Двигатели Toyota - серия ZR

Read in English

Eugenio,77
mail@toyota-club.net
© Toyota-Club.Net
Nov 2012 - Oct 2019




ДвигательРабочий объем, см3Диаметр цилиндра x Ход поршня, ммСтепень сжатияМощность, л.с.Крутящий момент, НмRONECSРынок/Стандарт
1ZR-FE159880.5 x 75.510.2124 / 6000157 / 520095116EEC
1ZR-FAE159880.5 x 75.510.2132 / 6400160 / 440095122EEC
2ZR-FE179880.5 x 88.310.0125-136 / 6000163-175 / 440091117EEC/JIS
2ZR-FAE179880.5 x 88.310.0147 / 6400180 / 400095123EEC
2ZR-FAE179880.5 x 88.310.0130-144 / 6400161-176 / 440091123JIS
2ZR-FXE179880.5 x 88.313.098 / 5200142 / 360091-EEC
3ZR-FE198780.5 x 97.610.0139-145 / 6500189 / 440091116EEC
3ZR-FE198780.5 x 97.610.0143 / 5600194 / 390091116JIS
3ZR-FAE198780.5 x 97.610.0152-158 / 6200192-196 / 440091-JIS

1ZR-FE (1.6 EFI DVVT). Заменил двигатель 3ZZ-FE. Устанавливался на модели: Corolla 140..150..170..180..210, Auris 150, Yaris 90, Vios 90, Corolla 120 CHN, E'Z
1ZR-FAE (1.6 EFI DVVT Valvematic). Заменил двигатель 3ZZ-FE. Устанавливался на модели: Verso 20, Corolla 150..170..180..210, Auris 150..180, Avensis 270
1ZR-FBE (1.6 EFI DVVT). Для работы на Flex-fuel (emergency markets). Устанавливался на модели: Corolla 170
2ZR-FE (1.8 EFI DVVT). Заменил двигатель 1ZZ-FE. Устанавливался на модели: Yaris 90, Corolla 140..150..170..180..210, E'Z, Auris 150, Levin 180, Scion xD, Matrix 140, Ist 110, Corolla Axio/Fielder 140, Corolla Rumion, Allion/Premio 260, Lotus Elise, Pontiac Vibe, Junpai D60
2ZR-FAE (1.8 EFI DVVT Valvematic). Заменил двигатель 1ZZ-FE. Устанавливался на модели: Verso 20, Auris 150, Avensis 270, Sienta 170, Corolla 170..210, Wish 20, Scion iM, Corolla Axio/Fielder 140..160, Corolla Rumion, Allion/Premio 260, Isis
2ZR-FBE (1.8 EFI DVVT). Для работы на Flex-fuel (emergency markets). Устанавливался на модели: Corolla 140..170, C-HR
2ZR-FXE (1.8 EFI VVT). Для гибридных модификаций. Устанавливался на модели: Corolla 210, Auris 150..180, Prius 30..50, Prius Alpha 40, C-HR, Noah/Voxy/Esquire 80, Lexus CT
3ZR-FE (2.0 EFI DVVT). Заменил двигатель 1AZ-FE/FSE. Устанавливался на модели: Avensis 270, RAV4 30..40, Corolla 140..150..170, E'Z, Wish 20, Noah/Voxy 70
3ZR-FAE (2.0 EFI DVVT Valvematic). Заменил двигатель 1AZ-FE/FSE. Устанавливался на модели: Avensis 270, C-HR, RAV4 30..40, Wish 20, Noah/Voxy/Esquire 70..80, Allion/Premio 260, Isis, Harrier 60, Lexus NX
3ZR-FBE (2.0 EFI DVVT). Для работы на Flex-fuel (emergency markets). Устанавливался на модели: Corolla 140..170
4ZR-FE (1.6 EFI DVVT). Аналог 1ZR-FE для китайского рынка. Устанавливался на модели: Corolla 120, Levin 180, Yaris 90, Vios 90 CHN
5ZR-FXE (1.8 EFI VVT). Аналог 2ZR-FXE для китайского рынка. Устанавливался на модели: Prius 30, Lexus CT CHN
6ZR-FE (2.0 EFI DVVT). Аналог 3ZR-FE для китайского рынка. Устанавливался на модели: RAV4 40 CHN
6ZR-FAE (2.0 EFI DVVT Valvematic). Аналог 3ZR-FAE для китайского рынка. Устанавливался на модели: RAV4 40 CHN
7ZR-FE (1.8 EFI DVVT). Аналог 2ZR-FE для китайского рынка. Устанавливался на модели: Levin 180 CHN
8ZR-FXE (1.8 EFI VVT). Аналог 2ZR-FXE для китайского рынка. Устанавливался на модели: Corolla 180, Levin 180 CHN

Первые двигатели серии ZR были представлены осенью 2006 года для моделей внутреннего японского рынка, версии Valvematic выпускаются с лета 2007.

