1AR-FE (2.7 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском. Применение: Toyota Venza, Highlander, Sienna; Lexus RX. 2AR-FE (2.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском. Применение: Toyota RAV4, Camry, Alphard/Vellfire, Zelas; Lexus ES; Scion tC. 2AR-FXE (2.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском, для гибридных силовых установок. Применение: Toyota RAV4, Camry, Avalon, Harrier, Alphard/Vellfire; Daihatsu Altis; Lexus ES, NX. 2AR-FSE (2.0 D-4S VVT-iW) — продольного расположения, с комбинированным впрыском, для гибридных силовых установок. Применение: Toyota Crown; Lexus IS, GS. 3AR-FE (2.7 EFI DVVT) — аналог 1AR-FE для китайского рынка. Применение: Toyota Highlander CHN. 4AR-FXE (2.5 EFI DVVT) — аналог 2AR-FXE для китайского рынка. Применение: Toyota Camry CHN. 5AR-FE (2.5 EFI DVVT) — аналог 2AR-FE для китайского рынка. Применение: Toyota RAV4, Camry, Harrier CHN. 6AR-FSE (2.0 D-4S VVT-iW) — поперечного расположения, с комбинированным впрыском. Применение: Toyota Camry; Lexus ES. 8AR-FTS (2.0 D-4ST VVT-iW) — поперечного расположения, с турбонаддувом, с комбинированным впрыском. Применение: Toyota Harrier, Highlander; Lexus NX, RX. 8AR-FTS (2.0 D-4ST VVT-iW) — продольного расположения, с турбонаддувом, с комбинированным впрыском. Применение: Toyota Crown; Lexus IS, GS, RC.
2AR-FE (2.5 EFI DVVT)
Двигатели серии AR дебютировали в 2008-м на североамериканском рынке и некоторое время оставались местным эндемиком. Отчасти они заменяли прежний 2AZ-FE, отчасти — заполняли вакуум в линейке двигателей для исходно-переднеприводных моделей между 160-сильным 2.4 и 280-сильным 3.5. В 2010-х они устанавливались на модели класса E (семейство Camry), средне- и полноразмерные паркетники и вэны (RAV4, Highlander, RX, Sienna).
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. Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.
К блоку крепится массивный литой картер, выполняющий роль верхней части масляного поддона.
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 8 противовесов на щеках, шейки уменьшенной ширины и традиционные отдельные крышки коренных подшипников. От коленчатого вала с помощью шестеренной передачи приводится балансирный механизм с полимерными шестернями, традиционно устанавливаемый тойотовцами на рядные четверки рабочим объемом более двух литров.
В рубашке охлаждения установлена проставка, благодаря которой охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхей части цилиндров, что улучшает теплоотвод и способствует более равномерному термонагружению.
Поршни — легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой. Канавка верхнего компрессионного кольца имеет анодированное покрытие, кромка верхнего компрессионного кольца — противоизносное покрытие методом конденсации паров. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.
b — алюмитовое покрытие, c — полимерное покрытие, d — PVD-покрытие
Двигатели имеют одинаковый диаметр цилиндра и отличаются ходами поршня. Оба относятся к длинноходным, 2.7 имеет довольно высокую среднюю скорость поршня, но не дотягивает до антирекорда серии ZR.
Как принято на двигателях нового поколения, распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока — это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ. В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры. В легкосплавной крышке головки проложена магистраль подвода масла к рокерам.
Привод газораспределительного механизма осуществляется однорядной цепью (шаг 9,525 мм). Гидронатяжитель цепи со стопорным механизмом установлен с внутренней стороны крышки, но имеет доступ через сервисное отверстие. Смазка цепи — с помощью отдельной масляной форсунки.
Главная отличительная черта новых двигателей — приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT — Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 50° для впуска и 40° для выпуска. Отдельное описание принципов работы Toyota VVT-i приведено по ссылке.
Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.
Масляный фильтр установлен вертикально под двигателем. Используются «экономичные» разборные фильтры со сменными картриджами.
Система охлаждения классическая: привод помпы от внешней стороны общего ремня привода навесных агрегатов, «холодный» (80-84°C) механический термостат, корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию, традиционное ступенчатое управление вентиляторами радиатора.
На двигателе 2.7 применяется отдельный блок управления электродвигателем вентилятора, который позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.
Пластиковый впускной коллектор установлен сзади, стальной выпускной — спереди.
На впуске двигателя 2.7 используется пневмопривод AICS, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. На низких оборотах система должна уменьшать шум, на высоких — увеличивать мощность.
Во впускном коллекторе установлены заслонки системы ACIS с вакуумным приводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и воздух поступает по длинному каналу, в других диапазонах клапан открыт и воздух идет по более короткому пути.
1 — заслонка системы TCS, 2 — привод системы TCS, 3 — заслонки системы ACIS, 4 — привод ACIS, 5 — электропневмоклапан ACIS, 6 — вакуумный ресивер.
В конце впускного коллектора за дроссельной заслонкой установлены заслонки Tumble Control System с электроприводом и обратной связью по датчику положения. На холодном двигателе заслонка полностью закрывается, способствуя увеличению скорости потока и созданию завихрений в камере сгорания, это улучшает работу на обедненной смеси сразу после холодного пуска. Параллельно с этим устанавливается более позднее зажигание, чтобы уменьшить количество несгоревшей смеси (увеличить полноту сгорания топлива) и ускорить прогрев катализатора. Создаваемое за заслонкой разрежение способствует лучшей атомизации топлива и предотвращает образованию жидкой пленки на стенках воздушных каналов. На прогретом двигателе привод полностью открывает заслонку, минимизируя сопротивление прохождению воздуха.
Система управления (EFI)
Впрыск топлива — распределенный, секвентальный. — 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 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). — Первый кислородный датчик — планарный датчик состава смеси (AFS) (89467-), датчик за катализатором — обычный кислородный. — Форсунки с удлиненным распылителем устанавливаются в головку блока и впрыскивают топливо максимально близко к впускным клапанам. — Топливная магистраль — без линии возврата, демпфер пульсаций давления — внешний на топливном коллекторе.
Система зажигания — традиционная DIS-4 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания — тонкие «иридиевые» SK16HR11 с удлиненной резьбовой частью, под ключ на «14». В системе зарядки используются генераторы с сегментным проводником, с отдачей в 100 А. В системе запуска — нового образца стартер мощностью 1.7 кВт, с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные магниты. Привод навесных агрегатов — единым ремнем, с отдельным пружинным натяжителем.
6AR-FSE (2.0 D-4S)
В середине 2010-х началось возвращение непосредственного впрыска на двигатели массового сегмента. Поскольку 6AR-FSE имеет много общего с исходными моторами 1AR/2AR, отметим существенные различия или принципиальные моменты, а некоторые описания вынесем отдельными статьями.
— Высокая геометрическая степень сжатия — 12.7. — Поршень характерной для двигателей с непосредственным впрыском формы и с развитыми вытеснителями.
1 — верхнее компрессионное кольцо, 2 — нижнее компресионное кольцо, 3 — маслосъемное кольцо. a — , b — алюмитовое покрытие, c — полимерное покрытие, d — DLC ( Diamond Like Carbon) покрытие.
— Система изменения фаз газораспределения VVT-iW — подробнее см. здесь.
Примечание. В обзорах и статьях о Camry неоднократно упоминался «электропривод» изменения фаз, якобы используемый именно на этом двигателе. На самом деле здесь установлен пусть и визуально непохожий на прошлые тойотовские образцы, но по-прежнему гидравлический привод VVT-iW.
— Предусмотрена возможность работы двигателя по циклу Миллера/Аткинсона — подробнее см. здесь. — От дополнительного кулачка на впускном распредвалу приводится ТНВД. — От задней части выпускного распредвала приводится вакуумный насос. — В головке блока появились форсунки непосредственного впрыска.
Впуск и выпуск — Одно из самых неприятных нововведений — система EGR, которая гарантирует традиционные проблемы с нагарообразованием по всему впускному тракту. Управление EGR — шаговым электродвигателем.
1 — управляющий клапан EGR, 2 — охладитель EGR. b — канал для газов, c — канал для ОЖ
— В отличие от 1AR/2AR, на впуске нет дополнительных приводов изменения геометрии, зато появился коллектор для равномерной подачи перепускаемых отработавших газов.
1 — корпус дроссельной заслонки (ETCS), 2 — впускной коллектор. a — коллектор EGR, b — поток газов.
Впрыск топлива — комбинированный: непосредственный в камеру сгорания и распределенный во впускной канал. При малых и средних нагрузках может использоваться как смешанный впрыск, так и распределенный или непосредственный, обеспечивающие создание однородной смеси для устойчивости процесса сгорания и уменьшения выбросов. При большой нагрузке используется непосредственный впрыск топлива — испарение топлива в цилиндре улучшает массовое наполнение и уменьшает склонность к детонации.
A — впрыск в канал или цилиндр, B — впрыск в цилиндр + впрыск в канал, C — 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 обедненная 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.
Читайте также: Клапан сцепления маз 5337
— Режим однородной / гомогенной смеси. Топливо подается во впускной канал на тактах расширения, выпуска и впуска. В начале такта впуска дополнительное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и 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.
ТНВД. Одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, с клапаном сброса давления, а также с демпфером пульсаций давления на входе в контуре низкого давления. Установлен на клапанной крышке и приводится кулачком с 4 выступами, расположенным на впускном распредвалу. Давление топлива регулируется в пределах 4..20 МПа в зависимости от условий движения.
1 — дозирующий клапан, 2 — роликовый толкатель, 3 — форсунка (высокого давления), 4 — топливный коллектор (высокого давления), 5 — датчик давления топлива, 6 — топливный бак, 7 — регулятор давления топлива, 8 — топливный фильтр, 9 — топливный насос (низкого давления), 10 — топливоприемник, 11 — демпфер пульсаций давления топлива, 12 — плунжер, 13 — обратный клапан, 14 — клапан сброса давления, 15 — ТНВД, 16 — впускной распредвал, a — от топливного насоса (низкого давления), b — к топливному коллектору (высокого давления), c — к топливному коллектору (низкого давления), d — топливная трубка.
— На ходе впуска (A) плунжер 2 опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру. — В начале хода сжатия (B) часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан 1 открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива). — В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан 3 нагнетается в топливный коллектор.
Топливный коллектор (низкого давления). Стальной штампованный, его стенки сами по себе служат демпфером пульсаций давления топлива.
Топливный коллектор (высокого давления). Изготовлен из чугуна, в коллекторе установлен датчик давления, обеспечивающий обратную связь с блоком управления двигателем.
Форсунки (высокого давления). Щелевая форсунка впрыскивает топливо в цилиндр в виде веерного факела, который увлекает за собой значительное количество воздуха и увеличивает массовое наполнение. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают вибрации распылителя.
Свечи зажигания. «Иридиевые» (Denso FK16HBR-J8), зазор 0,7-0,8 мм.
8AR-FTS (2.0 D-4ST)
Первый новый бензиновый турбомотор Toyota за два с лишним десятка лет, первый после ухода 3S-GTE и 1JZ-GTE, первый «одноразовый», первый с непосредственным впрыском.
Как и в случае 6AR, отметим принципиальные моменты и отличия от базовых моторов.
— Система изменения фаз газораспределения VVT-iW — подробнее см. здесь. — Возможность работы по циклу Миллера/Аткинсона — подробнее см. здесь.
— Усиленный, с учетом возросших нагрузок, блок цилиндров.
1 — блок цилиндров, 2 — термостат (блок), 3 — цилиндр. a — канал охлаждения, b — ребро, c — камера 1 сепаратора, d — площадка под датчик детонации, f — рубашка охлаждения, g — вентиляционное окно, i — гильза, j — сетка хона.
1 — поршень, 2 — антифрикционная вставка, 3 — верхнее компрессионное кольцо, 4 — нижнее компрессионное кольцо, 5 — маслосъемное кольцо, 6 — расширитель. a — камера сгорания, b — алюмитовое покрытие, c — полимерное покрытие, d — компрессионная высота, e — вставка.
1 — крышка подшипника, 2 — корпус распредвалов, 3 — головка блока, 4 — форсунка (низкого давления), 5 — гидрокомпенсатор. c — впускной канал, d — рубашка охлаждения (2-уровневая), e — вспомогательная рубашка охлаждения, f — выпускной канал.
— Привод ТНВД от дополнительного кулачка на впускном распредвалу. — Привод вакуумного насоса от выпускного распредвала (для обеспечения работы усилителя тормозов и привода управления турбокомпрессором).
— Пластиковая крышка головки блока, со встроенным маслоотделителем. — Двухуровневая рубашка охлаждения в головке блока. — Выпускной коллектор встроен в головку блока.
1 — выпускной коллектор, 2 — выпускной канал (цилиндры 2 и 3), 3 — выпускной канал (цилиндры 1 и 4).
• Система вентиляции картера.
Применение наддува означает как увеличение количества картерных газов, так и невозможность их отвода только традиционным способом с помощью разрежения в коллекторе. Поэтому в крышке головки установлен эжектор, работающий в режиме наддува, так что газы с большим содержанием углеводородов не попадают в атмосферу, а возвращаются на впуск и затем сгорают в цилиндре. Благодаря созданию эффективной вентиляции Toyota заявляет для 8AR такой же интервал замены моторного масла, как и для атмосферных двигателей (однако, вряд ли это можно считать хорошей идеей).
Также в крышке находятся дополнительные лабиринтные камеры сепаратора (маслоотделителя) и обычный клапан PCV.
• Двигатель снабжен сразу тремя термостатами: — традиционный термостат (температура открытия 82°C) во впускном патрубке системы охлаждения контролирует поток жидкости через радиатор — термостат на блоке цилиндров (температура открытия 82°C) управляет потоком жидкости через блок, для обеспечения максимально быстрого прогрева цилиндров — термостат коллектора (температура закрытия 83°C), в линии подвода жидкости к дроссельной заслонке, перекрывает поток при высокой температуре, во избежание лишнего нагрева воздуха на впуске.
1 — корпус впускного патрубка, 2 — насос ОЖ, 3 — корпус впускного патрубка, 4 — редукционный клапан, 5 — клапан управления подачей масла.
— Встроенный в головку блока выпускной коллектор также позволяет охлаждать отработавшие газы до входа в турбокомпрессор.
• Масляный насос переменной производительности, по аналогии с двигателями серии ZR Valvematic — подробнее см. здесь.
• Управление подачей масла через форсунки.
В отличие от многих других двигателей, где установлены обыкновенные форсунки для смазки и охлаждения поршней, здесь ECM может управлять впрыском в зависимости от внешних условий.
Холодный двигатель / Прогретый двигатель
Редукционный и управляющий клапаны установлены, как ни странно, во впускном патрубке системы охлаждения.
1 — корпус впускного патрубка, 2 — клапан управления подачей масла, 3 — редукционный клапан.
1) Масло подводится к задней части редукционного клапана, отсекая подачу масла к форсункам.
1 — редукционный клапан, 2 — клапан управления подачей масла, 3 — ECM, 4 — форсунка. a — масло
2) Подача масла для подпора редукционного клапана прекращается, клапан открывается и масло подается к форсункам.
1 — редукционный клапан, 2 — клапан управления подачей масла, 3 — ECM, 4 — форсунка. a — масло, b — сброс
• «Двухкамерный» масляный поддон, который исключает из циркуляции некоторую часть масла. При этом циркулирующий объем масла быстрее прогревается, а отдельный объем служит дополнительной теплоизоляцией. После остановки двигателя все масло смешивается через соединительное окно, приобретая одинаковые свойства в плане старения.
• Турбокомпрессор — типа twin-scroll (с двойной улиткой) — газы от цилиндров 1/4 и 2/3 подаются к крыльчатке турбины по отдельным каналам под разным углом, что обеспечивает некоторое повышение эффективности без использования изменяемой геометрии направляющего аппарата.
1 — турбокомпрессор, 2 — клапан перепуска воздуха, 3 — привод, 4 — клапан WGT (перепуска газов мимо турбины), 5 — обмотка, 6 — вал, 7 — клапан, 8 — компрессор, 9 — турбина. c — газы (от цилиндров 2 и 3), d — газы (от цилиндров 1 и 4), e — перепуск газов, f — воздух.
Сам турбокомпрессор заявлен как разработка Toyota/Lexus (Miyoshi plant), стальная улитка выполнена из материала с пониженным содержанием никеля для уменьшения тепловой деформации, крыльчатка изготовлена методом электронно-лучевой сварки. Максимальное давление наддува около 1.17 бар, максимальная частота вращения 180.000 об/мин.
Управление давлением наддува осуществляется через классический wastegate (клапан перепуска газов мимо турбины).
— При заглушенном двигателе клапан WGT открыт. — При запуске клапан управления разрежением отключает подачу разрежения от насоса к приводу, который в свою очередь открывает WGT. В результате горячие отработавшие газы поступают непосредственно в нейтрализатор для ускорения его прогрева. — При небольших нагрузках, когда нет необходимости в наддуве, открытый WGT уменьшает сопротивление и насосные потери на выпуске. За счет уменьшения количества остаточных газов повышается устойчивость процесса сгорания.
Клапан перепуска воздуха служит для предотвращения ситуации, когда при резком закрытии дроссельной заслонки давление между турбокомпрессором и дросселем увеличивается, вплоть до возникновения обратного потока, сопровождаемого посторонними шумами.
1 — ECM, 2 — клапан перепуска воздуха, 3 — компрессор, 4 — турбина. a — к дроссельной заслонке.
• В системе турбонаддува используется независимый контур охлаждения с электрическим насосом и собственным радиатором.
— Интеркулер (промежуточный охладитель наддувочного воздуха) — водо-воздушного типа. — С помощью управляемого электронасоса ECM изменяет интенсивность потока жидкости и степень охлаждения.
Система комбинированного впрыска функционирует в тех же режимах, что и на 6AR-FSE, с некоторым отличием по диапазонам нагрузка/обороты.
A — впрыск в канал, B — впрыск в цилиндр + впрыск в канал, C — впрыск в цилиндр.
Свечи зажигания — NGK DILFR7K9G, зазор 0.9 мм.
Внедрение системы Stop-Start повлекло за собой установку нового стартера типа TS (tandem solenoid / со сдвоенными соленоидами). Независимые соленоиды для втягивающей обмотки и для электродвигателя, позволяют входить в зацепление с вращающимся венцом маховика, обеспечивая возможность быстрого запуска сразу после выключения двигателя.
Более сложные представители семейства AR с точки зрения исследования патологий обещают быть более интересными (если судить по набору признанных производителем дефектов), однако критических проблем за ними пока также не отмечено.
