Двигатели Toyota 1ZZ-FE Часть2

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, см 3	Диаметр цилиндра x Ход поршня, мм	Степень сжатия	Мощность, л.с.	Крутящий момент, Нм	RON	EMS	Стандарт	Модель	Год
1ZZ-FE	1794	79.0 x 91.5	10.0	130 / 6000	171 / 4000	91	EFI-L	JIS	ZZV50	1998
			10.0	136 / 6000	171 / 4200	91	EFI-L	JIS	ZZV50	2000
			10.0	125 / 6000	161 / 4200	91	EFI-L	JIS	ZNE14	2003
			10.0	132 / 6000	170 / 4200	91	EFI-L	JIS	ZNM10	2007
			10.0	140 / 6400	171 / 4400	91	EFI-L	JIS	MR-S	2004
			10.0	129 / 6000	170 / 4200	95	EFI-L	EEC	ZZT220	2000

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 (

130 кг у предшественников того же рабочего объема).

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-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).