Poslechněte si příběh legendárního motoru Honda VTEC

Na začátku 80. let minulého století se Honda zabývala novou generací motorů pro běžný trh. Bylo to období, kdy se do běžné konstrukce motorů začínaly dostávat víceventilové hlavy válců (více než jeden sací a jeden výfukový ventil) a Honda hledala něco, co by dále zvýšilo výkon.

Tato snaha přinesla v březnu 1984 program New Concept Engine (NCE), který měl specifické cíle zahrnující vysoký točivý moment v nízkých i vysokých otáčkách a dramatické zvýšení výkonu na litr, píše web Piston. Program byl úspěšný a jeho výsledkem byla řada motorů, která zahrnovala motor DOHC v modelech Civic a Integra z roku 1985 a motor SOHC se středovým rozvodem v modelu City z roku 1987.

Na vývoji těchto čtyřventilových motorů se podílel Ikuo Kajitani, inženýr ve výzkumném a vývojovém středisku Honda v Tochigi. Díky svým zkušenostem s konstrukcí motorů byl Kajitani přesvědčen, že příští motor Honda by měl nabízet mechanismus, který by mohl měnit časování ventilů. „Charakteristické je,“ řekl Kajitani, „že čtyřventilové motory jsou známé jako vysokootáčkové stroje s vysokým výkonem. A z tohoto důvodu jsme věděli, že by bylo poměrně obtížné dosáhnout výkonu v nízkých otáčkách, pokud by byl zdvihový objem motoru příliš malý.“

Porozumění výzvám

V průběhu vývoje se vyskytly různé problémy, např. snížení vnitřního úhlu ventilů, o které se motor pokusil za účelem zvýšení točivého momentu v nízkých otáčkách, vedlo k prasknutí rozvodového řemene a ventilové pružiny, když jednotka dosáhla vyššího rozsahu otáček. Aby tento problém vyřešil, věnoval vývojový tým dlouhé hodiny studiu toho, jak tyto dvě kritické oblasti výkonu motoru vyvážit. Věděli, že se jim to již podařilo s pohonnými jednotkami DOHC a SOHC, ale aby mohli vyvinout novou jednotku, která by překonala své předchůdce, museli by překlenout mezeru mezi dolní a horní hranicí otáček.

Jedna skupina zkoumala myšlenku „přepínatelného časování ventilů“ a v lednu 1983, rok před zahájením programu NCE, byl vytvořen výzkumný tým, který měl tento mechanismus zkoumat jako prostředek ke zvýšení spotřeby paliva… i když koncem roku 1982 již motory Honda dosahovaly světově rekordních 17,7 km/litr.

Možnost byla identifikována díky studiu nového ventilového mechanismu. Konkrétně se věřilo, že by pomohla instalace nové sady vačkových sledovačů a vahadel pro vysokorychlostní provoz na straně sání a výfuku spolu s přepínáním vačkových kopců podle otáček motoru. To mělo být jejich řešení vyšší účinnosti motoru a jednalo se o takzvaný mechanismus „zastavování ventilů + proměnné časování ventilů“ použitý v programu NCE.

Tento mechanismus prošel programem studia a zdokonalování. Nakonec se z něj vyvinul motor Honda VTEC (Variable Valve Timing & Lift Electronic Control System), který se stal klíčovým prvkem motorů Honda až do dnešních dnů. Nová technologie, která nabízela novou úroveň výkonu, debutovala v modelu Integra v roce 1989.

Nová technologie pro budoucí motory

„Najděte novou technologii, která povede příští generaci motorů Honda.“ Tak zněl pokyn nejvyššího vedení oddělení výzkumu a vývoje společnosti Honda a v reakci na něj byl navržen projekt na rozšíření metody variabilního časování ventilů. Vzhledem k tomu, že byl původně vytvořen za účelem zlepšení spotřeby paliva, novým úkolem inženýrů mělo být zkombinovat vynikající kilometrový výkon s působivým výkonem v celém výkonovém pásmu.

