Двигатель 1GR-FE (4,0 л. V6) VVT-I Toyota Land Cruiser Prado 120 / Lexus GX470 с 2002 года

2. Двигатель 1GR-FE (4,0 л. V6) VVT-I

Внешний вид моторного отсека с двигателем 1GR-FE (4.0 л.)

Описание

• На выпускаемые в настоящее время автомобили Land Cruiser / Land Cruiser Prado устанавливается новый V-образный 6 цилиндровый двигатель 1GR-FE рабочим объемом 4,0 литра с 24 клапанами с двумя распределительными валами в головке блока цилиндров (DOHC). Кроме того, двигатель оборудован системами VVT-I (электронная система изменения фаз газораспределения), ACIS (система впуска с переменной геометрией) и ETCS-I (электронная система управления дроссельной заслонкой). Работа трех упомянутых систем управления согласована, чтобы улучшить технические характеристики двигателя, снизить расход топлива и уменьшить содержание вредных веществ в отработавших газах.
• Плюсы. Благодаря использованию в конструкции алюминиевого блока цилиндров и пластмассового впускного трубопровода, пластмассового топливопровода высокого давления и пластмассового впускного патрубка системы охлаждения, двигатель получился компактным и легким.
• Минусы. Здесь есть повод поговорить более предметно.

VVT-I – в наших условиях этот узел все еще неремонтопригоден (пусть пока это неактуально для гарантийных машин) и требует исключительно качественного и чистого масла.

Цепь с гидронатяжителем тоже предъявляет более высокие требования к маслу, чем обычный ременный привод ГРМ. Да и уступки в пользу уменьшения шумности (которая неизбежно больше у цепи) обернулись в минус долговечности. И что будет дешевле – менять через 80-100 тысяч ремень с роликами или через 150-180 тысяч цепь с натяжителями – покажет практика.

Заметно увеличилась степень сжатия (10-10,5 и более), поэтому традиционной бензиновой всеядности Toyota трудно ожидать, хотя японцы и поработали в этом направлении над системами питания и зажигания. Можно ли взамен рекомендуемого 95-го во все двигатели семейства спокойно лить 92-й – покажет время.

Регулярно отмечается проблема повышенного расхода масла на угар, вызванная конструктивными особенностями – износ и залегание поршневых колец, износ гильзы.

И, наконец, ремонтопригодность. Перенимая общемировые традиции, инженеры Toyota тоже смогли сделать «одноразовый» двигатель. Буквально. Потому что его алюминиевая (точнее, легкосплавная) конструкция не предусматривает такого понятия, как «ремонтный размер» – ни оригинальных ремонтных поршней, ни расточки. Даже если бы в этот двигатель изначально закладывался приличный ресурс, все равно право на ошибку и на ее исправление должно оставаться. Поэтому владельцу автомобиля с двигателем из легкосплавной конструкции (а это почти все современные двигатели Toyota) необходимо знать о его ремонтопригодности и в будущем задуматься, стоит ли тратить огромные деньги, личное время и нервы на покупку нового силового агрегата, так как старый отремонтировать не удастся, или лучше вовремя продать автомобиль по выгодной цене и приобрести новый.

Ну а желающим приобрести подержанный автомобиль необходимо знать описанные выше тонкости конструкции данных типов двигателей и особое внимание уделять их состоянию при покупке машины.

► Технические характеристики двигателя

* Масса указана для двигателя, полностью заправленного маслом и охлаждающей жидкостью.

► Фазы газораспределения

► Внешние скоростные характеристики

Конструкция двигателя

Крышка головки блока цилиндров

• Устанавливаются легкие крышки головок блока цилиндров, изготовленные из прочного алюминиевого сплава.
• Для повышения удобства технического обслуживания (при заправке моторного масла) маслоналивная горловина расположена на крышке головки левого ряда цилиндров.
• Для сокращения количества деталей прокладка головки блока цилиндров объединена с уплотнительными кольцами катушек зажигания.

Прокладка головки блока цилиндров

• Прокладка головки блока цилиндров изготовлена из многослойной стали.
• Для увеличения площади контакта по окружности цилиндров выполнены уплотняющие стальные пояски, благодаря чему повышается герметичность и надежность прокладки.

