С переходом к двигателям нового
поколения перед тойотовцами встал вопрос о новом заряженном моторе для
переднеприводных моделей, на замену 4A-GE и 3S-GE.
Во-первых, он должен был иметь такие же габариты, что и 1ZZ-FE,
во-вторых - литровую отдачу "на уровне лучших мировых аналогов",
в-третьих - максимально облегченную конструкцию. Само собой,
форсировать нужно было по оборотам, а не при помощи наддува, и при этом
совместить высокую мощность на максимальных оборотах с нормальной тягой
на низах.
Первый 2ZZ-GE, созданный при традиционном участии
мотористов Yamaha, появился на внешнем рынке вместе с новой Celica 230 в
конце 1999 года.
| Двигатель | 4A-GE | 3S-GE | 1ZZ-FE | 2ZZ-GE |
| Рабочий объем, см3 | 1587 | 1998 | 1794 | 1795 |
| Мощность, л.с. | 165/7800 JIS | 190/7000 JIS | 130-140/6000 JIS | 190/7600 JIS |
| Крутящий момент, Нм | 162/5600 JIS | 206/6000 JIS | 171/4000 JIS | 180/6800 JIS |
| Степень сжатия | 11,0 | 11,0 | 10,0 | 11,5 |
| Диаметр цилиндра, мм | 81 | 86 | 79 | 82 |
| Ход поршня, мм | 77 | 86 | 91,5 | 85 |
Главной гордостью мотористов стал новый алюминиевый блок на основе MMC (это не "мицубиси моторс", а "композит" с алюмо-силикатными волокнами и включениями).
Дело
в том, что 1ZZ представляет собой весьма длинноходный движок, поэтому и
дальше форсировать его по оборотам при неизменном соотношении диаметра
цилиндра и хода поршня было невозможно. В результате диаметр вырос до
предела, а толщина перемычки между цилиндрами уменьшилась до 5,5 мм.
Тоньше уже нельзя - иначе прокладка вообще не будет уплотнять газовый
стык. Даже если в это расстояние и можно было бы вставить стальную
гильзу, то все равно температура на перемычке превысила все допустимые
пределы - поэтому тойотовцам пришлось применить своеобразную композитную
гильзу.
Основные проблемы такой конструкции возникают при литье и, ввиду отсутствия традиционной чугунной гильзы, никак не выводятся:
- равномерность застывания (образуются раковины) и "непролитости"
- пористость (процесс отвердевания замедляется около включений с более низкой теплопроводностью)
- трещины (из-за разной скорости застывания в области включений MMC и в
основной массе алюминия, на поверхности формы и внутри нее)
С
литьевыми дефектами тойотовцы борются сильным предварительным нагревом
формы, ламинарным заполнением ее жидким металлом, вакуумированием форм
и т.п.
Невелика у MMC и стойкость к задирам - как известно,
стальная гильза или чугунный блок сохраняют следы хона очень долго, а
вот в случае алюминиевой гильзы происходит даже не "срезание", а
"смятие" сетки хона (поверхность пластически деформируется). Победить
этот момент невозможно, поэтому стойкость максимально сбалансировали
составом композита - и объявили ее просто "достаточной".
Поршень для этого двигателя изготавливается по той же технологии MMC с
алюмо-силиктными волокнами, а снаружи на юбку дополнительно наносится
железо- и фосфорсодержащее покрытие для увеличения твердости.
Довольно долго пришлось подгонять друг у другу т.н. "гильзы" и поршневые
кольца, чтобы износ все-таки шел в основном за счет колец, а не
заведомо слабого в этом отношении цилиндра.
Вторым революционным для тойоты нововведением стала система VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift - изменяемые фазы газораспределения и высота подъема клапанов).
Традиционная VVT-i, аналогичная 1ZZ, отвечает за улучшение тяги на
низких оборотах, а дополнительная часть - за максимальную мощность и
максимальный момент, "подбрасывая угля" при частоте вращения более 6000
об/мин (высота подъема клапанов увеличивается с 7,6 мм до 10,0/11,2
мм).
Сам по себе механизм VVTL-i устроен достаточно просто. Для
каждой пары клапанов на распредвале имеется два кулачка с разным
профилем ("спокойным" и "агрессивным"), а на рокере - два разных
толкателя (соответственно, роликовый и скользящий). В нормальном режиме
рокер (и клапан) приводится от кулачка со спокойным профилем через
роликовый толкатель, а подпружиненный скользящий толкатель работает
вхолостую, перемещаясь в рокере. При переходе в форсированный режим
давлением масла перемещается стоп. штифт, который подпирает шток
скользящего толкателя, жестко соединяя его с рокером. Когда давление
жидкости снимается, пружина отжимает штифт и скользящий толкатель вновь
освобождается.
