A abreviatura VTEC é totalmente decifrada da seguinte forma – Temporização da Válvula Variável e Controlo Electrónico do Elevador. Este mecanismo é concebido para optimizar o fluxo da mistura ar-combustível para as câmaras de combustão.
O motor de combustão converte a energia química armazenada no combustível em energia térmica. Esta conversão tem lugar durante a combustão da mistura combustível. Isto aumenta a temperatura e a pressão no cilindro. Sob pressão, os pistões do motor movem-se para baixo e empurram a cambota para o movimento. É desta forma que a energia química é convertida em movimento mecânico. A força mecânica é determinada pela quantidade de torque. A capacidade de um motor manter alguma quantidade de binário a um certo número de rotações por minuto é definida como potência. A potência determina a quantidade de trabalho que um motor pode produzir. Todo o processo realizado por um motor de combustão interna não é 100% eficiente. De facto, apenas cerca de 30% da energia no combustível é convertida em energia mecânica.
A física teórica diz-nos que com esta eficiência, mais combustível deve ser utilizado para atingir um rendimento elevado do motor: o resultado será um aumento significativo da potência. É óbvio que, neste caso, é necessário utilizar um motor com um enorme volume de trabalho e comprometer os princípios da economia. O outro método dita que a mistura de combustível deve ser pré-comprimida por meio de uma turbina e depois queimada em pequenos cilindros. Mas mesmo neste caso, o consumo de combustível será assustador. Em determinada altura, a Honda tomou um caminho diferente, iniciando a investigação para optimizar o motor de combustão. Como resultado, surgiu a tecnologia VTEC, que proporciona ao motor uma excelente economia a baixa rpm e alta potência quando o “manivela”.
Dois algoritmos
Se comparar as características de velocidade de diferentes motores, é fácil ver que alguns motores atingem o binário máximo a baixas rotações (na gama de 1800-3000 rpm), outros – a altas rotações (na gama de 3000-4500 rpm). Verifica-se que existe uma correlação entre a forma como as cames que abrem as válvulas são montadas na árvore de cames e a potência que o motor desenvolve a várias velocidades da cambota. Para compreender o que provoca isto, imagine um motor a funcionar extremamente devagar. Por exemplo, a 10-20 rotações por minuto, o ciclo de funcionamento de um cilindro demora 1 segundo. medida que o pistão baixa, a válvula de admissão abre-se, permitindo que a mistura combustível encha o cilindro, e fecha-se quando o pistão atinge o ponto morto inferior. Quando o ciclo de combustão estiver completo, o pistão começará a mover-se para cima. Isto abrirá a válvula de escape, permitindo que os gases de escape deixem o volume de trabalho do cilindro, e fecha-se quando o pistão atinge o ponto morto superior. Tal algoritmo seria ideal se o motor estivesse a funcionar a uma rpm mínima. Na vida real, contudo, o motor é muito mais vigoroso.
A medida que o ritmo do motor aumenta, o algoritmo descrito simplesmente não resiste às críticas. Se a rotação da cambota atingir 4000 rpm por minuto, as válvulas abrem e fecham 2000 vezes por minuto, ou 30-40 vezes por segundo. A esta velocidade, é extremamente difícil para o pistão aspirar a quantidade necessária de mistura combustível para dentro do cilindro. Ou seja, ocorrem perdas de bombeamento como resultado da resistência à admissão, e esta é a principal razão pela qual a eficiência do motor é reduzida. Para facilitar o funcionamento do motor a rpm mais elevadas, a válvula de admissão, por exemplo, tem de ser aberta mais largamente. É claro que esta é uma descrição simplificada do funcionamento, mas dá uma ideia geral. Contudo, tal algoritmo não é bom em baixas rotações: o ajuste da árvore de cames “para velocidade” apenas irá aumentar o consumo de combustível. Consequentemente, para maior eficiência, é necessário combinar ambos os algoritmos de operação, que estão incorporados no mecanismo VTEC.
Introduzido em 1989, o sistema VTEC foi actualizado duas vezes, e hoje estamos a lidar com a sua terceira série. O sistema VTEC tira partido da electrónica e mecânica e permite ao motor gerir eficazmente as capacidades de duas árvores de cames ao mesmo tempo, ou, em versões simplificadas, uma. Ao controlar as RPM e as gamas de funcionamento do motor, o seu computador pode activar cames adicionais para seleccionar o melhor modo de funcionamento.
DOHC VTEC.
Em 1989, duas modificações da Honda Integra, a RSi e a XSi, entraram no mercado doméstico japonês utilizando o primeiro motor com o sistema DOHC VTEC. A sua unidade de potência modelo B16A com uma capacidade de 1,6 litros atingiu 160 cavalos de potência, mas ao mesmo tempo caracteriza-se por uma boa tracção a baixos níveis, eficiência de combustível, e respeito pelo ambiente. Os fãs da marca Honda ainda se lembram e apreciam este grande motor, especialmente porque a sua versão repetidamente melhorada é ainda hoje utilizada nos modelos Civic.
O motor DOHC VTEC tem duas árvores de cames (uma para as válvulas de admissão e outra para as válvulas de escape) e quatro válvulas por cilindro. Para cada par de válvulas, existe um desenho especial – um grupo de três cames. Consequentemente, se estamos a lidar com um motor de quatro cilindros de 16 válvulas com duas árvores de cames, haverá 8 grupos deste tipo. Cada grupo lida com um par de válvulas diferente. Dois cames estão localizados nos lados exteriores do grupo e são responsáveis pela acção das válvulas a baixa rpm, e o do meio está ligado a alta rpm. As cames exteriores estão em contacto directo com as válvulas: baixam-nas com balancins (balancins). A came central individual por enquanto gira e ociosa no seu balancim, que se activa quando é atingida uma certa velocidade elevada da cambota. Esta parte central é então responsável pela abertura e fecho das válvulas, embora actue como um mecanismo intermediário especial.
Quando o motor está a funcionar a baixas rotações, os pares de válvulas de admissão e escape são abertos pelos respectivos cames. A sua forma, como na maioria dos motores semelhantes, é elíptica. Estes cames, contudo, só podem proporcionar um funcionamento económico do motor e apenas a baixas rotações/minuto. Quando a árvore de cames atinge alta velocidade, um mecanismo especial é accionado. “Desocupada” por este trabalho, a came média roda e sem qualquer efeito sobre o balancim médio, que não está de modo algum ligado às válvulas. No entanto, todos os três balancins têm orifícios nos quais uma barra metálica é acionada sob alta pressão de óleo. Assim, o grupo é fixado rigidamente e funciona subsequentemente como uma unidade. É aqui que entra a came intermédia, anteriormente em repouso. Tem uma forma mais alongada e, portanto, quando é pressionada, os três balancins, e consequentemente as válvulas, caem muito mais baixo e permanecem abertas durante um período de tempo mais longo. Neste caso, o motor pode respirar mais livremente, desenvolver e manter um torque elevado, e ter uma boa potência.
SOHC VTEC
Após o sucesso do sistema DOHC VTEC, a Honda abordou o desenvolvimento e utilização da sua inovação com ainda mais zelo. Os motores VTEC provaram ser fiáveis e económicos, proporcionando uma alternativa viável a deslocações maiores ou ao uso de turbinas. Foi por isso que o sistema SOHC VTEC foi introduzido um pouco mais tarde. Tal como a sua “contraparte” DOHC, a novidade também se destinava a optimizar o desempenho do motor em diferentes modos. Mas devido à sua concepção simples e à sua potência mais modesta, os motores SOHC VTEC foram produzidos em volumes menores. Um dos primeiros motores a utilizar este sistema simplificado foi o D15B melhorado, que produziu 130 cavalos de potência com um deslocamento de 1,5 litros. Este motor foi instalado na Honda Civic em 1991.
O motor SOHC tem uma única árvore de cames para todo o bloco de cilindros. Por conseguinte, as cames de admissão e escape estão localizadas no mesmo eixo. No entanto, existem também grupos de três, cada um com uma came central especial. A simplicidade do desenho é que apenas as válvulas de admissão podem ser operadas nos dois modos – para baixas e para altas rpm. Um mecanismo intermédio com uma came extra e um balancim também, como com o DOHC VTEC, intercepta a abertura e o fecho das válvulas de admissão, enquanto as válvulas de escape funcionam sempre em modo constante.
Pode-se ter a impressão de que o SOHC VTEC é de alguma forma pior do que o DOHC VTEC. Contudo, não é este o caso: este sistema tem uma série de vantagens, entre elas a simplicidade do desenho, a compactação do motor devido à sua pequena largura, e o seu peso mais baixo. Além disso, o SOHC VTEC pode ser facilmente utilizado em motores da geração anterior, actualizando-os assim. Como resultado, os grupos propulsores SOHC VTEC obtêm os mesmos resultados, embora menos impressionantes e surpreendentes.
SOHC VTEC-E
Se o objectivo dos sistemas VTEC acima descritos é combinar a potência máxima às rpm superiores e uma operação bastante confiante mas económica às rpm inferiores, VTEC-E foi concebido para ajudar o motor a atingir a máxima economia.
Mas antes de considerarmos outra invenção de Honda, é necessário lidar com a teoria. Sabe-se que o combustível é pré-misturado com ar e depois inflamado nos cilindros (há outra opção – injecção directa quando o ar e o combustível entram nos cilindros separadamente). A potência do motor é também afectada pela homogeneidade da mistura. O facto é que, a baixas velocidades, o baixo caudal à entrada impede a mistura de combustível e ar. Como resultado, o motor pode funcionar de forma rugosa ao ralenti. Para evitar isto, uma mistura enriquecida com combustível é introduzida nos cilindros, afectando a economia de combustível. O VTEC-E é capaz de assegurar que o motor funciona com confiança a baixas rotações com uma mistura de combustível mais pobre. A economia é também substancial. Ao contrário de outras engrenagens, o VTEC-E não tem cames adicionais. Uma vez que esta tecnologia visa reduzir o consumo de combustível a baixas rotações por minuto, afecta a acção das válvulas de admissão. O VTEC-E só é utilizado em motores SOHC (eixo de came simples) com quatro válvulas por cilindro devido à sua “propensão” para baixo consumo de combustível.
Não parecidos com outros motores VTEC, onde os cames têm aproximadamente o mesmo perfil, os grupos electrogéneos com VTEC-E utilizam duas configurações. Assim, as válvulas de admissão são accionadas por cames de formas diferentes. Uma tem um perfil de cames tradicional, enquanto a outra é quase redonda – ligeiramente oval. Portanto, uma das válvulas baixa normalmente, enquanto a outra mal está aberta. A mistura combustível passa facilmente através da válvula normal, e através da válvula entreaberta muito parcimoniosamente. Devido à assimetria dos fluxos de mistura de entrada, ocorrem redemoinhos bizarros no cilindro onde o ar e o combustível se misturam correctamente. Como resultado, o motor pode funcionar com uma mistura pobre. À medida que as rotações aumentam, a concentração de combustível aumenta, mas o modo em que apenas uma válvula funciona de facto torna-se um incómodo. Portanto, a aproximadamente 2500 rpm, o braço basculante fecha-se e é accionado pela came normal. O fecho ocorre exactamente da mesma forma que em outros sistemas VTEC.
O sistema VTEC-E é muitas vezes considerado imerecidamente uma invenção destinada exclusivamente à economia. No entanto, em comparação com motores simples, as unidades com este mecanismo são não só mais económicas mas também mais potentes. O primeiro modo, em que uma válvula funciona, é responsável pela economia, e o VTEC “puro-sangue”, que implica a ampla abertura das válvulas de admissão, é responsável pelos indicadores de potência. Se compararmos dois motores semelhantes, um dos quais está equipado com um mecanismo VTEC-E, a unidade simples será 6-9% mais fraca e mais voraz.
Três modos SOHC VTEC
Este mecanismo é uma combinação dos sistemas SOHC VTEC e SOHC VTEC-E. Ao contrário de todos os sistemas descritos acima, este não tem dois modos de funcionamento, mas sim três. Na zona de baixa rpm, o sistema proporciona um funcionamento de economia de mistura pobre (como o VTEC-E). Neste caso, apenas uma das válvulas de admissão é utilizada. Na zona média RPM, a segunda válvula é engatada, mas a temporização e o elevador da válvula não são alterados. O motor, neste caso, realiza um torque elevado. No modo de altas rpm, ambas as válvulas são controladas por uma única came central, que é responsável pela remoção da potência máxima do motor. Este sistema é bastante versátil. Por exemplo, um motor de 1,5 litros com tal mecanismo de regulação exibe uma boa potência específica: 86 hp por 1 litro de deslocamento. Ao mesmo tempo, se o motor estiver a funcionar no primeiro e económico modo de 12 válvulas, o consumo ao conduzir a uma velocidade constante de 60 km/h num Honda Civic é de cerca de 3,5 litros por 100 quilómetros.
i-VTEC
O “i” no nome significa inteligente, ou seja, “inteligente”. As antigas versões VTEC são capazes de ajustar o grau de abertura das válvulas apenas em 2-3 modos. A concepção do novo trem de válvulas variável i-VTEC assume a utilização de um sistema VTC (Variable Timing Control) adicional, para além do sistema VTEC principal, ajustando continuamente o tempo de abertura da válvula de admissão. A abertura das válvulas de admissão é regulada em função da carga do motor e é regulada através da alteração do ângulo da árvore de cames de admissão em relação à árvore de cames de escape. Para motores com i-VTEC, a árvore de cames é ligada à polia de transmissão através de uma porca de pinhão especial que a pode “girar” até um ângulo de 600,
A utilização do sistema VTC, juntamente com o VTEC, permite um enchimento mais eficiente dos cilindros do motor com a mistura combustível-ar, bem como melhorar a completude da sua combustão. A utilização do i-VTEC permite atingir o mesmo nível de aceleração que um motor de 2 litros, com uma economia de combustível ainda melhor que um motor de 1,6 litros.
A família de tempo VTEC não é nada de mágico, mas tem um efeito espantoso. Os motores Honda sabem exactamente como se adaptar à carga, fornecendo uma potência espantosa com um deslocamento modesto. E, ao mesmo tempo, em motores japoneses de marcha lenta e de baixa velocidade surpreendem com a economia excepcional. É bem possível que a próxima fase no desenvolvimento dos sistemas VTEC seja um mecanismo com solenóides separados para cada válvula, o que permitirá regular a abertura das válvulas com precisão cirúrgica.