La technologie MultiAir de Fiat

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Alfa Romeo fait faire ses débuts au niveau mondial à la technologie MultiAir sur sa dernière création, l’Alfa Romeo MiTo. Le premier moteur de cette nouvelle famille est le moteur MultiAir 1.4, qui est proposé en 3 différents niveaux de puissance : atmosphérique de 105 cv, et turbo de 135 ou 170 cv.

Il s'agit d'un important saut de génération par rapport aux moteurs à essence actuels, exactement comme en 1997 avec la technologie d’injection directe à rampe commune appliquée aux propulseurs diesel et présentée en avant-première mondiale sur l’Alfa Romeo 156. Aujourd'hui, c'est au tour de la Mito, une compacte sportive, de prendre le relais et de témoigner d'un véritable saut en avant de la technologie : en effet, le système MultiAir porte le moteur à essence à des limites d'efficacité jusqu'alors impensables.

En particulier, la possibilité de gérer l'instant le plus approprié d'ouverture et de fermeture de la soupape d'admission a permis d'optimiser le rendement volumétrique du moteur et d'améliorer nettement le couple maximum fourni, spécialement en bas régime : par rapport à un moteur traditionnel turbo essence de 120 cv, le MultiAir enregistre une augmentation de puissance maximum (135 cv) sans pénaliser le couple et la capacité de réponse en bas régime (5000 tr/min).

Le cœur du dispositif MultiAir est le nouveau système électrohydraulique de gestion des soupapes qui permet de réduire la consommation (grâce à un contrôle direct de l'air au moyen des soupapes d'admission du moteur, sans utiliser de papillon des gaz) et les émissions polluantes (grâce au contrôle de la combustion). En plus, le MultiAir, emblème du concept de « downsizing », est une technologie polyvalente facilement applicable à tous les moteurs à essence, avec possibilité d'adaptation aux moteurs diesel dans le futur.

La gestion de la charge par l'intermédiaire des soupapes d'admission permet d'optimiser la combustion, même sur l'autoroute. En exploitant les caractéristiques du système, la zone où les enrichissements en carburant interviennent s'est beaucoup limitée : même à 150 Km/h, le rapport airessence est encore stoechiométrique, ce qui assure une consommation spécifique maîtrisée.

Le pourquoi du MultiAir

Jusqu'à ce jour, deux contraintes devaient encore être éliminées pour garantir un saut de qualité nécessaire en termes d'efficacité pour le moteur à essence. Tout d'abord, l'étranglement du papillon est un système simple de dosage de la puissance demandée par le conducteur, mais aussi peu efficace à cause des pertes de charge qui en dérivent, surtout aux régimes où la soupape est faiblement ouverte, c'est à dire sur la plage d'utilisation typique d'une conduite normale.

La deuxième contrainte concerne la liberté limitée d'actionnement des soupapes d'admission, qui souvent poussaient les techniciens à configurer le propulseur en choisissant entre un réglage sportif ou tranquille, ou encore, entre le couple aux régimes moyens et la disponibilité de la puissance aux hauts régimes. La technologie MultiAir a finalement éliminé ces deux limitations : grâce au système ingénieux et breveté par FPT – Fiat Powertrain Technologies - qui permet de gérer la levée et le temps d'ouverture des soupapes en temps réel, ce qui permet au moteur de choisir à chaque instant la meilleure configuration possible pour répondre au mieux aux sollicitations du conducteur.

Les bénéfices qui en dérivent sont très nombreux si on les compare aux moteurs traditionnels de même cylindrée : augmentation de la puissance maximum (jusqu'à 10 %), augmentation du couple (jusqu'à 15 %) en bas régime et dans les phases transitoires. Mais aussi : une réduction de la consommation de plus de 10 %, des émissions de CO2 (jusqu'à 10 %), des particules (jusqu'à 40 %) et des NOx (jusqu'à 60 %), grâce à l'optimisation des stratégies de contrôle des soupapes en phase d'admission et au recyclage interne des gaz d'échappement. D'excellentes performances auxquelles s'ajoutent plus de rapidité d'exécution des commandes d'accélération, grâce à la pression constante de l'air en amont des cylindres, associée au contrôle ultra rapide des soupapes d'admission.

Comment fonctionne le MultiAir

Sur les moteurs à essence traditionnels, le contrôle de la charge se produit en modulant la densité de l'air introduit dans les cylindres par l'intermédiaire du papillon des gaz. Ceci entraîne une chute d'efficacité correspondant au travail de pompage. Le système MultiAir élimine cette perte. Le contrôle de la charge se produit en faisant varier le volume d'air introduit à une densité constante, grâce à un contrôle direct et extrêmement flexible des soupapes d'admission. Le système prévoit la commande des soupapes d'admission par l'intermédiaire d'un système électro-hydraulique : un piston actionné par une came mécanique est relié à une soupape d'admission par une chambre hydraulique, contrôlée par une électrovanne normalement ouverte.

Deux situations peuvent alors se vérifier : quand l'électrovanne est fermée, l'huile de la chambre hydraulique se comporte comme un corps solide et transmet la loi de levée imposée par la came d'admission mécanique aux soupapes d'admission. Dans le deuxième cas par contre, quand l'électrovanne est ouverte, l'huile de la chambre hydraulique peut s'écouler dans le circuit de basse pression : par conséquent, les soupapes d'admission ne suivent plus le profil mécanique de la came et se referment per l'effet de la force des ressorts d'admission. La partie finale de la course de fermeture de la soupape est gérée au moyen d'un frein hydraulique dédié qui assure une phase de rapprochement contrôlé, en toute situation de fonctionnement.

En contrôlant les instants d'ouverture et de fermeture de l'électrovanne, il est possible d'obtenir facilement de nombreux profils d'ouverture des soupapes d'admission. De cette façon, la charge du moteur est contrôlée directement par l'intermédiaire des soupapes d'admission et non plus par le papillon.

Voici le comportement du système MultiAir à trois moments différents.

1) En phase de fourniture de la puissance maximum : l'électrovanne est toujours fermée et la pleine ouverture des soupapes se produit en suivant complètement le profil de la came mécanique, optimisé spécialement pour la puissance à des régimes élevés (intervalles longs d'ouverture des soupapes d'admission).

2) À bas régime et pleine charge : l’électrovanne s'ouvre à l'avance par rapport au profil théorique de la came, réalisant une fermeture anticipée de la soupape d'admission. Un reflux non désiré est ainsi éliminé du collecteur en maximisant la masse d'air piégée dans les cylindres.

3) En conditions de charge partielle du moteur : l’électrovanne s'ouvre pendant la course d'admission et réalise une ouverture partielle des soupapes de contrôle de la masse d'air introduite selon le couple demandé. L'alternative possible est d'obtenir une ouverture partielle des soupapes en fermant l'électrovanne en retard par rapport au début du profil théorique garanti par la came mécanique. De ce cas, le flux d'air en entrée dans les cylindres a une vitesse supérieure et génère un niveau de turbulence particulièrement élevé à l'intérieur des cylindres. Il faut souligner qu'il est possible d'associer ces deux modalités d'actionnement pour un même évènement d'admission : c'est alors le « Multilift » qui intervient en augmentant la turbulence et la vitesse de combustion pour des charges et des régimes très bas.

Pour résumer, la flexibilité et la rapidité de réponse garanties par la technologie MultiAir permettent des gérer la charge du moteur par l'intermédiaire des soupapes d'admission, en éliminant l'utilisation du papillon pour le plus grand bénéfice de la combustion en charges partielles et donc de la consommation.

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