Двигатели серии GR впервые были представлены в 2003 году на внутреннем японском рынке. Со временем они заменили V-образные шестерки предыдущих серий MZ и VZ, а также легендарные рядные шестерки серий G и JZ. Устанавливались на модели самых различных классов и компоновок — «C», «D», «E», вэны, средне- и полноразмерные паркетники, средние и тяжелые джипы и пикапы. Поскольку их сложно отнести к «народным» моторам, то определенный академический интерес они представляют только своим многообразием.
2GR-FE (3.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском. Устанавливался на модели: Alphard 20, Avalon 30..40, Aurion 40, Blade, Camry 40..50, ES 40..60, Estima 50, Harrier 30, Highlander 40, Mark X Zio, Previa 50, RAV4 30, RX 30..L10, Sienna 20..30, Vanguard, Venza, Lotus Evora.
2GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) — поперечного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Устанавливался на модели: RX L20, Highlander 50, Sienna 30, Camry 70, Avalon 50.
2GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) — продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Устанавливался на модели: GS L10, Tacoma 300, Lexus GS 10, Lexus LS 50, Lexus IS 30, Lexus RC.
2GR-FSE (3.5 D-4S DVVT) — продольного расположения, со смешанным впрыском. Устанавливался на модели: Crown 180..200..210, GS 190..L10, IS 20..30, Mark X 120..130, RC.
Видео:(0.02 мм) ДВЕ СОТКИ которые СПАСУТ твой двигательСкачать
2GR-FXE (3.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском, для моделей с гибридной силовой установкой. Устанавливался на модели: RX L10, Highlander 40.
2GR-FXE (3.5 D-4S DVVT) — продольного расположения, со смешанным впрыском, для моделей с гибридной силовой установкой. Устанавливался на модели: Crown 210, GS L10.
2GR-FXS (3.5 D-4S DVVT-iW) — поперечного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера, для гибридных моделей. Устанавливался на модели: RX L20, Highlander 50.
2GR-FZE (3.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском, с приводным нагнетателем. Устанавливался на модели: TRD Aurion, Lotus Evora, Exige.
3GR-FE (3.0 EFI DVVT) — продольного расположения, с распределенным впрыском . Устанавливался на модели: Crown 180..200 CHN, GS 190, IS 20, Reiz 120..130.
3GR-FSE (3.0 D-4 DVVT) — продольного расположения, с непосредственным впрыском. Устанавливался на модели: Crown 180..200, GS 190, Mark X 120.
4GR-FSE (2.5 D-4 DVVT) — продольного расположения, с непосредственным впрыском. На моделях бренда Toyota японского рынка с начала 2010-х используется несколько дефорсированный вариант. Устанавливался на модели: Crown 180..200..210, GS L10, IS 20..30, Mark X 120..130.
5GR-FE (2.5 EFI DVVT) — продольного расположения, с распределенным впрыском, для китайского рынка. Является не вариантом 4GR с обычным впрыском, а отдельным мотором на основе блока 3GR-FE. Устанавливался на модели: Crown 180..200 CHN, Reiz 120..130.
6GR-FE (4.0 EFI DVVT) — продольного расположения, с распределенным впрыском, для коммерческих автомобилей китайского рынка. Аналог 1GR-FE тип’09. Устанавливался на модели: Coaster 50 CHN.
Видео:Как проверить зазор между поршнем и гильзой двигателяСкачать
7GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) — продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера, для китайского рынка. Аналог 2GR-FKS. Устанавливался на модели: LC Prado 150 CHN.
8GR-FKS (3.5 D-4S DVVT-iW) — продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Аналог 2GR-FKS. Устанавливался на модели: LC Lexus LS.
8GR-FXS (3.5 D-4S DVVT-iW) — продольного расположения, со смешанным впрыском, с VVT-iW и режимом работы по циклу Миллера. Аналог 2GR-FKS. Устанавливался на модели: Lexus LC, Lexus LS, Crown 220.
Порядок работы
2GR-FKS (3.5 D-4S)
Если в начале 2010-х наиболее массовым двигателем серии был 2GR-FE, то к концу десятилетия это место прочно занял 2GR-FKS, поэтому имеет смысл подробно описать его конструкцию.
В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров с чугунными гильзами и открытой рубашкой охлаждения, угол развала цилиндров составляет 60°. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. В верхней части перемычек между цилиндрами проходят наклонные каналы для антифриза.
1 — блок цилиндров, 2 — гильза. b — внешняя поверхность гильзы, c — основание датчика детонации, d — канал охлаждающей жидкости
В рубашке охлаждения установлены проставки, благодаря которым охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхней части цилиндров, что улучшает теплоотвод и способствует более равномерному термонагружению.
