Cómo VTEC cambió el mundo

Honda no fue el primero ni el último en implementar sincronización variable de válvulas y elevación, pero nadie lo hizo con tanto estilo.

Honda no inventó la sincronización variable de válvulas ni la elevación variable de válvulas. De hecho, Cadillac tenía un sistema de sincronización variable de válvulas operado por el conductor en producción en 1903, tres años antes de que naciera Soichiro Honda. Alfa Romeo y Nissan también tenían sincronización variable de válvulas en los años ochenta, pero fue el Integra de 1989 y su cuatro cilindros VTEC de 1.6 litros el que creó una leyenda.

Gran parte de la ingeniería automotriz trata de minimizar los compromisos y hacerlo minimizando al mismo tiempo los costos. Con un tren de válvulas convencional, la elevación de la válvula (cuánto se abre la válvula), la sincronización de la válvula (cuándo se abre la válvula) y la duración (cuánto tiempo se abre) están definidas por el perfil del árbol de levas, la forma de los lóbulos de levas individuales en el eje. Antes de la sincronización variable de válvulas y la elevación, los ingenieros automotrices tenían que seleccionar un perfil de leva que proporcionara un equilibrio deseable entre rendimiento y eficiencia en una amplia banda de potencia. Los motores quieren cosas diferentes según la carga y la velocidad de funcionamiento. Un perfil de árbol de levas que le brinda una buena economía de combustible cuando conduce por la ciudad no es óptimo cuando acelera a fondo a altas revoluciones. Al cambiar la sincronización, la duración y la elevación de las válvulas, puede optimizarlas para todo tipo de condiciones de funcionamiento diferentes. El truco consiste en hacerlo de forma fiable y económica.

Las ventajas de un sistema de este tipo eran obvias incluso para los primeros ingenieros de automóviles. En el congreso internacional SAE de 1989, un par de profesores de Stanford presentaron un artículo que señalaba que desde 1880 se habían concedido al menos 800 patentes sobre sincronización variable de válvulas. Al examinar estas patentes, los investigadores crearon 15 clasificaciones para diferentes sistemas de sincronización variable de válvulas, pero "El VVT tiene mucho potencial, pero todavía se ha aprovechado muy poco de este potencial. Serias dificultades han limitado la aplicación de la sincronización variable de válvulas hasta la fecha. Prácticamente todos los mecanismos VVT propuestos hasta hace poco adolecen de un alto costo y complejidad, una variabilidad limitada y altas velocidades de impacto."

El siguiente artículo SAE fue escrito por tres ingenieros de Honda, detallando un prototipo de sistema VTEC apto para un motor DOHC de 1.2 litros. Es el sistema VTEC clásico tal como lo conocemos hoy, con dos levas de baja velocidad a cada lado de una leva de alta velocidad. Los dos perfiles de levas de baja velocidad funcionan normalmente a velocidades más bajas del motor, actuando sobre balancines que presionan los vástagos de las válvulas. El tercer perfil de leva es esencialmente de rueda libre en este punto, actuando sobre un balancín separado no unido a los dos que actúan sobre la válvula. A una determinada velocidad del motor, la ECU activa un solenoide que abre un conducto de aceite que fuerza a un pistón a bloquear los tres balancines juntos. Ahora, el perfil de leva más grande está en funcionamiento, lo que aumenta la elevación y la duración de la válvula.

Es posible que este artículo haya descrito un sistema prototipo, pero solo dos meses después, VTEC hizo su debut en la segunda generación del Integra. (Estados Unidos tendría que esperar dos años para el lanzamiento del NSX para obtener su primer motor VTEC). El motor era una maravilla. Inicialmente, el objetivo del nuevo Integra era 140 caballos de fuerza con un motor de 1.6 litros, pero eso era sólo 10 mejor que su predecesor. Según un historial de Honda, Ikuo Kajitani, el ingeniero a cargo de los motores de cuatro válvulas de Honda, no pensó que esto fuera suficiente para un automóvil que entraba en una nueva década. El jefe de Investigación y Desarrollo de Honda, Nobuhiko Kawamoto, sugirió que Kajitani apuntara a algo que parecía ilusorio entre los motores de aspiración natural: 100 caballos de fuerza por litro. A falta de un aumento en la cilindrada (indeseable para el mercado japonés), ese tipo de potencia significaba más revoluciones. Ocho mil para ser exactos, muy dentro del territorio de las carreras y muy por encima de cualquier otro cuatro cilindros del mercado masivo de la época. Alcanzar ese número y al mismo tiempo lograr una buena economía de combustible y capacidad de conducción en ciudad requeriría más flexibilidad por parte del tren de válvulas. VTEC era la solución obvia, si no la más sencilla.

