La abreviatura VTEC se descifra por completo como sigue – Control electrónico de distribución y elevación de válvulas variable. Este mecanismo está diseñado para optimizar el flujo de la mezcla de aire y combustible en las cámaras de combustión.
El motor de combustión convierte la energía química almacenada en el combustible en energía térmica. Esta conversión tiene lugar durante la combustión de la mezcla de combustible. Esto aumenta la temperatura y la presión en el cilindro. Bajo presión, los pistones del motor se mueven hacia abajo y empujan el cigüeñal en movimiento. Así es como la energía química se convierte en movimiento mecánico. La fuerza mecánica viene determinada por la cantidad de par motor. La capacidad de un motor para mantener una cierta cantidad de par motor a un cierto número de revoluciones por minuto se define como potencia. La potencia determina la cantidad de trabajo que puede producir un motor. Todo el proceso realizado por un motor de combustión interna no es 100% eficiente. De hecho, sólo un 30% de la energía del combustible se convierte en energía mecánica.
La física teórica nos dice que, con este rendimiento, hay que utilizar más combustible para conseguir un alto rendimiento del motor: el resultado será un aumento significativo de la potencia. Es obvio que en este caso, es necesario utilizar un motor con un enorme volumen de trabajo y comprometer los principios de la economía. El otro método dicta que la mezcla de combustible debe ser precomprimida por medio de una turbina y luego quemada en pequeños cilindros. Pero incluso en este caso, el consumo de combustible será aterrador. En su momento, Honda tomó un camino diferente, iniciando investigaciones para optimizar el motor de combustión. Como resultado apareció la tecnología VTEC, que proporciona al motor una excelente economía a bajas revoluciones y una gran potencia al «arrancarlo».
Dos algoritmos
Si se comparan las características de velocidad de diferentes motores, es fácil ver que algunos motores alcanzan el par máximo a bajas revoluciones (en el rango de 1800-3000 rpm), otros – a más altas (en el rango de 3000-4500 rpm). Resulta que existe una correlación entre la forma en que se montan las levas que abren las válvulas en el árbol de levas y la potencia que desarrolla el motor a distintas velocidades del cigüeñal. Para entender la causa de esto, imagínese un motor que funciona extremadamente lento. Por ejemplo, a 10-20 revoluciones por minuto, el ciclo de trabajo en un cilindro dura 1 segundo. Cuando el pistón baja, la válvula de admisión se abre, permitiendo que la mezcla de combustible llene el cilindro, y se cierra cuando el pistón llega al punto muerto inferior. Cuando el ciclo de combustión se completa, el pistón comenzará a moverse hacia arriba. Esto abrirá la válvula de escape, permitiendo que los gases de escape abandonen el volumen de trabajo del cilindro, y se cerrará cuando el pistón alcance el punto muerto superior. Este algoritmo sería ideal si el motor funcionara a un número mínimo de revoluciones. En la vida real, sin embargo, el motor es mucho más vigoroso.
Cuando el ritmo del motor aumenta, el algoritmo descrito simplemente no resiste las críticas. Si las revoluciones del cigüeñal alcanzan las 4.000 por minuto, las válvulas se abren y cierran 2.000 veces cada minuto, es decir, 30-40 veces cada segundo. A esta velocidad, es extremadamente difícil que el pistón aspire la cantidad necesaria de mezcla combustible en el cilindro. Es decir, se producen pérdidas de bombeo como resultado de la resistencia a la admisión, y ésta es la principal razón por la que se reduce la eficiencia del motor. Para facilitar que el motor funcione a más revoluciones, la válvula de admisión, por ejemplo, debe abrirse más. Por supuesto, esta es una descripción simplificada del funcionamiento, pero da una idea general. Sin embargo, este algoritmo no es bueno a bajas revoluciones: ajustar el árbol de levas «para la velocidad» sólo aumentará el consumo de combustible. En consecuencia, para mejorar la eficiencia, es necesario combinar ambos algoritmos de funcionamiento, que están incorporados en el mecanismo VTEC.
Introducido en 1989, el sistema VTEC ha sido actualizado en dos ocasiones, y hoy nos encontramos con su tercera serie. El sistema VTEC aprovecha la electrónica y la mecánica y permite al motor gestionar eficazmente las capacidades de dos árboles de levas a la vez o, en versiones simplificadas, de uno. Controlando las RPM del motor y los rangos de funcionamiento, su ordenador puede activar las levas adicionales para seleccionar el mejor modo de funcionamiento.
DOHC VTEC.
En 1989, dos modificaciones del Honda Integra, el RSi y el XSi, entraron en el mercado doméstico japonés utilizando el primer motor con el sistema DOHC VTEC. Su unidad de potencia modelo B16A con una capacidad de 1,6 litros ha alcanzado los 160 caballos de fuerza, pero al mismo tiempo se caracteriza por la buena tracción a niveles bajos, la eficiencia del combustible y el respeto al medio ambiente. Los fans de la marca Honda todavía recuerdan y aprecian este gran motor, sobre todo porque su versión repetidamente mejorada se sigue utilizando en los modelos Civic de hoy en día.
Dos algoritmos
Si se comparan las características de velocidad de diferentes motores, es fácil ver que algunos motores alcanzan el par máximo a bajas revoluciones (en el rango de 1800-3000 rpm), otros – a más altas (en el rango de 3000-4500 rpm). Resulta que existe una correlación entre la forma en que se montan las levas que abren las válvulas en el árbol de levas y la potencia que desarrolla el motor a distintas velocidades del cigüeñal. Para entender la causa de esto, imagínese un motor que funciona extremadamente lento. Por ejemplo, a 10-20 revoluciones por minuto, el ciclo de trabajo en un cilindro dura 1 segundo. Cuando el pistón baja, la válvula de admisión se abre, permitiendo que la mezcla de combustible llene el cilindro, y se cierra cuando el pistón llega al punto muerto inferior. Cuando el ciclo de combustión se completa, el pistón comenzará a moverse hacia arriba. Esto abrirá la válvula de escape, permitiendo que los gases de escape abandonen el volumen de trabajo del cilindro, y se cerrará cuando el pistón alcance el punto muerto superior. Este algoritmo sería ideal si el motor funcionara a un número mínimo de revoluciones. En la vida real, sin embargo, el motor es mucho más vigoroso.
Cuando el ritmo del motor aumenta, el algoritmo descrito simplemente no resiste las críticas. Si las revoluciones del cigüeñal alcanzan las 4.000 por minuto, las válvulas se abren y cierran 2.000 veces cada minuto, es decir, 30-40 veces cada segundo. A esta velocidad, es extremadamente difícil que el pistón aspire la cantidad necesaria de mezcla combustible en el cilindro. Es decir, se producen pérdidas de bombeo como resultado de la resistencia a la admisión, y ésta es la principal razón por la que se reduce la eficiencia del motor. Para facilitar que el motor funcione a más revoluciones, la válvula de admisión, por ejemplo, debe abrirse más. Por supuesto, esta es una descripción simplificada del funcionamiento, pero da una idea general. Sin embargo, este algoritmo no es bueno a bajas revoluciones: ajustar el árbol de levas «para la velocidad» sólo aumentará el consumo de combustible. En consecuencia, para mejorar la eficiencia, es necesario combinar ambos algoritmos de funcionamiento, que están incorporados en el mecanismo VTEC.
Introducido en 1989, el sistema VTEC ha sido actualizado en dos ocasiones, y hoy nos encontramos con su tercera serie. El sistema VTEC aprovecha la electrónica y la mecánica y permite al motor gestionar eficazmente las capacidades de dos árboles de levas a la vez o, en versiones simplificadas, de uno. Controlando las RPM del motor y los rangos de funcionamiento, su ordenador puede activar las levas adicionales para seleccionar el mejor modo de funcionamiento.
DOHC VTEC.
En 1989, dos modificaciones del Honda Integra, el RSi y el XSi, entraron en el mercado doméstico japonés utilizando el primer motor con el sistema DOHC VTEC. Su unidad de potencia modelo B16A con una capacidad de 1,6 litros ha alcanzado los 160 caballos de fuerza, pero al mismo tiempo se caracteriza por la buena tracción a niveles bajos, la eficiencia del combustible y el respeto al medio ambiente. Los fans de la marca Honda todavía recuerdan y aprecian este gran motor, sobre todo porque su versión repetidamente mejorada se sigue utilizando en los modelos Civic de hoy en día.
El motor DOHC VTEC tiene dos árboles de levas (uno para las válvulas de admisión y otro para las de escape) y cuatro válvulas por cilindro. Para cada par de válvulas hay un diseño especial: un grupo de tres levas. Por consiguiente, si se trata de un motor de cuatro cilindros y 16 válvulas con dos árboles de levas, habrá 8 grupos de este tipo. Cada grupo se ocupa de un par de válvulas diferente. Dos levas están situadas en los lados exteriores del grupo y son responsables de la acción de las válvulas a bajas rpm, y la del medio está conectada a altas rpm. Las levas exteriores están en contacto directo con las válvulas: las bajan con balancines (balancines). La leva central individual, por el momento, gira y se mantiene al ralentí sobre su balancín, que se activa cuando se alcanza una determinada velocidad alta del cigüeñal. Esta parte central es entonces responsable de abrir y cerrar las válvulas, aunque actúa como un mecanismo intermedio especial.
Cuando el motor funciona a bajas revoluciones, los pares de válvulas de admisión y de escape son abiertos por sus respectivas levas. Su forma, como en la mayoría de los motores similares, es elíptica. Estas levas, sin embargo, sólo pueden proporcionar un funcionamiento económico del motor y sólo a bajas revoluciones. Cuando el árbol de levas alcanza altas revoluciones, se activa un mecanismo especial. «Desocupada» por este trabajo, la leva del medio gira y sin ningún efecto sobre el balancín del medio, que no está de ninguna manera conectado a las válvulas. Sin embargo, los tres balancines tienen agujeros en los que se introduce una barra metálica bajo alta presión de aceite. De este modo, el grupo queda fijado de forma rígida y posteriormente funciona como una unidad. Aquí es donde entra en juego la leva central, que ya estaba en reposo. Tiene una forma más alargada y, por lo tanto, cuando se presiona, los tres balancines, y por lo tanto las válvulas, bajan mucho más y permanecen abiertas durante más tiempo. En este caso, el motor puede respirar más libremente, desarrollar y mantener un alto par motor y tener una buena potencia.
SOHC VTEC
Tras el éxito del sistema VTEC DOHC, Honda abordó el desarrollo y el uso de su innovación con más ahínco. Los motores VTEC demostraron ser fiables y económicos, proporcionando una alternativa viable a las cilindradas mayores o al uso de turbinas. Por eso, el sistema VTEC SOHC se introdujo algo más tarde. Al igual que su «homólogo» DOHC, la novedad también pretendía optimizar el rendimiento del motor en diferentes modos. Pero debido a su diseño sencillo y a su potencia más modesta, los motores SOHC VTEC se produjeron en volúmenes más pequeños. Uno de los primeros motores que utilizó este sistema simplificado fue el mejorado D15B, que producía 130 CV con una cilindrada de 1,5 litros. Este motor se instaló en el Honda Civic en 1991.
El motor SOHC tiene un solo árbol de levas para todo el bloque de cilindros. Por lo tanto, las levas de admisión y de escape están situadas en el mismo eje. Sin embargo, también hay grupos de tres, cada uno con una leva central especial. La simplicidad del diseño consiste en que sólo las válvulas de admisión pueden funcionar en los dos modos: para bajas y para altas revoluciones. Un mecanismo intermedio con una leva y un balancín adicionales también, como en el VTEC DOHC, intercepta la apertura y el cierre de las válvulas de admisión, mientras que las válvulas de escape funcionan siempre en modo constante.
Una persona podría tener la impresión de que el VTEC SOHC es de alguna manera peor que el VTEC DOHC. Sin embargo, este no es el caso: este sistema tiene una serie de ventajas, entre ellas la simplicidad del diseño, la compacidad del motor debido a su pequeña anchura, y un menor peso. Además, el sistema SOHC VTEC puede utilizarse con bastante facilidad en motores de generaciones anteriores, actualizándolos. Como resultado, las cadenas cinemáticas SOHC VTEC consiguen los mismos resultados, aunque menos llamativos y sorprendentes.
SOHC VTEC-E
Si el objetivo de los sistemas VTEC descritos anteriormente es combinar la máxima potencia en el régimen superior y un funcionamiento bastante seguro pero económico en el régimen inferior, el VTEC-E está diseñado para ayudar al motor a conseguir la máxima economía.
Pero antes de considerar otro invento de Honda, es necesario tratar la teoría. Se sabe que el combustible se premezcla con el aire y luego se enciende en los cilindros (hay otra opción – la inyección directa cuando el aire y el combustible entran en los cilindros por separado). La potencia del motor también se ve afectada por la homogeneidad de la mezcla. El hecho es que a bajas velocidades, el bajo caudal en la admisión impide la mezcla de combustible y aire. Como resultado, el motor puede funcionar con dificultad al ralentí. Para evitarlo, se introduce en los cilindros una mezcla enriquecida con combustible, lo que afecta al ahorro de combustible. El sistema VTEC-E consigue que el motor funcione con seguridad a bajas revoluciones con una mezcla de combustible más pobre. El ahorro también es considerable. A diferencia de otras marchas, el VTEC-E no tiene levas adicionales. Dado que esta tecnología pretende reducir el consumo de combustible a bajas revoluciones, afecta a la acción de las válvulas de admisión. El VTEC-E sólo se utiliza en motores SOHC (de un solo árbol de levas) con cuatro válvulas por cilindro debido a su «propensión» a un bajo consumo de combustible.
A diferencia de otros motores VTEC, en los que las levas tienen aproximadamente el mismo perfil, las cadenas cinemáticas con VTEC-E utilizan dos configuraciones. Así, las válvulas de admisión son accionadas por levas de diferente forma. Una tiene un perfil de leva tradicional, mientras que la otra es casi redonda, ligeramente ovalada. Por lo tanto, una de las válvulas baja normalmente, mientras que la otra está apenas abierta. La mezcla de combustible pasa a través de la válvula normal con facilidad, y a través de la válvula entreabierta con muy poca frecuencia. Debido a la asimetría de los flujos de la mezcla entrante, se producen extraños remolinos en el cilindro donde el aire y el combustible se mezclan adecuadamente. Como resultado, el motor puede funcionar con una mezcla pobre. A medida que aumentan las revoluciones, aumenta la concentración de combustible, pero el modo en el que sólo funciona una válvula se convierte en una molestia. Por lo tanto, a aproximadamente 2500 rpm el balancín se cierra y es accionado por la leva normal. El cierre se produce exactamente igual que en otros sistemas VTEC.
El sistema VTEC-E es a menudo inmerecidamente considerado como una invención destinada únicamente a la economía. Sin embargo, en comparación con los motores simples, las unidades con este mecanismo no sólo son más económicas, sino también más potentes. El primer modo, en el que trabaja una sola válvula, es el responsable de la economía, y el VTEC «de pura cepa», que implica la amplia apertura de las válvulas de admisión, es el responsable de los indicadores de potencia. Si se comparan dos motores similares, uno de los cuales está equipado con un mecanismo VTEC-E, la unidad simple será un 6-9% más débil y más voraz.
Three-mode SOHC VTEC
Este mecanismo es una combinación de los sistemas SOHC VTEC y SOHC VTEC-E. A diferencia de todos los sistemas descritos anteriormente, éste no tiene dos modos de funcionamiento, sino tres. En la zona de bajas revoluciones, el sistema ofrece un funcionamiento económico de mezcla pobre (como el VTEC-E). En este caso, sólo se utiliza una de las válvulas de admisión. A medio régimen, la segunda válvula se activa, pero la distribución y la elevación de las válvulas no se modifican. El motor en este caso realiza un par elevado. En el modo de altas revoluciones, ambas válvulas son controladas por una única leva central, que es la responsable de extraer la máxima potencia del motor. Este sistema es bastante versátil. Por ejemplo, un motor de 1,5 litros con este mecanismo de distribución presenta una buena potencia específica: 86 CV por cada litro de cilindrada. Al mismo tiempo, si el motor funciona en el primer modo económico de 12 válvulas, el consumo al conducir a una velocidad constante de 60 km/h en un Honda Civic es de unos 3,5 litros por cada 100 kilómetros.
i-VTEC
La «i» del nombre significa inteligente, es decir, «smart». Las antiguas versiones VTEC son capaces de ajustar el grado de apertura de las válvulas sólo en 2-3 modos. El diseño del nuevo tren de válvulas variable i-VTEC supone el uso de un sistema VTC (Variable Timing Control) adicional al sistema VTEC principal, ajustando continuamente el tiempo de apertura de las válvulas de admisión. La apertura de las válvulas de admisión se ajusta en función de la carga del motor y se regula modificando el ángulo del árbol de levas de admisión con respecto al de escape. En los motores con i-VTEC, el árbol de levas está unido a la polea de transmisión mediante una tuerca de piñón especial que puede «girar» hasta un ángulo de 600.
El uso del sistema VTC, junto con el VTEC, permite un llenado más eficiente de los cilindros del motor con la mezcla de combustible y aire, además de mejorar la completitud de su combustión. El uso del sistema i-VTEC le permite alcanzar el mismo nivel de aceleración que un motor de 2 litros, con un ahorro de combustible aún mayor que el de un motor de 1,6 litros.
La familia de distribución VTEC no es nada mágica, pero tiene un efecto sorprendente. Los motores de Honda saben ajustarse a la carga, proporcionando una potencia asombrosa con una cilindrada modesta. Y al mismo tiempo, al ralentí y a bajas revoluciones, los motores japoneses sorprenden por su extraordinaria economía. Es muy posible que la siguiente etapa en el desarrollo de los sistemas VTEC sea un mecanismo con solenoides separados para cada válvula, que permita regular la apertura de las válvulas con precisión quirúrgica.