Двигатели Toyota - M15 - Dynamic Force (R3)

EN | RU | JP

Eugenio,77
mail@toyota-club.net
© Toyota-Club.Net
Aug 2020


ДвигательРабочий объем, см3Диаметр цилиндра x Ход поршня, ммСтепень сжатияМощность, л.с.Крутящий момент, НмRONECS
M15A-FKS149080.5 x 97.614.0120 / 6600145 / 4800-520091D-4
M15A-FXE149080.5 x 97.614.091 / 5500120 / 3800-480091EFI

Соответствие эко-нормативам: EURO 4..6b..6d
Масса (без масла и антифриза): 85.1 (D-4) / 87.3 (EFI)
Порядок работы: 1-2-3

M15A-FKS (1.5 D-4 DVVT-iW) - поперечного расположения, непосредственный впрыск, DVVT-iW, режим работы по циклу Миллера. Применение: Toyota Yaris 210, Yaris Cross
M15A-FXE (1.5 EFI DVVT-iE) - для гибридов, поперечного расположения, распределенный впрыск, DVVT-iE, режим работы по циклу Миллера. Применение: Toyota Yaris 210 Hybrid, Yaris Cross Hybrid

"It is with a heavy heart that I take up my pen to write these" - так или иначе приходится констатировать очередной шаг Тойоты на пути деградации - три цилиндра уместны для кей-каров, условно приемлемы в литровом классе, однако заменять ими 4-цилиндровые серии NZ и NR...

Официально это объясняется компоновочными соображениями - подбором соотношений диаметра и хода поршня трехцилиндровый двигатель можно сделать чуть компактнее, нежели четверку с тем же рабочим объемом.


M15A-FKS (1.5 D-4)



Механическая часть - Блок

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.

Каналы для масла и антифриза сближены, способствуя лучшему теплообмену - ускоряя прогрев холодного двигателя и снижая температуру при высоких нагрузках. В верхней части перемычек между цилиндрами проходят наклонные каналы для антифриза.


1 - блок цилиндров. a - канал слива масла, b - цилиндр, c - сетка хона, d - гильза, f - канал охлаждающей жидкости, h - алюминиевое напыление, j - отверстие для чистого воздуха PCV, k - вентиляционное отверстие

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



К блоку крепится массивный литой картер, выполняющий роль верхней части масляного поддона.


1 - картер, 2 - поддон. a - масляный канал, b - канал слива масла, c - кронштейн фильтра, d - ребро, e - задняя пластина, f - держатель заднего сальника

Коленчатый вал установлен с 10-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).



Коленвал имеет 4 противовеса на крайних щеках, узкие шейки и традиционные крышки коренных подшипников. Верхние головки шатунов срезаны для уменьшения массы.


a-d - коренные шейки, e - противовес

Шатунные и коренные подшипники - с полимерным покрытием. Канавка во вкладыше имеет переменную глубину, что должно сократить стекание масла.


1 - верхний вкладыш, 2 - нижний вкладыш, 3 - упорная шайба. a - канавка

Поршни - легкосплавные, T-образные, облегченные, с утонченными внутренними стенками. Канавка верхнего компрессионного кольца имеет алюмитовое покрытие, кромка маслосъемного кольца - противоизносное углеродное покрытие (DLC). На рабочей части юбки нанесено полимерное покрытие. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами со стопорными кольцами.


1 - верхнее компрессионное кольцо, 2 - нижнее компрессионное кольцо, 3 - маслосъемное кольцо. b - алюмитовое покрытие, c - полимерное покрытие, d - DLC (Diamond Like Carbon) покрытие

Непосредственно от коленчатого вала через полимерную шестерню приводится характерный для 3-цилиндровых моторов балансирный вал. Вал в сборе с опорами крепится к картеру ради упрощения обслуживания.


1 - коленвал, 2-3, 5-6 - опоры, 4 - балансирный вал. a - ведущая шестерня, b - ведомая шестерня (полимерная)

Двигатель имеет высокую геометрическую степень сжатия, которую правильнее назвать "степень расширения" - реальная степень сжатия при работе по циклу Миллера значительно ниже, так что двигатели изначально рассчитаны на использование низкооктанового бензина (RON 91 / Regular).

Механическая часть - Головка блока

Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока - это упрощает конструкцию и технологию обработки, но создает лишний требующий герметизации стык, через который проходят масляные каналы.


