Vtec

[angel217]

VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) ist eine 1983 für Motorräder eingeführte Technik der Firma variablen Ventilsteuerung in Motoren. Diese wird benötigt, um bei hoch drehenden Sportmotoren sowohl ein insgesamt höheres Drehzahlen, als auch eine höhere Maximalleistung bei hohen Drehzahlen zu erreichen. Dies soll zum Einen der Anfahrschwäche vorbeugen und die Alltagstauglichkeit erhöhen, als auch ab einer vordefinierten Drehzahl ein sportlicheres Motorsetup ermöglichen. Seit 1987 kommt dieses System auch in PKW zum Einsatz. Seine vollen Möglichkeiten hat das System im 3,2 Liter -V6-Motor des Honda NSX bewiesen.

 

Der Motor hat daher praktisch zwei Nockenwellenprofile in einem, da die Ventile nicht direkt, sondern über öldruckgesteuerte Kipphebel angesteuert werden.

Je nach Motorausführung wird somit ab einer bestimmten Drehzahl per Öldruck mit einem Feststellbolzen im oszillierenden Kipphebelsystem entweder ein weiterer entsprechend anders geformter Kipphebel zugeschaltet, der somit die Ventilöffnungshöhe und auch Öffnungszeit erhöht, oder aber ein weiteres Auslassventil pro Zylinder was der Leistung bei höherer Drehzahl zuträglich ist. Sinkt die Motordrehzahl unter diesen Wert, wird das Auslassventil, beziehungsweise der Zusatzkipphebel durch den sinkenden Öldruck mittels des sich zurücksetzenden Feststellbolzens wieder abgeschaltet, und bleibt unbenutzt.

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Entwickelt wurde das System einer variablen Ventilsteuerung von Honda 1983 für Motorräder. Seit 1989 wird dieses System in Autos mit dem Ziel eingebaut, einem hochdrehenden Sportmotor bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment mitzugeben, um trotz sportlicher Auslegung Alltagstaulichkeit zu erreichen. Inzwischen wird das System auch verwendet, um abgasarme und wirtschaftliche Motoren mit hinreichender Leistung zu versehen (VTEC-Economy, i[ntelligent]-VTEC).

Das Funktionsprinzip der variablen Ventilsteuerung beruht auf der Tatsache, daß die Form und Größe der Nocken auf der Nockenwelle ganz entscheidend die Leistungsausbeute und das Drehmoment eines Motors (über entsprechende Ventilöffungszeiten und Ventilhübe) beeinflussen. Grundsätzlich gilt: Je schneller sich die Ventile öffnen und schließen und je höher der Ventilhub ist, desto mehr Leistung kann erzielt werden, aber umso weniger Drehmoment steht zur Verfügung und umso mehr Kraftstoff wird verbraucht.

Die Kombination eines Hochleistungsmotors mit hohem Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen gelingt, indem im Prinzip zwei Nockenwellen in einer integriert werden.

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Das Foto zeigt gut sichtbar, daß die beiden Ventile nicht mit Hilfe je eines Nockens gesteuert werden, sondern daß drei Nocken je zwei Ventile steuern. Ebenfalls wird deutlich, daß VTEC nicht mit direkt gesteuerten Ventilen funktioniert, sondern daß (je nach Motorkonstruktion) Kipp- oder (wie im Foto) Schlepphebel benötigt werden.

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Bei niedrigen Drehzahlen [engl. low revs] betätigen die Nocken für niedrige Drehzahlen [engl. Cam profiles for low revs] die äußeren Schlepphebel [engl. primary und secondary rocker], während der Nocken für höhere Drehzahlen freiläuft, weil die Feder [engl. return spring] die Verbindung (= Pin A und Pin B) zwischen den beiden Schlepphebeln geöffnet hat und deshalb der mittlere Schlepphebel [engl. middle rocker] nicht betätigt wird.

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Bei hohen Drehzahlen [engl. high revs] öffnet sich ein Magnetventil und ermöglicht dem Motoröl [engl. oil flow] Druck auf den Sperrschieber (= Pin A und Pin B) auszuüben [engl. oil pressure], so daß eine feste Verbindung zwischen den drei Schlepphebeln entsteht. Da der mittlere Schlepphebel durch den "schärfern" Nocken für hohe Drehzahlen [engl. Cam profile for high revs] tiefer nach unten bewegt wird als die beiden äußeren Schlepphebel, laufen in dieser Situation die beiden äußeren Nocken frei und nur der mittlere Nocken bestimmt die Ventilbewegung.

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Schließt sich das Magnetventil wieder, so drückt die Feder den Sperrschieber zurück und die Verbindung zwischen den drei Schlepphebeln wird aufgehoben: der mittlere Nocken läuft wieder frei.

Im Prinzip funktionieren alle VTEC-Varianten gemäß vorheriger Beschreibung. dohc-Motoren sind jedoch mechanisch einfacher zu gestalten, als sohc-Motoren. Bei letzteren kommen statt Schlepphebel (auch) Kipphebel zum Einsatz. VTEC-E-Motoren werden meistens nur auf der Einlaßseite variabel gesteuert. Dabei werden bei Mehrventilmotoren häufig unterschiedliche Steuerzeiten und Hübe der beiden Einlaßventile über komplexe Hebel- und Nockenkonstruktionen realisiert bis hin zum kompletten Abschalten eines Einlaßventils bei niedrigen Drehzahlen. Außerdem ist über das elektronische Motormanagement die Umschaltdrehzahl beliebig veränderbar und könnte prinzipiell sogar in Abhängigkeit von Leistungsbedarf usw. während der Fahrt geändert werden.

Beim weiterentwickelten i-VTEC wird ein Einlaßventil bei niedrigen Drehzahlen ebenfalls stillgelegt. Zusätzlich ergänzt eine kontinuierliche Anpassung der Öffnungszeiten der Ventile auf der Einlaßseite (VTC = Variable Timing Control) das System, um eine optimale Ausnutzung des zündfähigen Gemisches durch eine bessere Zylinderfüllung und damit eine Verbesserung der Verbrennung zu ermöglichen, was sich gleichzeitig in einem Drehmomentzuwachs niederschlägt. Erreicht wird dies durch eine hydraulisch realisierte Verdrehung der Einlaßnockenwelle, die die Variation der Überschneidung mit der Auslaßnockenwelle ermöglicht.

Das Zusammenspiel von VTEC und VTC optimiert das System.

 

Beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen heraus wird viel Leistung benötigt. Eine geringe Überschneidung, die zudem die Trägheit des angesaugten Gemisches ausnutzt, ermöglicht dies. Dabei stellt das VTEC-System bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment durch die "zahmen" Nocken zur Verfügung. Nach Überschreiten der Umschaltdrehzahl schaltet das VTEC-System auf die "scharfen" Nocken und das VTC behält seine Einstellung. Das verstärkt die Leistungsabgabe noch einmal.

Beim Fahren mit hohen Drehzahlen bei konstanten Geschwindigkeiten wird einerseits Leistung benötigt, aber auch der Wunsch nach geringst möglichem Verbrauch laut. Größere Überschneidungen der Ventilöffnungszeiten sind in diesem Fall ein guter Kompromiß. Sie reduzieren die Anzahl der Gaswechsel, was zu geringerem Verbrauch führt. Außerdem werden so mehr Abgase wieder in den Verbrennungsraum zurückgeführt und bei der nächsten Verbrennung erneut verbrannt, was zu weniger Schadstoffausstoß führt.

Im Leerlauf oder bei sehr niedrigen Drehzahlen wird eine geringe Überschneidung gewünscht, weil dadurch Wirbel im Ansaugkanal entstehen, die ein besseres, weil homogeneres Gemisch erzeugen, das besser verbrennt. So wird wieder weniger Kraftstoff benötigt und die Verbrennung ist vollständiger, mit weniger Schadstoffen.

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Durch die variable Gestaltung des Ansaugkanals können die Wirkungen des VTC noch gesteigert werden. Wird bei niedrigen Drehzahlen die Luft über einen langen Ansaugkrümmer angesaugt, so erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit, was zu einer besseren Füllung des Zylinders führt. Bei hohen Drehzahlen wird dagegen der Ansaugkanal verkürzt. Dadurch strömt mehr Luft in den Zylinder und es wird mehr Leistung abgegeben.

Beim Civic Hybrid und anderen Modellen verwendete Honda das VTEC-Prinzip zur Zylinderabschaltung (VCM = Variable Cylinder Management) zwecks weiterer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Der i-DSI-Motor LDA als benzinverbrauchender Teil des Hybrid-Antriebs verfügt an drei der vier Zylinder über eine Einrichtung zur Stillegung sowohl der Einlaß- als auch der Auslaß-Ventile. Dadurch verringert sich der Reibungswiderstand in den abgeschalteten Zylindern, was zu einer höheren Rückführungsenergie für das Laden der IMA-Batterie führt. Honda übertrug dieses System erfolgreich auf die V6-IMA-Einheiten und andere Motoren. Dabei entwickelte Honda dieses System so weit, daß in Abhängigkeit von der erwünschten Leistung eine komplette Zylinder-Reihe oder verschiedene Zylinder abgeschaltet werden können.

 

Quelle: K-H Korbmacher

Die i-VTEC- und i-DSI-Systeme sind Weiterentwicklungen des VTEC.

Ihre Vorteile: Leistung und sparsamer Verbrauch

Mit dem VTEC-System werden die Vorteile zweier Motoren in einem Antrieb vereint: Im tiefen Drehzahlbereich verfügt der Motor über eine grosse Elastizität, während er bei hohen Touren mit bemerkenswerten Leistungen höchsten Fahrgenuss bereitet.