Двигатели Toyota 1ZZ-FE Часть2

Сообщение об ошибке

Image resize threshold of 10 remote images has been reached. Please use fewer remote images.

1ZZ-FE (1.8 EFI)

Двигатель 1ZZ


1ZZ-FE - поперечного расположения, с распределенным впрыском, для исходно-переднеприводных легковых автомобилей. Запущен в серию с 1997 г, снят с производства во второй половине 2000-х. Устанавливался на модели: Allion/Premio 240, Celica 230, Corolla 110U..130..140, Corolla/Fielder/Runx/Allex/Spacio 120, Isis, Lotus Elise, Matrix 130, MR2 30, MR-S, Opa, Pontiac Vibe, RAV4 20, Vista 50, Voltz, Will VS, Wish 10.

Модификации:
- 1ZZ-FBE - версия для некоторых рынков, работающая на CNG.


Условные "копии", используемые компаниями Geely и Lifan, не имеют отношения даже к китайским заводам тойоты. В них используются иные материалы и комплектующие, система управления (впрыска и зажигания) не является аналогом тойотовской.



Двигатель Рабочий объем, см3 Диаметр цилиндра x Ход поршня, мм Степень сжатия Мощность, л.с. Крутящий момент, Нм RON EMS Стандарт Модель Год
1ZZ-FE179479.0 x 91.5 10.0130 / 6000171 / 400091EFI-LJISZZV501998
10.0136 / 6000171 / 420091EFI-LJISZZV502000
10.0125 / 6000161 / 420091EFI-LJISZNE142003
10.0132 / 6000170 / 420091EFI-LJISZNM102007
10.0140 / 6400171 / 440091EFI-LJISMR-S2004
10.0129 / 6000170 / 420095EFI-LEECZZT2202000

Механическая часть

В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров, изготовленный методом литья под давлением, с тонкостенными чугунными гильзами. Это стало вторым, после серии MZ, опытом Toyota по внедрению массовых "легкосплавных двигателей". Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. Безусловным преимуществом стало снижение массы двигателя (~100 кг вместо ~130 кг у предшественников того же рабочего объема).

Двигатель 1ZZ


Отличительная особенность моторов нового поколения - открытая сверху рубашка охлаждения, негативным образом сказывается на жесткости блока, но дает технологическую возможность изготавливать блок в пресс-формах. Традиционные блоки с закрытыми рубашками охлаждения прочнее и надежнее, но более трудоемки на стадии подготовки разовых форм, имеют бóльшие допуски и требуют, соответственно, бóльшего объема последующей механической обработки прилегающих поверхностей и постелей подшипников.

Другая особенность блока цилиндров - массивный картер, объединяющий опоры коленчатого вала. Линия разъема блока и картера проходит по оси коленвала. Алюминиевый (точнее, легкосплавный) картер выполнен как одно целое с залитыми в него стальными крышками коренных подшипников и сам по себе дополнительно увеличивает жесткость блока цилиндров.

Двигатель 1ZZ


Двигатель 1ZZ-FE относится к "длинноходным" моторам - диаметр цилиндра 79 мм, ход поршня 91,5 мм. Это способствует лучшей тяге на низах, уменьшает тепловые потери через стенки более компактной камеры сгорания. С другой стороны, высокая средняя скорость движения поршня ухудшает условия маслосъема и повышает требования к кольцам - на практике это проявилось особенно ярко.

При проектировании двигателя идея снижения трения и максимальной компактности стала преобладающей, что выразилось и в уменьшении диаметра и длины шеек коленчатого вала - соответственно, выросли удельные нагрузки и износ.


Для снижения потерь при значительном рабочем ходе была уменьшена юбка поршня, что не лучшим образом сказалось на его охлаждении. Кроме того, Т-образные в проекции поршни на свежих тойотах начинали стучать при перекладке значительно раньше, чем их классические предшественники родом из 90-х.


Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами. Крышки шатунов крепятся болтами без использования гаек.

Огромным недостатком всех новых тойотовских моторов стала их "одноразовость". Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается, перегильзовать блок "по-заводскому" невозможно в принципе (хотя от безысходности и эти моторы кустарно гильзуются, с использованием неоригинальных запчастей или подходящих аналогов от других марок). Даже с ремонтным размером вкладышей коленвала возникают серьезные проблемы.

Головка блока цилиндров легкосплавная. Камеры сгорания - конического типа (при подходе поршня к верхней мертвой точке, рабочая смесь направляется к центру камеры и формирует в районе свечи зажигания вихрь, способствуя наиболее быстрому и полному сгоранию топлива). Компактный размер камеры и кольцевой выступ днища поршня (улучшающий наполнение и по-своему формирующий потоки смеси в пристеночной области - на ранней стадии сгорания давление нарастает равномернее, а на поздней - увеличивается скорость горения) способствовали снижению вероятности детонации.


Интересна конструкция седел клапанов. Вместо традиционных стальных запрессовываемых, на 1ZZ-FE применены т.н. "лазерно-напыляемые" седла. Они в несколько раз тоньше обычных и способствуют лучшему охлаждению клапанов, позволяя отдавать тепло в тело головки блока не только через стержень, но и в значительной степени через тарелку клапана. Также их применение позволило, несмотря на небольшой диаметр камеры сгорания, увеличить диаметр впускных и выпускных портов, что вместе с уменьшением диаметра стержня клапана (до 5,5 мм) улучшило течение воздуха через порт. Естественно, что эта конструкция также получилась абсолютно неремонтопригодной.


Газораспределительный механизм - 16-клапанный DOHC. Снижение массы клапана позволило уменьшить усилие клапанных пружин, небольшая ширина кулачков распределительного вала (менее 15 мм) означала снижение потерь на трение. Кроме того, Toyota отказалась от регулировки зазора в клапанах с помощью шайб в пользу, если можно так сказать, "регулировочных толкателей" различной толщины, стаканчики которых совмещают функции прежнего толкателя и шайбы (это имело бы смысл только для высокооборотистого форсированного движка, но в данном случае просто сделало регулировку зазора максимально сложной и дорогой процедурой, которой владельцы стали просто пренебрегать).


Очередным радикальным для массовых тойотовских двигателей новшеством стал привод ГРМ с помощью однорядной роликовой цепи малого шага (8 мм) с выносным гидронатяжителем (снабженным храповым механизмом и пружиной преднатяга) и форсункой для смазки. В теории это означает более высокую надежность по сравнению с ременным приводом и отсутствие необходимости относительно частых замен. Но на практике... О повышенной шумности работы двигателя говорить даже излишне. У цепи обязательно появляется гидронатяжитель, который даже на тойотах не отличается большим ресурсом. Появляются подверженные износу успокоитель и башмак натяжителя (пусть и не производства ЗМЗ, но принципы работы и износа у них общие). А главная проблема - "удлинение", тем большее, чем длиннее сама цепь. У нижневального мотора с короткой цепью это не доставило бы проблем, но в обычном DOHC приходится использовать длинные цепи. Часть производителей борется с этим, вводя промежуточную звездочку и делая две относительно короткие цепи, заодно этим удается уменьшить диаметр ведомых звездочек - при приводе обоих валов единой цепью расстояние между ними и ширина головки могут получиться довольно большими - хотя возникают и свои проблемы с повышенной шумностью, увеличением количества элементов, надежностью крепления дополнительной звездочки... Впрочем, у ZZ цепь простая и откровенно длинная.


Хотя применение цепи и подразумевало уменьшение затрат на техобслуживание, но на деле произошло скорее обратное... Иногда цепь не требует замен и после 200 т.км пробега, но куда чаще критически удлиняется уже к 150 т. км (что проявляется шумом в работе, а то и ошибками по фазам газораспределения из-за рассинхронизации коленчатого и распределительного валов). При ее замене целесообразно было бы одновременно заменить и все прочие элементы привода (звездочки, натяжитель, направляющую), поскольку бывшие в эксплуатации элементы способствуют быстрому "старению" и новой цепи, но поскольку звездочка впускного распредвала идет в сборе с приводом VVT, то ее обычно оставляют без внимания.

Самый первый вариант 1ZZ-FE внешнего рынка (тип '97, для ZZE110 до 08.1999) имел фиксированные фазы, но уже тип '98 получил систему VVT-i (изменения фаз газораспределения). Звездочка с приводом VVT установлена на распределительном валу впускных клапанов, предел изменения фаз - 40°. Отдельное описание принципов работы системы Toyota VVT-i приведено по ссылке. Как средство достижения баланса между тягой на низах и мощностью на верхах, наличие VVT можно только привествовать, не забывая про состояние масла и проходимость масляных каналов на пожилых машинах.

Смазка

Масляный насос циклоидного типа установлен на крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала. Масляный фильтр расположен вертикально под двигателем, отверстием вверх (что отчасти решает традиционные проблемы с давлением масла сразу после запуска).


Охлаждение

Поток охлаждающей жидкости проходит через блок по U-образному маршруту, охватывая цилиндры с обеих сторон и улучшая охлаждение. Привод помпы осуществляется от общего ремня привода навесных агрегатов, термостат - механический "холодный" (80-84°C), для предотвращения обмерзания к корпусу дроссельной заслонки подведена линия обогрева.


