Eugenio,77
Двигатели серии AD устанавливались в 2005-2018 годах на легковые модели C/D-класса и паркетники для европейского рынка и emergency markets. Характеристики
Потребности модельного ряда моторы серии AD закрывали полностью, однако выдающимися их характеристики назвать нельзя - у ближайших естественных конкурентов из HMC удельные показатели выше по крайней мере на 10%, На стороне корейцев к тому же более широкие возможности агрегатирования с автоматическими трансмиссиями и, как ни странно, проверенная надежность. 1AD-FTV (2.0 D-4D) - базовый вариант. Применение: Auris 150..180, Avensis 250..270, Corolla 150, RAV4 40, Verso 20 2AD-FTV (2.2 D-4D) - базовый вариант. Применение: Avensis 250..270, Corolla Verso 10, RAV4 30..40, Lexus IS 200d 2AD-FHV (2.0 D-CAT) - форсированный вариант с системой снижения токсичности D-CAT. Применение: Auris 150, Avensis 250..270, Corolla Verso 10, RAV4 30..40, Verso 20, Lexus IS 200d Блок цилиндров Серия AD - второй опыт тойотовцев по изготовлению блока цилиндров дизельного двигателя по образцу современных "одноразовых" бензиновых моторов - из алюминиевого сплава с открытой рубашкой охлаждения. Тонкостенные чугунные 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 литой картер с залитыми в него чугунными крышками коренных подшипников коленвала (решение аналогично серии ZZ).
На двигателях 2AD от коленчатого вала с помощью шестеренной передачи приводится балансирный механизм.
Поршни - легкосплавные, полноразмерные, с камерой сгорания в головке. В канавке для верхнего компрессионного кольца установлена нирезистовая вставка, в головке проходит канал для охлаждения, на юбку поршня нанесено полимерное покрытие. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.
Головка блока цилиндров ГБЦ изготавливается из алюминиевого сплава. На каждый цилиндр приходится по четыре клапана, в центр камеры сгорания выходит вертикально установленная форсунка, между впускными портами - свеча накаливания. В головке проходят перепускные каналы EGR, в выпускной порт 4-го цилиндра выходит отверстие под форсунку подачи топлива на выпуск (версии с DPF).
Привод ГРМ Схема газораспределительного механизма - DOHC 16V: два распределительных вала в головке блока и четыре клапана на цилиндр. Выпускной распредвал приводится однорядной цепью (шаг 9,525 мм), впускной - шестеренной передачей от выпускного. Натяжение цепи поддерживается гидронатяжителем со стопорным механизмом, смазка осуществляется отдельной масляной форсункой. От передней части впускного распредвала приводится вакуумный насос, от задней части выпускного распредвала - ТНВД. В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры.
В литую крышку цепи привода ГРМ устанавливается помпа системы охлаждения и масляный насос.
Смазка Шестеренный масляный насос трохоидного типа установлен в крышке цепи и приводится непосредственно от коленчатого вала. По турбодизельной традиции двигатели снабжены жидкостными маслорадиаторами.
На блоке цилиндров находятся масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.
Масляный фильтр установлен под двигателем вертикально. Используются "экономичные" разборные фильтры со сменными картриджами.
Охлаждение Система охлаждения классическая: привод помпы от внешней стороны общего ремня привода навесных агрегатов, "холодный" (80-84°C) механический термостат, ступенчатое управление вентиляторами радиатора. Помимо обычных компонентов, жидкостное охлаждение используется для турбокомпрессора (-FHV) и EGR.
Турбокомпрессор На серии AD применяются турбокомпрессоры с изменяемой геометрией направляющего аппарата (VGT) первого поколения (с вакуумным приводом). Их преимущества - поддержание оптимального давления наддува в широком диапазоне оборотов, снижение противодавления при высокой частоте вращения, повышение мощности при низкой частоте вращения, отсутствие необходимости в перепускном механизме. Охлаждение турбокомпрессора на -FTV осуществляется только за счет моторного масла, для более производительного компрессора -FHV организовано жидкостное охлаждение.
- При небольшой нагрузке и низкой частоте вращения пневмопривод перемещает управляющее кольцо, при этом поворачиваются шарнирно соединенные с ним лопатки, которые частично закрываются. В результате увеличивается скорость газов, поступающих на турбину, растет давление наддува и повышается крутящий момент двигателя.
- При высокой нагрузке и высокой частоте вращения лопатки перемещаются в открытое положение, благодаря чему поддерживается требуемое давление наддува и снижается сопротивление на выпуске.
Впуск и выпуск Для охлаждения наддувочного воздуха на автомобиле используется интеркулер. Во впускном тракте установлена дроссельная заслонка (на ранних версиях - с вращающим электромагнитным клапаном, на поздних - с электродвигателем постоянного тока). Применяется при работе системы EGR, при регенерации, для плавной остановки двигателя при глушении. Как и на всех дизелях, здесь имеется система EGR (рециркуляции отработавших газов), которая за счет перепуска некоторого количества газов на впуск снижает максимальную температуру в цилиндре и способствует уменьшению выбросов оксидов азота. Привод EGR на ранних версиях - электромагнитный, с золотниковым клапаном и обратной связью по датчику положения, на поздних версиях - электродвигателем постоянного тока с бесконтактным датчиком положения на эффекте Холла.
Чтобы избежать чрезмерного охлаждения поступающего в цилиндры воздуха при работе с малой нагрузкой, на моделях с DPF в жидкостном охладителе EGR установлен клапан, перепускающий отработавшие газы мимо радиатора.
Системы снижения токсичности на серии AD существовали в трех вариантах: - CCO - с окислительным нейтрализатором, соответствие Euro-4. Функция CCO - окисление углеводородов (CH) и оксида углерода (CO) до воды (H2O) и диоксида углерода (CO2). - CCO+DPF - с окислительным нейтрализатором и сажевым фильтром, соответствие Euro-4/5. Функция DPF - накопление и удаление/сжигание сажевых частиц. Также в этой схеме появляется форсунка подачи топлива на выпуск. - D-CAT - с окислительным нейтрализатором, нейтрализатором NOx и сажевым фильтром, соответствие Euro-4/5. Топливная система / Система управления Топливная система типа Common Rail - топливо подается при помощи ТНВД в общий топливный коллектор (рампу) и впрыскивается в цилиндры через форсунки с электронным управлением. Одно из основных отличий от старых дизелей - высокое давление топлива, вместо ~20 МПа в классическом дизельном двигателе, здесь давление впрыска составляет 25-167 МПа (1AD-FTV), 25-180 (2AD-FTV), 35-200 МПа (2AD-FHV). Производитель компонентов - Denso.
Впрыск на -FTV с электромагнитными форсунками может осуществляться до трех раз за цикл: пилотный (до ВМТ такта сжатия), основной (в ВМТ такта сжатия и в начале такта расширения), добавочный (поздний впрыск на такте расширения); на -FHV с пьезоэлектрическими форсунками - до 4 раз за цикл: пилотный впрыск делится на два этапа. В топливном коллекторе установлен датчик давления топлива и клапан сброса давления - механический (-FTV) или управляемый (-FHV). И датчик, и клапан конструктивно выполнены "одноразовыми" и не подлежат демонтажу, а регулировка механического ограничителя давления выполняется однократно еще на заводе (настроен на открытие при давлении в 211 МПа). Управляемый клапан сброса давления открывается и закрывается по сигналу от усилителя форсунок, кроме того, он может выполнять функцию аварийного сброса давления в коллекторе. Каналы малого диаметра в коллекторе работают как жиклеры и демпфируют пульсации давления топлива.
Управление давлением топлива на двигателях -FTV осуществляется только дозированием топлива на входе в ТНВД (клапаном SCV - Suction Control Valve), на -FHV более точная регулировка давления осуществляется совместно - дозированием на входе в ТНВД и дозированием слива из коллектора через клапан сброса давления. В системе управления применяются следующие датчики: - массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске. - положения коленчатого вала и распредвала - индуктивного типа. - положения педали акселератора - бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла. - положения дроссельной заслонки - бесконтактный, на эффекте Холла. - давления топлива - двухканальный (для -FHV), установлен на топливном коллекторе. На двигателе с D-CAT дополнительно появились: - датчики температуры отработавших газов термисторного типа, расположенные до и после DPNR-нейтрализатора; - датчик состава смеси (AFS), установленный после DPNR-нейтрализатора и определяющий состав газов после преобразования; - датчик дифференциального давления - измеряет перепад давления на DPNR-нейтрализаторе, позволяя определить степень его заполнения сажей.
Предусмотрена и функция контроля состояния моторного масла. По умолчанию (в идеальных условиях) индикатор замены масла должен включаться через каждые 30.000 км пробега. Однако, блок управления рассчитывает теоретическое состояние масла на основании данных об условиях работы двигателя за истекшее время и включает индикатор при меньшем пробеге. Считается, что масло быстрее загрязняется при работе на обогащенной смеси и сильно загрязняется по мере увеличения продолжительности работы при позднем впрыске. Следует заметить, что двигателям AD не хватает некоторых элементов, стандартных для европейской школы дизелестроения - например, электроподогрева топливного фильтра и функции подогрева топлива - когда после запуска ТНВД работает с максимальной производительностью, а разогретое при нагнетании топливо через клапан сброса давления отправляется в бак. Японцы же порой действовали наоборот - для охлаждения топлива, нагретого при работе ТНВД, в линии возврата перед баком предусматривался специальный теплообменник (2AD-FTV ранних выпусков).
ТНВД Топливный насос высокого давления - типа HP3, состоит из эксцентрикового вала, кулачковой шайбы, пары плунжеров, четырех обратных клапанов, датчика температуры топлива, подкачивающего насоса и управляющего клапана (SCV).
Под действием вращающегося эксцентрикового кулачка кулачковая шайба толкает один из плунжеров, нагнетая топливо в коллектор, одновременно пружина толкает противоположный плунжер, который всасывает топливо в камеру ТНВД.
Форсунки На серии AD использовались форсунки двух типов - электромагнитные и пьезоэлектрические (изначально устанавливались на -FHV, но после появления версий с Euro-5 появились и на -FTV). Пьезоэлектрическая форсунка отличается значительно более высокой скоростью срабатывания, благодаря чему повышается точность регулирования и появляется возможность осуществлять впрыск большее количество раз за цикл. Характеристики (код модели, индивидуальная коррекция подачи) указываются на корпусе форсунки в виде QR кода и обязательно программируются в блоке управления.
Работа электромагнитных форсунок: - В закрытом состоянии клапан удерживается пружиной, при этом давление топлива в управляющей камере удерживает в нижнем положении поршень, который, в свою очередь, фиксирует в закрытом положении иглу (давление топлива, воздействующее на иглу снизу, недостаточно для ее открытия). - При подаче тока на обмотку клапан втягивается и открывает канал, по которому топливо проходит к нижней части поршня. В результате уменьшается давление в управляющей камере и нарастает давление под поршнем, в результате чего тот поднимается. Одновременно с этим открывается запорная игла форсунки и происходит впрыск топлива. - При прекращении подачи напряжения на обмотку под действием пружины клапан закрывается. В этот момент давление в управляющей камере нарастает, поршень опускается, игла форсунки закрывается и впрыск прекращается.
Работа пьезоэлектрических форсунок: - При подаче напряжения на пьезоэлемент его линейный размер изменяется, поршни и клапан перемещаются вниз. Открывается канал слива топлива из управляющей камеры, перекрываемый верхней частью клапана. Давление в управляющей камере падает. Под давлением топлива запорная игла поднимается и происходит впрыск топлива. - При снятии напряжения с пьезоэлемента поршни и клапан возвращаются обратно под действием пружин. Канал слива топлива из управляющей камеры закрывается. Давление в управляющей камере растет. Запорная игла опускается и останавливает впрыск топлива. - При работе на холостом ходу блок управления понижает напряжение, подаваемое на пьезоэлемент, и уменьшат скорость срабатывания форсунки. Это позволяет снизить шум от работы.
На моделях с сажевым фильтром в выпускной канал четвертого цилиндра встроена дополнительная форсунка, через которую топливо непосредственно от насоса подается на выпуск при регенерации нейтрализатора.
D-CAT На высокофорсированном двигателе 2AD-FHV реализована система с фирменным обозначением D-CAT (Diesel-Clean Advanced Technology), выполняющая функции нейтрализации не только монооксида углерода, углеводородов и сажевых частиц, но и оксидов азота.
Напомним, что при сгорании в двигателе топлива (CH, S) в присутствии воздуха (O2, N2, H2O) образуются отработавшие газы, состоящие на ~97% из безвредных компонентов (O2, N2, H2O, CO2) и на ~3% из вредных (CO, CH, SO2, NOx) и сажи (PM - микроскопических частиц с ядром из углерода и адсорбированными на нем углеводородами, оксидами металлов и серой). - В системе выпуска устанавливаются нейтрализаторы NSR (NOx Storage Reduction, выполняет функции нейтрализации NOx + CH + CO) и DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction - выполняет функции нейтрализации PM + NOx + CH + CO), в глушитель встроен окислительный нейтрализатор.
Работу системы D-CAT можно разделить на четыре этапа. 1) Накопление оксидов азота. В нормальных условиях двигатель работает на несколько обедненной смеси, что сопровождается повышенным выделением NOx. Оксид азота взаимодействуют с кислородом отработавших газов (O2) и продукты реакции накапливаются на адсорбирующем материале нейтрализатора в форме нитратов (NO2). Выделяющийся при этом свободный кислород (O) совместно с избыточным кислородом в газах участвует в процессе пассивной регенерации, окисляя сажевые частицы до двуокиси углерода (CO2). Параллельно с накоплением оксидов азота, нейтрализатор также улавливает серу, которая занимает полезный объем адсорбирующего слоя. 2) Удаление оксидов азота. Блок управления теоретически рассчитывает накопленный в нейтрализаторе объем оксидов азота на основании данных объема впрыска, расхода воздуха и температуры отработавших газов, и при необходимости резко обогащает смесь, задействуя основные форсунки и форсунку подачи топлива на выпуск. В отработавших газах значительно повышается содержание CO и CH, в DPNR-нейтрализаторе выделяется большое количество NO и свободного кислорода. NO при участии CH и CO в присутствии платины восстанавливается до N2. Одновременно, большое количество активного кислорода, образованного в нейтрализаторе, усиливает окисление сажи до CO2. 3) Удаление сажи. Процесс пассивной регенерации сажевого фильтра может осуществляться и сам по себе при условии достаточной температуры отработавших газов (в присутствии платины - NOx + O2 ⇒ NO2, NO2 + C ⇒ CO + NO, CO + NO + O2 ⇒ NO2 + CO2). Однако со временем количество сажи в фильтре увеличивается, его пропускная способность уменьшается и возникает необходимость в активной регенерации. Блок управления определяет реальное засорение фильтра на основании анализа условий работы двигателя и данных датчика дифференциального давления, и задействует основные форсунки и форсунку подачи топлива на выпуск для обогащения смеси. Температура материала в сажевом фильтре повышается и частицы сажи сгорают (C + O2 ⇒ CO2). 4) Удаление серы. Очистить нейтрализатор от сернистых накоплений сложнее, чем от оксидов азота, поскольку они более устойчивы к высоким температурам. Блок управления рассчитывает теоретическое содержание серы в нейтрализаторе на основе суммарных данных объема впрыска и при необходимости обогащает смесь, задействуя все форсунки. Процесс требует достаточно продолжительного времени и определенных условий движения, чтобы при высокой температуре нейтрализатора накопленная в нейтрализаторе сера окислилась до диоксида (SO2).
Для начала - несколько общих слов об особенностях легковых дизелей 2000-х и 2010-х. Смысл приобретения новых дизельных машин в Европе очевиден: - ощутимо более высокая цена дизельной версии и повышенные расходы на техобслуживание при больших годовых пробегах окупаются за счет низкого расхода топлива, - определенно отсутствуют проблемы с качеством солярки, а цена ее немного, но ниже цены бензина, - отсутствуют "особенности" эксплуатации при низких температурах, - потенциальные технические проблемы в течение 5 лет можно закрывать гарантией производителя, - в условно-бюджетном сегменте динамические характеристики современных дизельных модификаций радикально превосходят возможности бензиновых версий. Приобретение подержанных машин с современными дизельными двигателями на постсоветском пространстве (к этой категории до первой половины 2010-х относились все легковые дизельные тойоты) в основном диктуется ложным пониманием экономии: - существенная часть ресурса автомобиля в целом и двигателя в частности уже выбрана первыми владельцами - особенно с учетом традиционно больших пробегов дизельных машин; - любые неисправности оказываются сугубо личными трудностями нового хозяина, зачастую при отсутствии компетентного сервиса, поэтому едва ли не самый распространенный сейчас в рф метод устранения серьезных проблем новых дизелей - перепродажа машины, желательно в какой-либо отдаленный регион; - несмотря на то, что низкий расход топлива дает существенную экономию при больших годовых пробегах, затраты на ремонт современных дизелей перекрывают любую экономию и совершенно неадекватны в сопоставлении с ценой подержанных автомобилей. Например, стоимость новых оригинальных компонентов топливной аппаратуры для серии AD составляет: коллектор - $900, форсунка (каждая) - $1000-1200, ТНВД - $3000. С точки зрения пользователя тойотовская дизельная линейка имеет еще один крупный недостаток - из всех двигателей AD с автоматической трансмиссией (полноценным 6-ступенчатым гидромеханическим автоматом) агрегатируется только дефорсированная 150-сильная версия, а на ряде моделей дизели в принципе поставляются только с механическими коробками передач.
В 2015-м Toyota сняла серию AD с европейского рынка, заменив их полученными по программе партнерства дизелями BMW (в тойотовском обозначении - серия WW), а спустя еще несколько лет повсеместно завершила выпуск моделей с такими моторами. Следующего поколения легковых дизелей Toyota уже не будет - их рыночная ниша полностью отходит гибридным силовым агрегатам.
Большой обзор двигателей Toyota
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|