A Lexus története, F1 projekt

Arra gondoltunk, hogy a Lexus történetének és az F1 projektnek a Magyar Lexus Klub honlapján kiemelt szerepet szánunk és részletesebben tárgyaljuk, mivel ez volt az a vállalkozás, ami elindította a siker útján a Lexust.

Bevezetés
I. Döntés az F1 projektről
II. Akik a Lexus LS400 fejlesztése mögött álltak
III. Design
IV. Motor

IV. Motor

Az 1UZ-FE motor fejlesztése nagyon érdekes, hosszadalmas és drága folyamat volt. Mit jelent az 1UZ-FE a Toyota motorkódolási nómenklatúrában? 1= első generációs blokk, UZ- A V8 motorcsalád kódja F-- narrow angle economy twin cam head, E -- Electronic Fuel injection

Elöljáróban néhány adat a motorról: 4000ccm, 250 LE, V8, 10:1 kompresszió arány, 32 szelep 900 db prototípust gyártottak, a fejlesztése 400 millió dollár volt, volt olyan példány, amelyet teljes terhelésen, olajcsere nélkül 150.000 km-nek megfelelő ideig hajtottak, hogy extrém kopást modellezzenek, akkora igény volt a motorra, hogy a Toyota úgy döntött, hogy külön egységként is forgalmazza (hajókba, terepjárókba, versenyautókba építették) 1997-ben kisrepülőgépbe, 1998-ban motorcsónakba is beépítették ezt a motort.

Fejlesztés:

Az előző fejezetekben már említett célok, miszerint 250 km/h végsebességet kellett elérnie, max. 58 decibel lehetett 60 Mph-100 km/h esetén a vezetőülésben mért zaj, 22,5 mérföldet, vagy többet kellett megtennie 1 gallon benzinnel (10,5 l/100km, vagy kevesebb). Ez utóbbira azért volt szükség, mert amennyiben ennél kevesebbet megy el 1 gallon benzinnel, akkor 3850 USD adó súlytotta volna az autó alap árát (gas guzzler tax). Erről még lesz szó később. Nagyon sok vita folyt a motor méretéről. Azért, hogy kellően attraktív legyen és a luxus kategóriába betörjön, V8-as blokkban gondolkodtak. Shoji Jimbo kategorikusan kijelentette, hogy mivel a sportautók és nagy amerikai luxusautók V8-as blokkal szereltek, az LS-nek is V8 elrendezésűnek kell lennie. A cél viszont a fogyasztás csökkentése, a teljesítmény növelése volt, ami állandó fejfájást okozott a mérnököknek. Az 1990-es évekből előkerült belső feljegyzésekből kiderült, hogy az 1989-es bemutató előtt 13 hónappal kapta csak meg a zöld utat a motor végleges mérete. 1988 áprilisában döntötték el, hogy 4000 ccm lesz a hengerűrtartalom. 13 hónap alatt kellett véglegesíteni a motort. Kezdték 3000 ccm-rel, ez a térfogat nem volt elegendő, hogy a 250 km/h sebességet hozza. Megállapodtak, hogy minimum 3500 ccm lesz, de a túl nagy térfogat olyan mértékben növeli a gyártási költségeket, hogy olyan belépő modell árat kellett volna kérni, ami a vevőket elriasztotta volna. A megoldást az hozta, hogy a Toyota vezetősége egy testvérmodell elindítását engedélyezte, így azoknak, akik nem engedhették volna meg maguknak az LS-t, viszont a Camry-nél magasabb luxusra vágytak, volt alternatíva. Ez volt a Lexus ES, amit lényegében egy Lexus köntösbe bújtatott Toyota Camry.

Mivel az ES (2500 ccm) lett az új, alacsony lökettérfogatú belépőmodell, így Suzuki szabad kezet kapott az LS motortérfogatát illetően. A marketingesek nagy lehetőséget láttak abban, hogy amennyiben sikerül az LS-t kivenni a nagy adót fizetők közül (a fogyasztást 10,5 l/100 km alatt marad), az igen nagy marketing előnyt jelentene a konkurenciával szemben, attól függetlenül, hogy a luxus szegmens ügyfelei megengedhették volna ennek az extra adónak a kifizetését és a magasabb fogyasztást. Az alacsony fogyasztáspresztízs kérdéssé vált. 1985 júliusában egy korai LS prototípust 3500 ccm-es motorral szereltek, az autó tömege 1900 kg volt és 20,5 mérföldet tudott megtenni 1 gallon benzinnel (11,5 l/100km). Suzuki nagyon csalódott volt, még nagyobb nyomást helyezett a csapatára. Yoshihiko Dohi főtervező 3800 ccm-t javasolt, ez a prototípus 1985 őszére elkészült, majd 1986 áprilisig tovább finomították. Minden készen állt arra, hogy az utolsó teszteket elvégezzék, mielőtt megrendelik a motor sorozatgyártásához szükséges szerszámokat. A konkurencia viszont közbeszólt. Az a hír járta, hogy a Nissan luxusmárkája (Infinity) az új modellbe 3000 ccm feletti blokkot tervezett. Suzuki feltette a kérdést: Mi van akkor, ha a Nissan 4000 ccm fölé megy, ebben az esetben az LS 3800 presztízs hátrányba kerülne. Kiadta az utasítást, hogy 4000 ccm-re emeljék a térfogatot, ami az adómentes zónában tartja az autó paramétereit, és emellé meghatározta, hogy az autó össztömege nem haladhatja meg az 1918 kg-ot. A döntés helyesnek bizonyult, ugyanis az Infinity Q45 4500 ccm-rel került piacra.

Az első modellek utáni 16 hónapban 8 formális megbeszélés volt, amikor teljes méretű modelleket mutattak be, de mind megbukott a vezetőség előtt. Volt olyan, amelyik a Cressida-ra hasonlított .

1985-ben Eiji Toyoda felismerte, hogy az olajválság után a piac az erősebb motorok felé fog indulni, és ebben a Toyota-nak az élen kell lennie. A nagy és erős motor viszont hangosabb is, viszont az F1 projekt elején kitűzött alap elvárások nem változtak. Erős, 4000 ccm-es motor, 250 km /h, 10,5 l/100 km fogyasztás, 100 km/h-nál 60 decibel zaj a vezetőülésben. A mérnökök szerint ez akkor olyan volt, mintha egy bálnát kellene egy matchbox-ba beültetni. Az akkori technológiával ez elérhetetlen volt. Az előzőleg említett 300 szabadalom nem kis része azért került bejegyzésre, mert a fenti eredményeket mégis elérték új technológiák kidolgozásával. Ebben az utastér hangszigetelésére használt szendvics szerkezetnek és a lent említett alumínium öntési eljárás molekuláris újragondolása is segített. Az autó súlya alapvető tényező a paraméterek javítására (sebesség, fogyaszás), így Suzuki azt a döntést hozta, hogy minden olyan módosítás, ami 10 grammal növeli az autó súlyát az ő személyes jóváhagyását igényli. Suzuki 1918 kg-ban maximálta az LS súlyát, míg a végeredmény 1705 kg és az átlagfogyasztás 23,5 mérföld/gallon (10,05 liter/100 km) lett. (BMW 735i: 19 mpg 12,4 l/100 km, Mercedes Benz 420 SE: 18 mpg 13, 1 l/100 km)

Ehhez hozzájárult, hogy alumíniumból készítették a motorblokkot, a hengerfejeket, olajpumpát, olajteknőt, szívósort, dugattyúkat, szelep emelőket és vízpumpát. Mivel 32 szelepes (hengerenként 4) elektronikus, közvetlen befecskendező rendszert terveztek, ez a teljesítményt igen (250 LE), viszont a fogyasztást nem növelte.

A motorzaj csillapítása érdekében nem vezérműláncot, hanem szíjat használtak. Ezzel jelentős súlyt is megtakarítottak. A szíjat Aramid rosttal erősítették meg, amit az űrtechnikában és a hadseregnél alkalmaztak akkoriban. Platina gyertyát használtak, ami kétszer olyan hosszú élettartamú volt (60.000 mérföld), mint a hagyományos gyújtógyertya.

Új öntési eljárás:

Sikerült lefaragni 30%-kal a motorban levő hézagok nagyságát. Ezt úgy érték el, hogy seciális alumínium öntvényt használtak a dugattyúkhoz, hengerfejhez, blokkhoz (Hypereutectic, Eutectic= atomok és molekulák homogén keverékét jelenti a görög eu= easy, tectic= melting szavakból származik.). A hypereutectic öntvényt úgy készítik, hogy az alumíniumhoz szilíciumot kevernek. 12% szilícium az általános, ha 25%-ra növelik, akkor az öntvény gyengül, így 16-19% lett az az optimális mennyiség, amit felhasználtak. Az eutektikus hőmérsékleten ez az alumínium és szilícium keverék egyszerre olvad meg, ami ahhoz járul hozzá, hogy homogén az öntvény.

A hengerfalat parafával polírozták tükörsimára.

A felületkezelési technológia lényege, hogy hónolás után a primer szilícium kristályok körül elhelyezkedő lágyabb alumíniumot mechanikus vagy vegyi kezeléssel mélyítik, ezáltal a felületet a nagy keménységű szilícium krisztallitok alkotják, a kenőanyag tapadásának kedvező mélyített üregekkel együtt válik súrlódás szempontjából optimálissá a felület.

(Mindig elgondolkodtam a motoradalékok létjogosultságán, amikor teflon, vagy egyéb réteggel, tükörsima felületekkel kecsegtettek. Sima felületen az olajfilm sem marad meg, így tribológiai szempontból rosszabb helyzetbe hozhatjuk a blokkot, ha adalékot használunk.)

Ez az ábra mutatja, hogy a hónolt szilícium rész sima felülete kiemelkedik (kb. 0,5 mikrométeres felületek), így jut hely az olajfilmnek, ami hűtés és kenés szempontjából rendkívül fontos.

A hőtágulás csökkentésével precíz megmunkálással 30%-kal csökkentették a dugattyú és hengerfal közötti hézagot, ami hozzájárult a fogyasztás csökkentéséhez és teljesítmény növeléséhez. Ehhez viszont egy teljesen új gyártási eljárást kellett kidolgozni, új megmunkáló gépek és szerszámok, új melegítési és hűtési technológiák bevezetését igényelték.

Új eljárást fejlesztettek ki, hogy a motorblokk alumínium öntvénye a legmagasabb minőségi elvárásnak is megfeleljen. Mivel öntéskor légbuborékok (zárványok) keletkezhetnek, így nem kiszámítható módon az öntvény gyengülhet, mivel a légzárványok gyenge pontokká válhatnak.

Az új eljárás lényege az alacsony nyomású vákuum használata volt. Nem öntötték, hanem felszívták az alumíniumot a formába, így elkerülték a turbulenciát és a következményes légzárványokat. Ezt a technikát használták már az LS400-nál is 1989-ben.

A fent részletezett, két lépésben felületkezelt blokkot automata ellenőrzi, míg a készre szerelt motort technikus hallgatja végig.

Lexus Takumi (szerelő) Toshimitsu Kayashima így összegzi: Egy karmester meghallja, ha a zenekarában egy hangszer nem úgy szól, ahogy kellene, annak ellenére, hogy az összes egyszerre szól. Hasonlóan a motor ellenőrzése során a Takumi 20 különböző motorhangot képes megkülönböztetni, ami egyszerre jelentkezik (csapágyak, szelepek stb.) ezen felül mindezt úgy, hogy a hangok tónusa változik a fordulatszám fügvényében. Erre nagyon kevés Takumi volt képes.

A TRD (Toyota Racing Development) amerikai elnöke David Currier egy 2007-es interjúban megjegyezte, hogy az 1UZ-FE blokkot arra tervezték, hogy GT500-as versenyeken is használhassák. Ehhez például 6 db csavart használtak felfogatásonként és 5 helyen csapágyazták a főtengelyt. Ilyen eljárást kizárólag versenysportban használtak akkoriban. A képen a 4 db csavar, a másik kettő oldalról fogja a főtengelyt.

Sokszor előfordul, hogy barátok, fórumozók, de még szakújságírók is megkérdőjelezik az LS 400 10-12 literes fogyasztását, 15-17 litert tartanak reálisnak. Nem értik, hogy miért fogyaszt kevesebbet, mint egy 6 hengeres, hasonló tömegű egyéb Toyota. A belső súrlódás fent leírt mértékű csökkentése ezt részben megválaszolhatja.

A következő képen az LS 400 további fejlesztési iránya látható. 1995-től növelték a teljesítményt (kompresszió arány 10,4:1-re nőtt, 261 LE), majd 1998-tól VVT-i 10,5:1-re nőtt ez a hányados, és 290 LE lett a teljesítmény. A motor tömegét csökkentették, látható például a kovácsoltvas hajtókar méreteinek alakulása.

Minél nagyobb a kompresszió, annál hatékonyabb a motor működése, de az indítómotornak meg kell szenvednie ezzel a nagy kompresszióval (Az 1UZ-FE indítómororja a V blokk tetején van, 3,2 LE teljesítményű.). Az 1994-ig gyártott 1UZ-FE motorokat használták a legtöbbet versenyautókba, terepjárókba. Nem egy esetben turbóval 1000 LE-t hoztak ki ebből a motorból. (Lsd. Youtube videók 1000 LE 1UZ-FE). Itt látható, hogy valóban túltervezés történt, az irodalom szerint rendszeres karbantartással minimum 800.000 km-t meg lehet vele tenni megbontás nélkül. A tartósságra jó példa az az 1996-os példány, amiről sok cikk született mostanában (2015. nov.) „1 million mile LS” (1,6 millió km LS) címmel.

Az is alátámasztja a tartósságot, hogy a bontókban viszonylag kis összegért megvásárolható az LS-ek motorja, ugyanis nem számít keresett alkatrésznek. Jellemzően még mindig tuning, illetve átépítési céllal vásárolják, és nem a besült motor cseréjére. A lenti képen az olajjáratok elhelyezkedését, járatok átmérőjét látjuk egy bontott 3UZ-FE és 1UZ-FE motorból. Ezek a részletek azok, amik magyarázhatják, hogy miért nem a 3UZ-FE (Lexus LS430, SC430), hanem az 1UZ-FE motort használják tuning alapnak. A motor kenése, olajcsere periódusa, olaj minőség érzékenysége függ attól is, hogy milyenek az olajjáratok. Az olajjárat méretétől függhet, hogy egy esetleges kokszolódás mennyire szignifikáns „érszűkületet” fog okozni, következményes kenés csökkenést, túlhevülést, idő előtti kopást eredményezve.

Motorvezérlés:

A motort és váltót ugyanaz az egység vezérli, tökéletes összhangot teremtve. Váltás során ugyanis a motorvezérlő elveszi a gyújtást addig, amíg a váltás be nem fejeződik, így elérve a teljesen sima átmenetet. Egy korabeli video erről.

A vezérlőegység (ECU) számos szenzortól kapja az információt (hűtővíz hőmérséklete, beáramló levegő térfogata, kipufogó oldali oxigén mennyiséget, motor kopogást stb., stb. és még azt is, hogy a klíma vagy a tempomat be van-e kapcsolva). Ehhez igazítja a befecskendezett benzin mennyiségét, állítja a gyújtást és fordulatszámot, valamint a károsanyag kibocsájtást. Amennyiben az egyik szenzor hibás információt küld a központi egységnek, nemcsak kijelzi a hibát a műszerfalon, hanem tovább működteti a motort egy előre beprogramozott jel szerint. A számítógép memóriája eltárolja ezeket az eseményeket, amik előhozhatóak (évjárattól függően kivillogtatható a műszerfalon különböző gomb kombinációkkal, vagy leolvasható a kijelzőn).

Mivel autóink a 20 éves kort közelítik, vagy már meg is haladták (2015. nov.), használati körülményektől és környezeti hőmérséklet/páratartalom függő módon a kondenzátorok kiszáradhatnak.

Ezek furcsa elektronikai problémákat okozhatnak. Sokan egyszerűen kiforrasztják a kondenzátorokat, újra cserélik és folytatódik az üzemszerű működés. Ezt azért tudják megtenni, mert az autó legkiseb egysége is szerelhető, szétszedés után könnyen összerakható. Ezáltal több 100 ezres alkatrészcsere helyett néhány 1000 Ft-os alkatrészek beépítésével halad tovább egészségesen. Ez a javíthatóság jellemzi az egész autót.

1UZ-FE földön, vízen, levegőben

Földön: Az F1 projekt végeredménye az LS400.

Vízen: 1998-ban a Toyota Epic SX hajóba építették az 1UZ-FE blokkot, ami 300 lóerőt adott le 6000 percenkénti fordulaton, 420 Nm nyomatékot 4200-as percenkénti fordulaton.

Az említett karosszéria nélküli motorgyártás egyik oka volt, hogy a hajóépítők előszeretettel használták meglevő egységük lecserélésére is.

Levegőben:

1997-ben az Amerikai Légügyi Hatóság (Federal Aviation Administration, FAA) engedélyezte, hogy az FV2400 2TC repülő a Mojave sivatag felett elinduljon első próbarepülésére. Ez volt az első olyan személyautóba tervezett motor, amit a hatóság engedélyezett, hogy repülőgépbe építsenek.

Az eredeti terv az volt, hogy egy 4 személyes kisrepülőt épít a Toyota, ami megfizethető az átlagembereknek is. Ehhez az 1UZ-FE motort találták kellően erősnek, tartósnak és megbízhatónak. Két, alacsony nyomású turbót használtak, így 360 lóerőre növelték a teljesítményét. A motorvezérlő elektronikát a Hamilton Standard szállította. Ez a konkrét példány a képen 2015 augusztusában (18 évesen) még aktívan szolgált.