi9-3 und ist mit <strong>de</strong>m Ventilteller ausNiCr20TiAl reibverschweißt.VANOS-HochdruckpumpeUm <strong>de</strong>n Füllgrad zu verbessern, ist amAuslassventil im Bereich <strong>de</strong>s Ventilsitzes nichtwie üblich noch ein zylindrischer Auslaufangeformt, son<strong>de</strong>rn die 70° Schräge läuft spitzaus. Aus diesem Grund ist das Einlassventilsehr vorsichtig zu handhaben, da jegliches"Anstoßen" unweigerlich eine Beschädigung<strong>de</strong>r Kante nach sich zieht.4 - VANOS-HochdruckpumpeDie Hochdruckpumpe ist alsRadialkolbenpumpe mit fünf Pumpkolbenausgeführt. Der Antrieb erfolgt über einenZahnradtrieb direkt von <strong>de</strong>r Kurbelwelle. ZurVermeidung von Verzahnungsgeräuschenmuss das Hockdruckpumpenkettenrad bei<strong>de</strong>r Montage mit <strong>de</strong>m beschichteten Teilspielfrei zur Kurbelwelle zeigen. Durch dasAbschaben <strong>de</strong>r Beschichtung stellt sich danndas richtige Zahnspiel selbstständig ein.5 - Beschichtetes Segment <strong>de</strong>s Hochdruckpumpenzahnra<strong>de</strong>sDie Hochdruckpumpe wird aus <strong>de</strong>m Bedplatemit <strong>Motor</strong>öldruck versorgt. In <strong>de</strong>rÜbergangsbohrung vom Bedplate zurHochdruckpumpe ist ein Feinfilter mit 80 µmverbaut. Dieser Filter dient nur dazu, um evtl.Verschmutzung bei <strong>de</strong>r Serienproduktionzurückzuhalten und wird im Fahrbetrieb nichtgetauscht.In <strong>de</strong>r Hochdruckpumpe sorgt einEinspeisventil für eine konstanteÖlmengenzufuhr im gesamten<strong>Motor</strong>öldruckbereich.18
97 - Radialkolben Hochdruckpumpe mit fest stehen<strong>de</strong>m Stator 1 undbeweglichem Rotor 26 - Einspeisventil <strong>de</strong>r HochdruckpumpeIn<strong>de</strong>x Erklärung1 <strong>Motor</strong>öl2 Ölzulauf HochdruckpumpeDie Hochdruckpumpe besteht aus <strong>de</strong>m festenStator, um <strong>de</strong>n sich <strong>de</strong>r bewegliche Rotordreht. Im Rotor sind fünf bewegliche Kolbengelagert. Stator und Rotor sind außermittig imPumpengehäuse eingebaut. Dadurch wer<strong>de</strong>ndie Kolben beim Drehen <strong>de</strong>s Rotors radialzwangsgeführt und somit diePumpenhubbewegung erzeugt.In<strong>de</strong>x Erklärung1 Rotor2 Stator3 Pumpengehäuse4 <strong>Motor</strong>öl wird durch Stator zugeführtund von <strong>de</strong>n Kolben angesaugt5 <strong>Motor</strong>öl wird verdichtet und mit 80bar zurück in <strong>de</strong>n StatorabgegebenBei Druckspitzen im Hochdrucksystem öffnetsich das in <strong>de</strong>r Hochdruckpumpe integrierteDruckbegrenzungsventil und gibt so einenBypass zur Ölwanne frei.Das unter einem Druck von 80 bar stehen<strong>de</strong>Öl wird über drei Druckleitungen zu <strong>de</strong>nbei<strong>de</strong>n VANOS-Stelleinheiten und zumDruckspeicher geleitet.19
9VANOS-Hochdrucksystem8 - HochdruckleitungsverlaufVANOS-AktuatorenAuslassverstellung in Richtung spät.Die Verstellkolben sind als doppelwirken<strong>de</strong>Zylin<strong>de</strong>r aufgebaut und im Verstellweg für EinundAuslassnockenwellen unterschiedlich.9 - VerstelleinheitIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Verstellrichtung früh2 Einlass3 Steckkontakte4 Auslass5 Verstellrichtung spätZur Verstellung <strong>de</strong>r VANOS-Getriebe gibt esfür je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite eine eigeneVerstelleinheit, die so genannten Aktuatoren.Versorgt wer<strong>de</strong>n diese mit Hochdrucköl aus<strong>de</strong>r VANOS-Hochdruckpumpe.Da Einlassnockenwelle undAuslassnockenwelle aufgrund <strong>de</strong>rZahnradverbindung gegenläufig drehen,erfolgt beim Ausfahren <strong>de</strong>s Kolbens dieEinlassverstellung in Richtung früh und die10 - Verstellkolben HubIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Hub20
9Der Hub an <strong>de</strong>r Auslassseite von maximal14,25 mm entspricht 18,5° NW = 37° KW.Der Hub an <strong>de</strong>r Einlassseite von maximal25,25 mm entspricht 33° NW = 60° KW.Die Verstellkolben sind beim Ausfahren inbei<strong>de</strong>n Kolbenräumen mit <strong>de</strong>m Systemdruckvon 80 bar beaufschlagt. Deshalb erfolgt dieAusfahrbewegung nur aufgrund <strong>de</strong>runterschiedlichen Kolbenflächen. Das Öl aus<strong>de</strong>m kleinen Kolbenraum wird dabei in <strong>de</strong>nHochdruckkreislauf abgegeben. DasAusfahren <strong>de</strong>s Verstellkolbens erfor<strong>de</strong>rt einvoll angesteuertes Proportionalventil.Haltefunktion und Einfahrbewegung wer<strong>de</strong>ndurch Absenken <strong>de</strong>s Ölzuflusses auf <strong>de</strong>r Seitemit <strong>de</strong>r größeren Kolbenfläche mittels einerTeilansteuerung <strong>de</strong>s Proportionalventilsdargestellt. Durch <strong>de</strong>n verringerten Ölzuflusssinkt <strong>de</strong>r Öldruck, womit auch dieKräfteverhältnisse auf dieVerstellkolbenflächen verän<strong>de</strong>rt wer<strong>de</strong>n. DieEinfahrbewegung <strong>de</strong>r Verstellkolben wirddurch die Nockenwellen unterstützt, da dieseaufgrund <strong>de</strong>r Schrägverzahnung im VANOS-Getriebe die Zahnwellen in dieHydraulikeinheiten zurückdrücken.11 - Verstellkolben ausfahren12 - Verstellkolben einfahren21