Изощренная схема с разными толкателями
объясняется тем, что роликовый (на игольчатом подшипнике) дает меньшие
потери на трение, но, при равной высоте профиля кулачка, обеспечивает
меньшее наполнение (мм*град), а на высоких оборотах потери на трение
почти выравниваются, так что с точки зрения получения максимальной
отдачи становится выгоднее скользящий. Роликовый толкатель изготовлен
из закаленной стали, а скользящий, хоть и использует ферросплав с
повышенными противозадирными свойствами, все равно потребовал
применения особой схемы орошения маслом, установленной в головке блока.
Работа на низких и средних оборотах
Работа на высоких оборотах
Самой
ненадежной частью схемы стал стоп. штифт. Он не может за один
оборот распредвала встать в рабочее положение, поэтому неизбежно
происходит соударение штока со штифтом при их частичном перекрытии, от
чего износ обоих деталей только прогрессирует. В конце концов он
достигает такой величины, что штифт постоянно будет отжиматься штоком в
исходное положение и не сможет зафиксировать его, поэтому постоянно
будет работать только кулачок низких оборотов. С этой особенностью
боролись тщательной обработкой поверхностей, уменьшением веса штифта,
увеличением давления в магистрали, но до конца победить ее не смогли. А
на практике по-прежнему случаются поломки оси и штифтов этого
хитроумного рокера.
Второй распространенный дефект - срезается
болт крепления оси коромысел, после чего та начинает свободно
вращаться, подвод масла к рокерам прекращается, и VVTL-i в принципе не
выходит в форсированный режим, не говоря уж о нарушении смазки всего
узла.
Остальные доработки можно считать только
сопутствующими. Потрудились инженеры над масляным поддоном, чтобы при
перегрузках насос не захватывал воздух. Установили впускной коллектор с
крупным резонатором, а на выпуске вставили перегородку, призванную
снижать потери тепла и быстрее разогревать катализатор.
С
нормальной звукоизоляцией моторного отсека при плотной компоновке
возникли проблемы, поэтому борьба с шумом начинается уже в самом движке,
с резиновых проставок между впускным коллектором и головкой.
Итоги
В активе у Toyot"ы появился новый, технологичный, довольно компактный,
легкий и мощный двигатель. Причем, в отличие от предыдущих
форсированных моторов, он в достаточной степени эластичен и может
нормально тянуть на низких и средних оборотах, а на максимале - и
поддать копоти.
В пассиве, кроме особенностей обычного 1ZZ:
- Сильно выросла степень сжатия (до 11,5), поэтому номинальным стал бензин с высоким ОЧ (95-й).
- Недоведенная конструкция рокеров VVTL-i.
- Одноразовость конструкции, характерная для всего нового поколения
движков, усугубляется повышенными нагрузками и своеобразностью
материалов - это самый не-живучий из заряженных тойотовских двигателей.
Как показывает опыт, по надежности он даже рядом не стоял с 4A-GE и
3S-GE.
Двигатель Toyota 2ZZ-GE обладает достаточно большим потенциалом – порядка 500 000 километров пробега. Но его реальный срок эксплуатации в большей степени зависит от качества масла и бензина. Мотор слишком чувствителен к второсортным материалам. Преимуществом для многих водителей оказался высокий порог оборотов двигателя. Но это также сделало агрегат не слишком тяговитым на низких оборотах – приходится сильно крутить двигатель, чтобы добиться хорошей динамики. И это при том, что в агрегате использована система Turbo.
Технические характеристики
| Производство | Shimoyama Plant |
| Марка двигателя | Toyota 2ZZ |
| Годы выпуска | 1999-наши дни |
| Материал блока цилиндров | алюминий |
| Система питания | инжектор |
| Тип | рядный |
| Количество цилиндров | 4 |
| Клапанов на цилиндр | 4 |
| Ход поршня, мм | 85 |
| Диаметр цилиндра, мм | 82 |
| Степень сжатия | 11.5 |
| Объем двигателя, куб.см | 1796 |
| Мощность двигателя, л.с./об.мин | 164/7600 182/7600 192/7800 221/7800 243/7800 260/8000 |
| Крутящий момент, Нм/об.мин | 169/4400 176/6800 180/6800 215/5500 230/5500 236/6000 |
| Топливо | 95 |
| Экологические нормы | Евро 4 |
| Вес двигателя, кг | 112 |
| Расход топлива, л/100 км - город - трасса - смешан. |
10.5 6.6 8.4 |
| Расход масла, гр./1000 км | до 1000 |
| Масло в двигатель | 5W-30/ 10W-30 |
| Сколько масла в двигателе, л | 4.4 |
| Замена масла проводится, км | 10000 (лучше 5000) |
| Рабочая температура двигателя, град. | ~95 |
| Ресурс двигателя, тыс. км - по данным завода - на практике |
- ~200 |
Распространенные неисправности и эксплуатация
- Пережог масла. Самая распространенная неполадка на 2ZZ при прохождении отметки в 150 тыс. км пробега. Раскоксовка помогает временно. В итоге капитального ремонта или замены мотора не избежать.
- Шумит и стучит внутри мотора. Главная причина – расхлябанная цепь ГРМ. Требуется замена.
- Нестабильность оборотов. Необходимо почистить клапана на холостом ходу. Также причина может быть в модуле дроссель-задвижки – требуется диагностика.
К списку проблем добавляются периодические капризы VVTL-i-системы. Для профилактики через 50 тыс. км пути нужно заменять лифт-болты. Если этого не делать, система может отказать и, как результат, произойдет падение мощности свыше 6 тыс. об/мин. Долговечность мотора не превышает аналогичный показатель
Двигатели Toyota серии ZZ - рядные 4-цилиндровые бензиновые двигатели производства Toyota . Двигатели серии ZZ состоят из литого алюминиевого блока двигателя с алюминиевыми гильзами цилиндров и алюминиевой 16-клапанной головки цилиндров с двумя распредвалами. Распределительные валы имеют цепной привод. Два двигателя серии, 1ZZ и 2ZZ, объёмом 1,8 л, имеют различные диаметр цилиндра и ход поршня. Первый был оптимизирован для экономики и крутящего момента, максимум которого приходится на средние обороты, в то время как последний оптимизирован для более высоких оборотов. Серия ZZ пришла на замену достаточно популярному чугунному блоку двигателей 7A
1ZZ
1ZZ-FE
Двигатель 1ZZ-FE имеет объём 1,8 л (1794 куб.см), и построен в Буффало, штат Западная Виргиния . Его производство в Кембридже , штат Онтарио, было прекращено в декабре 2007 года. Диаметр цилиндра 79 мм и ход поршня 91,5 мм. Степень сжатия 10,0:1. Мощность двигателя начинается от 120 л.с. (89 кВт) при 5600 оборотах в минуту и крутящий момент 165 Нм при 4400 оборотах в минуту и до 143 л.с. (105 кВт) при 6400 оборотах в минуту и 170,6 Нм при 4200 оборотах в минуту. TRD нагнетатель в комплекте доступен на моделях 2003-2004 годов Corolla, Matrix и Vibe.
1ZZ-FE устанавливался на автомобили:
- Toyota Corolla CE/LE/S/VE, Fielder, Runx (Япония), Altis (Азия)
- Toyota Vista и Vista Ardeo
- WiLL VS
- Chevrolet Prizm
- Pontiac Vibe
- Toyota Matrix XR
- Toyota Wish
Toyota объявила о добровольном отзыве с 2005 по 2008 годы Toyota Corolla и Matrix, оснащённых двигателями 1ZZ-FE. Проблема заключалась в модуле управления двигателем, в результате чего могли резко переключаться передачи, глох двигатель. Кроме того, Pontiac объявила о добровольном отзыве Pontiac Vibe с 2005 по 2008 год по той же причине.
1ZZ-FED
Двигатель 1ZZ-FED похож на 1ZZ-FE, но строился в Шимояма, Японии. Мощность двигателя 140 л.с. (104 кВт) при 6400 оборотах в минуту, крутящий момент 171 Нм при 4200 оборотах в минуту.
1ZZ-FED устанавливался на автомобили:
- Toyota Celica GT
- Toyota Wish 1,8
- WiLL VS 1,8
1ZZ-FBE
Специальная модификация 1ZZ-FE для топлива E100 Ethanol, применяемого в Бразилии .
