El italiano logró la vuelta más rápida en un minuto y 47,001seguntos, por delante del actual campeón, Valentino Rossi, con Yamaha, y Casey Stoner, con Ducati, en el circuito de Motegi.
"Estoy muy contento y sorprendido", dijo Dovizioso a los periodistas. "Hemos mejorado mucho. Normalmente, mi estilo es no ir tan rápido en los entrenamientos. Estoy seguro de que podremos tener una gran carrera", añadió.
Lorenzo, que virtualmente se ha asegurado el título después de que su compatriota Dani Pedrosa se fracturara el viernes la clavícula en los libres, se mostró decepcionado por quedarse fuera de la primera línea de salida por primera vez este año.
"Me hubiera gustado salir de la primera línea en Japón, la casa de Yamaha", dijo Lorenzo, que previamente había renovado su contrato dos años más.
"Pero son solo los clasificatorios y lo más importante es estar listos para la carrera. Marcamos un buen ritmo y sólo nos quedaron dos o tres cosas pequeñas en las que trabajar", añadió.
Pedrosa, que va por detrás a 56 puntos de Lorenzo en la clasificación a falta de cinco carreras, sufrió una fractura múltiple de la clavícula el viernes y probablemente se perderá las próximas tres carreras.
El piloto de Honda era el único hombre que podía arrebatarle el título mundial a Lorenzo.
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