9VANOS-Getriebe13 - VANOS-Getriebe14 - Aufbau EinlassgetriebeIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Auslass2 EinlassDie VANOS-Getriebe verbin<strong>de</strong>n dieKurbelwelle mit <strong>de</strong>n Einlassnockenwellensowie die Nockenwellen untereinan<strong>de</strong>r.Gleichzeitig ermöglichen die Getriebe die"Verdrehung" <strong>de</strong>r Nockenwellen. Ein- undAuslassgetriebe unterschei<strong>de</strong>n sich imäußeren Aufbau Zahn- und Kettentrieb, <strong>de</strong>rVerstellmechanismus im Inneren ist gleich.Der Antrieb <strong>de</strong>s Getriebes erfolgt über dasAntriebszahnrad, das mit einerSchrägverzahnung auf die Innenhülse wirkt.Die Innenhülse ist mit <strong>de</strong>r Außenhülse durchdie Getriebeverschraubung verbun<strong>de</strong>n. DieInnenhülse wirkt mit einer (weiteren)Schrägverzahnung auf das Lager für dasAntriebsrad, das mit <strong>de</strong>r Zentralschraube festmit <strong>de</strong>r Nockenwelle verbun<strong>de</strong>n ist.Der Aktuator (Verstelleinheit) ist mit <strong>de</strong>rAußen- und Innenhülse durch dieGetriebeverschraubung verbun<strong>de</strong>n. Bei <strong>de</strong>rVerstellung wer<strong>de</strong>n Innen- und Außenhülseaus <strong>de</strong>m Getriebe herausgezogen bzw.hineingeschoben.In<strong>de</strong>x Erklärung1 ZB Antriebsrad2 Innenhülse3 Außenhülse4 Lager für AntriebsradDabei verdreht sich die Innenhülse durch dieSchrägverzahnung am "festen" Antriebsrad(Steuerkettentrieb). Aufgrund <strong>de</strong>rkraftschlüssigen Schraubverbindung mit <strong>de</strong>rAußenhülse verdreht sich diese mit. DieAußenhülse verdreht nun durch eine weitereSchrägverzahnung das Lager für dasAntriebsrad und somit die mit <strong>de</strong>rZentralschraube verbun<strong>de</strong>ne Nockenwelle.Montiert wer<strong>de</strong>n die Getriebe inGrundstellung, d. h. auseinan<strong>de</strong>r gezogen. DieVerstellung <strong>de</strong>r Nockenwellen erfolgt durchZusammenschieben <strong>de</strong>r Getriebe.Zur Unterstützung <strong>de</strong>r Rückstellbewegungsind Antriebsrad und Lager für Antriebsrad miteiner Drehfe<strong>de</strong>r verbun<strong>de</strong>n.22
9bei<strong>de</strong> Zahnflanken <strong>de</strong>s Auslasszahnra<strong>de</strong>s amEinlasszahnrad anliegen.15 - Einlassgetriebe verstelltBei <strong>de</strong>r Montage <strong>de</strong>r Aktuatoren sind dieGetriebeschrauben nur leicht angezogen.Somit erfolgt beim Anschieben <strong>de</strong>rAktuatoren an <strong>de</strong>n Zylin<strong>de</strong>rkopf (damit leichteEinschubbewegung <strong>de</strong>s Getriebes) keinKraftübergang von <strong>de</strong>r Außenhülse zurInnenhülse. Durch das "feststehen<strong>de</strong>"Antriebsrad dreht sich die Außenhülse in<strong>Motor</strong>drehrichtung. Gleichzeitig dreht sich dieInnenhülse durch das "feststehen<strong>de</strong>" Lagerfür Antriebsrad gegen die <strong>Motor</strong>drehrichtung.16 - Verdrehrichtung beim Aufschieben <strong>de</strong>r VerstelleinheitDer Antrieb <strong>de</strong>r Auslassnockenwelle erfolgtüber einen Zahntrieb durch dieEinlassnockenwelle. Zur Vermeidung vonVerzahnungsgeräuschen, verursacht durchWechsel <strong>de</strong>r antreiben<strong>de</strong>n Zahnflanke beiLastwechsel, ist das Antriebszahnradzweigeteilt. Die bei<strong>de</strong>n Zahnradhälftenwer<strong>de</strong>n durch eine Scheibenfe<strong>de</strong>r(Wirkungsweise ähnlich einemZweimassenschwungrad) gegeneinan<strong>de</strong>rverdreht, sodass in allen Lastzustän<strong>de</strong>n immer17 - Auslasskettenrad mit Scheibenfe<strong>de</strong>rIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Ringfe<strong>de</strong>r2 Drehfe<strong>de</strong>r3 Verriegelungsschraube23