1/2 — проставка
Кованый стальной коленчатый вал с 4-я шейками и 5-ю противовесами удерживается отдельными крышками коренных подшипников, каждая из которых крепится четырьмя основными болтами, а еще двумя боковыми притягивается с обеих сторон к блоку цилиндров для максимальной жесткости конструкции.
1 — коленчатый вал, 2 — упорная шайба, 3 — нижний вкладыш, 4 — верхний вкладыш. a — противовес, b — микронеровности
Поршни — легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой, одного размера и одинаковые для обоих полублоков. 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. a — метка, b — полимерное покрытие, с — камера сгорания
«Стенки» поршня расположены под заметным наклоном, что по задумке должно лучше распределять нагрузку на поршневой палец в такте расширения.
К блоку крепится масляный поддон, состоящий из массивной легкосплавной верхней части (дополнительно соединенной с трансмиссией для жесткости) и штампованной стальной нижней части.
1 — верхня часть поддона, 2 — нижняя часть поддона. a — корпус фильтра
В поддоне установлен датчик уровня масла (функционально — датчик-выключатель низкого уровня).
1 — датчик уровня масла
Головка блока цилиндров
Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока — это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ, но создает лишний требующий герметизации стык, через который проходят и масляные каналы.
1 — крышка подшипника распредвала, 2 — корпус распредвалов, 3 — корпус распредвалов, 4 — головка блока цилиндров, 5 — головка блока цилиндров LH, 6 — впускной клапан, 7 — выпускной клапан. a — сторона впуска, b — сторона выпуска, c — камера сгорания, e — отверстие свечи, f — впускной порты
Выпускные коллекторы интегрированы в головки блока.
В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры.
1 — подшипник, 2 — коромысло, 3 — масляная трубка
В пластиковых клапанных крышках проложены магистрали подвода масла к рокерам и установлены маслосепараторы.
1/2 — крышка ГБЦ, 3 — масляная трубка
Привод газораспределительного механизма двухступенчатый. От коленчатого вала длинной однорядной роликовой цепью (шаг 9.525 мм) приводятся распредвалы впускных клапанов, а от них короткими цепями приводятся выпускные распредвалы. Гидронатяжитель первичной цепи — со стопорным механизмом, пружиной и обратным клапаном, гидронатяжители вторичных цепей не имеют храповиков, но также усилены пружинами.
1/4 — натяжитель вторичной цепи, 2 — натяжитель первичной цепи, 3 — промежуточная звездочка, 5 — вторичная цепь, 6 — успокоитель, 7 — первичная цепь, 8 — башмак натяжителя. a — шарик, b — пружина шарика, c — основная пружина, d — плунжер, e — пружина, f — стопор, g — пружина стопора
Система газораспределения — VVT-iW (Variable Valve Timing-intelligent Wide): гидравлические приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов, фазы изменяются в пределах 75° для впуска и 41.5° для выпуска. Отдельное описание принципов работы приведено по ссылке.
Предусмотрена возможность работы двигателя по циклу Миллера/Аткинсона.
Впускной распредвал задним торцом приводит вакуумный насос.
1 — вакуумный насос
В крышку цепи привода ГРМ встроены насос охлаждающей жидкости и масляный насос, соответственно, через крышку проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.
Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала, излишек масла не сбрасывается в поддон, а поступает обратно на вход насоса.
1 — крышка цепи, 2 — ротор, 3 — крышка насоса, 4 — редукционный клапан. a — масляный канал, b — к блоку цилиндров, c — к фильтру, d — от маслоприемника
В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней, снабженные обратным клапаном.
1 — масляная форсунка. b — обратный клапан
Масляный фильтр — «экономичный» разборный со сменными картриджами, нижнего расположения (корпус встроен в поддон), с пластиковой крышкой.
Привод помпы (установлена в крышке цепи привода ГРМ) от общего ремня привода навесных агрегатов.
1 — насос охлаждающей жидкости, 2 — прокладка, 3 — крышка цепи. c — от впускного патрубка, d — ротор, e — рабочая камера
Термостат с электронагревателем, номинальная температура открытия 85-89°C — двигатель примерно на 5 градусов «горячее», чем 2GR-FE.
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 — термостат
Применяется отдельный блок управления электродвигателем вентилятора, который позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, работы климат-контроля, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала. Вентилятор — одиночный, большого диаметра.
В глушителе находится механический клапан, регулирующий поток отработавших газов. При низкой частоте вращения закрытый клапан способствует снижению шума, при высоких оборотах он открывается, уменьшая противодавление на выпуске.
1 — клапан. a — низкие обороты, b — высокие обороты
• PCV (вентиляция картера). На малых нагрузках картерные газы всасываются через клапан PCV во впускной коллектор и сгорают в цилиндрах, свежий воздух поступает в картер через крышку головки блока для поддержания необходимого давления. На высоких нагрузках картерные газы нагнетаются через клапан PCV и вентиляционный шланг 2 во впускной коллектор.
1 — шланг воздушного фильтра, 2 — впускной ресивер, 3 — вентиляционный шланг, 4 — вентиляционный шланг 2, 5 — блок цилиндров, 6 — поддон, 7 — клапан PCV a — B1, b — B2, c — свежий воздух (низкая нагрузка), d — свежий воздух, e — картерные газы, f — картерные газы (высокая нагрузка)
Картерные газы проходят через блок цилиндров и левую головку блока для наилучшей сепарации масла.
При малых и средних нагрузках и низких оборотах используется смешанный впрыск — использование однородной смеси повышает устойчивость процесса сгорания и уменьшает выбросы. При большой нагрузке используется непосредственный впрыск топлива — испарение топлива в цилиндре улучшает массовое наполнение цилиндров и уменьшает склонность к детонации.
— Режим послойного смесеобразования. Топливо подается во впускной канал на такте выпуска. На такте впуска после открытия клапанов в цилиндр поступает однородная 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.
— Режим однородной / гомогенной смеси. Топливо подается во впускной канал на тактах расширения, выпуска и впуска. В начале такта впуска дополнительное топливо подается непосредственно в цилиндр. Гомогенная смесь формируется в цилиндре благодаря или совместной, или независимой работе двух типов впрыска. За счет охлаждения воздуха при испарении впрыснутого топлива, повышается массовое наполнение цилиндра.
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).
Топливный коллектор (низкого давления) — стальной штампованный, его стенки сами по себе служат демпфером пульсаций давления топлива. В коллекторе установлен датчик давления.
Форсунки (высокого давления) — с щелевым распылителем, впрыскивают топливо в цилиндры в виде факела для максимальной атомизации бензина. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают шум и вибрации распылителя.
Форсунки (низкого давления) — с длинным 12-точечным распылителем.
Топливный насос (низкого давления) подает топливо из бака к ТНВД и к форсункам низкого давления. Насос контролируется ECM посредством отдельного блока управления.
1 — главный клапан, 2 — датчик уровня топлива, 3 — топливный насос (низкого давления), 4 — вспомогательный бак
ТНВД — одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, с клапаном сброса давления, а также с демпфером пульсаций давления на входе. Установлен на клапанной крышке и приводится кулачком, расположенным на выпускном распредвалу.
1 — дозирующий клапан, 2 — толкатель, 3 — датчик давления топлива (контур высокого давления), 4 — топливный коллектор (высокого давления), 5 — форсунка, 6 — топливный бак, 7 — топливный фильтр, 8 — топливный насос (низкого давления), 9 — главный клапан, 10 — топливный насос (высокого давления), 11 — демпфер пульсаций давления топлива, 12 — плунжер, 13 — обратный клапан, 14 — редукционный клапан, 15 — распредвал. a — контур высокого давления, b — контур низкого давления, c — топливный коллектор (низкого давления), d — топливная трубка (высокого давления)
— На ходе впуска плунжер опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру. — 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.
Давление топлива регулируется в зависимости от условий движения: на холостом ходу поддерживаются минимальные 2.4 МПа, на низкой скорости — в пределах 2.4..14 МПа, на средней скорости — в пределах 2.4..20 МПа, на высокой скорости — в пределах 2.4..18 МПа.
· ECM — с 32-битным процессором. · Кислородные датчики — широкополосный датчик состава смеси (AFS) планарного типа.
1 — кислородный датчик (колпачковый тип), 2 — крышка, 3 — нагреватель, 4 — Pt электрод, 5 — чувствительный элемент (Zr). a — атмосфера, b — керамическое покрытие
· Датчик массового расхода воздуха (MAF) — типа «slot-in» — расход воздуха определяется по разности температур на двух чувствительных элементах, между которыми находится нагреватель.
· Датчики давления топлива — в контурах и высокого, и низкого давления. · Датчики положения коленвала и распредвалов — MRE-типа (магниторезистивные, в отличие от индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения). · 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. · Датчики детонации — плоский широкополосный пьезоэлектрический, установлены на каждом полублоке в зоне среднего цилиндра.
1 — электропневмоклапан ACIS, 2 — датчик положения распредвала (B2 впуск), 3 — датчик положения распредвала (B2 выпуск), 4 — катушка зажигания, 5 — датчик положения коленвала, 6 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 7 — датчик давления топлива (контур высокого давления), 8 — электропневмоклапан продувки адсорбера EVAP, 9 — ТНВД, 10 — датчик положения распредвала (B1 выпуск), 11 — датчик положения распредвала (B1 выпуск)
• Для снижения вибраций используется активная передняя опора двигателя. Если клапан выключен, вакуум не поступает к опоре и диафрагма закрыта — жидкость проходит снаружи канала, повышая усилие демпфирования. Если клапан включен, вакуум поступает к опоре и диафрагма открыта — жидкость проходит внутри канала, улучшая комфорт на холостом ходу или при блокировке ГДТ.
