Wie VTEC die Welt veränderte

Honda war weder der Erste noch der Letzte, der variable Ventilsteuerung und Ventilhub einführte, aber niemand hat es mit diesem Stil geschafft.

Honda hat weder die variable Ventilsteuerung noch den variablen Ventilhub erfunden. Tatsächlich hatte Cadillac 1903, drei Jahre vor der Geburt von Soichiro Honda, ein vom Fahrer betätigtes System zur variablen Ventilsteuerung in Produktion. Auch Alfa Romeo und Nissan verfügten in den Achtzigern über eine variable Ventilsteuerung, doch erst der Integra von 1989 und sein 1,6-Liter-VTEC-Vierzylinder schufen eine Legende.

Bei der Automobiltechnik geht es vor allem darum, Kompromisse zu minimieren und dabei gleichzeitig die Kosten zu minimieren. Bei einem herkömmlichen Ventiltrieb werden der Ventilhub (wie weit das Ventil öffnet), die Ventilsteuerung (wann das Ventil öffnet) und die Dauer (wie lange es öffnet) durch das Nockenwellenprofil, die Form der einzelnen Nockenerhebungen auf der Welle, definiert. Vor der variablen Ventilsteuerung und dem variablen Ventilhub mussten die Automobilingenieure ein Nockenprofil auswählen, das über einen breiten Leistungsbereich einen wünschenswerten Kompromiss zwischen Leistung und Effizienz bot. Motoren benötigen je nach Last und Betriebsgeschwindigkeit unterschiedliche Anforderungen. Ein Nockenwellenprofil, das beim Fahren in der Stadt für einen guten Kraftstoffverbrauch sorgt, ist nicht optimal, wenn Sie bei hohen Drehzahlen mit Vollgas fahren. Durch Ändern der Ventilsteuerzeiten, -dauer und -hubs können Sie eine Optimierung für alle möglichen Betriebsbedingungen erzielen. Der Trick besteht darin, dies zuverlässig und kostengünstig zu tun.

Die Vorteile eines solchen Systems waren schon für die ersten Automobilingenieure offensichtlich. Auf dem internationalen SAE-Kongress 1989 präsentierten zwei Stanford-Professoren einen Artikel, in dem sie feststellten, dass seit 1880 mindestens 800 Patente rund um die variable Ventilsteuerung erteilt worden seien. Durch die Untersuchung dieser Patente erstellten die Forscher 15 Klassifizierungen für verschiedene variable Ventilsteuerungssysteme, aber kam zu dem Schluss: „VVT verfügt über großes Potenzial, von diesem Potenzial wurde jedoch bisher nur sehr wenig ausgeschöpft. Ernsthafte Schwierigkeiten haben die Anwendung der variablen Ventilsteuerung bisher eingeschränkt. Praktisch alle bis vor Kurzem vorgeschlagenen VVT-Mechanismen leiden unter hohen Kosten und Komplexität, begrenzter Variabilität usw hohe Aufprallgeschwindigkeiten.“

Das nächste SAE-Papier wurde von drei Honda-Ingenieuren verfasst und beschreibt einen Prototyp eines VTEC-Systems, das für einen 1,2-Liter-DOHC-Motor geeignet ist. Es handelt sich um das klassische VTEC-System, wie wir es heute kennen, mit zwei Nocken für niedrige Geschwindigkeit auf beiden Seiten einer Nocke für hohe Geschwindigkeit. Die beiden Nockenprofile für niedrige Drehzahlen arbeiten wie gewohnt bei niedrigeren Motordrehzahlen und wirken auf Kipphebel, die auf die Ventilschäfte drücken. Das dritte Nockenprofil ist zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen freilaufend und wirkt auf einen separaten Kipphebel, der nicht mit den beiden auf das Ventil wirkenden Kipphebeln verbunden ist. Bei einer bestimmten Motordrehzahl löst das Steuergerät einen Magneten aus, der einen Ölkanal öffnet, der einen Kolben dazu zwingt, die drei Kipphebel miteinander zu verriegeln. Jetzt ist das größere Nockenprofil am Werk und erhöht den Ventilhub und die Ventildauer.

In diesem Artikel wurde möglicherweise ein Prototypsystem beschrieben, aber nur zwei Monate später feierte VTEC sein Debüt im Integra der zweiten Generation. (Die USA mussten zwei Jahre auf die Einführung des NSX warten, um ihren ersten VTEC-Motor zu bekommen.) Der Motor war ein Wunder. Ursprünglich lag das Ziel für den neuen Integra bei 140 PS aus einem 1,6-Liter-Motor, aber das waren nur 10 PS mehr als beim Vorgänger. Laut einer Geschichte von Honda glaubte Ikuo Kajitani, der für Hondas Vierventilmotoren verantwortliche Ingenieur, nicht, dass dies für ein Auto am Beginn eines neuen Jahrzehnts ausreichte. Honda-Forschungs- und Entwicklungschef Nobuhiko Kawamoto schlug vor, dass Kajitani etwas anstreben sollte, das unter den Saugmotoren illusorisch schien – 100 PS pro Liter. Ohne eine Erhöhung des Hubraums – was für den japanischen Markt unerwünscht war – bedeutete diese Art von Leistung mehr Drehzahl. Achttausender, um genau zu sein, weit im Rennbereich und weitaus höher als jeder andere Massenmarkt-Vierzylinder dieser Zeit. Um diese Zahl zu erreichen und gleichzeitig einen guten Kraftstoffverbrauch und ein gutes Fahrverhalten in der Stadt zu erreichen, wäre eine größere Flexibilität des Ventiltriebs erforderlich. VTEC war die offensichtliche Lösung, wenn nicht sogar die einfache.

Die Arbeiten am Motor, dem B16A, begannen 1986, daher blieb nicht viel Zeit, um ihn in Produktion zu bringen. Aufgrund der hohen Drehzahl stellte die Materialauswahl eine große Herausforderung dar, da die Teile sowohl leicht als auch stabil und daher teuer sein mussten. Der verkürzte Zeitrahmen bedeutete auch, dass die Ingenieure darüber nachdenken mussten, welche Komponenten notwendig waren und welche nicht, damit das VTEC-System funktioniert und zuverlässig funktioniert. Letztendlich bot der Integra XSi von 1989 160 PS (152 unserer britischen PS) bei 7600 U/min.

In der R&T-Ausgabe vom August 1989 bemerkte der japanische Redakteur Jack Yamaguchi, dass der Motor teuer sei und im Vergleich zum 1,6-Liter-SOHC-Integra etwa 15 Prozent teurer sei. Die geschmiedete und polierte Kurbelwelle hatte offenbar mehr als eine flüchtige Ähnlichkeit mit den F1-Kurbeln des Unternehmens. Dies war Japans Ära der Preis- und Vermögensblase, als das Geld endlos zu sein schien und die Automobilhersteller ihre technischen Fähigkeiten unter Beweis stellten, um einige der großartigsten Autos der Neuzeit zu bauen. Ein 8000-U/min-Twin-Cam-Vierzylindermotor in einem sportlichen Massenmarkt-Fließheck wirkt jetzt verrückt, aber schauen Sie sich nur die anderen japanischen Autos dieser Ära an. Zu diesem Zeitpunkt ging Toyota hinter Mercedes her, als Nissan einen Porsche 959 zerlegte, um ein Supercoupé mit Allradantrieb zu entwickeln, und als Mazda beschloss, den Roadster im Alleingang wiederzubeleben. Es wurde zugelassen, dass sich die Technologie am Limit ausbreitete. Warum also nicht einen Motor mit mehr Leistung pro Liter als den hochspezialisierten E30 M3 in einen im Grunde genommen schicken Civic einbauen?

Yamaguchi bezeichnete den B16A als „süßeste Antriebseinheit, die das Haus Honda je auf vier Räder gebracht hat“ und bestellte prompt einen Integra XSi. Honda-Präsident Tadashi Kume war von VTEC so beeindruckt, dass er anordnete, den in der Entwicklung befindlichen V6-Motor für den NSX umzugestalten, um ihn an das System anzupassen. Es war ein teures Unterfangen, das spät in der Produktion des Wagens erfolgte, aber dafür sorgte, dass Hondas Supersportwagen mit zwei Zylindern weniger Leistung hatte als der Ferrari 328.

„Viele Motorenleute kamen aus unserem F1-Programm“, erinnert sich Kurt Antonious, Hondas langjähriger PR-Leiter, an die frühen VTEC-Tage. „Sie haben im F1-Rennsport so viel gelernt, wie man die meiste Leistung mit dem geringsten Gewicht im Motor erzielen kann.“ Auch die Kultur von Honda trug zur Förderung einer solchen Technologie bei. Damals wie heute ist es ein Unternehmen, das nach dem Vorbild von Soichiro Honda gegründet wurde, und Herr Honda war in erster Linie Ingenieur. Antonious weist darauf hin, dass in den späten Achtzigern und frühen Neunzigern enorme Investitionen in die Forschung und Entwicklung getätigt wurden, was seiner Meinung nach eine „magische Ära“ für das Unternehmen einläutete.

Wenn Sie schon einmal einen klassischen VTEC-Motor, einen von der ursprünglichen Integra-Mühle abgeleiteten B-Serie-Motor, einen späteren K-Serie-Saugmotor, den V-6 des NSX oder den F20C des S2000 gefahren sind, werden Sie dieses Erlebnis nicht vergessen . Der Wechsel der Nockenprofile ist sehr offensichtlich. Nehmen Sie als Beispiel das obige Video eines K20-getauschten Civic von 1993 von AutoTopNL auf YouTube. Ungefähr bei 5.500 U/min kann man die Umschaltung sehen und hören, wobei das Geräusch lauter wird und das Auto plötzlich stärker zieht, bis es den Grenzwert von 9.000 U/min erreicht. Bei anderen VTEC-Fahrzeugen ist der Wechsel nicht ganz so offensichtlich, aber dennoch spürbar. Bei einem S2000 hört man die Veränderung nicht wirklich, aber man spürt sie, insbesondere jenseits der 7000-U/min-Marke. Das virale „VTEC just kicked in YO“-Video übertreibt den Unterschied, da der Fahrer erst an dem Punkt Vollgas gibt, an dem sich die Profile verschieben. Dennoch ist es ein Geräusch, das sich in die Köpfe vieler Autoenthusiasten eingebrannt hat.

Interessant ist, dass sich nicht viele variable Ventilsteuerungs- und Hubsysteme so verhalten. Honda war vielleicht der Erste, der so etwas mit einem so hervorragenden System ins öffentliche Bewusstsein gerückt hat, obwohl es schwer zu sagen ist, dass es allein der Funke war, der die Revolution auslöste. Denken Sie daran, dass sowohl Alfa Romeo als auch Nissan variable Zeitsteuerungssysteme in der Produktion hatten, bevor Honda 1989 den Integra XSi auf den Markt brachte. In dem SAE-Papier der Stanford-Professoren heißt es, dass von den über 800 untersuchten Patenten über 110 zwischen 1985 und 1987 erteilt wurden, es ist also klar, dass die variable Ventilsteuerung und der variable Ventilhub weit mehr als nur einige Ingenieure bei Honda beschäftigten.

Zwei Jahre nach dem Integra XSi stellte Porsche eine überarbeitete Version des 944 vor, den 968, der über das erste stufenlose Ventilsteuerungssystem verfügte. Wie Total 911 erklärt, verwendet VarioCam, wie es genannt wird, einen Spanner, um den Durchhang der Kette zwischen Einlass- und Auslassnocken zu variieren und so die Einlassventilsteuerung zu verändern. Angesichts der Tatsache, dass die Entwicklung der meisten Autos über einen Zeitraum von vier Jahren erfolgt, arbeitete Porsche mit Sicherheit an VarioCam, bevor VTEC der Öffentlichkeit zugänglich wurde. Das variable Ventilsteuerungssystem VANOS von BMW, das zur Änderung der Steuerzeiten ein Schrägrad an der Nockenwelle verwendet, kam 1992 auch mit dem beliebten M50-Reihensechszylinder auf den Markt

VTEC ist auch nicht unbedingt die einfachste Möglichkeit, die Leistung und Effizienz eines Motors zu steigern. Zumindest was das Timing betrifft, verwendet VTEC viele Teile, um das zu erreichen, was andere – wie BMW und Porsche – mit einfacheren Mechanismen erreicht haben. Heutzutage verwenden die meisten Motoren mit variabler Ventilsteuerung eine Art Nockenwellenversteller, der durch Öldruck gesteuert wird (wie es bei VANOS der Fall ist) oder Elektromotoren, um die Steuerzeiten relativ zur Kurbelwellenposition anzupassen.

Auch die Turboaufladung hat die Gleichung verändert. Da die in den Motor einströmende Luft viel besser kontrolliert werden kann, besteht bei weitem nicht die Notwendigkeit einer komplizierten Ventilsteuerung auf der Einlassseite. Die VTEC-Turbomotoren von Honda, wie der 2,0-Liter-Motor im Civic Type R, verwenden ein VTEC-System an der Auslassnockenwelle, um die gesamte zusätzliche Luft zu verarbeiten, die der Turbo bei höheren Motordrehzahlen hineindrückt.

Als großartiges Beispiel für einen modernen Motor mit variabler Ventilsteuerung und variablem Ventilhub sollten wir uns einen der allgegenwärtigsten Motoren ansehen, den turbogeladenen Vierzylinder EA888 des Volkswagen-Konzerns. Das obige Video von den YouTubern „Engineering Explained“ und „Humble Mechanic“ befasst sich mit dem Kopf eines Audi A4 2.0 aus dem Jahr 2009. Was hier gezeigt wird, ist jedoch weitgehend auf Anwendungen des „Triple-Eight“ anwendbar, einschließlich des VW GTI Mk7 und Mk8. Auf der Auslassseite kann die Nockenwelle in eine von zwei Positionen bewegt werden, eine mit Low-Lift-Profilen, eine mit High-Lift-Profilen. Auf der Einlassseite passt der gemeinsame öldruckbetriebene Nockenwellenversteller die Ventilsteuerung an.

Was den klassischen VTEC von all dem unterscheidet, ist das Fahrerlebnis. Dies war ein Beispiel für eine Technologie, die das Fahrgefühl eines Autos deutlich veränderte. Ihr modernes Auto verfügt wahrscheinlich über eine Art variables Timing-/Dauer-/Lift-System, aber Sie merken es bei der Arbeit wahrscheinlich nicht – Sie erhalten einfach gute Leistung und Wirtschaftlichkeit über ein breites Leistungsband. In einem 2001er Integra Type R mit 5500 U/min und Vollgas gibt es den Sound und die Wut. Nach dem ursprünglichen Integra XSi führten viele Autohersteller variable Ventilsteuerung und -hub ein. Nur wenige taten dies mit solchem ​​Elan.

Chris Perkins ist seit seiner Kindheit ein Autoliebhaber und der Technik-Nerd und Porsche-Apologet von Road & Track. Er trat 2016 in die Belegschaft ein und niemand hat seitdem einen Weg gefunden, ihn zu entlassen. Er parkt einen Porsche Boxster in Brooklyn, New York, auf der Straße, sehr zum Entsetzen aller, die das Auto sehen, nicht zuletzt des Autors selbst. Er besteht auch darauf, dass er kein Cabrio-Typ ist, obwohl er drei besitzt.

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