9VANOS-DruckspeicherDer Druckspeicher ist mit 40 bar Stickstoffvorgespannt. Der Ölraum wird vom Gasraumdurch einem Kolben getrennt.Der Arbeitsdruck <strong>de</strong>r VANOS beträgt 80 bar.Beim Ausschalten <strong>de</strong>s <strong>Motor</strong>s wird dasAbsperrventil am Druckspeicher geschlossen.Im Druckspeicher verbleibt ein Druck von80 bar, <strong>de</strong>r beim nächsten <strong>Motor</strong>start ohneVerzögerung bereitgestellt wird.3 Für Arbeiten am Druckspeicher istunbedingt die Reparaturanleitung zubeachten! 1ÖlpumpenDie Ölpumpe wird über eine Kette von <strong>de</strong>rVANOS-Hochdruckpumpe angetrieben.20 - Duozentric-Pumpe18 - Antrieb <strong>de</strong>r ÖlpumpeIm Ölpumpengehäuse verbergen sich zweiÖlpumpen. Zum einen eine Duozentric-Pumpe, die das Öl vom vor<strong>de</strong>ren Ölsumpf in<strong>de</strong>n hinteren för<strong>de</strong>rt. Zum an<strong>de</strong>ren aus einerregelbaren Pen<strong>de</strong>lschieberpumpe, die aus<strong>de</strong>m hinteren Sumpf das Öl absaugt und miteinem variablen Druck von bis zu 5 bar in <strong>de</strong>nÖlfilter för<strong>de</strong>rt.21 - Pen<strong>de</strong>lschieberpumpe19 - Ölwanne mit ÖlpumpeDie Leistung <strong>de</strong>r Pumpe wird durch dieExzentrizität <strong>de</strong>s Pen<strong>de</strong>lschiebers bestimmt.Läuft dieser mittig zum Rotor, fin<strong>de</strong>t keineFör<strong>de</strong>rleistung mehr statt, da allePumpenkammern gleich groß sind.Der Pen<strong>de</strong>lschieber wird durch einenschrägen Kolben verstellt. Dieser Kolben stehtim Gleichgewicht zwischen <strong>de</strong>r Kolbenfe<strong>de</strong>rund <strong>de</strong>m <strong>Motor</strong>öldruck. Je größer <strong>de</strong>r<strong>Motor</strong>öldruck, <strong>de</strong>sto mehr wird <strong>de</strong>r Kolbengegen die Fe<strong>de</strong>r gedrückt und umso mehrverdreht sich <strong>de</strong>r Pen<strong>de</strong>lschieber in Richtung0-För<strong>de</strong>rung.24
922 - Minimale För<strong>de</strong>rleistung23 - Maxinale För<strong>de</strong>rleistung25
9Elektrische ÖlpumpenBei hohen Kurvengeschwindigkeiten wird das<strong>Motor</strong>öl durch die Fliehkraft in <strong>de</strong>n jeweiligenkurvenäußeren Zylin<strong>de</strong>rkopf gedrückt, sodasses nicht mehr von selbst in die Ölwannezurückläuft.Deshalb muss es durch die jeweiligeelektrische Ölpumpe ab- und in die Ölwannezurückgesaugt wer<strong>de</strong>n. Die Ansteuerung <strong>de</strong>relektrischen Ölpumpen erfolgt durch das<strong>Motor</strong>steuergerät, die Kurvengeschwindigkeitwird mit einem Gierratensensor ermittelt.Die elektrischen Ölpumpen wer<strong>de</strong>n durchWärmeschutzbleche unten von <strong>de</strong>r Abwärme<strong>de</strong>r Abgaskrümmer geschützt.ÖlspritzdüsenZur Kolbenbo<strong>de</strong>nkühlung kommen beim S85Doppelhakenölspritzdüsen zum Einsatz.Die Ölspritzdüse ist mit einem integriertenDruckregelventil ausgestattet.ÖlfiltergehäuseIm Kopf <strong>de</strong>s Ölfiltergehäuses sitzt einThermostat, <strong>de</strong>r <strong>de</strong>n Weg zum <strong>Motor</strong>ölkühlerfreigibt.Öffnungsdruck: 1,8 bis 2,2 barSchließdruck: 1,3 bis 1,9 barAbgaskrümmerDer S85 hat für je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite einen 5 in 1Abgaskrümmer mit motornahem Katalysator.Die Rohre <strong>de</strong>s Krümmers sind aus E<strong>de</strong>lstahl(X 15 Cr Ni Si 20-12) gefertigt und weisen eineWandstärke von 0,8 mm auf.24 - Abgaskrümmer26
9Sammler für AnsaugluftDer S85 hat für je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite eineneigenen Sammler für Ansaugluft, <strong>de</strong>r mitSchlauchschellen auf <strong>de</strong>nDrosselklappenstutzen montiert ist.In <strong>de</strong>n Sammlern für Ansaugluft sind imBereich <strong>de</strong>s fünften bzw. <strong>de</strong>s zehntenZylin<strong>de</strong>rs Zyklonabschei<strong>de</strong>r verbaut. Das Ölaus <strong>de</strong>n Ölabschei<strong>de</strong>rn und das Kon<strong>de</strong>nsataus <strong>de</strong>n Sammlern für Ansaugluft wer<strong>de</strong>nüber zwei Kanäle im Kurbelgehäuse hinter<strong>de</strong>m zehnten Zylin<strong>de</strong>r zusammengefasst undin <strong>de</strong>n Ölsumpf geleitet.Der Aufbau <strong>de</strong>s Sammlers für Ansaugluft ist<strong>de</strong>m <strong>de</strong>s S54 ähnlich. So sind auch beim S85die Schalen aus PA66 hergestellt jedochdurch Spiegelschweißen miteinan<strong>de</strong>rverbun<strong>de</strong>n.25 - Zyklonabschei<strong>de</strong>r (1) im Sammler für AnsaugluftAnsauggeräuschdämpferDie Luftführung zu <strong>de</strong>nAnsauggeräuschdämpfern führt über je zweiWege. Zum einen aus <strong>de</strong>m Bereich hinter<strong>de</strong>m Ziergitter und zum an<strong>de</strong>ren von <strong>de</strong>ngroßen Lufteinlässen im Stoßfänger.Zum Erreichen <strong>de</strong>r maximalen Leistungbenötigt <strong>de</strong>r S85 alle vier Luftwege. AusBauraumgrün<strong>de</strong>n war ein großer Querschnittnicht zu verwirklichen. Zu<strong>de</strong>m ist durch dieoberen Ansaugwege die gefor<strong>de</strong>rteWattfähigkeit <strong>de</strong>s M5 gegeben.Der Luftfiltereinsatz ist in <strong>de</strong>r US-Ausführungzusätzlich mit einem Aktivkohlefilterausgestattet. Dies dient dazu, dass im Standkeine kohlenwasserstoffhaltigen Dämpfe aus<strong>de</strong>m Ansaugbereich in die Umwelt gelangenkönnen.26 - Ansauggeräuschdämpfer mit Luftführungen27
