Fiat Konzern: MultiAir-Triebwerke reduzieren Verbrauch

Hinter dem Quantensprung in Sachen Antriebstechnik verbirgt sich eine elektrohydraulische Ventilsteuerung von revolutionärem Charakter. Sie ersetzt die bei Vierventil-Motoren übliche Einlass-Nockenwelle durch ein hochkomplexes und robustes Hightech-System. MultiAir ermöglicht damit – im Gegensatz zu allen anderen Systemen auf dem Markt – erstmals eine schier endlos große Variationsbreite der Ventilsteuerung. Folge: Die Zylinderfüllung lässt sich stets dem jeweiligen Lastzustand anpassen, so dass der Motor in praktisch jeder Fahrsituation mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben wird. Und das sorgt für weniger Verbrauch, weniger Emissionen und mehr Power. Der Fiat Konzern wird das MultiAir-System sowohl in Verbindung mit Saug- als auch Turbo-Motoren anbieten. Zu einem späteren Zeitpunkt soll das MultiAir-System darüber hinaus für Dieseltriebwerke adaptiert werden.

Von der technischen Bedeutung her ist die Einführung dieser weltweit bislang einmaligen Technologie mit dem Debüt der Common-Rail-Einspritzung vergleichbar. Alfa Romeo hatte damit 1997 den Dieselmarkt revolutioniert.

Alle MultiAir-Vorteile zusammengefasst:

• Die MultiAir-Triebwerke erzielen im Vergleich zu konventionell betriebenen Konzepten mit rein mechanischer Ventilsteuerung einen um bis zu 25% niedrigeren Kraftstoffverbrauch.
• Die Leistung des Motors wird durch MultiAir um bis zu 10% gesteigert. Parallel wird das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich um bis zu 15% verbessert, da die Einlassventile zylinderselektiv früh geschlossen werden können, um die Luftmenge im Zylinder zu maximieren.
• Dem Plus an Leistung und Drehmoment stehen 10% weniger Kraftstoffverbrauch und 10% weniger CO₂ gegenüber.
• Insbesondere während der Kaltlaufphase werden dank optimaler Ansteuerung der Ventile und einer inneren Abgasrückführung die Emissionen signifikant gesenkt. Die Stickoxide (NOx) gehen dabei um bis zu 60%, Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) um bis zu 40% zurück.
• Dank der variablen Ventilsteuerung wird ein extrem agiles Ansprechverhalten des Motors erzielt.

Die wichtigsten Funktionen des MultiAir-Systems im Detail:

MultiAir übernimmt die Ventilsteuerung auf der Einlass-Seite und macht so die entsprechende Nockenwelle überflüssig. Jeder Zylinder verfügt dabei über ein eigenes Hydrauliksystem mit einer separaten Hydraulikkammer. Eine zusätzliche Nocke an der Auslassnockenwelle übermittelt das Ventilspiel auf mechanischem Wege an das MultiAir-System. Ist das elektronisch gesteuerte Magnetventil an der Hydraulikkammer geschlossen, ist kein Ölfluss möglich und die Hydraulikkammer verhält sich wie ein starres Bauteil. In diesem Fall verläuft das Ventilspiel vergleichbar einem konventionellen System. Ist hingegen das Magnetventil an der Hydraulikkammer geöffnet, sind Nocken und Ventile mechanisch von einander getrennt. Die Einlassventile folgen nun nicht mehr dem Rhythmus der Nocken sondern schließen durch Federkraft. In diesem Fall steuert eine ausgefeilte Mechatronik über Magnetventile die Einlassventile abgestimmt auf die spezifische Fahrsituation. Damit wird die Luftzufuhr in die Zylinder optimal an die tatsächlichen Anforderungen angepasst, was insbesondere im Teillastbereich die Effizienz des Verbrennungsmotors nachhaltig steigert.

Hintergrund: Da sich die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile individuell für jeden Zylinder variabel ansteuern lassen, kann die Zylinderbefüllung jedem Lastzustand optimal angepasst werden. Dies beinhaltet sowohl die Länge der Öffnungs- und Schließzeiten, den Zeitpunkt der Öffnungs- und Schließzeiten (EIVC = Early Intake Valve Closing / LIVO = Late Intake Valve Opening) als auch die Häufigkeit der Öffnung der Ventile während eines Ansaugtaktes (Multilift). Ein Steuergerät managt dabei die komplexe Mechatronik, das Zusammenspiel von Mechanik und Elektronik – in Sekundenbruchteilen wird so die Ventilstellung angepasst.

Weiterer Vorteil: Weil MultiAir das Management der dem Motor zugeführten Luftmengen steuert und daher die Drosselklappe stets voll geöffnet sein kann, reduziert MultiAir störende Drosselklappenverluste auf ein bislang nicht gekanntes Minimum und optimiert damit den Wirkungsgrad des Triebwerks.

Serieneinführung der MultiAir-Technik

Der weltweit erste Einsatz der MultiAir-Technik wird bereits Mitte des Jahres im Alfa Romeo MiTo erfolgen. Geplant sind hier jeweils ein 1,4-Liter-Saug- und Turbo-Motor. Darüber hinaus wird es einen sehr kleinen, komplett neuen MultiAir-2-Zylinder-Benziner (900 cm³) geben. Auch hier wurde der Zylinderkopf speziell für die Integration des MultiAir-Systems optimiert. Von diesem Triebwerk sind 1 Sauger- und 2 Turboversionen vorgesehen, eine davon für den bivalenten Betrieb mit Benzin und Erdgas (CNG). Dank eines konsequenten Downsizings erreicht der Benzinmotor sensationell niedrige CO₂-Emissionen: Je nach Version realisiert das Unternehmen hier Weltbestwerte von weniger als 80 g/km CO₂.

Das Zukunftspotential der MultiAir-Technik:

Mittelfristig bietet das ursprünglich für den Einsatz in Ottomotoren (Betrieb mit Benzin, Flüssiggas, Erdgas oder Wasserstoff) konzipierte MultiAir-System das Potential, auch beim Diesel nochmals die Emissionen zu senken. Eine erhebliche Reduzierung ergibt sich hier durch die effizientere Steuerung und Regeneration des Dieselpartikelfilters und des NOX-Speicherkatalysators.

Langfristig werden Technologien wie MultiAir zu einer Systemvereinheitlichung der Benzin- und Dieselmotoren führen. Und das zeigt eines sehr deutlich: Das Potential heutiger Verbrennungsmotoren bietet noch immer Überraschungen für eine ebenso saubere wie dynamische Mobilität in der Gegenwart und in der Zukunft.