El trabajo en el motor, el B16A, comenzó en 1986, por lo que no hubo mucho tiempo para ponerlo en producción. Su naturaleza de altas revoluciones también significó que la selección de materiales fuera un gran desafío, ya que las piezas debían ser livianas y resistentes, y por lo tanto costosas. El cronograma abreviado también significó que los ingenieros debían ser militantes sobre qué componentes eran necesarios y cuáles no para que el sistema VTEC funcionara y funcionara de manera confiable. Cuando todo estuvo dicho y hecho, el Integra XSi de 1989 ofrecía 160 caballos de fuerza métricos (152 de nuestros caballos de fuerza imperiales) a 7600 rpm.

En la edición de agosto de 1989 de R&T, el editor japonés Jack Yamaguchi señaló que el motor era caro y agregaba alrededor del 15 por ciento del costo en comparación con el SOHC Integra de 1.6 litros. El cigüeñal forjado y pulido aparentemente tenía más que un parecido pasajero con las bielas F1 de la compañía. Esta fue la Era de la Burbuja de precios y activos de Japón, cuando el dinero parecía no tener fin y los fabricantes de automóviles flexionaron sus músculos de ingeniería para crear algunos de los mejores automóviles de la era moderna. Un cuatro levas dobles de 8000 rpm en un hatchback deportivo del mercado masivo parece una locura ahora, pero basta con mirar los otros autos japoneses de la época. Fue entonces cuando Toyota persiguió a Mercedes, cuando Nissan destrozó un Porsche 959 para desarrollar un súper cupé con tracción total, cuando Mazda decidió revivir el roadster por sí solo. Se permitió que proliferara la tecnología al límite, así que ¿por qué no poner un motor con más potencia por litro que el ultraespecializado E30 M3 en lo que era esencialmente un Civic elegante?

Yamaguchi declaró que el B16A era "la unidad de potencia más dulce que la casa Honda haya puesto sobre cuatro ruedas" y rápidamente pidió un Integra XSi. El presidente de Honda, Tadashi Kume, quedó tan impresionado con el VTEC que ordenó que se rediseñara el V-6 en desarrollo para el NSX para adaptarlo al sistema. Fue un esfuerzo costoso que llegó tarde en la producción del automóvil, pero que le dio al superdeportivo de Honda una potencia equivalente al Ferrari 328 con dos cilindros menos.

"Muchos de los chicos de motores vinieron de nuestro programa de F1", recuerda Kurt Antonious, líder de relaciones públicas de Honda desde hace mucho tiempo, sobre los primeros días de VTEC. "Aprendieron mucho en las carreras de F1 en cuanto a obtener el mayor rendimiento, ya sabes, con la menor cantidad de peso en el motor". La cultura de Honda también favoreció el fomento de dicha tecnología. Entonces, como ahora, es una empresa hecha a imagen de Soichiro Honda, y el Sr. Honda era ante todo ingeniero. Antonious señala que a finales de los ochenta y principios de los noventa, la I+D recibió enormes inversiones, creando lo que él considera una "era mágica" para la empresa.

Si alguna vez ha conducido un motor VTEC clásico, un Serie B derivado de ese motor Integra original, un Serie K atmosférico posterior, el V-6 del NSX o el F20C del S2000, no olvidará la experiencia. . El cambio en los perfiles de las cámaras es muy obvio. Tome el video de arriba de un Civic 1993 intercambiado por K20 de AutoTopNL en YouTube como ejemplo. Alrededor de las 5500 rpm se puede ver y escuchar el cambio, el sonido se vuelve más zumbido y el automóvil de repente tira con más fuerza hasta su línea roja de 9000 rpm. Otros coches VTEC no hacen el cambio tan obvio, pero aún así se nota. En un S2000, realmente no se escucha el cambio, pero se siente la diferencia, especialmente más allá de la marca de 7000 rpm. El video viral "VTEC acaba de patear a YO" exagera la diferencia, con el conductor acelerando a fondo solo alrededor del punto donde los perfiles cambian. Aún así, es un sonido grabado en la cabeza de muchos entusiastas de los automóviles.

Lo interesante es que no muchos sistemas de elevación y sincronización variable de válvulas se comportan así. Honda podría haber sido el primero en impulsar este tipo de cosas en la conciencia pública con un sistema tan excelente, aunque es difícil decir que fue por sí solo la chispa que inició la revolución. Recuerde que tanto Alfa Romeo como Nissan tenían sistemas de sincronización variable en producción antes de que Honda lanzara el Integra XSi de 1989. Ese documento SAE de los profesores de Stanford señala que de las más de 800 patentes examinadas, más de 110 fueron concedidas entre 1985 y 1987, por lo que está claro que la sincronización variable de válvulas y la elevación estaban en la mente de mucho más que solo algunos ingenieros de Honda.

Dos años después del Integra XSi, Porsche presentó una versión revisada del 944, el 968, que incluía el primer sistema de sincronización de válvulas continuamente variable. Como explica Total 911, VarioCam, como se la llama, utiliza un tensor para variar la cantidad de holgura en la cadena entre las levas de admisión y de escape, cambiando la sincronización de la válvula de admisión. Dado que la mayoría de los automóviles se desarrollan en un plazo de cuatro años, Porsche seguramente estaba trabajando en VarioCam antes de que VTEC llegara al público. El sistema de sincronización variable de válvulas VANOS de BMW, que utiliza un engranaje helicoidal en el árbol de levas para cambiar la sincronización, también llegó en 1992 con el muy querido M50 de seis cilindros en línea de la compañía.

VTEC tampoco es necesariamente la forma más sencilla de aumentar el rendimiento y la eficiencia de un motor. Al menos en lo que respecta a la sincronización, VTEC utiliza muchas piezas para lograr lo que otros, como BMW y Porsche, lograron con mecanismos más simples. En los tiempos modernos, la mayoría de los motores con sincronización variable de válvulas utilizan algún tipo de faser del árbol de levas controlado por la presión del aceite (como es el caso de VANOS) o motores eléctricos para ajustar la sincronización en relación con la posición del cigüeñal.

La turboalimentación también ha cambiado la ecuación. Con un control mucho mayor sobre el aire que entra al motor, no hay tanta necesidad de tener engranajes de válvulas complicados en el lado de admisión. Los motores VTEC Turbo de Honda, como el 2.0 litros del Civic Type R, utilizan un sistema VTEC en el árbol de levas de escape para lidiar con todo el aire extra que ingresa el turbo a velocidades más altas del motor.

Para ver un gran ejemplo de un motor moderno con sincronización y elevación de válvulas variables, deberíamos buscar uno de los más omnipresentes, el cuatro cilindros turboalimentado EA888 del Grupo Volkswagen. El video de arriba de YouTubers EngineeringExplicated y Humble Mechanic mira la cabeza de un Audi A4 2.0 2009, aunque lo que hay aquí es ampliamente aplicable a aplicaciones del "triple ocho", incluidos el VW GTI Mk7 y Mk8. En el lado de escape, el árbol de levas se puede mover a una de dos posiciones, una con perfiles de elevación baja y otra con perfiles de elevación alta. En el lado de admisión, el sincronizador de levas accionado por presión de aceite común ajusta la sincronización de las válvulas.

Lo que realmente diferencia al VTEC clásico de todo esto es la experiencia de conducción. Este fue un ejemplo de una tecnología que hizo un cambio muy evidente en la sensación de un automóvil. Su automóvil moderno probablemente tenga algún tipo de sistema de sincronización/duración/elevación variable, pero probablemente no lo note en funcionamiento: simplemente obtiene buen rendimiento y economía en una amplia banda de potencia. En un Integra Type R 2001 a 5500 rpm y con el acelerador a fondo, se percibía el sonido y la furia. Después del Integra XSi original, muchos fabricantes de automóviles introdujeron la sincronización y elevación de válvulas variables. Pocos lo hicieron con tanto garbo.

Chris Perkins, entusiasta de los automóviles desde la infancia, es un nerd de la ingeniería de Road & Track y apologista de Porsche. Se unió al personal en 2016 y desde entonces nadie ha encontrado una manera de despedirlo. Estaciona un Porsche Boxster en la calle en Brooklyn, Nueva York, para horror de todos los que ven el auto, incluido el propio autor. También insiste en que no es una persona convertible, a pesar de tener tres.

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