9KühlerDer Kühler <strong>de</strong>s S85 ist in einen oberen un<strong>de</strong>inen unteren Wasserkasten unterteilt. Deruntere Wasserkasten dient <strong>de</strong>r Kühlung <strong>de</strong>sKühlmittels von <strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>rseite 1-5, <strong>de</strong>robere <strong>de</strong>r Kühlung <strong>de</strong>r Zylin<strong>de</strong>rseite 6-10.Durch diese Zweiteilung konnte <strong>de</strong>rDruckabfall im Kühler von ca. 3 bar auf ca.1,4 bar gesenkt wer<strong>de</strong>n.ThermostatBedingt durch das zweiteilige Kühlkonzept ist<strong>de</strong>r Thermostat beim S85 in <strong>de</strong>n Rücklaufgelegt wor<strong>de</strong>n. Es han<strong>de</strong>lt sich um einenkonventionellen Thermostat, <strong>de</strong>r bei 79 °Cöffnet.Das Kühlmittel tritt aus <strong>de</strong>n Zylin<strong>de</strong>rköpfen indie Stutzen für Kühlervorlauf ein und von dortsowohl über die Doppel-O-Ring-Träger in <strong>de</strong>nThermostat, als auch in dieKühlmittelvorlaufschläuche über.27 - Thermostatgehäuse im Schnitt28
InhaltDME MS_S65Einleitung 1Systemübersicht 3Systemkomponenten 5Funktionen 13<strong>Service</strong>hinweise 21
5EinleitungDME MS_S65EinleitungDer <strong>Motor</strong> <strong>S85B50</strong> kann 373 kW (507 PS)und ein maximales Drehmoment von 520 Nmentwickeln.Um die volle Leistungsentfaltung bis zu einermaximalen Drehzahl von 8.250 1 / min unterEinhaltung <strong>de</strong>r Emissionsgesetze zugewährleisten, kam erstmals die auf <strong>de</strong>rMS_S54 basieren<strong>de</strong>n, weiterentwickelte<strong>Motor</strong>steuerung MS_S65 von Siemens zumEinsatz.Durch die Verwendung <strong>de</strong>r MS_S65 mit ihrenerweiterten Funktionen wur<strong>de</strong> es möglich,diesen <strong>Motor</strong> mit <strong>de</strong>m Hochdrehzahl-Konzeptpräzise zu steuern.Der <strong>S85B50</strong> erfüllt die Abgasnormen• Europa: EU4• USA: US-LEV 2• Japan: Japan LEV 20001
6SystemübersichtDME MS_S65Die MS_S65 ist eine Weiterentwicklung <strong>de</strong>rMS_S54 (MS_S54 HP, M3 CSL), die zurSteuerung <strong>de</strong>s S54 im E46 M3 eingesetztwur<strong>de</strong>.Für <strong>de</strong>n Einsatz <strong>de</strong>r <strong>Motor</strong>steuerung S65 am<strong>S85B50</strong> wur<strong>de</strong>n zusätzlich Funktionenimplementiert, die erstmalig bei <strong>BMW</strong> zurAnwendung kommen:• Zweistufige Wählbarkeit <strong>de</strong>r maximalen<strong>Motor</strong>leistung• Querkraftabhängige Steuerung <strong>de</strong>relektrischen Ölabsaugpumpen• Bedarfsgerechte Kraftstoffför<strong>de</strong>rung mitvariablem Kraftstoffdruck• Klopf- und Aussetzererkennung durchIonenstrom-Technologie3
7SystemkomponentenDME MS_S65DME-Steuergerät Siemens MS_S651 - MS_S65Wie beim E60 Serienfahrzeug übernimmtauch die <strong>Motor</strong>steuerung im E60 M5,zusammen mit <strong>de</strong>m intelligentenBatteriesensor, IBS und <strong>de</strong>m Generator, dieAufgabe <strong>de</strong>s Energiemanagements und <strong>de</strong>sBOS Bedarforientierten <strong>Service</strong>.Ein <strong>Motor</strong>steuergerät regelt bei<strong>de</strong>Zylin<strong>de</strong>rseiten.Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM)Zur Bestimmung <strong>de</strong>r angesaugten Luftmasseund <strong>de</strong>ren Temperatur wird Bankweise je einHeißfilm-Luftmassenmesser vom HerstellerDie Zündreihenfolge ist:1-6-5-10-2-7-3-8-4-9.Die MS_S65 ist mit 6 Steckmodulen (in zweiKompaktstecker kombiniert) ausgerüstet, dienach Funktionen gruppiert sind.Die Zün<strong>de</strong>ndstufe sowie die Klopf- undAussetzererkennung wur<strong>de</strong> in dasIonenstromsteuergerät ausgelagert.Auswertung <strong>de</strong>sQuerbeschleunigungssignals vom DSC für dieÖlabsaugung.Datenschnittstellen:1. PT-CAN2. Leerlaufluftsteller/SMG-CAN3. Drosselklappen CAN (DK-CAN)4. BSD BUS (Generator und IBS)5. Schnittstelle zum CASBosch, HFM 5.0 mit CL Bypass,herangezogen.Der HFM ist als Steckmodul ausgeführt undist im Ansauggeräuschdämpfer positioniert.2 - HFM 5.0 mit CL Bypass5
