Silniki benzynowe: czeka nas rewolucja?

Technologia Common Rail w ciągu ostatnich lat spowodowała prawdziwy przełom na rynku diesli. Teraz Grupa Fiat wdrożyła do produkcji nowość, która ma być przełomem na rynku silników benzynowych. Ta nowość wkrótce trafi do polskich salonów.

Kluczowym parametrem kontrolującym proces spalania w silnikach diesla i określającym jego wydajność oraz zużycie paliwa jest optymalne sterowanie wtryskiwanym do cylindrów paliwem. Dlatego elektroniczny system wtryskowy Common Rail stał się przełomem w technologii wytwarzania silników wysokoprężnych. W przypadku silników iskrowych, kluczowym parametrem kontrolującym proces spalania mieszanki jest ilość powietrza wtłaczanego do komór spalania. Ma ona bezpośredni wpływ na wydajność silnika, emisję spalin oraz zużycie paliwa.

W konwencjonalnych silnikach iskrowych masa powietrza „zamknięta nad tłokiem” jest sterowana przez utrzymywanie stałego otwarcia zaworów dolotowych i regulowanie strumienia powietrza zasilającego przez zawór przepustnicy. Dozowanie ładunku powietrza może odbywać się również przez sterowanie otwarcia zaworów dolotowych. Początkowo cały świat koncentrował swoje badania nad koncepcją sterowania elektromagnetycznego, ale nie udało się przezwyciężyć jej wad: awaryjności i wysokiego zapotrzebowania mechanizmów na energię. W połowie lat 90. Grupa Fiat skoncentrowała badania na sterowaniu elektrohydraulicznym. Opracowany przez Fiata mechanizm elektrohydraulicznego sterowania zmiennymi fazami otwarcia zaworów Multiair jest stosunkowo prosty, odporny na uszkodzenia, tani w produkcji i zużywa niewiele energii. Właśnie ten system będzie dostępny w silnikach najnowszego Punto Evo.

Jak to działa?

W danych technicznych można dostrzec pewną nieścisłość. Silnik ma szesnaście zaworów, a wałek rozrządu (w głowicy jest tylko jeden) ma dwanaście krzywek. Wyeliminowano jedną krzywkę na każdym cylindrze. Taka konstrukcja to efekt działania systemu sterowania zaworami ssącymi. Krzywka, zamiast uderzać w element zblokowany z zaworem, porusza specjalny tłok, połączony z zaworami dolotowymi poprzez poduszkę hydrauliczną. Poduszka jest sterowana przez dwupołożeniowy elektrozawór. Gdy elektrozawór jest zamknięty, olej w poduszce hydraulicznej zachowuje się jak ciało stałe i przekazuje zaworowi ssącemu ruch wymuszony przez krzywkę wałka rozrządu. Gdy elektrozawór jest otwarty, poduszka hydrauliczna i zawory ssące nie są połączone ze sobą i zawór (który nie jest już sterowany hydraulicznie) zamyka się pod naciskiem sprężyny.

Oto szczegółowe zasady działania systemu:

1. W celu maksymalizacji mocy elektrozawór jest zamknięty.
2. By dostarczyć wysoki moment obrotowy w niskich zakresach obrotów, elektrozawór otwiera się pod koniec profilu krzywki wałka, co skutkuje wcześniejszym zamknięciem zaworu. W konsekwencji następuje wyeliminowanie niepożądanego, wstecznego przepływu powietrza do kolektora, a tym samym następuje zwiększenie ilości powietrza w cylindrach.
3. Podczas pracy silnika z częściowym obciążeniem, elektrozawór jest otwierany wcześniej, co powoduje częściowe otwarcie zaworu, aby mógł sterować masą powietrza w zależności od wymaganego momentu obrotowego.

A oto korzyści z zastosowania techniki Multiair:

1. Maksymalna moc jest większa o 10%
2. Moment obrotowy przy niskich obrotach jest większy o 15% (dzięki wcześniejszemu przymykaniu zaworów ssących)
3. Eliminacja strat na bezużyteczne pompowanie powietrza oznacza zmniejszenie zużycia paliwa i emisji CO2 o 10%
4. W przypadku silników o małej pojemności, ale sporej mocy spalanie może się zmniejszyć o 25%
5. Optymalna kontrola zaworów podczas rozgrzewania się silnika i wewnętrzna recyrkulacja spalin, realizowana poprzez ponowne otwieranie się zaworów podczas suwu wydechu, powoduje zmniejszenie poziomu emisji rzędu 40% dla HC/CO i 60% dla NOx.

Po raz pierwszy na świecie rozrząd Multiair zastosowano w wolnossących i turbodoładowanych 16-zaworowych silników Fire 1400cm3 o mocy (105 KM i 135 KM). Zalety tego rozwiązania najbardziej można docenić w silniku 1,4 MultiAir Turbo o mocy 135 KM. Gwarantuje on Fiatowi Punto Evo osiągi i temperament sportowego samochodu: maksymalna prędkość wynosi 200 km/h, a przyspieszenie 8,5 sekundy, a mimo tych osiągów zużycie paliwa w cyklu mieszanym wynosi tylko 5,6 l/100 km (dane katalogowe).

Bogusław Korzeniowski