Información de producto. Motor N47.
BMW Service
4 Modelos. Motor N47.
Variantes de motor
Motor
Cilindrada en cm3
Carrera/diámetro en mm
E81
N47D20U0
1995
90/84
120d
E81
N47D20O0
1995
90/84
118d
E87
N47D20U0
1995
90/84
120d
E87
N47D20O0
1995
320d
E92
N47D20O0
1995
Par en Nm a r.p.m.
Serie
118d
Potencia en kW/CV a r.p.m.
Modelo
Modelos con motor N47 para su introducción en el mercado en marzo 2007.
105/143 4000 130/177 4000 105/143 4000
300 1750 350 1750 300 1750
90/84
130/177 4000
350 1750
90/84
130/177 4000
350 1750
3
7
Culata con cubierta Generalidades La culata ensamblada determina como ningún otro componente del motor las propiedades relativas al comportamiento operativo y el aprovechamiento de la potencia, el comportamiento de par de giro y de escape, el consumo de combustible o la acústica. En la culata se concentra prácticamente todo el control del motor. La culata del motor N47 sigue en gran medida el estándar de los actuales motores diesel. Una peculiaridad, sin embargo, es que la culata está formada por dos grandes piezas de fundición. Los árboles de levas se alojan en su propio soporte.
La culata del motor N47 muestra las siguientes características técnicas: • Material: AlSI7MgCu0,5 • Culata de dos piezas con soporte de árbol de levas • Refrigeración de corriente transversal • Canal AGR integrado • Cuatro válvulas por cilindro • Disposición paralela de las válvulas (con el eje paralelo a los ejes de los cilindros) • Canal tangencial y de turbulencia.
Estructura La conformación de la culata viene muy determinada por los elementos que se van incluyendo. Los siguientes factores influyen sustancialmente en la forma de la culata: • Número y posición de las válvulas
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• Forma de los canales para el intercambio de gases. Una exigencia para la culata es un diseño lo más compacto posible.
• Número y posición del árbol de levas
Esencialmente las culatas se distinguen según los siguientes criterios:
• Posición de las bujías
• Número de elementos
• Posición de los inyectores y proceso de inyección
• Número de válvulas • Concepto de refrigeración.
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Culata de dos piezas Las culatas de dos piezas están formadas por dos grandes piezas de fundición. No se cuentan aquí los tornillos ni las piezas pequeñas de montaje.
En el caso de la culata del motor N47 se trata de una pieza principal de fundición, que es en principio la culata en sí, y un soporte para los árboles de levas.
11 - Culata del motor N47
Índice
Explicación
Índice
Explicación
1
Bujía
6
Balancín flotante de rodillo
2
Válvula de admisión
7
Árbol de levas de escape
3
Válvula de escape
8
Árbol de levas de admisión
4
Guía de válvula
9
Elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas
5
Muelle de válvula
En este soporte de árboles de levas se alojan los dos árboles de levas. Esta estructura simplifica el proceso de fabricación. El soporte de árboles de levas es de una aleación de aluminio y silicio AlSi9Cu3(Fe). Número de válvulas El motor N47 posee cuatro válvulas por cilindro. Desde la construcción del motor M47, los motores diesel de BMW se fabrican exclusivamente con este concepto de válvulas, ya que permite un mejor cambio de carga y un mayor grado de llenado de las cámaras de combustión que en los motores de dos válvulas.
El motivo es la mayor superficie total de válvulas en comparación con el sistema de dos válvulas, logrando así una mayor sección de flujo. La culata de cuatro válvulas por cilindro permite además una disposición central del inyector. Esta combinación es necesaria para poder asegurar un rendimiento específico alto con bajas emisiones de gases de escape.
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Cubierta de la cámara de combustión La culata, como cierre superior del cilindro, constituye la cubierta de la cámara de combustión. Junto con la geometría del pistón determina la forma de la cámara de combustión. La cámara de combustión es el
volumen que está limitado por el pistón, la culata y las paredes del cilindro. La forma de la cámara de combustión es de importancia decisiva para la formación de la mezcla.