Schválení proběhlo v listopadu 1986 a prvním cílem byl vývoj nového motoru pro model Integra. Kajitani, vedoucí inženýr projektu vývoje motoru, věděl, že práce na technologii VTEC nejen vyřeší mnoho problémů, s nimiž se setkal při vývoji motorů DOHC a SOHC, ale bude hrát významnou roli při tvorbě budoucích konstrukcí pohonných jednotek.

100 koní na litr objemu

Domníval se, že specifikace nového motoru Honda, což bylo 90 koní na litr (nebo 140 koní z jednotky o objemu 1,6 litru), ve skutečnosti neodráží přístup devadesátých let. Koneckonců, motor DOHC již produkoval 130 koní, ale nový motor by měl mít pouze o 10 koní více. S touto úrovní nebyl spokojen a jako by četl Kajitaniho myšlenky, Nobuhiko Kawamoto, tehdejší prezident oddělení výzkumu a vývoje společnosti Honda, předložil promyšlený návrh: Proč nezvýšíte svůj cíl na 100 koní na litr?.

Vždy se mělo za to, že normálně přeplňovaný motor nemůže mít výkon 100 koní na litr. Kawamoto byl však zkušený inženýr a jeho slova Kajitaniho inspirovala. Nový cíl by znamenal 160 k z pouhých 1,6 litru a při maximálních 8000 otáčkách za minutu. „To bude náš cíl,“ prohlásil.

„Běžné motory v té době dosahovaly výkonu pouze 70 nebo 80 koní na litr. Ale tady po nás chtěli, abychom zvýšili výkon až na 100 koní… nebylo to snadné,“ vzpomíná Kajitani. „Motor podléhá většímu zatížení, jakmile zvýšíte jeho otáčky. Museli jsme tedy mít na paměti cíl záruky kvality, který je u sériově vyráběného motoru 15 let nebo 250 000 km. Všichni jsme přemýšleli, jak proboha tohoto čísla dosáhneme a zároveň zajistíme požadovanou kvalitu sériové výroby.“

Když si Kajitani sedl se svými spolupracovníky a sdělil jim cíl, okamžitě se na něj sesypala palba otázek. Například cílová hodnota 8 000 otáček za minutu byla téměř o 20 % vyšší než maximální výkon 6 800 otáček za minutu, kterého dosahovaly tehdejší motory 1,6 litru s rozvodem DOHC. Kromě toho by se setrvačná síla působící na různé části motoru zvýšila o 40 % a motor by byl vystaven podstatně vyššímu zatížení v důsledku zvýšeného tepla v jeho interiéru. Aby se tedy snížila setrvačná hmotnost při tak vysokých otáčkách, musela by se snížit hmotnost jednotlivých dílů. Diskuse probíhaly denně po dobu 3 měsíců.

Nakonec, poté co všichni vyjádřili své názory a navrhli nápady, nastal čas sladit všechny vektory do jednoho směru. Tým identifikoval přibližně 30 nových mechanismů a technologií, které by musel zavést, aby zajistil stabilní systém VTEC. Patřil mezi ně systém ovládání ventilů s hydraulickým čepem voliče časování, malý hydraulický mechanismus kuželky zabudovaný do vahadla a techniky snižování hmotnosti pro dosažení vyšších otáček a výkonu.

Jedná se o originální technologii?

Kajitani si však nebyl jistý, které technologie by měly být použity a které by měly jít stranou. Neustále se sám sebe ptal: „Je tato technologie pravá?“. Tuto otázku si kladl i Kawamoto. Kajitaniho osobní názor byl, že technologie je „pravá“, pokud je na trhu přibližně 10 let. „I tak je technologie, která je na trhu přibližně 10 let, technologií, která je společností akceptována. V tomto smyslu by neměl být problém přijmout takovou technologii do všech modelů,“ řekl.

Potíže, které tým při diskusích s komisí snášel, pomohly uvést motor VTEC v život. V Kajitaniho mysli se však často objevovaly i obavy. „Myslel jsem si, že toho možná nebudeme schopni dosáhnout, protože cíl byl příliš vysoký,“ řekl.

Bylo například poměrně obtížné vyvážit zdvih časování ventilů se zatížením rozvodového řemene, které by se při vysokých otáčkách zvýšilo vlivem pružiny a dalších faktorů. Přestože šlo o problém, který potřeboval řešení, aby bylo dosaženo cílového výkonu, nebylo by snadné takové řešení najít.

Jedním z přístupů ke zvýšení výkonu v celém rozsahu otáček bylo zvětšení průměru sacího ventilu. Tým také přijal nastavení časování a zdvihu ventilů, které bylo srovnatelné se závodními motory Honda, aby se zvýšila objemová účinnost. Zlepšený výkon, který byl výsledkem této techniky, skutečně sloužil ke zlepšení výkonu ve vysokých otáčkách. Kromě toho byla přijata opatření ke snížení odporu sání. Nakonec bylo dosaženo cíle, plného výkonu 160 koní při 7600 ot/min a omezovači v 8000 ot/min.

Točivého momentu v nízkých otáčkách, což byl původní cíl projektu, bylo dosaženo změnou nastavení vačky pro nízké otáčky. To umožnilo dřívější zavírání sacího ventilu, čímž se výrazně zlepšila objemová účinnost motoru. Protože motor měl nyní vyšší účinnost při nízkých provozních otáčkách, bylo možné dosáhnout širšího pásma točivého momentu.

K úspěšné aplikaci těchto technologií jistě přispělo i zavedení nových materiálů. Například vzhledem k tomu, že tři vačkové hřídele motoru VTEC musí být umístěny v jednom otvoru, nabízí vačkový hřídel poměrně omezenou šířku vačky. Proto musí být hřídel navržen tak, aby odolal vysokým povrchovým tlakům. Aby toho tým dosáhl, vyvinul nový vačkový hřídel z lité oceli.

Zajištění spolehlivosti

Program motoru VTEC poté přešel do kritické fáze. Aby bylo možné zajistit absolutní spolehlivost při sériové výrobě a uvést motor na trh s jistotou, musel tým zaručit funkci všech mechanismů a dílů. Kromě značné odpovědnosti za spolehlivost výrobku měl tým zvláštní očekávání týkající se motoru VTEC. „Všichni jsme sdíleli odhodlání použít tyto technologie v každém modelu Honda,“ řekl Kajitani. Podle názoru týmu by se technologie VTEC neměla omezovat pouze na model Integra, ale měla by být dále zdokonalována pro použití v budoucích modelech Honda.

Nový model Honda Integra s motorem DOHC VTEC byl uveden na trh v dubnu 1989. Technologie VTEC vzbudila značný ohlas jako první ventilový mechanismus na světě, který dokázal současně měnit časování a zdvih ventilů na straně sání i výfuku. Kromě působivého výkonu a vysokootáčkové energie nabízela pohonná jednotka VTEC vynikající výkon v nízkých otáčkách – včetně plynulého volnoběhu a snadného startování – spolu s lepší spotřebou paliva.

Vývoj motoru VTEC

Motor DOHC VTEC byl následně upraven pro použití v modelech NSX a Accord a Civic. Po motoru SOHC VTEC a následně VTEC-E v roce 1991 se tato technologie vyvinula do třístupňového motoru VTEC představeného v roce 1995, který prokázal ještě vyšší stupeň účinnosti regulace výkonu. V roce 2001 byl do rodiny motorů řady K začleněn první válec i-VTEC s automatickým samočinným nastavením vačkového ústrojí, které plynule optimalizovalo překrytí ventilů pro všechna pásma otáček. Řada nejnovějších modelů Honda je vybavena motorem VTEC TURBO o objemu 1,5 litru, což je pohonná jednotka, která si zachovává výhody malého motoru, pokud jde o spotřebu paliva, a přesto dosahuje točivého momentu vyššího než motor o objemu 2,4 litru.

Zdroj: piston.my