از آن‌جا که موتورهای ۶ سیلندر وی-شکل همواره جزو محبوب‎ترین قوای محرکه در صنعت‌خودرو به‌شمار می‎روند، در این بخش لکسوس با موتور GR توانسته جایگاه بسیار خاصی را برای خود فراهم سازد. اگرچه خانواده موتور ۶ سیلندر وی-شکل GR گسترده است، اما در این مطلب موتور ۲GR-FKS را به‌صورت تخصصی و فنی مورد بررسی قرار داده‌ایم.

نگاهی مختصر به موتور ۲GR

کمپانی تویوتا برای محصولات پرتوان و اسپرت خود از موتور ۶ سیلندر وی-شکل بهره گرفته است. این موتور با در نظر گرفتن ساختار ۶ سیلندر وی-شکل به‌خودی خود طیف گسترده‎ای از حجم موتور ۳ لیتر گرفته تا ۳.۵ لیتر و ۴ لیتر را در بر می‎گیرد.

بر این اساس این پیشرانه در محصولات تویوتا از توان و گشتاور پایین‎تر و در محصولات لکسوس از قدرت و گشتاور بالاتری برخوردار است. جالب است بدانید که این پیشرانه کاملا اتمسفریک و فاقد سیستم پرخوران توربوشارژ یا سوپرشارژ است. هرچند که قابلیت نصب سیستم پرخوران توربوشارژ و سوپرشارژ را نیز داراست.

خانواده موتور GR از سال ۲۰۰۲ میلادی طراحی و تولید شده و هم‌اکنون نیز جزو محبوب‎ترین پیشرانه‎های محصولات تویوتا و لکسوس به‌شمار می‌رود. در ساختار فنی خانواده موتور GR شاهد استفاده از تکنولوژی‎های جدید و هوشمندی هستیم که این قوای محرکه را نسبت به هم‌کلاس‎های خود متمایز می‎کند. ناگفته نماند که خانواده موتور GR گسترده بوده و ما نگاهی تخصصی و فنی به ۲GR خواهیم داشت.

این پیشرانه روی محصولاتی مانند لکسوس IS۳۰۰، IS۳۵۰، ES۳۵۰، تویوتا آوالون، تویوتا آریون، کمری، هایلندر و لکسوس LM و RX نیز نصب شده است. همچنین باید گفت خانواده موتور GR هیچ ارتباطی با محصولات اسپرت های-پرفورمنسی تویوتا یعنی GR (Toyota Gazoo Racing) ندارد.

طراحی و ساختار موتور ۲GR

خانواده موتور GR همگی بر مبنای آلومینیوم دایکستینگ توسعه یافته که دارای سرسیلندر تمام‌آلومینیومی با سوپاپ‎های تیتانیومی است. از آن‌جا که موتور ۲GR-FKS مورد نظر ما در این مطلب است، این پیشرانه در حقیقت نسخه به‎روزشده از ۲GR-FE است که از سال ۲۰۱۵ میلادی به بعد روی محصولات لکسوس و تویوتا نصب شد. موتور ۲GR-FKS از ساختار سیلندر وی-شکل ۶۰ درجه‎ای برخوردار بوده که دارای بوش سیلندرهای چدنی است.

هرچند که در زمان خرابی سیلندر، باید بلوک سیلندر به‌صورت کامل تعویض شود. اگرچه بلوک (بدنه) سیلندر تمام‌آلومینیومی است، اما بوش‎های سیلندر از نوع چدنی هستند که سبب می‎شود تا میزان انتقال حرارت بهتر صورت گرفته و تنش حرارتی را بسیار کاهش دهد. موتور ۲GR-FKS دارای زنجیر تایم، مانیفولد ورودی آلومینیومی ریخته‎گری شده، شاتون‎ها و میل‎لنگ فولادی فورج شده و میل‎سوپاپ‎های ریخته‎گری شده یکپارچه است که می‎تواند راندمان موتور را به‌خوبی ارتقا بخشد.

ساختار فنی موتور ۲GR

موتور ۲GR-FKS همان‌طور که اشاره شد دارای بلوک (بدنه) آلومینیومی دایکستینگ است که انتقال حرارت را به‌خوبی انجام می‎دهد. بوش‎های سیلندر از جنس چدن بوده که همین عامل سبب کاهش حرارت موتور و افزایش راندمان حجمی موتور شده است. موتور ۲GR-FKS از ۶ سیلندر با زوایای قرارگیری ۶۰ درجه‎ای بهره گرفته که به ازای هر سیلندر ۴ سوپاپ طراحی شده و درمجموع ۲۴ سوپاپ روی دو میل‎سوپاپ با مکانیزم DOHC قرار گرفته است.

این موتور از سیکل کاری اتکینسون برخوردار است. به‌لطف پارامترهای فنی مانند ۲۴ سوپاپ، مکانیزم DOHC (دو میل سوپاپ‎رو)، بهبود طراحی سیلندر و نسبت تراکم ۱۱.۸ به‌یک یا در بهترین حالت ۱۲ به یک، قطر سیلندر ۹۴ میلی‎متری، کورس پیستون ۸۳ میلی‎متری، سیستم تایمینگ متغیر هوشمند سوپاپ‎های ورودی و خروجی VVT-i دوبل، سیستم جرقه ‎زنی چند نقطه‎ای MPFI یا در بسیاری از مدل‎های این موتور پاشش سوخت مستقیم D۴ و در پیشرانه‎های محصولات لکسوس تلفیق سیستم پاشش سوخت مستقیم داخل سیلندرها و چند نقطه‎ای D-۴S می‎تواند راندمان و گشتاور بسیار بالایی را نسبت به‌حجم موتور فراهم آورد.

ناگفته نماند که طراحان مهندسی مکانیک قوای محرکه تویوتا به‌لطف طراحی روزنه‎های بسیار کوچک روی میل‌لنگ توانسته‎اند یک سیستم روانکاری بسیار دقیق به وجود آورند. این سیستم در حقیقت همان جت اویل (پاشش پر فشار روغن روی قطعات متحرک) است که تنش حرارتی را کاهش داده و منجر به‌بهبود روانکاری و کاهش استهلاک در میان قطعات متحرک موتور می‎شود. به‌لطف بهره‌گیری از متریال آلومینیوم دایکستینگ در بلوک سیلندر، آلومینیوم در سرسیلندر و شاتون‎ها و پیستون‎های فولادی فورج‌شده مجموع وزن موتور با در نظر گرفتن روغن‌موتور ۵.۸ لیتری به ۱۶۷ کیلوگرم رسیده است.

۶ سیلندر وی-شکل؛ با کیفیت و با دوا

همواره محصولات تویوتا به دلیل نوع طراحی و مواداولیه به‌کار رفته در آن‌ها با کیفیت و با دوام به‌شمار می‌روند. این مساله درمورد محصولات لکسوس نیز کاملا صادق است. براین اساس ساختار موتور ۲GR-FKS به‌لطف استفاده از متریال آلومینیوم دایکستینگ سیلندرها و سرسیلندر آلومینیومی به‌گونه‌ای است که با کمترین تنش حرارتی مواجه می‌شود. چراکه در این مدل پیشرانه انتقال حرارت به‌خوبی صورت می‎گیرد.

درمقابل از نظر ساختار فنی اصلاحاتی در نظر گرفته شده که منجر به کوچک‎ترین خرابی در موتور نمی‎شود. مهندسان مکانیک قوای محرکه تویوتا از محفظه احتراق ایده‎آل بهره گرفته‎اند؛ به این منظور که در موتورهای احتراق‌داخلی بنزینی به هر میزان که لبه و گوشه در محفظه سیلندر کاهش یابد، به‌همان میزان شاهد ارتقای توان و گشتاور خواهیم بود.

بنابراین در موتور ۲GR-FKS پیستون را کروی‎تر طراحی کرده‎اند تا با طراحی تورفته بالای پیستون که منجر به بهبود جریان گردابی داخل سیلندر در جهت اختلاط بهتر هوا و سوخت می‎شود، هماهنگی بیشتر و بهتری داشته باشد. همچنین محفظه احتراق به‌لطف چنین طرحی از پیستون، شکل مخروطی به‌خود گرفته تا راندمان را بهبود بخشد و توان و گشتاور را نیز افزایش دهد. این مهم در جهت کاهش ناک (ضربه‎ای لحظه‎ای به دلیل کاهش اکتان سوخت) در نظر گرفته شده است. از سوی دیگر در موتور ۲GR-FKS ورودی هوا یا مانیفولد ورودی هوا از نوع Siamese بوده که یک ورودی و دو خروجی داشته و این شکل هندسی منجر به اختلاط بهتر هوا و سوخت شده و حرارت را نیز کاهش می‎دهد.

در مقابل به‌لطف بوش سیلندرهای چدنی که دارای ساختار پره‎ای است، چسبندگی بین بوش و بلوک سیلندر کاهش یافته و حرارت به‌شکل بهتری منتقل می‎شود. از سوی دیگر به‌منظور افزایش استحکام و کاهش تنش حرارتی عایقی میان بوش سیلندر و سیلندر تعبیه شده که این مهم سبب کاهش خرابی موتور در دورهای بالاتر نیز می‎شود. همچنین بهترین نوع روغن‌موتور طبق آن‌چه کمپانی تویوتا اعلام کرده ۵W۳۰ بوده که دارای کیفیتAPI SN پلاس است.

توان و گشتاور بر حسب دیاگرام

از آن‌جا که پیشرانه‎های تویوتا به‌سوخت نامرغوب مانند سوخت مورد استفاده در کشورمان و دیگر کشورهای خاورمیانه حساسیت بسیار پایینی دارد، موتور ۲GR-FKS در محصولات تویوتا ECM با حداقل اکتان ۸۷ سازگار شده و در محصولات لکسوس با حداقل اکتان ۹۱ کالیبره شده است. همچنین پیشرانه ۲GR-FKS از سیستم طول متغیر مانیفولد برخوردار است که به‌لطف شیر کنترل هوا دبی ورودی هوا در مانیفولد را کاهش یا افزایش می‎دهد و این متغیرسازی سبب افزایش توان در موتور نیز می‎شود.

ناگفته نماند که سیستم تایمینگ متغیر هوشمند سوپاپ‎ها VVT-i به‌لطف تغییرات مثبت در شیر OCV و چرخ‎دنده VVT و افزایش ۱۲ درصدی دبی روغن‌موتور به‌واسطه اویل‌پمپ (پمپ روغن) جدید مطابق با گفته تویوتا، سبب ارتقای توان و گشتاور در این پیشرانه شده است.

بر این اساس با در نظر گرفتن ساختار ۲۴ سوپاپ روی هر دو میل‌سوپاپ DOHC، سیستم پاشش سوخت مستقیم داخل سیلندر و چند نقطه‎ای D-۴S، نسبت تراکم ۱۱.۸ به‌یک، سیستم طول متغیر مانیفولد ورودی، قطر سیلندر ۹۴ میلی‎متری و کورس پیستون ۸۳ میلی‎متری، توان ۲۳۹ تا حداکثر ۳۳۰ اسب‎بخاری را به‌ترتیب در دورهای ۵۲۰۰ آرپی‎ام (دور در دقیقه) و ۶۲۰۰ آرپی‎ام و گشتاور ۳۶۱ تا حداکثر ۴۲۰ نیوتون‎متری را به‌ترتیب در دورهای ۳۶۰۰ آرپی‎ام (دور در دقیقه) و ۴۸۰۰ آرپی‎ام شاهد هستیم.

جالب است بدانید با استفاده از اکتان ۹۱ دیاگرام توان و قدرت در موتور ۲GR-FKS از ۲۰۰ تا ۲۴۰ اسب‎بخار در دور ۵۰۰۰ تا ۵۲۰۰ آرپی‎ام افزایش می‌یابد که حتی این روند تا مرز ۳۳۰ اسب‎بخار نیز می‌تواند ادامه داشته باشد و به‌محض رسیدن به دور ۶۵۰۰ آرپی‎ام همراه با کاهش پاشش سوخت، قدرت و گشتاور نیز به‌تدریج رو به‌کاهش می‌رود.

درمقابل دیاگرام گشتاور از زمان فشردن پدال گاز و بهبود در روند عملکرد دریچه و کاهش لگ گشتاور از ۳۶۰ نیوتون‎متر در ۳۶۰۰ آرپی‎ام آغاز شده و تا ۴۲۰ نیوتون‎متر در ۴۸۰۰ آرپی‎ام بالا می‌رود و به‌محض رسیدن به دور ۵۰۰۰ آرپی‎ام ابتدا خطی و پس از آن روند نزولی به‌خود می‎گیرد.

سیستم خنک‌کننده و مدیریت حرارت موتور

باتوجه به استفاده از واتر پمپ (پمپ آب) نسل جدید با مکانیزم کنترلر الکترونیکی و اویل‌پمپ (پمپ روغن) نسل جدید که دارای افزایش و بهبود دبی خروجی روغن نیز می‎شود، با ترموستات مکاترونیکی، گرمای موتور به‌خوبی مدیریت می‎شود. به‌طوری که به‌لطف استفاده از چنین ساختاری و تعویض هر ۳ سال یک‌بار مایع خنک‌کننده کولانت هرگز حرارت موتور در حدی افزایش نخواهد یافت که منجر به‌خرابی و ناک در موتور شود. چراکه میان جداره‎های سیلندر دو کانال تعبیه شده که خنک‎کاری را به‌خوبی بهبود بخشیده و منجر به عدم‌چسبیدگی قطعات مانند پیستون به بوش سیلندر می‎شود.