Fiat MultiAir

A változtatható szelepvezérlés komoly lökést adott a belső égésű motorok fejlődésének. Jelentős fogyasztáscsökkenés és kívánságnak megfelelően alakítható nyomatéki karakterisztika adják a fő előnyöket. Az FPT (Fiat Powertrain Technologies), a Fiat-csoport fejlesztőintézete a Schäffler-csoporttal karöltve egy, az eddigiektől lényegesen eltérő, minden paraméterében változtatható elektrohidraulikus szelepvezérlési rendszert fejlesztett ki. Ennek a MultiAir nevet adták. A MultiAir szelepvezérlő rendszerrel a töltetcserére vonatkozó szinte minden kívánság kielégíthető.

A Multi Air töltetcsere vezérlőrendszerrel szerelt motorokban csak egy vezértengely van, és ez a kipufogó vezértengely. Bütykeivel - hengerenként kettő, mert négyszelepes a motor - hagyományos módon működteti a kipufogószelepeket. A vezértengelyen a hengerenkénti két kipufogóbütyök mellett azonban találunk egy további bütyköt is.
A szívószelepek működtetését ez a bütyök végzi, de nem közvetlen mechanikai kapcsolattal, hanem folyadék – motorolaj - közvetítésével.

A hengerfejben, a bütyökhöz görgős emelőn keresztül csatlakozó nyomásfokozó dugattyú a bütyökemeléssel arányosan állítja elő az olajnyomást e rendszer olajterében. Az olajtér másik végén is dugattyú van. Ez a munkadugattyú hat a szelepszárra és végzi a szelepemelést. Mivel az olaj összenyomhatatlan, ezért a szelepemelés hűen követi a bütyökmozgást. Ha a bütyök zárási irányba aláfordul, a szelepet a hagyományos szeleprugó zárja. Az olajtöltet, mint valami lökőrúd „visszamozdul”. Ez idáig semmi előnyt nem sejtet, de sikerült jócskán elbonyolítani a szelepmozgatás mechanizmusát. Gondolhatnánk, hogy a konstruktőrnek nem volt helye a klasszikus mechanizmus kiépítésére, ezért választotta a hidraulikus „lökőrudat”.
Alaphelyzetben tehát a vezérműtengely és a szívószelepek között olajtéren keresztül teljesen merev kapcsolat áll fenn, és a motor úgy viselkedik, mint egy hagyományos szelepvezérléssel felszerelt motor.

Teljes szabadság: a „MultiAir” elektrohidraulikus szelepvezérlés rendkívül rugalmasan változtatja a szívószelepnyitás időzítését, mértékét és hosszát

Ha azonban…

Ha azonban az olajtérhez egy vezérelhető olajnyomás leeresztő mágnesszelep is csatlakozik, máris látjuk a konstrukció adta lehetőségeket. A szelepemelési szakaszban az olajtérhez csatlakozó, elektronikusan vezérelt szelepet részben vagy teljesen kinyithatjuk, akkor az előbb elemzett kapcsolat már nem áll fenn. Képletesen szólva a lökőrúd hosszát tudom folyamatosan változtatni. Ezáltal szabadon változtathatjuk a szelepnyitás szögtartamát és a szelepemelés mértékét, sőt karakterisztikáját is. A szelepzárás során a szívószelepek alaphelyzetbe történő visszatérését a szeleprugók nem a vezérműtengely ellenében, hanem az elektronikus szelep által kifejtett csillapító hatás ellenében végzik. A rendeltetésszerűen finom szelepzárás érdekében annak utolsó szakaszát egy speciális hidraulikus fék vezérli, mert itt nem a bütyökoldal vezeti a zárást.

A teljes szabadság

A szívószelepnyitás időzítésének (a nyitás és a zárás szöghelyzete, a szelepemelés mértéke) változtatásával a motor minden üzemállapotában optimalizálhatjuk a töltetcsere folyamatot hengerszelektív módon és ciklusról ciklusra is, hiszen minden egyes elektronikus vezérlőszelepet külön-külön vezérelhetünk. Teljes terhelés esetén a szelep zárva tart, így a szívószelepek mereven követik a teljesítményre méretezett bütyökprofilt. Üresjáratban (kiemelten alapjáraton) és csekély hajtási nyomatékigény esetén a mágnesszelep szinte csak a bütyökprofil utolsó emelési szakaszában nyit. Ez egyben a szívószelepek korai zárását is jelenti, ami ezen üzemállapotban megszünteti a hengertöltet szívócsőbe történő visszaáramlását. Növekvő terhelésnél az elektronikus vezérlőszelep egyre korábban nyit, miáltal a szívószelep biztosította átömlési keresztmetszet egyre nagyobb lesz. A hengerbe juttatott töltet mennyisége a nyomatékigénytől, tehát a gázpedálállástól függ.

A kis fordulatszámú, nagy terhelésű üzemben van szükség a korai szívószelep zárásra, hogy a töltetet bent fogjuk. További lehetőségként a szelep emelése közben is lehetséges visszazárás és ismételt nyitás. A töltet nagy sebességgel áramlik a hengerbe, fokozódik a turbulencia, nő a lángterjedési sebesség, ezáltal nő az indikált hatásfok. Ezt nevezzük “Multilift” üzemmódnak, melyet kisterhelésű városi üzemben használnak.

A MultiAir-technológia új típusú hengerfej-kialakítást kíván. A gyártó célja, hogy olyan hengerfej-konstrukciókat hozzon létre, melyek apró módosításokkal Otto- és dízelüzemű motorokban is alkalmazhatóak

A Multi Air technológia előnyei

A Multi Air technológia eddig ismert előnyei Otto-motorok esetében a következőek:

- a maximális motorteljesítmény 10%-os növelésének lehetősége a teljesítményre tervezett bütyökprofilnak köszönhetően,

- 15%-os forgatónyomaték növekedés kisebb fordulatszámokon; a szívószelepek korai zárásának köszönhetően megszűnnek a visszaáramlási veszteségek, így növekszik a hengertöltet,

- mivel szabadon változtatható a szívószelepek emelése, a szívó és feltöltött motorok esetében is elhagyható a pillangószelep, így egyaránt átlagosan 10%-al csökken a tüzelőanyagfogyasztás és a CO2 kibocsátás az azonos lökettérfogatú hagyományos motorokhoz képest.

- Multi Air rendszerű, turbófeltöltött méretcsökkentett („downsized”) motorok 25%-al kevesebb tüzelőanyagot fogyasztanak az azonos teljesítményű hagyományos szívómotorokhoz képest,

- A motorok hidegjárási állapotában optimált szelepvezérlési sémákkal és a szívószelepek kipufogó ütemben történő újabb nyitásával megvalósított belső kipufogógáz visszavezetéssel 40%-al csökkenthető a HC/CO emisszió és 60%-al csökkenthető az NOX kibocsátás,

- a pillangószelep elhagyásából származik az a további előny, hogy mind szívó, mind turbófeltöltő motorok esetében is állandó közel atmoszférikus nyomás uralkodik a szívórész előtt, ezáltal rendkívül gyorssá válik a légtömegszabályzás, így jelentősen javul a gázreakció.

A kipufogószelepek működtetését hagyományos módon vezérműtengely végzi

A Multi Air élesben

A 2009-es IAA-n a Fiat bemutatta a Punto Evo-t, illetve az Alfa Romeo MiTo-t, melyek motorjaiba elsőként kerül szériabeépítéssel az új szelepvezérlési technológia. Az 1,4 literes Otto-motor és 1,3 literes turbófeltöltéses dízelmotor mellett 2010-től az olasz autógyártó vegyes, benzin, illetve földgáz (CNG) üzemű, változatban is kínálja majd vevőinek Multi Air technológiát alkalmazó motorjait. A kedvező tüzelőnyagfogyasztás érdekében minden Euro 5-ös előírásoknak megfelelő motort start-stop rendszerrel szerelnek fel.