Bilo da se radi o velikom V8 motoru ili malom 3-cilindarskom, Toyota je dugo preferirala atmosferske motore u odnosu na motore s prisilnim punjenjem.
Dok su legendarni motori 2JZ i 1JZ iz starijih Supra modela i dalje privlačili pažnju prosječnog auto entuzijasta (kao i vrhunsku cijenu), nije bilo mnogo motora s prisilnim punjenjem od vremena kada je stara generacija sportskog automobila povučena s tržišta.
Naravno, bilo je još nekoliko Toyota vozila s turbopunjenjem u to vrijeme, pri čemu je turbo MR2 vjerojatno drugi najprepoznatljiviji model nakon Supra GT. Ali osim ta dva modela, nekoliko slabo uspješnih turbo 4-cilindarskih pickup vozila sredinom 1980-ih te izvrsne, ali i nedostižne Celice All-Trac, Toyota vozila su uglavnom bila atmosferska.
Tek 6. srpnja 2014., punih 12 godina nakon povlačenja Mark-IV Supru, Toyota je objavila da je izbacila novi turbo automobil namijenjen sjevernoameričkom tržištu. Riječ je o Lexus NX 200t iz 2015. godine, luksuznom kompaktnom CUV-u, koji je zapravo bio prvi automobil koji sam ikada testirao i recenzirao za auto publikaciju.
Kada je Toyota sljedeće godine najavila povratak u Svjetski reli, imali smo velike nade da će 2015. biti godina povratka All-Trac modela u nekom obliku. Nažalost, trebalo je još oko pola desetljeća dok se nešto konkretno nije dogodilo.
Rally utrkivanje i inženjering – s malim trikom
Turbo automobil koji je iz toga proizašao bio je GR Yaris, a u njegov razvoj Toyota je unijela sve što je naučila kroz godine iskustva u WRC-u, uključujući i veliko timsko slavlje osvojenim konstruktorskim naslovom na Svjetskom prvenstvu u reliju 2018. godine. Ta su znanja zatim primijenjena na platformu koju je proizvođač automobila opisao kao: „…novi cestovni automobil koji je ujedno prikladan za natjecateljsku vožnju i pristupačna opcija za kupce.“
Kao prvi sportski automobil koji je Toyota u potpunosti samostalno razvila nakon više od 20 godina, GR Yaris je izrađen od nule i konstruiran za natjecanje na najvišim razinama. Toyotini su inženjeri počeli primjenjivati profesionalne povratne informacije vozača na razvojne prototipove.
Odabrali smo ovaj motor zbog njegove male mase i kompaktnih dimenzija, što ga čini jednostavnim za ugradnju, dok je izostanak smetnji s ispušnim plinovima olakšao postizanje snage.
Ali evo što je zanimljivo: Toyota nije napravila ovaj trocilindrični hot hatch samo iz zabave. Trebao im je automobil koji je ujedno bio i donekle pristupačan. Sjećaš li se one Toyotine izjave o tome kako trebaju izraditi automobil koji bi mogao predstavljati „…pristupačnu opciju za kupce…” uz svu tu vrhunsku izvedbu?
Kao japanski proizvođač, Toyota je morala razviti platformu koja će imati smisla i s financijskog aspekta za kupce na domaćem tržištu. Jer Japan je zemlja u kojoj se ne oporezuje samo ukupna veličina i masa vozila, već i zapremina motora.
Nakon intenzivnih pregovora s upravnim tijelom Svjetskog prvenstva u reliju, Toyota je dobila dopuštenje da svoj trocilindrični, 12-ventilski motor prijavi za utrke Rally 2 (nekadašnji R5), u kojima se pokazao iznimno uspješnim.
Toyota pojednostavljuje i ide ravno do pobjede u reliju
Toyota je znala da bi izgradnja snažnog turbo motora temeljenog na postojećem 2.0-litrenom četverocilindrašu japanskim kupcima donijela znatno veće porezne troškove. To bi moglo predstavljati i problem za laganu i malu šasiju Yarisa, pa je inženjerski tim odlučio uzeti najmanji motor iz Toyotine ponude – i doslovno ga preinženjerski doraditi do krajnjih granica.
Označen kao G16E, ovaj 1.6-litreni turbo trocilindraš već je na papiru nudio ogroman potencijal, a u testiranjima i natjecateljskoj primjeni pokazao se izuzetno laganim i pouzdanim. Po predstavljanju 2020. godine, motor G16E-GTS slavljen je kao „najmoćniji trocilindrični motor na svijetu, a ujedno i najmanji i najlakši 1.6 turbo.“
S maksimalnih 257 konjskih snaga i 360 Nm okretnog momenta, ovaj je motor omogućio vozačima GR Yarisa ubrzanje do 100 km/h za samo 5,5 sekundi, uz elektronički ograničenu maksimalnu brzinu od 230 km/h.
Osnovni zahtjev za motor GR Yarisa bio je sportski agregat koji će pružiti izvanredno, snažno ubrzanje i uzbudljiv osjećaj neprekidne snage, u skladu s oznakom ‘GR’.
Znanost iza motora G16E-GTS
Kad je GR Yaris prvi put izašao na tržište, imao je najsnažniji trocilindrični motor u proizvodnji, kao i titulu najmanjeg i najlakšeg 1.6 turbo motora na tržištu. To je kasnije nadmašio njegov veći brat, GR Corolla hatchback, o kojem ćemo uskoro govoriti.
Da bi svih 257 konjskih snaga bacilo vozača u sjedalo pri 6.500 okretaja u minuti, te da bi okretni moment bio dostupan u rasponu od 3.000 do 4.600 okretaja, Toyota je morala primijeniti mnoštvo tehnologija iz motosporta. Neke od tih tehnologija ističu se kao pravi primjer inženjerskog “overkilla” u najčišćem smislu performansi — ali su istovremeno vrlo promišljene i učinkovite.
Kako bi performanse sigurno pronašle svoje mjesto u tako malom motoru, Toyota je znala da G16E motor mora biti što čvršći, a istovremeno ultra lagan. Zato je izrađen blok u tri dijela, povezan velikom nosivom obujmicom (bearing girdle) koja sve drži na okupu.
Debljina vanjskog zida bloka s otvorenim dekkom smanjena je, a kovanog čeličnog radilice preinačena je za manju rotacijsku masu i veću čvrstoću, pri čemu je pomaknuta za deset stupnjeva u odnosu na cilindre. Kako je riječ o trocilindrašu, Toyota je ugradio balansne osovine za ublažavanje vibracija.
Pistonske suknje dobile su tretman niskog trenja, a glavni ležaj je optimiziran kako bi se smanjio rizik od nedostatka ulja i pregrijavanja. Uz to, korištene su visokokvalitetne kovane klipnjače, hidraulični podešivači zazora ventila, lagani klipovi s omjerom kompresije 10.5:1, te šuplji bregasti vratilo sa blago udubljenim radijusom i VVT-i sustavom, koji je zamijenio konvencionalni lijevani i obrađeni VVL dizajn.
Dodajte malo jednostavne turbo punjačke žestine
Turbo punjač s jednim scrollom na motoru najbolje radi u višem rasponu okretaja, ali nije ni spor poput velikog puža. Ovaj je dizajn odabran zato što trocilindrični motor ima samo jedan red cilindara, pa bi twin-scroll turbo bio potpuno nelogičan.
Kao i kod mnogih modernih turbo motora, turbo je integriran u ispušni kolektor, što smanjuje težinu i bolje kontrolira plinove koji prolaze kroz wastegate, omogućujući brže zagrijavanje katalizatora. Istovremeno, intercooler s protokom preko presjeka smanjuje gubitke pod niskim pritiskom i povećava kapacitet hlađenja. Na visokoperformansnom modelu “RZ” standardno je ugrađen i zračno hlađeni intercooler s funkcijom prskanja vode za dodatno hlađenje.
Toyota koristi takozvane „otpornosti na trošenje abradabilne brtve“ i kuglične ležajeve kako bi povećala učinkovitost kompresora i smanjila trenje. Budući da je turbo integriran u ispušni kolektor, Toyota je utvrdila da postavljanje ventila za kontrolu wastegatea blizu turbo punjača dodatno smanjuje turbo-lag kada ispušni plinovi prolaze kroz turbinu.
Poboljšano podmazivanje i hlađenje
Turbo punjač s jednim scrollom na motoru najbolje radi u višem rasponu okretaja, ali nije ni spor poput velikog puža. Ovaj je dizajn odabran zato što trocilindrični motor ima samo jedan red cilindara, pa bi twin-scroll turbo bio potpuno nelogičan.
Kao i kod mnogih modernih turbo motora, turbo je integriran u ispušni kolektor, što smanjuje težinu i bolje kontrolira plinove koji prolaze kroz wastegate, omogućujući brže zagrijavanje katalizatora. Istovremeno, intercooler s protokom preko presjeka smanjuje gubitke pod niskim pritiskom i povećava kapacitet hlađenja. Na visokoperformansnom modelu “RZ” standardno je ugrađen i zračno hlađeni intercooler s funkcijom prskanja vode za dodatno hlađenje.
Toyota koristi takozvane „otpornosti na trošenje abradabilne brtve“ i kuglične ležajeve kako bi povećala učinkovitost kompresora i smanjila trenje. Budući da je turbo integriran u ispušni kolektor, Toyota je utvrdila da postavljanje ventila za kontrolu wastegatea blizu turbo punjača dodatno smanjuje turbo-lag kada ispušni plinovi prolaze kroz turbinu.
Što se tiče hlađenja motora, ono počinje s dva hladnjaka (hlađenja) u glavi cilindra, umjesto samo jednog. Također, ugrađen je i aluminijski hladnjak ulja hlađen vodom, koji omogućava visoku učinkovitost izmjene topline i disipaciju. Ova jedinica je postavljena prije glavnog filtera ulja kako bi se smanjio rizik od zaglavljivanja ležajeva zbog nečistoća u ulju, a nalazi se unutar izlaza vodene pumpe, što dodatno poboljšava performanse i učinkovitost hlađenja.
Za dodatnu sigurnost, ugrađeno je ukupno devet prskalica za ulje, a u sustav je dodana i velika vodena pumpa s pogonom na remen, koja može podnijeti veća opterećenja i osigurava bolje hlađenje.
Napajanje gorivom
Kombinacija direktnog i portnog ubrizgavanja goriva koristi visokotlačni (22 MPa) D4-S sustav za finiju atomizaciju prskanja i bolju izgaranje. Unutar komore za izgaranje primjenjuje se visokoturbulentan dizajn protoka zraka, a inženjeri Toyote razvili su šest-rupe prskalice koje ne ometaju rad ventila, što omogućava niže emisije, a istovremeno zadržava visoke performanse.
Portno ubrizgavanje vrši se kroz niz dugih mlaznica s deset rupa, a svaki usisni kanal je precizno obrađen kako bi se smanjilo prianjanje goriva uz zidove. Toyota tvrdi da je svaki pokretni dio i magnetski sklop u ovom gornjem dijelu motora dizajniran imajući na umu temperature i zahtjeve rally natjecanja. Kao dodatak, to je vozilo učinilo znatno štedljivijim na cesti te dodatno smanjilo emisije zahvaljujući posebnim visokoučinkovitim paljenjima s visokim naponom.
Sistem usisa zraka i ispuh
Zbog ekstremnih performansi motora G16E, morali su se redizajnirati i sustavi usisa zraka i ispuha. Ulazni kanali obrađeni CNC strojem su precizno prošireni i polirani, uz povećane kutove ventila radi bolje turbulencije zraka, ekscentrične sjedalice ventila i veći, natopljeni natrijem ispušni ventili su također uvedeni, dok je ispušni sustav optimiziran za što slobodniji protok i smanjenje povratnog tlaka. Ovo je četveroventilski dizajn, pa motor ukupno ima dvanaest ventila.
Premještanjem akumulatora na stražnji dio vozila omogućio se veći sustav usisa zraka koji smanjuje gubitke pri niskom tlaku. Prema Toyoti, kapacitet usisa zraka doseže do 10,8 litara zraka. Filter zraka sastoji se od zvučnih materijala, nekoliko slojeva posebnog papira i ultra-fine vlaknaste kompozitne konstrukcije koja sprječava ulazak sitnih čestica i nečistoća. Budući da je ovo automobil inspiriran rallyjem, filter je opremljen i “hydro-lock” sigurnosnim sustavom za razdvajanje zraka i tekućine, što ga čini spremnim za rally uvjete.
Kad je došlo vrijeme da se ovaj potpuno novi motor ugradi u snažno ojačanu šasiju Yarisa, Toyota je upotrijebila potpuno redizajniran sustav nosača motora. Desni nosač bio je hidrauličkog tipa, što je smanjilo razinu buke, vibracija i grubosti (NVH) pri jakom pritisku na gas i u praznom hodu. Promjenom opružne krutosti gumenog nosača, Toyotini inženjeri otkrili su da se može poboljšati odziv i osjećaj pri ubrzanju, bez značajnog povećanja vibracija, a istovremeno se smanjuje rizik od uvijanja motora kada se papučica gasa pritisne do kraja.
Uveden je i par aluminijskih torzijskih nosača koji služe kao čvrsta, ali lagana potpora, smanjujući i masu i krutost sustava. To je omogućilo pomicanje motora unazad u motornom prostoru, što je dodatno poboljšalo raspodjelu mase, ravnotežu vozila i snizilo težište automobila.
Snaga GR Corolle: Toyota podiže ljestvicu
Iako točne brojke od strane Toyote još nisu objavljene, može se pretpostaviti da će Yaris dobiti istih 300 konjskih snaga i 370 Nm okretnog momenta. To je 185,4 konjske snage po litri, za one koji vole malo računati tijekom pauze za ručak.
