این قوای محرکه تویوتا دیگر مانند قبل از توان و گشتاور پایینی برخوردار نبوده؛ بلکه با حجم موتور کم و تعداد سیلندر پایین، به اندازه یک موتور ۶ سیلندر، قدرت و گشتاور به ارمغان می‌آورد. این غافلگیری تویوتا که از سال ۲۰۲۰ میلادی روی یاریس GR و بعد از آن در سال ۲۰۲۲ میلادی روی کرولا GR قرار گرفت، توانست هر دو خودرو را به سریع‌ترین هاچ‌بک‌های کوچک جهان بدل سازد. بر این اساس موتور سه سیلندر ۱.۶ لیتری G۱۶E توربوشارژ تویوتا در سال ۲۰۲۴ میلادی در لیست ۱۰ پیشرانه برتر جهان قرار گرفت. در ادامه این موتور کم‌حجم با تعداد سیلندر زیاد را بررسی می‌کنیم.

چرا سه سیلندر؟

تویوتا داینامیک فورس (Toyota Dynamic Force) بخش طراحی و مهندسی قوای محرکه این خودروساز خوشنام ژاپنی است.

از آن‌جا که سیاست خودروسازان مطرح جهان بر پاپه و اساس کاهش حجم موتور و کاهش آلایندگی‌ها استوار است، مهندسان مکانیک تویوتا نیز درصدد ساخت یک موتور کم‌حجم با تعداد سیلندر پایین برآمدند. نتیجه مهندسی به‌سبک سامورایی، موتور G۱۶E بود. این موتور توسط مهندسان تویوتا داینامیک فورس به‌صورت اختصاصی برای محصولات GR یا بخش (Gazoo Racing) توسعه پیدا کرد. این پیشرانه برای نخستین‌بار در ژانویه سال ۲۰۲۰ میلادی روی یاریس GR نصب شد تا به‌عنوان عضوی از خانواده GR تویوتا محسوب شود.

ویژگی‌های فنی موثر در موتور G۱۶E

موتور سه‌سیلندر خطی ۱.۶ لیتری G۱۶E نخستین تجربه تویوتا در زمینه موتورهای کم‌حجم توربوشارژ است. پیش از این، تویوتا در زمینه عرضه موتورهای ۲ لیتری توربوشارژ، تجربه خوبی کسب کرده بود؛ اما برای نخستین‌بار بود که تویوتا دل را به دریا زده و با دو تکنولوژی پرخوران توربوشارژ و سیستم پاشش سوخت مستقیم داخل سیلندرها، توان و گشتاور بالایی را فراهم کرده است. حجم پیشرانه G۱۶E، ۱۶۱۸ سی‌سی است. ساختار این موتور خطی بوده و از قطر پیستون‌ ۸۷.۵ میلی‌متری و کورس پیستون ۸۹.۷ میلی‌متری بهره می‌گیرد. مواد استفاده‌شده در ساختار بلوک سیلندر یا بدنه موتور، از جنس آلومینیوم بوده که نکته بسیار مهم درباره این پیشرانه، استفاده از آلومینیوم در ساختار سرسیلندر است.

در علم ترمودینامیک بیان شده که اگر تبادل دمایی صورت گیرد، تنش حرارتی متمرکز بر موتور کاهش می‌یابد. بر این اساس به‌لطف استفاده از مواد آلومینیومی در بلوک سیلندر و سرسیلندر، همچنان شاهد تنش حرارتی بسیار پایینی در موتور سه‌سیلندر تویوتا هستیم. این ساختار سبب شده است قوای محرکه کم‌حجم تویوتا، مشابه سایر خانواده موتورهای بنزینی این کمپانی صاحب‌نام سامورایی باشد. از سوی دیگر یکی از عوامل اصلی تاثیرگذار در توان و گشتاور موتور، طراحی سوپاپ‌هاست.

مهندسان مکانیک بخش تویوتا داینامیک فورس با طراحی چهارسوپاپ به‌ازای هر سیلندر (درمجموع ۱۲ سوپاپ) توانسته‌اند راندمان بالایی ایجاد کنند. مکانیزم حرکتی سوپاپ‌ها DOHC بوده که با سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌های هوشمند الکترونیکی تویوتا VVT-iE می‌تواند میزان هوای ورودی به‌سیلندر و خروجی دود را بهبود بخشد. به‌لطف کاهش حجم سیلندر نسبت به‌حجم فشرده بالای پیستون در زمان نقطه مرگ بالا، نسبت تراکم به عدد ۱۰.۵ به یک رسیده است. این عدد برای پیشرانه پرخوران توربوشارژ یک عدد ایده‌آل و کارآمد است.

ناگفته نماند که سیستم توربوشارژ دارای بلبرینگ از نوع تک (سینگل اسکرول) متعلق به‌کمپانی IHI مدل VB۴۳ و VB۵۰ است که هوای لازم برای ارتقای توان و گشتاور درون موتور را فشرده‌ می‌کند. وجه تمایز توربوشارژ نصب‌شده در موتور سه‌سیلندر ۱.۶ لیتری خطی G۱۶E تویوتا، نصب توربوشارژر کم‌استهلاک باکیفیت کمپانی ژاپنی IHI است.

این کمپانی از سال ۲۰۰۲ میلادی تا به‌امروز بیش از ۴ هزار توربوشارژ برای موتورهای بنزینی طراحی و ساخته است. البته تکنولوژی منحصربه‌فرد تویوتا در این پیشرانه تنها به‌سیستم پرخوران و طراحی سوپاپ و قطر پیستون، کورس پیستون و نسبت تراکم خلاصه نمی‌شود. در این پیشرانه از سیستم پاشش سوخت مستقیم منحصربه‌فرد تویوتا، موسوم به D-۴ST بهره گرفته شده است. این سیستم، سوخت را به‌صورت اتمیزه به‌داخل سیلندر منتقل می‌کند.

همچنین یک انژکتور در داخل سیلندر و یک انژکتور در داخل مانیفولد هوا تعبیه شده تا سوخت مورد نیاز برای حجم ۱۶۱۸سی‌سی G۱۶E تامین شود. همچنین در این پیشرانه از سیستم جرقه‌زنی هوشمند Denso بهره گرفته شده است. کویل‌های هوشمند نیز دارای سنسور تشخیص جرقه داخل سیلندر بوده تا جرقه‌زنی دقیق و به‌موقع صورت گیرد. از نظر سیستم خنک‌کننده و روانکاری نیز این پیشرانه دارای اینترکولر و یک واترپمپ (پمپ آب) الکترونیکی است.

طراحی رادیاتور از جنس آلیاژ آلومینیوم بوده و توسط شرکت Denso طراحی شده است. ناگفته نماند که اویل‌پمپ (پمپ روغن) نسل جدید گریز از مرکز برای این پیشرانه تعبیه شده تا دبی بالایی در زمان جت (پاشش روغن با فشار حداکثر) منتقل شود. روغن‌موتور توصیه‌شده توسط کمپانی تویوتا برای این موتور پرتوان و کم‌حجم از کمپانی موبیل وان است. از نظر سوخت مصرفی نیز تویوتا پیشنهاد استفاده از اتانول را مطرح کرده است.

سبک‌سازی ساختار موتور با فناوری تویوتا

براساس آن‌چه کمپانی تویوتا اعلام کرده، در بخش بلوک سیلندر و سرسیلندر از مواد آلومینیوم بهره گرفته شده است. این ساختار به‌کاهش وزن و افزایش راندمان حجمی کمک بسزایی کرده است. همچنین نصب ECM، کلاچ‌، شمع و فیلترهوا روی موتور، مجموع وزن این موتور سه‌سیلندر خطی ۱.۶ لیتری توربوشارژ با پاشش سوخت مستقیم را به ۱۰۹ کیلوگرم می‌رساند.

گشتاوری معادل یک موتور ۶ سیلندر!

موتور G۱۶E از ویژگی‌هایی مانند بلوک سیلندر و سرسیلندر آلومینیومی، نسبت تراکم ۱۰.۵ به یک، سیستم پرخوران توربوشارژ IHI، سیستم پاشش سوخت مستقیم D-۴ST و سیستم مدیریت هوشمند جرقه Denso برخوردار است. این پیشرانه با حجم موتور ۱۶۱۸ سی‌سی می‌تواند حداکثر ۳۰۵ اسب‌بخار قدرت را در ۶۵۰۰ آرپی‌ام (دور در دقیقه) و حداکثر گشتاور ۴۰۰ نیوتون‌متر را در ۴۶۰۰ آرپی‌ام فراهم آورد.

البته ناگفته نماند که این قدرت و گشتاور به‌کمک اتانول یا کالیبراسیون با شرایط سوختی ژاپن، ایالات‌متحده، اروپا و کانادا فراهم می‌شود. پیشرانه‌هایی که برای خاورمیانه، مالزی، سنگاپور و فیلیپین و مکزیک در نظر گرفته شده، موسوم به G۱۶E-GTS است که می‌تواند ۲۶۸ اسب‌بخار قدرت را در ۶۵۰۰ آرپی‌ام (دور در دقیقه) و حداکثر ۳۷۰ نیوتون‌متر گشتاور را در دور ۴۶۰۰ آرپی‌ام به‌ارمغان آورد.

کمپانی تویوتا موتور G۱۶E-GTS را برای بازار خاورمیانه با بنزین اکتان حداقل ۹۰ نیز کالیبره کرده است. این پیشرانه با استفاده از چنین سوختی می‌تواند حداکثر ۲۶۰ اسب‌بخار قدرت را در ۶ هزار آرپی‌ام (دور در دقیقه) و حداکثر ۳۴۵ نیوتون‌متر گشتاور را در دور ۳۸۵۰ آرپی‌ام به‌ارمغان آورد. از آن‌جا که این موتور دارای سه سیلندر و بالانسرهای پیشرفته است، اتانول برای ترکیب با سوخت بنزین در نظر گرفته شده است.

همچنین گیربکس ۸ سرعته اتوماتیک GR-DAT و گیربکس ۶ سرعته دنده‌ثابت نسل جدید EA۶۷F یا EA۶۸F انتقال قدرت به‌چهار چرخ را برعهده دارد. همچنین موتور G۱۶E تویوتا کاملا ماژولار بوده؛ به این معنا که به‌صورت هیدروژنی و حتی کوپل با موتور الکتریکی برای هیبریدی نیز کار می‌کند.