Впервые продемонстрированная в Женеве технология MultiAir обещает значительно снизить расход топлива, увеличить мощность и крутящий момент, уменьшить выбросы углекислого газа в пределах от 10 до 25%, а других загрязнителей воздуха — до 60%.

Успехи итальянцев в разработке дизельной топливной аппаратуры общепризнаны. Два поколения аккумуляторных систем (Common Rail) с прямым впрыском (UniJet и MultiJet) существенно улучшили параметры двигателей, повысили топливную экономичность, снизили выбросы. Используя накопленный опыт, инженеры Fiat внесли изменения и в конструкцию двигателей Отто, грозящие стать революционными.

Кратко перечислим достоинства технологии MultiAir. За счет профиля кулачков распределительного вала, «сориентированного» на развитие максимальной мощности, последняя возрастает на 10%.

Крутящий момент на низких оборотах повышается на 15% за счет раннего закрытия впускных клапанов, обеспечивающего удержание в цилиндрах максимальной массы воздуха.

Снижение насосных потерь оборачивается 10-процентным снижением расхода топлива и соответствующим сокращением выброса углекислого газа в двигателях как с атмосферным впуском, так и в наддувных по сравнению с моторами традиционной конструкции и аналогичного рабочего объема.

Использование турбонаддувного двигателя с технологией MultiAir взамен атмосферного больших габаритов и рабочего объема (downsizing) сулит при сохранении эксплуатационных характеристик 25-процентное снижение расхода топлива.

Оптимальный алгоритм управления клапанным механизмом при прогреве двигателя и рециркуляция отработавших газов, происходящая за счет повторного открытия впускного клапана во время такта выпуска (примитивно до гениальности!), снижают выбросы несгоревших углеводородов (СН) и угарного газа (СО) на 40%, окислов азота (NOx) — на все 60.

Постоянное давление подаваемого в цилиндры воздуха, атмосферное для обычных двигателей и повышенное для наддувных вкупе с экстремально быстрым управлением массой воздуха (цилиндр за цилиндром, такт за тактом) обеспечивают улучшение динамики автомобиля и, соответственно, доставляют его водителю большее удовольствие.

Технология MultiAir может найти применение в любых двигателях внутреннего сгорания, независимо от используемого вида топлива. Она может быть адаптирована к использованию в дизельных двигателях для снижения выбросов NOx и существенного повышения эффективности сажевого фильтра.

Суммируем сказанное: двигатель MultiAir мощнее, динамичнее на всех оборотах, экономичнее и выбрасывает меньше токсичных и просто вредных веществ. Технология укрепит занимаемую уже два года лидирующую позицию Fiat как производителя автомобилей, выпускающих в атмосферу наименьшее количество углекислого газа.

MultiAir дебютирует на новом семействе атмосферных и турбированных 16-клапанных двигателей рабочим объемом 1,4 л. Первым автомобилем-носителем станет новая Alfa MiTo, которая пойдет в серию в конце этого года. Новая технология будет использована и в семействе двухцилиндровых моторов.

Предпосылки

В последнее десятилетие развитие технологии Common Rail совершило переворот в области дизеле­строения для легкового автотранспорта.

Для подготовки «бензинового прорыва» конструкторам Fiat понадобились весь ранее накопленный опыт и новые технологии.

Их целью стало создание нового бензинового двигателя с более «гладким» процессом сгорания. Планировалось максимально использовать легкие материалы и структуры.

Ключевой параметр, влияющий на процесс сгорания в дизельном двигателе и, следовательно, на его рабочие характеристики, выбросы и расход топлива, — количество и качество топлива, впрыскиваемого в цилиндры. Именно поэтому электронная система впрыска топлива Common Rail и стала столь фундаментальным изменением дизельных технологий.

Однако «бензиновый ключ» — количество и качество заряда свежего воздуха в цилиндрах. В традиционном бензиновом двигателе масса воздуха, поступающего в цилиндр, определяется положением дроссельной заслонки (точнее — разрежением, за ней образующимся) при заданном открытии впускного клапана. Максимальный подъем клапана и его проходное сечение, фазы открытия и закрытия — величины постоянные, заданные профилем кулачка распредвала. Одним из недостатков такой конструкции является необходимость расхода энергии (до 10% от вырабатываемой) на насосные потери, т. е. сжатие разреженного воздуха до нормального атмосферного давления.

Прорыв в управлении массой воздуха и, следовательно, во всей технологии двигателей Отто основан на дозировании подачи воздуха в цилиндр под атмосферным давлением управляемыми электроникой впускными клапанами.

Исследования в этом направлении начались еще в 80-е годы минувшего века, когда появились первые надежные электронные системы управления двигателем.

В последние годы определенных успехов добились многие автопроизводители. Были созданы быстродействующие электромагнитные клапанные механизмы, срабатывающие по сигналу процессора. Но, увы, и они не без недостатков. Не удается обеспечить их 100-процентную надежность и сохранение работоспособности двигателей при их отказе. А управляющие клапанами электромагниты расходуют слишком много электроэнергии.

Посчитав это направление бесперспективным, многие конструкторы обратились к электромеханическим устройствам, простым, надежым и хорошо изученным. «Переключением» их компонентов можно изменять высоту подъема и фазы открытия клапанов. В конструкции добавились фазосдвигающие приводы распредвалов. Но и электромеханика оказалась не без греха. Диапазон регулирования подачи воздуха оказался слишком узким. Все клапаны управляются одинаково, исключая «индивидуальный подход» к каждому отдельному цилиндру.

В середине девяностых группа Fiat переключила свои усилия на электрогидравлическое управление клапанами, в чем очень помог опыт дизельных разработок, прежде всего Common Rail. Задача перед конструкторами была сформулирована так: получить возможность гибко управлять открытием клапанов и подачей воздуха в каждом цилиндре на каждом такте по отдельности.

Получившаяся электрогидравлическая система управления клапанами отличается простотой, низким потреблением энергии, надежностью и потенциально низкой стоимостью.

Как оно работает?

Принцип устройства системы MultiAir достаточно прост и по своей сути является развитием ранее известных компонентов двигателя. Распределительный вал и клапаны остаются на своих местах. Между кулачком и торцом клапана размещается «гидравлическая камера», состоящая из двух цилиндров (главного и рабочего), разделенным электромагнитным клапаном. Такая конструкция аналогична устройству гидротолкателя. Но в отличие от него давление в камере не поддерживается (относительно) постоянным, а меняется в зависимости от сигналов блока управления с помощью электромагнитного клапана. При нормальном давлении клапан перемещается согласно профилю кулачка. Когда давление падает, клапан открывается позже, а закрывается раньше, под воздействием собственных пружин. В последний момент закрытия клапана в системе MultiAir срабатывает гидравлический тормоз, смягчающий удар тарелки клапана о седло в любых режимах работы двигателя.

Применение электромагнитного клапана дает возможность регулировать алгоритм открытия и закрытия клапана в широких пределах.

Для достижения максимальной мощности электромагнитный клапан остается закрытым. Полное и максимальное по длительности открытие клапанов двигателя осуществляется по закону, заданному профилями кулачков распредвала. Распредвал, в свою очередь, разрабатывается специально под высокие обороты и мощность. Те, кому доводилось слышать звуки работающего спортивного двигателя, легко поймут, о чем идет речь.

Рассчитанный на высокие обороты двигатель с широкими, перекрывающими друг друга фазами открытия клапанов начинает работать устойчиво лишь на средних оборотах и выше. Для двигателя с широким распредвалом холостой ход — это неравномерное перекачивание бензина в глушитель. Система MultiAir и призвана «навести порядок» на средних и низких оборотах.

На малых оборотах электромагнитный клапан открывается раньше, чем кулачок завершит свой рабочий цикл. Впускной клапан закрывается раньше. (Фаза его открытия становится уже.) Исключается обратный выброс воздуха во впускной коллектор, увеличивается масса воздуха в цилиндре.

При частичных нагрузках электромагнитный клапан открывается раньше, снижая высоту подъема впускного клапана, за счет чего осуществляется управление наполнением цилиндра и регулируется крутящий момент.
Клапаны могут открыться лишь частично (на неполную высоту), если электромагнитный клапан будет закрыт после того, как профиль кулачка уже начал работать механически. В этом случае скорость потока воздуха будет больше, что вызовет его повышенную турбулентность (завихрения) в цилиндре.

Два последних алгоритма работы впускного клапана могут быть объединены в одном такте впуска. При этом двигатель работает в так называемом режиме Multilift с увеличенной турбулентностью, улучшающей сгорание топлива при очень малых нагрузках.

Что дальше?

Перспективы развития новой системы куда шире возможностей двигателей MultiAir первого поколения. Технология Common Rail, представленная инженерами Fiat в 1997 году, проложила дорогу на десятилетия, «породив» многократный впрыск MultiJet, малые дизельные двигатели и технологию модульного впрыска, которая скоро появится на рынке.

Подобным образом и технология MultiAir, которую Fiat впервые показал на женевском автосалоне в марте этого года, должна дать толчок к дальнейшему развитию бензиновых и дизельных двигателей. Соединение управления массой воздуха по технологии MultiAir с прямым впрыском топлива улучшит как динамику, так и экономичность двигателей.

Оптимизация алгоритмов работы клапанов должна помочь существенному снижению выбросов в атмосферу. Повысится эффективность работы турбонаддувных двигателей за счет управления массой воздуха как повышением давления, так и открытием клапанов.

Технология MultiAir применима на ДВС, работающих на любых видах топлива — бензине, газе, водороде, дизеле. В последнем случае также возможно серьезное снижение выбросов. Рециркуляция отработавших газов может осуществляться без использования впускного клапана в такте выпуска. При пуске и прогреве двигателя выбросы СО и СН снижаются на 40%.

Оптимизация рабочего процесса в значительной мере снизит нагрузку на сажевый фильтр и каталитический нейтрализатор, что продлит срок службы этих компонентов.

Справедливости ради надо отметить, что экономия топлива дизельным двигателем MultiAir будет не столь существенной: насосные потери на впуске у дизеля минимальны, а рабочий процесс экономичен «от природы». Дальнейшее развитие конструкций может сделать бензиновые и дизельные двигатели более унифицированными, а со временем и «всеядными».