Zasada działania systemu MultiAir - część 1

Silnik Fiata 1.4 MultiAir Turbo zdobył nagrodę Engine Of The Year 2010. Przyjrzyjmy się bliżej, na czym polega jego fenomen.

W części pierwszej postaram się opisać zasadę działania tego silnika. W kolejnej części poruszę korzyści wypływające ze stosowania tej technologii.

W silnikach spalinowych o zapłonie iskrowym, głównym parametrem mającym wpływ na kontrolę spalania mieszanki jest ilość oraz charakterystyka wtłaczanego powietrza do komory spalania. W konwencjonalnych silnikach benzynowych, ilość oraz ciśnienie wtłaczanego powietrza kontrolowane są za pomocą przepustnicy. W systemie MultiAir ilość powietrza dodawanego przy stałej temperaturze i gęstości odbywa się dzięki bezpośredniemu i elastycznemu sterowaniu zaworami ssącymi.

W silniku MultiAir, znajduje się jeden wałek rozrządu, który w standardowy, mechaniczny sposób steruje przy pomocy krzywek pracą zaworów wydechowych. Zawory ssące są natomiast sterowane za pomocą systemu elektrohydraulicznego: tłok obsługiwany przez krzywkę mechaniczną wałka rozrządu podłączony jest do zaworów ssących za pomocą komory hydraulicznej (zwanej też poduszką hydrauliczną) sterowanej przez zawór elektromagnetyczny.

Aby zrozumieć działanie tego systemu, rozpatrzmy dwa, główne schematy działania: kiedy zawór elektromagnetyczny jest zamknięty, oraz kiedy zawór ten jest otwarty.

W pierwszym przypadku, olej całkowicie wypełnia przestrzeń roboczą (kolor żółty na rysunkach 2 i 3, oraz czerwony na rysunku 1). Dzięki temu, że jest praktycznie nieściśliwy, zachowuje się w poduszce hydraulicznej jak ciało stałe. Przekazuje zaworowi ssącemu przebieg czasowy wzniosu narzucony przez wałek rozrządu. Czyli cały proces sterowania tymi zaworami odbywa się tak samo jak w przypadku zaworów wydechowych.

Sytuacja zmienia się w momencie częściowego lub całkowitego otwarcia elektrozaworu. Wówczas w poduszce hydraulicznej pojawia się jakby "przeciek". Olej już nie pracuje jak ciało stałe, bo może odpływać w kierunku obwodu niskiego ciśnienia. Nie ma już sztywnego połączenia pomiędzy zaworem ssącym, a krzywką wałka rozrządu. W takim przypadku zawór ssący zamyka się pod działaniem sprężyny, niezależnie od pracy wałka rozrządu.

W końcowej fazie skok zaworu jest sterowany przez specjalny hydrauliczny hamulec, zapewniający łagodny i regularny przebieg zmiany faz podczas pracy silnika w każdych warunkach. Dzięki takiemu rozwiązaniu zawory ssące mogą być zamykane w praktycznie dowolnym momencie (o ile są w ogóle otwarte).

Rozpatrzmy działanie systemu MultiAir w trzech podstawowych sytuacjach:

• Pobór maksymalnej mocyElektrozawór jest całkowicie zamknięty, a proces sterowania zaworami ssącymi odbywa się poprzez wałek rozrządu, którego krzywki są zoptymalizowane pod kątem mocy przy wysokich prędkościach.
• Niskie obroty silnika, duże obciążenieElektrozawór otwiera się przed momentem, który wskazywałby teoretyczny profil krzywki, przez co zawory ssące zamykają się wcześniej. W konsekwencji następuje wyeliminowanie niepożądanego wstecznego przepływu powietrza do kolektora oraz zwiększenie ilości powietrza uwięzionego w cylindrach.
• Częściowo obciążony silnikElektrozawór otwiera się wcześniej, co powoduje częściowe otwarcie zaworu ssącego, aby ten mógł sterować przepływem powietrza w zależności od zapotrzebowania na moment obrotowy. Ewentualnie zawory mogą również być częściowo otwarte w celu  zamknięcia zaworu elektromagnetycznego z opóźnieniem w stosunku do początku teoretycznych profili gwarantowanych przez krzywki mechaniczne. Strumień powietrza będzie wtedy szybszy i powstaną większe turbulencje.

Oba przypadki można ze sobą połączyć dla tego samego suwu dolotowego (ssania). Mamy wtedy do czynienia z efektem "Multilift" – zwiększa on zawirowania oraz prędkość spalania mieszanki przy niskich obciążeniach.

Źródło: FIAT