Pięciolitrowy silnik V8 Lexusa
Pięciolitrowy, wolnossący silnik został skonstruowany dla Lexusa IS F, pierwszego modelu ze sportowej rodziny Lexus F. Po supersamochodzie LFA, który został wyposażony w jedyną w swoim rodzaju jednostkę V10, ulepszoną wersję pięciolitrowego V8 Lexusa otrzymały dwa kolejne modele – RC F i GS F, a potem również nowy Lexus LC. Przyjrzyjmy się bliżej tej konstrukcji.
2UR-GSE powstał jako rozwinięcie silnika 1UR-FSE - 90-stopniowej widlastej ósemki o pojemności skokowej 4,6 litra, napędzającej flagowego Lexusa LS 460. Aby uzyskać bardziej sportowe osiągi, wprowadzono doń szereg zmian, w szczególności zastosowano zupełnie nową, opracowaną wspólnie z Yamahą głowicę z kanałami dolotowymi o dużej przepływności oraz większymi, szerzej otwierającymi się zaworami.
Odlewane ze stopów aluminium bloki silnika wyposażone są w cienkościenne tuleje cylindrów, których chropowata powierzchnia zewnętrzna zapewnia lepszy kontakt z blokiem. Średnica cylindra wynosi 94 mm, a skok tłoka 89,5 mm. Na zewnętrznych ściankach bloków umieszczono wzmacniające żebra.
Stalowy wał korbowy ma sześć przeciwwag i jest podparty na pięciu panewkach. Powierzchnie ślizgowe wykonane ze stopu aluminium panewek są pokryte tworzywem sztucznym zmniejszającym tarcie i zwiększającym trwałość. Kute korbowody powstają metodą spiekania proszków ze stopu żelaza. W denkach tłoków ukształtowane są komory spalania i wycięcia pod grzybki zaworów. Tłoki chłodzone są od spodu czterema strumieniami oleju.
Wykonana ze stopów aluminium głowica spoczywa na trójwarstwowej, laminatowo-stalowej uszczelce z wkładkami wokół cylindrów. Dla poprawy chłodzenia między świecami zapłonowymi a kanałami wylotowymi umieszczono płaszcz wodny. Pokrywę głowicy wykonano ze stopu magnezu.
Każdy rząd cylindrów ma dwa wałki rozrządu. Wałek zaworów ssących napędzany jest łańcuchem, a z niego napęd przekazywany jest drugim łańcuchem na wałek zaworów wydechowych. Każdy cylinder ma dwa zawory ssące i dwa wydechowe. Dźwignie zaworowe podparte są na łożyskach igiełkowych. Luzy zaworowe kasowane są hydraulicznie ciśnieniem oleju silnikowego. Silnik wyposażono w tytanowe zawory ssące, a grzybki zaworów wydechowych wykonano z wytrzymałej na wysokie temperatury stali wysokoniklowej.
Zmiennymi fazami rozrządu steruje podwójny mechanizm VVT-i z VVT-iE. (Variable Valve Timing - intelligent / Variable Valve Timing - intelligent Electric). Hydrauliczny system VVT-i steruje wyprzedzeniem lub opóźnieniem otwierania i zamykania zaworów wydechowych, zaś opóźnienie lub wyprzedzenie faz zaworów ssących reguluje mechanizm z silnikiem elektrycznym, działający również przy prędkościach obrotowych poniżej 1000 obr./min.
W silniku 2UR-GSE zastosowano podwójny układ dolotowy. Przy niskich prędkościach obrotowych wykorzystywana jest główna część układu, zapewniająca w tych warunkach duży moment obrotowy. Przy większych prędkościach obrotowych czynne są obie części układu dolotowego, dając optymalny dla dużej mocy przepływ powietrza.
Układ wtrysku paliwa D-4S (Direct-injection 4-stroke Superior) wykorzystuje po dwa wtryskiwacze na cylinder. W kanale dolotowym znajduje się wtryskiwacz o 12 otworkach pracujący z ciśnieniem 4 barów, zaś pracujący z ciśnieniem 130 barów wtryskiwacz z dwiema szczelinami o wymiarach 0,52 na 0,13 mm wtryskuje paliwo w formie dwóch wachlarzy bezpośrednio do komory spalania. Paliwo wtryskiwane wprost do cylindra podczas suwu ssania powoduje chłodzenie zasysanego powietrza, co zwiększa ilość mieszanki.
Przy uruchamianiu zimnego silnika układ D-4S wtryskuje paliwo do kanału dolotowego podczas suwu ssania i wprost do komory spalania w czasie suwu sprężania, wytwarzając bogatą mieszankę o proporcjach 15-16:1, co ułatwia rozruch. Na obrotach jałowych używany jest tylko wtrysk bezpośredni, dając mniejsze zużycie paliwa. Przy średnich obciążeniach i obrotach silnika paliwo jest wtryskiwane przez oba wtryskiwacze podczas suwu ssania, tworząc mieszankę o proporcjach 12-15:1, co obniża zużycie paliwa oraz emisję tlenków azotu i niedopalonych węglowodorów. Przy dużym obciążeniu silnika wtrysk paliwa odbywa się przez oba wtryskiwacze podczas suwu ssania, zapewniając dodatkowe chłodzenie i wytworzenie mieszanki o proporcjach 11,8:1, a także zapobieganie spalaniu stukowemu przy większym stopniu sprężania.
Wykonany ze stali nierdzewnej układ wydechowy obejmuje podwójny kolektor skonstruowany w ten sposób, że najpierw łączone są ze sobą wydechy cylindrów najbardziej "odległych" pod względem kolejności zapłonu, co minimalizuje interferencje ciśnień i zapewnia maksymalną równomierność przepływu spalin. Wyloty kolektorów łączą się ostatecznie w jeden przewód, który potem rozdwaja się na dwa tłumiki, z których każdy ma dwie rury wydechowe.
W Lexusach RC-F i GS-F zastosowano ulepszoną wersję silnika 2UR-GSE o stopniu sprężania zwiększonym z 11,8 do 12,3, większej mocy i mniejszym zużyciu paliwa. Kluczem do zmniejszenia zużycia paliwa była modyfikacja systemu sterowania rozrządem, umożliwiająca pracę zarówno w cyklu Otto, jak i Atkinsona.
Większą moc maksymalną uzyskano przez zwiększenie obrotów maksymalnych z 6800 do 7300 obr./min. Było to możliwe dzięki zmniejszeniu masy kluczowych części ruchomych, w tym wału korbowego, korbowodów, tłoków z pierścieniami oraz elementów rozrządu. Zwiększono także ciśnienie wtrysku do 180 barów i zastosowano nowe wtryskiwacze. Zoptymalizowano również układ dolotowy i wydechowy. W ten sposób zwiększono moc z 311 kW przy 6600 obr./min do 351 kW przy 7100 obr./min i moment obrotowy z 505 Nm przy 5200 obr./min do 530 Nm w zakresie 4800-5600 obr./min.
Kolejną modernizację silnika przeprowadzono przy okazji zastosowania go w nowym flagowym coupe Lexus LC - optymalizacja układów dolotowego i wydechowego umożliwiła dalsze zwiększenie osiągów. Dalszy rozwój najmocniejszych silników Lexusa idzie już jednak inną drogą - w piątej generacji flagowej limuzyny Lexus LS wolnossące V8 zastąpiono V6 z podwójnym turbodoładowaniem.