1-4 - крышка подшипника распредвала, 5 - корпус распредвалов, 6 - головка блока цилиндров, 7 - выпускной клапан, 8 - впускной клапан. c - отверстие под свечу зажигания, d - впуск, e - выпуск, f - седло клапана

Вместо традиционных запрессовываемых, на впуске применяются седла клапанов, изготовленные методом "лазерного напыления". Они значительно тоньше обычных, способствуют лучшему охлаждению клапанов и позволяют оптимизировать форму и размер портов.

В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры.


1 - кулачок, 2 - рокер, 3 - гидрокомпенсатор. a - масляный канал, b - плунжер, c - обратный клапан, d - пружина клапана, e - пружина плунжера

Рубашка охлаждения в головке разделена на два уровня, что призвано ускорить течение антифриза.


a - верхний уровень, b - нижний уровень

Выпускные порты всех цилиндров объединяются внутри головки в "интегрированный коллектор". Оптимизация размеров выпускных портов должна способствовать охлаждению отработавших газов. Непосредственно через головку проходит канал системы EGR.


1 - головка блока цилиндров, 2 - выпускной коллектор. a - выпускной порт

Газораспределительный механизм приводится однорядной роликовой цепью мелкого шага (8 мм), регулировка цепи - автоматическим гидронатяжителем.

Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT - Dual Variable Valve Timing). Приводы - гидравлические, на впуске - с расширенным диапазоном (VVT-iW), на выпуске - традиционный (VVT-i). Фазы изменяются в пределах 70° для впуска и 41° для выпуска. Отдельное описание принципов работы приведено по ссылке.


1 - звездочка выпускного распредвала, 2 - звездочка впускного распредвала, 3 - выпускной распредвал, 4 - впускной распредвал, 5 - натяжитель цепи, 6 - башмак натяжителя, 7 - цепь, 8 - гидрокомпенсатор, 9 - рокер, 10 - наконечник стержня, 11 - сухари, 12 - тарелка пружины, 13 - пружина клапана, 14 - маслосъемный колпачок, 15 - седло пружины, 16 - втулка клапана, 17 - клапан

Распредвалы - чугунные литые. Выпускной профилированным кулачком приводит ТНВД, а задним торцом - вакуумный насос.


1 - звездочка, 2 - впускной распредвал, 3 - звездочка, 4 - выпускной распредвал. a - кулачок (ТНВД), b - ротор


1 - вакуумный насос

Цепь привода ГРМ закрыта двумя литыми алюминиевыми крышками, на передней крепятся клапаны VVT-iW и VVT-i.


1 - э/м клапан VVT (выпуск), 2 - э/м клапан VVT (впуск), 3 - передняя крышка, 4 - задняя крышка, 5 - заглушка. a - сервисное отверстие

Головка блока накрыта полимерной крышкой, внутри которой выполнены каналы для подачи масла к рокерам.


1 - крышка ГБЦ, 2 - прокладка. b - масляный канал

Смазка


1 - э/м клапан VVT-iW, 2 - э/м клапан VVT-i, 3 - масляная трубка, 4 - натяжитель цепи, 5 - масляный насос, 6 - маслоприемник, 7 - масляный фильтр, 8 - масляная форсунка

Масляный насос традиционной конструкции, встроен в крышку цепи и приводится непосредственно от коленчатого вала.


1 - крышка цепи, 2 - ротор масляного насоса

Масляный фильтр (нормального spin-on типа) установлен горизонтально со стороны лобовины.



Для смазки и охлаждения поршней используются масляные форсунки, с подводом масла через обратные клапаны.


1 - масляная форсунка. b - клапан

Под картером установлен датчик уровня масла (функционально - датчик-выключатель низкого уровня).


1 - датчик уровня масла

Официально предписанные производителем значения вязкости масла:


Охлаждение


1 - впускной патрубок и термостат, 2 - насос, 3 - корпус дроссельной заслонки, 4 - клапан EGR, 5 - охладитель EGR, 6 - перепускной патрубок, 7 - маслоохладитель трансмиссии. a - от радиатора, b - к радиатору, c - от отопителя, d - к отопителю

Система охлаждения нового типа - с электрическим насосом и электронагревом термостата, однако без запорных клапанов (в отличие от старших 2.0-2.5 двигателей)


1 - расширительный бачок, 2 - впускной патрубок и термостат, 3 - насос, 4 - блок цилиндров, 5 - головка блока цилиндров, 6 - охладитель EGR, 7 - клапан EGR, 8 - корпус дроссельной заслонки, 9 - радиатор отопителя, 10 - маслоохладитель трансмиссии, 11 - радиатор. a - верхний контур, b - нижний контур

Электрический насос позволяет изменять объем подачи антифриза по усмотрению ECM.


1 - насос. b - статор, c - ротор, d - вал

Номинальная температура открытия термостата - 80-84°C - двигатель "холодный".

Подача тока к нагревателю термостата позволяет увеличить его открытие при значительных нагрузках на двигатель, заблаговременно снижая температуру и обеспечивая повышение отдачи без риска детонации.


1 - нагреватель, 2 - термоэлемент (воск)

Отдельный блок управления электродвигателем вентилятора позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, работы климат-контроля, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала. Вентилятор - одиночный, большого диаметра.


1 - кожух, 2 - электромотор, 3 - вентилятор, 4 - расширительный бачок, 5 - ЭБУ вентилятора

Впуск и выпуск

Предельную простоту (за счет объединенных еще внутри ГБЦ выпускных каналов) стального катколлектора нарушает разве что патрубок EGR.


1 - выпускной коллектор, 2 - экран. a - катализатор, b - патрубок EGR

Впуск лишен каких-либо устройств изменения геометрии, электронная дроссельная заслонка (ETCS-i) вполне традиционна. Необычна разве что схема впускных воздуховодов - здесь нашлось место вставкам нетканого материала для снижения резонансных шумов, а изгибы течения воздушного потока должны максимально препятствовать попаданию в двигатель воды и снега.


1 - впускной воздуховод, 2 - впускной коллектор, 3 - верхняя опора радиатора, 4 - воздухозаборник 2, 5 - воздухозаборник 1, 6 - воздушный фильтр, 7 - верхний воздуховод


1 - опора радиатора, 2 - воздухозаборник 2. a - нетканый материал, d - воздух, e - вода или снег

В пластиковый впускной коллектор встроены коллектор EGR, равномерно распределяющий отработавшие газы по цилиндрам, и контур вентиляции картера.


1 - впускной коллектор, 2 - прокладка, 3 - корпус дроссельной заслонки. a - коллектор EGR, b - газы EGR, c - картерные газы

Топливная система / Система управления (D-4)


1 - ECM, 2 - датчик давления топлива (ВД), 3 - топливный коллектор (ВД), 4 - форсунка (ВД), 5 - ЭБУ топливного насоса, 6 - топливный бак, 7 - топливный клапан (ВД), 8 - топливный фильтр, 9 - топливный насос (НД), 10 - топливный насос (ВД), 11 - фильтр, 12 - демпфер пульсаций давления, 13 - дозирующий клапан, 14 - обратный клапан, 15 - редукционный клапан, 16 - выпускной распредвал, 17 - датчик давления топлива (НД)

Впрыск топлива - непосредственный в камеру сгорания. Предусмотрены два основных режима работы:

- Режим послойного смесеобразования. Топливо подается в конце такта сжатия, формируя заряд разной степени обогащения. Этот режим используется после холодного запуска двигателя, позволяя эффективно поджигать обедненную (примерно до 16:1) смесь с более высокой температурой сгорания, для ускорения прогрева катализатора.



- Режим однородной / гомогенной смеси. Топливо подается в начале такта впуска и равномерно перемешивается с поступающим воздухом. Происходит сжатие однородной топливовоздушной смеси и затем ее воспламенение. За счет охлаждения воздуха при испарении впрыснутого топлива, повышается массовое наполнение цилиндра.



Топливный насос (НД) подает топливо из бака к ТНВД. Отдельный блок управления насосом, по команде ECM, с помощью ШИМ реализует бесступенчатую регулировку скорости насоса, обеспечивая необходимый уровень подачи. Дополнительная функция - отключение насоса при срабатывании любой из подушек безопасности.

ТНВД - одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, с клапаном сброса давления, а также с демпфером пульсаций давления на входе. Установлен на 4-й крышке подшипника и приводится кулачком выпускного распредвала. Давление топлива регулируется в пределах 4..20 МПа в зависимости от условий движения, на холостом ходу поддерживаются минимальные 4 МПа.


1 - дозирующий клапан, 2 - толкатель, 3 - датчик давления топлива (ВД), 4 - топливный бак, 5 - топливный клапан (ВД), 6 - топливный насос (НД), 7 - топливный фильтр, 8 - ТНВД, 9 - фильтр, 10 - демпфер пульсаций давления, 11 - плунжер, 12 - обратный клапан, 13 - редукционный клапан, 14 - выпускной распредвал, 15 - датчик давления топлива (НД). a - контур низкого давления, b - контур высокого давления, c - топливная трубка (ВД)

- На ходе впуска плунжер опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру, через открытый дозирующий клапан.
- В начале хода сжатия часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива).
- В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан нагнетается в топливный коллектор.
- Если давление в коллекторе становится аномально высоким, открывается механический редукционный клапан, сбрасывающий часть топлива обратно в насос.



