Ny motorteknik från Fiat ger högre effekt och lägre förbrukning

Förbränningsmotorns potential är långtifrån utnyttjad till fullo. Det visar ny banbrytande motorteknik från Fiat, som ökar effekten med 10 procent och minskar förbrukningen lika mycket. I höst lanseras Multiair på Alfa Romeo MiTo.

Den innovativa motortekniken från Fiat Powertrain Technologies innebär en smärre revolution för att öka verkningsgraden och minska utsläppen, i först hand hos bensinmotorer.

Det handlar om en helt ny teknik för styrning av en förbränningsmotors ventiler. Insugsventilerna styrs av ett elektro-hydrauliskt system och kan öppnas och stängas oberoende av kamaxelns läge, vilket möjliggör optimal förbränning vid varje given körsituation. Systemet, som kallas Multiair, ökar effekten med upp till 10 procent och sänker förbrukningen och CO2-utsläppen med lika mycket.
Multiair kan sägas vara ett första steg på vägen mot helt fria ventiler, som det talats länge om, men som ännu inte förverkligats i någon seriebyggd bil. Med motorventiler som regleras helt elektroniskt, utan kamaxlar, skulle man kunna optimera insugs- och utblåsmomenten bättre än hittills, och därmed markant öka verkningsgraden hos en förbränningsmotor.

Fiat Powertrain Technologies har visserligen inte avskaffat kamaxeln, men med ett nytt elektrohydrauliskt styrsystem har man möjliggjort en dynamisk och direkt kontroll av luftinflöde och förbränning, individuellt cylinder för cylinder och för varje förbränningstakt.
Tack vare att luften in i cylindrarna regleras direkt av insugsventilerna, utan att använda ett gasspjäll, sänker Multiair bränsleförbrukningen och avgasutsläppen genom optimal kontroll av förbränningen. Resultatet är också en markant ökning av både maxeffekten och vridmomentet.
Multiair är en mångsidig teknologi, som uppges vara lätt applicerbar på alla bensinmotorer. Med vidare utveckling är den även möjlig att använda på dieselmotorer och motorer för gasdrift.

Så här fungerar det:
Motorn har en mekanisk kamaxel som direkt påverkar avgasventilerna samtidigt som den styr insugningsventilerna via ett system som kan frikoppla dessa ventiler från kamrörelsen.
Kamaxeln påverkar en pistong som i sin tur påverkar insugningsventilerna, via en hydraulisk kammare. Kammarens hydraultryck regleras av en solenoidventil som normalt är öppen. När solenoidventilen stängs blir kammarens olja stum och pistongen överför lyftrörelsen från kamaxeln - motorn fungerar då på traditionellt vis.
När solenoidventilen öppnas, frikopplas ventilerna ifrån hydraulkammaren och följer inte längre kamaxelns rörelse, utan stängs av ventilfjädrarna. Stängningsfasen kontrolleras av en hydraulisk broms som säkerställer att stängningfasen sker mjukt och kontrollerat oavsett körsituationen.
Genom att styra solenoidventilens öppnings- och stängningskontroll av insugningsventilerna kan man enkelt uppnå flera olika optimala öppningsförfaranden.
# För hög effekt är solenoidventilen alltid stängd vilket ger full ventilöppning enligt den mekaniska kamaxeln. Eftersom den har en högprestandainriktad nockprofil (= lång öppningstid) för insugningssidan, så är den perfekt för maximal effekt.

# För maximalt vridmoment vid låga varvtal så öppnas solenoidventilen nära slutet på kamaxelns nockprofil vilket ger en tidig stängning av insugningsventilerna. Det motverkar oönskat backflöde till insuget och maximerar luftmängden i cylindern.
# Vid dellast öppnas solenoidventilen tidigare och orsakar en kortare ventilöppning för att kontrollera luftmängden i cylindern beroende på behovet av vridmoment.
# Alternativt kan insugningsventilerna öppnas delvis genom att solenoidventilen stängs när den mekaniska kamaxelns inverkan redan påbörjats. I det fallet blir luftflödet in i cylindern snabbare och ger ökad turbulens i densamma.
# De två sistnämnda inverkanssätten kan kombineras i samma insugningsfas och ger då ett så kallat "Multilift" (två öppningar) vilket ökar turbulensen och förbränningsgraden vid mycket låg belastning.

Multiair-teknologins potential för bensinmotorer kan summeras på följande vis:
# Maxeffekten ökar med upp till 10 procent tack vare att kamaxelprofilen utformats för höga prestanda.
# Vridmomentet vid låga varvtal ökar med upp till 15 procent genom att insugningsventilerna kan stängas tidigt och maximera luftmängden i cylindern.
# "Pumpningsförluster" elimineras vilket ger 10 procent lägre bränsleförbrukning och CO2-utsläpp, både för sugmotorer och turboladdade motorer med samma cylindervolym.
# Mindre Multiair-motorer (downsized) med turboladdning kan uppnå upp till 25 procent förbättring av bränsleekonomin jämfört med konventionella motorer utan överladdning med samma prestandanivå.
# Optimalt utnyttjande av möjligheterna till exakt ventilkontroll under motorns uppvärmningsfas och avgasrecirkulation. Det uppnås genom en extra öppning av insugningsventilerna under kolvens avgasslag, och gör att utsläppen reduceras med cirka 40 procent för HC/CO och upp till 60 procent för NOx.
# Tekniken ger mycket snabb gasrepons tack vare ett konstant lufttryck in mot insugningsventilerna (atmosfäriskt för sugmotorer och högre tryck för turbomotorer), tillsammans med den extremt snabba luftmängdskontrollen, cylinder för cylinder och för varje slag.

Den första motorn från FPT som får Multiair blir den 16-ventilade 1,4-litersmotorn i Fire-serien, både med och utan turboladdning.
Den andra applikationen är en ny tvåcylindrig SGE-motor på 0,9 liter. SGE står för Small Gasoline Engine och den nya motorns topplock har utformats optimalt för Multiair. Även denna motor kommer att produceras med och utan turboladdning. En speciell turboladdad bi-fuel version för fordonsgas och bensin kommer också att tillverkas.
Tack vare SGE-motorns minskade cylindervolym når den lika låga nivåer för CO2-utsläpp som en dieselmotor.
I versionen som drivs av fordonsgas minskar CO2-utsläppen ytterligare till nivåer under 80 g/km för flera fordonsapplikationer.

Multiair, som ursprungligen togs fram för tändstiftsmotorer för bensin och olika typer av gas, har stor potential även för att kunna sänka utsläppsnivåerna för dieselmotorer.
Genom att insugningsventilerna öppnas under kolvens avgasslag kan en NOx-reducering på upp till 60 procent uppnås genom intern avgasrecirkulation (iEGR). Vidare ger en optimal ventilstyrning vid kallstart och uppvärmning upp till 40 procent minskning av HC- och CO-utsläpp.
Ytterligare rejäla minskningar kommer att uppnås genom att motorns effektivare förbränning underlättar att partikelfiltret (DPF) och den NOx- lagrande katalysatorn återhämtar sig och fungerar bättre.
alts är ganska vass men dess påverkan kan kopplas ur eller i beroende på vad som krävs i den givna körsituationen.

Multiair-motorerna börjar byggas i Fiat Powertrain Technologies fabrik i Bielsko-Biala i Polen 2010, där företaget investerat 400 miljoner euro för att nå en produktion på cirka 500.000 motorer av denna typ (fyra- och tvåcylindriga) per år.