Итак, двигатель Toyota 1ZZ-FE, первый представитель

Toyota 1ZZ-FE. Без права на ошибку (1800 см3)
Пришло время более-менее обстоятельно поговорить о тойотовских двигателях нового
поколения и в первую очередь - об 1ZZ-FE, наиболее распространенном из них. С каждым
днем в страну приходит все больше автомобилей с такими агрегатами, а информации по
ним по-прежнему удручающе мало. Дополним данные заокеанских коллег нашим местным
опытом.
Итак, двигатель Toyota 1ZZ-FE, первый представитель совершенно нового семейства, был
запущен в серийное производство в 1998 году. Практически одновременно он дебютировал на
модели Corolla для внешнего рынка и на Vista 50 для внутреннего, и с тех пор
устанавливается на большое количество моделей классов C и D.
Формально ему надлежало заменить собой 7A-FE STD, агрегат предыдущего поколения,
заметно превосходя его по мощности и не уступая по топливной экономичности. Однако,
устанавливаемый на топ-версии моделей, он фактически занял и место заслуженного
ветерана 3S-FE, немногим уступая ему по характеристикам.
Двигатель
7A-FE
3S-FE
1ZZ-FE
Рабочий объем,
см3
1762
1998
1794
Мощность, л.с.
110-115/5800
SAE
115-120/6000
JIS
128-132/5400
DIN
135-140/6000
JIS
120-140/5600
SAE
130-140/6000
JIS
Крутящий
момент, Нм
154/4400 SAE
157/4400 JIS
178/4400 DIN
186/4400 JIS
172/4400 SAE
171/4000 JIS
Степень сжатия
9,5
9,5
10,0
Диаметр
цилиндра, мм
81
86
79
Ход поршня, мм
85,5
86
91,5
А теперь подробнее рассмотрим конструкцию этого двигателя, отметив ее особенности,
основные достоинства и недостатки.
Комментарии пользователей
Eugenio,77
Блок цилиндров - изготовлен из алюминиевого сплава методом литья под давлением, в
цилиндрах установлены чугунные гильзы. Это стало вторым, после серии MZ, опытом Toyota
по внедрению массовых "легкосплавных двигателей". Отличительная особенность моторов
нового поколения - открытая сверху рубашка охлаждения, что негативным образом
отражается на жесткости блока и всей конструкции. Безусловным преимуществом схемы
стало снижение массы (в целом двигатель стал весить ~100 кг против 130 кг у
предшественника), а главное - технологическая возможность изготавливать блок в прессформах. Традиционные блоки с закрытыми рубашками охлаждения прочнее и надежнее, но,
изготавливаемые литьем в разовые формы, более трудоемки на стадии подготовки форм (в
которых, к тому же, при подготовке к заливке смесь имеет склонность разрушаться), имеют
большие допуски и требуют, соответственно, большего объема последующей механической
обработки прилегающих поверхностей и постелей подшипников.
Другая особенность блока цилиндров - 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-FE относится к "длинноходным" моторам - диаметр цилиндра 79 мм, ход
поршня 91,5 мм. Это означает лучшие тяговые характеристики на низах, что для массовых
моделей намного важнее, нежели повышенная мощность на высоких оборотах. Заодно
улучшается и топливная экономичность (физика - меньше тепловые потери через стенки
более компактной камеры сгорания). Кроме того, при проектировании движка стала
преобладающей идея снижения трения и максимальной компактности, что выразилось, кроме
прочего, в уменьшении диаметра и длины шеек коленчатого вала - а значит, неизбежно
возросли
нагрузки
на
них
и
износ.
Примечателен поршень новой формы, немного напоминающей деталь дизеля ("с камерой в
поршне"). Чтобы уменьшить потери на трение при значительном рабочем ходе, была
уменьшена юбка поршня - для его охлаждения это не лучшее решение. Кроме того, Тобразные в проекции поршни на свежих тойотах начинают стучать при перекладке
значительно
раньше,
чем
их
классические
предшественники.
Но
самым
значительным
недостатком
новых
тойотовских
движков
стала
их "одноразовость". В самом деле, оказался предусмотрен лишь один ремонтный размер
коленчатого вала для 1ZZ-FE (и то - японского производства), а вот капремонт цилиндропоршневой оказался невозможен в принципе (и перегильзовать блок тоже не выйдет).
А зря, потому как в ходе эксплуатации вскрылась очень неприятная особенность двигателей
первых лет выпуска (а таких у нас было и в ближайшие несколько лет будет большинство) повышенный расход масла на угар, вызванный износом и залеганием поршневых колец
(требования к их состоянию у ZZ тем выше, чем больше ход поршня, а значит и его скорость).
Подробнее вопрос рассмотрен в этом материале. Лечение одно - переборка с установкой
новых колец, а в случае сильного износа гильзы - контрактный движок.
"Проблемы были с движками до 2001 года, потом их исправили и теперь все в порядке"
Увы, дела обстоят не так хорошо. После ноября 2001 двигатели серий ZZ и NZ стали
комплектоваться "доработанными" кольцами, в том же году был несколько изменен блок
цилиндров ZZ. Но во-первых, это никак не отразилось на выпущенных ранее двигателях разве что появилась возможность установить при переборке "правильные" кольца. А второе и
главное - проблема не исчезла: более чем достаточно случаев, когда переборки или замены
двигателя потребовали в том числе и гарантийные машины выпуска 2002-2005 годов с
пробегами
от
40
до
110
тысяч
км.
Отправлено: 19.03.2008
Eugenio,77
Головка блока цилиндров
Сама головка блока, естественно, 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.
Степень сжатия у 1ZZ-FE - около 10:1, однако двигатель допускает использование обычного
бензина (87-й по SAE, Regular в Японии, 92-й у нас). По заявлениям производителя,
увеличение октанового числа не приводит к росту мощностных показателей, а лишь
уменьшает вероятность детонации. Что касается других представителей семейства (3ZZ-FE,
4ZZ-FE) - то в них степень сжатия больше, поэтому к топливной всеядности стоит относиться
аккуратнее.
Интересна новая конструкция седел клапанов. Вместо традиционных стальных
запрессовываемых, на двигателях ZZ применены т.н. "лазерно-напыляемые" легкосплавные
седла. Они в четыре раза 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. Заодно, несмотря на небольшой диаметр камеры сгорания,
увеличился диаметр впускных и выпускных портов, а также уменьшился диаметр стержня (с 6
до 5,5 мм) - это улучшило течение воздуха через порт. Но, естественно, конструкция также
получиласьабсолютно
неремонтопригодной.
Газораспределительный механизм - традиционный 16-клапанный DOHC. Ранний вариант
для внешнего рынка имел фиксированные фазы, но основная масса движков получила затем
систему VVT-i (изменения фаз газораспределения) - отличная вещь для достижения баланса
между тягой на низах и мощностью на верхах, но требующая внимательного отношения к
качеству
и
состоянию
масла.
Снижение массы клапана позволило уменьшить усилие клапанных пружин, заодно
сократилась ширина кулачков распределительного вала (менее 15 мм) - опять снижение
потерь на трение с одной стороны и увеличение износа - с другой. 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 (для высокооборотистого форсированного движка это
имело бы смысл, но в данном случае - сделало регулировку зазора максимально сложной и
дорогой; хорошо, что этой процедурой приходится заниматься крайне редко).
Очередное радикальное нововведение - в приводе ГРМ теперь используется
однорядная цепь с малым шагом (8 мм). С одной стороны - это плюс к надежности (не
порвется), в теории отсутствует необходимость относительно частой замены, требуется
только изредка проверять натяжение. Но... Опять но - у цепи есть свои существенные
недостатки. О шумности говорить, наверное, не стоит - разве что в основном по этой причине
цепь сделана однорядной (в минус долговечности). Но в случае с цепью обязательно
появляется гидронатяжитель - во-первых, это дополнительные требования к качеству и
чистоте масла, во-вторых, даже тойотовские натяжители не отличаются абсолютной
надежностью, раньше или позже начиная пропускать и ослабляться (предусмотренная
японцами собачка выполняет свои функции отнюдь не всегда). Что такое отпущенная в
свободное плавание цепь - объяснять не надо. Второй подверженный износу элемент успокоитель, это хоть и не "чудо" производства ЗМЗ, но принципы износа у них общие.
Ну и основная проблема - растяжение, тем большее, чем длиннее сама цепь. Лучше всего
дело с этим обстоит в нижневальном движке, где цепь короткая, но при обычном
расположении распределительных валов в головке блока она существенно удлиняется. Часть
производителей борется с этим, вводя промежуточную звездочку и делая уже две цепи.
Заодно этим удается уменьшить диаметр ведомых звездочек - при приводе обоих валов
единой цепью расстояние между ними и ширина головки получаются слишком большими. Но
при наличии промежуточных цепей увеличивается шумность передачи, количество элементов
(как минимум, два натяжителя), да и с надежным креплением дополнительной звездочки
возникают некоторые проблемы. Посмотрим же на ГРМ 1ZZ-FE - цепь здесь вызывающе
длинная.
Хотя применение цепи и подразумевало уменьшение затрат на техобслуживание, но на деле
произошло скорее обратное, так что средний срок службы цепи составляет ~150 тысяч км, а
затем ее постоянный грохот заставляет владельцев принимать меры.
Отправлено: 19.03.2008
Eugenio,77
Впуск и выпуск
Бросается в глаза расположение впускного коллектора - теперь он находится спереди
(ранее практически всегда на поперечно-расположенных двигателях он находился со стороны
моторного щита). Выпускной коллектор также переместился на противоположную сторону.
В значительной степени это было вызвано традиционным экологическим помешательством необходимо сделать катализатор как можно быстрее прогревающимся после запуска, а
значит нужно разместить его максимально близко к двигателю. Но если устанавливать его
сразу за выпускным коллектором, сильно (и совершенно напрасно) перегревается
подкапотное пространство, дополнительно греется радиатор и т.д. Поэтому на ZZ выпуск
ушел назад, а катализатор - под днище, при этом второй вариант борьбы за сертификаты
(малый пре-катализатор за коллектором) не потребовался.
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 4мя "параллельными" патрубками, на первом 1ZZ-FE появился новый "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.
Но позднее японцы все-таки заменили металлический коллектор пластиковым. Во-первых экономия цветного металла и упрощение технологии, во-вторых - снижение нагрева воздуха
на впуске из-за меньшей теплопроводности пластмассы. В пассиве - сомнительная
долговечность и чувствительность к перепадам температур.
Привод навесных агрегатов. Здесь тойотовцы проделали примерно то же, что и с цепью.
Генератор, насос ГУР, кондиционер и помпа приводятся единым ремнем. В плюс
компактности (один шкив на коленвалу), но в минус надежности - значительно больше
нагрузка на ремень, не особо надежен гидронатяжитель, а в случае чего - из-за насоса
системы охлаждения не удастся сбросить ремешок заклинившего устройства и ковылять
дальше... Навесное для серии ZZ, кстати, тоже получилось эндемичное - из-за сильно
усовершенствованных креплений.
Фильтры. Наконец-то тойотовские инженеры смогли грамотно (хотя и менее удобно для
обслуживания) расположить масляный фильтр - отверстием вверх, так что традиционные
проблемы с давлением масла после запуска отчасти решаются. А вот поменять топливный
фильтр теперь так просто не получится - он помещен в бак, располагаясь на одном
кронштейне с насосом.
Система охлаждения. Теперь поток охлаждающей жидкости проходит через блок по Uобразному маршруту, охватывая цилиндры с обеих сторон и существенно улучшая
охлаждение.
Топливная система. Здесь также произошли заметные изменения. Чтобы уменьшить
испарение топлива в магистралях и баке, Toyota отказалась от схемы с линией возврата
топлива и вакуумным регулятором (при этом бензин постоянно циркулирует между баком и
двигателем, нагреваясь в подкапотном пространстве). На двигателе 1ZZ-FE применен
регулятор давления, встроенный в погружной топливный насос. Использованы новые
форсунки с "многодырочным" торцевым распылителем, установленные не на коллекторе, а в
головке блока цилиндров.
Схема системы впрыска (1ZZ-FE для USA). 1 электропневмоклапан системы улавливания паров
топлива, 2 - адсорбер, 3 - аккумулятор, 4 - датчик
температуры воздуха на впуске, 5 - воздушный
фильтр, 6 - электропневмоклапан продувки
адсорбера, 7 - датчик давления паров топлива, 8 регулятор давления топлива, 9 - реле топливного
насоса, 10 - датчик положения дроссельной
заслонки, 11 - клапан ISCV, 12 - электронный блок
управления, 13 - индикатор "CHECK ENGINE", 14 выключатель запрещения запуска, 15 - усилитель
кондиционера, 16 - датчик скорости, 17 выключатель стартера, 18 - разъем DLC3, 19 датчик абсолютного давления во впускном
коллекторе, 20 - форсунка, 21 - катушка зажигания,
22 - датчик положения распределительного вала, 23
- датчик детонации, 24 - датчик температуры
охлаждающей жидкости, 25 - датчик положения
коленчатого вала, 26 - кислородный датчик B1S1, 27
- кислородный датчик B1S2 (только внешний
рынок), 28 - катализатор.
Система зажигания. На ранней версии использовалась бестрамблерная схема DIS-2 (одна
катушка на две свечи), а затем все двигатели получили систему DIS-4 - отдельные катушки,
расположенные в свечном наконечнике (свечи, кстати, на 1ZZ-FE используются самые
обыкновенные). Плюсы - точность определения момента подачи искры, отсутствие
высоковольтных линий и механических вращающихся деталей (не считая роторов датчиков),
меньше количество циклов работы каждой отдельной катушки, да и мода такая, в конце
концов. Минусы - катушки (да еще и совмещенные с коммутаторами) в колодцах головки
блока сильно перегреваются, зажигание нельзя подрегулировать вручную, больше
чувствительность к свечам, обрастающим "красной смертью" от местного бензина, и, главное,
статистика и практика - если при традиционной трамблерной системе катушка (особенно
выносная) практически не фигурировала среди выходящих из строя деталей, то в DIS любого
производителя их замена (в т.ч. в виде "узлов зажигания", "модулей зажигания"...) стала
обычным делом.
Резюме
Так что же в итоге? Тойотовцы создали современный, мощный и достаточно экономичный
двигатель с хорошими перспективами модернизации и развития - наверное, идеальный для
нового автомобиля. Но нас больше волнует, как ведут себя движки на второй-третьей сотне
тысяч, как переносят не самые щадящие условия эксплуатации, насколько поддаются
местному ремонту. И здесь нужно признать - борьба между технологичностью и надежностью,
в которой Toyota раньше практически всегда стояла на стороне потребителя, закончилась
победой hi-tech'а над долговечностью. И жаль, что альтернативы двигателям нового
поколения больше нет...