Головка блока цилиндров

• В изготовленной из алюминиевого сплава головке блока цилиндров имеются камеры сгорания клиновой формы. Чтобы уменьшить склонность двигателя к детонации, свеча зажигания установлена по центру камеры сгорания.
• Впускные отверстия расположены на внутренней, а выпускные – на наружной стороне левого и правого рядов цилиндров соответственно.
• Для уменьшения сопротивления впускные каналы расположены вертикально.
• Благодаря тому, что объем защемленных зон в камере сгорания сведен к минимуму, удалось уменьшить склонность двигателя к детонации и улучшить наполнение.
• Кроме того, улучшились мощностные характеристики и топливная экономичность двигателя.
• Чтобы уменьшить площадь поверхности стенок впускных каналов, их объединили друг с другом.
• Благодаря такой конструкции топливо меньше оседает на стенках впускных каналов, в результате чего уменьшается содержание несгоревших углеводородов в отработавших газах.

Вид снизу Сечение A-A

• Болты головки блока цилиндров распложены под шейками распределительного вала перед правым рядом цилиндров, а в постелях шеек распределительного вала имеются отверстия для установки болтов. Таким образом, переднюю часть блока правого ряда цилиндров удалось укоротить, что позволило уменьшить общую длину двигателя.

Блок цилиндров

• Блок цилиндров изготовлен из алюминиевого сплава.
• Угол между рядами цилиндров составляет 60 градусов, и они смещены на 36,6 мм (1,1441 дюйм) друг относительно друга. Благодаря тому, что расстояние между осями цилиндров составляет 105,5 мм (4,15 дюймов), блок цилиндров имеет небольшие для своего рабочего объема длину и ширину.
• Приливы для установки двух датчиков детонации размещены на внутренней стороне левого и правого рядов цилиндров.

• Между цилиндрами расположены каналы водяной рубашки охлаждения. Благодаря тому, что охлаждающая жидкость протекает между цилиндрами, обеспечивается равномерное охлаждение стенок цилиндров.

• Компактность габаритных размеров двигателя достигнута благодаря применению неразборной конструкции, состоящей из тонкостенных чугунных гильз, установленных в алюминиевый блок. Гильзы цилиндров такой конструкции не подлежат расточке.
• Гильзы цилиндров снаружи имеют развитую неоднородную поверхность, обеспечивающую более прочное соединение гильзы с алюминиевым блоком цилиндров. Благодаря более надежному контакту, улучшается теплоотвод, в результате уменьшается общая температура двигателя и тепловая деформация гильз цилиндров.

Поршень

• Поршни изготовлены из алюминиевого сплава.
• Вытеснитель головки поршня имеет форму усеченного конуса для сопряжения с формой камеры сгорания.
• На юбку поршня наносится полимерное покрытие для уменьшения трения.
• На канавке верхнего кольца имеется анодное покрытие, повышающее стойкость металла к износу и коррозии.
• Поршни всех цилиндров имеют одинаковую конструкцию. То есть поршни левого и правого рядов цилиндров одинаковы.
• Благодаря увеличению точности обработки цилиндров поршни изготавливаются с наружными диаметрами одного размера.

Шатуны и вкладыши шатунных подшипников

Для снижения массы двигателя используются кованные высокопрочные шатуны.

Для точного совмещения крышек шатунных подшипников при сборке на сопрягающихся поверхностях крышек предусмотрены направляющие штифты.

Для крепления используются удлиняющиеся при затяжке болты.

Шатунные подшипники изготовлены из алюминиевого сплава.

На трущейся поверхности шатунного подшипника имеются микроканавки для улучшения условий создания масляной пленки. Благодаря этому облегчен запуск холодного двигателя и уменьшен уровень вибрации двигателя.

Коленчатый вал

• Коленчатый вал изготовлен из стали, отличающейся прочностью и износостойкостью.
• На коленчатом вале имеются 4 шейки и 9 противовесов.
• Галтели шатунных и коренных шеек упрочнены накаткой роликом.

Коренной подшипник и крышка коренного подшипника коленчатого вала

• Коренные подшипники коленчатого вала изготовлены из алюминиевого сплава.
• Как и на шатунных подшипниках, на поверхности трения коренных подшипников имеются микроканавки для улучшения условий создания масляной пленки. Благодаря этому облегчен запуск холодного двигателя и уменьшен уровень вибрации двигателя.
• На внутренней поверхности верхних полуколец коренных подшипников по окружности проходит масляная канавка.
• Крышки коренных подшипников закреплены 4 болтами, удлиняющимися при затяжке. Кроме того, для повышения надежности каждая крышка закрепляется болтами в поперечном направлении.

Шкив коленчатого вала

Жесткость резинового гасителя крутильных колебаний специально подобрана для уменьшения уровня шума.

Поддон картера

• Поддон картера № 1 изготовлен из алюминиевого сплава.
• Поддон картера № 2 изготовлен из стали.
• Для упрощения конструкции маслоприемника с сетчатым фильтром масляный канал выполнен в поддоне картера № 1.
• Поддон картера № 1 имеет очень жесткую конструкцию и прикрепляется к блоку цилиндров и к картеру гидротрансформатора.

