MULTIAIR

La Casa torinese ha presentato ufficialmente il suo Multiair. Nei motori a benzina, la potenza e' modulata attraverso la valvola a farfalla, un piattello controllato dal pedale dell'acceleratore che regola il passaggio dell'aria nel collettore di aspirazione. La quantita' d'aria e quella di benzina immesse nel motore, devono essere in un rapporto di circa 14:1 (detto rapporto stechiometrico), quindi controllando la quantita' 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 pero' perdere energia al motore, aumentando i consumi e le emissioni proprio quando la valvola e' poco aperta, quindi nelle condizioni in cui si richiede poca potenza al motore come avviene tipicamente in citta'. Il risultato e' uno sforzo maggiore, con conseguente spreco di energia. La soluzione al problema e' regolare l'aria aspirata dal motore, modificando i tempi di apertura delle valvole di aspirazione del motore. Soluzione intelligente, ma estremamente complessa da realizzare.

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 cilindro e co...
Continua'>pistone idraulico oppure con elettrocalamite.

Nel sistema inventato da Fiat Powertrain ( FPT ) e sviluppato con la Schaeffler sin dal 2005, si rende la gestione dei tempi, dell'alzata e della fasatura delle valvole di ciascun cilindro indipendente dagli altri grazie agli attuatori elettroidraulici che dall'albero a camme ricevono l'energia idraulica per aprire le valvole, mentre il resto e' fatto dai solenoidi. Una delle possibilita' del Multiair e' anche quella di poter aprire le stesse valvole due volte durante lo stesso ciclo superando un limite strutturale degli alberi a camme meccanici. In questo modo il motore recupera un 10% di energia normalmente persa nel pompaggio del pistone e si attua un recupero dei gas di scarico naturale senza un dispositivo EGR specifico. I benefici sono notevoli: -10% in consumi ed emissioni di CO2, +15% di coppia, +10% di potenza con una riduzione delle emissioni del 40% in idrocarburi incombusti (HC) e monossido di carbonio (CO), addirittura del 60% per gli ossidi di azoto (NOx).


I benefici di questa tecnologia sono massimi con il turbocompressore e l'iniezione diretta che consente di ridurre la cilindrata dei motori e avere, a parita' di potenza, una riduzione dei consumi e delle emissioni che sale al 25%. Il bello e' che il sistema Multiair puo' essere applicato potenzialmente a qualsiasi motore Fiat esistente perche' riguarda la testata e l'elettronica di gestione, quindi non richiede una ri-progettazione del motore che lo andra' ad ospitare.

L'altra novita' e' che questo stesso principio puo' essere applicato a motori che bruciano qualsiasi combustibile: bioetanolo, GPL, Metano e anche gasolio. Per i Diesel i guadagni sono ugualmente molto interessanti con un aumento delle prestazioni pari a quello ottenibile sui benzina, un calo di HC e CO pari al 40% e 30% per i NOx, cruciali per il raggiungimento degli standard fissati dalle normative Euro 6.


In Fiat parlano di un primo Diesel Multiair per il 2011, capace forse di osservare l'Euro 6 senza i filtri SCR di vario tipo che serviranno ad altri costruttori per raggiungerli. Ma il Multiair non ha solo queste potenzialita'. e' infatti nato come progetto per la Formula 1 e non e' escluso che possa essere utilizzato anche per i propulsori del futuro di Ferrari e Maserati in modo da ridurne la cilindrata e con essa le emissioni e i consumi senza sacrificarne le prestazioni, sia con il turbocompressore sia senza se si scegliera' di andare avanti con la strategia degli alti regimi.


Si tratta insomma di una tecnologia rivoluzionaria, ma i vertici di Fiat stavolta non faranno l'errore compiuto con il Common Rail (svenduto a Bosch, che ne ha fatto uno standard mondiale): il Multiair non e' in vendita, al massimo potra' essere ceduto in licenza e condiviso con i partner attuali o potenziali.


Volendo entrare più nello specifico, la "magia" del multiair sta tutta nel sistema di controllo delle valvola di aspirazione: un piccolo pistone posto superiormente e quasi trasversalmente alle valvole, azionato da una camma meccanica, viene collegato alla valvola di aspirazione (che sbocca nella camera di combustione) mediante una camera idraulica, controllata da una valvola solenoide (una molla), normalmente aperta (cioe' non in compressione).


Quando la valvola solenoide e' chiusa (per il passaggio della camma che la comprime), l'olio situato nella camera idraulica si comporta come un corpo solido (perche', a prescindere dalla viscosita', i liquidi sono pressoche' incompressibili) e quindi trasmette alle valvole di aspirazione la forza imposta dalla camma di aspirazione meccanica sulla valvola solenoide ( a sua volta responsabile del comportamento del pistoncino che comprime la camera idraulica). Quando la valvola solenoide e' aperta, la camera idraulica e le valvole di aspirazione sono disgiunte (perche' con la molla in stato di riposo, il pistoncino non mette in pressione l'olio contenuto nella camera idraulica che aziona le valvole) e non seguono più la camma di aspirazione, chiudendosi per effetto della forza della molla. La parte finale della corsa di chiusura della valvola e' controllata mediante un freno idraulico dedicato, in grado di garantire una fase di ritorno morbida e regolare, in qualsiasi condizione d'esercizio.


Controllando gli istanti di apertura e chiusura della valvola solenoide e' quindi possibile regolare il sistema di alzata valvole in funzione delle necessita' con conseguenti benefici sulla potenza e sulla coppia massima erogate e su consumi ed emissioni. Quando e' richiesta la massima potenza la valvola solenoide e' sempre chiusa (e quindi il pistoncino compresso e, mediante l'olio della camera idraulica, la valvola completamente aperta) e segue la camma meccanica, che e' stata ottimizzata (presenta un bordo attuatore allungato rispetto a quello delle camme standard) per la potenza ad alti regimi (tempi di chiusura lunghi, per la presenza della camma allungata).


Ad un basso regime di rotazione e pieno carico, la valvola solenoide si apre vicino all'estremita' del profilo della camma realizzando una chiusura anticipata della valvola di aspirazione (come se funzionasse in maniera opposta): cio' elimina un riflusso indesiderato nel collettore e massimizza la massa d'aria intrappolata nei cilindri. Nelle condizioni di carico parziale del motore, la valvola solenoide si apre anticipatamente (prima del completamento del profilo della camma meccanica) realizzando una parziale chiusura delle valvole per controllare la massa d'aria introdotta a seconda della coppia richiesta. In alternativa, e' possibile ottenere un'apertura parziale delle valvole chiudendo la valvola solenoide una volta che e' gia' partita la camma meccanica. In questo caso, il flusso d'aria in ingresso nei cilindri ha una velocita' superiore e genera un livello di turbolenza particolarmente elevato all'interno dei cilindri.


Si ringrazia Giandomenico Licinio per il testo e le immagini.

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