آوای ۱۰ سیلندر لکسوس LFA چقدر دلنشین است!
موتور ۱LR-GUE V۱۰ لکسوس LFA یکی از نمونه‌های شاخص در میان پیشرانه‌های تنفس‌طبیعی جهان است؛ موتوری که حاصل هم‌افزایی مهندسان لکسوس و یاماها به شمار می‌رود و به‌واسطه طراحی منحصربه‌فرد خود، واکنش سریع و توانایی دورگیری بسیار بالا را در کنار هم ارائه می‌دهد. لکسوس برای شکل‌دادن به این پروژه، بیش از یک دهه زمان صرف کرد و نتیجه نهایی، پیشرانه‌ای بود که از نظر شخصیت و کارایی، در رده خودروهای سوپراسپرت تعریف تازه‌ای ایجاد می‌کند.
این پروژه در ابتدا با موتور ۸ سیلندر وی‌شکل آغاز شد، اما مهندسان به این جمع‌بندی رسیدند که برای دستیابی به حس و فرم یک سوپراسپرت واقعی، باید سراغ موتوری کوچک‌تر، سبک‌تر و سریع‌تر رفت. در نهایت، پیشرانه ۱۰ سیلندر با حجم ۴.۸ لیتر شکل گرفت تا در کنار قدرت، سرعت پاسخ‌دهی را نیز در سطح موتورهای مسابقه‌ای حفظ کند و به یکی از پیشرفته‌ترین دستاوردهای مهندسی این برند تبدیل شود.
طراحی موتور ۱LR-GUE با آرایش ۷۲ درجه‌ای V۱۰ انجام شده است؛ انتخابی که به بهبود تعادل دینامیکی پیشرانه کمک کرده و امکان کاهش ابعاد موتور را فراهم می‌کند. یکی از دشواری‌های اصلی در ساخت موتورهای V۱۰، کنترل لرزش‌های ناشی از تعداد فرد سیلندرهاست، اما لکسوس با اتکا به طراحی دقیق میل‌لنگ، بالانس شفت‌ها و تنظیم دقیق فرآیند احتراق، عملکردی بسیار نرم و کنترل‌شده را به دست آورده است.
این موتور به‌صورت جلو نصب می‌شود و در پشت محور جلو (Front Mid-Engine) قرار گرفته تا توزیع وزن خودرو بهینه‌تر شود. نزدیکی پیشرانه به مرکز خودرو باعث شده LFA به توزیع وزن تقریبی ۴۸ درصد روی محور جلو و ۵۲ درصد روی محور عقب برسد. همچنین ابعاد بسیار کوچک موتور در مقایسه با حجم و تعداد سیلندرها یکی از مزیت‌های کلیدی آن است؛ به‌گونه‌ای که طول پیشرانه در حد یک موتور V۶ معمولی توصیف می‌شود و زمینه طراحی کاپوت پایین‌تر و آیرودینامیک‌تر را فراهم می‌کند.
یکی از اهداف اصلی در طراحی موتور LFA، کاهش وزن بود؛ موضوعی که لکسوس آن را با استفاده از متریال پیشرفته دنبال کرد. بلوک موتور از آلومینیوم سبک‌وزن ساخته شده تا ضمن حفظ استحکام، وزن کلی کاهش پیدا کند. در همین مسیر، سرسیلندرها نیز از آلومینیوم تولید شده‌اند و بخش‌هایی مانند شاتون‌ها و قطعات متحرک تایمینگ با مواد سبک و مقاوم طراحی شده‌اند تا هم کارایی بالا حفظ شود و هم بار حرارتی و مکانیکی به شکل دقیق کنترل گردد.
در برخی قطعات داخلی از تیتانیوم استفاده شده است؛ به‌ویژه در سوپاپ‌ها که نقش مهمی در افزایش دور موتور بدون بالا رفتن جرم قطعات متحرک دارند. میل‌لنگ نیز با دقت مهندسی تولید شده تا علاوه بر تحمل دورهای بالا، وزن چرخشی کمتری داشته باشد. کاهش جرم قطعات متحرک کمک می‌کند موتور LFA بتواند با سرعت بالا به محدوده قرمز دورموتور برسد؛ در نتیجه، پیشرانه از نظر پاسخ‌دهی و استمرار عملکرد، عملکردی نزدیک به فضای مسابقه ارائه می‌دهد.
