VTEC

El control electrónico de distribución variable de válvulas (VTEC) es un sistema de válvulas desarrollado por Honda para mejorar la eficiencia volumétrica de un motor de combustión interna de cuatro tiempos , lo que resulta en un mayor rendimiento a altas rpm y un menor consumo de combustible a bajas rpm. El VTEC utiliza dos (o en ocasiones tres ) perfiles de árbol de levas y selecciona hidráulicamente entre ellos. Fue inventado por el ingeniero de Honda Ikuo Kajitani. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Es claramente diferente de los sistemas VVT ( distribución variable de válvulas ) estándar, que solo cambian la sincronización de las válvulas y no modifican el perfil del árbol de levas ni la elevación de las válvulas.

Japón aplica un impuesto basado en la cilindrada del motor , ^{[ 3 ]} y los fabricantes de automóviles japoneses han centrado sus esfuerzos de investigación y desarrollo en mejorar el rendimiento de sus diseños de motores más pequeños. Un método para aumentar el rendimiento en una cilindrada estática incluye la sobrealimentación , como en modelos como el Toyota Supra y el Nissan 300ZX , que utilizaban turbocompresores , y el Toyota MR2 , que utilizó un compresor volumétrico en algunos años. Otro enfoque es el motor rotativo utilizado en el Mazda RX-7 y el RX-8 . Una tercera opción es cambiar el perfil de distribución de las levas, siendo el sistema VTEC de Honda el primer motor de producción en utilizar la tecnología de conmutación de levas para variar tanto la distribución como la elevación de las válvulas. ^{[ 4 ]}

El sistema VTEC proporciona al motor una sincronización de válvulas optimizada para el funcionamiento a bajas y altas revoluciones. Básicamente, el único lóbulo de leva y balancín de un motor convencional se sustituye por un balancín de bloqueo multiparte y dos perfiles de leva: uno optimizado para la estabilidad a bajas revoluciones y la eficiencia de combustible , y el otro diseñado para maximizar la potencia a altas revoluciones. La conmutación entre los dos lóbulos de leva está controlada por la ECU , que tiene en cuenta la presión del aceite del motor , la temperatura del motor, la velocidad del vehículo, las revoluciones del motor y la posición del acelerador. Con estos datos, la ECU está programada para cambiar del lóbulo de leva de baja elevación al de alta elevación cuando se cumplen ciertas condiciones. En el punto de conmutación, se activa un solenoide que permite que la presión del aceite de una válvula de carrete accione un pasador de bloqueo, que une el balancín de alta elevación con los de baja elevación. A partir de ese momento, las válvulas se abren y cierran según el perfil de alta elevación, que abre la válvula más y durante más tiempo. El punto de conmutación es variable, entre un mínimo y un máximo, y está determinado por la carga del motor. El cambio de levas de altas a bajas revoluciones se realiza a una velocidad del motor inferior a la del cambio ascendente (lo que representa un ciclo histerético ) para evitar que el motor funcione continuamente en el punto de conmutación o en sus proximidades.

El método tradicional para ajustar la sincronización consiste en producir un árbol de levas con un perfil de distribución de válvulas más adecuado para el funcionamiento a bajas revoluciones. Las mejoras en el rendimiento a bajas revoluciones, donde la mayoría de los automóviles de uso diario operan la mayor parte del tiempo, se producen a costa de una pérdida de potencia y eficiencia a altas revoluciones. El sistema VTEC busca combinar la eficiencia de combustible y la estabilidad a bajas revoluciones con el rendimiento a altas revoluciones.

VTEC, el sistema original de control de válvulas variables de Honda, se originó a partir de REV (Revolution-Modulated Valve Control) introducido en la CBR400 en 1983 ^{[ 5 ]} , conocido como HYPER VTEC. En el motor de automóvil de cuatro tiempos convencional, las válvulas de admisión y escape son accionadas por lóbulos en un árbol de levas. La forma de los lóbulos determina la sincronización, la elevación y la duración de cada válvula: la sincronización se refiere a una medición angular de cuándo se abre o cierra una válvula con respecto a la posición del pistón (antes o después del punto muerto superior); la elevación se refiere a cuánto se abre la válvula; la duración se refiere a cuánto tiempo permanece abierta la válvula. Debido al comportamiento del fluido de trabajo (la mezcla de aire y combustible) antes y después de la combustión —que impone limitaciones físicas al flujo, así como a la interacción con la chispa de encendido— los ajustes óptimos de sincronización, elevación y duración de las válvulas a bajas velocidades de funcionamiento del motor son muy diferentes de los que se dan a altas velocidades. Los ajustes óptimos de sincronización, elevación y duración de las válvulas a bajas velocidades darían como resultado un llenado insuficiente del cilindro con combustible y aire a altas velocidades, lo que limitaría considerablemente la potencia del motor. Por el contrario, una sincronización, alzada y duración de válvulas óptimas a alta velocidad darían como resultado un funcionamiento muy irregular a baja velocidad y un ralentí difícil. El motor ideal tendría una sincronización, alzada y duración de válvulas totalmente variables, en la que las válvulas se abrirían siempre en el punto exacto, se elevarían lo suficiente y permanecerían abiertas el tiempo preciso según la velocidad y la carga del motor.

DOHC VTEC

El VTEC se introdujo como un sistema DOHC (doble árbol de levas en cabeza) en Japón en el Honda Integra XSi de 1989, ^{[ 1 ]} que utilizaba el motor B16A de 160 bhp (120 kW) . Ese mismo año, Europa vio la llegada del VTEC en el Honda Civic y el Honda CRX 1.6i-VT, que utilizaban una variante B16A1 de 150 bhp (110 kW) . El mercado estadounidense vio su primer sistema VTEC con la introducción del Acura NSX de 1991 , ^{[ 6 ]} que utilizaba un V6 C30A DOHC de 3 litros con 270 bhp (200 kW) . Los motores DOHC VTEC pronto aparecieron en otros vehículos, como el Acura Integra GS-R de 1992 ( 160 CV (120 kW) B17A1 ), y más tarde en el Honda Prelude VTEC de 1993 ( 195 CV (145 kW) H22A ) y el Honda del Sol VTEC ( 160 CV (120 kW) B16A3 ). El Integra Type R (1995-2000) disponible en el mercado japonés produce 197 CV (147 kW; 200 PS) utilizando un motor B18C de 1.8 litros, produciendo más caballos de fuerza por litro que la mayoría de los superdeportivos de la época. Honda también ha continuado desarrollando otras variantes y hoy ofrece varias variantes de VTEC, como i-VTEC e i-VTEC Hybrid.               

La primera implementación de VTEC-E es una variación de SOHC VTEC que se utiliza para aumentar la eficiencia de la combustión a bajas revoluciones manteniendo el rendimiento a medio régimen de los motores sin VTEC. VTEC-E es la primera versión de VTEC en emplear balancines de rodillos y, por ello, prescinde de la necesidad de tener tres lóbulos de admisión para accionar las dos válvulas: dos lóbulos para el funcionamiento sin VTEC (uno pequeño y otro mediano) y un lóbulo para el funcionamiento con VTEC (el más grande). En su lugar, existen dos perfiles de leva de admisión diferentes por cilindro: un lóbulo de leva muy suave con poca elevación y un lóbulo de leva normal con elevación moderada. Debido a esto, a bajas revoluciones, cuando VTEC no está activado, una de las dos válvulas de admisión se abre solo ligeramente debido al lóbulo de leva suave, forzando la mayor parte de la carga de admisión a través de la otra válvula de admisión abierta con el lóbulo de leva normal. Esto induce un remolino en la carga de admisión que mejora la atomización de la mezcla aire/combustible en el cilindro y permite utilizar una mezcla de combustible más pobre. A medida que aumentan la velocidad y la carga del motor, ambas válvulas son necesarias para suministrar una mezcla suficiente. Al activar el modo VTEC, se debe alcanzar un umbral predefinido de velocidad (debe estar en movimiento), revoluciones por minuto y carga antes de que la computadora active un solenoide que dirige aceite presurizado a un pasador deslizante, al igual que con el VTEC original. Este pasador deslizante conecta los balancines de admisión entre sí, de modo que ahora ambas válvulas de admisión siguen la leva del árbol de levas "normal" en lugar de solo una de ellas. En VTEC, dado que la leva "normal" tiene la misma sincronización y elevación que las levas de admisión de los motores SOHC sin VTEC, ambos motores tienen un rendimiento idéntico en la banda de potencia alta, suponiendo que todo lo demás sea igual. Esta variante del VTEC-E se utiliza en algunos motores de la serie D.

Con las implementaciones más recientes de VTEC-E, la única diferencia con las anteriores es que el segundo perfil de leva normal se ha sustituido por un perfil de leva más agresivo, idéntico al perfil de leva de alta velocidad del VTEC original. Esto, en esencia, supera al VTEC y a las implementaciones anteriores de VTEC-E, ya que las ventajas de combustible y par motor a bajas revoluciones del VTEC-E anterior se combinan con el alto rendimiento del VTEC original. Hay tres lóbulos de leva de admisión: dos para el modo de bajas revoluciones (uno para la válvula casi cerrada y otro para la normalmente abierta) y uno para el modo potente cuando se activa el solenoide VTEC. Las revoluciones mínimas para activar el VTEC son 2500 rpm, o pueden ser superiores si la carga es baja (depende de la ECM). Con el solenoide VTEC activado, el tercer lóbulo, el más grande, empieza a empujar todas las válvulas de admisión con el perfil más agresivo. Esta variante del VTEC-E se utiliza en los motores F23A, F22B y JDM F20B SOHC VTEC.

El VTEC de tres etapas es una versión que emplea tres perfiles de leva diferentes para controlar la sincronización y la elevación de las válvulas de admisión. Debido a que esta versión de VTEC se diseñó en torno a una culata SOHC, el espacio era limitado; por lo tanto, el VTEC solo puede modificar la apertura y el cierre de las válvulas de admisión. En esta aplicación se combinan las mejoras en el consumo de combustible a bajas revoluciones del VTEC-E y el rendimiento del VTEC convencional. Desde el ralentí hasta las 2500-3000  rpm, según las condiciones de carga, una válvula de admisión se abre completamente mientras que la otra se abre solo ligeramente, lo suficiente para evitar la acumulación de combustible detrás de la válvula, también llamado modo de 12 válvulas. Este modo de 12 válvulas produce un remolino en la carga de admisión que aumenta la eficiencia de la combustión, lo que resulta en un mejor par motor a bajas revoluciones y un menor consumo de combustible. Entre las 3000 y las 5400 rpm, según la carga, uno de los solenoides del VTEC se activa, lo que hace que la segunda válvula se acople al lóbulo del árbol de levas de la primera válvula. También llamado modo de 16 válvulas, este método se asemeja a un modo de funcionamiento normal del motor y mejora la curva de potencia en el rango medio. Entre 5500 y 7000 rpm, se activa el segundo solenoide VTEC (ambos solenoides ya están activados), de modo que ambas válvulas de admisión utilizan el tercer lóbulo del árbol de levas, de posición intermedia. Este tercer lóbulo está optimizado para un alto rendimiento y proporciona la máxima potencia en la parte alta del rango de revoluciones.

En la versión más reciente del sistema i-VTEC de tres etapas, se combinan VTC y PGM-FI para permitir que la ECU controle todo el rango de modos y así lograr mayores mejoras en el consumo de combustible y el rendimiento. El Honda CR-Z puede alternar entre el modo de bajas revoluciones y el modo estándar de 1000 rpm a 2250 rpm sin interrupción, y activar el modo de levas altas a partir de las 2250 rpm en el SOHC.

El sistema Honda i-VTEC (VTEC inteligente) ^{[ 7 ]} combina VTEC con el VTC (Control de Distribución Variable) de Honda, un sistema de distribución variable continua que se utiliza en el árbol de levas de admisión de los motores DOHC VTEC. Esta tecnología apareció por primera vez en la familia de motores de cuatro cilindros de la serie K de Honda en 2001. La mayoría de los vehículos Honda o Acura de cuatro cilindros vendidos en Estados Unidos utilizaban i-VTEC para el año modelo 2002, con la excepción del Honda Accord de 2002.

El control VTEC de la elevación y duración de las válvulas sigue limitado a perfiles distintos de bajas y altas revoluciones, pero el árbol de levas de admisión ahora puede avanzar entre 25 y 50 grados, según la configuración del motor. La sincronización se implementa mediante un piñón de leva ajustable accionado por aceite y controlado por computadora. Tanto la carga como la velocidad del motor afectan al VTEC. La fase de admisión varía desde totalmente retardada en ralentí hasta ligeramente adelantada a plena aceleración y bajas revoluciones. El efecto es una mayor optimización de la entrega de par, especialmente a bajas y medias revoluciones. Existen dos tipos de motores i-VTEC de la serie K que se explican en la siguiente sección.

Los motores SOHC de la serie J de Honda utilizan un sistema completamente diferente, que, curiosamente, también se comercializa como i-VTEC. Los motores Honda de la serie J que utilizan i-VTEC combinan el funcionamiento SOHC VTEC con la tecnología de desplazamiento variable VCM (Variable Cylinder Management) de Honda para mejorar el consumo de combustible en condiciones de baja carga.

El motor AVTEC ( Advanced VTEC ) se anunció por primera vez en 2006. ^{[ 10 ]} Combina el control de elevación y sincronización de válvulas continuamente variable con el control de fase continuamente variable. Honda originalmente planeaba producir vehículos con motores AVTEC en los siguientes tres años. Si bien se especuló que se usaría por primera vez en el Honda Accord de 2008, el vehículo en su lugar utiliza el sistema i-VTEC existente. A finales de 2017, ningún vehículo Honda utilizaba el sistema AVTEC.

La serie de motores VTEC TURBO se presentó en 2013 como parte de la gama Earth Dreams Technology e incluye nuevas características como inyección directa de gasolina, turbocompresores, Dual Cam VTC y VTEC en el perfil de escape en lugar de la admisión, lo que marca el fin del "sonido tradicional" del VTEC en este motor. La implementación del VTEC en los balancines de escape hace que el turbo se active más rápido, eliminando el retardo del turbo. Los motores VTEC Turbo vienen en tres cilindradas: un 1.0 litros de 3 cilindros, un 1.5 litros de 4 cilindros y un 2.0 litros de 4 cilindros .

La implementación inicial para vehículos europeos incluyó un motor turboalimentado de 4 cilindros y 2 litros utilizado desde el Honda Civic Type R de 2015 hasta la actualidad, que incluía el cumplimiento de la normativa de emisiones Euro 6. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Aparte de la Honda CB400SF Super Four HYPER VTEC, exclusiva del mercado japonés, ^{[ 18 ]} presentada en 1999, la primera implementación mundial de la tecnología VTEC en una motocicleta se produjo con la introducción de la motocicleta deportiva Honda VFR800 en 2002. Similar al estilo SOHC VTEC-E, una válvula de admisión permanece cerrada hasta que se alcanza un umbral de 6800 (6600 después de 2006) ^{[ 19 ]} rpm, momento en el que la segunda válvula se abre mediante un pasador accionado por la presión del aceite. El tiempo de permanencia de las válvulas permanece sin cambios, como en el VTEC-E de automóviles, y se produce poca potencia adicional, pero con una suavización de la curva de par. Los críticos sostienen que el VTEC aporta poco a la experiencia VFR, a la vez que aumenta la complejidad del motor. Honda pareció estar de acuerdo, ya que su VFR1200, un modelo anunciado en octubre de 2009, llegó para reemplazar a la VFR800, que abandona el concepto VTEC en favor de un motor de gran cilindrada con árbol de levas en V estrecho ("unicam"), es decir, SOHC. Sin embargo, la VFR800 de 2014 reintrodujo el sistema VTEC de la motocicleta VFR de 2002-2009.

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