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Jun 01, 2023

Historia y tecnología del motor Honda VTEC

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Aunque se le ha llamado de muchas maneras, el acrónimo VTEC significa Control electrónico de elevación y sincronización variable de válvulas. VVTLEC no sale de los labios, pero los adjetivos que uno tiende a soltar después de experimentarlo por primera vez sí. Abarcan toda la gama, pero casi siempre incluyen la "palabra F". El viejo Soichiro-san habría estado contento. En abril de 2019 se cumplió el 30º aniversario de VTEC en el mundo del automóvil. El Integra XSi 1989.5 fue el primer Honda de producción que presentó esta tecnología. Poco después, los Civic y CRX recibieron el mismo motor B16A.

Pero todo esto comenzó mucho antes (de hecho, a principios de la década de 1980) y nada tuvo que ver con los motores de los automóviles. La tecnología detrás de VTEC se originó en el lado de las motocicletas Honda. Los ingenieros de Honda sabían que los motores de cuatro válvulas generaban una gran potencia a máxima potencia, pero que los de dos válvulas eran más competentes en condiciones bajas e incluso funcionaban bien en ralentí. Pronto se buscó un motor de 500 cc que girara a 11.000 rpm y que funcionara pacientemente en ralentí a tan solo 1.000 rpm. El resultado fue lo que Honda etiquetó internamente como su mecanismo "REV", o "HYPER VTEC" para el resto de nosotros. La tecnología permitía que solo una válvula de admisión y una de escape por cilindro funcionaran por debajo de ciertas velocidades del motor, pero que dos válvulas de admisión y dos de escape por cilindro funcionaran por encima de ese umbral. Permitió lo mejor de ambos mundos.

Honda lanzó el proyecto NCE (New Concept Engine) en 1984, cuyo objetivo era superar los límites de la producción de par máximo sin sacrificar el rendimiento a bajas revoluciones. Los motores Civic e Integra '85 del mercado japonés fueron el resultado de este proyecto. Sin embargo, lo más importante fue que convenció a los ingenieros de que un perfil de doble árbol de levas, o un mecanismo que podría alterar dinámicamente la sincronización del árbol de levas, debe ser parte del motor de próxima generación de la compañía. El ingeniero Ikuo Kajitani, que formaba parte del equipo de NCE, se mostró especialmente entusiasmado con la idea de que esto sucediera. El motor ideal tendría una mejor economía de combustible y una mayor potencia en toda la banda de potencia, específicamente, alrededor de 90 hp por litro. Pero pronto 90 CV empezaron a parecer demasiado bajos; después de todo, eran sólo 10 más que el motor que acababan de producir. Por sugerencia del entonces presidente de I+D de Honda, Nobuhiko Kawamoto, se fijó un nuevo objetivo de 100 CV por litro.

"Me sentí como un sueño", recuerda Kajitani. "Los motores convencionales de aquella época sólo podían producir 70 u 80 CV por litro. Pero aquí estábamos, cuando nos pidieron que la incrementáramos hasta los 100 caballos. No iba a ser fácil. Un motor se ve sometido a una carga mayor a medida que aumenta sus rpm", dijo Kajitani. "Por lo tanto, teníamos que tener en cuenta el objetivo de garantía de calidad de 15 años, o 250.000 km, para un motor de producción en serie. Todos nos preguntábamos cómo íbamos a alcanzar esa cifra garantizando al mismo tiempo la calidad requerida de la producción en masa. ". Después de todo lo dicho y hecho, Kajitani fijó oficialmente el objetivo para el nuevo motor VTEC Integra: 160 CV y ​​una línea roja de 8.000 rpm. Un objetivo es una cosa, pero la tecnología aún no se había creado. Todo esto llevó a discusiones diarias sobre si un motor así era posible o no. Después de tres meses, Kajitani lo arriesgó todo y ordenó a su equipo que siguiera adelante. Pronto se elegiría y desarrollaría una propuesta tecnológica.

Por supuesto, conocemos los resultados, pero el tiempo dedicado a desarrollar VTEC resulta tan fascinante como el producto final. Tomemos como ejemplo los engranajes del árbol de levas: los ingenieros eligieron construirlos a partir de una nueva aleación sinterizada de alta resistencia para obtener un perfil más delgado y un momento de inercia un 10 por ciento menor. Las válvulas de admisión se aumentaron a 33 mm, un tamaño entonces inaudito para un motor tan pequeño. Las especificaciones de elevación y sincronización de válvulas VTEC eran similares a las de los motores exclusivos de carrera de ese período. Para evitar roturas, los árboles de levas VTEC se fabricaron a partir de una aleación de acero fundido con alto contenido de carbono y cromo completamente nueva, a la que se le dio una combinación de tratamientos térmicos y superficiales.

Incluso las válvulas de escape estaban hechas de acero resistente al calor a base de níquel combinado con molibdeno, titanio y tungsteno, no la tecnología promedio de un automóvil económico de mediados de los 80. Y todo ello tenía que ser duradero. Quizás aquí sea donde el equipo de Kajitani hizo su mayor trabajo. Las cajas de cambios, los cigüeñales y muchos otros componentes de Honda se han vuelto legendarios por el abuso que pueden soportar. "Es por eso que llevamos a cabo nuestras pruebas maliciosas tan minuciosamente", dijo Kajitani. "Estábamos muy cerca del punto de exagerar". Construir un sistema de acoplamiento de pasadores VTEC que pueda soportar 400.000 ciclos es posiblemente un esfuerzo masoquista. Nadie sabía el impacto que tendría VTEC. Es probable que en Japón hubiera sonrisas, pero la realidad era que Honda era un actor mucho más pequeño en su país de origen, por lo que incluso allí, un evento así se quedó corto en términos de publicidad y habría palidecido en comparación con cosas como la introducción de El nuevo GT-R. Hoy es diferente; estás leyendo un artículo de una revista dedicada íntegramente a la marca. El resto, como ellos dicen, es historia.

La primera exposición de Estados Unidos a VTEC se produjo con el Acura NSX del 91. Sin embargo, debido a la personalidad de superdeportivo del NSX, en términos de precio y disponibilidad, al Integra GS-R del 92 a menudo se le atribuye el mérito de ser la primera prueba real de VTEC en Estados Unidos. Sí, el D16Z6 se lanzó casi al mismo tiempo, pero los motores SOHC VTEC simplemente no entusiasmaban a nadie en ese entonces. En 1994, Honda tenía las piezas en su lugar y estaba preparada para poner a su competencia en jaque mate. La compañía lanzó tres potencias prácticamente a la vez: el B18C del Integra GS-R rediseñado, el H22A del Prelude Si VTEC y el B16A del Del Sol Si. Combine eso con la atención que el CRX de segunda generación y el Civics actual del 88 habían atraído y la compañía pronto tuvo los ingredientes para una nueva súper droga. El gigante deportivo compacto tal como lo conocemos apenas estaba comenzando, y el momento de Honda no podría haber sido mejor. Es posible que VTEC incluso haya convertido el compacto deportivo en la montaña que es ahora; hoy en día existen empresas enteras gracias a ello. Claro, muchos modificarían los Honda si VTEC nunca hubiera existido, pero sería como nadar en una piscina para niños.

Hasport es uno de esos negocios. Todo el mundo sabe que el B18C del GS-R es genial, pero es aún más genial cuando se cambia por un Civic hatchback del 92 más ligero y más pequeño. Para ser justos, el negocio del cambio de motores es una industria en sí misma. Sólo piense: si no fuera por los cambios de motor, el GS-R no encabezaría la lista de autos más robados del país año tras año. Cuando se le preguntó dónde pensaba que estaría ahora si nunca se hubiera inventado el VTEC, Brian Gillespie, el líder de Hasport, simplemente dijo: "¡Sería un profesional del tenis! Recientemente comencé a trabajar para mi hermano en su depósito de chatarra exclusivo de Honda con el promesa de tener mi propio auto de carreras. Crecí compitiendo en motocross y el CRX del 90 de mi hermano era muy rápido. Pero, sinceramente, si no hubiera mordido el anzuelo, todavía estaría enseñando tenis y conduciendo mi Volkswagen GTI. Era la única alternativa real a Honda y eso es lo que conduciría y modificaría si no fuera por VTEC".

La empresa de ajuste de ECU Hondata le debe homenaje a VTEC tanto como a empresas como Hasport. La empresa fue fundada por una pareja de kiwis que tenían pasión por las carreras y continúan a día de hoy. El copropietario Doug MacMillan dice: "Construimos nuestro negocio en torno a lo que la comunidad de tuning del mercado de repuestos estaba haciendo con los motores Honda, especialmente los de inducción forzada. Es bastante seguro decir que la modificación de los motores Honda ha sido fundamental para la escena de los autos compactos deportivos, y el VTEC El sistema ha permitido a Honda destacarse por encima de la multitud. Si Honda no hubiera creado VTEC, Honda habría sido más como uno más entre la multitud, con menos personas seleccionando sus autos y motores para modificarlos. Todavía estaríamos haciendo lo que ahora, que está construyendo excelentes sistemas de gestión de motores programables para Honda y Acura, pero estaríamos haciendo menos de ellos".

Pero ¿qué pasa con las carreras? Aunque no existía la necesidad de implementar VTEC en los motores Honda del campeonato de Fórmula 1, la tecnología jugó un papel importante en las primeras carreras de resistencia importadas. Cuando se le preguntó cómo ayudó VTEC a dar forma a las carreras de autos compactos deportivos, el veterano corredor de autos Stephen Papadakis dijo: "Los autos VTEC no fueron tan rápidos como los que no eran VTEC hasta aproximadamente 1997. La escena estaba en camino en ese momento". Probablemente esto sea cierto; Los DSM de Mitsubishi habían estado disponibles durante algún tiempo y los sintonizadores estaban obteniendo números decentes de motores Honda que no eran VTEC. "Cuando salió el Integra GS-R del 94, fue cuando Japón finalmente le dio al mercado estadounidense un buen motor. ¡Ese auto era rápido! Fue entonces cuando VTEC pasó de estar de moda a ser rápido, según mi experiencia", dice Papadakis.

Los finales de los 90 fueron una época explosiva para los entusiastas de Honda. El GS-R se vendía en grandes cantidades y Honda finalmente se dio cuenta y lanzó el Civic Si equipado con B16A. La experiencia con VTEC fue tan intensa para un reductor de la vieja escuela que llegó incluso a comprar un Si nuevo sólo con fines de desarrollo. Hasta el lanzamiento del Si del 99, John Grudynski, propietario de HyTech Exhaust, solo había fabricado sus cabezales personalizados para autos de carreras, Fórmula Ford, autos Indy y otras clases de especificaciones. Sin embargo, pronto se enganchó a VTEC. "Era 1998 y Dan Paramore me llevó a dar una vuelta en un ITR y quedé impresionado con su rendimiento. Ni siquiera sabía qué era VTEC ni cómo funcionaba en ese entonces, pero sin duda despertó mi interés. el resto es historia", dice John. Hoy en día, los cabezales específicos de Honda de HyTech funcionan tan bien que han sido copiados una y otra vez, a pesar de los mejores esfuerzos de la compañía por mantener sus diseños exclusivos. Aunque muchos reconocen el valor de un encabezado estilo HyTech, sólo unos pocos pagan por uno real. A pesar de la piratería, John dice que sin VTEC y la popularidad de Honda, básicamente estaría sin trabajo. "Aproximadamente un tercio de mi negocio proviene de [Hondas], el resto son autos de Fórmula y chatarra variada", dice.

Es difícil cuantificar el impacto que tuvo VTEC en el entusiasta promedio, pero puedo hacerlo por mí mismo: tuvo que ver con un nuevo Integra GS-R '94 por el que pagué el precio completo. Puede que hoy suene extraño, pero la compra fue un sorteo entre el GS-R y un Ford Probe GT. Por extraño que parezca, el Probe era un serio contendiente para el compacto deportivo en 1993. No tenía mal aspecto y su V-6 generaba casi tanta potencia como el Integra de 170 hp.

Hoy en día, recuerdo poco sobre las pruebas de manejo de la sonda. El GS-R es una historia diferente. Fue visceral, tanto que recuerdo detalles de ese día que no debería, como la camiseta que llevaba. Es como una reproducción mental en IMAX. No iba tan rápido y me encontré en tercera velocidad, así que pisé el acelerador. Al principio no me impresionó mucho, pero luego llegó el "boom" y el tono del motor cambió por completo. Mientras soltaba el acelerador y mi esfínter descargaba un ladrillo, pensé cuánto me iba a costar este motor VTEC explotado. Mientras bajaba, me di cuenta de que el motor todavía estaba en marcha y que el tipo que estaba sentado a mi lado se estaba riendo de mí.

"Ese es el VTEC", dijo. "Vamos, vuelve, pero no despegues, se supone que debe hacer eso". Era inútil ocultar la vergüenza; Simplemente obedecí, esta vez usando segunda velocidad ya que habíamos reducido mucho la velocidad. ¡Bam! Se produjo una y otra vez, aparentemente apenas medio segundo después, una vez más. Casi me levanté, pero seguía recibiendo la señal manual de "go-go" desde el asiento del pasajero. Subiendo hasta la tercera posición y mucho más allá del límite de velocidad, no había forma de que comprara nada más. Dos veces en el camino de regreso, reduje la velocidad deliberadamente solo para escucharlo de nuevo... el sonido, el tirón, la forma en que alcanzaba las 8,000 rpm con tanta facilidad. A pesar de los años de jugar con los coches, hasta ese momento no había habido nada igual. Más tarde, en el concesionario, mientras miraba debajo del capó, babeando al ver el motor, noté que el filtro de aire estaba expuesto. Le pregunté al vendedor si se suponía que debía ser así y me dijo: "No, quitamos la tapa para que haga más ruido cuando se enciende el VTEC". Mi cabeza gira desde el filtro hasta él, y ahí está su amplia sonrisa. No es de extrañar que obtuvieran el precio de etiqueta completo por estos autos y yo estuviera atrapado esperando el próximo envío.

Otros han tenido experiencias similares. Larry Widmer, propietario de Endyn, dice: "En 1992 estaba conduciendo mi Civic Si y un niño en un GS-R del 92 decidió ponerme a prueba. Gané la carrera callejera improvisada... por poco. El niño me siguió hasta un estacionamiento cercano. lote y miramos el equipo del otro. Por el cambio de sonido que hizo su auto, supuse que tenía nitroso, pero resultó ser el evento VTEC. Me llevó a dar una vuelta y me sorprendió lo duro que era el auto relativamente original. tirado. Recuerdo haber pensado, 'qué gran cosa se le ocurrió a Honda'".

Cuando se trata de tecnologías competidoras, existen, pero nada parece tocar a VTEC. Hoy en día, casi todos los fabricantes de automóviles ofrecen sincronización variable de válvulas, o VTC, como ahora la llama Honda, para sus motores de la serie K. Sin embargo, no fue hasta hace poco que otros fabricantes de automóviles implementaron un verdadero sistema de elevación variable en sus motores. Ahora el nuevo 370Z, el Porsche 911 y los motores BMW lo tienen, y hay otros. Curiosamente, aquellos que tienen el apodo de estilo VTEC ni siquiera tienen elevación variable. El motor MIVEC del Evo solo tiene sincronización variable del árbol de levas, no elevación, a pesar de que la iteración MIVEC original incluía ambas, al igual que el i-VTEC actual.

Desde entonces, Honda se propuso llevar su tecnología un paso más allá con la elevación de válvulas continuamente variable, el llamado Santo Grial del control del motor de combustión interna. Un tren de válvulas electrónico o neumático podría lograr esto. La premisa es que la válvula podría abrirse en cualquier cantidad y en cualquier momento. Se han presentado patentes e incluso tiene un nombre: A-VTEC, otro ingenioso acrónimo que, esta vez, significa Advanced VTEC. Desafortunadamente, los presupuestos y la desaceleración de la demanda han dejado a A-VTEC en el congelador tecnológico por el momento. Sin embargo, el sistema Valvetronic similar de BMW ya ha entrado en producción, por lo que tal vez haya futuro para el A-VTEC.

Es algo sorprendente, después de tantos años, reflexionar sobre lo que VTEC ha hecho exactamente por los entusiastas de Honda. Lo ames o lo odies (solo lo odias cuando un motor VTEC supera a tu motor que no es VTEC), esto es lo que entrará en el salón de la fama de los motores. En lugar de otro Rápido y Furioso, Hollywood debería hacer un spin-off de Mad Max que represente las realidades de una enorme crisis de combustible, donde los Civics e Integras turbo patean el trasero de todos los demás. O, como dice Papadakis, "Corrimos con un motor H22A VTEC de 650-800 hp durante años sin puertos ni levas originales. Eso simplemente muestra el potencial de lo que Honda desarrolló y vendió al público en general".

Nota del editor: esta historia se publicó originalmente en la edición de mayo de 2009 de Honda Tuning y ha sido ligeramente editada. Diseño de imagen principal de Markas Platt y trabajo fotográfico adicional de Ryan Lugo.

Los resultados son potencia a altas revoluciones y torque a bajas revoluciones, pero podría decirse que la simplicidad del sistema es su atributo más sorprendente. Es casi en su totalidad mecánico, a excepción del sensor de presión y la ECU específica de VTEC. También es duradero y las especificaciones de diseño requerían 400.000 compromisos, pero a un costo sorprendentemente bajo.

Saca los tres dedos más largos de tu mano y júntalos. A menos que tengas manos inusuales, tu dedo medio será el más largo. En términos simples, así es como se ven los lóbulos del árbol de levas de un solo cilindro en una culata VTEC. Imagina que esos tres dedos son un pincel y que estás pintando tu escritorio. Tu dedo medio llega primero a la superficie. Pero ¿y si el escritorio fuera blando? ¿Qué pasaría si al empujarlo cediera, como lo haría un resorte? Si así fuera, sus dedos índice y anular frotarían o "pintarían" el escritorio a continuación. Imagine su dedo medio como el lóbulo de leva más grande e imagine un resorte colocado directamente debajo de él. Honda llama a esto su LMA (Lost Motion Assembly).

En el funcionamiento sin VTEC o con lóbulo primario, los dos lóbulos externos (el índice y el tercer dedo) abren las válvulas. Estos perfiles de árbol de levas proporcionan un buen ralentí, excelentes emisiones y un par inmediato. Al ascender en la banda de potencia, podría haber hasta un 20 por ciento de pérdida de potencia en comparación con un árbol de levas diseñado para superar las 6.000 rpm. Las válvulas se abren a través de balancines, no muy diferente de lo que encontrarías en un V-8 con varilla de empuje como un bloque pequeño Chevy. Hay un balancín para cada válvula, pero también hay uno entre cada una de ellas, una característica que no se parece en nada a ese bloque pequeño. Una vez que se activa VTEC, el balancín central se pone en acción. Vuelve a hacer lo mismo con los tres dedos, pero esta vez ten en cuenta que el escritorio es rígido. Observe cómo sólo su dedo medio toca el escritorio. La longitud adicional del dedo medio representa la elevación adicional del lóbulo medio. Pero no es sólo su sustentación; El lóbulo VTEC es diferente en todos los sentidos de los dos lóbulos exteriores, como su duración, de ahí toda la parte de "sincronización" y "elevación" de la válvula variable del acrónimo VTEC.

Un solo pasador es todo lo que es responsable de permitir que el lóbulo central del árbol de levas controle el movimiento de la válvula en lugar de los dos exteriores. Simplemente se empuja desde uno de los balancines exteriores, a través de la presión del aceite, hacia el balancín central, enganchando ambos aproximadamente a la mitad. Esto bloquea los dos brazos juntos. Mientras tanto, otro pasador se mueve desde el brazo medio hacia el brazo exterior opuesto mediante el movimiento del primer pasador, también aproximadamente a la mitad. Los tres balancines ahora están bloqueados en su lugar, actuando esencialmente como un gran balancín. Por supuesto, sólo el lóbulo VTEC grande controlará las válvulas en este punto, ya que es el más alto de los tres. Una vez que la presión del aceite disminuye, un resorte empuja todo a su posición y los lóbulos externos más pequeños vuelven a tomar el control.

Es más sencillo de lo que parece y todo el sistema sólo requiere unas pocas piezas adicionales por cilindro. Está el balancín adicional, su respectivo LMA, los pasadores y el lóbulo de leva adicional. Multiplique todo eso por ocho y tendrá lo necesario para una configuración DOHC VTEC típica. Todo esto se activa mediante una señal de 12 voltios de la ECU al solenoide VTEC, que presuriza el canal de aceite dentro de los balancines para el movimiento del pasador. Una vez que la ECU deja de enviar la señal y la presión del aceite cae, el VTEC se apaga. Todo se activa en función de una velocidad específica del motor, que varía según la ECU y el vehículo.

La "i" en i-VTEC significa "inteligente". El sistema presenta sincronización variable del árbol de levas, pero la parte "VTEC" no significa exactamente VTEC tal como lo conocemos. Comencemos con la parte de sincronización variable de válvulas. Casi todo el mundo ha visto engranajes de leva ajustables en el mercado de accesorios. El sistema i-VTEC de Honda ajusta dinámicamente la sincronización del árbol de levas mediante un sistema impulsado por aceite que posiciona el árbol de levas dentro de un rango de sincronización de 50 grados dependiendo de las circunstancias. Es muchísimo más fácil que aflojar y apretar un montón de pernos de engranajes de levas solo para ganar algunos caballos de fuerza. La tecnología sólo aparece en el árbol de levas de admisión y es casi exclusiva de la serie K. Por sí solo, Honda se refiere a él como VTC (Control de sincronización variable). El beneficio obvio es la mejora de las emisiones. Al arrancar y en ralentí, el árbol de levas se puede retardar, lo que reduce la superposición de válvulas para una combustión más limpia. También funciona bien para potencia de rango medio. Hacer avanzar la leva de admisión en las áreas de rango bajo y medio proporciona un aumento notable en el torque. Hasta la fecha, Honda no ha utilizado esta tecnología en el lado del escape.

También se sabe que Honda combina i-VTEC en motores para usarlo como mecanismo de ralentí de válvulas en lugar de uno orientado a sincronización y elevación. Este sistema opera una sola válvula de admisión por cilindro hasta que el mecanismo VTEC bloquea los dos balancines de admisión juntos, lo que hace que ambas válvulas de admisión se abran. No es el mecanismo de tres lóbulos al que estamos acostumbrados, pero todavía se lo conoce como VTEC. Los motores de la serie K como los del Accord son diferentes. Aquí, i-VTEC permite la sincronización variable del árbol de levas de admisión, así como el mecanismo de ralentí de las válvulas. La mayoría de los motores SOHC, como los motores de las series L, R y J, simplemente aprovechan el ralentí de las válvulas, donde tan solo 12 de las 16 válvulas pueden funcionar a la vez. Los cambios "inteligentes" de sincronización del árbol de levas no funcionarán con motores SOHC como estos, ya que tanto la admisión como el escape comparten el mismo engranaje del árbol de levas.

A-VTEC es el pináculo de la sincronización del árbol de levas. Permitirá una sincronización y elevación del árbol de levas continuamente variables. Al igual que lo promete un tren de válvulas neumático o electrónico, las válvulas podrían abrirse en cualquier momento, durante cualquier cantidad de tiempo y con cualquier elevación. Por supuesto, todo esto depende de si la tecnología entra en producción o no, ya que aún no ha llegado a ningún Honda. En este punto, es poco más que una solicitud de patente.

Como habrás adivinado, la "A" en A-VTEC significa "avanzado". En los sistemas A-VTEC, el árbol de levas permanece encerrado dentro de un manguito, con aberturas entre 270 y 360 grados de rotación del árbol de levas. También ocupa ese espacio un brazo semi-balancín que cuenta con un rodillo, que abarca los mismos 270-360 grados, y se desplaza a lo largo del lóbulo del árbol de levas. El sistema también cuenta con una "zapata" que se coloca en la parte superior del rodillo para que funcione el balancín convencional (el que realmente activa las válvulas). El manguito mencionado anteriormente también atrapa el semi-balancín. El brazo semi-balancín presenta un perfil curvo: es grueso en un extremo y delgado en el otro. El manguito se desplaza a lo largo de un engranaje situado en su parte inferior que controla la orientación del semi-balancín.

Desde aquí, es relativamente fácil ver cómo ocurre la parte de elevación variable. A medida que gira el engranaje que está conectado a la manga del árbol de levas, la porción más gruesa del brazo semi-balancín pasa sobre el lóbulo del árbol de levas, creando una elevación máxima. A medida que gira en sentido contrario y la porción más delgada del balancín pasa sobre el lóbulo del árbol de levas, la sustentación disminuye. Es algo así como el sistema Valvetronic de BMW, pero mucho menos complejo y con menos masa recíproca. Al agregar el sistema VTC de i-VTEC, la sincronización del árbol de levas se vuelve variable. Con ambos sistemas implementados, existe potencial para que tanto la economía como la eficiencia logren avances significativos.