BMWblog.nl Special: Techniek van de BMW V12 M70

BMWblog.nl Special: Techniek van de BMW V12 M70

Dit jaar bestaat de BMW twaalfcilinder 25 jaar. Ìn 1987 komt BMW met de E32 750i en 750iL die de eerste Duitse naoorlogse motor met 12 cilinders onder de lange motokap heeft liggen. In deze BMWblog.nl Special willen we graag de, voor die tijd, bijzondere techniek van deze motor in detail laten zien.

Historie van de BMW V12:

De 12-cilinder heeft bij BMW een lange traditie. Al 85 jaar geleden bouwde BMW een V12. De type VI. Deze motor leverde een vermogen van 750 pk (551 kW) en had een cilinderinhoud van maar liefst 47 liter en werd ingezet als vliegtuigmotor. Wij hebben deze motor al eerder in het verhaal van Brutus besproken. Deze BMW VI was het bewijs van de betrouwbaarheid en kwaliteit van BMW motoren. In 1979 introduceerde BMW een nieuwe V12. Deze motor werd gebouwd op basis van de M20 (2,3 liter). Deze krachtbron leverde een vermogen van 275 pk/200 kW bij een cilinderinhoud van 4.463 cc. In een BMW E3 (foto hieronder) zorgde deze motor voor indrukwekkende prestaties. Hij is echter nooit in produktie genomen.

In 1987 is het zover: BMW heeft voor het topmodel van de 7-serie een nieuwe en buitengewone krachtbron ontwikkeld. De constructieprincipes zijn gericht op de toekomst. De BMW 12-cilindermotor is op dat moment de modernste in serie geproduceerde motor ter wereld. De lichtmetalen M70 is ook de eerste V12 met katalysator. Uit een cilinderinhoud van 4.988 cc haalt de motor een vermogen van 300 pk/220 kW en een koppel van 450 Nm. De cilinders hebben een slag van 75 mm en een boring van 84 mm. 24 kleppen regelen de gaswisseling.

Wat waren de doelstellingen van de BMW ingenieurs? De motor moest een hoog vermogen hebben, extreem soepel zijn, zuinig en milieuvriendelijk, de constructie moest compact zijn met een laag gewicht en de onderhoudskosten moesten laag zijn. Er werd een concept ontwikkeld waarin deze doelstellingen zijn gerealiseerd. Voor een motor met een vermogen van ca. 200 kW is een cilinderinhoud van ongeveer 5 liter nodig. Voor een dergelijke cilinderinhoud kan gekozen worden tussen een V8 of een V12. Om de volgende redenen heeft BMW gekozen voor de 60° V12-motor:

-lage massakrachten ten gevolge van kleine cilindergroepen: dit geeft souplesse en een lage geluidsproduktie;

-korte vlamwegen bij kleine cilindergroepen, waardoor een hoge compressieverhouding mogelijk is;

-kleine vonkintervallen: op deze wijze wordt een gelijkmatig koppelverloop van de motor bereikt;

Het lichtmetalen motorblok van aluminium heeft een laag eigen gewicht terwijl een optimale verdeling van de asbelasting mogelijk is. Een goed rijgedrag van de auto is daarmee gewaarborgd. Het nieuwe BMW cilinderkop-concept maakt een hoog specifiek vermogen bij een hoog specifieke arbeid mogelijk. Door de toepassing van de modernste technologie zijn de onderhoudskosten van de M70 gering. Hydraulische klepstoters maken nastellen overbodig en hulpagregaten worden door onderhoudsarme Poly-V-riemen aangedreven.

DME motorregeling:

Geheel nieuw is het motorregelingsconcept van de v12. Beide cilinderbanken worden elk via een afzonderlijke digitale motorelektronica (DME) aangestuurd. Voordeel is een meer nauwkeurigere berekening van de aangezogen luchtmassa, ook bij deellast. De beide cilinderbanken kunnen als onafhankelijke motoren werken: mocht een cilinderbank uitvallen, danzou de andere kant het vermogen van een normale zescilinder leveren. De motorvermogensregeling geschiedt door de EML (Elektronische Motor Leistung) via stelmotoren op de gaskleppen.

Motor:

De BMW V12-motor is voorzien van een lichtmetalen motorblok van een aluminium-silicumlegering. Het silicumgehalte bedraagt ca.17%. Het gewicht van het kant en klare motorblok bedraagt ca. 39 kg. In vergelijking met het normale gietijzeren blok van de BMW 3,5 liter M30 is de V12 ca. 25 kg lichter. Het motorblok wordt m.b.v. een persgietprocédé vervaardigd. De cilinders zelf worden tijdens een speciaal procédé gefabriceerd. Het aanbrengen en het afdichten van de cilinderbussen komt daarbij te vervallen. De lichtmetalen zuigers zijn voorzien van een stalen oppervlaktelaag en lopen direct in de cilinderboring. het silicumgehalte zorgt voor een hoge slijtagebestendigheid van de cilinders. Het doorgeven van geluiden en trillingen van de motor hangt in hoge mate af van de buigingssterkte van de krukas. De korte slag van de M70 bepaalt de vorm van de krukas. De zeven hoofdlagers van de onder een hoek van 120° t.o.v. elkaar geplaatste kruktappen zorgen voor een hoge buigstijfheid.

De cilinderkoppen van cilinderbank 1-6 en 7-12 zijn van onder druk gegoten aluminium vervaardigd en volledig gelijk. De tolerantie in de compressieverhouding is zeer gering. Dit heeft twee redenen: de elektrochemische bewerking van de verbrandingskamers en de tweevoudige indeling van de cilinderkoppakking. De koppakkingen van de beide cilinderbanken zijn verschillend. De kleppendeksels in ‘sandwich’uitvoering werken geluidsisolerend (staalplaat/kunststof/staalplaat).

 

De distributie:

De 24 kleppen worden via tuimelaars bediend. Ze zijn onder een hoek van 14° geplaatst en zijn vervaardigd van Nimonic, een superlegering. De lichthoogte van de in- en uitlaatkleppen is gelijk. Deze bedraagt 10,6 mm. Het openingsverloop is echter wel verschillend. De tuimelaars zijn hardgegoten en draaien op hydraulische klepstoters. De kleppen worden door twee bovenliggende nokkenassen bediend. Beide nokkenassen zijn zevenmaal gelagerd. De lengte en de vorm zijn echter verschillend. De nokkenas voor cilinderrij 7-12 is de breedte van een drijfstang langer. De beide nokkenassen worden via tandwielen d.m.v. een enkele rollenketting aangedreven. De hydraulische kettingspanner bevindt zich aan de onbelaste zijde.

De BMW M70 levert het hoge specifieke vermogen bij een zeer gunstig koppelverloop. Om dit te bereiken zijn er drie voorwaarden. De vorm van de luchtinlaatkanalen moet zodanig zijn dat de luchtdoorstroming zo weinig mogelijk wordt belemmerd, een hoge stijfheid van het kleppenmechanisme en de vormgeving van het inlaatspruitstuk en de stand van de kleppen. Bij het gelijk blijven van het maximum toerental zijn door de nieuw gecontrueerde klepbediening verschillende openings- respectievelijk sluitingshoeken (inlaatzijde 108 krukasgraden/uitlaatzijde 104 krukasgraden) bij een kleplichthoogte van 10,6 mm kortere openings- respectievelijk sluitingstijden mogelijk. de beide hittedraad-luchtmassameters zorgen voor aanzienlijk minder verliezen bij de cilindervulling. De vorm van de verbrandingskamer valt op door een gunstige verhouding tussen oppervlak en volume. Door de uitsparing in de zuigerbodem bevindt een groot gedeelte van het mengsel zich direct onder de bougie. Door de verplaatsing van de trapezium-vormige uitsparing t.o.v. de bougie ontstaat een groter verbrandingsgeleidevlak. Dit vlak bevindt zich tegenover de elektroden van de bougie. Door de gunstige compressieverhouding van 8,8 : 1 is een hoge vullingsgraad en het gebruik van benzine met een octaangehalte van RON 91 mogelijk.

 

Agregatenaansturing:

De hulpagregaten worden door de krukaspoelie aangedreven, waarbij de aandrijving voor de aircocompressor, de waterpomp met ventilator, de dynamo en de tandem-hydraulische pomp voor stuur-, rembekrachtiging en niveauregeling. Voor deze aandrijving wordt gebruik gemaakt van geribde riemen (Poly-V-riemen). Beide riemen worden door middel van spanrollen op spanning gehouden. Twee hydraulische oliedrukdempers zorgen ervoor dat de voorspanning blijft gehandhaafd. Hierdoor wordt het benodigde onderhoud tot een minimum beperkt.

Het Koelsysteem:

De koelvloeistof stroom vrijwel symetrisch door de beide cilindergroepen. De hoeveelheid koelvloeistof bedraagt 14 liter. De waterpomp inclusief het huis vormt een onderdeel van het distributiedeksel. Hierdor is een kortere constructie van de motor mogelijk, waarbij de koelvloeistoftoevoer in het V-gedeelte van he motorblok geïntregreerd is. De thermostaat opent bij een koelvloeistoftemperatuur van 80° C en zit in het huis van de waterpomp. De ventilatorkoppeling zit op de as van de waterpomp. De koppeling wordt afhankelijk van het toerental in bij 2100 rpm en uit bij 500 rpm) en de temperatuur (in bij 95° en uit bij 60°) gestuurd.

Het brandstofsysteem:

De BMW M70 V12 heeft twee complete, onafhankelijk van elkaar werkende brandstofsystemen . Deze bestaan uit één tank van 102 liter, twee benzinepompen in de tank, afzonderlijke leidingsystemen voor toevoer en retour, twee drukregelaars met verdeelleiding en een tankbeluchting via een actief koolstoffilter en twee beluchtingskleppen. Op het onderstaande schema is dat mooi te zien. De Het brandstofsysteem werkt onder een nominale druk van 3 bar.

Het inlaatsyteem:

Omdat de cilindergroepen onafhankelijk van elkaar worden gestuurd, vindt ook de geleiding van de inlaatlucht afzonderlijk plaats. Beide luchtfilters met aanzuigbuizen van kunststof zijn zodanig ontworpen dat de weerstand van de luchtdoorstroming zo laag mogelijk is. De gaskleppen worden via elektrische stelmotoren door de EML bediend. De lange inlaatbuizen maken een gunstig koppelverloop in het middelste toerengebied mogelijk. Om dit te bereiken zijn de inlaatbuizen gekruisd over de beide kleppendeksels aangebracht. Deze inlaatbuizen zijn via rubber pakkingen elastisch op de flenzen van de cilinderkoppen bevestigd. Dit zorgt voor een lagere geluidsontwikkeling van de motor en de trillingsbelasting van het inlaatsysteem wordt verminderd.

De hittedraad-luchtmassameters:

Een ander nieuw component voor BMW zijn de hittedraad-luchtmassameters. Tot nu werden altijd luchthoeveelheidsmeters gebruikt. De voordelen zijn een lage doorstromingsweerstand, geen beweegbare onderdelen en een registratie van de werkelijk aangezogen luchtmassa afhankelijk van hoogte, luchtdichtheid en luchtvochtigheid. De beide hittedraad-luchtmassameters hebben om de aangezogen luchtmassa te berekenen in de binnenste bus een hittedraad, een meetweerstand en een compensatieweerstand. Tijdens bedrijf wordt de hittedraad door de regelschakeling in de in de luchtmassameter op een temperatuur gebracht die 155° C hoger is dan de temperatuur van de aangezogen lucht. Naarmate meer lucht wordt aangezogen, koelt de hittedraad meer af. De benodigde stroom voor het verwarmen van de hittedraad wordt hoger om de temperatuur op de zelfde waarde te houden. De  verwarmingsstroom loopt via een meetweerstand. Spanningsverlies respectievelijk stroomtoename (U=IxR) is een directe indicatievoor de aangezogen luchtmassa. De compensatieweerstand registreert schommelingen van de temperatuur van de inlaatlucht. Om de hittedradeb te beschermen tegen olieafzetting worden de carterdampen direct naar het inlaatsysteem geleid. Na afzetten van de motor worden de hittedraden een korte tijd schoongebrand op een temperatuur van 1000° C.

Het uitlaatsysteem:

Het uilaatssteem is in het voorste gedeelte dubbel uitgevoerd en bestaat uit edelstaal. Er zijn vier uitlaatspruitstukken. Beide katalysatoren zijn zo dicht mogelijk bij de motor aangebracht om ze zo snel mogelijk te laten werken na de koude start. De werkingstemperatuur ligt door het gebruik van een nieuw materiaal 70° lager dan gebruikelijk op ca. 280° C. De lambda sensoren zijn voor de katalysatoren aangebracht .

Er is nog veel meer te vertellen over deze V12, maar graag laten we het hierbij om niet nog technischer te worden. Deze motor was een ware revolutie voor BMW en de gehele Duitse autoindustrie. Zonder deze motor had BMW waarschijnlijk niet het premium merk kunnen worden die ze nu zijn. Ook het succes van de BMW 7 Serie staat in verbinding met de V12 motor en ondertussen is BMW al met de vierde versie bezig in de F01/ F02 760i/Li. Uiteraard zijn de nieuwe motoren schoner, zuiniger en krachtiger geworden, maar het begon in 1987 met de M70 twaalf-cilinder van BMW.

Bron: BMW AG

VERGELIJKBARE ARTIKELS

4 COMMENTAAR

  1. Jullie zijn flink de archieven in gedoken. Complimenten, erg informatief en leuk geschreven!

Laat een reactie achter