L’Uniair o Multiair è un sistema di controllo di apertura delle valvole di motori benzina e diesel, brevettato dalla Fiat nel 2002, e presentato per la prima volta su un motore di serie nel 2009, anno in cui è iniziata la produzione a partire dal 22 maggio dallo stabilimento di Termoli. La nuova tecnologia Multiair, è al debutto in questi giorni su Alfa Romeo MiTo. Con la tecnologia Multiair è possibile risparmiare fino al 25% in consumi, con un incremento analogo in termini di coppia e potenza erogati dal motore. È un importante risultato dal punto di vista ecologico ed economico: il MultiAir infatti riduce le emissioni di CO2 e consente di accedere agli incentivi statali per la rottamazione.
Fondamenti di propulsione a scoppio, la valvola a farfalla
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. 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.
La tecnologia 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 a solenoide di tipo ON/OFF controllata a sua volta da una apposita centralina elettronica, 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. 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.
Resta tuttavia un piccolo gap aperto. 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 del reparto di sviluppo di Fiat 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.
Differenti strategie di apertura e chiusura delle valvole possono essere utilizzate per ottimizzare l’efficienza della combustione. La pressione sempre costante dell’aria a monte delle valvole e l’elevata dinamica del sistema consentono di sviluppare la risposta in coppia del motore senza alcun ritardo, aumentando così il piacere di guida.
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.
LIVO (Late Intake Valve Opening)
Apertura ritardata della valvola – Carico parziale del motore
Es: accensione o motore al minimo
EIVC (Early Intake Valve Control)
Chiusura anticipata della valvola – Coppia a basso regime e pieno carico
Es: motore in accelerazione
MULTI LIFT
Apertura multipla nello stesso ciclo – Coppia e potenza minime
Es: guida in città
FULL LIFT
Apertura completa della valvola – Massima richiestadi potenza
Es: marcia in autostrada
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.
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.
Principali vantaggi
– dal 10% al 35% in più di Potenza Massima con un profilo delle cammes per alte prestazioni
– fino al 15% in più di coppia a basso regime grazie al controllo diretto dell’alzata valvole
– fino al 12% in più di vantaggio nella ripresa grazie all’elevata pressione della massa d’aria
– fino al 10% in meno di consumi e di emissioni di anidride carbonica grazie all’eliminazione delle perdite di pompaggio