Принципиальные различия многочисленных вариантов семейства можно проиллюстрировать на примере всего трех моторов.


3ZR-FAE (2.0 EFI DVVT Valvematic)

Механическая часть

В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) гильзованный блок цилиндров с открытой рубашкой охлаждения. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. Толщина стенки между цилиндрами ~7 мм, капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.


1 - блок цилиндров, 2 - сепаратор, 3 - крышка сепаратора. a - гильза

Коленчатый вал установлен с 8-мм дезаксажем (оси цилиндров не пересекаются с продольной осью коленвала, благодаря чему снижаются нагрузки в паре поршень-гильза в момент создания в цилиндре максимального давления).


a - ось цилиндра, b - ось коленвала

Коленвал имеет 8 противовесов на щеках, шейки уменьшенной ширины и традиционные отдельные крышки коренных подшипников.

Поршни - легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой. Канавка верхнего компрессионного кольца имеет анодированное покрытие, кромки верхнего компрессионного и маслосъемного колец - противоизносное покрытие методом конденсации паров (PVD). Соединение с шатуном - полностью плавающим пальцем.


1 - поршень, 2 - кольцо, 3 - верхнее компрессионное кольцо, 4 - нижнее компрессионное кольцо, 5 - маслосъемное кольцо. a - форма днища, b - анодное покрытие, c - полимерное покрытие, d - PVD-покрытие

К блоку крепится массивный литой картер, выполняющий роль верхней части масляного поддона. Нижняя часть поддона - стальная штамповка.


1 - картер, 2 - масляный насос, 3 - нижняя часть масляного поддона. a - масляный канал, b - кронштейн компрессора кондиционера

Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока - это несколько упростило конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ, однако появился еще один требующий уплотнения стык деталей, через который проходят масляные каналы.


1 - впускной клапан, 2 - отверстие свечи зажигания, 3 - выпускной клапан, 4 - корпус распредвалов. b - сторона впуска, c - сторона выпуска

Как и на всех современных тойотовских моторах, используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры.


1 - кулачок, 2 - рокер, 3 - масляный канал, 4 - гидрокомпенсатор, 5 - качающийся рычаг, 6 - роликовый рычаг, 7 - плунжер, 8 - обратный клапан, 9 - пружина, 10 - пружина плунжера

Крышка головки изготовлена из пластика, в нее встроена магистраль подвода масла к рокерам.


1 - крышка ГБЦ, 2 - прокладка, 3 - масляная трубка

На двигателях Valvematic от задней части распредвала выпускных клапанов приводится лопастной вакуумный насос, необходимый для работы усилителя тормозов.



Привод газораспределительного механизма осуществляется однорядной цепью мелкого шага (8 мм) с гидронатяжителем (со стопорным механизмом).


1 - цепь привода ГРМ, 2 - звездочка VVT (впуск), 3 - звездочка VVT (выпуск), 4 - натяжитель цепи, 5 - башмак натяжителя, 6 - успокоитель цепи, 7 - механизм Valvematic, 8 - выпускной клапан, 9 - впускной клапан, 10 - контроллер Valvematic, 11 - впускной распредвал, 12 - выпускной распредвал, 13 - рокер, 14 - гидрокомпенсатор, 15 - клапан

В литую алюминиевую крышку цепи привода ГРМ устанавливается помпа системы охлаждения и встроена масляная магистраль для форсунки смазки цепи.


1 - крышка цепи, 2 - прокладка насоса, 3 - насос охлаждающей жидкости. a - канал охлаждения, b - масляный канал, c - форсунка цепи

Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT - Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 55° для впуска и 40° для выпуска.



Каждый из двигателей ZR получил модификацию с системой бесступенчатого изменения высоты подъема впускных клапанов (Valvematic) - см. "Valvematic system".


1 - механизм Valvematic, 2 - контроллер Valvematic, 3 - качающийся рычаг, 4 - роликовый рычаг, 5 - рокер, 6 - демпфер

Смазка

Шестеренный масляный насос трохоидного типа установлен в картере и приводится от коленчатого вала отдельной короткой цепью.


1 - клапан VVT (выпуск), 2 - звездочка VVT (выпуск), 3 - звездочка VVT (впуск), 4 - натяжитель цепи, 5 - масляный фильтр, 6 - масляный насос, 7 - масляная форсунка, 8 - гидрокомпенсатор, 9 - контроллер Valvematic, 10 - масляная трубка, 11 - клапан VVT (впуск)

На двигателях с Valvematic устанавливается маслонасос с механическим перепускным клапаном, который позволяет нелинейно регулировать расход/давление масла в зависимости от частоты вращения коленвала. Дополнительные подробности - см. "Масляный насос переменной производительности"

В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.


1 - блок цилиндров, 2 - масляная форсунка, 3 - обратный клапан

Масляный фильтр установлен с задней стороны двигателя горизонтально. С 2008 года начали использоваться "экономичные" разборные фильтры со сменными картриджами...


1 - крышка, 2 - уплотнение, 3 - фильтрующий элемент, 4 - кронштейн

...Но спустя десять лет начался-таки возврат от этой порочной практики к нормальным сменным spin-on фильтрам.


1 - масляный фильтр, 2 - кронштейн

Официально предписанные производителем значения вязкости масла для серии ZR:


В очередной раз напоминаем - если на североамериканском и японском рынках для этих же двигателей "предпочтительными" (preferred) называются самые жидкие масла (0W-16..0W-20), то причиной этого является только лишь желание производителя задеклирировать максимальную экономичность (а точнее - минимальные выбросы CO2) для общественности, зомбированной спекуляциями на тему global warming. Разумеется, внутри самого двигателя конструктивных ограничений для использования вязких масел не существует.

Охлаждение

Система охлаждения классическая: привод помпы от внешней стороны общего ремня привода навесных агрегатов, "холодный" (78-82°C) механический термостат, корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию.


1 - насос охлаждающей жидкости. a - от радиатора, b - к радиатору, c - к отопителю, d - от отопителя


1 - головка блока цилиндров, 2 - блок цилиндров, 3 - насос охлаждающей жидкости, 4 - термостат, 5 - расширительный бачок, 6 - радиатор, 7 - корпус дроссельной заслонки, 8 - отопитель, 9 - нагреватель CVTF

У вентилятора радиатора имеется отдельный блок управления электродвигателем, который позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.

Впуск и выпуск

Расположение впуска и выпуска - по современной традиции, спереди и сзади соответственно.

Как правило, во впускном коллекторе устанавливается система ACIS (Acoustic Control Induction System), изменяющая эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При низкой и средней частоте вращения и высокой нагрузке заслонки ACIS закрыты и воздух поступает по длинному каналу, в других диапазонах клапан открыт и воздух идет по более короткому пути.


1 - привод, 2 - электропневмоклапан, 3 - заслонки ACIS, 4 - датчик положения дроссельной заслонки, 5 - ECM, 6 - датчик положения коленчатого вала, 7 - впускной коллектор. a - клапан закрыт, b - клапан открыт






Топливная система / Система управления

Классическая система распределенного впрыска топлива на всех двигателях ZR по сегодняшним меркам выглядит предельно простой.


1 - Smart Key ECU, 2 - разъем DLC3, 3 - датчик положения педали акселератора, 4 - датчик расхода воздуха (MAF) / температуры воздуха на впуске, 5 - стартер, 6 - ЭБУ двигателя (ECM), 7 - кислородный датчик (B1S2), 8 - Stop-Start ECU, 9 - топливный насос, 10 - клапан VVT (выпуск), 11 - клапан VVT (впуск), 12 - форсунка, 13 - электропневмоклапан ACIS, 14 - датчик разрежения, 15 - датчик детонации, 16 - датчик температуры, 17 - датчик положения коленчатого вала, 18 - корпус дроссельной заслонки (ETCS), 19 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 20 - датчик AFS (B1S1), 21 - контроллер Valvematic, 22 - датчик положения распредвала (выпуск), 23 - датчик положения распредвала (впуск), 24 - катушка зажигания

· Наличие Valvematic повлекло за собой изменение принципа управления - дозирование подачи смеси в цилиндры за счет изменения высоты подъема клапана, которое осуществляется при полностью открытой дроссельной заслонке.
· Датчик массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске.
· 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 прежних индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения.
· Датчик детонации - плоский широкополосный пьезоэлектрический, в отличие от старых датчиков резонансного типа регистрирует более широкий диапазон частот вибраций.
· Кислородный датчик перед катализатором - датчик состава смеси (AFS) (89467-) планарного типа, за катализатором - обычный кислородный (89465-) колпачкового типа.
· Форсунки с удлиненным распылителем устанавливаются в головку блока и впрыскивают топливо максимально близко к впускным клапанам.
· В топливный коллектор встроен демпфер пульсаций давления.