13 - Forma de la cámara de combustión del motor N47
Índice
Explicación
1
Cámara de combustión
El motor N47 forma un techo de cámara de combustión plano. Al contrario que en los actuales motores diesel de BMW, las válvulas
Índice
Explicación
de admisión y escape están en posición paralela.
Tapa de culata La tapa de culata se denomina a menudo también como cubierta de la culata o tapa de válvulas. Constituye el cierre superior del cárter del motor. La tapa de culata del motor N47 cumple con las siguientes funciones: • Hermetización de la culata hacia arriba • Amortiguación acústica • Alojamiento del canal de gas de fuga que sale del cárter de cigüeñal, del sistema de separación de aceite y de la válvula reguladora de presión de la ventilación del cárter de cigüeñal • Alojamiento del raíl del sistema de carburante
• Alojamiento de la tubuladura de llenado de aceite • Alojamiento de los pasos de tuberías. Para conseguir una buena amortiguación acústica se desacopla en parte la tapa de la culata. Esto se logra mediante juntas de elastómeros La cubierta de la culata del motor N47 es de plástico. La utilización de plástico como material para la fabricación de tapas de culata ayuda a ahorrar peso frente al aluminio. Además este material tiene propiedades excelentes en el aislamiento acústico y pueden construirse geometrías muy complejas.
• Alojamiento del sensor de árbol de levas
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Cárter de aceite Generalidades El cárter de aceite representa el cierre inferior del cárter del motor. En el motor N47 se encuentra la brida del cárter de aceite por debajo de la mitad del cigüeñal, como en todos los motores BMW. El cárter de aceite del motor N47 cumple con las siguientes funciones: • Recipiente para alojar el aceite del motor • Recipiente colector para el aceite de retorno del motor • Cierre inferior del cárter de cigüeñal • Refuerzo del motor y del engranaje • Alojamiento del sensor térmico de nivel de aceite
• Alojamiento de un tornillo de evacuación de aceite • Amortiguación acústica. Los cárteres de aceite se fabrican de fundición inyectada de aluminio o de chapa de acero de doble capa. El cárter de aceite es de función de aluminio a presión. El rascador de aceite no está integrado en el cárter en el motor N47, sino en la tapa de refuerzo del cárter de cigüeñal. Con el uso de un rascador de aceite se elimina más rápidamente el aceite del cigüeñal. Unas chapas protectoras se encargan de que el aceite que salpica no espumee demasiado.
• Alojamiento del tubo de guía de la varilla del control de aceite
15 -
Índice
Explicación
Índice
Explicación
1
Cárter de aceite
2
Tapa de refuerzo con rascador de aceite
Como junta se utiliza una junta de soporte de chapa con huella de eslastómero. El material de este soporte de chapa es aluminio. Las juntas de corcho utilizadas en el pasado, presentaban un asentamiento que podía llevar a que las uniones atornilladas se soltaran.
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Para que el funcionamiento de la junta esté asegurado, no puede haber nada de aceite en el revestimiento de goma durante su montaje. Bajo ciertas circunstancias podría 30
moverse la junta de la superficie de brida. Por ello las superficies de brida deben limpiarse directamente antes de su montaje. Además hay que asegurarse de que se ha dejado escurrir el aceite del motor para que durante el montaje no se humedezcan de aceite ni la superficie de brida ni la junta. 1
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Ventilación del cárter Generalidades Cuando el motor está en marcha, hay gases que van a parar del cilindro al compartimento del cigüeñal (los llamados gases de fuga o "blow-by"). Estos gases contienen combustible sin quemar y restos de gases de escape. En el compartimento del cigüeñal se mezclan con el aceite de motor que allí está en forma de niebla o mezcla de aceite. La cantidad de gases de fuga depende de la carga del motor. Se produce una sobrepresión en el compartimento del cigüeñal que por el movimiento del pistón también depende del número de revoluciones. Esta sobrepresión se encuentra en todas las cavidades unidas al compartimento del cigüeñal (por ejemplo en el
retorno del aceite, en la cavidad de la cadena, etc.) y podría llevar a una pérdida de aceite en las juntas de cierre. La ventilación del cárter lo impide. Transporta gases de fuga prácticamente exentos de aceite de motor al tubo de aire puro antes del turbocompresor y las gotas de aceite de motor van a parar al cárter de aceite por un tubo de retorno. La ventilación del cárter se encarga, además, de que no haya sobrepresión en el mismo. El motor N47 está equipado con una ventilación de cárter regulada por depresión y dispone de tres separadores de ciclón para separar el aceite de los gases de fuga.
Ventilación del cárter con regulación de depresión La ventilación del cárter regulada por depresión se introdujo en los motores diesel de BMW con el motor M51TU y es, desde entonces, un equipamiento estándar. En esta ventilación hay una válvula reguladora de presión que se encarga de limitar la depresión en el cárter de cigüeñal a un nivel determinado. Una depresión demasiado elevada en el cárter de cigüeñal podría provocar el fallo de los aros de estanqueidad del cigüeñal. Entraría aire en la zona del cigüeñal y se crearía una lodificación del aceite. La separación de aceite no podría eliminar todo el aceite contenido en los gases
de fuga si pasara esto. Se notaría entonces por el color azul de los gases de escape. En la ventilación del cárter con regulación de depresión del motor N47, el compartimento del cigüeñal está unido al tubo de aire puro tras el filtro de aire mediante los siguientes componentes. • Canal de purga • Compartimento de amortiguación • Canal blow-by • Separador de aceite tipo ciclón • Válvula reguladora de la presión.
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16 - Ventilación del cárter de cigüeñal con regulación de depresión del motor N47
Índice
Explicación
Índice
Explicación
1
Turbocompresor de gases de escape
5
Válvula de rebose
2
Refrigerador de aire de sobrealimentación
6
Canal blow-by
3
Válvula reguladora de la presión
7
Canal de retorno de aceite
4
Separador de ciclón
8
Filtro de aire
Debido a la potencia de succión del turbocompresor de escape, en el tubo de aire puro hay depresión. Mediante la presión diferencial con el cárter de cigüeñal se aspiran gases de fuga en la culata. En la culata, el gas de fuga pasa primero al compartimento de amortiguación. El compartimento de amortiguación sirve para que ninguna salpicadura de aceite vaya a parar, por ejemplo, del árbol de levas a la purga de aire del cárter de cigüeñal. Para ello, el 32
motor N47 cuenta con una chapa de choque de aceite en la parte inferior de la tapa de la culata. Así se produce una primera separación ya en el compartimento de amortiguación. El aceite que se acumula en las paredes allí fluye de retorno a la culata.
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El gas de fuga pasa del compartimento de amortiguación a los separadores de ciclón en los que se separa el aceite que contienen. El aceite de motor separado fluye de retorno hacia el cárter de aceite. En el separador de ciclón se eliminan también las oscilaciones del
gas. De esta manera se evita una estimulación de la membrana en la válvula reguladora de la presión. El gas de fuga limpio accede por la válvula reguladora de presión al tubo de aire puro antes del turbocompresor.
17 - Separación de aceite en la tapa de la culata del motor N47
Índice
Explicación
Índice
Explicación
1
Válvula de rebose
4
Separador de ciclón
2
Canal de evitación para evitar colapsos Válvula reguladora de la presión
5
Introducción de gases de fuga al sistema de succión Retorno de aceite al cárter de aceite
3
Válvula reguladora de la presión La válvula reguladora de la presión tiene la tarea de garantizar una depresión lo más constante posible en el cárter de cigüeñal. En el siguiente gráfico se representa la válvula reguladora de la presión en tres tipos de funcionamiento diferentes. La fuerza de llamada del muelle de compresión (3) en el servicio de regulación se encuentra en equilibrio con la membrana admitida de rodillo (2) mediante la depresión de la caja.
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La parte posterior de la membrana está unida mediante un orificio a la caja (4) con la presión atmosférica. Si aumenta la presión del cárter de cigüeñal, entonces aumenta la sección de abertura de la válvula reguladora de la presión. Se aspirarán gases de fuga debido a la depresión en el sistema de aspiración, hasta que la presión del cárter de cigüeñal descienda de modo que la membrana cierre la sección de abertura. Si se obstruye el filtro de aire o entra nieve en el tubo de aspiración, la depresión que se forma cierra la válvula de regulación de presión. Con ello se impide que se succione aceite en el tubo de aspiración.
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18 - Proceso de regulación de la válvula reguladora de la presión
Índice A B
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Explicación Válvula reguladora de la presión abierta con el motor detenido Válvula reguladora de la presión cerrada en ralentí o marcha por inercia
Índice
Explicación
4
Conexión con la presión ambiente
5
Fuerza del muelle de compresión
C
Válvula reguladora de la presión en el 6 servicio de regulación con carga
1
Presión ambiente
7
2
Membrana de rodillo
8
3
Muelle de presión
Depresión del sistema de aspiración Depresión efectiva en la caja Gas de fuga del cárter de cigüeñal
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Proceso de regulación
Seguro anticolapso
Con el motor detenido, el regulador de presión está abierto (estado A). En ambos lados de la membrana hay presión ambiente, es decir, la membrana se abrirá completamente gracias a la fuerza de muelle.
En el motor N47 se utiliza por primera vez el llamado seguro anticolapso.
Si se arranca el motor, aumenta la depresión en el colector de admisión y se cierra la válvula reguladora de la presión (estado B). Este estado se ajusta siempre en ralentí o en marcha por inercia, ya que no se producen gases de fuga. En la parte interior de la membrana de rodillo hay una relativa gran depresión (con relación a la presión ambiente). De esta forma la presión ambiente, que hay en la parte exterior de la membrana de rodillo, cierra la válvula contra la fuerza de muelle. Debido a la carga y al número de revoluciones se producen gases de fuga. El gas de fuga (8) reduce la depresión relativa que actúa sobre la membrana de rodillo. De esta forma el muelle de compresión puede abrir la válvula y se aspira el gas de fuga. La válvula se abre siempre que se ajuste un equilibrio entre presión ambiente y depresión de caja más fuerza de muelle (estado C). Cuanto más gas de fuga se genere, menor será la depresión relativa en la parte interior de la membrana y más se abrirá la válvula reguladora de la presión. Así se mantiene una depresión fija (aprox. 38 mbar) en el cárter. Depresión en la Reacción de la caja membrana > 38 mbar La membrana se mueve en dirección "cerrar" < 38 mbar
Hablaremos de colapso cuando los gases de fuga alcancen una presión tan alta en la culata que se presiona aceite en el canal de succión. Este aceite se quema de forma incontrolada. Aumenta la velocidad del motor y consecuentemente la de los gases de fuga y la presión en la culata, en un círculo imparable. Solo acabará con el fallo total del motor. La acumulación de presión se daría principalmente por los separadores de ciclón, ya que representan el cuello de botella del sistema. Por ello, el motor N47 posee una válvula de rebose en el compartimento de amortiguación, que establece un paso a los separadores de ciclón. A partir de una presión determinada se abre y deja pasar los gases de fuga directamente a la válvula reguladora de presión. De esta forma no hay una separación fina del aceite, pero se impiden daños al motor. El sistema interviene solo en casos de emergencia; en el funcionamiento normal no actuará casi nunca. Además, una función de velocidad excesiva del motor en la DDE evita que el motor se pase de revoluciones controlando la válvula de admisión y cerrándola en parte.
La membrana se mueve en dirección "abrir"
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Separación de aceite Para eliminar el aceite de los gases de fuga hay diferentes separadores. Por ejemplo: • Separador de ciclón • Separador de laberinto
• Separador de bobina de hilo. El motor N47 posee tres separadores de ciclón ordenador en paralelo. Los primeros dos funcionan juntos y el tercero es para otra corriente de fuga.
19 - Función del separador de ciclón
En el separador de ciclón el gas de fuga se conduce por un cuerpo cilíndrico que empieza a rotar. Debido a la fuerza centrífuga, el aceite pesado que hay en el gas es presionado hacia las paredes del cilindro. Desde allí puede regresar al cárter de aceite mediante una
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tubería de retorno. Los separadores de ciclón tienen una muy buena capacidad de separación.
