Dlaczego Lexus przechodzi na doładowane silniki?
Przez całe dekady Lexus konsekwentnie wyposażał swe samochody w benzynowe silniki wolnossące – od słynącej z wyjątkowej kultury pracy widlastej ósemki w pierwszym flagowym Lexusie LS 400, po pięciolitrowe V8 w wyczynowych samochodach serii F. Wreszcie w połowie tego dziesięciolecia wprowadził silnik turbo, który z czasem trafił do wielu modeli tej marki.
Kompaktowy crossover Lexus NX został zaprezentowany na międzynarodowej wystawie motoryzacyjnej w Pekinie w kwietniu 2014 roku. Obok wersji hybrydowej NX 300h przedstawiono model NX 200t o napędzie konwencjonalnym, wyposażony w nowatorski, czterocylindrowy silnik z turbodoładowaniem o pojemności skokowej 1998 cm³ i oznaczeniu 8AR-FTS. Jednostka ta, której skonstruowanie zajęło dziewięć lat, była według Lexusa pierwszym silnikiem o zintegrowanym z głowicą kolektorze wydechowym przystosowanym do zasilania turbosprężarki typu twin scroll.
Podobnie jak wcześniejsze silniki rodziny AR, 8AR-FTS ma odlewany ze stopów aluminium blok z żeliwnymi tulejami oraz głowicę. Zarówno średnica, jak i skok tłoków wynoszą 86 mm. Pracą 16 zaworów steruje rozrząd z dwoma wałkami i mechanizmem niezależnej zmiany faz zarówno zaworów ssących, jak i wydechowych (VVT-i). W konstrukcji zastosowano szereg rozwiązań zmniejszających tarcie, w tym wał korbowy przesunięty w stosunku do osi symetrii cylindrów i pompę olejową o zmiennym wydatku. Wał korbowy z kutej stali jest podparty pięcioma łożyskami i wyrównoważony ośmioma przeciwwagami, a dla zniwelowania drgań powodowanych przez siły bezwładności drugiego rzędu w dolnej części skrzyni korbowej umieszczono dwa przeciwbieżne wałki wyrównoważające.
Twin scroll
Zintegrowany w głowicy kolektor wydechowy jest specjalnie przystosowany do zasilania turbosprężarki typu twin scroll i ma dwa kanały, z których jeden obsługuje cylindry zewnętrzne, a drugi wewnętrzne, co pozwala uniknąć interferencji przepływu. Kanały różnią się przekrojem i są ukształtowane tak, że jeden kanał o mniejszym przekroju zapewnia dużą prędkość przepływu spalin przy małych obrotach, a drugi, o większym przekroju, daje odpowiedni przepływ gazów przy dużej mocy. Wypływające z nich gazy trafiają w dwie różne strefy wirnika turbiny, w których jej łopatki są ukształtowane optymalnie do prędkości i ciśnienia gazów. W ten sposób uzyskano niejako dwie turbiny w jednej, gwarantującą bardzo dobrą dynamikę silnika, praktycznie bez tzw. "turbodziury", wysoką moc, a także znakomitą charakterystykę momentu obrotowego w szerokim zakresie obrotów. Dla zapewnienia optymalnych parametrów pracy turbosprężarki, jeden kanał wyposażono w zawór upustowy, a drugi w przewód obejściowy.
Sprężarka uzyskuje obroty do 180 tys. obr./min i wytwarza ciśnienie doładowania do 1,17 bara. Opuszczające ją powietrze jest chłodzone w cieczowym intercoolerze, a jego przepływ reguluje przepustnica sterowana przez elektroniczny system ETCS-i (Electronic Throttle Control - intelligent), uwzględniający oprócz stopnia wciśnięcia pedału przyspieszenia również parametry pracy silnika.
Atkinson i Otto
Do sterowania zmiennymi fazami zaworów ssących zastosowano zaawansowany mechanizm VVT-iW (Variable Valve Timing - intelligent Wide), mogący opóźniać zamknięcie zaworów, co umożliwia realizację zmiany cyklu pracy silnika. Przy uruchomieniu oraz dużym obciążeniu silnik pracuje w konwencjonalnym cyklu Otto, zapewniającym dużą moc. Przy małym obciążeniu, np. podczas spokojnej jazdy szosowej, silnik przechodzi do cyklu Atkinsona, w którym dzięki opóźnionemu zamknięciu zaworów ssących efektywnie skraca się suw ssania w stosunku do suwu pracy. Efektem jest większa sprawność cieplna silnika, a co za tym idzie - mniejsze zużycie paliwa.
Elastyczny wtrysk
Dodatkową poprawę osiągów zapewnia układ wtryskowy ESTEC D-4ST (Economy with Superior Thermal Efficient Combustion Direct injection 4-stroke with Turbo). Wykorzystuje on zarówno wtrysk pośredni do kanałów dolotowych, jak i bezpośredni, wprost do cylindrów, albo - zależnie od sytuacji - tylko wtrysk bezpośredni. Gwarantuje to jednorodność mieszanki przy każdych obrotach i większą dynamikę, moc i moment obrotowy bez wzrostu zużycia paliwa i emisji niepożądanych substancji. Moc maksymalna jednostki to 175 kW (238 KM) w zakresie 4800-5600 obr./min, zaś maksymalny moment obrotowy wynosi 350 Nm w zakresie 1650-4000 obr./min.
Układ ESTEC D-4ST wspomaga także pracę funkcji "Stop & Start", ograniczającej zużycie paliwa w ruchu miejskim. Dokonuje tego przez wtryśnięcie paliwa do cylindra, w którym tłok zatrzymał się pod koniec suwu sprężania, co radykalnie przyspiesza uruchomienie silnika.
Silnik 8AR-FTS okazał się bardzo udany, odznaczając się dynamiką, kulturą pracy i oszczędnością. Dlatego już w rok po premierze Lexusa NX 200t trafił do kolejnych modeli - IS 200t, GS 200t, RC 200t i RX 200t, przy czym w modelach IS, GS i RC jego moc zwiększono do 180 kW (245 KM). W roku 2018 oznaczenia wszystkich modeli z tym silnikiem zmieniono na NX 300, IS 300, GS 300, RC 300 i RX 300.