1 - топливный коллектор, 2 - демпфер пульсаций.

· Адсорбер системы улавливания паров топлива (EVAP) объединен с модулем топливного насоса.
· Свечи зажигания - тонкие "иридиевые" с удлиненной резьбовой частью, под ключ на "14".
· В системе зарядки используются два типа генераторов - обычные и с сегментным проводником, с отдачей в 90-100 А и обгонной муфтой в шкиве привода. Непрерывная зарядка аккумулятора осуществляется при замедлении автомобиля, а в установившихся режимах движения циклы зарядки и разрядки батареи чередуются для максимальной экономичности. Более сложное управление потребовало использовать в системе датчик температуры батареи и датчик силы тока.
· Базовый вариант системы запуска - традиционный, со стартерами мощностью 0.8-1.1 кВт с планетарным редуктором. Однако внедрение системы Stop-Start повлекло за собой установку нового стартера типа TS (tandem solenoid / со сдвоенными соленоидами) мощностью 1.7 кВт. Независимые соленоиды для втягивающей обмотки и для электродвигателя, позволяют входить в зацепление с вращающимся венцом маховика, обеспечивая возможность быстрого запуска сразу после выключения двигателя.



3ZR-FE (2.0 EFI DVVT)

Лучший двигатель серии ZR - полностью традиционной конструкции, лишенный излишеств Valvematic и пока не уличенный в серьезных дефектах.

• Основные конструктивные отличия - в головке блока, где установлен нормальный газораспределительный механизм (DVVT, диапазон изменения фаз на впуске/выпуске - 43°/40°).


1 - успокоитель цепи 2, 2 - цепь привода ГРМ, 3 - звездочка VVT (выпуск), 4 - натяжитель цепи, 5 - башмак натяжителя, 6 - успокоитель цепи, 7 - звездочка VVT (впуск), 8 - выпускной клапан, 9 - впускной клапан, 10 - впускной распредвал, 11 - выпускной распредвал, 12 - рокер, 13 - гидрокомпенсатор, 14 - клапан


1 - впускной клапан, 2 - отверстие свечи зажигания, 3 - выпускной клапан, 4 - корпус распредвалов, 5 - днище. b - сторона впуска, c - сторона выпуска

• Обычный масляный насос
• Обычный стартер с планетарным редуктором


1 - разъем DLC3, 2 - датчик положения педали акселератора, 3 - датчик расхода воздуха (MAF) / температуры воздуха на впуске, 4 - ЭБУ двигателя (ECM), 5 - кислородный датчик (B1S2), 6 - топливный насос, 7 - клапан VVT (выпуск), 8 - клапан VVT (впуск), 9 - форсунка, 10 - электропневмоклапан ACIS, 11 - датчик детонации, 12 - датчик положения коленчатого вала, 13 - корпус дроссельной заслонки (ETCS), 14 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 15 - датчик AFS (B1S1), 16 - датчик положения распредвала (выпуск), 17 - датчик положения распредвала (впуск), 18 - катушка зажигания



2ZR-FXE (1.8 EFI VVT)

Модификация для гибридных силовых установок имеет ряд серьезных отличий.

Механическая часть

• Привод изменения фаз газораспределения установлен только на впускном распредвалу (диапазон изменения - 62°), фазы на выпуске фиксированные. Мотор работает по циклу Миллера-Аткинсона.


1 - впускной распредвал, 2 - выпускной распредвал, 3 - звездочка VVT (впуск), 4 - успокоитель цепи 2, 5 - цепь привода ГРМ, 6 - натяжитель цепи, 7 - башмак натяжителя, 8 - успокоитель цепи 1, 9 - выпускной клапан, 10 - впускной клапан, 11 - рокер, 12 - гидрокомпенсатор

Смазка

• Известные обстоятельства потребовали установки датчика низкого уровня моторного масла.



Официально предписанные производителем значения вязкости масла для 2ZR-FXE:


Охлаждение

• Наиболее принципиальное отличие - электрический насос охлаждающей жидкости, скорость которого регулируется ЭБУ двигателя.


1 - крышка цепи привода ГРМ, 2 - насос охлаждающей жидкости, 3 - впускной патрубок и термостат, 4 - статор, 5 - ротор, 6 - вал

• Система EGR оборудована жидкостным охладителем
• Может быть установлен теплообменник утилизации тепла отработавших газов, а также привод жалюзи радиатора.


