Главная
Статьи
Форум
Дизельные двигатели Toyota серии GD

Read in English

Eugenio,77
mail@toyota-club.net

© Toyota-Club.Net
Oct 2015




Применение

Двигатели серии GD представлены в 2015 году, как замена устаревших KD - самых массовых тойотовских дизелей последнего времени. Изначально они устанавливаются на модели семейств LC Prado и HiLux. Именно с этим мотором дизельные легковые тойоты возвращаются и на внутренний японский рынок.

Характеристики

ДвигательРабочий объем, см3Диаметр цилиндра x Ход поршня, ммСтепень сжатияМощность, л.с.Крутящий момент, Нм-
1GD-FTV275592.0 x 103.615.6177 / 3400450 / 1600-2400-
2GD-FTV239392.0 x 90.015.6150 / 3400400 / 1600-2000-
Примечание. Масса двигателей, с учетом полной заправки рабочих жидкостей - 270-300 кг.

Предшествующая дизельная серия за полтора десятка лет выпуска уже устарела по целому ряду показателей - экономичности, экологии, удельным характеристикам, шумности... а под конец еще и "прославилась" в истории с трескающимися поршнями. Двигатели GD совершеннее по всем параметрам, однако ожидаемого улучшения динамических характеристик не произошло - паспортный прирост момента "растворился" где-то в эконормативах и настройках. Сразу заметно преимущество новых дизелей только в плане снижения вибраций и, главное, шума.

Механическая часть

Серия сохранила традиционный чугунный негильзованный блок цилиндров.



Примечание. "Официалы активно рекламируют алюминий с напылением" - такие вот рф-официалы... При том что сегодня первоисточники (toyota-tech.eu) доступны каждому:


На топовых версиях (для семейства Prado) от коленчатого вала с помощью отдельной цепной передачи приводится балансирный механизм. В отличие от KD, он расположен в отдельном корпусе под блоком. На модификациях для семейства HiLux балансиры не используются.


1 - цепь, 2 - звездочка балансирного механизма, 3 - верхняя часть корпуса, 4 - балансирный вал 1, 5 - нижняя часть корпуса, 6 - балансирный вал 2.

Поршни - легкосплавные, полноразмерные, с развитой камерой сгорания. В канавке для верхнего компрессионного кольца установлена нирезистовая вставка, в головке проходит канал для охлаждения, на юбку поршня нанесено антифрикционное полимерное покрытие. На верхнюю часть днища также нанесено термоизолирующее покрытие (тойотовское обозначение - "SiRPA", по сути - пленка пористого анодного оксида алюминия, упрочненная поверх пергидрополисилазаном). Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.



ГБЦ изготавливается из алюминиевого сплава. В центр камеры сгорания выходит вертикально установленная форсунка, между впускными портами - свеча накаливания. Головка накрыта пластиковой крышкой с проходящими внутри масляными каналами для смазки рокеров.



Схема газораспределительного механизма - DOHC 16V: два распределительных вала в головке блока и четыре клапана на цилиндр. Привод "двухступенчатый" - от коленчатого вала первичной однорядной роликовой цепью (шаг 9,525 мм) приводится вал ТНВД, затем от него вторичной цепью (шаг 8,0 мм) приводятся оба распредвала. Натяжение цепи поддерживается подпружиненным гидронатяжителем со стопорным механизмом. От задней части распредвала приводится вакуумный насос. В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры.


1 - направляющая вторичной цепи, 2 - звездочка распредвала, 3 - натяжитель вторичной цепи, 4 - башмак натяжителя вторичной цепи, 5 - башмак натяжителя первичной цепи, 6 - натяжитель первичной цепи, 7 - демпфер первичной цепи, 8 - первичная цепь, 9 - демпфер вторичной цепи, 10 - вторичная цепь, 11 - выпускной клапан, 12 - впускной клапан, 13 - впускной распредвал, 14 - выпускной распредвал, 15 - рокер, 16 - гидрокомпенсатор.


1 - направляющая вторичной цепи, 2- натяжитель вторичной цепи, 3 - башмак натяжителя вторичной цепи, 4 - башмак натяжителя первичной цепи, 6 - натяжитель первичной цепи, 6 - цепь привода балансирного механизма, 7 - натяжитель цепи привода балансирного механизма, 8 - демпфер первичной цепи, 9 - первичная цепь, 10 - демпфер вторичной цепи, 11 - вторичная цепь.

Навесное оборудование приводится единым поликлиновым ремнем с автоматическим натяжителем.


1 - натяжитель, 2 - шкив насоса охлаждающей жидкости, 3 - шкив коленчатого вала, 4 - шкив компрессора кондиционера, 5 - шкив генератора, 6 - шкив насоса ГУР.

Система смазки

Масляный насос трохоидного типа приводится шестеренной передачей от коленчатого вала. На лобовине двигателя установлен жидкостный маслорадиатор. В блоке цилиндров находятся масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.


1 - маслорадиатор, 2 - масляный насос (крышка цепи привода ГРМ), 3 - масляный фильтр, 4 - маслоприемник, 5 - масляная форсунка.

Система охлаждения

Система охлаждения выделяется разве что количеством компонентов, нуждающихся в охлаждении или подогреве. Привод помпы - общим ремнем навесных агрегатов, термостат - "холодный" (80-84°C) механический.


1 - расширительный бачок, 2 - радиатор, 3 - турбокомпрессор, 4 - трубка охлаждения турбокомпрессора, 5 - термостат, 6 - впускной патрубок, 7 - маслорадиатор, 8 - корпус дроссельной заслонки, 9 - перепускной клапан охладителя EGR, 10 - управляющий клапан EGR, 11 - охладитель EGR, 12 - выпускной патрубок, 13 - держатель форсунки 1.


1 - расширительный бачок, 2- радиатор, 3 - держатель форсунки 1, 4 - выпускной патрубок системы охлаждения, 5 - турбокомпрессор, 6 - маслоохладитель, 7 - дополнительный нагреватель, 8 - насос охлаждающей жидкости, 9 - радиатор отопителя, 10 - впускной патрубок компрессора, 11 - управляющий клапан EGR, 12 - охладитель EGR, 13 - головка блока цилиндров, 14 - блок цилиндров, 15 - термостат, 16 - впускной патрубок системы охлаждения, 17 - трубка системы вентиляции картера, 18 - перепускной клапан EGR, 19 - корпус дроссельной заслонки.

Система впуска

• На серии GD применяются турбокомпрессоры с изменяемой геометрией направляющего аппарата (VGT или VNT) второго поколения (с электроприводом). Их преимущества - поддержание оптимального давления наддува в широком диапазоне оборотов, снижение противодавления при высокой частоте вращения, повышение мощности при низкой частоте вращения, отсутствие необходимости в перепускном механизме. Охлаждение турбокомпрессора - жидкостное.


1 - турбокомпрессор, 2 - привод VGT, 3 - тяги, 4 - компрессор, 5 - 5 - управляющее кольцо, 6 - направляющие лопатки, 7 - турбинное колесо, 8 - ведущий рычаг, 9 - ведомый рычаг.

- При небольшой нагрузке и низкой частоте вращения привод перемещает управляющее кольцо, при этом поворачиваются шарнирно соединенные с ним лопатки, которые частично закрываются. В результате увеличивается скорость газов, поступающих на турбину, растет давление наддува и повышается крутящий момент двигателя.
- При высокой нагрузке и высокой частоте вращения лопатки перемещаются в открытое положение, благодаря чему поддерживается требуемое давление наддува и снижается сопротивление на выпуске.



• Для охлаждения наддувочного воздуха на автомобиле установлен фронтальный интеркулер.
• Во впускном тракте находится дроссельная заслонка с электроприводом. Применяется для снижения шума работы на холостом ходу или при замедлении, для плавной остановки двигателя при глушении.
• Во впускном коллекторе установлены заслонки изменения геометрии с пневмоприводом, перекрывающие один из впускных портов для формирования на входе в цилиндр вихря и улучшения процесса сгорания.


1 - впускной коллектор, 2 - привод, 3 - заслонка клапана изменения геометрии впуска.


1 - впускной порт, 2 - заслонка, 3 - пневмопривод, 4 - вакуумный насос, 5 - электропневмоклапан, 6 - блок управления (ECM).

Топливная система / Управление

Топливная система типа Common Rail - топливо подается при помощи ТНВД в общий топливный коллектор (рампу) и впрыскивается в цилиндры через форсунки с электронным управлением. Давление впрыска составляет 35-220 МПа (на сегодня это рекордное для тойотовских дизелей значение). Производитель компонентов - Denso.


Топливная система. 1 - топливный коллектор, 2 - датчик давления топлива, 3 - электронный блок управления двигателем, 4 - датчик положения коленвала, 5 - датчик положения распредвала, 6 - дозирующий клапан ТНВД, 7 - ТНВД, 8 - дополнительная форсунка (подачи топлива на выпуск), 9 - топливный фильтр высокого давления, 10 - топливный фильтр, 11 - топливный бак, 12 - форсунка, 13 - клапан сброса давления. a - высокое давление, b - низкое давление, c - всасывание, d - возврат.


1 - клапан сброса давления, 2 - датчик положения распредвала, 3 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 4 - турбокомпрессор, 5 - ТНВД, 6 - корпус дроссельной заслонки, 7 - электропневмоклапан (активные опоры), 8 - электропневмоклапан (EGR), 9 - электропневмоклапан (управление геометрией впускного коллектора), 10 - датчик давления топлива, 11 - датчик температуры воздуха на впуске, 12 - датчик давления наддува, 13 - управляющий клапан EGR, 14 - датчик положения коленвала, 15 - форсунка.

Впрыск может осуществляться несколько раз за цикл: два коротких пилотных (до ВМТ такта сжатия), продолжительный основной (в ВМТ такта сжатия и в начале такта расширения), добавочный (поздний впрыск на такте расширения).

Управление давлением топлива осуществляется дозированием подачи топлива на входе в ТНВД и дозированием слива из коллектора через клапан сброса давления.

В системе управления применяются следующие датчики:
- давления наддува
- давления топлива
- положения коленчатого вала (MRE-типа)
- положения распредвала (MRE-типа)
- массового расхода воздуха (MAF), совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске
- положения дроссельной заслонки (на эффекте Холла)
- положения педали акселератора (на эффекте Холла)
- дифференциального давления - измеряет перепад давления на DPF, позволяя определить степень его заполнения сажей.
- температуры отработавших газов - термисторного типа, расположены до окислительного нейтрализатора, до DPF, после DPF и после SCR нейтрализатора.
- состава смеси (AFS), установлен после DPF
- NOx, установлен в центральной выпускной трубе

Топливная система / ТНВД



Топливный насос высокого давления - типа HP5S, состоит из кулачкового вала, плунжера, обратного клапана, подкачивающего насоса и дозирующего клапана. На более простых модификациях без DPF отсутствует дополнительная секция низкого давления.


1 - дозирующий клапан, 2 - плунжер, 3 - пружина, 4 - толкатель, 5 - ролик, 6 - кулачковый вал, 7 - кулачок, 8 - обратный клапан. a - к дополнительной форсунке и фильтру высокого давления, b - возвратный порт (к фильтру высокого давления), c - впускной порт (от бака), d - к топливному коллектору.

При вращении кулачок через толкатель перемещает плунжер вверх. Если при этом дозирующий клапан закрыт, то давление нарастает и топливо из насоса поступает в рампу. ECM управляет моментом закрытия дозирующего клапана и таким образом обеспечивает заданный уровень давления в топливном коллекторе. Если плунжер не подпирается кулачком, то он возвращается вниз под действием пружины.


1 - дозирующий клапан, 2 - плунжер, 3 - пружина, 4 - толкатель, 5 - ролик, 6 - кулачок.

При позднем закрытии дозирующего клапана увеличивается обратный сброс топлива и уменьшается подача.


При раннем закрытии величина подачи увеличивается.


В системе может использоваться топливный фильтр высокого давления, предназначенный для дополнительной защиты от загрязнений ТНВД, коллектора и форсунок.

Топливная система / Коллектор



В топливном коллекторе установлен датчик давления топлива и клапан сброса давления. Управляемый клапан открывается и закрывается по сигналу от блока управления, кроме того, он может выполнять функцию аварийного сброса давления в коллекторе.


1 - топливный коллектор, 2 - датчик давления топлива, 3 - клапан сброса давления. a - к форсунке, b - от ТНВД, c - к баку.

Топливная система / Форсунки

• В соответствии с последними тенденциями дизелестроения, на серии GD вновь используются электромагнитные форсунки. Характеристики (код модели, индивидуальная коррекция подачи) указываются на корпусе форсунки в виде QR кода и обязательно программируются в блоке управления.



Работа форсунок несколько отличается от прежних CR Тойоты:
- В закрытом состоянии клапан удерживается пружиной. Давление в управляющей камере высокое. Давление топлива, воздействующее на иглу снизу, недостаточно для ее открытия.
- При подаче тока на обмотку клапан открывает канал, по которому топливо сбрасывается из управляющей камеры. Возникает перепад давления, благодаря которому открывается запорная игла форсунки и происходит впрыск топлива.
- При прекращении подачи тока клапан закрывается. Золотник опускается и управляющая камера заполняется топливом под давлением, которое воздействует сверху на иглу. Игла форсунки закрывается и впрыск прекращается. После выравнивания давления в управляющей камере золотник возвращается в верхнее положение под действием пружины.


1 - клапан, 2 - выпускной канал, 3 - золотник, 4 - впускной канал, 5 - управляющая камера.

• В выпускной коллектор встроена дополнительная форсунка низкого давления, через которую топливо непосредственно от насоса подается на выпуск для повышения температуры DPF и сжигания накопленных сажевых частиц.

Системы снижения токсичности

В зависимости от рынка сбыта, предусмотрено несколько уровней сложности:
- EGR - Euro 2, для стран третьего мира
- EGR+DOC - Euro 4, для стран третьего мира
- EGR+DOC+DPF - Euro 5, для Австралии и рф
- EGR+DOC+DPF+SCR - Euro 6, для Европы и Японии


1 - дополнительная форсунка, 2 - датчик температуры отработавших газов 3, 3 - оксилительный нейтрализатор (DOC) и сажевый фильтр (DPF), 4 - датчик температуры отработавших газов 2, 5 - датчик состава смеси (AFS), 6 - корпус дроссельной заслонки, 7 - электропневмоклапан, 8 - перепускной клапан охладителя EGR, 9 - управляющий клапан EGR, 10 - охладитель EGR, 11 - датчик температуры отработавших газов 1.

EGR (система рециркуляции отработавших газов) - за счет перепуска некоторого количества газов на впуск снижает максимальную температуру в цилиндре и способствует уменьшению выбросов оксидов азота. Привод клапана EGR - электродвигателем постоянного тока с бесконтактным датчиком положения на эффекте Холла.


1 - блок цилиндров, 2 - выпускной коллектор, 3 - DOC, 4 - вакуумный насос, 5 - электропневмоклапан, 6 - охладитель EGR, 7 - привод перепускного клапана охладителя EGR, 8 - перепускной клапан охладителя EGR, 9 - датчик положения клапана EGR, 10 - электродвигатель управляющего клапана EGR, 11 - управляющий клапан EGR, 12 - электропривод дроссельной заслонки, 13 - дроссельная заслонка, 14 - датчик положения дроссельной заслонки, 15 - электронный блок управления двигателем, 16 - датчик положения коленвала, 17 - датчик положения педали акселератора, 18 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 19 - датчик давления наддува, 20 - датчик температуры воздуха на впуске, 21 - датчик расхода воздуха.

Чтобы избежать чрезмерного охлаждения поступающего в цилиндры воздуха при работе с малой нагрузкой, в жидкостном охладителе EGR установлен клапан, перепускающий отработавшие газы мимо радиатора.


1 - выпускной коллектор, 2 - охладитель EGR, 3 - дроссельная заслонка, 4 - впускной коллектор, 5 - перепускной клапан охладителя EGR, 6 - управляющий клапан EGR. a - воздух, b - отработавшие газы, c - отработавшие газы (перепуск).

DOC (окислительный нейтрализатор) - первичная стадия очистки отработавших газов - окисляет углеводороды (CH) и оксид углерода (CO) до воды (H2O) и диоксида углерода (CO2).


1 - DPF (сажевый фильтр), 2 - DOC (окислительный нейтрализатор)

DPF (сажевый фильтр) - служит для накопления и удаления/сжигания сажевых частиц.


1 - форсунка, 2 - свеча накаливания, 3 - датчик расхода воздуха, 4 - турбокомпрессор, 5 - дополнительная форсунка, 6 - окислительный нейтрализатор (DOC), 7 - датчик дифференциального давления, 8 - сажевый фильтр (DPF), 9 - датчик температуры отработавших газов 1, 10 - датчик температуры отработавших газов 2, 11 - датчик температуры отработавших газов 3, 12 - контроллер свечей накаливания, 13 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 14 - электронный блок управления двигателем, 15 - комбинация приборов, 16 - датчик расхода воздуха, 17 - шина CAN.

Процесс пассивной регенерации сажевого фильтра может осуществляться сам по себе при условии достаточной температуры отработавших газов. Однако со временем количество сажи в фильтре увеличивается, его пропускная способность уменьшается и возникает необходимость в активной регенерации. Блок управления определяет засорение фильтра на основании анализа условий работы двигателя, задействует основные форсунки, форсунку подачи топлива на выпуск, свечи накаливания и управляет частотой вращения. Температура материала в сажевом фильтре повышается и частицы сажи сгорают.
Но если условия движения автомобиля не позволяют автоматически выполнить активную регенерацию в течение длительного времени, сажевые накопления могут превысить установленные пределы, после чего система включает индикатор DPF, предлагая водителю двигаться с постоянной скоростью более 60 км/ч для возможности выполнения активной регенерации. При превышении предельного уровня накоплений индикатор начнет мигать, предлагая водителю проследовать в сервис для выполнения регенерации в ручном режиме. В конце концов, во избежание повреждения DPF при дальнейшей эксплуатации, система включит аварийный режим с ограничением мощности двигателя.
На HiLux в качестве опции предлагается выключатель ручного режима регенерации.

SCR - уменьшение содержания NOx в отработавших газах под нормы Euro 6 за счет впрыска раствора мочевины.
После впрыска раствора происходит испарение воды, а затем термолиз мочевины, в результате чего она распадается на изоциановую кислоту и аммиак.
CO(NH2)2 > NH3 + HNCO
При повышенной температуре изоциановая кислота в процессе гидролиза разлагается на двуокись углерода и аммиак.
HNCO + H2O > NH3 + CO2
Аммиак накапливается в нейтрализаторе и вступает в реакцию с оксидами азота отработавших газов, в результате чего образуется чистый азот и вода.
NO + NO2 + 2NH3 > 2N2 + 3H2O


1 - форсунка для подачи реагента, 2 - нейтрализатор SCR, 3 - ASC-нейтрализатор, 4 - трубка подачи реагента и нагреватель, 5 - бак реагента, 6 - насос реагента, 7 - блок управления насосом, 8 - электронный блок управления двигателем, 9 - комбинация приборов, 10 - датчик NOx, 11 - датчик температуры отработавших газов 4, 12 - шина CAN (V), 13 - шина CAN (L).

Насос для подачи реагента одновременно выполняет функции собственно подачи мочевины в систему выпуска (под давлением около 0,5 МПа), подогрева (температура замерзания раствора около -11°С), фильтрации и контроля уровня реагента в баке.



Опоры двигателя

На модификациях для семейства Prado применяются активные опоры с регулируемой "жесткостью".


1 - вакуумный насос, 2 - активные опоры, 3 - электропневмоклапан, 4 - ECM, 5 - скорость автомобиля, 6 - частота вращения, 7 - клапан ON, 8 - клапан OFF.

- При работе двигателя на холостом ходу и низкой скорости автомобиля, разрежение от вакуумного насоса через электропневмоклапан подводится к диафрагме, которая открывает каналы для перетекания жидкости внутри опоры. Это позволяет более "мягко" демпфировать вибрации от двигателя.
- Если двигатель уходит с режима холостого хода, ECM отключает электропневмоклапан, прекращая подачу разрежения к диафрагме. В этом состоянии жидкость циркулирует в опоре только по одному каналу с относительно большим сопротивлением.


1 - камера 1, 2 - канал 1, 3 - камера 2, 4 - диафрагма (неподвижна), 5 - канал 2, 6 - диафргама (втягивается), 7 - разрежение.




Большой обзор двигателей Toyota


Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru