Multiair: cos’è e come funziona

Il Multiair è un sistema di controllo dell’apertura delle valvole in motori a benzina e motori diesel.

Quando nasce il Multiair?

Viene brevettato da FIAT nel 2002 (inizialmente con il nome di Uniair), e presentato per la prima volta su un motore di serie (motore FIRE) nel 2009, anno in cui è iniziata la produzione nello stabilimento di Termoli.

Il motore ha mantenuto immutata la cilindrata di 1.368 cm³ ma ha guadagnato numerosi cavalli di potenza, sia nelle versioni aspirate sia in quelle sovralimentate. L’iniezione è elettronica con distribuzione 1 ACT (cinghia dentata), attuatore Uniair lato aspirazione e camme in testa lato scarico. La versione aspirata eroga 105 cavalli a un regime di 6.500 giri al minuto per una coppia motrice di 130 N·m a 4.000 giri al minuto ed equipaggiava i modelli Alfa Romeo MiTo, Fiat Punto Evo e Punto 2012. Il 1.4 Turbo invece viene prodotto in vari step di potenza: quello meno potente è la versione da 135 cavalli (erogati a 5.000 giri al minuto) con coppia massima di 230 Nm a 1.750 giri al minuto.

Le versioni più spinte sono la 1.4 Turbo Multiair erogante 170 cavalli a 5.500 giri al minuto, montata sulle Alfa Romeo MiTo, Giulietta e Jeep Renegade. La coppia motrice sale a 250 Nm disponibile a 2.500 giri al minuto. Tutti i 1.4 Multiair sono omologati Euro 5, abbinati al sistema Start&Stop e alimentati esclusivamente al carburante benzina (non vengono prodotte versioni bifuel). Nell’edizione 2010 del concorso International Engine of the Year il 1.4 Multiair è stato nominato Best New Engine dell’anno. Ciò nonostante i motori a benzina FIRE senza modulo Multiair continuano ad essere in produzione anche per l’anno 2018 sia per la 500 che per la Panda.

Nel 2010 è stata presentata anche la versione Twinair, applicata sul nuovo motore SGE due cilindri, prodotto in Polonia a Bielsko-Biała. La cilindrata è di 875 cm³, distribuzione a quattro valvole per cilindro con iniezione elettronica e turbocompressore. La potenza massima è di 85 cavalli erogati a 5.500 giri al minuto con coppia massima pari a 145 N·m, disponibile a 1.900 giri al minuto. Questo propulsore dispone anche di una modalità Eco, la cui attivazione è in grado di limitare la coppia massima a soli 100 N·m, a 1.750 giri al minuto, in modo da ridurre emissioni e consumi. Il primo modello a essere equipaggiato con il motore 0.9 Twinair è stata la Fiat 500 seguita dalla seconda serie di Lancia Ypsilon. 

Nell’edizione 2011 del concorso International Engine Of The Year il Twinair è stato eletto:

• International Engine of the Year;
• Best New Engine 2011;
• Best Green Engine 2011;
• Migliore della categoria tra i motori con cilindrata inferiore a 1000 cm³;

Da fine 2013 sono state prodotte altre 2 motorizzazioni da 1.0 di cilindrata con i rispettivi 65 CV aspirato in maniera naturale e il turbo sempre da 1.0 e da 105 CV turbocompresso. 

Nella storia più recente il Multiair ha conquistato anche i motori americani della Chrysler: infatti il 2.0 GME L4 (ma anche il 2.4) sviluppato dall’alleanza FCA con potenze da 200 fino a 280 CV installato anche su Alfa Romeo Giulia e Stelvio monta il suddetto modulo.

A cosa serve il sistema Multiair?

Il sistema Multiair permette di gestire in modo molto elastico e indipendente, adeguando alle diverse situazioni operative, due variabili, il tempo di apertura e la fasatura d’apertura delle valvole di aspirazione, ritardandone l’apertura e/o anticipando la chiusura. Questo permette un controllo totale, che precedentemente era possibile solo con i sistemi di distribuzione camless. Attualmente, non esistono alternative pronte all’industrializzazione.

Come funziona?

Il Multiair è l’alternativa (unica per ora) proposta dal Gruppo Fiat ai sistemi camless, ovvero ai sistemi di attuazione delle valvole che non utilizzano l’albero a camme: lo scopo dei progettisti del Multiair è quello di fornire, in un sistema a camme, la stessa flessibilità dei sistemi camless.

In un motore tradizionale, la camma permette di assegnare il profilo di apertura e chiusura delle valvole. La rotazione della camma spinge la punteria e apre o chiude la valvola. La legge di apertura/chiusura risulta fissa e può essere ottimizzata tramite un “sistema di distribuzione a fasatura variabile” solo per un ristretto range di funzionamento, discriminato dal numero di giri al minuto del motore.

Nel sistema Multiair la punteria è costituita da due elementi rigidi collegati tramite un pompante contenente olio. Il pompante è dotato di una valvola controllata da un sistema elettronico dedicato. Se la valvola del pompante è chiusa, l’olio (approssimabile ad un fluido incomprimibile) trasmette il moto alla seconda parte della punteria; se la valvola è aperta, l’olio fluisce in una apposita vasca, la seconda parte della punteria è libera e la valvola del motore, guidata da una molla di richiamo, si richiude. Se inizialmente la valvola dell’elemento pompante è chiusa, la punteria seguirà il profilo di apertura imposto dalla camma. Aprendo in un istante di tempo opportuno la valvola del pompante (in base alle situazioni operative e all’azionamento del comando gas), la punteria sarà richiamata dalla molla e, di conseguenza, non verrà raggiunta la massima apertura o si anticiperà la chiusura della stessa. Se nel frattempo viene richiesta maggiore potenza, la valvola di controllo si richiuderà, evitando che altro olio fuoriesca, permettendo di utilizzare (se ancora disponibile) il profilo rimanente della camma, ma senza riuscire a riguadagnare la corsa persa con la fuoriuscita dell’olio. 

Quali sono i vantaggi del Multiair?

Il controllo completo delle valvole permette innanzitutto l’eliminazione della valvola a farfalla, dato che questa funzione viene ora gestita direttamente con questo nuovo sistema di distribuzione. Tale eliminazione aumenta il rendimento complessivo aumentando l’efficienza di riempimento dei cilindri. Essa viene ottenuta grazie alla riduzione delle perdite di carico sull’aspirazione, le cosiddette perdite di pompaggio, che si verificano ai carichi parzializzati nei sistemi sprovvisti di valvola di controllo e allo stesso tempo permette di migliorare il riempimento con acceleratore completamente azionato e motore ad alti regimi. La prima situazione è lo scenario di tipico nei motori nelle auto stradali, mentre il secondo delle auto per uso sportivo.

La farfalla, anche in posizione di completa apertura, rappresenta un ostacolo al flusso di aria che determina una zona di depressione (rispetto alla pressione ambiente) a valle della farfalla all’interno dei condotti di aspirazione, quando quello che occorrerebbe invece per massimizzare il riempimento dei cilindri in fase di aspirazione è una pressione di segno positivo, questo riduce il riempimento massimo del motore ad elevati regimi di funzionamento.

Inoltre, la FIAT dichiara un aumento della coppia motrice e della potenza massima del motore, abbinate a una riduzione dei consumi, riduzione delle emissioni di CO₂, riduzione delle emissioni di idrocarburi incombusti (HC) e monossido di carbonio (CO) e di ossidi di azoto (NOx). I massimi benefici di questa tecnologia si ottengono con l’adozione del turbocompressore, che consente di ridurre la cilindrata dei motori e avere, a parità di potenza, una riduzione dei consumi e delle emissioni. Un esempio è il motore 1.4 Turbo Multiair da 135-140 cavalli che non solo consuma meno della variante aspirata da 105 CV ma addirittura meno di quella a 8 valvole sempre aspirata da 78 CV, a fronte di valori di potenza e coppia quasi doppi.

Esistono anche altre possibilità volte ad aumentare l’efficienza dei propulsori (e quindi a migliorare i consumi), ad esempio implementando un ciclo Miller ai bassi carichi per aumentare l’efficienza e un ciclo Otto agli alti, quando è necessario sviluppare potenze maggiori.

Come il Multiair interagisce con il guidatore?

In moto totalmente trasparente: il driver non si accorge di nulla. Sembra un normalissimo motore FIRE o GME, ma con consumi inferiori a parità di coppia e potenza.