Al jaren geleden schreven we in het artikel “Wat is koppel en vermogen?”, dat Fiat Auto met een systeem bezig is waarbij de kleptiming volledig variabel bediend kan worden. Nu is dat moment dan eindelijk aangebroken in de vorm van het MultiAir systeem.

De basis van het idee is ontstaat uit het feit dat een benzine motor in deellast omstandigheden één belangrijke verliesfactor heeft; de zogenaamde pompverliezen. Deze ontstaan doordat met een deels gesloten gasklep de motor letterlijk gesmoord wordt. Een benzinemotor haalt z’n hoogste rendement, daarom ook wanneer de gasklep volledig geopend is, bij volgas dus.

Helaas laten de huidige verkeersdrukte en wegomstandigheden dergelijke gasklepstanden niet altijd toe. Door de aangezogen luchtstroom van de motor te smoren kan men de kracht welke de motor uiteindelijk levert beperken. Er ontstaat na de gasklep en voor de inlaatkleppen daardoor altijd een onderdruk. Via de inlaatkleppen wordt vervolgens deze onder onderdruk staande lucht aangezogen door de cilinder die op weg is naar beneden (de aanzuigslag). De cilinder wordt daardoor door een door onderdruk staande luchthoeveelheid gevuld. Simpel gezegd, er komt uiteindelijk niet zoveel lucht (in massa) de cilinder binnenstromen. Er wordt dan een kleine beetje brandstof samen met die binnenstromende lucht mee de cilinder ingespoten welke door de bougie wordt ontstoken en zo vindt de verbranding plaats. Deze betrekkelijke kleine hoeveelheid lucht samen met het beetje brandstof levert een hoeveelheid energie welke de zuiger “rustig” naar beneden doet bewegen. De motor levert uiteindelijk niet zoveel vermogen. We noemen dit deellast.

Door de gasklep steeds iets verder te openen neemt de onderdruk af en kan de cilinder dus steeds meer lucht aanzuigen. Tot dat de gasklep volledig open staat en de lucht geheel vrij door de cilinder kan worden aangezogen. Er wordt nu een maximale hoeveelheid lucht aangezogen die met de juiste hoeveelheid brandstof een maximum aan energie kan leveren door dat mengsel op precies het juiste moment te ontsteken. De motor draait dan vollast of vol vermogen.

In dit hele proces is er nog één andere belangrijke variabele. De openingstijden van de inlaatkleppen. De openingstijden van de inlaatkleppen worden volledig bepaald door het nokkenassenprofiel. Hoe langer de inlaatklep open staat hoe langer de cilinder in staat is om lucht naar binnen te zuigen. Hoe verder de klep open staat hoe groter de doorlaat is om lucht aan te zuigen.

Echter gezien het feit dat het inlaatsysteem van een motor erg afhankelijk is van, en beïnvloed wordt door pulsaties van andere aanwezige cilinders en het feit dat een inlaatklep altijd geleidelijk open en dicht moet gaan (mechanische beperking), kan men de openingstijden niet maximaliseren. Dat is altijd een compromis. Een compromis tussen een rustig stationair draaiende motor, een motor met veel trekkracht (koppel) en een hoog vermogen (kracht).

Volgens de FPT (Fiat PowerTrain) ingenieurs maken pompverliezen in deellast zo’n 15% van het verloren rendement uit. Wanneer men deze pompverliezen zou kunnen elimineren wordt een motor dus 15% zuiniger of levert simpel gedacht 15% meer vermogen. Maar men moest dan wel een alternatief ontwikkelen om de instromende lucht in de cilinder te kunnen regelen. Dat heeft men gedaan door de inlaatkleptiming (openingstijden) volledig te controleren. De inlaatkleppen kunnen nu precies die tijd open gezet worden die nodig is om de lucht aan te zuigen welke nodig is om de motor bijvoorbeeld stationair te laten lopen. Er heerst dus geen onderdruk meer in het inlaatsysteem en de lucht kan de motor veel gemakkelijker binnenstromen. Naarmate de “bestuurderswens” voor meer kracht hoger wordt, zal de klep steeds langer of steeds verder open gaan. Of een combinatie van die twee.

Er is nog een voordeel. Net is even snel uitgelegd dat de vorm van een nokkenas altijd een compromis moet zijn. Bij het MultiAir systeem is dat niet langer meer zo. Omdat men de openingstijd volledig kan controleren kan men een mechanisch maximaal nokprofiel reduceren wanneer nodig. Bij stationair dus een heel erg klein bescheiden nokje en bij volgas kan men gebruik maken van het gehele profiel.

Kortom, meer vermogen en koppel en een lager brandstofverbruik in deellast situaties. Klinkt als perfect.

Maar hoe werkt het precies? Onderstaande tekening maakt dat duidelijker.

Het MultiAir principe is alleen van toepassing op de inlaatkleppen. De uitlaatkleppen worden nog gewoon door een nokkenas bediend. De nokkenas bevat dus zowel in- als uitlaatnokken. Tussen de inlaatnok en de inlaatklep zit een hydraulische plunjer welke zeer snel en precies kan worden gevuld met olie of juist kan worden ontdaan van olie. Dit kan zo snel plaats vinden dat de beweging van de nok volledig kan worden opgevangen door het leegmaken en het weer vullen van de plunjer. Om een idee te krijgen van die tijd een voorbeeld.

Stel de motor draait 3000 toeren. De nokkenas draait dan 1500 toeren per minuut of 25 toeren per seconde. 1 omwenteling duurt dan 40 milliseconde (0.040 seconde) Normaal wordt een inlaatklep gemiddeld 135 nokkenasgraden bediend. Dat komt neer op 135/360 = 0.375 x 0.040 s. = 0.015 s Binnen 15 duizendste van een seconde wordt de plunjer leeg gemaakt en weer gevuld. Bij 6000 toeren gaat dat 2x zo snel. Oftewel 7.5 milliseconde. Of 0.0075 seconde.

Nu het mogelijk is om de inlaatkleptiming volledig naar eigen inzicht te bedienen zijn er natuurlijk heel veel variaties mogelijk. Hiernaast zijn er een aantal afgebeeld.

1) Full lift
Dit is de volgas situatie. In deze situatie maakt men maximaal gebruik van het aanwezige nokprofiel. Men kan dan een relatief wilde nok toepassen waardoor het topvermogen hoger is dan bij een niet-MultiAir motor.

2) LIVO, Late Intake Valve Opening
Deze strategie wordt gevolgd om hogere turbulentie van de inkomende lucht te veroorzaken. Dus vooral in deellast situaties waarbij de emissies het belangrijkste zijn. Bijvoorbeeld buitenwegomstandigheden.

3) EIVC Early Valve Closing
Deze strategie wordt gevolgd voor “low RPM torque” oftewel trekkracht op lagere toeren. Door de inlaatklep vroegtijdig te sluiten voorkomt men backflow of terugstroming van het brandstofmengsel. Bijvoorbeeld vanuit lage toeren met flink tot volgas optrekken

4) Partial Load
Deze strategie wordt gevolgd in het hogere deellast gebied. Dus de overgang van deellast naar vollast door de toeren heen. Bijvoorbeeld met redelijk tot volgas doortrekken in hogere toeren.

5) Multi Lift
Deze strategie wordt gekozen bij stationair draaien en zeer lage last. Door de inlaatkleppen meerdere malen te openen laat men zeer weinig lucht binnen maar wel met hogere snelheid dus een beter menging en turbulentie. Bijvoorbeeld rustig stadsverkeer.

De diverse strategieën lopen in elkaar over tijdens het rijden. Men moet zich daarbij een goede voorstelling maken wanneer men vanuit lager toeren volgas doortrekt naar hoge toeren. De inlaatklep sluit op lagere toeren eerder en sluit steeds later naarmate de toeren toenemen.

Oktober 2009
Wat betekent MultiAir voor ons als chiptuner? De laatste jaren zijn de chiptuningsmogelijkheden rond benzinemotoren al aardig veranderd. Fabrikanten zijn qua ontstekingsmoment (waar vroeger het grootste deel van de winst van chiptuning vandaan kwam) steeds verder naar de pingelgrens gaan werken. Dat komt, omdat de regeling van de ontsteking steeds preciezer uitgevoerd kan worden. Daardoor blijven er dus maar kleine marges over. We verwachten dat dat met de MultiAir nu helemaal voorbij zal zijn. Althans niet op de manier zoals “normale” motoren dat bieden.

Gelukkig worden vanaf nu wel heel veel kleinere turbomotoren geïntroduceerd waardoor er altijd extra vermogen te halen valt. Maar zoals al uit de MiTo 155 pk gebleken is, is de vermogenswinst ook daarbij niet heel erg spectaculair. Althans in vergelijking met vroeger. Een spectaculaire koppelwinst is nog wel altijd mogelijk. Dat is te wijten aan het feit dat turbo’s steeds preciezer gekozen worden qua afmetingen voor het beoogde vermogen. Hoe kleiner de turbo hoe eerder deze op gang komt en dat komt weer ten goede aan de behoefte aan koppel op lagere toeren.

Maart 2010
Intussen worden wij inmiddels steeds vaker gevraagd hoe het staat met de ontwikkeling van onze chiptuning voor de MultiAir modellen. Alle MultiAir motoren zijn voorzien van een totaal nieuw type injectiesysteem. Tot nu toe was zo’n beetje alles wat Alfa Romeo gebruikte van de firma Bosch. Tot en met de voorloper van de MultiAir, de T-jet modellen.

Dit betekent dat er geheel nieuwe communicatieprotocollen ontwikkeld moeten worden om de Magnetti Marelli ECU te kunnen uitlezen en/of te programmeren. Deze ontwikkeling doen wij niet zelf. Er zijn maar een handvol bedrijven in Europa welke zich daar helemaal op concentreren. Met één van die bedrijven werken we samen om tot een goed werkend communicatieprotocol te komen. Deze samenwerking bestaat uit het ter beschikking stellen van middelen zoals injectiecomputers en achtergrondinformatie en in een later stadium het testen van de protocollen.

Pas als dit stadium is afgerond kunnen we beginnen met ons werk. Het ontwikkelen van de getunede software.

Eind april 2010
Als gevolg van een innige samenwerking met CMD Technologies is men erin geslaagd een werkend communicatieprotocol te ontwikkelen die het mogelijk maakt de Magnetti Marelli ECU via de diagnosestekker opnieuw te programmeren. Dit betekent dat een hele belangrijke stap met succes is gezet. De volgende stap zal bestaan uit het aanpassen van onze ontwikkelingssoftware, het bestuderen van de data en de ontwikkeling van de getunede motormanagement software.

Begin augustus 2010
De ontwikkeling van de getunede software van de MultiAir is in volle gang. We hebben ons in moeten leven in het principe van de MultiAir software. D.w.z. de parameters waar het allemaal om draait. Wanneer dat begrip bestaat vallen vele puzzelstukjes op hun plek. Binnenkort kunnen wij de eerste resultaten laten zien. Het ziet er in ieder geval nu al veelbelovend uit.

10 augustus 2010
De ontwikkeling van de getunede software voor de eerste MultiAir versie is afgerond.

16 augustus 2010
Uiteraard gaan de ontwikkelingen door. De volgende MultiAir variant is die van de Giulietta met 170 pk. Hieronder staan de eerste resultaten. Het behoeft nog enige fijnafstelling. Met name over de gaspedaalreactie zijn we nog niet tevreden. Wat het meest daarbij opvalt is de overgang van een stilstaande naar een rijdende auto. Dat verloopt niet soepel. Het is iets wat programmeurs wel vaker doen. Men maakt dan een te groot verschil in gaspedaalreactietabellen tussen een rijdend en een stilstaand voertuig. Dat maakt de auto zenuwachtig en alsof de bestuurder het niet onder controle heeft. Raar, maar waar.

Wat ook opvalt is de betrekkelijk kleine vermogenswinst. Veel meer dan deze 182 pk zal het waarschijnlijk niet gaan worden. Koppelwinst is wel normaal. Deze turbomotoren geven heel duidelijk aan als het teveel wordt. De ontsteking gaat dan uitvallen omdat de bobine/bougie simpelweg niet meer in staat is de vonk over te laten springen. Ook de ontsteking wordt even voor dat punt onrustig.

Rijst natuurlijk de vraag waarom wij met “onze” MiTo DueCento “SV 200” ruim 200 pk en 320 Nm konden halen met een vergelijkbare turbo. We hebben wel een theorie. Deze komt erop neer dat juist de MultiAir techniek een grotere vermogensstijging in de weg zit.

De fabrieksopgave is iets te voorzichtig bij de 170 pk MultiAir. Men beloofd 250 Nm en wij komen uit op ruim 260 Nm. Daar gaat weer 10 Nm van onze marge…. Het opgegeven vermogen klopt net als bij de MiTo 135 pk exact.

Oktober 2010
We hebben de Giulietta 170 pk MultiAir nog wat verder aan de tand gevoeld. Daarvoor hebben we een andere auto als hierboven gebruikt die weer iets andere uitgangswaarde liet zien. De getunede waarden waren ook iets anders. Over het hele toerengebied iets hoger. Als eindresultaat hebben we het gemiddelde genomen. We komen uit op een koppelwinst van ruim 40 Nm en een vermogenswinst van zo’n 15 pk.

Verder zijn we ons meer en meer aan het verdiepen in het mechanische nokkenasprofiel van het MultiAir systeem. Daar gebeuren namelijk toch wel bijzonder dingen. Daarover later meer. We hebben in ieder geval de expertise ingeroepen van nokkenasspecialist Colombo & Bariani. Samen met hen gaan we proberen een verbeterd profiel te ontwikkelen welke mogelijk meer vermogen zou kunnen opleveren.

Verder blijven we ons tevens verdiepen in de nieuwe toegepaste processor van alweer de 2e generatie MultiAir computers. Deze is van een verder doorontwikkeld type. Uitlezen van de standaard software is helaas ook bij deze versie nog steeds onmogelijk. Maar waar een wil is, is en weg, en die weg kan lang en lastig zijn. Tot die tijd zijn we nog steeds afhankelijk van software updates van moeder Fiat. Laten we daarom maar hopen dat de heren ingenieurs van Magneti Marelli het net niet helemaal goed zullen doen. Gelukkig hoeven we ons daar niet heel erg veel zorgen over te maken. Het laatste nieuws is namelijk dat er voor de Fiat 500 TwinAir (de 2 cilinder variant van de MultiAir generatie) een software-update is verschenen, Deze versie wordt daarom ons volgende MultiAir avontuur.

November 2010: Twin Air
De introductie van de TwinAir motor betekent voor ons een nieuwe uitdaging op MultiAir gebied. Het is altijd weer erg interessant nieuwe software te bestuderen van een geheel andere motor. Ten opzichte van de 1.4 MultiAir motor zijn er nogal fundamentele verschillen; 2 cilinders minder en een grotere cilinderinhoud per cilinder, 437 cc tegen 342 cc. Dat kan nieuwe inzichten geven ten aanzien van bepaalde interpretaties. We konden daarom haast niet wachten om met deze nieuwe telg aan de slag te gaan.

Allereerst was de ervaring om met een 2-cilinder te rijden zeer bijzonder. Het motorgeluid is apart, heel apart. Vanuit een 4 cilinder auto komend moet je echt even wennen. Meestal schakel je op gehoor oftewel frequentie. Bij de TwinAir raak je dan sneller de toerenbegrenzer dan je zou hopen. Je voorkomt daarom ook niet de motor flink op toeren te rijden. Na vele kilometers te hebben gereden kunnen wij zeggen dat dit went, dat het lukt om op het goede moment te schakelen. De 500 TwinAir zijn wij daardoor steeds meer gaan waarderen.

Aan deze 2-cilinder TwinAir zijn een aantal zaken die opvallen. De MultiAir techniek wordt bij deze motor meer benut dan bij de MiTo en Giulietta die we tot dan toe kenden. We zagen onder bepaalde rijomstandigheden andere strategieën de revue passeren. Strategieën die we niet eerder hebben gezien. Wanneer er serieus getuned wordt laten de MiTo en de Giulietta heel goed weten wanneer de grens van de drukvulling is bereikt. Dit doen zij in de vorm van ontstekingsuitvallers. Een ongewenst fenomeen. De TwinAir software lijkt dit haarscherp aan te voelen en verlaagt wanneer, dit dreigt, de turbodruk kortstondig. Wanneer het gevaar geweken is komt de turbodruk weer op het ingestelde niveau terug. Een prettig idee, zie het als vangnet. Dit betekent uiteraard niet dat men als tuner blind de druk kan opvoeren. Wanneer deze regeling in werking treedt is men namelijk het punt van maximaal rendement al voorbij. Met louter turbodruk verhoging haalt men namelijk niet het maximale uit de TwinAir. Er is meer….. maar dat is het geheim van de smid.

Het resultaat is 10 pk en 35 Nm extra. Totaal levert de TwinAir na onze tuning 95 pk en 188 Nm.

Fiat mag met trots zeggen dat zij de schoonste benzine motor op de markt hebben gezet met een uitstoot van 92 gram CO2 per gereden km tijdens de emissietest. Of dat resulteert in een zeer laag gemiddeld brandstofverbruik in de werkelijke praktijk is een heel ander verhaal….. In ieder geval kunnen wij tevens met enige trots zeggen de eerste te zijn met getunede software voor de Fiat 500 TwinAir.

December 2010
Goed nieuws voor o.a. Alfa MiTo MultiAir en Abarth Punto Evo rijders. Tot nu toe waren wij 100% afhankelijk van het verschijnen van fabriekssoftware updates. Uit zo’n update konden wij de standaard software destilleren. Dit zorgde ervoor dat de laatste software generaties in principe niet te chiptunen waren. Lastig maar vooral heel jammer voor degene die het aangaat. We hebben een nieuwe partner gevonden welke wel aan de echte standaard software kan geraken. Hoe? Dat laten we even in het midden. Veel belangrijker is het feit dat er nu minder beperkingen zijn. De laatste generatie Alfa MiTo 135 pk MultiAir en de Abarth Punto Evo zijn hier de eerste resultaten van.

Juni 2014
2014 is het jaar van Euro 6. Een nog strengere milieu emissienorm opgelegd door de Europese gemeenschap. Dit betekent een strijd voor de autofabrikanten om de motoren een nog minder schadelijke uitstoot te geven. Het gevolg is vaak een ander type injectiesysteem en dat betekent weer werk aan de winkel voor ons als chiptuners maar in beginsel werk aan de winkel voor de communicatie protocol ontwikkelaars. Meestal zijn wij de eerste die zo’n nieuw systeem ontdekken en de protocol schrijvers aansporen en van materaal voorzien. Maar omdat Fiat Chrysler Automobiles om wat voor reden dan ook niet meer up-to-date zijn met de documentatie voorziening komen wij steeds vaker voor verassingen te staan. Voor de TwinAir Euro 6 80/100/105 pk viel het nog mee. Maar de voor de MultiAir 4-cilinders ligt dat anders. Deze ECU is plotseling voorzien van een nieuwe processor en de gebruikelijke communicatiepoort is ook verdwenen. “Gelukkig” is de Alfa Romeo verkoop zo’n beetje tot een nulpunt gedaald waardoor de vraag en de druk nog niet heel groot is.

Maart 2016
Ruim anderhalf jaar hebben we geduld moeten hebben met de protocol programmeurs. Voordeel is wel in tegenstelling tot de jongste systemen van Bosch is dat de inspuitcomputer niet geopend hoeft te worden. Zowel het lezen als het schrijven van de software werkt via de OBD/diagnose poort. We moeten daar wel de tijd voor nemen. Het lezen duurt ruim een uur en het schrijven een half uur. Maar eenmaal gelezen software van een bepaald type hoeft maar één keer. Want ook daarin verschilt Marelli met Bosch. Alle software per type is identiek. Bosch maakt gebruik van passwords en soms een chassisnummer in de software. Marelli niet. “Ieder nadeel heeft z’n voordeel”. De ontwikkeling van de getunde software kan nu beginnen.

Alfa Giulietta 1.4 Turbo MultiAir 150 pk
Alfa Giulietta 1.4 Turbo MultiAir 170 pk
Alfa Giulietta 1.4 Turbo MultiAir TCT 170 pk
Alfa MiTo 1.4 Turbo MultiAIr TCT 140 pk
Alfa MiTo QV
Fiat 500X 1.4 Turbo MultiAir 140 pk
Fiat 500X 1.4 Turbo MultiAir DCT 140 pk
Fiat 500X 1.4 Turbo MultiAir 170 pk 9AT
Jeep Renegade 1.4 Turbu MultiAir 140 pk
Jeep Renegade 1.4 Turbo MultiAir DCT 140 pk
Jeep Renegade 1.4 Turbo MultiAir 170 pk 9AT

Toekomst: Fiat 124 Spider

Mei 2016
Voor sommige MultiAir versies bleek een addertje onder het gras te zitten. Dit zorgde ervoor dat lezen en schrijven van de software niet mogelijk bleek. Na lang aandringen bij de protocol schrijvers bleek het een bug te zijn in het communicatie protocol. Nu is het af en toe lastig communiceren met Italianen. Maar na lang aandringen heeft men een aanpassing willen maken zodat deze systemen nu wel lees- en schrijfbaar zijn.

In deze link wordt zo goed mogelijk uitgelegd waarom astronomische vermogenswinsten bij turbo motoren niet meer mogelijk zijn en sommige beloftes gewoon weg onverantwoord zijn. Ook bij de MultiiAir motoren beloofd de ene aanbieder nog meer vermogen dan de andere. Voor de 170 pk versies komen we vaak 204 pk tegen (toevallig precies 20% extra. Bij de 140 pk versie zien we vaak 170 pk. Was het maar waar. Helaas werkt het allemaal niet meer zo makkelijk. Ieder type turbo kent z’n limiet en autofabrikanten zijn genoodzaakt een zo kleine mogelijk turbo te monteren zodat deze zo snel mogelijk druk levert om zo een zo laag mogelijke CO2 uitstoot te scoren in de rijcyclus. Dit betekent dat de turbo bij vol vermogen voor zeker 85 tot 90% wordt aangesproken. Voor echte tuners betekent dit minder marge. Zeker wanneer rekening moet worden gehouden met alle voorkomende omstandigheden (brandstof, soort gebruik en het weer).

Hieronder de 2 turbo diagrammen. Links de 140 pk, rechts de 170 pk. Helaas zijn het niet de 100% exacte. Turbo fabrikant Garrett is er lastig met het uitgeven van de exacte diagrammen. Maar gelukkig staan deze diagrammen ook in de software en die zijn wel exact zodat wij kunnen aflezen waartoe de turbo in staat is en zo uitstekend kunnen inschatten hoeveel veilige marge er nog aanwezig is.

Kort uitgelegd. Men gaat op zoek naar de grens aan de rechterkant van de grafiek. Men kan aflezen dat een turbodruk stijging alleen maar zorgt voor een hogere druk maar niet meer zorgt voor meer lucht. Dus ook niet voor meer vermogen. Waar het wel voor zorgt is meer stress in de ontsteking. Drukverhoging zorgt namelijk voor ontstekingsproblemen.

Voor de GT1238 is de het punt op ongeveer 2.05 bar drukverschil en 0.11 kg/s luchtopbrengst bij een turbotoerental van 240.000 toeren/min. Voor de GT1446 is dat ongeveer 2.4 drukverschil en 0.15 kg/s lucht en een turbotoerental van 210.000 toeren/min.

Lees meer in dit artikel: link.