1 — ECM, 2 — электропневмоклапан, 3 — вакуумный насос, 4 — двигатель, 5 — амортизатор опоры. a — жидкость, b — канал, c — диафрагма
• Система EVAP (улавливания паров топлива) для евро-модификации выполнена в максимально простом виде, без излишеств обратной связи.
Электрооборудование
Система зажигания — DIS-6 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания «иридиевые» (Denso FK20HBR8 — центральный электрод из иридиевого сплава, платиновый контакт на заземляющем электроде, два боковых электрода), с удлиненной резьбовой частью (благодаря этому можно расширить канал охлаждения в головке и улучшить теплоотвод).
1 — иридий, 2 — платина
a — Denso, b — Diamond. 1 — коммутатор, 2 — железный сердечник, 3 — первичная обмотка, 4 — вторичная обмотка, 5 — наконечник, 6 — центральный сердечник
Стартер — мощностью 1.7 кВт, с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря.
Привод навесных агрегатов — единым ремнем, с автоматическим пружинным натяжителем.
В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров с чугунными гильзами и открытой рубашкой охлаждения, угол развала цилиндров составляет 60°. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. В перемычке между цилиндрами выполнены наклонные каналы для охлаждающей жидкости, проставка в рубашке охлаждения на 2GR-FE отсутствует. Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.
К блоку крепится масляный поддон, состоящий из массивной легкосплавной верхней части (дополнительно соединенной с трансмиссией для жесткости) и штампованной стальной нижней части.
Кованый стальной коленчатый вал с 4-я шейками и 5-ю противовесами удерживается отдельными крышками коренных подшипников, каждая из которых крепится четырьмя основными болтами, а еще двумя боковыми притягивается с обеих сторон к блоку цилиндров для максимальной жесткости конструкции.
Поршни — легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой, одного размера и одинаковые для обоих полублоков (в отличие от серии MZ). Канавка верхнего компрессионного кольца имеет алюмитовое покрытие, на юбку нанесено антифрикционное полимерное покрытие. Тонкие кольца получили защитные покрытия: верхнее компрессионное — методом электровакуумного напыления, нижнее — антикоррозионное, маслосъемное — методом газового азотирования. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.
Читайте также: Ремонт главного цилиндра сцепления ваз 2107 без снятия
Головка блока цилиндров
Видео:2GR-FE Lexus 1-й цилиндр капиталка после капиталки.Скачать
Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока — это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ. Впускные каналы спаренные, для улучшения газодинамических характеристик их диаметр уменьшается к камере сгорания. В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры. В легкосплавных клапанных крышках проложены магистрали подвода масла к рокерам.
Привод газораспределительного механизма двухступенчатый. От коленчатого вала длинной однорядной роликовой цепью (шаг 9.525 мм) приводятся распредвалы впускных клапанов, а от них короткими цепями приводятся выпускные распредвалы. Гидронатяжитель первичной цепи — со стопорным механизмом, пружиной и обратным клапаном, гидронатяжители вторичных цепей не имеют храповиков, но также усилены пружинами. Смазка цепей — с помощью отдельных масляных форсунок.
Кулачки распределительных валов — с вогнутым профилем (благодаря этому увеличивается подъем клапана в начале и в конце фазы открытия, что улучшает наполнение).
Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT — Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 40° для впуска и 35° для выпуска. В приводе VVT выпускного вала установлена вспомогательная пружина, которая прикладывает к ротору момент в сторону опережения, смещая его для надежной фиксации стопорным штифтом при остановке двигателя. Отдельное описание принципов работы Toyota VVT-i приведено по ссылке.
В литую крышку цепи привода ГРМ встроены насос охлаждающей жидкости и масляный насос, соответственно, через крышку проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.
Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала, излишек масла не сбрасывается в поддон, а поступает обратно на вход насоса. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.
Масляный фильтр — «экономичный» разборный со сменными картриджами, нижнего расположения (корпус встроен в верхнюю часть поддона).
Система охлаждения классическая: привод помпы (установлена в крышке цепи привода ГРМ) от общего ремня привода навесных агрегатов, крыльчатка помпы — из нержавеющей стали, «холодный» (80-84°C) механический термостат. Корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию. На отдельных версиях жидкостное охлаждение используется в маслоохладителе.
1 — от радиатора, 2 — термостат, 3 — штуцер прокачки, 4 — к корпусу ДЗ, 5 — от корпуса ДЗ, 6 — к отопителю, 7 — от отопителя, 8 — к радиатору, 9 — маслоохладитель.
Для управления электровентиляторами применяется отдельный блок управления, который позволяет регулировать скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.
В верхней части впускного коллектора установлены заслонки системы ACIS с электроприводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При низкой и средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и эффективная длина впускного коллектора увеличивается, в других диапазонах клапан открыт и эффективная длина коллектора минимальна.
A — эффективная длина впускного коллектора, B — эффективная длина впускной камеры.
На впуске используется пневмопривод AICV, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. При низкой и средней частоте вращения клапан перекрывает один из каналов, воздух проходит к фильтру через отверстие меньшего размера, что помогает резонатору снизить шум на впуске. На высоких оборотах и при значительном открытии дроссельной заслонки оба канала открываются, повышая эффективность впуска.
На некоторых моделях в глушителе находится механический клапан, регулирующий поток отработавших газов. При низкой частоте вращения закрытый клапан способствует снижению шума, при высоких оборотах он открывается, уменьшая противодавление на выпуске.
Система впрыска топлива (EFI)
Впрыск топлива — распределенный. В нормальных условиях — секвентальный, один раз за цикл для каждого цилиндра, при низкой температуре и малых оборотах может выполняться групповой впрыск. Топливная магистраль — без линии возврата, демпфер пульсаций давления — внешний на топливном коллекторе (на некоторых версиях дополнительный демпфер может устанавливаться в магистрали перед трубкой подвода топлива к коллектору), сам коллектор изготовлен из пластика. Скорость топливного насоса регулируется ЭБУ с помощью резистора и реле. Адсорбер системы улавливания паров топлива (EVAP) установлен около топливного бака.
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). Датчики детонации — плоские широкополосные пьезоэлектрические, установлены на каждом полублоке в зоне среднего цилиндра. Датчик массового расхода воздуха (MAF) типа «hot wire», совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске. Первый кислородный датчик для каждого полублока — планарный (плоский) датчик состава смеси (AFS), датчик за катализатором — обычный кислородный.
Для снижения вибраций на 2GR-FE используется активная передняя опора двигателя (функционирует при частоте вращения менее 900 об/мин). Электропневмоклапан по команде блока подает разрежение к опоре, изменяя давление в воздушной камере. Диафрагма вибрирует и через жидкость передает вибрацию на резиновую часть. Вибрация опоры компенсирует вибрацию двигателя на холостом ходу. Создание нужной частоты вибраций регулируется подбором жиклеров и отводным вакуумным шлангом.
Система зажигания — DIS-6 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания «иридиевые» (Denso FK20HR11 — центральный электрод из иридиевого сплава, платиновый контакт на боковом электроде), с удлиненной резьбовой частью (благодаря этому можно расширить канал охлаждения в головке и улучшить теплоотвод).
Генератор — с двойной сегментной обмоткой и обгонной муфтой в шкиве (ток отдачи 100/130А). Двойная обмотка (два набора трехфазных обмоток со сдвигом в 30°) позволяет снизить электрические помехи и уменьшить шум при увеличении нагрузки на генератора. Обгонная муфта с пружиной, расположенная между внутренней и внешней частями шкива, передает крутящий момент только в направлении вращения коленвала, снижая нагрузку на приводной ремень.
Стартер — нового образца (мощностью 1.7 кВт), с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные и интерполяционные магниты.
Ранний вариант (тип ‘2004) по сравнению с остальными двигателями серии имел ряд конструктивных отличий.
— Моно-VVT — регулируемые фазы только на впуске, пределы изменения фаз — 50°.
— Головки блока традиционные — без единого корпуса распредвалов, без гидрокомпенсаторов в приводе клапанов (использованы регулировочные толкатели).
— Отсутствие проставки в рубашке охлаждения. — Коленвал более сложной формы (с 9-ю противовесами). — Немного более массивный поршень (с менее редуцированной юбкой).
— В системе смазки фильтр установлен в верхней части двигателя на штатном маслоохладителе.
— В системе охлаждения основным является механический вентилятор, установленный на двигателе через заполненную силиконовой жидкостью муфту, которая управляется биметаллическим термоэлементом и обеспечивает нужную зависимость между температурой и оборотами.
1 — биметаллический элемент, 2 — вал муфты, 3 — корпус муфты, 4 — ротор, 5 — клапан. A — обороты вентилятора, B — температура воздуха за радиатором.
— Несколько необычны повышенные требования к октановому числу даже на версиях для японского рынка (Regular — только на североамериканском). — На некоторых моделях может использоваться дополнительный топливный бак, однако здесь реализуется схема с простым эжекционным насосом, одной общей горловиной, без системы переключения и двух электронасосов. — Для регулирования производительности топливного насоса (3 скорости работы) внедрен отдельный электронный блок управления. — Топливная система с линией возврата, вакуумный регулятор давления топлива на впускном коллекторе.
— На моторах первого года выпуска еще использовались индуктивные датчики положения распредвалов. — Вакуумный привод ACIS вместо электрического и несколько иной алгоритм его работы, отсутствие на впуске других активных устройств.
A — эффективная длина впускного коллектора, B — эффективная длина впускной камеры.
— Свечи с удлиненной резьбовой частью, но из обычных материалов (Denso K20HR-U11, NGK LFR6C-11). — Стартеры как более современные с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, так и более мощные (2 кВт) традиционные с редуктором (для регионов с холодным климатом).
Второй вариант (тип ‘2009) оказался уже конструктивно близок другим моторам GR. Появились регулируемые фазы на выпуске (пределы изменения составили 40° для впуска и 35° для выпуска), постели распредвалов, проставка в рубашке охлаждения, компактнее стали поршни, упростился коленвал, разборный масляный фильтр и маслоохладитель переместились на отдельный кронштейн под двигателем, стали применяться более продвинутые свечи (Denso SK20HR11), появилась система подачи воздуха на выпуск.
3GR-FE (3.0 EFI) / 5GR-FE (2.5 EFI)
С учетом разницы в расположении, 3GR с распределенным впрыском в основном аналогичен 2GR-FE.
— В рубашке охлаждения установлена проставка, благодаря которой охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхней части цилиндров, что улучшает теплоотвод, способствуя более равномерному термонагружению и уменьшению тепловых деформаций.
— Передние опоры гидронаполненные, активные опоры не применяются. — Масляный фильтр установлен спереди горизонтально, на кронштейне верхней части поддона (поддон также имеет характерную для двигателей продольного расположения форму). Установлен датчик уровня масла (концевой выключатель с поплавком) — если низкий уровень сохраняется более 40 секунд, то система управления включает индикатор на комбинации приборов.
— В системе охлаждения используется нагреватель ATF. Вентиляторы радиатора — электрические, управляются через отдельный ЭБУ.
— Топливная магистраль — с линией возврата, регулятор давления встроен в модуль топливного насоса.
— ACIS — с электроприводом, однако работает по алгоритму, аналогичному 1GR-FE. Другие системы изменения геометрии впуска не используются.
— ETCS поддерживает функционирование в режиме SNOW, демпфируя отклик на нажатие педали акселератора. — Свечи зажигания — иридиевые, с одним боковым электродом (Denso FK20HR11 / NGK ILFR6D11).
3GR-FSE (3.0 D-4) / 4GR-FSE (2.5 D-4)
Двигатели с непосредственным впрыском имеют ряд отличий и по механической части. — Более высокая степень сжатия. — В головке блока располагается форсунка непосредственного впрыска. Форма впускного порта подобрана так, чтобы способствовать генерации «обратного вихря» в цилиндре.
— Поршни с характерной формой днища различаются для левого и правого полублоков.
Впрыск топлива — непосредственный, в камеру сгорания, синхронизируется с фазами (положением поршня). Топливо поступает от насоса в баке к ТНВД, где его давление увеличивается (до 4..13 МПа), оттуда в топливный коллектор и, наконец, впрыскивается форсунками в цилиндры.
Режимы работы. Двигатель может функционировать в двух основных режимах: — Режим однородной / гомогенной смеси — топливо впрыскивается на такте впуска и в цилиндре образуется в основном однородная топливовоздушная смесь. За счет охлаждения всасываемого воздуха при испарении топлива, повышается наполнение цилиндра.
A — впуск / впрыск, B — сжатие, C — зажигание, D — сгорание
— Режим послойного смесеобразования — топливо впрыскивается на такте сжатия в направлении поршня, отражается от его выемки, активно диспергируется и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь обеднена, но заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. Обедненная смесь в остальном объеме имеет намного меньшую склонность к детонации, чем стехиометрическая, что позволяет повысить степень сжатия, увеличив крутящий момент. За счет того, что при впрыскивании и испарении топлива воздушный заряд в цилиндре охлаждается, дополнительно снижается вероятность возникновения детонации. Этот режим используется после холодного запуска двигателя для ускорения прогрева нейтрализатора.
Читайте также: Расточка блока цилиндров в брянске атлас
A — впуск, B — сжатие / впрыск, C — зажигание, D — сгорание. 1 — обеднение, 2 — обогащение.
ТНВД. Одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, а также с демпфером пульсаций давления на входе в контуре низкого давления. Установлен в задней части клапанной крышки правой головки и приводится кулачком, расположенным на выпускном распредвалу. Между топливным насосом и клапанной крышкой установлена теплоизолирующая проставка, уменьшающая нагрев насоса.
1 — от топливного насоса, 2 — к топливному баку, 3 — дозирующий клапан, 4 — демфпер пульсаций, 5 — к топливному коллектору, 6 — плунжер, 7 — перепускной клапан.
— На ходе впуска плунжер опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру. — В начале хода сжатия часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива в пределах 4..13 МПа). — В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан нагнетается в топливный коллектор. — При пуске двигателя дозирующий клапан открывается и топливо подается непосредственно в коллектор под давлением регулятора (400 кПа).
Топливный коллектор. Изготовлен из алюминиевого сплава, в коллекторе установлен датчик давления, обеспечивющий обратную связь с блоком управления двигателем, и механический редукционный клапан (сбрасывает часть топлива в бак, если его давление превышает 15,3 МПа).
Форсунки. Щелевая форсунка впрыскивает топливо в цилиндр в виде веерного факела, который увлекает за собой значительное количество воздуха и увеличивает массовое наполнение. На выступающем в камеру сгорания распылителе нанесено специальное «антипригарное» покрытие. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают вибрации распылителя.
1 — тефлоновые уплотнения, 2 — изолятор.
Усилитель форсунок (EDU). Форсунки управляются через отдельный усилитель, который преобразует сигнал от блока управления в высоковольтный сигнал на форсунки, обеспечивая максимальную точность и быстродействие. После открытия форсунка удерживается в открытом состоянии сигналом низкого напряжения.
Привод SCV. Между головкой блока и впускным коллектором находится блок заслонок SCV, которые перекрывают один из двух впускных каналов, подходящих к каждому цилиндру, в зависимости от условий работы двигателя. Привод заслонок осуществляется от электродвигателя через механизм тяг.
— При низких оборотах и низкой нагрузке, низкой температуре охлаждающей жидкости SCV закрыт, воздух поступает через один порт, скорость потока увеличивается, улучшается процесс и полнота сгорания. — При высоких нагрузках SCV открывается, воздух поступает через оба порта, увеличивается наполнение цилиндров, в камере сгорания создается вертикальный вихрь, улучшается смесеобразование.
1 — выпускной клапан, 2 — впускной клапан, 3 3 — заслонка SCV, 4 — датчик положения SCV, 5 — электропривод SCV, 6 — механизм привода, 7 — впускной коллектор. A — SCV открыт, B — SCV закрыт.
Большое достоинство системы D-4 на двигателях серии GR — отсутствие системы рециркуляции отработавших газов (EGR).
Свечи зажигания. «Иридиевые» (Denso FK20HBR11 / NGK ILFR6D11T) — помимо электрода с платиновым контактом, добавляются еще два боковых электрода.
2GR-FSE (3.5 D-4S)
За исключением топливной системы, конструктивно схожи с моторами 3GR/4GR. Из отличий по механической части можно отметить: — Увеличение пределов изменения фаз до 60° для впуска и 35° для выпуска. — Еще один вариант поршня — для D-4 с меньшей степенью сжатия.
Впрыск топлива — смешанный: непосредственный в камеру сгорания и распределенный во впускной канал. При малых и средних нагрузках и низких оборотах используется смешанный впрыск — использование однородной смеси повышает устойчивость процесса сгорания и уменьшает выбросы. При большой нагрузке используется непосредственный впрыск топлива — испарение топлива в цилиндре улучшает массовое наполнение цилиндров и уменьшает склонность к детонации, что позволяет увеличить степень сжатия.
A — впрыск в цилиндр + впрыск в канал, B — 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 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.
— Режим однородной / гомогенной смеси. Топливо подается во впускной канал на такте выпуска. На такте впуска после открытия клапанов в цилиндр поступает однородная смесь, дополнительное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и за счет турбулизации 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.
В системе непосредственного впрыска имеются некоторые отличия: — Клапан сброса давления топлива с электронным управлением.
— Форсунки с двухщелевыми распылителями.
Для распределенного впрыска (под низким давлением) используется традиционная магистраль без линии возврата с обычными форсунками.
Из опыта эксплуатации и данных производителя можно выделить ряд характерных неисправностей 2GR-FE.
• Разрыв резиновой секции масляной трубки (модификация до 2008, номер 15707-3101#), который приводил к быстрой потере масла с возможным повреждением двигателя. Поскольку дефект представлял угрозу безопасности, то подпадал под отзывную кампанию и трубки старого образца заменялись новыми цельнометаллическими.
• Как и на всех современных тойотовских двигателях — стандартная проблема с течью и шумом насоса охлаждающей жидкости, который проще сразу относить к расходникам. • Выход из строя катушек зажигания (до 2010, 90919-02251) — производителем предписывалась гарантийная замена на катушки нового образца. • Шум в области крышки головки при запуске и возможные ошибки, относящиеся к фазам газораспределения — производителем предписывалась сложная процедура замены элементов ГРМ от звездочек до распредвалов и постелей в сборе. Проблемы со звездочками VVT оказались характерны практически для всей серии GR. • Ошибки, связанные с управляющими клапанами VVT (до 2011) — предписывалась гарантийная замена неисправных клапанов. • Проблемы и ошибки по системе управления частотой вращения холостого хода (до 2010) — предписывалась гарантийная замена корпуса дроссельной заслонки в сборе. • Неисправность обгонной муфты в шкиве генератора (до 2012) — установка новых шкивов (общая болезнь всей серии GR). • Течь шлангов маслоохладителя (до 2012, 15767-31010).
• Течь масла по стыкам ГБЦ (до 2007) — замена корпусов распределительных валов на модифицированные. • Проблемы с повторным запуском при низких температурах (некоторые модели до 2013) — замена монтажного блока. • Проблемы с резистором топливного насоса (некоторые модели до 2007).
Косвенные недостатки, не связанные с надежностью двигателя: • Как и для большинства моделей с поперечным расположением силового агрегата, слишком высокая отдача двигателя оборачивается снижением ресурса трансмиссии (как в случае пресловутой коробки U660). • При поперечной компоновке доступ к V-образному двигателю ощутимо затруднен, для множества операций требуется подразборка «впуска», зоны щита моторного отсека, а у некоторых моделей — и вывешивание двигателя.
• Отсутствие лишних резиновых элементов в системе смазки и упрощенный привод ГРМ автоматически означали отсутствие соответствующих проблем, характерных для 2GR-FE. Хороший ресурс показывает цепь ГРМ. Распространенные стуки в моторном отсеке обычно оказываются штатным звуком работы электропневмоклапанов (EVAP) и форсунок. • Чаще отмечались второстепенные дефекты — течи масла из-под крышки привода ГРМ, вопросы к помпе, неисправности по системам снижения токсичности (кислородные датчики, система улавливания паров топлива). • Нередки случаи разрушения свечей зажигания из-за нарушения момента их затяжки.
• Самый же неприятный дефект — пробой прокладок головок блока в районе задних цилиндров, с локальным перегревом и короблением привалочной плоскости ГБЦ, обычно проявляется в виде постепенного ухода антифриза, перегрева в некоторых режимах и, наконец, газов в системе охлаждения. Дефект нехарактерен для первой сотни тысяч километров, но затем вероятность его появления растет в прямой зависимости от пробега. Существенно увеличивают ее любые неисправности системы охлаждения, как то радиатор с подтекающими бачками или засоренными сотами.
Как и обычно для Toyota, внедрение новых технических решений повлекло за собой ряд разнообразных «детских болезней», особенно в сравнении с отработанными сериями JZ и MZ.
Видео:Зазорам - быть, чтобы Двигатель "Не Жрал" масло. Как Правильно? Ч.2Скачать
• Со времени печально известного первого двигателя D-4 прошло достаточно времени, чтобы компания смогла найти верные решения — и действительно, система управления и питания проблем доставляют не больше, чем на двигателях с распределенным впрыском. А отсутствие EGR значительно уменьшило проблемы с закоксовыванием впускного коллектора и всех подвижных элементов на впуске. Кроме стандартных вопросов по системе улавливания паров топлива (модулю адсорбера), среди специфических дефектов можно отметить два. • Проблемы с датчиками состава смеси (AFS) и кислородными датчиками — не рекомендуется долгое время ездить с ошибкой переобогащенной смеси (производитель полагает, что при этом в масло попадает избыточное количество бензина). • Серия отзывных компаний: по коррозии алюминиевых компонентов топливной системы — внутренняя коррозия и колебания давления могли приводить к разрушению по сварке или к появлению трещин и утечке топлива (на внутреннем рынке до 2005, на внешнем до 2008 г.в.), по браку кольцевых уплотнений форсунок с возможной утечкой (японский рынок до 2005), по самопроизвольно выкручивающемуся датчику давления в коллекторе (японский рынок 2007-2009).
С механической частью дела обстояли хуже: • Течь масла по стыкам корпусов распредвалов (до 2008) не заслуживает особого внимания. • Треск в приводе ГРМ после запуска — хроническая болезнь, которую ежегодно пытались исправить выпуском очередных модификаций впускных звездочек VVT (например — 13050-31071, 31081, 31120, 31161, 31162, 31163. ). Причем японцы сами нагнетали обстановку, уведомив о возможности самопроизвольного выкручивания от вибрации болтов крепления муфты VVT с последующей ее «разборкой» на ходу и заклиниванием двигателя. • Большие отзывные кампании по браку пружин клапанов — якобы посторонние включения в материале приводят к ослаблению или разрушению пружин, что проявляется в виде шума при работе, перебоев и остановки двигателя на ходу (4GR-FSE 2005-2008, 2GR-FSE 2007-2008, 3GR-FSE 2006. ).
