Tra le novità più ammirate dai visitatori più interessati alla meccanica del Salone di Francoforte c’è stata sicuramente l’anteprima mondiale della MiTo “Quadrifoglio Verde”, dotata del 1.4 Turbobenzina MultiAir da 170 CV. Non tanto per l’allestimento esclusivo che ripropone un simbolo leggendario (ha identificato alcune tra le vetture più sportive Alfa Romeo), quanto per le caratteristiche esclusive del più potente dei motori MultiAir oggi disponibile (sarà commercializzato però dopo il lancio delle altre motorizzazioni da 105 e 135 cv).
Un motore che adotta soluzioni rivoluzionarie nel campo meccanico grazie alle quali riesce ad abbinare piacere di guida e massima riduzione delle emissioni di CO2 e consumi (139 gr/l di CO2 e 4,8 l/100Km nel ciclo extraurbano). Carta vincente è però l’eccezionale rapporto peso/potenza di 6,7 Kg/CV, un valore che si pone questo motore al vertice della sua categoria migliorando di quasi il 10% il già ottimo risultato del 1.4 Turbobenzina da 155 CV. Inoltre, con un valore di 124 CV/Litro, il nuovo MultiAir si afferma come una delle migliori realizzazioni mondiali in termini di potenza specifica.
Sarà meglio quindi dare un’occhiata più approfondita di questo motore, che dai riconoscimenti ricevuti in tutto il mondo si pone come lo stato dell’arte della meccanica motoristica moderna, portando la Fiat di nuovo al vertice di questa scienza dopo l’introduzione del Common rail del 1997 (si chiama MultiJet dal 2002).
Capostipite di questa nuova rivoluzionaria famiglia è il MultiAir 1.4 presentato in anteprima mondiale sulla MiTo e proposto con 3 diversi livelli di potenza (105 CV, 135 CV e 170 CV), tutti già in linea con la normativa Euro5. Realizzati a Termoli (CB) presso lo stabilimento di FPT (Fiat Powertrain Technologies) rappresentano un importante “salto generazionale” rispetto agli attuali motori a benzina: il sistema MultiAir porta il motore ad accensione comandata a limiti di efficienza un tempo impensabili. Tutto ciò grazie al principio che è alla base di questa nuova tecnologia: la possibilità di regolazione continua dei principali elementi che garantiscono una combustione ottimale a qualsiasi regime e in ogni condizione di guida.
In particolare, grazie alla possibilità di gestire l’istante più opportuno di apertura e chiusura della valvola di aspirazione è oggi possibile ottimizzare il rendimento volumetrico del motore a tutto vantaggio della coppia massima erogata soprattutto a basso regime. Rispetto al tradizionale motore Turbobenzina da 120 CV, lo stesso propulsore con tecnologia MultiAir registra un incremento di potenza massima (135 CV) sensibile, senza che ciò penalizzi la coppia e la risposta a basso regime di rotazione (5.000 giri/min).
Per esempio, la flessibilità e la rapidità di risposta garantite dalla tecnologia MultiAir permettono di gestire il carico motore attraverso le valvole di aspirazione eliminando l’utilizzo della valvola a farfalla, a tutto vantaggio dell’efficienza di combustione ai carichi parziali e quindi dei consumi. Basti pensare che, rispetto al tradizionale 1.4 Turbobenzina da 120 CV, lo stesso propulsore riduce fino al 10% i consumi nel ciclo NEDC (New European Driving Cycle) utilizzato da tutti i costruttori per il calcolo di consumi di carburante. Rispetto ad un tradizionale motore a benzina di pari cilindrata, i propulsori MultiAir assicurano un incremento di potenza (fino al 10%) e coppia (fino al 15%), oltre ad una sensibile riduzione di consumi (fino al 10%) ed emissioni di CO2 (sino al 10%), di particolato (sino al 40%) e di NOx (sino al 60%).
Cuore del MultiAir è il nuovo sistema elettro-idraulico di gestione delle valvole che permette di ridurre i consumi (grazie ad un controllo diretto dell’aria mediante le valvole di aspirazione del motore, senza l’utilizzo della farfalla) e le emissioni inquinanti (merito del controllo della combustione). “Il MultiAir è una tecnologia versatile” dicono in Fiat, “facilmente applicabile a tutti i motori a benzina, con un futuro potenziale sviluppo anche ai motori diesel. Inoltre, la gestione del carico tramite le valvole di aspirazione consente di ottimizzare la combustione anche in uso autostradale. Infatti, sfruttando le caratteristiche del sistema, si è molto limitata l’area in cui intervengono gli arricchimenti di combustibile: a 150 Km/h il rapporto aria benzina è ancora stechiometrico, garantendo quindi un consumo specifico particolarmente contenuto”. Ecco in dettaglio la tecnologia MultiAir spiegata dai tecnici Fiat.
Perché il MultiAir
“Il motore ad accensione comandata ha visto negli ultimi anni un’evoluzione continua per garantire il recupero di competitività rispetto ai moderni turbodiesel che, grazie alla tecnologia Common Rail, avevano rivoluzionato il panorama mondiale. Fino ad oggi per i motori benzina rimanevano due vincoli da rimuovere per garantire il salto di efficienza necessario. Innanzitutto, la “strozzatura” della valvola a farfalla: un sistema semplice per dosare la potenza richiesta dal guidatore, ma anche poco efficiente a causa delle perdite di carico conseguenti, soprattutto nei regimi in cui la valvola è poco aperta, cioè nel range di utilizzo tipico di una guida normale; la limitata libertà di azionamento delle valvole di aspirazione, che spesso portava i tecnici a configurare la personalità del propulsore dovendo scegliere tra una fasatura sportiva o una messa a punto orientata ai consumi, oppure se privilegiare il confort e la coppia ai regimi intermedi o puntare alla potenza agli alti regimi e all’allungo più tipico dell’uso brillante.
Con la tecnologia MultiAir questi due limiti vengono finalmente rimossi: merito dell’ingegnoso sistema brevettato da FPT che consente di gestire l’alzata e il tempo di apertura delle valvole secondo numerosi parametri di funzionamento che vengono analizzati ed elaborati in tempo reale, permettendo così al motore di scegliere istante per istante la migliore configurazione possibile per rispondere alle sollecitazioni del guidatore.
Dunque, i nuovi propulsori con tecnologia MultiAir sono l’emblema del concetto di “downsizing”, che coniuga l’efficienza applicata alla massima prestazione. I benefici che ne conseguono sono davvero numerosi se confrontati con motori tradizionali di pari cilindrata: dall’aumento della potenza massima (fino al 10%) all’incremento della coppia (fino al 15%) a basso regime e nei transitori grazie alle evolute strategie di controllo dei parametri di funzionamento dei propulsori. E ancora: riduzione dei consumi di oltre il 10% (per via dell’eliminazione delle perdite di pompaggio e della precisa calibrazione dei parametri che ottimizzano la combustione) e delle emissioni di CO2 (sino al 10%), di particolato (sino al 40%) e di NOx (sino al 60%), grazie all’ottimizzazione delle strategie di controllo delle valvole in fase di aspirazione del motore e al ricircolo interno dei gas di scarico. Prestazioni eccellenti, cui aggiungere una maggiore prontezza ai comandi dell’acceleratore, grazie alla pressione costante dell’aria a monte dei cilindri, abbinata al controllo estremamente rapido della valvole di aspirazione.
Come funziona il MultiAir
L’obiettivo del progetto era ambizioso: permettere di comandare le valvole di aspirazione liberandole dalla stretta dipendenza dell’albero a camme che in più di cento anni di evoluzione tecnologica ha quasi sempre rappresento l’unico modo per garantirne l’azionamento. Nei motori a benzina tradizionali il controllo del carico avviene modulando la densità dell’aria introdotta nei cilindri tramite la valvola a farfalla. Ciò determina una disefficienza nota come “lavoro di pompaggio”. Il sistema MultiAir elimina questa perdita. Il controllo del carico avviene variando il volume dell’aria introdotta a densità costante, grazie a un controllo diretto ed estremamente flessibile delle valvole di aspirazione. Il sistema prevede il comando delle valvole di aspirazione attraverso un sistema elettroidraulico: un pistone, azionato da una camma meccanica, viene collegato alla valvola di aspirazione mediante una camera idraulica, controllata da un’elettrovalvola normalmente aperta.
Due le situazioni che si possono verificare: quando l’elettrovalvola è chiusa, l’olio nella camera idraulica si comporta come un corpo solido e trasmette alle valvole di aspirazione la legge di alzata imposta dalla camma di aspirazione meccanica. Invece, nel secondo caso, quando l’elettrovalvola è aperta, l’olio della camera idraulica può defluire verso un circuito di bassa pressione: di conseguenza le valvole di aspirazione non seguono più il profilo meccanico della camma e si chiudono per effetto della forza delle molle di aspirazione. La parte finale della corsa di chiusura della valvola è gestita mediante un freno idraulico dedicato che assicura una fase di accostamento controllato, in qualsiasi condizione d’esercizio.
Dunque, controllando gli istanti di apertura e chiusura dell’elettrovalvola, è possibile ottenere agevolmente innumerevoli profili di apertura delle valvole di aspirazione. In questo modo il carico motore è controllato direttamente attraverso le valvole di aspirazione e non più attraverso la valvola a farfalla.
Di seguito il comportamento del sistema MultiAir in tre momenti distinti.
1) In fase di erogazione della potenza massima: l’elettrovalvola è sempre chiusa e la piena apertura delle valvole è realizzata seguendo completamente il profilo della camma meccanica, ottimizzato specificamente per la potenza ad alti regimi (intervalli di apertura valvole aspirazione lunghi).
2) A basso numero di giri e pieno carico: l’elettrovalvola si apre in anticipo rispetto al profilo teorico della camma realizzando una chiusura anticipata della valvola di aspirazione. Si elimina così un riflusso indesiderato nel collettore massimizzando la massa d’aria intrappolata nei cilindri.
3) Nelle condizioni di carico parziale del motore: l’elettrovalvola si apre durante la corsa di aspirazione realizzando una parziale apertura delle valvole per controllare la massa d’aria introdotta a seconda della coppia richiesta. In alternativa, è possibile ottenere un’apertura parziale delle valvole chiudendo l’elettrovalvola in ritardo rispetto all’inizio del profilo teorico garantito dalla camma meccanica. In questo caso, il flusso d’aria in ingresso nei cilindri ha una velocità superiore e genera un livello di turbolenza particolarmente elevato all’interno dei cilindri. Da sottolineare che è possibile abbinare queste due modalità di attuazione per uno stesso evento di aspirazione: avviene la cosiddetta “Multilift” che aumenta la turbolenza e la velocità di combustione a carichi e regimi molto bassi.
In sintesi, la flessibilità e la rapidità di risposta garantite dalla tecnologia MultiAir permettono di gestire il carico motore attraverso le valvole di aspirazione eliminando l’utilizzo della valvola a farfalla a tutto vantaggio dell’efficienza di combustione ai carichi parziali e quindi dei consumi.
Dunque, non è esagerato affermare che la tecnologia MultiAir sia una sorta di sintesi dell’eccezionale percorso tecnologico che ha permesso all’industria automobilistica italiana di affermarsi nei mercati e nelle competizioni di tutto il mondo. Basti ricordare alcune di queste innovazioni che hanno segnato la storia dell’automobile: la messa in produzione del primo bialbero in alluminio per una vettura di grande produzione (Alfa Romeo Giulia), l’utilizzo del doppio variatore di fase e del sistema Twin Spark (Alfa Romeo 75), il primo motore modulare (Alfetta) e il Common Rail (Alfa Romeo 156). E oggi l’Alfa Romeo MiTo aggiunge a questo straordinario palmares il rivoluzionario sistema MultiAir, una tecnologia versatile e facilmente applicabile a tutti i motori a benzina, con un futuro potenziale sviluppo anche ai motori diesel”.
