اذا كان هدف الكثير من صناع السيارات انتاج محركات ذات قوة حصانية ، فهذا يعني عادةً المزيد من اسطوانات المحرك ، والمزيد من الاسطوانات يعني أن العديد من مكونات مجموعة دوران المحرك – المكابس ، والقضبان ، والصمامات ، وأعمدة الكامات ، والعمود المرفقي ، وما إلى ذلك – يمكن جعلها أخف وزناً ، مما يقلل من القصور الذاتي ، ويسمح بسرعات أعلى للمحرك. تويوتا جازو نجحت في السنوات ألأخيرة عندما انتجت محرك قوى 3 سلندرات ، وهو محرك توربو ثلاثي الأسطوانات سعة 1.6 لتر تعتمد عليه ياريس GR .
بداية قصة محرك تويوتا جازو 3 اسطوانات توربو
إن الأسطوانات الثلاث في تويوتا جازو هي بالطبع GTS G16E ، ، والتي ظهرت لأول مرة في ياريس GR ، ووصلت إلى أمريكا مع كورولا GR الجديده . في كورولا ، يولد المحرك 300 حصان و 273 رطل قدم من عزم الدوران و 295 رطل قدم في إصدار موريزو المحدود. تم تطوير هذا المحرك لفئة Rally2″ . ” حيث ركز مهندسو تويوتا جازو على كيفية زيادة إنتاج المحرك إلى الحد الأقصى لتلبية التجانس وزيادة الأداء إلى أقصى حد.”
الحد الأقصى لازاحة المحرك رالي 2 هو مستوى واحد تحت المستوى الأعلى من رالي 1 في مسابقة الرالي التي يقرها الاتحاد الدولي للسيارات FIA . ومثل معظم صيغ السباقات القائمة على إنتاج السيارات ، تتمتع FIA رالي 2 بمواصفات تصميم المحرك . في هذه الحالة ، فإن الأربع أسطوانات يعتبر حد أقصى ، وإزاحة 1630 سم مكعب ، وشاحن توربيني مع مقيد سحب 32 مم. يعني الحد الأدنى للوزن الذي يبلغ 2712 رطلاً والحد الأقصى لنسبة الوزن إلى القوة البالغة 9.2 رطل / حصان أقصى قدرة حصانية تبلغ 290 حصانًا.
تويوتا تسلك طريقا مختلفا
في حين أن الفهم الأساسي لنظرية تصميم المحرك قد يقودك إلى طريق استخدام أكبر عدد من الأسطوانات المسموح بها ، فقد سلكت تويوتا مسارًا مختلفًا . . يقول مهندس تويوتا جازو ساكاموتو إن الفكرة كانت تعظيم حجم التجويف ، وأن عدد المكابس الأقل لإزاحة معينة يعني إمكانية وجود تجويف أكبر بثلاث أسطوانات مقارنة بأربع أسطوانات. يوضح ساكاموتو أن التجويف الأكبر يسمح أيضًا بصمامات عادم أكبر ، والتي تعتبر مهمة بشكل خاص لـ Rally2 نظرًا لقيود السحب الإلزامية. المحرك في جوهره عبارة عن مضخة هواء ، وكلما زاد دخول وخروج الهواء ، زادت القوة التي تحصل عليها. إذا كان تدفق المدخول لديك محدودًا ، فمن المهم أن تحاول التعويض بتدفق العادم. يساعد تدفق العادم الأكبر أيضًا على الدوران إلى الشاحن التوربيني بسرعة أكبر ، مما يحسن من قابلية القيادة.
مزايا المحركات ثلاثية الاسطوانات
تتميز المحركات ثلاثية الأسطوانات بميزة أخرى على الأسطوانات الأربع حيث لا يوجد تداخل مع غاز العادم مما يؤدي إلى ضغط عكسي غير مرغوب فيه كما هو الحال في أربع أسطوانات. يقول ساكاموتو إن هذا يعني أن تويوتا لم تضطر إلى السير في طريق استخدام شاحن توربيني معقد مزدوج التمرير للحصول على مستويات الطاقة المطلوبة مع محاولة تخفيف الضغط المرتد. في GR Corolla ، يعمل نظام العادم الفريد ثلاثي العادم على تقليل الضغط الخلفي مقارنةً بسيارة ياريس .
ياريس وقصتها مع المحرك 3 اسطوانات
وبالحديث عن مسيرة ياريس مع المحرك 3 اسطوانات من المحتمل أن يعرف الكثير أن GR Yaris غير الموجودة في السوق الأمريكية قد تم إنشاؤها كتجانس خاص لسيارة WRC عالية المستوى 2021 ، وهو طراز تم تنقيحه على نطاق واسع مقارنة بـ Yaris القياسي ، مع هيكل جديد بثلاثة أبواب ونظام تعليق خلفي مستقل فريد. لكن تلك السيارة لم تكن لتستخدم مطلقًا محركًا بثلاث أسطوانات ، حيث نصت لوائح عام 2021 على محرك 1600 سي سي رباعي الأسطوانات. تستخدم سيارة تويوتا GR ياريس جي آر رالي 1 الهجينة الجديدة أربع أسطوانات مع سيارتها WRC القديمة أيضًا .
عيوب المحرك 3 اسطوانات
يقول المهندس ساكاموتو إنه ليس غافلًا عن عيوب الأسطوانات الثلاثية مقارنة بأربعة. أكبر مشكلة مع الثلاثي هي الاهتزاز ، لأنه عندما يصل مكبس واحد إلى مركز أعلى ، يكون الاثنان الآخران على بعد 120 درجة من هذا المركز الأعلى . هذا الوضع يؤدى لقوة التواء ، وبشكل أساسي يحاول المحرك قلب نفسه على جانبه ، مما يتطلب عمود توازن. يضيف عمود التوازن بشكل طبيعي تعقيدا اضافيا ، ويزيد أيضًا من وزن المجموعة الدوارة ، مما يقلل من قدرتها على الدوران. ومع ذلك ، كانت الأسطوانات الثلاث هي الحل الصحيح بالنسبة لتويوتا .
في حين أن معظم المحركات ثلاثية الأسطوانات تستخدم عمود توازن ، فإن بعض مصنعي السيارات لديهم حلول إبداعية للالتفاف حولها. تعمل سيارة فورد سعة 1.0 لتر على اختلال التوازن عن قصد لتحقيق نفس التأثير . وفي الوقت نفسه ، تتحرر معظم المحركات ذات الأربع أسطوانات من عدم وجود عمود توازن ، لكن ميتسوبيشي استخدمتها في سياراتها الأربعة ذات الإزاحة الكبيرة في السبعينيات والثمانينيات. وقد رخصت بورش هذه التقنية لأربع تجويفات كبيره خاصة بها في سيارتها 944
تجميع ثلاث أسطوانات من GR Corolla.
للمساعدة في مواجهة الوزن المضاف بواسطة عمود التوازن ولضمان الموثوقية ، تستخدم Toyota الكثير من المواد القوية وخفيفة الوزن في التجميع الدوار لمحرك الثلاث اسطوانات . يقول ساكاموتو إن المكابس في GR Corolla – فريدة من نوعها حتى بالنسبة لما هو مستخدم في GR Yaris – ، لأنها أخف بحوالي 30 بالمائة من مكبس السيارات العادي ، في حين أن صمامات العادم مجوفة ومملوءة بالصوديوم وعمود كامات العادم مصنوع من الفولاذ المطروق. يتم دمج التوربو ذو الكرات الفردية مباشرة في مشعب العادم ، مما يساعد على توفير الوزن وتقليل طول السباكة ، مما يساعد التوربو على إنتاج 25.2 رطل لكل بوصة مربعة من التعزيز (26.3 رطل لكل بوصة مربعة ل موريزو بشكل أسرع. بينما يختلف G16E-GTS عن الكثير من محركات Toyota ، يخبرنا ساكاموتو أنه يستفيد من الكثير من الدروس من محركات القوة الديناميكية فائقة الكفاءة التي تم تطويرها كجزء من منصة الهندسة المعمارية العالمية الجديدة (TNGA) من تويوتا. يتمثل أحد النقاط الرئيسية التي تركز عليها محركات TNGA في ضمان الاحتراق السريع لتعزيز الكفاءة دون التسبب في الخبط. تستخدم الأسطوانات الثلاث أيضًا كلاً من الحقن المباشر للوقود والمنافذ ، وهي سمة مميزة لشركة تويوتا منذ فترة طويلة.