SLIDESHOW | Honda’nın VTEC teknolojisi: Hikâyesi ne, nasıl çalışır?

VTEC’in atası: NCE Projesi

Honda, 1984 yılının mart ayında, yeni modellerinde kullanacağı motorlar için NCE adında bir program başlatmıştı. Projenin hedefi net idi; alt ve üst devirlerde yüksek tork ve daha iyi bir litre başına güç oranı.

Nihayetinde bu program başarılı oldu ve ortaya 1985 Civic ve Integra’nın DOHC, yani üstten çift eksantrik milli motorları ve 1987 City’nin SOHC (DOHC’un tek kam mili içeren versiyonu) çıktı.

VTEC’in mucidi kimdir?

VTEC’in mucidi olarak Ikuo Kajitani gösterilebilir fakat Honda AR&GE departmanından gelen “Yeni nesil Honda motorlarında kullanılacak bir teknoloji geliştirin.” emri esnasında yaşananlar da ilginçtir aslında. Tüm güç yelpazesinde iyi bir performans verirken az tüketmeyi başaracak motorun gelişimi için talimat Kasım 1986’da geçilmiş ve hedef, ilk VTEC motorlu araç olan 1989 Integra imiş.

Kajitani, bu direktif karşısında heyecanlanmış zira VTEC olarak anılacak bu teknoloji, aslında DOHC ve SOHC motorların sıkıntılarını çözüp gelecek nesil motorlara da harika bir altyapı sağlayacakmış. Ancak Kajitani, yeni motorun litre başına 90 bg, yani 1.6 litrede 140 bg civarında güç üreteceğini öngörüyormuş. Bu da yeni motorun hâlihazırda 130 bg veren DOHC 1.6’dan sadece 10 bg daha güçlü olacağı anlamına geliyormuş. Tam da o anda AR&GE departmanının başında yer alan Nobuhiko Kawamoto, Ikuo’nun şüphelerini okurcasına ona “Litre başına güç oranını 100 bg yapamaz mısın? diye sormuş.

Kawamoto’nun sorusunun ardındaki vizyonu ve tutkuyu gören Kajitani, o dönemde litre başına 100 bg barajına çıkamayacağı düşünülen atmosferik motor tabusunu yıkmaya karar vermiş. İşte, 8.000 devirde 160 bg üretebilen 1.6 litrelik B16A motorun hikâyesi böyle başlamış. Yani Kajitani kadar, onu ve daha sonra ekibini de bu sürece iten Nobuhiko Kawamoto da bence VTEC’in icadında etkilidir.

Kaynak: Twitter / F1 in the 1990s

Yeni proje başlıyor

Bu dört valfi motorların projesinde Honda’nın Tochigi’deki AR&GE merkezinde çalışan mühendis Ikuo Kajitani de yer alıyordu – ki kendisi VTEC sisteminin mucidi olarak kabul edilir. Peki 1985’te ve 1987’de gelen başarılı çözümler, nasıl VTEC’e dönüştü?

Kajitani, daha önce çalıştığı projelerden dolayı Honda’nın yeni motorlarında supap zamanlaması kullanılması gerektiği konusunda eminmiş:

“Karakteristik olarak dört valfli motorlar yüksek devir çeviren ve ciddi güç sağlayan makinelerdir. Bu yüzden küçük hacimden düşük devir performansı çıkarmanın zor olacağını biliyorduk.” diyor VTEC’in mucidi.

Yeni bir yaklaşım: Lift kontrolü

Gerçekten de gelişim sürecinde ciddi problemler yaşanmış. Valfin iç açısını düşürerek alt devir torku almayı hedefleyen ekip, maalesef üst devirlerde bu parçayı ve triger kayışını kırmış. İşte tam bu noktada Kajitani’nin düşünce metodu devreye giriyor. DOHC ve SOHC motorlarda yakalanan başarıyı sürdüren, alt ve üst devir arasındaki geçişi sağlayabilen bir sistem…

1983 yılında yakıt ekonomisini iyileştirmek adına ele alınan bir “değişken supap zamanlaması” çalışması varmış. Bu yüzden Kajitani ve ekibi, yeni bir valf mekanizması tasarımına yoğunlaşmışlar. Ancak bu sefer hedef iki farklı karakter gösteren bir motor üretmekmiş: alt devirde tutumlu, üst devirlerde performanslı.

Kajitani ve takımı, çözüm olarak supap itici ve külbütör kolunun yüksek devirde çalışmasını değiştirecek yeni bir valf mekanizması sonucuna ulaşmış. Valf durdurma ve değişken supap zamanlaması mekanizması olarak NCE’de ilk örnekleri çıkan bu proje geliştirilmiş, geliştirilmiş ve sonunda ortaya düşük tüketim sunan kompakt bir motordan yüksek performans alınmasına izin veren VTEC teknolojisi çıkmış… ama nasıl?

Dizayn problemleri

Honda’nın mottolarından birisi de Power of Dreams, bilirsiniz. Ancak bu denemeleri yapmaya hazır olan Kajitani’nin karşısında bazı dizayn problemleri de çıkmış doğal olarak.

Güncel 1.6 DOHC motorda 6.800 devir olan kırmızı çizginin %20 arttırılarak 8.000 d/dk barajına çekilmesi gerekiyormuş. Okuması basit bu %20 artış, motorun belli bölümlerinde atalet kuvvetlerinin %40 yükselmesine ve dolaylı olarak motor yükünün de yukarı tırmanmasına sebep oluyormuş. Bunun çözümü basit, ağırlığı düşür diye düşünebilirsiniz fakat öylesi yüksek devirlerde atalet kütlesini azaltmak için parçalarda yapılacak hafifletme çalışmaları da dayanıklılığın düşmesine neden olabiliyormuş.

Kısacası ekibin parça ağırlıklarını düşürerek atalet kuvvetlerini yenerken rijitliği de arttırması gerekiyormuş.

Akıllı çözümler

Ekibin karşılaştığı ilk sıkıntılardan birisi, kayış üzerinde oluşan yüke karşı supap zamanlama ve lift kontrolünün sağlanması olmuş. Düşük hızda tek valf zamanlama sistemi gelmiş akıllara ancak bu sistem başka bir firma tarafından patentliymiş!

Bunun üzerine Kajitani ve ekibi yapılan saatlerce çalışma ve deneme-yanılma üzerine supap çapı, supap açık kalma süresi (lift) ve port şeklini elden geçirerek supap zamanlayabilen bir sistem geliştirmeyi başarmış. Üstelik yüksek yoğunluklu sinterlenmiş alaşımdan imal edilen hareketli kasnak, atalet momentinin %10 azaltılmasını sağlamış ve böylece ekip, istenen gücü alabilirken kayış yükünü kontrol altına almayı başarmış. Volümetrik verimi arttırmak adına Honda’nın yarış motorlarından türetilen ayarlar kullanan Kajitani ve ekibi yüksek devirdeki performansı da yükseltmeyi başarmış.

Projenin başına geri dönelim isterseniz. Honda yönetim kurulu hem daha fazla güç hem de devir bandının tamamına yayılmış tork değeri istiyordu. Kajitani ve ekibi, bunun için düşük hız kam (eksantrik) ayarlarında açıyı değiştirerek emme valfinin daha erken kapanarak volümetrik verimin artmasını sağlamış. Bu da daha geniş bir maksimum tork bandının elde edilmesine olanak vermiş.

İlk VTEC Honda: 1989 Honda Integra XSi

Kajitani, Kawamoto ve daha nice mühendisin emekleri sonucunda ortaya çıkan ilk VTEC motor, piyasaya 1989 yılının nisan ayında adım atan Integra XSi’da kullanıldı.

B16A kodlu 1.6 VTEC DOHC, aynı hacimdeki VTEC olmayan üniteye göre hatırı sayılır miktarda güçlüydü. Kırmızı çizgisi 8.000 devire taşınan makine, 7.600 devirde 160 bg güç üretiyordu. Devir bandının başından itibaren eskiye oranla daha fazla tork sağlayan ilk VTEC motor B16A, 7.000 d/dk’da 152 Nm veriyordu.

Halk ağzında “VTEC açma” olarak bilinen profil (acele etmeyin, açıklanacak) değişimi ise 5.500 devirde gerçekleşiyordu. Silindir çapı 81 mm, strok uzunluğu 77 mm olan B16A’nın sıkıştırma oranı ise 10.2:1 idi.

VTEC nasıl çalışır? #1

Hikâyeyi dinlediniz, şimdi hâlâ merak ediyorsunuz: VTEC nasıl çalışır? Bir önceki başlıkta bahsettiğimiz profil aslında anahtar kelime. Honda ekibi, çalışmaları boyunca tek bir eksantrik (kam) mili ile hem yüksek devirde daha fazla güç hem de düşük devirde daha az tüketim, daha çok tork hedefine ulaşamayacağını biliyordu. Bu yüzden akıllıca bir çözüm ile tek mil üzerine 3 adet supap itici kol yerleştirdiler.

Yüksek yüzey gerilimlerine dayanacak şekilde karbon ve krom oranı yüksek dökme çelikten imal edilen (en azından B16A’da) kam mili üzerindeki iki itici kol (bunlara 1 ve 2 numara diyelim) düşük devirlerde supapların hareketini kontrol ederken yüksek devirlerde ortada yer alan üçüncü kol (3) devreye giriyordu.

1 ve 2 devrede iken lift adı verilen supap açık kalma süresi kısa tutuluyordu ve bu da silindire hava girişinin sınırlı bir sürede gerçekleşmesi anlamına geliyordu. Silindirin içine hızlıca dolmak zorunda bırakılan hava türbülanslı akış sayesinde yakıtla daha iyi karışıyordu ve yanma verimi arttırarak tüketimi düşürüyordu.

VTEC nasıl çalışır? #2

Gelelim 3 numaranın yaptığı işe. Daha yüksek devirlerde ise dert yakıt tüketimi değil, güç üretimi. Bu yüzden 3 numaralı kam profili, valfi olabildiğince açık tutarak içeriye giren havanın hızını değil miktarını arttırıyordu. Böylece daha çok hava-yakıt karışımı, daha çok güç sağlıyordu.

Peki 1-2 ve 3 arasındaki geçiş nasıl sağlanıyordu? Normal şartlarda supap zamanlamasını ve lift kontrolünü 1-2 profilinin kontrol ettiği rocker arm, yani külbütör kolları sağlıyor ve 3, devrede değil. Performans amacıyla motorun devri yükseltildikçe, yağ basıncının artışıyla devreye giren bir piston 1 ve 2 nolu profili kilitleyerek boşa alıyordu ve supaplardan 3 nolu profil sorumlu oluyordu.

O kadar basit ve güzel ki…

VTEC Turbo

İçeriği bitirmeden güncel VTEC motorlara da değinmek lazım. B16A ve sonrasında onu takip eden VTEC ünitelerin hem emme, hem de egzoz valfleri bu eksantrik sistemiyle kontrol ediliyordu. Ancak 2013’te gelen turbo beslemeli VTEC motorlarda emme manifoldlarında standart kam profili kullanılırken egzoz supaplarının VTEC’lendiğini görüyoruz.

Bunun sebebi de oldukça basit. Emme valflerinde bu karmaşık sistemi kullanmaya gerek yok zira turbo zaten silindire aşırı hava besleme görevini üstleniyor ve egzoz valflerine uygulanan VTEC sistemi, yüksek devirde turbonun tüketim düşürmekten ziyade daha da fazla güç getirmesini sağlıyor.