7KraftstoffdrucksensorDer Kraftstoffdrucksensor befin<strong>de</strong>t sich imRadhaus vorne links.Dieser Sensor misst <strong>de</strong>n aktuellenKraftstoffdruck und gibt diesen Wert weiter andie <strong>Motor</strong>steuerung.3 - KraftstoffdrucksensorElektrische Kraftstoffpumpe (EKP)Der Kraftstofftank beinhaltet zweiKraftstoffpumpen, die als Flügelzellenpumpenausgeführt sind.Bei<strong>de</strong> Pumpen wur<strong>de</strong>n in <strong>de</strong>r rechtenTankhälfte integriert.Der Kraftstofffilter sowie <strong>de</strong>r Druckregler sindin <strong>de</strong>r linken Tankhälfte positioniert.4 - Kraftstofftank mitKomponentenIn<strong>de</strong>x Erklärung In<strong>de</strong>x Erklärung1 Druckregler 3 EKP 1 und 22 Kraftstofffilter6
7EKP-ModulDas EKP-Modul befin<strong>de</strong>t sich wie beim E60Serie (Achtzylin<strong>de</strong>r und Diesel) im Kofferraumhinten rechts. Die Leistungsendstufe diesesSteuergerätes wur<strong>de</strong> an die zusätzlichePumpe und <strong>de</strong>r abgeän<strong>de</strong>rten Regel-Logikangepasst.Ionenstromsteuergerät (ISS)Die bei<strong>de</strong>n Ionenstromsteuergeräte <strong>de</strong>sHerstellers Helbako sind vorn auf <strong>de</strong>nZylin<strong>de</strong>rkopfhauben <strong>de</strong>r zugeordnetenZylin<strong>de</strong>rseite montiert.5 - IonenstromsteuergerätKurbelwellensensorDer Kurbelwellensensor greift dasDrehzahlsignal am Inkrementenrad vomZahnkranz ab. Die Position <strong>de</strong>r Kurbelwellewird durch eine Zahnlücke erkannt.NockenwellensensorJe<strong>de</strong> Nockenwelle wird durch einenindividuellen Hallsensor überwacht.Das Inkrementenrad am Zahnkranz hat eineTeilung von 60 - 2 Zähnen.Der Sensor ist ein induktiver Sensor.Das Geberrad ist an die Nockenwellenangegossen.ÖlzustandssensorDer Ölzustandssensor (QLT) konnte vombereits bestehen<strong>de</strong>n N62 übernommenwer<strong>de</strong>n, jedoch wur<strong>de</strong> eineSoftwareanpassung durchgeführt.7
7ÖldruckschalterDas Signal dieses Schalters geht in die DMEein und wird dort bewertet. Im Falle einerAbweichung vom vorgegebenen Sollwertsen<strong>de</strong>t die DME eine Botschaft an das CID,das dann eine Check-Control-Meldung zurAnzeige bringt.ÖlabsaugpumpeAm <strong>S85B50</strong> wur<strong>de</strong>n zwei voneinan<strong>de</strong>runabhängige Rückför<strong>de</strong>rpumpen verbaut.An<strong>de</strong>rs wie beim Vorgängermo<strong>de</strong>ll wer<strong>de</strong>ndiese Pumpen erst ab einer auftreten<strong>de</strong>nFliehkraft von 0,8 G angesteuert.Die Pumpen saugen das im Zylin<strong>de</strong>rkopfverbleiben<strong>de</strong> <strong>Motor</strong>öl ab und führen es <strong>de</strong>rÖlwanne zu.Die DME wird vom DSC via PT-CAN über dieaktuelle Querkraft informiert.6 - Ölabsaugpumpe8
7Leerlaufsteller7 - Leerlaufsteller 8 - Leerlaufsteller (Schnittbild)Die bei<strong>de</strong>n LL-Steller sind alsDrosselklappensteller ausgeführt undbefin<strong>de</strong>n sich im V-Raum.Die Kommunikation <strong>de</strong>r Leerlaufsteller mit <strong>de</strong>rDME erfolgt über <strong>de</strong>n LLS/SMG-CAN.Die Initialisierung <strong>de</strong>r Leerlaufsteller wirdautomatisch bei <strong>Motor</strong>stillstand und ZündungEIN durchgeführt.In<strong>de</strong>x Erklärung1 Drosselklappe9
7Drosselklappen-StellmotorJeweils fünf mechanisch gekoppelteDrosselklappen einer Zylin<strong>de</strong>rbank wer<strong>de</strong>nüber einen Stellmotor (EDR-Steller) bewegt.Je<strong>de</strong>r EDR-Steller besteht aus einemStellmotor mit Getriebe und <strong>de</strong>rSteuerelektronik. Über die Steuerelektronikerfolgt die Kommunikation mit <strong>de</strong>r DME überCAN, die Regelung und Ansteuerung <strong>de</strong>sStellmotors und die internenDiagnosefunktionen.9 - EDR-Steller10
7DrosselklappensensorPro Zylin<strong>de</strong>rseite wer<strong>de</strong>n zwei Potenziometerangesteuert:• Ein Potenziometer für die Lageregelung.Dieser wird vom EDR-Satellit versorgt un<strong>de</strong>ingelesen. Der eingelesene Wert wird perCAN an die DME übertragen. Bei Ausfallwird die betroffene Einheit abgeschaltet.