1 - расширительный бачок, 2 - насос охлаждающей жидкости, 3 - впускной патрубок и термостат, 4 - корпус дроссельной заслонки, 5 - распределительный клапан, 6 - клапан EGR, 7 - трубка EGR и охладитель. a - к радиатору, b - от радиатора, c - от отопителя, d - к отопителю, e - от теплообменника, f - к теплообменнику

• Опциональная схема с распределительным клапаном должна позволить регулировать переток жидкости между двигателем и теплообменником, уменьшать поток через двигатель при работе отопителя до прогрева двигателя, ускорять прогрев и поддерживать более равномерный температурный режим.


a - температура охлаждающей жидкости 5-65°C / b - температура охлаждающей жидкости 65-88°C / c - температура охлаждающей жидкости более 88°C
1 - насос охлаждающей жидкости, 2 - клапан EGR, 3 - корпус дроссельной заслонки, 4 - охладитель EGR, 5 - радиатор отопителя, 6 - теплообменник рециркуляции тепла, 7 - распределительный клапан (закрыт), 8 - двигатель, 9 - радиатор, 10 - термостат (закрыт), 11 - распределительный клапан (открыт), 12 - термостат (открыт)


При подаче тока клапан удерживается в закрытом положении. При отсутствии питания на обмотке и при работающей помпе клапан открывается под действием потока охлаждающей жидкости и остается открытым, пока поток не остановится.


1 - корпус, 2 - пружина, 3 - клапан, 4 - сердечник, 5 - обмотка, 6 - якорь

Впуск и выпуск

• Серьезное ухудшение - двигатель получил систему рециркуляции отработавших газов (EGR), привод клапана EGR - шаговым электродвигателем.


1 - клапан EGR, 2 - трубка, 3 - охладитель

Отобранные за катализатором газы проходят через охладитель, управляющий клапан и распределяются по каналам впускного коллектора.


1 - теплозащита, 2 - трубка EGR, 3 - прокладка, 4 - прокладка, 5 - выпускной коллектор, 6 - датчик AFS, 7 - теплозащита, 8 - катализатор


1 - впускной коллектор, 2 - датчик разрежения. a - порт EGR, b - порт продувки, c - порт вентиляции картера, e - распределение EGR

Система управления


1 - датчик разрежения, 2 - датчик детонации, 3 - корпус дроссельной заслонки, 4 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 5 - распределительный клапан, 6 - датчик температуры охлаждающей жидкости 2, 7 - клапан EGR, 8 - форсунка, 9 - датчик положения распределительного вала, 10 - катушка зажигания, 11 - датчик AFS, 12 - датчик положения коленчатого вала, 13 - насос охлаждающей жидкости, 14 - клапан VVT



Практика

• Мелкие дефекты, особенно характерные для первых лет выпуска:
- повышенное нагарообразование в камерах сгорания
- брак шкива генератора
- утечки и шум насоса охлаждающей жидкости
- стук в приводах VVT (звездочках распредвалов) при запуске - толком неизлечимый дефект большинства тойотовских двигателей, в том числе и ZR


• Характерный стук вакуумного насоса на двигателях с Valvematic (для незнакомых с такой особенностью звучит пугающе)


• Проблемы при запуске из-за обрастания нагаром форсунок. Признано и описано в TSB EG-0013T-0217 (рекомендуются модифицированные форсунки образца 2016 года).


• Остановка двигателя из-за самопроизвольного отсоединения контроллера Valvematic. Признано и описано в TSB EG-0075T-0912. Исправлено новой формой крепления контроллера к штоку механизма изменения подъема клапанов.


• Неполадки в работе двигателя из-за поломки контроллера Valvematic (с характерными DTC из числа P26## и P10##). Отчасти описывалось в нескольких TSB 2010-2019 гг., однако на практике отказы продолжаются и носят достаточно массовый характер. Как правило, проблему решают установкой контрактного контроллера, хотя и местные умельцы уже наладили поточную переборку поломанных узлов.


• Повышенный угар масла 2ZR-FXE. Признано и описано еще в TSB EG-0112T-0914. При расходе выше 0.5 л/1000 км рекомендуется заменить комплект поршней и поршневых колец на модифицированные образцы. В странах, где гибридных тойот действительно много, эта тема стала достаточно резонансной.


Даже по сравнению с предыдущим поколением тойотовских моторов (ZZ и AZ), не говоря уж о современных двигателях других производителей, ZR заслуженно считаются надежными и неприхотливыми агрегатами без особых критических проблем. В то же время нельзя в очередной раз не отметить - любые технические инновации в случае Тойоты не приносят владельцам ничего, кроме лишних забот: даже у серии ZR едва ли не большая часть известных дефектов так или иначе связана с версией Valvematic.



Большой обзор двигателей Toyota



Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru