Двигатели Toyota - 3S-FE. От рассвета до заката

Eugenio,77
mail@toyota-club.net
© Toyota-Club.Net
Jul 2021


3S-FE type'86 · 3S-FE type'90 · 3S-FE type'96


Почему мы называем наиболее значимым в истории тойотовским двигателем именно 3S-FE, если в 90-е у компании была масса других удачных и интересных моторов? Так, но легендарные рядные шестерки жили под капотами заднеприводных японских седанов - машин слишком нишевых и слишком специфичных. Так, но идеально подходящая компактным короллам серия A была уже недостаточна для машин классом и размером выше. Так, но разнообразные яркие -GE и -GTE, могучие UZ и вечные HZ могли доставить радость только весьма ограниченному кругу пользователей.

Именно с помощью 3S-FE массовый владелец подержанных тойот смог почувствовать, как одновременно сочетаются достаточная тяговооруженность и надежность, безотказность и бюджетность, хорошие автоматы и самый совершенный на тот момент полный привод, вместительные салоны и достойные комплектации. Двухлитровый мотор выступал в самых нужных классах и размерах - средний семейный сегмент, первые минивены современной компоновки... даже первый паркетник. Именно такие машины поднимали в ощущениях людей планку "достойного автомобиля" на высокий, а может быть и слишком высокий уровень.

3S-FE прожил достаточно долгую конвейерную жизнь - с 1986 до 2002 года (а после прекращения крупносерийного производства, в 2003-2007 двигатель устанавливался на учебные автомобили Crown Comfort SXS13). За это время он претерпел ряд значительных изменений, которые складываются в три основных поколения - тип'86, тип'90 и тип'96.

ДвигательРабочий объем, см3Диаметр цилиндра x Ход поршня, ммСтепень сжатияМощность, л.с.Крутящий момент, Нм-
3S-FE199886.0 x 86.0 9.3120 / 5600169 / 4400type'86 мод'87
9.3125 / 5600169 / 4400type'86 мод'89
9.5140 / 6000186 / 4400type'90 2WD
9.5135 / 6000181 / 4400type'90 4WD
9.8128 / 5400178 / 4400type'96 EU
9.5124 / 5400178 / 4400type'96 GC
* масса двигателя 130-140 кг

Применяемость: Avensis 220, Caldina 190..210, Carina E, Carina ED/Corona Exiv 180..200, Corona/Carina 170..190..210, Crown Comfort, Curren, Celica 160..180..200, Gaia, Ipsum/Picnic 10, Nadia, RAV4 10, Townace/Liteace Noah 50, Vista/Camry 20..30..40..50

3S-FE type'86. Рассвет

Родилось новое семейство 3S в 1984 году с выходом форсированного 160-сильного 3S-GE. Но поскольку маркетинг уже требовал повсеместного внедрения шильдика "16 valve", то на его основе был создан и массовый гражданский мотор.



Механическая часть

В двигателе применяется классический чугунный блок цилиндров с закрытой рубашкой охлаждения, в целом аналогичный блоку первых 3S-GE.
Мод'89: Несколько изменился рисунок ребер и внешней поверхности блока.



Коленчатый вал - литой чугунный, с 8 противовесами и 5 коренными шейками (средняя более широкая). Диаметр коренной шейки 55 мм, шатунной - 48 мм, ширина подшипника 19/23 мм.
Мод'89: Маховик получил 8 болтов крепления вместо изначальных 6.



Шатуны снабжены отверстиями для подачи масла к ШПГ, крышки крепились болтами с тогда еще 6-гранными гайками. Диаметр нижней головки 51 мм, верхней - 20 мм, расстояние между центрами - 138 мм.



Поршни - легкосплавные, с полноразмерной юбкой и стальной усиливающей полосой по окружности на уровне пальца. Толщина поршневых колец - 1.5/1.5/4.0 мм. Поршневые пальцы устанавливались с запрессовкой в шатуны.



