Авто-эскорт
                           








   Двигатели Тойота третьего поколения  1zz-fe анализ
 
    Пришло время более-менее обстоятельно поговорить о тойотовских двигателях свежего поколения и в первую очередь - об 1zz-fe, более 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.
    Двигатели Тойота третьего поколения  1zz-fe анализ
Итак, силовой агрегат Toyota 1zz-fe, первый избранник абсолютно свежего семейства, был запущен в серийное изготовление в 1998 году. Почти единовременно он дебютировал на модели Corolla для внешнего рынка и на Vista 50 для внутреннего, и с тех пор размещается на внушительное количество моделей классов C и D.

Формально ему надлежало сменить 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 действительно 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 разберем структуру этого двигателя, отметив ее особенности, главные достоинства и недостатки.

Цилиндро-поршневая группа

Блок цилиндров - сделан из алюминиевого сплава методом литья под давлением, в цилиндрах размещены чугунные гильзы. Это стало вторым, после серии Mz, опытом Toyota по внедрению массовых "легкосплавных двигателей". Отличительная исключение моторов свежего поколения - открытая сверху рубашка охлаждения, что негативным образом отражается на упругости блока и всей строении. Безусловным преимуществом схемы стало снижение массы (в целом силовой агрегат стал весить ~100 кг против 130 кг у предшественника), а основное - технологическая способность изготавливать блок в пресс-формах. Традиционные блоки с закрытыми рубашками охлаждения прочнее и надежнее, но, изготавливаемые литьем в разовые формы, больше трудоемки на стадии подготовки форм (в которых, к тому же, при подготовке к заливке смесь содержит склонность разрушаться), имеют бoльшие допуски и требуют, соответственно, бoльшего объема последующей механической обработки прилегающих плоскостей и постелей подшипников.


Другая исключение блока цилиндров - картер, объединяющий опоры коленчатого вала. Линия разъема блока и картера поступает по оси коленвала. Алюминиевый (точнее, легкосплавный) картер пpоизведен как одно целое с залитыми в него стальными крышками коренных подшипников и сам по себе добавочно повышает жесткость блока цилиндров.

Силовой агрегат 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. Вместе улучшается и топливная экономичность (физика - меньше тепловые потери через стенки больше компактной камеры сгорания). Помимо того, при планировании движка стала преобладающей мнение уменьшения трения и максимальной компактности, что выразилось, помимо прочего, в уменьшении диаметра и длины шеек коленчатого вала - а значит, неизбежно возросли нагрузки на них и изнашивание.

Примечателен поршень новой формы, немного напоминающей часть дизеля ("с камерой в поршне"). Чтобы уменьшить потери на трение при значительном рабочем ходе, была уменьшена юбка поршня - для его охлаждения это не наилучшее решение. Помимо того, Т-образные в проекции поршни на свежих тойотах начинают стучать при перекладке гораздо раньше, чем их классические предшественники.

Но самым значительным недостатком новых тойотовских движков стала их "одноразовость". В самом деле, оказался предусмотрен лишь единственный ремонтный объем коленчатого вала для 1zz-fe (и то - японского производства), а вот капремонт цилиндро-поршневой оказался невозможен в принципе (и перегильзовать блок тоже не выйдет).

А зря, потому как в ходе использовании вскрылась очень неприятная исключение двигателей первых лет выпуска (а таких у нас было и в ближайшие несколько лет будет большинство) - увеличенный 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 - перегородка с монтажом новых колец, а в случае сильного изнашивания гильзы - контрактный движок.

"проблемы были с движками до 2001 года, после их исправили и теперь все в порядке"
Увы, дела обстоят не так хорошо. После ноября 2001 моторы 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 возникла способность поставить при переборке "правильные" кольца. А второе и основное - проблема не исчезла: больше чем приемлемо случаев, когда переборки или замещения мотора потребовали в том числе и гарантийные машины выпуска 2002-2005 годов с пробегами от 40 до 110 тысяч км.

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 области свечи зажигания вихрь, способствуя более быстрому и полному сгоранию топлива. Сжатый объем 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 быстрота горения) способствовали снижению вероятности детонации.

Величину сжатия у 1zz-fe - около 10:1: однако силовой агрегат допускает приминение простого бензина (87-й по Sae, Regular в Японии, 92-й у нас). По заявлениям производителя, повышение 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 величину сжатия больше, поэтому к топливной всеядности стоит обращаться аккуратнее.

Интересна новейшая конструкция седел клапанов. Взамен традиционных стальных запрессовываемых, на двигателях Zz применены т.н. "лазерно-напыляемые" легкосплавные седла. Они в четыре раза тоньше обыкновенных и помогают лучшему охлаждению клапанов, позволяя отдавать тепло в тело головки блока не только через стержень, но и в большой степени через тарелку клапана. Заодно, несмотря на маленький диаметр камеры сгорания, увеличился диаметр впускных и выпускных портов, а также уменьшился диаметр вала (с 6 до 5,5 мм) - это улучшило течение воздуха через порт. Но, естественно, конструкция также получилась полностью неремонтопригодной.

Газораспределительный приспособление - традиционный 16-клапанный Dohc. Ранний вариант для внешнего рынка имел фиксированные фазы, но основная масса движков получила далее систему Vvt-i (изменения фаз газораспределения) - отличная вещь для новшества баланса меж тягой на низах и мощностью на верхах, но требующая внимательного отношения к качеству и состоянию масла.
Двигатели Тойота третьего поколения  1zz-fe анализ
Снижение массы клапана позволило уменьшить напряжение клапанных пружин, вместе сократилась ширина кулачков распределительного вала (менее 15 мм) - опять снижение потерь на трение с единственной стороны и повышение изнашивания - с другой. Помимо того, Toyota отказалась от корректировки зазора в клапанах с участием 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 корректировку зазора максимально сложной и дорогой; хорошо, что этой процедурой доводится заниматься если редко).

Очередное радикальное нововведение - в приводе Грм теперь применяется однорядная цепь с малым шагом (8 мм). С единственной стороны - это плюс к надежности (не порвется), в теории отсутствует неизбежность относительно частой замены, понадобится только иногда контролировать натяг. Но... Опять но - у цепи есть свои существенные недостатки. О шумности говорить, наверное, не стоит - разве что в основном по этой причине цепь изготовлена однорядной (в минус долговечности). Но в случае с цепью непременно образуется гидронатяжитель - во-первых, это добавочные требования к качеству и чистоте масла, во-вторых, даже тойотовские натяжители не отличаются абсолютной надежностью, до этого или позднее начиная пропускать и ослабляться (предусмотренная японцами собачка выполняет свои функции отнюдь не всегда). Что такое отпущенная в доступное плавание цепь - объяснять не надо. Второй подверженный износу элемент - успокоитель, это хоть и не "чудо" изготовления Змз, но принципы изнашивания у них общие.

Ну и основная проблема - растяжение, тем большее, чем длиннее сама цепь. Предпочтительнее всего дело с этим обстоит в нижневальном движке, где цепь короткая, но при обычном расположении распределительных валов в головке блока она важно удлиняется. Часть производителей борется с этим, вводя промежуточную звездочку и делая уже две цепи. Вместе этим получается уменьшить диаметр ведомых звездочек - при приводе обоих валов единой цепью промежуток меж ними и ширина головки получаются слишком внушительными. Но при присутствии промежуточных цепей увеличивается шумность передачи, количество элементов (как минимум, 2 натяжителя), да и с надежным креплением вспомогательной 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 период службы цепи составляет ~150 тысяч км, а далее ее непрерывный грохот заставляет владельцев брать меры.

Впуск и выпуск

Бросается в глаза размещение подающего коллектора - теперь он распологается спереди (ранее почти всегда на поперечно-расположенных двигателях он находился со стороны двигательного щита). Выпускной коллектор также переместился на противоположную сторону. В большой степени это было вызвано традиционным экологическим помешательством - нужно исполнить катализатор как можно быстрее прогревающимся после запуска, а значит надо разместить его максимально недaлеко к двигателю. Но если устанавливать его сразу за выпускным коллектором, сильно (и абсолютно напрасно) перегревается подкапотное пространство, добавочно 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.

Долгий подающий тракт способствует увеличению отдачи на низких и средних оборотах, однако при переднем расположении подающего коллектора исполнить его приемлемо протяженным затруднительно. Поэтому взамен традиционного цельнолитого коллектора с 4-мя "параллельными" патрубками, на первом 1zz-fe образовался новый "паук", подобный на выпускной, с четырьмя алюминиевыми трубчатыми воздуховодами равной длины, ввареными в общий литой фланец. Плюс - изготовливемые прокатом воздуховоды имеют намного больше гладкую поверхность, чем литые, минус - не всегда безупречная сварка фланца и труб.



Но позднее японцы все-таки заменили металлический коллектор пластиковым. Во-первых - бережливость цветного металла и упрощение технологии, во-вторых - снижение нагрева воздуха на впуске из-за меньшей теплопроводности пластмассы. В пассиве - сомнительная надежность и чувствительность к перепадам температур.

Привод навесных агрегатов. Здесь тойотовцы проделали ориентировочно 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 - гораздо больше нагрузка на ремень, не отдельно надежен гидронатяжитель, а в случае чего - из-за насоса системы охлаждения не удастся сбросить ремешок заклинившего механизма 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 меньше удобно для обслуживания) расположить масляный фильтрующий элемент - отверстием вверх, так что традиционные проблемы с давлением масла после запуска отчасти решаются. А вот поменять топливный фильтрующий элемент теперь так просто не получится - он помещен в бак, располагаясь на одном кронштейне с насосом.

Система охлаждения. Теперь поток охлаждающей жидкости поступает через блок по U-образному маршруту, охватывая цилиндры с обеих сторон и важно 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 всегда проходит меж баком и двигателем, нагреваясь в подкапотном пространстве). На двигателе 1zz-fe применен редуктор давления, встроенный в погружной топливный насос. Применены новые форсунки с "многодырочным" торцевым распылителем, размещенные не на коллекторе, а в головке блока цилиндров.
   Модель системы впрыска (1zz-fe для Usa)
Модель 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 - редуктор давления топлива, 9 - реле топливного насоса, 10 - датчик положения дроссельной заслонки, 11 - клапан Iscv, 12 - электронный блок управления, 13 - индикатор "check Engine", 14 - тумблер запрещения запуска, 15 - усилитель кондиционера, 16 - датчик скорости, 17 - тумблер 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 нapужный рынок), 28 - катализатор.

Система зажигания. На ранней вариации использовалась бестрамблерная модель Dis-2 (одна катушка на две свечи), а далее все моторы получили систему Dis-4 - отдельные катушки, расположенные в свечном наконечнике (свечи, кстати, на 1zz-fe применяются самые обыкновенные). Плюсы - верность определения момента впуска искры, отсутствие высоковольтных линий и механических вращающихся частей (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) почти не фигурировала между выходящих из строя деталей, то в Dis каждого производителя их замена (в т.ч. в виде "узлов зажигания", "модулей зажигания".... стала обычным делом.

Резюме

Так что же в итоге? Тойотовцы создали современный, сильный и приемлемо экономичный силовой агрегат с хорошими перспективами модернизации и развития - наверное, идеальный для свежего 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 надо признать - борьба меж технологичностью и надежностью, в которой Toyota до этого почти всегда стояла на стороне потребителя, закончилась победой hi-tech'а над долговечностью. И жаль, что альтернативы двигателям свежего поколения больше нет...