Топливный коллектор (высокого давления) - стальной штампованный, в коллекторе установлен датчик давления, обеспечивающий обратную связь с блоком управления двигателем. Форсунки удерживаются пружинными держателями, которые снижают вибрации и не позволяют им перемещаться во время запуска (когда давление в цилиндре выше давления топлива в рампе).


1 - топливная трубка (ВД), 2 - топливный коллектор (ВД), 3 - датчик давления топлива (ВД), 4 - держатель, 5 - форсунка (ВД)

Форсунки - впрыскивают топливо в цилиндры в виде факела сложной формы для максимальной атомизации бензина. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают шум и вибрации распылителя.


a - кольцевое уплотнение, b - стопорное кольцо, c - изолятор, d - тефлоновое уплотнение

· Датчик массового расхода воздуха (MAF) - типа "slot-in" - расход воздуха определяется по разности температур на двух чувствительных элементах, между которыми находится нагреватель.


1 - датчик расхода воздуха. a - сторона впуска, b - сторона выпуска, c - нагреватель, d - распределение температуры без воздушного потока, e - расчет расхода воздуха, f - воздух на впуске

· Дроссельная заслонка - с электронным управлением (ETCS): привод двигателем постоянного тока, бесконтактный двухканальный датчик положения на эффекте Холла.
· Датчик положения педали акселератора - бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла.
· Датчик детонации - плоский широкополосный пьезоэлектрический.
· Датчик давления и температуры масла - комбинированный.


· Датчики давления топлива - в контурах и высокого, и низкого давления.
· Датчик разрежения.
· Датчики положения коленвала и распредвалов - MRE-типа.


1 - электропневмоклапан продувки EVAP, 2 - датчик давления топлива (ВД), 3 - датчик давления топлива (НД), 4 - датчик положения выпускного распредвала, 5 - датчик положения впускного распредвала, 6 - ТНВД, 7 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 8 - форсунка, 9 - корпус дроссельной заслонки, 10 - датчик положения коленвала, 11 - датчик детонации, 12 - впускной патрубок и термостат


1 - катушка зажигания, 2 - клапан EGR, 3 - клапан VVT (впуск), 4 - датчик разрежения, 5 - насос охлаждающей жидкости, 6 - датчик давления/температуры масла, 7 - датчик дифференциального давления, 8 - клапан VVT (выпуск)

· Кислородные датчики - широкополосные датчики состава смеси (AFS) - планарный до катализатора, и колпачковый после (с разными типами нагревателя).


1 - датчик состава смеси (B1S1), 2 - крышка, 3 - Pt, 4 - насосная ячейка (Zr), 5 - ячейка Нернста (Zr), 6 - нагреватель, 7 - отработавшие газы


1 - датчик состава смеси, 2 - крышка, 3 - нагреватель, 4 - Pt, 5 - датчик (Zr). a - атмосфера, b - керамическое покрытие

Экология

Вентиляция картера (PCV) - с отдельным сепаратором, который должен сделать маслоулавливание более эффективным и замедлить старение масла, снизить угар и образование шламовых отложений. Встроенный между головкой блока и впускным коллектором клапан PCV позволил избавиться от лишнего вакуумного шланга. Клапан закрывается для уменьшения перепуска картерных газов при высоком разрежении во впускном коллекторе, и сильнее открывается при низком разрежении.


1 - клапан PCV, 2 - впускной коллектор, 3 - сепаратор, 4 - вентиляционный шланг 2


1 - шланг воздушного фильтра 1, 2 - впускной коллектор, 3 - вентиляционный шланг 2, 4 - крышка ГБЦ, 5 - головка блока цилиндров, 6 - блок цилиндров, 7 - картер, 8 - поддон, 9 - сепаратор, 10 - клапан PCV. a - воздух, b - картерные газы + воздух, c - картерные газы

Система улавливания паров топлива (EVAP) - выполнена в простом варианте, с одним ШИМ-управляемым клапаном продувки адсорбера.


1 - клапан продувки адсорбера EVAP, 2 - топливный бак, 3 - модуль топливного насоса (насос/датчик уровня/адсорбер), 4 - ECM

Рециркуляция отработавших газов (EGR) - главный источник нагарообразования во впускном тракте. Отбираемые за катализатором газы проходят по сквозному каналу в головке блока к жидкостному охладителю и затем направляются к охлаждаемому клапану EGR с шаговым электродвигателем.


1 - впускной коллектор, 2 - трубка EGR, 3 - клапан EGR, 4 - охладитель EGR. a - распределение EGR, b - канал ГБЦ

Сажевый фильтр (GPF) - подробнее см. "Сажевые фильтры бензиновых двигателей Toyota (GPF)".


1 - датчик дифференциального давления, 2 - датчик AFS (S1), 3 - ECM, 3 - датчик AFS (S2), 5 - приемная труба системы выпуска и сажевый фильтр

Электрооборудование

Система зажигания - типа DIS-3 (отдельная катушка зажигания со встроенным коммутатором на каждый цилиндр).


1 - коммутатор, 2 - первичная обмотка, 2 - сердечник, 4 - вторичная обмотка, 5 - наконечник

Свечи зажигания - Denso FC16HR-Q8 или NGK DILKAR6T8 - "тонкие" (с уменьшенным диаметром резьбы и под ключ на 14), с центральным электродом из иридиевого сплава и платиновым контактом на боковом электроде, с удлиненной резьбовой частью (Long Reach).

Система запуска предусматривает два варианта стартеров с планетарным редуктором: для обычных моделей - 1.0 кВт, для моделей с системой stop-start - 1.2 кВт и с встроенным ICR-реле, которое должно стабилизировать бортовое напряжение во время запуска.

Привод навесных агрегатов максимально простой, с автоматическим натяжителем. В составном шкиве генератора находится пружина для уменьшения крутильных колебаний.


1 - генератор, 2 - натяжитель, 3 - коленвал, 4 - компрессор кондиционера



M15A-FXE (1.5 EFI)



Если рассматривать -FXE как упрощенную версию -FKS, то в описании достаточно будет указать на принципиальные отличия.


Механическая часть

• Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT - Dual Variable Valve Timing). На впуске используется электропривод (VVT-iE), на выпуске - традиционный гидропривод (VVT-i). Фазы изменяются в пределах 70° для впуска и 40° для выпуска. Отдельное описание принципов работы приведено по ссылке.


1 - э/м клапан VVT (выпуск), 2 - привод VVT-iE (впуск), 3 - передняя крышка, 4 - задняя крышка, 5 - заглушка. a - сервисное отверстие

• Балансирный вал не используется - режимы работы двигателя в составе гибридной силовой установки это допускают.

• В шкив коленчатого вала встроен несбалансированный груз, благодаря которому уменьшается вертикальная составляющая вибраций, характерных для 3-цилиндрового двигателя.


a - несбалансированный груз, f - вибрация обычного двигателя, g - вибрация после добавления груза

• Контур системы охлаждения - без маслоохладителя трансмиссии.

• Официально предписанные производителем значения вязкости масла:


Топливная система / Система управления (EFI)

Впрыск топлива - распределенный (секвентальный, синхронный или асинхронный). Топливная система - без линии возврата, с встроенным в модуль насоса регулятором давления, топливным фильтром, адсорбером и датчиком уровня.


1 - топливный коллектор, 2 - форсунка, 3 - топливный бак, 4 - модуль насоса (насос, фильтр, адсорбер, датчик указателя)

Топливный коллектор - стальной штампованный, его стенки сами по себе служат демпфером пульсаций давления топлива. В коллекторе установлен датчик давления.


1 - топливный коллектор, 2 - форсунка

Форсунки - с длинным 10-точечным распылителем, который подает топливо в поток воздуха.



Компоненты и подсистемы аналогичны двигателю -FKS (естественно, за исключением элементов контура высокого давления).


1 - электропневмоклапан продувки EVAP, 2 - форсунка, 3 - датчик положения выпускного распредвала, 4 - датчик положения впускного распредвала, 5 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 6 - датчик давления топлива, 7 - датчик положения коленвала, 8 - датчик детонации, 9 - корпус дроссельной заслонки


1 - катушка зажигания, 2 - клапан EGR, 3 - привод VVT-iE, 4 - датчик разрежения, 5 - насос охлаждающей жидкости, 6 - датчик давления/температуры масла, 7 - датчик дифференциального давления, 8 - клапан VVT-i (выпуск)


• Впервые на тойотовском двигателе с распределенным впрыском появился сажевый фильтр, который совсем недавно требовался только моторам с непосредственным впрыском для соответствия Euro-6.


Большой обзор двигателей Toyota
· AZ · MZ · NZ · ZZ · AR · GR · KR · NR · ZR · AD · GD · A25.M20 · M15 · V35 ·




Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru