Inleiding

Medio 1990 introduceerde Honda de nieuwe VTEC automotoren en wel in de modellen Honda Civic Coupe CRX 1.6I 16v VTEC en de Honda Civic 3 deurs 1.6I 16v VTEC. De afkorting VTEC staat voor:

Variable Valve Timing and Lift Electronic Controlled System


Het toegepaste motortype is de B16A1. Dit is de eerste automotor voor serieproductie ter wereld waarin, zowel van de inlaat als uitlaatkleppen de lichthoogte tijdens het rijden wordt gewijzigd, gecombineerd met een veranderende klepopeningshoek. Met de introduktie van dit VTEC systeem is de droom, een motor die is voorzien van een nokkenastiming voor soepel en zuinig rijgedrag bij een laag motortoerental gecombineerd met zeer lage uitlaatgasemissiewaarden samen met een snelle en steile nokkenas, voor maximum vermogen bij hoog toerental, werkelijkheid geworden.

De 1.6i VTEC motor levert een zeer hoog vermogen: 150 pk / 110 kW bij 7.600 tpm (Dit is bijna 100 pk per liter, zonder turbo!)

Tijdens het rijden met de VTEC motor valt het zeer soepele rijgedrag op: Maximum koppel 144 Nm bij 7.100 tpm, waarbij 95% van het koppel reeds bij 3.000 tpm wordt geleverd.


PlaatjePlaatjePlaatje


Technische gegevens B16A1 motor

Technische aanpassingen VTEC motor ten opzichte van "standaard" 1.6 motor

De eigenschappen van het VTEC systeem

We willen in een motorontwerp graag uiteenlopende eigenschappen combineren zoals :


Waarom het VTEC systeem ontwikkeld is

Op zoek naar een combinatie van deze eigenschappen in een motor, is Honda gekomen tot het ontwerpen van de VTEC motor. In deze constructie is veel van de ervaring verwerkt die door Honda is opgedaan op de Formule1 circuits. De belangrijkste rol bij het bereiken van van een hoog motorvermogen samen met een grote souplesse van de motor speelt het kleppenmechanisme. We zullen dit nader bekijken.

Wil men een hoog motorkoppel bereiken bij een relatief laag toerental en daardoor een soepel trekkende motor, dan moet het kleppenmechanisme worden geconstrueerd met:
Een nadeel hiervan is dat er bij een hoog motortoerental slechts geringe cilindervulling plaats vindt door remming van de gasstroming in de motor.
Het gevolg hiervan is weer een laag vermogen bij hoog toerental. Wanneer men een motor ontwerpt met een hoog vermogen bij een hoog toerental, dan heeft het kleppenmechanisme :
Het nadeel hiervan is dat er bij stationair draaien en laag motortoerental verstoring van de gasstroming in de motor optreed, waardoor de motor nukkig en onrustig wordt. Ideaal zou zijn de nokkenastiming en de kleplichthoogte onder het rijden te kunnen verstellen en aan te passen aan de te leveren motorprestaties. Honda is de eerste automobielfabrikant die een dergelijk systeem in serieproductie levert. VTEC combineert zeer grote motorsouplesse met hoog motorvermogen.

Plaatje


Werking van het klepmechanisme

De VTEC motor is voorzien van twee bovenliggende nokkenassen, aangedreven door een speciale distributieriem.Per cilinder zijn er twee inlaat- en twee uitlaatkleppen, die echter zowel aan inlaat- als uitlaatzijde door drie tuimelaars wordt bediend. De buitenste twee tuimelaars volgen elk een lage nokvorm en de middelste een hoge nokvorm. De kleppen worden door de twee buitenste tuimelaars rechtstreeks ingedrukt. Men noemt deze de primaire en de secundaire tuimelaars.De primaire en secundaire nokken geven een verschillende kleptiming en verschillende lichthoogte. De middelste hoge nok werkt als het VTEC systeem is ingeschakeld en bedient beide kleppen tegelijk met eenzelfde openingshoek en grote kleplichthoogte.

Plaatje


Vergelijking van de kleptiming en lichthoogte (gemeten met 1 mm lift):

Primaire inlaatnok

Secundaire inlaatnok

Middelste nok VTEC (beide kleppen tegelijk)

Primaire uitlaatnok

Secundaire uitlaatnok

Middelste nok VTEC (Beide kleppen tegelijk)

Het overschakelen van de lage naar de hoge nokken gebeurt met een electrisch signaal van de PGM-FI ECU naar de electrische doorstroomklep waarna het systeem hydraulisch in werking wordt gesteld.

