A tecnologia MultiAir, desenvolvida pela FPT – Powertrain Technologies e lançada mundialmente no Salão de Genebra 2009, é um novo sistema eletroidráulico de acionamento das válvulas, que permite um controle dinâmico e direto do ar admitido pelo motor, controlando também indiretamente a combustão, cilindro a cilindro e ciclo a ciclo. O MultiAir é versátil, aplicável a todos os motores a gasolina ou flex, e com futuros desenvolvimentos em potencial também para propulsores a Diesel. A produção de motores com a tecnologia começou em maio, na planta de Termoli (Itália). A estreia do MultiAir em automóveis ocorrerá em setembro deste ano, no Alfa Romeo MiTo.
Graças ao controle da quantidade e das características da carga de mistura fresca nos cilindros, o MultiAir oferece como principais benefícios a redução de emissões e de consumo de combustível, aumento de potência máxima e torque, além de melhor resposta dinâmica e prazer em dirigir.
Nos motores a gasolina ou flex, o controle da potência é feito através da dosagem da quantidade de ar aspirado pelo motor e o sistema de injeção garante a quantidade de combustível adequada a aquela quantidade de ar. Nos motores a Diesel, o controle da potência é feito pela dosagem da quantidade de combustível com o sistema de sobrealimentação, garantindo uma quantidade de ar adequada àquela de combustível injetada. Nos motores a gasolina ou flex convencionais, a massa de ar admitido nos cilindros é controlada principalmente pela abertura da válvula tipo borboleta do acelerador e também pela abertura total e constante das válvulas de admissão.
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O MultiAir representa para os motores a gasolina uma revolução comparável à que a adoção do sistema eletrônico common rail de dosagem de combustível foi para o diesel.
Os benefícios da Tecnologia MultiAir para motores a gasolina ou flex verificados até o momento são:
– A potência máxima é aumentada em até 10%, graças à adoção de um perfil de came mecânico orientado para potência.
– O torque em baixas rotações é melhorado em até 15%, graças à adoção de estratégias de fechamento antecipado de válvulas de admissão, o que maximiza o rendimento volumétrico do motor nessas condições.
– A redução de perdas de bombeamento, a melhora da combustão nas respostas dinâmicas e o maior torque em baixas rotações geram uma redução de 10% do consumo de combustível e de emissões de CO2, tanto em motores naturalmente aspirados quanto em motores turbo com o mesmo volume.
– Motores MultiAir sobrealimentados utilizando o conceito do downsizing podem alcançar uma redução de até 25% no consumo de combustível em relação a motores convencionais naturalmente aspirados com o mesmo nível de desempenho.
– Redução de emissões da ordem de 40% de hidrocarbonetos e de monóxido de carbono devido à utilização de estratégias ideais de controle da quantidade de ar durante o aquecimento do motor.
– Redução de emissões de até 60% para óxidos de nitrogênio, devido à utilização da recirculação interna de gás de escapamento, realizada ao reabrir as válvulas de admissão durante o tempo de exaustão.
– A resposta dinâmica do motor é superior, resultado da maior pressão no coletor de aspiração, juntamente com o controle de massa de ar extremamente rápido, cilindro a cilindro e ciclo a ciclo.
A primeira aplicação mundial da tecnologia MultiAir será nos motores Fire 1.4l 16V naturalmente aspirados e turbocomprimidos. A segunda aplicação será no novo 0.9l bicilíndrico, em que o projeto do cabeçote foi otimizado para a integração com o atuador MultiAir. Neste caso, já estão programadas versões a gasolina, naturalmente aspiradas e turbocomprimidas, além de uma versão bifuel (gasolina-GNV).
Graças a um downsizing radical, o motor bicilíndrico turbo alcançará níveis de emissão de CO2 similares aos dos motores a Diesel. Na versão bifuel, utilizando GNV, as emissões de CO2 poderão chegar a ser inferiores a 80 g/km em algumas aplicações veiculares.
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| A Tecnologia MultiAir: como ela funciona
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O sistema MultiAir atua da seguinte forma: um pistão, movido por um came de entrada mecânico, é conectado à válvula de admissão por meio de uma câmara hidráulica, controlada por uma válvula solenóide on/off normalmente aberta.
Quando a válvula solenóide é fechada, o óleo na câmara hidráulica se comporta como um corpo sólido e transmite para as válvulas de admissão o movimento de abertura imposto pelo came mecânico.
Quando a válvula solenóide é aberta, o óleo na câmara hidráulica pode escorrer livremente de volta para o motor, assim as válvulas de admissão não seguem mais o came de admissão e se fecham sob a ação da mola da válvula. A parte final do percurso de fechamento da válvula é controlada por um freio hidráulico dedicado, para garantir uma fase de assentamento suave e regular em qualquer condição operacional do motor
Por meio do controle do tempo de fechamento e abertura da válvula solenóide, uma ampla gama de programações de abertura das válvulas de admissão pode ser facilmente obtida. Para potência máxima, a válvula solenoide é sempre fechada e a total abertura de válvula é alcançada seguindo completamente o perfil do came mecânico, especificamente projetado para maximizar potência em alta rotação do motor (longo tempo de abertura).
Para torque em baixas rotações, a válvula solenóide é aberta próximo do final do perfil do came, levando ao fechamento antecipado da válvula de admissão. Isso elimina o indesejado retorno do fluxo para o coletor de admissão e maximiza a massa de ar admitida pelos cilindros.
Em regime de cargas parciais do motor, a válvula solenóide é aberta antes do final do perfil do came, levando a um fechamento bastante antecipado da válvula de admissão, para controlar a massa de ar admitida em função do torque requerido.
Em marcha lenta, a válvula solenóide permanece aberta quando o perfil do came já começou a agir e se fecha ainda durante o tempo em que o came está bombeando óleo. Nesse caso, a válvula se abre mais tarde, quando o pistão já está descendo, portanto a depressão presente no cilindro naquele momento é maior e assim o fluxo de ar admitido no cilindro é mais rápido, o que resulta em maior turbulência.
Esses dois últimos modos de acionamento podem ser combinados durante o mesmo período de admissão dentro de um ciclo, gerando o assim chamado modo “Multilift”, que melhora a turbulência e a taxa de combustão em cargas e giros muito baixos. |
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Pesquisa e desenvolvimento
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Pesquisas sobre o controle do ar começaram nos anos 80, com o amadurecimento das técnicas de controle eletrônico de motores.
No começo, os esforços se concentraram no conceito de acionamento eletromagnético, em que abertura e fechamento da válvula são obtidos ao energizar de maneira alternativa dois eletroímãs, um superior e um inferior com uma armadura conectada à haste da válvula. Esse princípio de acionamento teve o apelo intrínseco de máxima flexibilidade e resposta dinâmica no controle de válvulas. Porém, apesar de uma década de significativos esforços de desenvolvimento, os principais problemas do conceito, que são confiabilidade e alta absorção de energia, não puderam ser completamente superados até o momento.
A essa altura, a maioria das empresas automotivas ficou com o desenvolvimento dos conceitos eletromecânicos mais simples, com base na variação do levantamento de válvula através de mecanismos dedicados – normalmente combinados com variadores de fase dos eixos de distribuição.
A principal limitação desses sistemas é a baixa flexibilidade na programação de aberturas de válvula e uma resposta dinâmica e lenta. Nesses sistemas, as válvulas de todos os cilindros do motor variam simultaneamente, excluindo, portanto, qualquer ação seletiva de cilindros. Esses sistemas foram sendo introduzidos no mercado durante a última década.
Em meados dos anos 90, as pesquisas do Grupo Fiat se concentraram sobre a atuação eletroidráulica, conseguindo, também, ganhos de conhecimento técnico durante o desenvolvimento do sistema common rail. A meta era alcançar a flexibilidade na estratégia de abertura de válvulas e no controle de massa de ar admitida cilindro a cilindro e ciclo a ciclo. A tecnologia de atuação eletroidráulica das válvulas desenvolvida pelo Grupo Fiat foi escolhida pela sua relativa simplicidade, intrínseca confiabilidade natural e potencial baixo custo.
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Futuro: evoluções e aplicações a caminho
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A tecnologia MultiAir abrirá o caminho para uma onda de evoluções tecnológicas adicionais para motores a gasolina, como a integração do controle de massa de ar com injeção direta de gasolina para melhoria adicional de resposta transiente e economia de combustível.
Novas pesquisas indicarão, também, estratégias mais avançadas de abertura de múltiplas válvulas, gerando redução ainda maior de emissões. Outra possibilidade de estudo é a otimização da integração do uso da sobrealimentação com tudo isso.
O MultiAir pode ser aplicado a todos os motores de combustão interna ciclo Otto, Diesel e similares, independentemente do tipo de combustível usado. Embora inicialmente desenvolvido para motores com ignição por centelha, a tecnologia da FPT tem amplo potencial também para redução de emissões em motores a Diesel.
Nos Diesel, uma grande redução de NOx pode ser obtida com a recirculação interna de gás de escapamento, realizada com a reabertura de válvulas de admissão durante o tempo de exaustão. Da mesma forma, estratégias ideais de controle de válvulas durante partida a frio e aquecimento geram grande queda de emissões de HC e CO.
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