Головка блока - алюминиевая, с камерой сгорания типа "pentroof". Угол развала клапанов всего 22.35° - в два с лишним раза меньше, чем у родственного -GE. Благодаря применению 4 клапанов на цилиндр площадь проходного сечения на впуске и выпуске выросла более чем на четверть по сравнению с номинальным 8-клапанным предшественником 2S-E. В то же время, ширина -FE головки получилась существенно меньше, чем у моторов -GE. Клапанная крышка легкосплавная, с креплением на свечные колодцы.
Мод'89: Изменилась прокладка ГБЦ (на волне борьбы с асбестсодержащими материалами), стали 12-гранными ее болты крепления, слегка изменился край камеры сгорания.



Механизм привода клапанов - типа DOHC "узкий twincam" - ремень приводит впускной распредвал, от него шестеренной передачей вращается выпускной (для снижения шума ведомая шестерня сделана разрезной, с пружиной).



Фазы газораспределения: впуск открытие 6 BTDC, закрытие 40 ABDC; выпуск открытие 54 BBDC, закрытие 6 ATDC.
Мод'89: Заметно сокращена продолжительность открытия выпускного клапана - впуск открытие 6 BTDC, закрытие 40 ABDC; выпуск открытие 36 BBDC, закрытие 4 ATDC.

Параметры клапанов: впуск - ход 6.96 мм, высота 100.6 мм, диаметр 32 мм, стержень 6 мм; выпуск - ход 7.6 мм, высота 100.45 мм, диаметр 27 мм, стержень 6 мм.

Зазор в приводе клапанов регулируется хром-ванадиевыми шайбами, расположенными над толкателями, что позволяет обойтись без снятия распредвалов. Диаметр толкателя изначально составлял 28 мм, шайбы - 25 мм.

Ремень привода ГРМ также вращает помпу и масляный насос, снабжен пружинным натяжителем. При обрыве ремня встречи поршней и клапанов не происходит.



Мод'89: Двигатель получил две гидронаполненные опоры для лучшего гашения вибраций.


1 - поплавок, 2 - диафрагма, 3 - отверстие, 4 - внешнее кольцо, 5 - внутреннее кольцо, 6 - ограничитель отбоя. a - жидкость, b - воздух, c - втулка


Смазка

Шестеренный масляный насос трохоидного типа приводится ремнем ГРМ. Номинальное давление - 1.5-2.0 бар, редукционный клапан настроен на 4 бар.



Масляный фильтр классической конструкции, с номинальной площадью шторы 700 мм2 и клапаном с настройкой на 1 бар.




Охлаждение

Система в классическом исполнении, термостат - "холодный" (82°C) механический, единственный дополнительный охлаждаемый компонент - корпус дроссельной заслонки.
Мод'89: Диаметр термостата увеличен с 30 до 35 мм.


1 - термостат, 2 - дроссельная заслонка. a - от отопителя, b - к отопителю, c - к радиатору, d - от радиатора


1 - термовыключатель вентилятора, 2 - перепусканая трубка, 3 - датчик указателя температуры, 4 - таймер форсунки холодного пуска, 5 - датчик температуры охлаждающей жидкости (EFI). a - от головки блока, b - к корпусу дроссельной заслонки, 3 - от корпуса дроссельной заслонки, 4 - от отопителя, 5 - к отопителю

Впуск и выпуск

Впускной коллектор - литой, расположен со стороны моторного щита.



Выпускной коллектор - простейшей конструкции. Катализатор установлен отдельным блоком между ним и приемной трубой.




Топливная система / Система управления

Система типа EFI-D - распределенный впрыск, с линией возврата, управление по MAP-сенсору.


1 - выключатель запрещения запуска, 2 - датчик скорости автомобиля, 3 - выключатель кондиционера, 4 - ECM, 5 - индикатор перегрева катализатора, 6 - датчик температуры воздуха на впуске, 7 - датчик положения дроссельной заслонки, 8 - электропневмоклапан, 9 - форсунка, 10 - распределитель, 11 - коммутатор, 12 - аккумулятор, 13 - стартер, 14 - реле топливного насоса, 15 - топливный насос, 16 - кислородный датчик, 17 - датчик температуры катализатора, 18 - катализатор, 19 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 20 - датчик абсолютного давления во впускном коллекторе

Дроссельная заслонка - устаревшего типа: холостой ход под нагрузкой поддерживается с помощью электропневмоклапана, базовая частота задавается регулировочным винтом, датчик положения - 3-контактный дискретный (PSW-IDL-E1).





Мод'89: Появились полноценный регулятор холостого хода роторного типа (R-ISCV) и 4-контактный датчик положения с потенциометром и выключателем холостого хода.



Топливный фильтр - выносного типа, установлен в разрыве топливной магистрали.

Топливный коллектор - алюминиевый, с вакуумным регулятором давления и демпфером пульсаций.





Основные форсунки - пропускной способностью 185 см3/мин.
Мод'89: Модернизированные форсунки с номинальным расходом 200 см3/мин стали чуть легче.



На раннем типе еще присутствовала форсунка холодного пуска.


Система вентиляции картера представляла собой простой шланг между клапанной крышкой и впускным коллектором.

Система улавливания паров топлива (EVAP) - самой примитивной конструкции без какого-то ни было электронного управления.



Используемые в системе датчики:
· Датчик температуры воздуха на впуске
· Датчик температуры охлаждающей жидкости
· Кислородный датчик - единственный (B1S1), с циркониевым элементом, переключающегося типа.
· Датчик температуры отработавших газов (после катализатора)



Система зажигания - со встроенной в распределитель катушкой зажигания (соотношение обмоток 0.42/9000 Ом), и индуктивными датчиками сигналов NE и G (условный эрзац датчиков положения коленвала и распредвала). Свечи Denso Q16R-U11 или NGK BCPR5EY11 (в то время считавшиеся компактными - под ключ на 16 вместо 20.6 у предшествующих моторов).



Мод'88: Более мощная катушка (0.45/12000) и коммутатор были вынесены из распределителя на щит моторного отсека в большинстве версий.



Самодиагностика - запускалась перемычкой в диагностическом разъеме, и изначально использовала еще самые старые тойотовские 1-значные коды:
1 - Норма
2 - Датчик абсолютного давления
3 - Система зажигания
4 - Датчик температуры охлаждающей жидкости
5 - Кислородный датчик
6 - Сигнал частоты вращения
7 - Датчик положения дроссельной заслонки
8 - Датчик температуры воздуха на впуске
9 - Датчик скорости автомобиля
10 - Сигнал стартера
11 - Состояние потребителей (кондиционер / выключатель PNP)

Мод'89: Flash-коды стали привычными 2-значными
12 - Сигнал частоты вращения (Ne и G)
13 - Сигнал частоты вращения (Ne)
14 - Система зажигания
21 - Кислородный датчик
22 - Датчик температуры охлаждающей жидкости
24 - Датчик температуры воздуха на впуске
31 - Датчик абсолютного давления
41 - Датчик положения дроссельной заслонки
42 - Датчик скорости автомобиля
43 - Стартер
51 - Состояние потребителей

Отличия европейской и американской версий

• Стандартный атрибут 3S-FE внешнего рынка - наличие системы EGR, в варианте с управляющим электропневмоклапаном и вакуумным модулятором.



• Обычно присутствует throttle opener - автономный вакуумный привод, который заставляет дроссельную заслонку закрываться постепенно даже при резком отпускании педали газа, а также на некоторое время оставляет заслонку приоткрытой после выключения двигателя.




3S-FE type'90. Полдень

Оптимальная с точки зрения конструкции модификация, некий условный апогей тойотовского качества.

Отличия от предшествующего типа:

• Блок цилиндров - появился прилив под датчик детонации.

• Шатуны - диаметр нижней головки увеличен до 55 мм, модифицированы болты крепления крышки

• Поршни - изменилась форма днища, жаровый пояс уменьшился с 7.9 до 5.5 мм, диаметр поршневого пальца вырос с 20 до 22 мм. Поршневые пальцы - полностью плавающие (со стопорными кольцами).



• Коленвал - диаметр шатунных шеек увеличился с 48 до 52 мм.

• Головка блока - впускные каналы получили более сглаженную форму, в крышке появился отдельный клапан вентиляции картера (PCV).



• Распредвалы - ширина кулачка увеличилась с 10 до 12 мм, ход всех клапанов увеличился до 7.7 мм. Фаза впуска сдвинулась, а фаза выпуска удлинилась: впуск открытие 3 BTDC, закрытие 43 ABDC; выпуск открытие 45 BBDC, закрытие 3 ATDC.

• Клапаны - высота уменьшилась до 97.6 мм на впуске и 98.45 мм на выпуске, изменились пружины. Диаметры толкателя и шайбы увеличились до 31 мм и 28 мм соответственно.

• Охлаждение: диаметр термостата опять уменьшился с 35 до 30 мм

• Впуск: продолжались эксперименты с формой впускного коллектора с целью добиться равной длины каналов. Выпуск: коллектор получил парные каналы, которые так и переходили в двойную приемную трубу, тогда как катализатор переместился из моторного отсека под днище (на 2WD версиях)





• Зажигание: распределитель с NE-датчиком, новые свечи с иным калильным числом - всем знакомые Denso K20R-U11 или NGK BKR6EYA11

• Система управления: появился контроль по детонации и, соответственно, датчик детонации - раннего типа, резонансный. Отпала необходимость в форсунке холодного пуска. Появилось взаимодействие с электронным управлением трансмиссией.

• В самодиагностику добавилась пара новых кодов:
16 - Управление трансмиссией
52 - Датчик детонации
Мод'91: Появились два режима самодиагностики - normal mode и test mode.

• Мод'91: Система EVAP получила электронное управление с электропневмоклапаном принудительной продувки (между тем на внешнем рынке и в дальнейшем широко использовалась EVAP с простым термоклапаном).


Система управления (type'90 mod'91). 1 - ECM, 2 - стартер, 3 - индикатор перегрева катализатора, 4 - распределитель, 5 - датчик абсолютного давления (MAP), 6 - форсунка, 7 - электропневмоклапан EVAP, 8 - датчик температуры воздуха на впуске, 9 - выключатель холостого хода, 10 - обратный клапан, 11 - адсорбер, 12 - дроссельная заслонка, 13 - регулятор холостого хода, 14 - датчик детонации, 15 - кислородный датчик, 16 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 17 - датчик температуры катализатора

Мод'92: Когда японцам пришло в голову прикрутить на моноприводные версии опциональную TRC, последовательно с обыкновенной первой появилась вторая дроссельная заслонка, снабженная собственным электроприводом и датчиком.



Необходимо помнить, что главными параметрами надежности являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность - и не испытывать иллюзий насчет возможности сколь угодно долгого полностью исправного состояния сложного технического объекта.

Так и 3S-FE - подавляющее большинство неисправностей в этом поколении являются следствием возраста и естественного износа, лишь иногда усугубляются конструктивными промахами, поддаются устранению и практически не ведут к внезапным отказам.

Механическая часть
• Повышенный расход масла становился нормой к десятилетнему возрасту, что уж говорить о более пожилых двигателях, ну а причин для этого хватало в избытке:
- Плохая сепарация масла из картерных газов - следует обратить внимание на клапан PCV и маслоуловитель в клапанной крышке.
- Маслосъемные колпачки (как же просто определить это сейчас и как жаль, что эндоскопы не были доступны двадцать лет назад).
- Кольца - обычно на первый раз состояние блока цилиндров позволяло ограничиться переборкой с заменой залегших поршневых колец.
- Если масло не сгорает, то оно вытекает - для серии S характерны обильные утечки через все возможные сальники. Причем застарелые сальники лобовины могли сформировать на валах такие выработки, по которым новые уже не смогут обеспечивать уплотнение.
Зачастую, устранение одного-двух из этих пунктов позволяло снизить расход масла до приемлемого и не прогрессирующего уровня, но при необходимости моторы успешно и бесхитростно капиталили.

• Со временем так или иначе развивается люфт распредвалов, но правильный ремонт тут экономически нецелесообразны - можно только на свой риск опробовать "колхозный" метод "просадки бугелей".
И конечно же, нельзя забывать при снятии-установке распредвалов заранее фиксировать или взводить разрезную шестерню.

• Единичные случаи поломки шатунных болтов уже происходили (как правило, при повторной затяжке).

• Противоестественные вибрации при нормальных оборотах холостого хода говорят о подушках двигателя. Практика поочередной замены (от дешевых к дорогим) показала, что без замены главных гидроопор какого-либо заметного эффекта не будет.

Смазка
• Маслосистема не выглядит самой удачной частью двигателя. Во-первых, конструкция с непрямым приводом насоса неудачна сама по себе - постоянная лишняя нагрузка на ремень ГРМ во время холодного зимнего пуска на загустевшем масле становится просто экстремальной. Во-вторых, лишний сальник и лишняя прокладка, протекающие в полость ремня ГРМ, причем прокладка еще и легко допускает возможность кривой установки. В-третьих, по сравнению с другими моторами вопросы к давлению возникают подозрительно часто, а субъективно долго не тухнущая при запуске лампа давления воспринимается как норма.
• Из-за наклона двигателя фильтру нужен хороший противодренажный клапан, хотя тойота умудряется торговать фильтрами-заменителями, вообще лишенными этого элемента.
• Характерное последствие ремонтов - заклинивание редукционного клапана насоса мелким мусором или герметиком.
• Особого внимания требует торцевой зазор роторов, который сильно влияет на производительность насоса - статистика и практика говорят, что при переборке и, тем более, капремонте двигателя следует превентивно заменить масляный насос в сборе.

Охлаждение
• Никаких проблем с надежностью и эффективностью: хорошее охлаждение летом, отличный прогрев зимой, единственный вопрос - менять ли еще исправную помпу при каждой замене ремня ГРМ.

Зажигание
• К перечню возрастных маслопротечек следует добавить сальник трамблера и его уплотнительное кольцо, а также трубки свечных колодцев.
• Следует периодически менять бегунок трамблера на новый, не доводя его до совершенного непотребства (и не сошкуривая нагар вместе с родным покрытием).

EFI
• Как и на всех классических тойотовских моторах, система управления крайне вынослива в своей простоте. Самые частые вопросы - "очистка регулятора холостого хода" (ISCV) и "поставить бошевский бензонасос от десятки" (ранее в топе всегда была и "чистка форсунок", но видимо за последние 10-15 лет качество бензина действительно выровнялось в лучшую сторону).
• Субъективно не нравится доступ к зоне форсунок, затрудненный завалом двигателя к моторному щиту и впускным ресивером, и к сливной пробке блока. Но как показал опыт появившихся позднее моделей полукапотной компоновки - этот доступ был еще вполне себе удобным.
• На леворульных модификациях следует глушить клапан EGR, не добавляя к масляным испарениям картерных газов еще и сажу собственного выхлопа.



3S-FE type'96. Закат

Модификация 1996 года нанесла непоправимый урон надежности и долговечности механической части.

• Шатунно-поршневая группа была существенно облегчена. Поршни - радикально уменьшен размер юбок (они стали Т-образными в проекции), уменьшена толщина поршневых колец (1.2/1.2/3.0), вместо восьми крупных отверстий для отвода масла в канавке маслосъемного кольца с рабочих сторон поршня четыре мелких. Шатуны - снят огромный запас металла (толщина стержня и верхней головки уменьшилась на треть, ширина на четверть). Отличные большие плавающие пальцы заменили на запрессовываемые в шатуны укороченные.



• Смазка: некоторые изменения, связанные не только с ДПКВ, претерпел маслонасос

• Зажигание: новый тип DIS-2 без распределителя с двумя катушками зажигания, двухконтактные свечи - обычные Denso K20TR11 / NGK BKREKB11 или "платиновые" Denso PK20TR11 / NGK BKREKPB11.



• Впуск и выпуск: катализатор вернулся из-под днища к выпускному коллектору, чтобы быстрее и эффективнее прогреваться, получили распространение выпускные коллекторы типа "паук".



• Управление: с упразднением трамблера появились датчик положения коленвала и датчик положения распредвала индуктивного типа, появилось двухскоростное управление вентилятором через пару реле.






Система управления (type'96 Euro). 1 - замок зажигания, 2 - топливный насос, 3 - адсобер, 4 - линия возврата топлива, 5 - топливный фильтр, 6 - биметаллический пневмоклапан, 7 - датчик скорости автомобиля, 8 - выключатель запрещения запуска, 9 - диагностический разъем, 10 - усилитель кондиционера, 11 - индикатор check engine, 12 - аккумулятор, 13 - сигнал нагрузки, 14 - ECM, 15 - коммутатор, 16 - электропневмоклапан EGR, 17 - датчик температуры воздуха на впуске, 18 - датчик положения дроссельной заслонки, 19 - регулятор холостого хода, 20 - датчик абсолютного давления (MAP), 21 - вакуумный модулятор EGR, 22 - клапан EGR, 23 - датчик детонации, 24 - форсунка, 25 - датчик положения распредвала, 26 - кислородный датчик, 27 - катализатор, 28 - датчик положения коленвала, 29 - датчик температуры охлаждающей жидкости

• Вариант топливной системы без линии возврата и вакуумного регулятора, но с регулятором давления в модуле топливного насоса (который поддерживает постоянное давление на уровне 3.3 бар) и новыми форсунками, существовал, однако широко не применялся.



• Система диагностики стала доступна для сканеров и обзавелась современными SAE-кодами:
12 / P0335 - Датчик положения коленвала
12 / P0340 - Датчик положения коленвала
13 / P1335 - Датчик положения коленвала
14 / P1300 - Система зажигания 1/4
15 / P1310 - Система зажигания 2/3
21 / P0130 - Кислородный датчик
21 / P0135 - Кислородный датчик (нагреватель)
22 / P0115 - Датчик температуры охлаждающей жидкости
24 / P0110 - Датчик температуры воздуха на впуске
25 / P0171 - Сигнал бедной смеси
31 / P0105 - Датчик абсолютного давления (MAP)
33 / P0505 - Регулятор холостого хода
41 / P0120 - Датчик положения дроссельной заслонки
42 / P0500 - Датчик скорости автомобиля
52 / P0325 - Датчик детонации
82 / P1645 - Multiplex
- / P0605 - ЭБУ двигателя

• Появилась новая версия продольного расположения для исходно-заднеприводных микроавтобусов Townace/Liteace, а также и Crown Comfort.

• Главный и самый серьезный дефект - обрыв шатунных болтов с последующим разрушением двигателя - подробнее описан в отдельной статье. Объяснить или предсказать поломку по-прежнему невозможно, равно как и понять, почему болты с одним и тем же номером стали так часто ломаться именно на моторах тип'96. Единственное доступное профилактическое решение - никогда не использовать шатунные болты повторно.

• Ресурс высоковольтных проводов снизился вдвое, появилась ранее нехарактерная проблема перегорания катушек зажигания.

• Итог насилия над ШПГ:
- поршни стали стучать при перекладке на совершенно мизерных, по меркам прежних 3S, пробегах;
- начал развиваться значительный износ в паре палец-поршень, усугубляемый коксованием маслоподводящих отверстий в бобышках;
- стали отмечаться если не задиры, то явные потертости на юбках поршней и стенках цилиндров;
- радикально выросла склонность к закоксовке колец и развитию масложора.
Ну а единственным результатом "модернизации" стала прямо-таки феноменальная экономия топлива - порядка 300-400 кубиков на сотню.



Собственно, на этом успехи тойотовцев в двухлитровом массовом классе закончились. Уже в 1996-м, параллельно с ухудшенным 3S-FE, они выпустили самый плохой двигатель в истории фирмы - 3S-FSE. В 2000-е компания вступала с посредственным 1AZ-FE и совсем неудачным 1AZ-FSE. К началу 2010-х тойота могла предложить только относительно сносный (на фоне предшественников) 3ZR-FE и его проблемного брата 3ZR-FAE, вскоре докатившись и до китайского 6AR-FSE. 2020-е начинались с приходом новой темной лошадки M20A-FKS.
Но помимо более или менее серьезных вопросов к технике, удушающие экологические нормативы и растущая масса автомобилей привели к тому, что ни одна из новых атмосферных двухлитровок уже не могла дать того чувства натуральной мощности и уверенного разгона, на которое был способен старый добрый три-эс.


Большой обзор двигателей Toyota
· AZ · MZ · NZ · SZ · ZZ · AR · GR · KR · NR · ZR · AD · GD · ND · VD · A25.M20 · F33 · G16 · M15 · T24 · V35 ·




Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru