Eugenio,77
Новая версия эссе о серии AR, дополненная информацией по двигателям 6AR-FSE (2.0 D-4S - Camry) и 8AR-FTS (2.0 D-4S Turbo - Lexus RX/NX 200t).
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.
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). Механическая часть 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.
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. Смазка
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.
Охлаждение 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.
Впуск и выпуск 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.
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. Электрооборудование 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.
Механическая часть - Высокая геометрическая степень сжатия - 12.7. - Поршень характерной для двигателей с непосредственным впрыском формы и с развитыми вытеснителями.
- 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.
Смазка - Добавлен датчик уровня масла в картере (верхней части поддона). Охлаждение - Добавлен жидкостный охладитель EGR и охлаждение управляющего клапана EGR. Впуск и выпуск - Одно из самых неприятных нововведений - система EGR, которая гарантирует традиционные проблемы с нагарообразованием по всему впускному тракту. Управление EGR - шаговым электродвигателем.
- В отличие от 1AR/2AR, на впуске нет дополнительных приводов изменения геометрии, зато появился коллектор для равномерной подачи перепускаемых отработавших газов.
Система впрыска топлива (D-4S)
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.
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.
- 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.
- 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.
Как и в случае 6AR, отметим принципиальные моменты и отличия от базовых моторов. Механическая часть - 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.
- 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.
• 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.
На блоке находится еще одна камера сепаратора для улавливания масла из картерных газов.
В режиме наддува картерные газы принудительно отводятся с помощью эжектора на впуск.
Эжектор действует по принципу Вентури - картерные газы отсасываются в поток проходящего сжатого воздуха.
При работе двигателя без существенного наддува, картерные газы всасываются через обычный клапан PCV под действием разрежения на впуске.
Охлаждение • 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.
- Встроенный в головку блока выпускной коллектор также позволяет охлаждать отработавшие газы до входа в турбокомпрессор. Смазка • 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.
Редукционный и управляющий клапаны установлены, как ни странно, во впускном патрубке системы охлаждения.
1) Масло подводится к задней части редукционного клапана, отсекая подачу масла к форсункам.
2) Подача масла для подпора редукционного клапана прекращается, клапан открывается и масло подается к форсункам.
• "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.
Впуск и выпуск • 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.
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.
- При высокой нагрузке WGT закрывается и турбина включается в работу.
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.
• 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 впрыска топлива (D-4ST) Система комбинированного впрыска функционирует в тех же режимах, что и на 6AR-FSE, с некоторым отличием по диапазонам нагрузка/обороты.
Свечи зажигания - NGK DILFR7K9G, зазор 0.9 мм. Система запуска 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.
Большой обзор двигателей Toyota
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|