موتور ۱LR-GUE با مشخصاتی همچون حجم ۴۸۰۵ سی‌سی، تعداد ۱۰ سیلندر، آرایش V۱۰ با زاویه ۷۲ درجه، قطر سیلندر ۸۸ میلی‌متر و کورس پیستون ۷۹ میلی‌متر ساخته شده است. نسبت تراکم نیز ۱۲ به یک اعلام شده و این ترکیب، با وجود قطر بزرگ‌تر نسبت به کورس، کمک می‌کند ماهیت دوربالای موتور حفظ شود. در مجموع، طراحی آن به موتورهای مسابقه‌ای نزدیک است؛ زیرا کورس کوتاه‌تر، اصطکاک کمتر و قابلیت دورگیری بالاتر را به همراه می‌آورد.
این پیشرانه می‌تواند تا حدود ۹۰۰۰ دور در دقیقه افزایش دور داشته باشد؛ عددی که برای یک موتور جاده‌ای تولید انبوه، حتی در کلاس سوپراسپرت‌ها نیز قابل توجه است. یکی از دلایل عملکرد استثنایی موتور ۱LR-GUE، ساختار پیشرفته سیستم سوپاپ و سرسیلندر به شمار می‌رود. موتور از معماری DOHC بهره می‌برد؛ یعنی برای هر سرسیلندر، دو میل‌سوپاپ (ورودی و خروجی) در نظر گرفته شده و در مجموع ۴۰ سوپاپ وجود دارد.
بر این اساس، برای هر سیلندر چهار سوپاپ شامل دو ورودی و دو خروجی به کار گرفته شده است. این آرایش، علاوه بر افزایش جریان ورود مخلوط هوا و سوخت، خروج سریع‌تر گازهای حاصل از احتراق را ممکن می‌کند. نتیجه چنین طراحی، افزایش راندمان حجمی و توان تولید بالا در دورهای بسیار زیاد است؛ موضوعی که با استفاده از سوپاپ‌های تیتانیومی تقویت می‌شود، زیرا وزن پایین این قطعات امکان حفظ عملکرد دقیق در نزدیکی ۹۰۰۰ دور بر دقیقه را فراهم می‌سازد.
در دورهای بالا، جرم سوپاپ‌ها اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ چون افزایش وزن قطعات متحرک می‌تواند به پدیده‌هایی مانند Valve Float یا شناوری سوپاپ منجر شود. این پدیده در دورهای بالا موجب افت کارایی موتور می‌شود و به همین دلیل، لکسوس راهکار کاهش جرم و افزایش دقت عملکرد را در طراحی سوپاپ‌ها دنبال کرده است تا موتور در تمام بازه دور، کنترل‌پذیری مناسبی داشته باشد.
موتور LFA به فناوری Dual VVT-i مجهز است؛ سیستمی که امکان تغییر زمان‌بندی باز و بسته شدن سوپاپ‌های ورودی و خروجی را بر اساس شرایط کاری موتور فراهم می‌کند. در دورهای پایین، این تایمینگ متغیر باعث تقویت گشتاور و نرم‌تر شدن عملکرد می‌شود. با افزایش دورموتور نیز زمان‌بندی سوپاپ‌ها تغییر می‌کند تا جریان هوا در بهترین حالت ممکن قرار گیرد و موتور بدون نیاز به توربوشارژر، قدرت بالایی تولید کند.
در کنار این فناوری، بخش تنفس موتور نیز طراحی خاصی دارد. مهندسان یاماها در توسعه سیستم تنفس نقش مهمی داشتند و مسیرهای ورودی هوا به شکلی طراحی شده‌اند که محدودیت جریان تا حد ممکن کاهش پیدا کند. هر سیلندر دارای مسیر هوای دقیق و بهینه‌شده است تا هوا با کمترین مقاومت وارد محفظه احتراق شود و طراحی منیفولد ورودی نیز پاسخ موتور به فشار پدال گاز را سریع‌تر می‌کند. برخلاف موتورهای توربوشارژ که برای افزایش قدرت به هوای فشرده اضافی نیاز دارند، موتور LFA تمام توان خود را از طریق احتراق دقیق، دور بالا و تنفس طبیعی به دست می‌آورد.
در حوزه سوخت‌رسانی، موتور LFA از سیستم ترکیبی D-۴S استفاده می‌کند. این فناوری در پیشرانه‌های پیشرفته تویوتا و لکسوس دیده می‌شود و ترکیبی از تزریق مستقیم سوخت داخل سیلندر و تزریق چندنقطه‌ای در مسیر ورودی هوا است. این سیستم در شرایط مختلف رانندگی، بهترین روش تزریق را انتخاب می‌کند تا احتراق دقیق‌تر، کاهش مصرف سوخت و افزایش راندمان موتور حاصل شود.