De cilinderkop

De aluminium cilinderkop heeft dakvormige verbrandingskamers met centraal geplaatste bougies. Er zijn twee inlaatkleppen met een schoteldiameter van 33,0 mm en twee uitlaatkleppen met een schoteldiameter van 28,0 mm.

De uitlaatkleppen zijn vervaardigd van speciaal nieuw materiaal met een groot warmtebereik, een combinatie van titanium en molybdeen. Dit levert voor de uitlaatkleppen een gewichtsbesparing van 20% op. Door dunne klepstelen met een diameter van 5,5 mm toe te passen kon ook gewicht worden bespaard. Aan de inlaatzijde kon ook gewicht worden bespaard. Aan de inlaatzijde worden dubbele klepveren toegepast ten opzichte van de uitlaatzijde met enkele klepveren. Tussen de inlaat- en uitlaatkleppen is een veerbelaste plunjer gemonteerd, die ervoor zorgt dat de middelste tuimelaar de hoge nok blijft volgen wanneer deze niet gebruikt wordt. Is het VTEC systeem ingeschakeld, dan werkt de middelste tuimelaar en zorgt de veerbelaste plunjer voor ondersteuning van de klepveren om zweven van kleppen bij hoog motortoerental tegen te gaan. Er is een speciale asbestvrije koppaking toegepast, opgebouwd uit enkele lagen staalplaat.

Plaatje

De nokkenassen

De beide nokkenassen zijn vervaardigd van gietstaal en hebben een speciaal hardingsproces ondergaan. Elke nokkenas is vijf maal gelagerd. Boven elke nokkenas is een brug aangebracht met oliekanalen, die zorgen voor een oliedouche op de nokken. Nieuw ontworpen, lichte uit sintermetaal vervaardigde, distributietandwielen zijn op de voorzijde van de nokkenassen aangebracht. De distributieriem is vervaardigd volgens een nieuw produktieproces om de extra belasting bij hoog toerental te kunnen weerstaan. De vervangingstermijn bedraagt normaal gesproken 100.000 kilomter voor de distributieriem maar testen hebben uitgewezen dat 250.000 kilometer haalbaar is.

De werking van het VTEC inschakelmechanisme

A. HET SYSTEEM IS OP LAGE NOKKEN GESCHAKELD.

In deze situatie volgen de twee buitenste tuimelaars de buitenste lage nokken. De middelste tuimelaar volgt nu onder veerdruk van de plunjer de middelste hoge nok, maar loopt vrij, dus zonder de kleppen te bedienen. Doordat de primaire en secundaire tuimelaars verschillende nokvormen volgen met varierende hoogt en timing, ontstaat er in de verbrandingskamer een sterke werveling, wat voor een volledige verbranding zorgt.

Plaatje


B. HET SYSTEEM IS OP DE MIDDELSTE HOGE NOK GESCHAKELD.

Wanneer de bedieningsklep van het VTEC systeem wordt bediend door middel van een electrisch signaal van de PGM-FI ECU, gaat er oliedruk werken op de kleine zuiger in de primaire tuimelaar. Wanneer de in- en uitlaatkleppen zijn gesloten kan de zuiger naar buiten komen en duwt de stift van de middelste tuimelaar in de secundaire tuimelaar. Op deze wijze worden de drie tuimelaars aan elkaar gekoppeld en gaan deze samen de middelste hoge nok volgen. De extra oliestroom door het VTEC systeem zorgt ook voor extra smering van de hoge nokken om slijtage te voorkomen.

Bij het uitschakelen van het VTEC systeem valt de oliedruk weg van de kleine zuiger. Hierdoor kan de drukveer in de secundaire tuimelaar de stift en de zuiger terugdrukken, zodra de kleppen op hun zitting aanliggen worden de drie tuimelaars ontkoppeld, waardoor de buitenste nokken weer werken.

Plaatje


Het electrisch/hydraulisch bedieningssysteem

Bij de uitlaatnokkenas is een electrisch / hydraulische klep gemonteerd, die wordt bediend vanuit de PGM-FI ECU. Deze kan zich in twee situaties bevinden : niet bekrachtigd en WEL bekrachtigd. In de laatste situatie komt het vtec systeem in actie.

Situatie: NIET bekrachtigd door ECU

De klep is nu gesloten en laat geen oliedruk door naar de tuimelaars. Via een kleine boring met 1,25 mm diameter kan er wel konstant een kleine hoeveelheid olie naar de tuimelaars stromen om de nokenassen te smeren, echter zonder dat er druk wordt opgebouwd in het systeem, waardoor het eventueel zou inschakelen (let op voor te dikke olie, advies is 10W40, het liefst nog 5W40)

Plaatje


Situatie: WEL bekrachtigd door ECU

De klep wordt nu door de PGM-FI ECU electrisch bediend, waardoor er oliedruk wordt doorgelaten naar de doorstroomklep. De oliedruk van de oliepomp werkt nu rechtstreeks op de tuimelaarsassen en vandaar op de kleine zuigers in de primaire tuimelaars van het VTEC systeem. De kleine zuigers koppelen nu de drie tuimelaars aan elkaar, die nu samen de hoge nokken gaan volgen. De oliestroom door de tuimelaarassen passeert nu verderop twee doseurs, die zorgen voor de oliedruk in het VTEC systeem. Hierna spuit de olie uit openingen boven de middelste tuimelaars voor extra smering van de hoge nokken en tuimelaars.

Plaatje


De electrische schakeling van het VTEC systeem

Bij het inschakelen van het VTEC systeem zijn de hieronder genoemde delen betrokken:
Zoals in het voorgaande besproken wordt het VTEC ingeschakeld door een signaal vanuit de PGM-FI ECU. Deze doet dat alleen onder de volgende 5 voorwaarden :Wanneer de PGM-FI ECU een spanningssignaal stuurt laat de electrische klep een kleine hoeveelheid olie door naar de doorstroomklep welke de oliedruk in feite versterkt en doorlaat naar de tuimelaarassen. Wanneer er voldoende oliedruk is opgebouwd in het VTEC systeem geeft de drukschakelaar dit door aan de PGM-FI ECU.

Plaatje


Het smeersysteem

Door de inbouw van het hydraulisch werkende VTEC systeem is de opbouw van het smeersysteem van de B16 motor gecompliceerder geworden en tevens gevoeliger voor de kwaliteit en de dikte van de motorolie. Te dikke motorolie werkt te traag bij het in- en uitschakelen van het systeem (max. dikte 10W40).

De loop van de motorolie in het smeersysteem is als volgt:

Plaatje

Olievoorziening van de electrisch bediende klep van het VTEC systeem

Het VTEC systeem uitgeschakeld

Via een klein omloopkanaaltje met een boring van 1,2 mm wordt de smering van de tuimelaarassen verzorgd, waarbij vrijwel geen druk wordt opgebouwd doordat er twee doseurs zijn aangebracht aan het eind van de kanalen. De maximum oliedruk zal nu 0,2 kg/cm² bedragen, niet voldoende om het VTEC systeem in werking te stellen.

Het VTEC systeem ingeschakeld

De electrische klep wordt nu bediend door de ECU en laat oliedruk door naar de doorstroomklep. Deze laat op zijn beurt de motoroliedruk door naar de tuimelaarassen. Door de werking van de beide doseurs aan het einde van de tuimelaarassen wordt er oliedruk opgebouwd in deze assen, druk 2,5 tot 4,0 kg/cm². Deze oliedruk duwt de kleine zuigers naar buiten en schakelt het VTEC in. De oliestroom die de beide doseurs passeert, wordt nu weer gebruikt om de ingeschakelde hoge nokken van extra smering te voorzien omdat deze zwaar belast zijn door toerental en nokvorm. De oliedruk bedient tevens de VTECdrukschakelaar.

Het VTEC motorblok

Het VTEC motorblok is vervaardigd van lichtmetaal en heeft een zeer stevige struktuur. De bouw van het motorblok is op vele punten afwijkend van de "normale" 16.i 16v motor :

De zuigers

Door Honda zijn speciale zuigers ontwikkeld met een hoge stijfheid bij een licht gewicht om de hoge zuigersnelheid te kunnen weerstaan. Er zijn extra smalle zuigerveren toegepast om zowel de wrijving in de cilinders te verminderen als de heen en weer gaande massa (breedte van de compressieveren = 1,0 mm) te verminderen.

De krukas
Om motortrillingen aan de bron te dempen is de krukas voorzien van 8 balansgewichten en is deze nauwkeurig gebalanceerd. Om de wrijving op de hoofd- en drijfstanglagerkappen zo klein mogelijk te maken en zo een geringe warmteontwikkeling in de lagers te bereiken, zijn de lageroppervlakken spiegelglad gepolijst. Ten overvloede is de krukaspoelie voorzien van een trillingsdemper.

Met dank aan: Cubik-vtec