Впуск и выпуск

В сравнении с классическими моторами сразу заметно новое расположение коллекторов - впуск спереди, выпуск сзади. В значительной степени это диктовалось "экологическими" пожеланиями - максимально ускорить прогрев нейтрализатора после запуска, разместив его максимально близко к двигателю. Но для компактного подкапотного пространства машин младших классов такое раскаленное соседство было не лучшим, поэтому катализатор ушел за двигатель и под днище.

Длинный впускной тракт способствует увеличению отдачи на низких и средних оборотах, однако при переднем расположении впускного коллектора сделать его достаточно протяженным затруднительно. Поэтому вместо традиционного цельнолитого коллектора с "параллельными" патрубками, на первых 1ZZ-FE (тип '97 и '98) появился "паук", похожий на выпускной, с четырьмя алюминиевыми трубчатыми воздуховодами равной длины, ввареными в общий литой фланец. Плюс - изготовливемые прокатом воздуховоды имеют намного более гладкую поверхность, чем литые, минус - не всегда безупречная сварка фланца и труб.


Впрочем, начиная с тип '00 японцы упростили конструкцию, заменив сложный металлический коллектор обыкновенным пластиковым. Во-первых - для экономии цветного металла и упрощение технологии, во-вторых - ради снижения нагрева воздуха на впуске из-за меньшей теплопроводности пластмассы.


Система впрыска топлива

Система управления - "L-type SFI", с датчиком массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", который совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске.


Впрыск топлива - традиционный распределенный, в нормальных условиях - секвентальный. Впрыск может быть синхронизированным (один раз за цикл, при одном и том же положении коленчатого вала, с коррекцией продолжительности впрыска) или несинхронизированным (одновременно всеми форсунками).


В топливной системе тоже произошли заметные изменения. Чтобы уменьшить нагрев и испарение топлива, Toyota отказалась от схемы с линией возврата топлива и вакуумным регулятором. Теперь регулятор давления устанавливается в узел погружного топливного насоса, объединенного с топливным фильтром. Соединения линий стали "быстроразъемными".


Демпфер пульсаций давления установлен на топливном коллекторе.


Форсунки с многоточечным распылителем оптимизированы для мелкодисперсного рассеивания топлива. Они устанавливаются уже не в коллектор, а в саму головку блока цилиндров.


Привод дроссельной заслонки на тип '98/00 - механический, управление холостым ходом - классическим регулятором типа "rotary solenoid".



На моноприводных моделях, запускавшихся в производство после 2004-го, появилась дроссельная заслонка с электронным управлением (ETCS): привод двигателем постоянного тока, бесконтактный двухканальный датчик на эффекте Холла, плюс отдельный датчик положения педали акселератора. ETCS выполняет и функции управления частотой вращения холостого хода (ISC) и, на более поздних моделях, VSC.



В первой половине 2000-х был внедрен плоский широкополосный пьезоэлектрический датчик детонации, в отличие от старых датчиков резонансного типа, регистрирующий более широкий диапазон частот вибраций.


Варианты установки кислородных датчиков (89465) - или перед нейтрализатором (внутренний рынок), или до и после нейтрализатора (внешний рынок). На версиях с ETCS внутреннего и североамериканского рынка в определенный момент передний кислородник заменили датчиком AFS (89467).



В системе зажигания на тип '97 и '98 использовалась бестрамблерная схема DIS-2 (одна катушка на две свечи), однако c '00 все двигатели получили схему DIS-4 - отдельные катушки зажигания для каждого цилиндра, выполненные в виде свечных наконечников. Плюсы - точность определения момента подачи искры, отсутствие высоковольтных линий и механических вращающихся деталей (не считая роторов датчиков), меньшее количество циклов работы каждой отдельной катушки. Минусы - катушки (да еще и совмещенные с коммутаторами) в колодцах головки блока заметно нагреваются, момент зажигания невозможно подрегулировать, выше чувствительность к состоянию свечей. На практике, при традиционной трамблерной системе катушка (особенно выносная) практически не фигурировала среди выходящих из строя деталей, но в DIS любого производителя их замена (не говоря уж об особых случаях, вроде "модулей зажигания") стала обычным делом.

Свечи зажигания - стандартные, на ранних типах с DIS-2 - с двумя боковыми электродами (Denso K16TR11), с DIS-4 - самые обычные Denso K16R-U11/NGK BKR5EYA11.

Привод навесных агрегатов (генератор, компрессор кондиционера, насос охлаждающей жидкости, насос ГУР) осуществляется единым ремнем. Плюс - компактность (один шкив на коленвалу), минус - надежность (больше нагрузка на ремень, невысокий ресурс натяжителя, из-за насоса системы охлаждения нельзя в крайнем случае сбросить ремень заклинившего устройства).