بر این اساس، توان و گشتاور موتور ۱LR-GUE با توجه به دیاگرام عملکرد در دورهای مختلف، در نهایت به بیشینه ۵۶۰ اسب بخار قدرت در دور حدود ۸۷۰۰ دور در دقیقه می‌رسد. با نزدیک شدن به این نقطه، منحنی توان روندی رو به افزایش دارد، اما از آنجا که ردلاین موتور ۹۰۰۰ دور در دقیقه است، پس از عبور از محدوده نزدیک به ۸۷۰۰ دور، مقدار توان از ۵۶۰ به ۴۸۰ و حتی کمتر کاهش می‌یابد و شیب نزولی شکل می‌گیرد.
در مقابل، رفتار گشتاور متفاوت است. گشتاور ۴۸۰ نیوتون‌متر به محض فشردن پدال گاز و تا رسیدن به حدود ۵۰۰۰ دور در دقیقه روندی نسبتاً خطی دارد. سپس از حوالی ۴۰۰۰ تا ۵۰۰۰ دور، جهش قابل توجهی رخ می‌دهد تا در لحظه، ۴۸۰ نیوتون‌متر گشتاور به راننده ارائه شود؛ ویژگی‌ای که حس کشش سریع و پاسخ فوری را تقویت می‌کند.
یکی دیگر از خصوصیات مهم موتور LFA، شیوه تولید قدرت است. برخلاف بسیاری از موتورهای توربوشارژ که معمولاً در دورهای پایین گشتاور قابل توجهی ارائه می‌کنند، این پیشرانه برای عملکرد هیجان‌انگیز در دورهای بالاتر توسعه یافته است. به بیان دیگر، تمرکز اصلی موتور در بازه‌های میانی تا بالا شکل می‌گیرد و با نزدیک شدن به محدوده ۸۷۰۰ دور در دقیقه، موتور به اوج توان نزدیک می‌شود؛ تجربه‌ای مشابه آنچه در موتورهای مسابقه‌ای دیده می‌شود و راننده را تشویق می‌کند برای استخراج نهایت کارایی، موتور را تا نزدیکی محدوده قرمز دورموتور بالا ببرد.
یکی از مشهورترین ویژگی‌های موتور LFA، سرعت واکنش آن است. لکسوس اعلام کرده بود این پیشرانه می‌تواند تقریباً در ۰.۶ ثانیه از حالت آرام به محدوده دور قرمز برسد. دستیابی به چنین پاسخ سریعی، حاصل استفاده از قطعات سبک، فلایویل کم‌جرم و سیستم کنترل الکترونیکی دقیق است که هماهنگی بین رانندگی و عملکرد موتور را به سطح بالایی رسانده است.
همین ویژگی روی شخصیت صوتی موتور نیز اثر گذاشته است؛ صدای پیشرانه با افزایش دور، از یک غرش عمیق به حالتی نزدیک‌تر به موتورهای مسابقه‌ای فرمول تبدیل می‌شود. در همین راستا، یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های تاریخ موتور LFA، همکاری نزدیک لکسوس با یاماهاست؛ همکاری‌ای که صرفاً به بخش مکانیکی محدود نمی‌شود.
یاماها در توسعه بخش‌هایی از سرسیلندر، سیستم تنفس و حتی کیفیت صدای موتور نقش داشته است. مهندسان یاماها با تکیه بر تجربه طولانی در ساخت موتورهای مسابقه‌ای و نیز سازهای موسیقی، روی شخصیت صوتی پیشرانه کار کرده‌اند تا خروجی نهایی از نظر شنیداری نیز مطابق استانداردهای یک سوپراسپرت واقعی باشد. به گفته کارشناسان، نتیجه این رویکرد، یکی از بهترین صداهای تولیدشده توسط یک موتور V۱۰ در بازار خودروی جهان است.
لکسوس حتی برای انتقال این تجربه صوتی به کابین، از سامانه‌ای مهندسی‌شده برای انتقال صدا استفاده کرده تا راننده ارتباط بیشتری با موتور داشته باشد. هدف این بوده که حس قدرت و سرعت در کنار عملکرد فنی، از طریق شنیدن صدای موتور نیز برای سرنشینان ملموس‌تر شود و تجربه رانندگی کامل‌تر گردد.
در نهایت، یک موتور دوربالای V۱۰ همواره با چالش‌های جدی دمایی روبه‌رو است و بنابراین سیستم خنک‌کاری نقشی تعیین‌کننده دارد. در طراحی موتور LFA، کنترل دما با دقت بالا انجام می‌شود تا موتور بتواند در شرایط فشار بالا، پایداری عملکرد خود را حفظ کند. این رویکرد باعث می‌شود پیشرانه در بازه‌های دور بالاتر، هم از نظر قدرت و هم از نظر دوام، عملکرد یکنواخت‌تری داشته باشد.