• Ein weiterer Potenziometer ist für dieÜberwachung zuständig. Dieser wird von<strong>de</strong>r DME versorgt und eingelesen.Die bei<strong>de</strong>n Drosselklappensensoren 1 und 2sind jeweils als doppelte Hallsensorenausgeführt. Diese vier Sensoren erfassen diePosition (Winkel) <strong>de</strong>r Drosselklappen vonZylin<strong>de</strong>rseite 1 und 2.Dabei besitzen die bei<strong>de</strong>n in einem Gehäuseintegrierten Hallsensoren eine invertierteKennlinie (eine steigend, eine fallend).Der Sensor mit steigen<strong>de</strong>r Kennlinie wird vomjeweiligen EDR-Steller zur Lageregelungverwen<strong>de</strong>t.Der redundante Sensor mit fallen<strong>de</strong>r Kennliniewird von <strong>de</strong>r DME zur Überwachung <strong>de</strong>rDrosselklappenregelung genutzt.10 - Drosselklappensensor (1)SekundärluftpumpeDie elektrische Sekundärluftpumpe istwartungsfrei. Der integrierte Filter unterliegtkeinem Wechselintervall.Angesteuert wird die Pumpe von <strong>de</strong>r DME.Die För<strong>de</strong>rleistung liegt immer bei 100 % undwird nicht geregelt.11
7Mini HFM für SekundärluftsystemEin Mini HFM misst die Sekundärluftmasse imAnsaugrohr <strong>de</strong>r Sekundärluftpumpe.Diese Überwachung wur<strong>de</strong> aufgrund <strong>de</strong>rimmer niedrigeren Abgasgrenzwerteerfor<strong>de</strong>rlich.11 - Mini HFMRegelson<strong>de</strong>Als Regelson<strong>de</strong>n wur<strong>de</strong>n die bereitsbekannten Lambdason<strong>de</strong>n LSU 4.9 mitstetiger Kennlinie verwen<strong>de</strong>t.Der Einbauort liegt im Einlauftrichter <strong>de</strong>rmotornahen Katalysatoren.Monitorson<strong>de</strong>Die Monitorson<strong>de</strong>n sind die bereits bekanntenSprungson<strong>de</strong>n LSH 25 in Lochausführung.AbgastemperatursensorDie Abgastemperatursensoren sind als NTC-Messelemente ausgeführt.Der Sensor kann bis zu einer Temperatur vonca. 1.200 °C erfassen.Dieser Sensor dient hauptsächlich zumSchutz <strong>de</strong>r Katalysatoren.Druckspeicher-Absperrventil (VANOS)Das Absperrventil gewährleistet, dass <strong>de</strong>rgespeicherte <strong>Motor</strong>ölhochdruck nach <strong>de</strong>mAbstellen <strong>de</strong>s <strong>Motor</strong>s im Druckspeichergehalten wird.Das Ventil ist somit stromlos geschlossen undwird von <strong>de</strong>r DME nach Anfor<strong>de</strong>rung geöffnet.(keine proportionale Öffnung).12
8FunktionenDME MS_S65<strong>Motor</strong>drehmomentregelungDer EDR-Satellit dient <strong>de</strong>r Regelung <strong>de</strong>s<strong>Motor</strong>drehmoments. Hauptstellgröße ist die<strong>de</strong>m <strong>Motor</strong> zugeführte Frischluftmenge (Luft-Kraftstoffgemisch), die über die Stellung <strong>de</strong>r10 Einzeldrosselklappen und <strong>de</strong>r bei<strong>de</strong>nLeerlaufdrosselklappen variiert wer<strong>de</strong>n kann.Für die Ansteuerung ist <strong>de</strong>r Zehnzylin<strong>de</strong>r V-<strong>Motor</strong> in zwei i<strong>de</strong>ntische Blöcke(Zylin<strong>de</strong>rseiten) mit jeweils fünf Zylin<strong>de</strong>rnaufgeteilt. Je<strong>de</strong> Zylin<strong>de</strong>rseite verfügt übereine Leerlaufdrosselklappe und fünfEinzeldrosselklappen.Die fünf Einzeldrosselklappen sind proZylin<strong>de</strong>rseite mechanisch miteinan<strong>de</strong>rgekoppelt.Die Stellung <strong>de</strong>r Leerlaufdrosselklappe unddie Stellung <strong>de</strong>r fünf Einzeldrosselklappenwird jeweils pro Zylin<strong>de</strong>rseite mit zweiAktuatoren geregelt (ein Leerlaufsteller (LLS)und ein Einzeldrosselklappenregler (EDR)).Das gesamte Ansaugluftsteuerung bestehtdamit aus vier Stellmotoren für dieDrosselklappen.Aus Sicherheitsgrün<strong>de</strong>n verfügt je<strong>de</strong>Drosselklappe über eine Rückstellfe<strong>de</strong>r, diebeim Ausfall <strong>de</strong>s jeweiligen Stellers dieDrosselklappen schließt.Alle vier Stellmotoren wer<strong>de</strong>n von <strong>de</strong>rzentralen <strong>Motor</strong>steuerung (DME) gesteuert.Die DME errechnet aus <strong>de</strong>n Eingangsgrößen,wie z. B. Fahrerlastwunsch überPedalwertgeber, Kühlmitteltemperatur undaus Eingriffen an<strong>de</strong>rer Steuergeräte (DSC,SMG, ...) das Soll-Lastsignal für bei<strong>de</strong>Zylin<strong>de</strong>rseiten. Aus diesem Soll-Lastsignalermittelt die DME eine Sollposition für dieDrosselklappen (Soll-Winkel). Dabei wirdzunächst das Potenzial <strong>de</strong>r Leerlauf-Drosselklappen ausgeschöpft, bevor dieEinzeldrosselklappen, über die einewesentlich größere Luftmenge angesaugtwer<strong>de</strong>n kann, geöffnet wer<strong>de</strong>n.Die Kommunikation zu <strong>de</strong>n Stellmotoren läuftüber CAN-Busse. Die bei<strong>de</strong>n EDR-Stellerwer<strong>de</strong>n über einen eigenen, unabhängigenCAN-Bus, die bei<strong>de</strong>n LL-Steller über einengemeinsamen LLS-SMG CAN-Busangesprochen.Um die <strong>Motor</strong>leistung entsprechend <strong>de</strong>nVorgaben einzustellen, gibt die DME <strong>de</strong>nStellern einen Sollwert für dieDrosselklappenwinkel vor, <strong>de</strong>n die Stellereinregeln.Für die Regelung <strong>de</strong>r Einzeldrosselklappensteht <strong>de</strong>m Steller 1 (EDR 1) einer <strong>de</strong>r bei<strong>de</strong>nHallsensoren <strong>de</strong>s Drosselklappensensors 1(DKG 1) zur Verfügung.Der zweite Hallsensor <strong>de</strong>s DKG 1 wird direktvon <strong>de</strong>r DME versorgt und ausgelesen unddient nur <strong>de</strong>r Überwachung <strong>de</strong>r Regelung <strong>de</strong>sEDR1-Stellers. (Analog Steller 2 (EDR 2)).Die bei<strong>de</strong>n Leerlaufsteller verfügen für dieRegelung <strong>de</strong>s Drosselklappenwinkels <strong>de</strong>rLeerlaufdrosselklappen über einen interneninkrementellen Winkelgeber. Der Wert diesesSensors wird über <strong>de</strong>n CAN-Bus an die DMEzurückgemel<strong>de</strong>t.Um die Einstellung <strong>de</strong>r Drosselklappen zuüberprüfen, ermittelt die DME dasmomentane Ist-Lastsignal aus <strong>de</strong>n direktausgelesenen Drosselklappensensoren und<strong>de</strong>n Rückmeldungen <strong>de</strong>r LLS-Steller. DiesesLastsignal wird über die Signale <strong>de</strong>r bei<strong>de</strong>nHeißfilm-Luftmassenmesser, die dieangesaugten Luftmassen pro Zylin<strong>de</strong>rseitemessen, plausibilisiert.Bei zu großen Abweichungen zwischen SollundIst-Lastsignal wird zusätzlich über dasSignal <strong>de</strong>r Lambdason<strong>de</strong> plausibilisiert. DieDME reagiert mit einer entsprechen<strong>de</strong>nFehlerreaktion.13
81 - Systemschaltplan EDR14
8In<strong>de</strong>x Erklärung In<strong>de</strong>x Erklärung1 DSC 12 Drosselklappengeber3 SGM 13 Drosselklappengeber invertiert4 Lenkrad 14 HFM5 SMG 15 Leerlaufsteller6 Pedalwertgeber 16 EDR7 Pedalwertgeber 17 EDR8 DME 18 Leerlaufsteller9 Schalter Bremslicht 19 Drosselklappengeber invertiert10 Schalter Kupplung 20 Drosselklappengeber11 Schalter Getriebe Leergase 21 HFMBedarfsorientierte Kraftstoffför<strong>de</strong>rung mit variablem DruckIn<strong>de</strong>x Erklärung1 <strong>Motor</strong>2 Drucksensor3 DME4 EKP-Modul5 EKP 16 EKP 27 Druckregler im Tank2 - Systemschaltplan DruckregelkreisUm <strong>de</strong>m <strong>Motor</strong> Kraftstoff mit variablem Druckentsprechend <strong>de</strong>m Lastzustand zurVerfügung stellen zu können, steuert die DMEdie Kraftstoffpumpen mittels <strong>de</strong>s EKP-Modulsso an, dass sich <strong>de</strong>r gewünschte Solldruckunabhängig von <strong>de</strong>r aktuell verbrauchtenKraftstoffmenge einstellt.Der Solldruck variiert zwischen 3 bis 6 bar undkann über ein Testmodul anhand <strong>de</strong>rSollkurve überprüft wer<strong>de</strong>n. Eine manuelleMessung ist hier nicht mehr erfor<strong>de</strong>rlich. DerKraftstoffregelkreis besteht aus folgen<strong>de</strong>nKomponenten:Elektrische Kraftstoffpumpen (EKP)• EKP-Modul• Tank mit Komponenten undLeitungssystem• Kraftstoffdrucksensor• Digitale <strong>Motor</strong> Elektronik (DME) mit <strong>de</strong>rSteuerlogik15
8Ansteuerung <strong>de</strong>r Kraftstoffpumpen3 - Schema EKP-ModulIn<strong>de</strong>x Erklärung In<strong>de</strong>x Erklärung1 Aktivierung 4 Steuerlogik EKP 22 Spannungsversorgung 5 Endstufe EKP 13 Steuerlogik EKP 1 6 Endstufe EKP 2Die EKP 1 wird von <strong>de</strong>r DME über das EKPbedarfsgerecht geregelt.Die EKP 2 wird im höheren Lastbereichungeregelt zugeschaltet. Um <strong>de</strong>nKraftstoffdruck mit zugeschalteter 2. Pumpeauf <strong>de</strong>n Sollwert einzuregeln, wird <strong>de</strong>rDruckregler im Tank variabel angesteuert.Die PWM-Schnittstelle ist eineEindrahtschnittstelle, über die die DME dasEKP-Modul ansteuert und somit dieFör<strong>de</strong>rleistung <strong>de</strong>r EKP verän<strong>de</strong>rn kann.Aufgabe <strong>de</strong>s EKP-Moduls ist es, die EKP überdie Endstufe mit genau diesem Tastverhältniszu takten. Die Abweichung <strong>de</strong>sTastverhältnisses zwischen Eingangs- undAusgangs-PWM-Signal darf maximal 3 %betragen.Diese Toleranz gilt für die gesamteLebensdauer <strong>de</strong>s EKP-Moduls. Bei Erreicheneines Tastverhältnisses von 100 % amEingang wird zusätzlich die zweite EKPzugeschaltet.16
8IonenstrommessungFür eine abgas- und verbrauchsoptimierte<strong>Motor</strong>steuerung ist es erfor<strong>de</strong>rlich, in je<strong>de</strong>m<strong>Motor</strong>betriebszustand möglichst genau dieVerbrennungsgemisch-Zusammensetzungzu kennen.Eine Maßnahme dazu ist die so genannteIonenstrommessung. DieIonenstrommessung wird zur Klopfregelungund Laufunruheerkennung(Aussetzererkennung) verwen<strong>de</strong>t.Die Auslösung <strong>de</strong>s Zündfunkens erfolgt überdas <strong>Motor</strong>steuergerät.Unmittelbar nach <strong>de</strong>m En<strong>de</strong> <strong>de</strong>s Zündfunkenswird zwischen <strong>de</strong>n Elektro<strong>de</strong>n <strong>de</strong>r Zündkerzeeine geringe Spannung angelegt und einresultieren<strong>de</strong>r Strom (Ionenstrom) gemessen.Messung und Auswertung <strong>de</strong>s Ionenstromeserfolgen durch das Ionenstromsteuergerätund <strong>de</strong>r DME.4 - Zündung5 - IonenstrommessungIn<strong>de</strong>x Erklärung1 Zündkerze2 <strong>Motor</strong>steuergerät3 IonenstromsteuergerätDer Verlauf <strong>de</strong>r Verbrennung im Brennraumkann durch <strong>de</strong>n Brennraum- o<strong>de</strong>rZylin<strong>de</strong>rdruckverlauf dargestellt wer<strong>de</strong>n.17
8Ionenstrom-DarstellungDer Ionenstromverlauf ist direkt abhängig vomZylin<strong>de</strong>rdruck und <strong>de</strong>n, sich im Zylin<strong>de</strong>rbefindlichen Ionen.6 - Druckverlauf (oben) und Ionenstrom (unten)In<strong>de</strong>x Erklärung1 Ionenstrommaximum durchInduktion <strong>de</strong>r Zündspule2 Ionenstrommaximum auf GrundEntflammung (Flammfront direkt imZündkerzenbereich)3 Ionenstrom verläuft abhängig zumDruckverlaufIm Allgemeinen gilt:Verbrennung schlecht => niedrigerZylin<strong>de</strong>rdruckVerbrennung gut => hoher Zylin<strong>de</strong>rdruckDurch die beim Klopfen entstehen<strong>de</strong>nDruckspitzen im Brennraum wer<strong>de</strong>nzusätzlich freie Ionen abgespalten, sodass eszu einer Än<strong>de</strong>rung <strong>de</strong>s Ionenstromverlaufeskommt.Die Messung und Auswertung <strong>de</strong>sIonenstromes erfolgt imIonenstromsteuergerät.Die daraus entstehen<strong>de</strong>n Korrekturen <strong>de</strong>r<strong>Motor</strong>steuerung erfolgen im<strong>Motor</strong>steuergerät.18
8Ionenstromverlauf im Vergleich7 - Normale und klopfen<strong>de</strong>VerbrennungIn<strong>de</strong>x Erklärung In<strong>de</strong>x Erklärung1 Zündzeitpunkt 5 kein Klopfen2 Zün<strong>de</strong>n<strong>de</strong> 6 Zeit3 Ionenstrom 7 Klopfen4 Flammfrontsignal19
8Wählbarkeit <strong>de</strong>r maximalen <strong>Motor</strong>leistungDer POWER-Taster ist ein Masseschalter,über <strong>de</strong>n die maximale <strong>Motor</strong>leistung durcheinmaliges Drücken freigegeben wer<strong>de</strong>nkann.Die anwählbaren Modi durch <strong>de</strong>n Taster sindP400 und P500.Der Modus P500 Sport, <strong>de</strong>r auch eineprogressivere Fahrpedalkennlinie abruft, kannnur im "M-Drive" Menü konfiguriert und über<strong>de</strong>n "M"-Taster am Multifunktionslenkradabgerufen wer<strong>de</strong>n.Beim Neustart wird automatisch die P400Stellung aufgerufen.8 - POWER-Taster9 - M-Drive Menü20
9<strong>Service</strong>hinweiseDME MS_S65DrosselklappenstellerDie bei<strong>de</strong>n EDR-Steller sind einzeln ersetzbar.Die Anschläge müssen nach Ersatz initialisiertwer<strong>de</strong>n, in<strong>de</strong>m die Kl. 15 für min<strong>de</strong>stens 1 minaktiv geschaltet sein muss, ohne dass ein<strong>Motor</strong>start erfolgt.Die Synchronisation zueinan<strong>de</strong>r wird von <strong>de</strong>rDME ausgeführt.EinzeldrosselklappeDie Einzeldrosselklappen können einzelnzueinan<strong>de</strong>r justiert wer<strong>de</strong>n. Dazu ist eineFühlerlehre erfor<strong>de</strong>rlich. Eine Vakuum-Messung wird hier nicht angewandt.Programmierung <strong>de</strong>r DMEDas Steuergerät kann bis zu 63 xnachprogrammiert wer<strong>de</strong>n.VANOS-DruckspeicherFür Arbeiten am VANOS-System istunbedingt die Reparaturanleitung zubeachten!Ionenstrom-TechnologieFür <strong>de</strong>n Tausch <strong>de</strong>r Zündkerzen muss dieReparaturanleitung beachtet wer<strong>de</strong>n, da dieZündkerzen Bestandteil <strong>de</strong>sIonenstrommesskreises ist.21
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AbkürzungsverzeichnisACCBSDCANCASCIDDMEDSCEDREKPHFMHVALLSQLTSMGActive Cruise ControlBitserielle DatenschnittstelleController Area NetworkCar Access SystemCentral Information DisplayDigitale <strong>Motor</strong> ElektronikDynamische Stabilitäts ControlElektrischer DrosselklappenstellerElektrische KraftstoffpumpeHeißfilm-LuftmassenmesserHydraulischer Ventilspiel-AusgleichLeerlaufstellerÖlzustandssensorSequentielles M-Getriebe1
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