Главная
Статьи
Форум
Двигатели Toyota серии GR

Read in English

Eugenio,77
mail@toyota-club.net
© Toyota-Club.Net
Nov 2013 - Feb 2016



Двигатели серии GR впервые были представлены в 2003 году на внутреннем японском рынке. Со временем они заменили V-образные шестерки предыдущих серий MZ и VZ, а также легендарные рядные шестерки серий G и JZ. В начале 2010-х устанавливались на модели самых различных классов и компоновок - "C", "D", "E", вэны, средне- и полноразмерные паркетники, средние и тяжелые джипы и пикапы. Поскольку их сложно отнести к "народным" моторам, то определенный академический интерес они представляют только своим многообразием.

Двигатель Рабочий объем, см3 Диаметр цилиндра x Ход поршня, мм Степень сжатия Мощность, л.с. Крутящий момент, Нм RON Масса, кг EMS Стандарт Модель Прим.
1GR-FE 395694.0 x 95.0 10.0249 / 5200380 / 380095 166EFI-L EECGRJ120*1
10.4281 / 5600387 / 440095 189EFI-L EECGRJ150*2
10.0249 / 5200380 / 380095 - EFI-L JISGRN215*1
10.4276 / 5600380 / 440091 - EFI-L JISGRJ151*2
2GR-FE 345694.0 x 83.0 10.8277 / 6200346 / 470095 164EFI-L EECGSU35 -
10.8280 / 6200344 / 470095 - EFI-L JISGGH20 -
2GR-FKS345694.0 x 83.011.8278 / 6000359 / 460091 - D-4STier2-B5GRN300-
11.8311 / 6600380 / 480091 - D-4S-GRL10-
11.8295 / 6300362 / 470091 - D-4S-GYL25-
2GR-FSE345694.0 x 83.0 11.8306 / 6400375 / 480095 - D-4S SAEGRS196-
11.8315 / 6400377 / 480095 - D-4S JISGRS184-
11.8318 / 6400380 / 480095 - D-4S JISGRX133-
11.8296 / 6400368 / 480095 - D-4S+HJISGWS204-
2GR-FXE345694.0 x 83.0 12.5249 / 6000317 / 480095 - D-4S+HJISGYL15 -
12.5249 / 6000317 / 480095 - D-4S+HEECGYL15 -
13.0292 / 6000352 / 450095 - D-4S+HEECGWL10 -
13.0295 / 6000356 / 450095 - D-4S+HJISGWL10 -
2GR-FZE345694.0 x 83.010.8327 / 6400400 / 400095 - EFI-L - - -
3GR-FE 299487.5 x 83.0 10.5231 / 6200300 / 440095 171EFI-L SAEGRS190-
10.5227 / 6200293 / 4400- - EFI CN GRX131*3
3GR-FSE299487.5 x 83.0 11.8248 / 6200310 / 350095 - D-4 SAEGRS190-
11.5256 / 6200314 / 360095 - D-4 JISGRS182-
4GR-FSE249983.0 x 77.0 12.0208 / 6400252 / 480095 180D-4 EECGSE30 -
12.0215 / 6400260 / 380095 - D-4 JISGRS180-
12.0203 / 6400243 / 480091 - D-4 JISGRS200*2
5GR-FE 249787.5 x 69.210.0193 / 6200236 / 4400- - EFI CN GRX132*3
6GR-FE 395694.0 x 95.0- 232 / 5000345 / 4400- - EFI CN GRB53 *3
7GR-FKS345694.0 x 83.011.8272 / 6000365 / 4500- - D-4SCN GRJ152*3
*1 - ранние версии, *2 - поздние версии, *3 - китайский рынок

1GR-FE (4.0 EFI VVT) тип'04 - продольного расположения, с распределенным впрыском, моно-VVT. Устанавливался на модели: 4Runner 210, FJ Cruiser, Fortuner 50, Hilux 20..120, Hilux Surf 210, LC 200, LC 70, LC Prado 120, Tacoma 200, Tundra 30..50.

1GR-FE (4.0 EFI DVVT) тип'09 - продольного расположения, с распределенным впрыском, Dual-VVT. Устанавливался на модели: 4Runner 280, FJ Cruiser, GX 150, LC 200, LC Prado 150, Tacoma 200, Tundra 50

2GR-FE (3.5 EFI DVVT) - поперечного расположения, с распределенным впрыском. Устанавливался на модели: Alphard 20, Avalon 30..40, Aurion 40, Blade, Camry 40..50, ES 40..60, Estima 50, Harrier 30, Highlander 40, Mark X Zio, Previa 50, RAV4 30, RX 30..L10, Sienna 20..30, Vanguard, Venza, Lotus Evora.

2GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) - поперечного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Устанавливался на модели: RX L20.

2GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) - продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Устанавливался на модели: GS L10, Tacoma 300.

2GR-FSE (3.5 D-4S DVVT) - продольного расположения, со смешанным впрыском. Устанавливался на модели: Crown 180..200..210, GS 190..L10, IS 20..30, Mark X 120..130, RC.

2GR-FXE (3.5 EFI DVVT) - поперечного расположения, с распределенным впрыском, для моделей с гибридной силовой установкой. Устанавливался на модели: RX L10, Highlander 40.

2GR-FXE (3.5 D-4S DVVT) - продольного расположения, со смешанным впрыском, для моделей с гибридной силовой установкой. Устанавливался на модели: Crown 210, GS L10.

2GR-FXS (3.5 D-4S DVVT-iW) - поперечного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера, для гибридных моделей. Устанавливался на модели: RX L20.

2GR-FZE (3.5 EFI DVVT) - поперечного расположения, с распределенным впрыском, с приводным нагнетателем. Устанавливался на модели: TRD Aurion, Lotus Evora, Exige.

3GR-FE (3.0 EFI DVVT) - продольного расположения, с распределенным впрыском . Устанавливался на модели: Crown 180..200 CHN, GS 190, IS 20, Reiz 120..130.

3GR-FSE (3.0 D-4 DVVT) - продольного расположения, с непосредственным впрыском. Устанавливался на модели: Crown 180..200, GS 190, Mark X 120.

4GR-FSE (2.5 D-4 DVVT) - продольного расположения, с непосредственным впрыском. На моделях бренда Toyota японского рынка с начала 2010-х используется несколько дефорсированный вариант. Устанавливался на модели: Crown 180..200..210, GS L10, IS 20..30, Mark X 120..130.

5GR-FE (2.5 EFI DVVT) - продольного расположения, с распределенным впрыском, для китайского рынка. Является не вариантом 4GR с обычным впрыском, а отдельным мотором на основе блока 3GR-FE. Устанавливался на модели: Crown 180..200 CHN, Reiz 120..130.

6GR-FE (4.0 EFI DVVT) - продольного расположения, с распределенным впрыском, для коммерческих автомобилей китайского рынка. Аналог 1GR-FE тип'09. Устанавливался на модели: Coaster 50 CHN.

7GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) - продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера, для китайского рынка. Аналог 2GR-FKS. Устанавливался на модели: LC Prado 150 CHN.



Порядок работы



2GR-FE (3.5 EFI)


Блок цилиндров

В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров с чугунными гильзами и открытой рубашкой охлаждения, угол развала цилиндров составляет 60°. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. В перемычке между цилиндрами выполнены наклонные каналы для охлаждающей жидкости, проставка в рубашке охлаждения на 2GR-FE отсутствует. Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.


К блоку крепится масляный поддон, состоящий из массивной легкосплавной верхней части (дополнительно соединенной с трансмиссией для жесткости) и штампованной стальной нижней части.

Кованый стальной коленчатый вал с 4-я шейками и 5-ю противовесами удерживается отдельными крышками коренных подшипников, каждая из которых крепится четырьмя основными болтами, а еще двумя боковыми притягивается с обеих сторон к блоку цилиндров для максимальной жесткости конструкции.


Поршни - легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой, одного размера и одинаковые для обоих полублоков (в отличие от серии MZ). Канавка верхнего компрессионного кольца имеет алюмитовое покрытие, на юбку нанесено антифрикционное полимерное покрытие. Тонкие кольца получили защитные покрытия: верхнее компрессионное - методом электровакуумного напыления, нижнее - антикоррозионное, маслосъемное - методом газового азотирования. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.



Головка блока цилиндров

Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока - это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ. Впускные каналы спаренные, для улучшения газодинамических характеристик их диаметр уменьшается к камере сгорания.
В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры. В легкосплавных клапанных крышках проложены магистрали подвода масла к рокерам.


Привод ГРМ

Привод газораспределительного механизма двухступенчатый. От коленчатого вала длинной однорядной роликовой цепью (шаг 9.525 мм) приводятся распредвалы впускных клапанов, а от них короткими цепями приводятся выпускные распредвалы. Гидронатяжитель первичной цепи - со стопорным механизмом, пружиной и обратным клапаном, гидронатяжители вторичных цепей не имеют храповиков, но также усилены пружинами. Смазка цепей - с помощью отдельных масляных форсунок.


Кулачки распределительных валов - с вогнутым профилем (благодаря этому увеличивается подъем клапана в начале и в конце фазы открытия, что улучшает наполнение).

Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT - Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 40° для впуска и 35° для выпуска. В приводе VVT выпускного вала установлена вспомогательная пружина, которая прикладывает к ротору момент в сторону опережения, смещая его для надежной фиксации стопорным штифтом при остановке двигателя. Отдельное описание принципов работы Toyota VVT-i приведено по ссылке.

В литую крышку цепи привода ГРМ встроены насос охлаждающей жидкости и масляный насос, соответственно, через крышку проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.


Смазка

Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала, излишек масла не сбрасывается в поддон, а поступает обратно на вход насоса. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.



Масляный фильтр - "экономичный" разборный со сменными картриджами, нижнего расположения (корпус встроен в верхнюю часть поддона).



Охлаждение

Система охлаждения классическая: привод помпы (установлена в крышке цепи привода ГРМ) от общего ремня привода навесных агрегатов, крыльчатка помпы - из нержавеющей стали, "холодный" (80-84°C) механический термостат. Корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию. На отдельных версиях жидкостное охлаждение используется в маслоохладителе.


1 - от радиатора, 2 - термостат, 3 - штуцер прокачки, 4 - к корпусу ДЗ, 5 - от корпуса ДЗ, 6 - к отопителю, 7 - от отопителя, 8 - к радиатору, 9 - маслоохладитель.

Для управления электровентиляторами применяется отдельный блок управления, который позволяет регулировать скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.

Впуск и выпуск

В верхней части впускного коллектора установлены заслонки системы ACIS с электроприводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При низкой и средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и эффективная длина впускного коллектора увеличивается, в других диапазонах клапан открыт и эффективная длина коллектора минимальна.

A - эффективная длина впускного коллектора, B - эффективная длина впускной камеры.

На впуске используется пневмопривод AICV, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. При низкой и средней частоте вращения клапан перекрывает один из каналов, воздух проходит к фильтру через отверстие меньшего размера, что помогает резонатору снизить шум на впуске. На высоких оборотах и при значительном открытии дроссельной заслонки оба канала открываются, повышая эффективность впуска.


1 - электропневмоклапан, 2 - привод, 3 - клапан AICV, 4 - вакуумный ресивер, 5 - воздушный фильтр, 6 - верхняя часть коллектора, 7 - резонатор.

На некоторых моделях в глушителе находится механический клапан, регулирующий поток отработавших газов. При низкой частоте вращения закрытый клапан способствует снижению шума, при высоких оборотах он открывается, уменьшая противодавление на выпуске.


Система впрыска топлива (EFI)

Впрыск топлива - распределенный. В нормальных условиях - секвентальный, один раз за цикл для каждого цилиндра, при низкой температуре и малых оборотах может выполняться групповой впрыск. Топливная магистраль - без линии возврата, демпфер пульсаций давления - внешний на топливном коллекторе (на некоторых версиях дополнительный демпфер может устанавливаться в магистрали перед трубкой подвода топлива к коллектору), сам коллектор изготовлен из пластика. Скорость топливного насоса регулируется ЭБУ с помощью резистора и реле. Адсорбер системы улавливания паров топлива (EVAP) установлен около топливного бака.


Дроссельная заслонка - полностью с электронным управлением (ETCS): привод двигателем постоянного тока, бесконтактный двухканальный датчик положения на эффекте Холла. ETCS выполняет функции управления частотой вращения холостого хода (ISC), противобуксовочной системы (TRC), часть функций системы стабилизации (VSC) и круиз-контроля.


Датчик положения педали акселератора - бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла. Датчики положения распредвалов - магниторезистивные (в отличие от индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения). Датчики детонации - плоские широкополосные пьезоэлектрические, установлены на каждом полублоке в зоне среднего цилиндра. Датчик массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске. Первый кислородный датчик для каждого полублока - планарный (плоский) датчик состава смеси (AFS), датчик за катализатором - обычный кислородный.



Для снижения вибраций на 2GR-FE используется активная передняя опора двигателя (функционирует при частоте вращения менее 900 об/мин). Электропневмоклапан по команде блока подает разрежение к опоре, изменяя давление в воздушной камере. Диафрагма вибрирует и через жидкость передает вибрацию на резиновую часть. Вибрация опоры компенсирует вибрацию двигателя на холостом ходу. Создание нужной частоты вибраций регулируется подбором жиклеров и отводным вакуумным шлангом.

1 - активная опора, 2 - электропневмоклапан, 3 - отвод, 4 - ECM, 5 - вакуумный ресивер, 6 - впускной коллектор, 7 - жидкостная камера, 8 - диафрагма, 9 - воздушная камера, 10 - резиновая мембрана.

Электрооборудование

Система зажигания - DIS-6 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания "иридиевые" (Denso FK20HR11 - центральный электрод из иридиевого сплава, платиновый контакт на боковом электроде), с удлиненной резьбовой частью (благодаря этому можно расширить канал охлаждения в головке и улучшить теплоотвод).



Генератор - с двойной сегментной обмоткой и обгонной муфтой в шкиве (ток отдачи 100/130А). Двойная обмотка (два набора трехфазных обмоток со сдвигом в 30°) позволяет снизить электрические помехи и уменьшить шум при увеличении нагрузки на генератора. Обгонная муфта с пружиной, расположенная между внутренней и внешней частями шкива, передает крутящий момент только в направлении вращения коленвала, снижая нагрузку на приводной ремень.

Стартер - нового образца (мощностью 1.7 кВт), с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные и интерполяционные магниты.

Привод навесных агрегатов - единым ремнем, с автоматическим пружинным натяжителем.

1 - коленчатый вал, 2 - ролик натяжителя, 3 - насос охлаждающей жидкости, 4 - промежуточный ролик (опция), 5 - насос ГУР (опция), 6 - промежуточный ролик, 7 - генератор, 8 - компрессор кондиционера.


Практика

Из опыта эксплуатации и данных производителя можно выделить ряд характерных неисправностей 2GR-FE.

• Разрыв резиновой секции масляной трубки (модификация до 2008, номер 15707-3101#), который приводил к быстрой потере масла с возможным повреждением двигателя. Поскольку дефект представлял угрозу безопасности, то подпадал под отзывную кампанию и трубки старого образца заменялись новыми цельнометаллическими.



Следует отметить, что в случаях, когда разрыв трубки происходил на ходу и потеря масла определялась только по включению индикатора аварийного давления, двигатель успевал некоторое время проработать в условиях масляного голодания, что впоследствии приводило к серьезным механическим проблемам - провороту шатунных вкладышей, повреждению постелей распредвалов и т.п. Это обстоятельство стоит учитывать для любых автомобилей c 2GR-FE, выпущенных с завода с трубкой старого образца - поскольку история эксплуатации и обстоятельства возможных замен неизвестны, то все они относятся к группе риска.

• Как и на всех современных тойотовских двигателях - стандартная проблема с течью и шумом насоса охлаждающей жидкости, который проще сразу относить к расходникам.
• Выход из строя катушек зажигания (до 2010, 90919-02251) - производителем предписывалась гарантийная замена на катушки нового образца.
• Шум в области крышки головки при запуске и возможные ошибки, относящиеся к фазам газораспределения - производителем предписывалась сложная процедура замены элементов ГРМ от звездочек до распредвалов и постелей в сборе. Проблемы со звездочками VVT оказались характерны практически для всей серии GR.
• Ошибки, связанные с управляющими клапанами VVT (до 2011) - предписывалась гарантийная замена неисправных клапанов.
• Проблемы и ошибки по системе управления частотой вращения холостого хода (до 2010) - предписывалась гарантийная замена корпуса дроссельной заслонки в сборе.
• Неисправность обгонной муфты в шкиве генератора (до 2012) - установка новых шкивов (общая болезнь всей серии GR).
• Течь шлангов маслоохладителя (до 2012, 15767-31010).



• Течь масла по стыкам ГБЦ (до 2007) - замена корпусов распределительных валов на модифицированные.
• Проблемы с повторным запуском при низких температурах (некоторые модели до 2013) - замена монтажного блока.
• Проблемы с резистором топливного насоса (некоторые модели до 2007).

Косвенные недостатки, не связанные с надежностью двигателя:
• Как и для большинства моделей с поперечным расположением силового агрегата, слишком высокая отдача двигателя оборачивается снижением ресурса трансмиссии (как в случае пресловутой коробки U660).
• При поперечной компоновке доступ к V-образному двигателю ощутимо затруднен, для множества операций требуется подразборка "впуска", зоны щита моторного отсека, а у некоторых моделей - и вывешивание двигателя.



1GR-FE (4.0 EFI) / 6GR-FE (4.0 EFI)



Ранний вариант (тип '2004) по сравнению с остальными двигателями серии имел ряд конструктивных отличий.

- Моно-VVT - регулируемые фазы только на впуске, пределы изменения фаз - 50°.


- Головки блока традиционные - без единого корпуса распредвалов, без гидрокомпенсаторов в приводе клапанов (использованы регулировочные толкатели).


- Отсутствие проставки в рубашке охлаждения.
- Коленвал более сложной формы (с 9-ю противовесами).
- Немного более массивный поршень (с менее редуцированной юбкой).



- В системе смазки фильтр установлен в верхней части двигателя на штатном маслоохладителе.



- В системе охлаждения основным является механический вентилятор, установленный на двигателе через заполненную силиконовой жидкостью муфту, которая управляется биметаллическим термоэлементом и обеспечивает нужную зависимость между температурой и оборотами.

1 - биметаллический элемент, 2 - вал муфты, 3 - корпус муфты, 4 - ротор, 5 - клапан. A - обороты вентилятора, B - температура воздуха за радиатором.

- Несколько необычны повышенные требования к октановому числу даже на версиях для японского рынка (Regular - только на североамериканском).
- На некоторых моделях может использоваться дополнительный топливный бак, однако здесь реализуется схема с простым эжекционным насосом, одной общей горловиной, без системы переключения и двух электронасосов.
- Для регулирования производительности топливного насоса (3 скорости работы) внедрен отдельный электронный блок управления.
- Топливная система с линией возврата, вакуумный регулятор давления топлива на впускном коллекторе.


- На моторах первого года выпуска еще использовались индуктивные датчики положения распредвалов.
- Вакуумный привод ACIS вместо электрического и несколько иной алгоритм его работы, отсутствие на впуске других активных устройств.

A - эффективная длина впускного коллектора, B - эффективная длина впускной камеры.

- Свечи с удлиненной резьбовой частью, но из обычных материалов (Denso K20HR-U11, NGK LFR6C-11).
- Стартеры как более современные с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, так и более мощные (2 кВт) традиционные с редуктором (для регионов с холодным климатом).

Второй вариант (тип '2009) оказался уже конструктивно близок другим моторам GR. Появились регулируемые фазы на выпуске (пределы изменения составили 40° для впуска и 35° для выпуска), постели распредвалов, проставка в рубашке охлаждения, компактнее стали поршни, упростился коленвал, разборный масляный фильтр и маслоохладитель переместились на отдельный кронштейн под двигателем, стали применяться более продвинутые свечи (Denso SK20HR11), появилась система подачи воздуха на выпуск.

Практика

• Отсутствие лишних резиновых элементов в системе смазки и упрощенный привод ГРМ автоматически означали отсутствие соответствующих проблем, характерных для 2GR-FE. Хороший ресурс показывает цепь ГРМ. Распространенные стуки в моторном отсеке обычно оказываются штатным звуком работы электропневмоклапанов (EVAP) и форсунок.
• Чаще отмечались второстепенные дефекты - течи масла из-под крышки привода ГРМ, вопросы к помпе, неисправности по системам снижения токсичности (кислородные датчики, система улавливания паров топлива).
• Нередки случаи разрушения свечей зажигания из-за нарушения момента их затяжки.

• Самый же неприятный дефект - пробой прокладок головок блока в районе задних цилиндров, с локальным перегревом и короблением привалочной плоскости ГБЦ, обычно проявляется в виде постепенного ухода антифриза, перегрева в некоторых режимах и, наконец, газов в системе охлаждения. Дефект нехарактерен для первой сотни тысяч километров, но затем вероятность его появления растет в прямой зависимости от пробега. Существенно увеличивают ее любые неисправности системы охлаждения, как то радиатор с подтекающими бачками или засоренными сотами.



3GR-FE (3.0 EFI) / 5GR-FE (2.5 EFI)


С учетом разницы в расположении, 3GR с распределенным впрыском в основном аналогичен 2GR-FE.

- В рубашке охлаждения установлена проставка, благодаря которой охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхней части цилиндров, что улучшает теплоотвод, способствуя более равномерному термонагружению и уменьшению тепловых деформаций.



- Передние опоры гидронаполненные, активные опоры не применяются.
- Масляный фильтр установлен спереди горизонтально, на кронштейне верхней части поддона (поддон также имеет характерную для двигателей продольного расположения форму). Установлен датчик уровня масла (концевой выключатель с поплавком) - если низкий уровень сохраняется более 40 секунд, то система управления включает индикатор на комбинации приборов.


- В системе охлаждения используется нагреватель ATF. Вентиляторы радиатора - электрические, управляются через отдельный ЭБУ.

1 - впускной патрубок, 2 - выпускной патрубок, 3 - термостат, 4 - от воздухоотводного клапана, 5 - корпус дроссельной заслонки, 6 - отопитель, 7 - нагреватель ATF, 8 - к расширительному бачку, 9 - радиатор.

- Топливная магистраль - с линией возврата, регулятор давления встроен в модуль топливного насоса.


- ACIS - с электроприводом, однако работает по алгоритму, аналогичному 1GR-FE. Другие системы изменения геометрии впуска не используются.


- ETCS поддерживает функционирование в режиме SNOW, демпфируя отклик на нажатие педали акселератора.
- Свечи зажигания - иридиевые, с одним боковым электродом (Denso FK20HR11 / NGK ILFR6D11).



3GR-FSE (3.0 D-4) / 4GR-FSE (2.5 D-4)


Двигатели с непосредственным впрыском имеют ряд отличий и по механической части.
- Более высокая степень сжатия.
- В головке блока располагается форсунка непосредственного впрыска. Форма впускного порта подобрана так, чтобы способствовать генерации "обратного вихря" в цилиндре.


- Поршни с характерной формой днища различаются для левого и правого полублоков.


Система впрыска топлива (D-4)

1 - регулятор давления (400 кПа), 2 - топливный фильтр, 3 - демпфер пульсаций, 4 - дозирующий клапан, 5 - форсунки, 6 - клапан сброса давления (15,4 МПа), 7 - датчик давления топлива, 8 - ECM, 9 - эжекционный насос, 10 - топливный насос, 11 - распредвал, 12 - ТНВД, 13 - обратный клапан (60 кПа).

Впрыск топлива - непосредственный, в камеру сгорания, синхронизируется с фазами (положением поршня). Топливо поступает от насоса в баке к ТНВД, где его давление увеличивается (до 4..13 МПа), оттуда в топливный коллектор и, наконец, впрыскивается форсунками в цилиндры.

Режимы работы. Двигатель может функционировать в двух основных режимах:
- Режим однородной / гомогенной смеси - топливо впрыскивается на такте впуска и в цилиндре образуется в основном однородная топливовоздушная смесь. За счет охлаждения всасываемого воздуха при испарении топлива, повышается наполнение цилиндра.

A - впуск / впрыск, B - сжатие, C - зажигание, D - сгорание

- Режим послойного смесеобразования - топливо впрыскивается на такте сжатия в направлении поршня, отражается от его выемки, активно диспергируется и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь обеднена, но заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. Обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая, что позволяет повысить степень сжатия, увеличив крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении топлива воздушный заряд в цилиндре охлаждается, дополнительно снижается вероятность возникновения детонации. Этот режим используется после холодного запуска двигателя для ускорения прогрева нейтрализатора.

A - впуск, B - сжатие / впрыск, C - зажигание, D - сгорание. 1 - обеднение, 2 - обогащение.

УправлениеСгораниеВпрыскПрименение
При обедненной смесиобедненная смесь, послойное смесеобразованиетакт сжатияот запуска до прогрева
При стехиометрической смесигомогенная смесьтакт впускакроме прогрева и высоких нагрузок
Без обратной связигомогенная смесьтакт впускавысокая нагрузка, низкая температура ОЖ

ТНВД. Одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, а также с демпфером пульсаций давления на входе в контуре низкого давления. Установлен в задней части клапанной крышки правой головки и приводится кулачком, расположенным на выпускном распредвалу. Между топливным насосом и клапанной крышкой установлена теплоизолирующая проставка, уменьшающая нагрев насоса.

1 - от топливного насоса, 2 - к топливному баку, 3 - дозирующий клапан, 4 - демфпер пульсаций, 5 - к топливному коллектору, 6 - плунжер, 7 - перепускной клапан.

- На ходе впуска плунжер опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру.
- В начале хода сжатия часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива в пределах 4..13 МПа).
- В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан нагнетается в топливный коллектор.
- При пуске двигателя дозирующий клапан открывается и топливо подается непосредственно в коллектор под давлением регулятора (400 кПа).


Топливный коллектор. Изготовлен из алюминиевого сплава, в коллекторе установлен датчик давления, обеспечивющий обратную связь с блоком управления двигателем, и механический редукционный клапан (сбрасывает часть топлива в бак, если его давление превышает 15,3 МПа).




Форсунки. Щелевая форсунка впрыскивает топливо в цилиндр в виде веерного факела, который увлекает за собой значительное количество воздуха и увеличивает массовое наполнение. На выступающем в камеру сгорания распылителе нанесено специальное "антипригарное" покрытие. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают вибрации распылителя.

1 - тефлоновые уплотнения, 2 - изолятор.

Усилитель форсунок (EDU). Форсунки управляются через отдельный усилитель, который преобразует сигнал от блока управления в высоковольтный сигнал на форсунки, обеспечивая максимальную точность и быстродействие. После открытия форсунка удерживается в открытом состоянии сигналом низкого напряжения.

1 - ECM, 2 - усилитель форсунок, 3 - цепь управления, 4 - контур высокого напряжения, 5 - форсунка, 6 - дозирующий клапан.


Привод SCV. Между головкой блока и впускным коллектором находится блок заслонок SCV, которые перекрывают один из двух впускных каналов, подходящих к каждому цилиндру, в зависимости от условий работы двигателя. Привод заслонок осуществляется от электродвигателя через механизм тяг.

1 - привод ACIS, 2 - заслонка ACIS, 3 - впускная камера, 4 - датчик положения SCV, 5 - привод SCV, 6 - впускной коллектор.

- При низких оборотах и низкой нагрузке, низкой температуре охлаждающей жидкости SCV закрыт, воздух поступает через один порт, скорость потока увеличивается, улучшается процесс и полнота сгорания.
- При высоких нагрузках SCV открывается, воздух поступает через оба порта, увеличивается наполнение цилиндров, в камере сгорания создается вертикальный вихрь, улучшается смесеобразование.

1 - выпускной клапан, 2 - впускной клапан, 3 3 - заслонка SCV, 4 - датчик положения SCV, 5 - электропривод SCV, 6 - механизм привода, 7 - впускной коллектор. A - SCV открыт, B - SCV закрыт.

Большое достоинство системы D-4 на двигателях серии GR - отсутствие системы рециркуляции отработавших газов (EGR).

Свечи зажигания. "Иридиевые" (Denso FK20HBR11 / NGK ILFR6D11T) - помимо электрода с платиновым контактом, добавляются еще два боковых электрода.


Практика

Как и обычно для Toyota, внедрение новых технических решений повлекло за собой ряд разнообразных "детских болезней", особенно в сравнении с отработанными сериями JZ и MZ.

• Со времени печально известного первого двигателя D-4 прошло достаточно времени, чтобы компания смогла найти верные решения - и действительно, система управления и питания проблем доставляют не больше, чем на двигателях с распределенным впрыском. А отсутствие EGR значительно уменьшило проблемы с закоксовыванием впускного коллектора и всех подвижных элементов на впуске.
Кроме стандартных вопросов по системе улавливания паров топлива (модулю адсорбера), среди специфических дефектов можно отметить два.
• Проблемы с датчиками состава смеси (AFS) и кислородными датчиками - не рекомендуется долгое время ездить с ошибкой переобогащенной смеси (производитель полагает, что при этом в масло попадает избыточное количество бензина).
• Серия отзывных компаний: по коррозии алюминиевых компонентов топливной системы - внутренняя коррозия и колебания давления могли приводить к разрушению по сварке или к появлению трещин и утечке топлива (на внутреннем рынке до 2005, на внешнем до 2008 г.в.), по браку кольцевых уплотнений форсунок с возможной утечкой (японский рынок до 2005), по самопроизвольно выкручивающемуся датчику давления в коллекторе (японский рынок 2007-2009).

С механической частью дела обстояли хуже:
• Течь масла по стыкам корпусов распредвалов (до 2008) не заслуживает особого внимания.
• Треск в приводе ГРМ после запуска - хроническая болезнь, которую ежегодно пытались исправить выпуском очередных модификаций впускных звездочек VVT (например - 13050-31071, 31081, 31120, 31161, 31162, 31163...). Причем японцы сами нагнетали обстановку, уведомив о возможности самопроизвольного выкручивания от вибрации болтов крепления муфты VVT с последующей ее "разборкой" на ходу и заклиниванием двигателя.
• Большие отзывные кампании по браку пружин клапанов - якобы посторонние включения в материале приводят к ослаблению или разрушению пружин, что проявляется в виде шума при работе, перебоев и остановки двигателя на ходу (4GR-FSE 2005-2008, 2GR-FSE 2007-2008, 3GR-FSE 2006...).

• Наиболее дорогостоящие проблемы также нашли отражение в сервисных компаниях (4GR-FSE до 2010, 3GR-FSE до 2006 - по расширенной 9-летней гарантии): при пропусках воспламенения, неустойчивой работе при прогреве или на холостом ходу, расходе масла более 500 мл/1000 км - предписывалась замена поршней (обычно этого старались избегать, очищая и повторно устанавливая старые), поршневых колец, клапанных пружин и тарелок старого образца, гидрокомпенсаторов, при необходимости - и клапанов с направляющими, с очисткой от нагара всех соответствующих элементов ГБЦ и ЦПГ. Накопленный в мире опыт эксплуатации заставляет полагать высокий расход масла родовой чертой всех #GR-FSE, причем угар в пределах 200-300 мл / 1000 км считается нормальным даже для моторов с небольшим пробегом, тогда как активные меры начинают предпринимать при угаре в 600-800 мл на тысячу.



2GR-FSE (3.5 D-4S)

За исключением топливной системы, конструктивно схожи с моторами 3GR/4GR. Из отличий по механической части можно отметить:
- Увеличение пределов изменения фаз до 60° для впуска и 35° для выпуска.
- Еще один вариант поршня - для D-4 с меньшей степенью сжатия.


Система впрыска топлива (D-4S)

1 - эжекционный насос, 2 - регулятор давления, 3 - топливный насос низкого давления, 4 - демпфер пульсация давления, 5 - дозирующий клапан, 6 - обратный клапан, 7 - ТНВД, 8 - клапан сброса давления, 9 - датчик давления топлива, 10 - форусунки (впрыск в коллектор), 11 - форсунки (непосредственный впрыск), 12 - усилитель форсунок, 13 - ECM.

Впрыск топлива - смешанный: непосредственный в камеру сгорания и распределенный во впускной канал. При малых и средних нагрузках и низких оборотах используется смешанный впрыск - использование однородной смеси повышает устойчивость процесса сгорания и уменьшает выбросы. При большой нагрузке используется непосредственный впрыск топлива - испарение топлива в цилиндре улучшает массовое наполнение цилиндров и уменьшает склонность к детонации, что позволяет увеличить степень сжатия.

A - впрыск в цилиндр + впрыск в канал, B - впрыск в цилиндр.

Режимы работы.
- Режим послойного смесеобразования. Топливо подается во впускной канал на такте выпуска. На такте впуска после открытия клапанов в цилиндр поступает однородная смесь. В конце такта сжатия дополнительное топливо подается непосредственно в цилиндр, обеспечивая обогащение в зоне свечи зажигания. Это облегчает первоначальное воспламенение, которое затем распространяется на заряд обедненной смеси в остальном объеме камеры сгорания. Этот режим используется после холодного запуска двигателя для возможности уменьшения угла опережения зажигания, увеличения температуры отработавших газов и ускорения прогрева нейтрализатора.


- Режим однородной / гомогенной смеси. Топливо подается во впускной канал на такте выпуска. На такте впуска после открытия клапанов в цилиндр поступает однородная смесь, дополнительное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и за счет турбулизации равномерно перемешивается с поступающим зарядом. Происходит сжатие однородной топливовоздушной смеси и затем ее воспламенение. За счет охлаждения воздуха при испарении впрыснутого топлива, повышается массовое наполнение цилиндра.


В системе непосредственного впрыска имеются некоторые отличия:
- Клапан сброса давления топлива с электронным управлением.



- Форсунки с двухщелевыми распылителями.


Для распределенного впрыска (под низким давлением) используется традиционная магистраль без линии возврата с обычными форсунками.




2GR-FKS (3.5 D-4S)

Конструктивно близок к мотору 2GR-FSE.
Из отличий по механической части:
- Система изменения фаз газораспределения VVT-iW - подробнее см. здесь. Увеличение пределов изменения фаз до 80° для впуска и 50° для выпуска.
- Предусмотрена возможность работы двигателя по циклу Миллера/Аткинсона - подробнее см. здесь.

1 - топливный насос низкого давления, 2 - фильтр, 3 - регулятор давления (клапан сброса), 4 - топливный клапан, 5 - ТНВД, 6 - толкатель, 7 - выпускной распредвал, 8 - обратный клапан, 9 - клапан сброса давления, 10 - дозирующий клапан, 11 - демпфер пульсаций давления топлива, 12 - линия низкого давления, 13 - линия высокого давления, 14 - форсунка (низкого давления), 15 - датчик давления топлива (высокого давления), 16 - форсунка (высокого давления), 17 - датчик давления топлива (низкого давления), 18 - ECM, 19 - блок управления топливным насосом.

Из отличий по топливной системе:
- увеличенный диапазон рабочего давления 2..20 МПа
- модифицированный насос с роликовым толкателем

1 - от насоса низкого давления, 2 - дозирующий клапан, 3 - в линию высокого давления, 4 - плунжер.

- отсутствие внешних демпферов пульсаций
- клапан сброса давления встроен в ТНВД

A - всасывание, B - удержание, C - нагнетание, D - сброс.

- датчик давления в линии низкого давления



Содержание
2GR-FE     Практика
1GR-FE / 6GR-FE     Практика
3GR-FE / 5GR-FE
3GR-FSE / 4GR-FSE     Практика
2GR-FSE
2GR-FKS

Большой обзор двигателей Toyota











Рейтинг@Mail.ru