Клапанный механизм

• На каждом цилиндре установлено по 2 впускных и по 2 выпускных клапана. За счет большей площади отверстий уменьшено сопротивление на впуске и выпуске.
• Клапаны открываются непосредственно четырьмя распределительными валами.
• Привод распределительных валов впускных клапанов осуществляется от коленчатого вала через первичную цепь привода клапанного механизма. Привод распределительных валов выпускных клапанов осуществляется от впускного распределительного вала соответствующего ряда цилиндров через вторичную цепь привода клапанного механизма.
• Для обеспечения экономии топлива, достижения более высоких мощностных характеристик двигателя и уменьшения содержания вредных веществ в отработавших газах, управление впускным распределительным валом осуществляется электронной системой изменения фаз газораспределения VVT-I.

Распределительный вал

• Распределительные валы изготовлены из чугуна.
• В распределительном вале впускных клапанов имеется масляный канал для подачи моторного масла в систему VVT-I.
• Для изменения фаз впускных клапанов на переднем конце распределительного вала впускных клапанов установлен контроллер системы VVT-I.
• Для определения положения распределительного вала впускных клапанов перед контроллером VVT-I установлен задающий ротор. Это задающее колесо, закрепленное на распределительном вале впускных клапанов, используется датчиком системы VVT-I для определения текущего положения распределительного вала впускных клапанов.

Цепь привода клапанного механизма и натяжитель цепи

• Первичная и вторичная цепи привода клапанного механизма – это роликовые цепи с шагом 9,525 мм (0,375 дюйма).
• Смазка цепи клапанного механизма осуществляется масляной форсункой.
• Первичная цепь привода клапанного механизма оборудована натяжителем. Натяжители установлены также на вторичных цепях для левого и правого рядов цилиндров.
• Для создания постоянного усилия в натяжителях как первичной, так и вторичных цепей, используются пружины и давление масла. Натяжители уменьшают шум, создаваемый цепями.
• Натяжитель первичной цепи представляет собой храповик со стопорным механизмом.

Крышка привода клапанного механизма

Крышка привода клапанного механизма имеет цельную конструкцию, в которую встроены элементы системы охлаждения (насос охлаждающей жидкости и канал охлаждающей жидкости) и системы смазки (масляный насос и масляный канал). Благодаря такой конструкции уменьшено количество деталей, что позволило уменьшить массу двигателя.

Впускные и выпускные клапаны и толкатели клапанов

• Для уменьшения массы двигателя используются толкатели клапанов без регулировочных шайб.
• Так как диаметр тарелки у впускного клапана больше, чем у выпускного, площадь впускных отверстий камеры сгорания больше, что позволяет повысить эффективность на впуске.

Рекомендация по техническому обслуживанию

Регулировка зазоров в механизме привода клапанов осуществляется выбором и заменой соответствующих толкателей клапанов. Поставляются регулировочные толкатели клапанов 35 размеров с шагом 0,02 мм (0,0008 дюйма) от 5,06 мм (0,1992 дюйма) до 5,74 мм (0,2260 дюйма).

Привод навесного оборудования ремнем

• Привод навесного оборудования осуществляется единым поликлиновым ленточным ремнем. Такое решение позволило уменьшить длину и массу двигателя, а также сократить количество деталей.
• Благодаря автоматическому натяжителю исключена необходимость регулировки натяжения ремня.

Автоматический натяжитель

Натяжение поликлинового ремня поддерживается благодаря натяжной пружине, размещенной в автоматическом натяжителе.

Система управления двигателем 1GR-FE

Для управления работой двигателя 1GR-FE используются следующие системы.

Датчики и исполнительные устройства системы управления двигателем 1GR-FE.

* Оборудование, устанавливаемое по заказу

Структурная схема системы управления двигателем 1GR-FE.

TWC – трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Расположение основных компонентов системы управления двигателя

На автомобиле.

На двигателе.

Основные компоненты системы управления двигателем

В состав системы управления двигателем 1GR-FE входят следующие основные компоненты.

ЭБУ двигателя

Для увеличения скорости обработки сигналов в ЭБУ двигателя установлен 32-х разрядный процессор.

Кислородный датчик и датчик состава топливовоздушной смеси

И кислородный датчик, и датчик состава топливовоздушной смеси относятся к типу плоских. По сравнению с обычными датчиками, общая ширина чувствительной области и нагревательного элемента плоского датчика меньше. Так как тепло от нагревательного элемента передается непосредственно на окись алюминия и двуокись циркония (чувствительная область), датчик быстрее выходит на рабочий режим.

Расходомер воздуха

• Расходомер вставляется во впускной трубопровод. Часть забираемого воздуха, поступающего в двигатель, проходит через зону измерения датчика. Благодаря тому, что масса и расход потока воздуха, поступающего в двигатель, измеряются напрямую, повышена точность измерения и уменьшено сопротивление, которое создает датчик во впускном трубопроводе.
• В расходомере предусмотрен встроенный датчик температуры воздуха.

Датчик положения коленчатого вала

На задающем роторе коленчатого вала имеется 34 зуба, при этом 2 пропущено. Датчик положения коленчатого вала посылает сигналы через каждые 10°, а по пропущенным зубьям определяется верхняя мертвая точка.

Датчики системы VVT

Датчики системы VVT установлены на правой и левой головках блока цилиндров. Для определения положения распределительного вала датчики регистрируют прохождение выступа на задающем роторе, который установлен на распределительном вале перед блоком управления VVT. Кроме того, каждый датчик формирует 3 импульса на каждые 2 оборота коленчатого вала.

Датчик детонации (плоского типа)

В традиционных датчиках детонации (резонансного типа) в блок цилиндров встроена пластина, резонансная частота которой совпадает с частотой детонации двигателя. Она позволяет регистрировать колебания вблизи частоты резонанса. В отличие от такой конструкции, плоскостной датчик детонации (нерезонансного типа) позволяет регистрировать вибрацию в более широком диапазоне частот (примерно 6-15 кГц) и обладает следующим особенностями.

Частота детонации двигателя слегка изменяется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Датчик детонации плоского типа позволяет регистрировать вибрацию даже при изменении частоты детонации двигателя. Таким образом, по сравнению с традиционными датчиками детонации, расширены возможности регистрации вибрации, что позволяет более точно регулировать угол опережения зажигания.

Резонансные характеристики традиционного датчика детонации

Резонансные характеристики датчика детонации плоского типа

Характеристики датчика детонации

Конструкция

• Датчик детонации плоского типа крепится к двигателю шпилькой, ввернутой в блок цилиндров. Отверстие под шпильку проходит через центр датчика.
• Внутри датчика, в верхней его части, установлен стальной грузик, который через изолятор опирается на пьезоэлектрический элемент.
• В датчик встроен резистор регистрации разомкнутой / короткозамкнутой цепи.

Принцип работы

Вибрация детонации двигателя передается на стальной грузик, который давит на пьезоэлектрический элемент. В результате образуется электродвижущая сила.

Резистор регистрации разомкнутой / короткозамкнутой цепи

Если зажигание включено, резистор регистрации разомкнутой / короткозамкнутой цепи датчика детонации и резистор в ЭБУ двигателя поддерживают постоянное напряжение на клемме KNK1 двигателя. За напряжением на клемме постоянно следит интегральная микросхема ЭБУ двигателя. Если цепь между датчиком детонации и ЭБУ двигателя размыкается или замыкается накоротко, напряжение на клемме KNK1 изменяется, и ЭБУ двигателя регистрирует размыкание / короткое замыкание цепи, записывая при этом в память код неисправности DTC.

Рекомендация по техническому обслуживанию

• Датчики детонации устанавливаются в строго определенном положении, как изображено на иллюстрации. Чтобы не перепутать разъемы левого и правого рядов цилиндров, каждый из датчиков следует установить в предписанном положении.

Датчик положения педали акселератора

Магнит, установленный на конце рычага педали акселератора, поворачивается вокруг микросхемы с датчиком Холла на угол, зависящий от степени нажатия педали акселератора. Датчик Холла преобразует изменение магнитного потока в электрический сигнал и посылает его в качестве сигнала степени нажатия на педаль акселератора в ЭБУ двигателя.

Датчик положения дроссельной заслонки

Датчик положения дроссельной заслонки установлен на корпусе дроссельной заслонки. Для определения угла открытия дроссельной заслонки датчик преобразует плотность магнитного потока, изменяющуюся при вращении магнита (установленного соосно с валом дроссельной заслонки) вокруг микросхемы с датчиком Холла в электрические сигналы, используемые для управления электродвигателем привода дроссельной заслонки.

Рекомендация по техническому обслуживанию

Так как в датчике используется микросхема с датчиком Холла, методика проверки отличается от методики проверки традиционного датчика положения дроссельной заслонки. Подробная информация приведена в Дополнении к Руководству по ремонту автомобилей Land Cruiser / Land Cruiser Prado.