Hayatın Virajlı Yollarında

Common Rail’i yaratarak dizellerin kaderini değiştiren Fiat benzinli motorları için supap kontrol sistemini geliştirirken de kendi yolundan gitti. Diğer üreticilerin yaptığı gibi elektromekanik değil ilk kez elektrohidrolik bir sistem geliştirdi. Ve bu sistemi çok supaplı ancak tek eksantrik mili olan (SOHC) bir motorda uyguladı. Bunu yaparken de direkt enjeksiyondan vazgeçti.

Direkt enjeksiyon… Bu teknik ile yakıt beslemesi yapılan benzinli motorlar dizel makineler gibi çalışıyor: Geleneksel benzinli motorlarda yakıcı olan hava ve yanıcı olan yakıt ideal oranda (lambda) karıştırıldıktan sonra silindir adı verilen yanma odalarına gönderiliyor. Bu işlemi en eski örneklerde karbüratör adı verilen donanım hallederdi; daha güncel motorlarda ise emme manifolduna ya da emme portuna, silindirlere doğru yol alan havaya yakıt püskürten enjektörler yerleştirilmiştir. Sürücünün sağ ayağının konumunu ve yol ve yük şartlarını dikkate alarak hava ve yakıt miktarını doğru oranda ayarlama görevi de artık karmaşık elektroniğe yüklenmiştir: Emme hattı üzerinde konumlu AFM, MAF ya da MAP tipi bir akışmetre motora yönelen havanın kütlesini ölçerken, egzoz manifolduna entegre edilmiş lambda sensörü (oksijen sensörü) de silindirlerden çıkan atık gazlar içindeki yanmamış oksijen oranını ölçerek ideal hava yakıt karışımını yakalamak için yanma odasında olan biteni her an kontrol altında tutuyor.

Daha gelişmiş ve hassas olan direkt enjeksiyon sistemlerinde ise benzinli motorlar dizeller gibi yakıt beslemesi yapıyor; silindirlere sadece hava gönderiliyor, yakıt ise direkt olarak yanma odasına püskürtülüyor. Direkt enjeksiyon ismi de buradan geliyor. Yakıtı, önceki tekniklerin tersine hava ile yanma odası dışında karıştırmak yerine doğrudan silindir içine püskürtmek, püskürtmenin (1) zamanlaması, (2) miktarı, (3) sayısı ve (4) açısı bakımından esneklik sağlıyor. Bu da yakıt verimliliği demek. 8’e kadar çok ağızlı yüksek basınçlı enjektörler de buna uygun altyapıyı hazırlıyor. Motorun çalışma moduna göre çevrimin emme aşamasında ya da sıkıştırma sırasında temiz hava içine hassas enjektörler atomize hale getirilmiş yakıt püskürtüyor.

Motor geliştirme hamleleri içerisinde tek başına hiçbir teknik iyileştirme, yakıt tüketimi ve emisyon değerleri üzerinde direkt enjeksiyon kadar etkin sonuçlar sağlamamıştır. Yakıtı doğrudan yanma odasına göndermek %20 tasarruf sağlıyor. Başka bir deyişle, herhangi bir karbüratörlü ya da emme manifoldundan enjeksiyonlu motor, tasarımına ve başka hiçbir donanımına müdahale etmeden direkt enjeksiyon ile donatıldığında %20 daha düşük tüketim vaat ediyor.

Direkt enjeksiyonlu motorlar farklarını ancak düşük devirde ve yüksüz sakin sürüşte ortaya koyabiliyor. Gaz pedalına yumuşak davranıldığında elde edilen dizel seviyesindeki başarılı tüketim rakamları gerçekte motorda uygulanan değişken yanma tekniği ile elde ediliyor. Motor yönetimi (ECU) burada yakıt püskürtme ve ateşleme tekniğini değiştirebiliyor; motor yüküne ve gaz pedalı açısına göre en ideal çalışma modunu seçiyor.

Bunu sağlamak için bu direkt enjeksiyonlu motorlarda her üretici yanma odası içerisinde farklı bir mimari kullanıyor. Örnek olarak, modern dönemde direkt enjeksiyonlu yakıt beslemesini ilk uygulayan üretici olan Mitsubishi bu teknoloji ile donatılan GDI kodlu motorlarında (1996), Volkswagen ise FSI etiketli motorlarında (2000) enjektörleri silindir kapağı üzerinde yatay olarak yerleştiriyor (güncel TSI motorlarda da enjektörlerin bu konumlandırması devam ediyor). Buji ise supapların tam ortasında silindir merkezinde konumlandırılıyor. Piston yüzeyi de açılan emme supapından geçip silindir içine alınan temiz havayı öncelikli olarak buji ucuna yönlendirecek şekilde eğimli ve kıvrımlı tasarıma sahip. Modern dönemde Avrupa’nın ilk direkt enjeksiyonlu motorunu üreten Renault, IDE (Injection Direct Essence) ünvanlı bu motorlarında (1999), bu teknolojiyi BlueDIRECT olarak adlandıran Mercedes ise CGI etiketli motorlarında (2006) kompakt ve az yer kaplayan bir silindir kapağı tasarlamak için enjektörleri ve bujileri silindir kapağı üzerinde dikey olarak yerleştiriyor. Bununla beraber, verimli yanma için enjektör ağzı ve buji birbirine çok yakın konumlandırılıyor. Piston yüzeyi de daha düz tasarlanıyor, ancak pistonlar aynı zamanda açılan emme supapından geçip silindir içine alınan temiz havayı öncelikli olarak buji ucunun enjektör ağzıyla buluştuğu bu alana yönlendirecek şekilde piston merkezine yaklaştıkça çukurlaşan içbükey bir tasarıma sahip.

Sürücü sakin kullanımı seçtiğinde ve gaz pedalına “ayağının altında yumurta varmış gibi” bastığında, yüksek basınçlı hassas enjektörlerden püskürtülen atomize haldeki benzin buharı, silindir içerisinde pistona ve silindir duvarına temas etmiyor. Silindir içinde dikey yerleşimli bujinin tırnakları etrafında çok sınırlı bir alanda temiz hava ile yakıt bir araya gelerek ateşleme karışımını oluşturuyor ve bu sayede silindirin merkezinde buji ucunda silindir hacminden çok daha küçük bir yanma odası meydana getiriliyor. Emme zamanında silindirlere doldurulan temiz hava ise bu yanma modunda ikinci bir göreve daha sahip. Temiz hava, sıkıştırma sırasında, ateşlenecek karışımı çevreleyerek bu hava yakıt karışımı ile silindir duvarları arasında bir izolasyon tabakası meydana getiriyor. Motor bu çalışma disiplininde 3 kat daha fakir karışım ile çalışabiliyor. Bu hem volumetrik verimi düşürerek yakıt tüketimini azaltıyor; hem de ateşlenen karışım silindir duvarına temas etmediğinden silindirlerin metal yüzeyine ısı transferini azaltarak motor verimini artırıyor, yanma sonucu ortaya çıkan ısı enerjisinin daha fazlası piston üzerinde mekanik enerjiye dönüşebiliyor.

Belirli devir aralıklarında (örnek olarak motor 2.500 devir altında tutulduğunda) bu yanma tekniğine EGR (Exhaust Gas Resirculation) sistemi de eşlik ediyor. EGR sistemlerinde yanma sonunda silindirden çıkan atık egzoz gazının bir bölümü açılan EGR subabından geçerek doğrudan emme kanalına yönlendirilir, temiz hava ile karıştırılır; emme manifolduna ve buradan da silindirlere geri gönderilir. Silindirlerin içi egzoz gazı ile doldurularak çevrim sırasında efektif olarak kullanılan motor hacmi düşürülür; silindir içerisine gönderilen egzoz gazı temiz havanın volumetrik verimini düşürür, yani başka bir deyişle “temiz havanın hacminden çalar”, çevrim için silindirlere daha az temiz hava girer. Daha az temiz hava daha az yanma demektir, Örnek olarak, 1.5 litrelik motor, EGR’nin silindirlere geri besleme yaptığı devirlerde 1.2 litrelik bir motor gibi çalışır, bu motor yükünün azaldığı stabil sürüşlerde tüketimi düşürür. EGR’nin ikinci önemli katkısı emisyonlar üzerinde gerçekleşiyor. EGR ile silindir içerisine geri gönderilen egzoz gazları ateşleme ve yanma ısısını aşağı çeker, silindir içi sıcaklığı düşürür, bu da NOx (azotoksit) oluşumunu azaltır, NOx emisyonu düşer. EGR, ayrıca, üçüncü olarak vuruntu riskini azaltır ve aşırı beslemeli motorlarda yüksek sıkıştırma oranlarına izin verir. EGR ile içeri alınan egzoz gazı silindirlerdeki yanma ısısını düşürdüğünden ateşlemenin zamanından önce (piston üst ölü nokta TDC’ye ulaşmadan önce) gerçekleşmesi engellenir; bu da turbo motorların daha yüksek sıkıştırma oranı ile çalışmasına imkan verir.

Yüksek viteslerde yapılan sakin sürüşlerde sadece buji kıvılcımının etrafında yanma oluşturacak kadar sınırlı yakıt püskürtülüyor. Yani, silindir odasının içinde daha küçük bir alan yanma odası haline geliyor, bu anda silindir hacminin geri kalanı ise EGR’den geri gönderilen egzoz gazı ve az da olsa oksijen ile doldurulmuş oluyor. Yanma silindirin geri kalanına aşamalı olarak ve daha yavaş yayılıyor. Ateşleme buji etrafında yaratılan sınırlı bir alanda başlayıp silindir içine aşamalı olarak yayıldığından bu ateşleme yöntemine stratified (katmanlı) yanma ya da stratified charge adı veriliyor (FSI’daki S harfi de bu kelimeden geliyor.) Bu sayede motor daha küçük hacimli motorları taklit ederek ateşleme yapıyor, bu da tüketimi ve emisyonu düşürüyor. Bu yanma tipinde yakıt püskürtmesi sıkıştırma aşamasında yapılıyor.

Bu yanma tekniği sakin kullanımda emme manifoldundan enjeksiyonlu denk hacimli bir benzinli motora göre yarı yarıya düşük tüketim rakamları sağlıyor.

Ancak, diğer tüm sürüş şartlarında; kalkış ve hızlanmalarda, ayrıca dinamik ve sportif sürüşte durum değişiyor: Bunun için atmosferik motorların devirlenmeye ihtiyacı var. Tork yani çekiş gücü ancak motor devirlendikçe geliyor. Motor yükü arttıkça ya da yüksek devirlerde direkt enjeksiyonlu motor (hassas ve yüksek basınçlı enjektörleri ile benzinin her damlasının hakkını vermek üzere biraz daha verimli çalışmakla beraber) bu sürüş şartlarında emme manifoldundan enjeksiyonlu motorlara benzer tüketim alışkanlıkları gösteriyor.

Sürücü gaz pedalını kapattığında ve motorun tüm kapasitesini kullanmak istediğinde işletim sistemi yanma odasının tamamını kullanmak ve daha homojen bir karışım elde etmek için yakıt püskürtmesini emme zamanında yapıyor. Bu da tüketim eğilimi bakımından direkt enjeksiyonlu atmosferik motorları emme manifoldundan enjeksiyonlu motorlara biraz daha yaklaştırıyor.

Tam da bu yüzden direkt enjeksiyon gerçek anlamını downsizing akımı içinde buldu. Akıllı turbo teknikleri ile çalışan bu aşırı beslemeli motorlar maksimum torklarını devir bandının daha başında rölantinin hemen üzerinde vermeye başladılar; sürüşün geniş bir zaman diliminde motorları çok düşük devirlerde tutma imkanı doğdu. Böylece sürüş sırasında direkt enjeksiyonun amacına uygun sürüş şartları yaratılmış oldu. Gerçekte, yeni olduğu düşünülen birçok teknoloji gibi direkt benzin enjeksiyonu da çok eski geçmişe sahip. Dünyanın ilk direkt benzin enjeksiyonlu otomobilini 1955 yılında Mercedes üretti: Mercedes 300 SL GullWing’de (W198) kullanılan mekanik enjeksiyon sistemi de Bosch üretimiydi. Bununla beraber direkt benzin enjeksiyonunun yeteneklerini göstermesi için uygun şartların ortaya çıkışı downsizing uygulanmış turbo beslemeli motorların çağına denk gelir.

Downsizing motorlar, sürüş sırasında, ihtiyaç olduğunda, sahip oldukları turbo ile daha büyük hacimli motorları taklit edebilirken, direkt enjeksiyon sayesinde de daha küçük hacimli motorları taklit ederek çalışabiliyor. Farklı zamanlarda ve farklı sürüş şartlarında olsa dahi aynı motordan hem düşük tüketim ve emisyon hem de yüksek performans alınabiliyor.

Bu sayede 0’dan 100 km/h’ye 7.0 saniyede ulaşan bir benzinli motorda 5.0 litre/100 km altında yakıt tüketimi artık mümkün. Ancak bu motorlar bunları aynı anda başaramıyor. Kataloglarda pazarlanan tüketim değerleri stabil sürüşte sakin kullanım ile mümkün iken, tam performans talebi ile kullanım şartlarında tüketim 3 hatta 4 katına çıkıyor.

ve Fiat: İtalyan üretici downsizing çağında benzinli FiRE motorlarına turboyu entegre ederken indirekt enjeksiyon (emme manifoldundan enjeksiyon) uygulamasından vazgeçmedi ve direkt enjeksiyon kullanmadı. Direkt enjeksiyondan vazgeçerken silindir kapağında başka bir teknolojiye yer açtı: MultiAir…

MultiAir’in hayata geçmesinden önce endüstride geliştirilmiş olan 3 grup supap kontrol sistemi bulunuyordu:

Birinci grup sistem, BMW’nin VANOS, Toyota’nın VVT-i örneğinde olduğu gibi, eksantrik milinin krank miline göre açısını değiştirerek emme ve egzoz supaplarının açılma ve kapanma zamanını öne alabiliyordu ya da geciktirebiliyordu, yani değiştirebiliyordu (cam phasing). Bu sistemler sade, basit, sağlam ve düşük maliyetliydi. Supapların açılma ve kapanma zamanlarını değiştirseler de supapların açılma aralıklarını ve açık kalma sürelerini değiştiremiyorlardı.

İkincisi, Honda’nın VTEC’i ve Mercedes’in CAMTRONiC’i gibi, çoklu kam profilleri arasında geçiş yaparak çalışıyordu (cam changing ya da cam switching). Bu mimaride eksantrik mili üzerinde her bir supap için birden fazla (2 ya da 3) kam profili bulunur. Motoru çok yüksek devirlere çıkarabilen bu sistemlerin en önemli zayıflığı ise supap açılma aralığının sürekli ve sınırsız olmaması yani kademeli değişkenlik göstermesiydi.

Üçüncüsü, BMW’nin Valvetronic’i, Toyota’nın Valvematic’i gibi, çoklu kam profilleri arasında değişkenlik sağlamak yerine tek kam profiline değişkenlik kazandırdı (cam oscillating). Supap açılma aralığını sürekli ve sınırsız olarak değiştirebilen bu yüksek verimli sistemler diğer taraftan çalışan çoklu parça sayısı nedeniyle motorun çok yüksek devirlere çıkmasına engel oluyordu.

Bu sistemlerin her bir kendi içlerinde verimli olmakla beraber zayıflıklara da sahipti. Fiat bu zayıflıkları ortadan kaldırmak için kendi yolunu izledi ve elektrohidrolik olarak yönetilen daha önceden seri üretime uygulanmamış bir mimariyi uygulayarak, bu değişken supap kontrol sistemine MultiAir adını verdi. Gerçekte Fiat, MultiAir motorlarında eksantrik mili üzerindeki kam profili sayısını artırmadığından yani tekil kam profiline değişkenlik kazandırdığından MultiAir yukarıdaki üçüncü grup içinde yer alır, ancak Fiat supaplarda değişkenlik sağlayan mimariyi mekanik olmaktan çıkarıp elektrohidrolik hale getirerek farklılaşmıştır.

Silindir başına 4 supaplı motorun üzerinde çift değil tek eksantrik mili (SOHC) bulunuyor. Bunun yerine beklenen emme ve egzoz supapları için ayrı birer mil bulunmasıdır (DOHC). MultiAir’i oluşturan ilave elektrohidrolik donanımlar silindir kapağında emme supapları üzerinde bulunan alanı tamamen kapladığından Fiat zorunlu olarak eksantrik milini teke düşürmüş. Fiat kapladığı alan nedeniyle MultiAir’den dahili olarak tuğla sıfatını yakıştırmış.

Silindir başına 4 supaplı motor tek eksantrik miline sahip. Egzoz supaplarını açıp kapayan bu eksantrik mili üzerinde egzoz supapları için zaten kam profilleri bulunuyor. Geleneksel eksantrik millerinden farklı olarak Fiat emme supaplarını yönetmek için gerekli olan kam profillerini de bu tek eksantrik mili üzerine eklemiş. Mil üzerinde 4 silindirli motorun 8 egzoz supapı için 8 adet kam profili var; bunlara ek olarak da 4 silindirin emme supapları için kam profilleri eklenmiş; ancak emme supapları için kam profili sayısı ise 4. Bu 4 kam profili doğrudan emme supaplarını açıp kapatmak yerine MultiAir sistemine kuvvet uyguluyor. Yani, MultiAir sistemi emme supaplarını açıp kapatmak için “zaman” bilgisini SOHC eksantrik milinden alıyor.

Bundan sonrası ise MultiAir’in uzmanlık alanını oluşturuyor. MultiAir’in egzoz eksantrik milinden aldığı “bildirim” ile emme supaplarını açıp kapatması bir grup donanım üzerinden gerçekleşiyor: Sistem (1) gücünü eksantrik milinden alan bir hidrolik piston, (2) yağ basıncının “gerektiğinde” kaçtığı ve tahliye edildiği rezervuar tipi bir hidrolik odacık, (3) yağın bu odaya giriş ve çıkış hareketini kontrol eden bir solenoid valf ve (4) hidrolik basınç ile supapları açıp kapayan bir aktüatörden oluşuyor. Başka bir deyişle, üstten eksantrik mili ile donatılmış geleneksel bir motorda birbiri ile direkt temas halinde çalışan eksantrik kam profili ve supap arasında MultiAir motorda 4 ilave parça görev yapıyor. MultiAir sistemi silindir kapağı üzerinde her bir silindir için bu donanımlardan birer set barındırıyor.

Fiat (1) hidrolik pistona “upper puming element”, (2) yağı kaçış alanı olarak kullanılan biriktirme odasına “bleed cavity” ya da “accumulator”, (4) supapları açan aktüatöre de “brake pumping element” adını veriyor.

MultiAir emme supaplarını açıp kapatmak için zamanlama bilgisini yine mekanik olarak eksantrik milinden alıyor. Eksantrik mili dönerken, üzerindeki damla formlu kam profilinin çıkıntılı olduğu taraf itme gücü oluşturarak hidrolik pistona baskı yapıyor (yukarıdaki 1 no’lu parça); kam profilinin yarattığı bu itme gücü “supapı aç” emrini veriyor; hidrolik piston ise sistemin supapları açabilmesi için gerekli olan yüksek yağ basıncını yaratıyor.

Ancak eksantrik mili üzerindeki kam profili hem çap hem de derinlik olarak üretim aşamasında belirlenmiş haliyle sabit olduğundan MultiAir’in supapların hareketlerine değişkenlik kazandırması için başka bir donanıma ihtiyaç var. Bunu da solenoid valf (yukarıdaki 3 nolu parça) gerçekleştiriyor. Yani, sistemin supapların açılma zamanlamasını (valve timing) ve açılma aralığını (valve lift) değiştirebilmesi bu solenoid sayesinde gerçekleşiyor.

Solenoid valf, isminde de anlaşılacağı üzere, elektrik enerjisi ile kontrol ediliyor. Bu supap türü elektrik enerjisinden manyetik alan yaratıp bu manyetik alanın oluşturduğu çekim gücünü mekanik enerjiye çevirerek çalışır. İsmi gibi 2 parçadan oluşur; elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren solenoid ve bu mekanik enerji ile yönetilen ve açılıp kapanabilen valf. Solenoid valf elektrik enerjisi ile açılıp kapanabilen bir elektrikli supaptır; bu özelliği ile bulunduğu konumdan sıvı ya da gaz madde geçişine izin verir. Çok az yer kapladığı, dayanıklı ve güvenilir olduğu ve uygun maliyetli olduğu için kullanılır. Bir tür elektrikli kapıdır. Burada bilinmesi gereken önemli bir nokta da solenoid’in valf üzerindeki görevi 2 tipte olabilir. Birinci tipte, valf normal durumda kapalıdır, solenoid çalışarak valfi açar ve sıvı/gaz geçişine izin verir. İkinci tipte, valf normal durumda açıktı, solenoid çalışarak valif kapatır ve sıvı/gaz geçişini kapatır.

Solenoid valfin MultiAir sistemindeki görevi ise hidrolik pistondan supapları açacak aktüatöre gönderilen basınçlı yağın ne kadarının hidrolik odacığa kaçacağına kadar vermek: Solenoid valf aktif olduğunda (yağa geçit vermediğinde) yağ direkt olarak hidrolik pistondan supapları açıp kapatan aktüatöre (yukarıdaki 4 no’lu parça) yönlendiriliyor; valf deaktif olduğunda (yağa geçit verdiğinde) basınçlı yağ hidrolik odaya doluyor ve supaplara daha az kuvvet uyguluyor. Başka bir deyişle, solenoid valf hidrolik odayı girişi açıp kapatan, hidrolik odaya yağ girişine izin veren bir kapak gibi çalışıyor.

Elektrik sinyalleri ile ne yapacağı kontrol edilen solenoid valfin bu özelliği sayesinde supapları açıp kapatan aktüatöre (4 no’lu parça) basınçlı yağın ne kadarının gönderileceği belirlenmiş oluyor. Yağ basıncının seviyesi ise supapın ne zaman ve ne kadar açılacağını belirliyor.

Solenoid’e elektrik enerjisi verildiğinde, yani solenoid aktif iken, hidrolik pistondan itilen yağ için hidrolik odaya giriş yok. Basınçlı yağın tamamı direkt olarak supapları açıp kapatan aktüatöre gönderiliyor. Bu durumda sistem eksantrik mili üzerindeki kam profili ne diyorsa onu uyguluyor, yani emme supapları tamemen açılıyor ve daha uzun süre açık kalıyor (FULL LIFT). Bu da motorun en iyi nefes aldığı çalışma modeli. 1.4 MultiAir yüksek devirlerinde ve tam gaz sürüşlerinde böyle çalışıyor. Başka bir deyişle gaz pedalı kapatıldığında motor uyanırken MultiAir sistemi de uyanıyor.

Fiat’ın mühendisliği mükemmel; tam gaz sürüş durumunda kullanıcı MultiAir’in yüksek performans için özel bir şeyler yaptığını tahmin eder. Tam tersine Fiat, motorun tüm hareketli parçalarının çok yüksek efor gösterdiği ve motorun yüksek ısı ürettiği bu ortamda sistemi pasife alıyor. Motorun yüksek devir çevirmesini sağlayan ise eksantrik mili üzerindeki kam profili ayarı. Yani Fiat’ın motorunun eksantrik mili, geçmişteki dereceli eksantrik milleri gibi, gerçekte yüksek devir çevirmek üzere sabit ayarlı. Diğer bir deyişle MultiAir sistemi yarış ayarlarına sahip bir motoru günlük kullanıma uygun hale getirmek, dizginlemek ve tüketimini ve emisyonunu düşürmek için çalışıyor. İtalyanlar supap kontrol sistemlerini bile böyle tasarlıyor! Tam gaz ve supaplar için full lift durumunda MultiAir pasif.

(Pasif: Sistem marşa basıldığı ve yağ pompası motor içinde ideal yağ basıncını yakaladığı anda fonksiyon olarak çalışıyor, kullanıma hazır ve aktif; ancak eksantrik milinin emirlerine müdahale etmiyor ve supap zamanlamasını değiştirmiyor. Yokmuş gibi çalışıyor).

Bir arıza durumda ya da bir hata kodu oluştuğunda da sistem Full Lift modunda kalıyor. Bununla beraber, günlük kullanımda, motorun maksimum kapasitesinin kullanıldığı dinamik sürüşler yapılmadığı sürece MultiAir yüksek tüketim ve emisyon anlamına gelen bu çalışma modunu kullanmıyor.

Çevrimin emme aşaması başlarken eksantrik mili üzerindeki damla formlu kam profilinin çıkıntılı ucu hidrolik pistona baskı yapar ve piston da supapları açmak için MultiAir’in ihtiyaç duyduğu yüksek yağ basıncını yaratır. Emme aşaması başlamadan önce işletim sistemi solenoid valf’e giden elektrik sinyalini kestiğinde bu yağ emme supapını açacak olan aktüatöre baskı yapmak yerine hidrolik odaya dolar. Hidrolik odaya yağ kaçınca, emme supapını açacak olan aktüatöre yağ yönlendirilmez; bu da emme aşaması başlamasına rağmen supapları kapalı tutar. Emme başladıktan sonra çevrimin daha geç bir noktasında işletim sistemi solenoid valfe enerji vermeyi kestiğinde valf kapanır, yağ basıncı da supapları açacak hidrolik aktüatörü harekete geçirir. Yağ basıncı altında eksantrik milinin üzerindeki kam profilinin sözünü dinleyen supaplar açılır. Bu durumda supaplar emme aşamasının geç bir krank açısında açılmış olur (LIVO, late intake valve opening). Solenoid valf ne kadar erken kapanırsa, supapların da o kadar geç ve dar aralıkta açılması mümkün olur. Fiat’ın motoru rölantide çalışırken, düşük devirlerde kullanımda ve sakin sürüşte supaplarını geç açarak bu modda çalışıyor.

Supapları emme aşaması başladıktan sonra geç açmak, piston daha önceden alt ölü noktaya doğru inmeye başladığı için silindir içinde vakum yaratıyor; bu da daha az hava ve yakıtın daha yoğun şekilde silindire emilmesini sağlıyor; yanma odasında türbülans (swirl) yaratarak hava yakıt karışımını iyileştiriyor. Supapları geç açmak aynı zamanda yanma odasının volümetrik hacmini daraltmak demek. Tüm bunlar hem yakıt tüketimini hem de emisyonu düşürüyor.

Tersi de mümkün. Emme aşaması başlarken MultiAir pasiftir ve supaplar kam profilinden gelen zamanlama ile açılır. Emme başladıktan sonra işletim sistemi solenoid valf’e elektrik sinyali gönderip valfi aktive ettiğinde bu yağ emme supapını açacak olan aktüatöre baskı yapmak yerine hidrolik odaya kaçar. Hidrolik odaya yağ kaçması, emme supapını açacak olan aktüatöre yağ yönlendirilmemesi demektir; bu da çevrim başlarken açılmış olan supapları kapar (supaplar olağan hallerinde kapalı konumludur, açılma için kuvvet uygulanması gerekir, kuvvet uygulanmayan supapların üzerlerinde bulunan geri döndürme yayı supapları kapalı konumlarına geri getirir). Bu durumda supaplar emme aşamasının erken bir krank açısında kapanmış olur (EIVC, early intake valve closing). Bu düşük devirlerde yüksek tork üretimi sağlar. Supapları erken kapatmak emilen temiz havanın emme manifolduna geri kaçmasını da engeller. Yumuşak gaz ile sürüşte ve kullanıcı ayağını gaz pedalından çektiğinde motor bu modda çalışıyor. Bu da devir bandının ilk yarısı kullanılarak yapılan kullanımda, düşük motor yüklerinde verimlilik sağlıyor.

Bu modda ayrıca yanma odasına silindir hacminden daha az temiz hava gönderilmiş olur, tasarruf için yanma odasının volumetrik verimi düşürülür (bu aşırı beslemeli bir motorda da geçerlidir). Bu da aşırı beslemeli motorun Miller Çevrimi ile çalışmasına benzer. Emme supaplarına sıkıştırma aşamasına geçtikten sonra geç kapatan Atkinson Çevrimi’nin tersi uygulanmış olur, emme supapları erken kapanır (Volkswagen de 1.5 TSI evo motorlarında tasarruf için supapları erken kapatıp buna B-Cycle adı veriyor). Solenoid valf ne kadar erken açılırsa supaplar da o kadar erken kapanır. Bu bakımdan MultiAir supapları çevrimin herhangi bir noktasına kapatma yeteneğine de sahip.

MultiAir motor aynı zamanda çevrim sırasında emme supaplarını çoklu olarak açıp kapatabilecek şekilde kapastiteye de sahip (MULTILIFT). Multilift’in gerçekleşmesi için MultiAir EIVC ve LIVO modlarını birleştiriyor, yani emme supaplarını erken kapatıp çevrim içinde tekrar açıyor. Bu tip supap kontrolü maksimum tasarruf için geliştirilmiş. Fiat bu modu, dur kalklı trafik şartlarını simule eden, motorun uzun süre rölantide çalıştığı ve düşük ve orta devirlerde gezdiği sürüş şartları için tasarlanmış.

MultiAir’de solenoid valf’in açılma zamanına göre hidrolik odacık içerisine kaçan yağın miktarı değiştirebilmektedir; bu da emme supapını açmakla görevli olan aktüatöre yönlendirilen yağ miktarını ve basıncını değiştirir. Solenoid valf daha erken açılırsa hidrolik odaya daha fazla yağ kaçar, hidrolik aktüatör üzerindeki yağ basıncı azalacağından supaplar daha az açılır; işletim sistemi solenoid valfe daha geç enerji gönderir ve valf geç açılırsa, bu durumda hidrolik oda içerisine kaçan yağ miktarı azalacağından aktüatör üzerinde daha fazla yağ basıncı oluşur ve supaplar daha geniş aralıkta açılır. MultiAir’in bu prensip ile çalışabilmesi boğaz kelebeğinin (gaz kelebeğinin) görevini de üzerine alması anlamına geliyor.

Tüm bunlardan anlaşıldığı üzere, MultiAir çevrimin herhangi bir aşamasında supapları açabilme ve kapatabilme yeteneğine sahip. Dahası istendiği anda açıp kapatabildiği supapları ayrıca istenen aralıkta açma kapasitesine sahip. Ve bu her bir silindir için bağımsız olarak ayarlanabiliyor. Bunların hepsini tek başına başarabilen başka bir supap kontrol sistemi yok. Ötesi de mümkün: MultiAir ile istenirse emme zamanının tamamında belirli silindirlerin emme supapları kapalı tutulabilir. Örnek olarak, 4 silindirli motorun silindirlerinden 2’si tasarruf için hava ve yakıt beslemesini kesebilir. Bu aynı zamanda, hiçbir başka teknik müdahaleye gerek bırakmadan, sadece “yazılım” düzenlemesi ile MultiAir ile donatılmış bir motorun silindir kapatma teknolojisi ile donatılması demek. Başka bir deyişle Audi’nin ve Volkswagen’in karmaşık eksantrik mili mekanizmaları ile başardığı Cylinder on Demand (silindir kapatma) uygulaması bu sistemde hiçbir ilave mekanik geliştirme olmadan mümkün. Fiat motorlarında (şimdilik) bunu kullanmıyor. Ancak MultiAir’in olağanüstü esnek mimarisi supapların istenilen zaman istenilen aralıkta açılmasına imkan verdiğinden ve bunu sadece solenoid valfleri yöneten bir elektrik sinyali ile başardığından hepsi mümkün.

Bunula beraber MultiAir de kusurlara sahip. Mimari olarak olağanüstü esnek ve değişken supap hareketleri sağlayan bu sistemin de olumsuzlukları: Sistemin sınırları eksantrik mili üzerindeki kam profilinin çapı ve derinliği ile belirleniyor. Örnek olarak sistemde supapları geç açmak supap açık kalma süresini kısaltıyor. MultiAir, kam profili emir vermesine rağmen tersini yapıp supapları geç açarsa, geç açılan supapları yine aynı zamanda (erken açılsalar idi kapanacakları zamanda) kapanıyor. Bu da supap açık kalma süresini kısaltıyor. MultiAir ne kadar esnek olsa da, günün sonunda supapların açılma ve kapanma krank açılarını (yani en erken açılma ve en geç kapanma zamanlarını) yine eksantrik mili ve kam profili belirliyor.

Bir önemli nokta daha var: Burada yağ olarak bahsettiğimiz sıvı motor yağının kendisi. Yani bu yüksek basınçlı ve hassas sistem motor yağı ile çalışıyor. Bu yüzden, elektrohidrolik çalışma prensibine sahip MultiAir ile donatılmış olan bir Fiat motorunda motor yağını taze ve temiz tutmak çok daha önemli. Motor yağı, motorun kendisinin sağlığı kadar bu karmaşık sistemin sağlığı için de özel olarak önem taşıyor. Değişken supap zamanlaması sistemlerinin tümü ve değişken supap açılma aralığı sağlayan mekanizmaların da büyük çoğunluğu motor yağını kullanarak yarı hidrolik ilkelerle çalışıyor; ancak hiçbiri MultiAir’in hassas mimarisine sahip değil.

Fiat supap kontrol sistemini geliştirirken diğer üreticilerin yaptığı gibi elektromekanik bir mekanizma değil ilk kez elektrohidrolik bir sistem geliştirdi. Ve bu sistemi çok supaplı ancak tek eksantrik mili olan (SOHC) bir motorda uyguladı. Bunu yaparken de direkt enjeksiyondan vazgeçti… Otomotiv endüstrisi her üretici kendi yolundan gittiği için güzel. Fiat’ın yaptığı gibi.