Entro l’anno arriveranno i nuovi propulsori Fiat Multiair che promettono consumi ed emissioni da record. Ecco come funzionano
Entro l’anno arriveranno i nuovi propulsori Fiat Multiair che promettono consumi ed emissioni da record. Ecco come funzionano
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L’attesa è stata lunga ma al Salone di Ginevra è stata finalmente presentata ufficialmente la nuova tecnologia Multiair, che debutterà su Alfa Romeo MiTo nel corso del 2009. A confermare la notizia è stato Alfredo Altavilla, amministratore delegato di Fiat Powertrain.
Il Multiair è la proposta Fiat per il controllo dell’alzata delle valvole, con il quale sarà possibile risparmiare fino al 25% in consumi, con un incremento analogo in termini di coppia e potenza erogati dal motore.
Perché il Multiair…
Nei motori a benzina, la potenza è modulata attraverso la valvola a farfalla, un piattello controllato dal pedale dell’acceleratore che regola il passaggio dell’aria nel collettore di aspirazione. La quantità d’aria e quella di benzina immesse nel motore, devono essere in un rapporto di circa 14:1 (detto rapporto stechiometrico), quindi controllando la quantità d’aria si controlla anche la benzina immessa, con il risultato di gestire la potenza erogata dal motore.
L’uso della valvola a farfalla fa però perdere energia al motore, aumentando i consumi e le emissioni proprio quando la valvola è poco aperta, quindi nelle condizioni in cui si richiede poca potenza al motore come avviene tipicamente in città. Per analogia, la regolazione con la valvola a farfalla corrisponde ad una persona che bevendo da una cannuccia regola la quantità d’acqua che vuole bere schiacciandola. Il risultato è uno sforzo maggiore, con conseguente spreco di energia.
La soluzione al problema è regolare l’aria aspirata dal motore, modificando i tempi di apertura delle valvole di aspirazione del motore. Soluzione intelligente, ma estremamente complessa da realizzare.
Le valvole tradizionali
Nella maggioranza dei motori a quattro tempi, le valvole hanno profili di apertura fissi ottenuti attraverso una camma che ruotando spinge la valvola o muove l’asta con relativo bilanciere. Nel tempo sono state proposte soluzioni alternative per azionare la valvola, attraverso un motorino elettrico (Valvetronic di BMW, per esempio), con un pistone idraulico oppure con elettrocalamite.
Tutte queste soluzioni non sono mai riuscite ad affermarsi su larga scala per varie ragioni, come i costi e gli ingombri, oppure perché non si è mai riusciti ad ottenere soluzioni del tutto affidabili.
Fiat Multiair
La soluzione sviluppata da Fiat con il Multiair è una via di mezzo tra un sistema senza camme ed uno con controllo idraulico delle valvole. Per comprenderne il funzionamento è utile fare riferimento allo spaccato del sistema, in cui la camma aziona un pistone idraulico che a sua volta comanda la valvola di aspirazione.
L’olio è praticamente incomprimibile e quindi si comporta come un oggetto rigido e il sistema dunque è identico ad un azionamento classico delle valvole. Il trucco è in una valvola ON/OFF che apre la camera in cui è contenuto l’olio, mettendolo in comunicazione con un piccolo serbatoio posizionato accanto. Quando questa valvola viene aperta, l’olio messo in pressione dalla camma passa nel serbatoio e non spinge la camma, che verrà chiusa da una molla.
Per ottenere un’apertura ritardata è sufficiente chiudere la valvola ON/OFF con un leggero ritardo, mentre per chiudere anticipatamente è sufficiente aprire la valvola in anticipo. Gestendo i tempi di apertura delle valvole, si regola la portata d’aria al motore indipendentemente dalla valvola a farfalla.
Addio farfalla…o quasi
Teoricamente i motori Multiair non necessitano della valvola a farfalla, ma in realtà la farfalla è ancora presente ma ora è elettro-attuata, quindi non è più gestita dal guidatore attraverso il pedale dell’acceleratore.
Nelle informazioni diramate da Fiat non sono presenti i dettagli legati a questa scelta, probabilmente legata a motivi di sicurezza in caso di malfunzionamenti. In realtà c’è un’ulteriore aspetto di interesse, che rappresenta una delle difficoltà che gli ingegneri di FPT hanno dovuto affrontare in fase di progettazione del sistema Multiair, ovvero l’impossibilità di misurare e quindi conoscere la posizione raggiunta della valvola.
Il sistema permette di scegliere quando inviare il comando per aprire o chiudere la valvola, ma non si può conoscere esattamente quando questo avverrà, né può essere misurata la posizione che la valvola raggiunge. Se così fosse stato si sarebbe potuta eliminare del tutto la fafalla. Questo aspetto si enfatizza se si considera che la comprimibilità dell’olio varia con la temperatura, ciò influisce sul ritardo tra il comando e l’effettiva apertura. Ciò può rendere difficile la gestione dell’aria in particolari condizioni, quindi la presenza della farfalla aiuta nelle condizioni critiche.
Zone di funzionamento
Le strategie di apertura delle valvole sono definite in base alla condizione operativa del motore. In particolare ai bassi giri con poco acceleratore le valvole sono aperte in ritardo e chiuse in anticipo per ottenere una bassa alzata e quindi una piccola portata.
Quando si chiede coppia al motore partendo da bassi giri, viene raggiunta l’alzata massima ma la chiusura della valvola viene anticipata. Ciò permette di ridurre l’incrocio con la valvola di scarico, migliorando la carica d’aria ai bassi regimi.
Nelle zone di funzionamento intermedio, il sistema può effettuare le doppie aperture (multi-lift) che creano una maggiore turbolenza favorendo la miscelazione di aria e benzina per ottenere una migliore combustione.
Come è realizzato
Uno dei punti forti del Multiair è nella realizzazione, il sistema è formato da una sovratestata che si pone nella zona dove normalmente è presente l’asse a camme delle valvole di aspirazione, come visibile nello spaccato del motore. Sull’asse a camme posteriore sono aggiunte le camme per il Multiair.
In definitiva il sistema ha ingombri ridotti e si passa da un motore classico ad un Multiair semplicemente sostituendo l’albero a camme classico con questa sovratestata. In termini industriali questa soluzioni ha vantaggi notevoli.
Come il Common Rail
La rivoluzione che porterà il Multiair è stata paragonata in Fiat al Common Rail, altra soluzione “Made in Italy” poi ceduta a Bosch. Il paragone non è campato in aria: i diesel lavorano con carica d’aria massima e regolano solo la quantità di combustibile. Per ottenere una flessibilità analoga anche sui benzina era necessario un sistema che consentisse di regolare sia l’aria che la benzina immessa nel motore
Un aspetto interessante è nella possibilità di applicare il Multiair anche ai motori diesel. L’idea è quella di gestire almeno in parte l’aria immessa nei cilindri riducendo la formazione degli ossidi di azoto, condizione necessaria per rientrare nelle normative Euro VI.
Fiat però, almeno sul breve periodo, non cederà il brevetto a terzi come successe per il Common Rail. Ma lo utilizzerà esclusivamente sulle auto del proprio gruppo o al massimo ne venderà una “licenza di utilizzo” ai propri partner.