1ZZ-FBE устанавливался на автомобили:
- Toyota Corolla (только в Бразилии)
2ZZ
2ZZ-GE
Двигатель 2ZZ-GE имеет объём 1,8 л (1796 куб.см), и строился в Японии. Диаметр цилиндров составляет 82 мм и ход поршня 85 мм. Степень сжатия 11,5:1. Мощность этого двигателя варьируется в зависимости от автомобиля и настройки. Так на Celica GT-S, Corolla T-Sport, Lotus Elise и Lotus Exige , мощность 141 кВт (192 л.с.), но в американских версиях Corolla, Matrix, Pontiac Vibe развивается только 180 л.с. Различные показатели мощности связаны с изменением процедуры динамометрического тестирования. Австралийский вариант Corolla Sportivo имеет 141 кВт при 7600 об/мин и 181 Нм крутящего момента. Компрессоры и нагнетатели с промежуточным охлаждением на Corolla и Lotus Exige S позволяют достигать 225 л.с. (165 кВт), в то время как нагнетатель на Exige 240R увеличивает мощность до 240 л.с. (177 кВт). Уникальный для серии ZZ, 2ZZ-GE использует систему двойного профиля распределительного вала для получения дополнительной мощности, 2ZZ-GE был первым серийным двигателем на американском рынке, объединившим изменение фаз газораспределения с двойным профилем распредвала. В таблице ниже приведены спецификации двух профилей распредвала.
За исключением MR2 2003 года и европейской Celica с 1ZZ двигателем, 2ZZ двигатель единственный в серии ZZ шёл с шестиступенчатой механической коробкой передач, а также единственный, который был доступен с четырехскоростными типтрониками. Эти коробки были уникальны для этого двигателя; с тех пор, только несколько двигателей Toyota были в паре либо с шестиступенчатой механической или типтроником (и только один двигатель, 4GR-FSE, был в паре с обоими коробками).
Модели Matrix и Corolla XRS 2004 года и более новые были оснащены системой дополнительной подачи воздуха и имеют дополнительное отверстие над каждым выпуском в голове блока, где воздух вводится для достижения полного сжигания топлива до того, как выхлопной поток достигает катализатора.
2ZZ-GE устанавливался на автомобили:
3ZZ
3ZZ-FE
Двигатель 3ZZ-FE имеет объём 1,6 л (1598 куб.см) и производился в Японии. Его устанавливали в Toyota Corolla Altis, который продаётся в азиатских странах, таких как Сингапур , Малайзия , Филиппины , Таиланд , Пакистан (SE Saloon) и на Тайване ; и в седан Toyota Corolla, продающийся в
Eugenio,77 [email protected]
С переходом к двигателям нового поколения перед тойотовцами встал вопрос о новом заряженном моторе для переднеприводных моделей, на замену 4A-GE и 3S-GE. Во-первых, он должен был иметь такие же габариты, что и 1ZZ-FE, во-вторых - литровую отдачу "на уровне лучших мировых аналогов", в-третьих - максимально облегченную конструкцию. Само собой, форсировать нужно было по оборотам, а не при помощи наддува, и при этом совместить высокую мощность на максимальных оборотах с нормальной тягой на низах.
Первый 2ZZ-GE, созданный при традиционном участии мотористов Yamaha, появился на внешнем рынке вместе с новой Celica 230 в конце 1999 года.
| Двигатель | 4A-GE | 3S-GE | 1ZZ-FE | 2ZZ-GE |
| Рабочий объем, см3 | 1587 | 1998 | 1794 | 1795 |
| Мощность, л.с. | 165/7800 JIS | 190/7000 JIS | 130-140/6000 JIS | 190/7600 JIS |
| Крутящий момент, Нм | 162/5600 JIS | 206/6000 JIS | 171/4000 JIS | 180/6800 JIS |
| Степень сжатия | 11,0 | 11,0 | 10,0 | 11,5 |
| Диаметр цилиндра, мм | 81 | 86 | 79 | 82 |
| Ход поршня, мм | 77 | 86 | 91,5 | 85 |
Особенности двигателей семейства ZZ мы уже рассмотрели ранее, в статье "1ZZ-FE. Без права на ошибку", но новый силовой агрегат имеет несколько радикальных отличий - о них и речь.
Главной гордостью мотористов стал новый алюминиевый блок на основе MMC (это не "мицубиси моторс", а "композит" с алюмо-силикатными волокнами и включениями).
Дело в том, что 1ZZ представляет собой весьма длинноходный движок, поэтому и дальше форсировать его по оборотам при неизменном соотношении диаметра цилиндра и хода поршня было невозможно. В результате диаметр вырос до предела, а толщина перемычки между цилиндрами уменьшилась до 5,5 мм. Тоньше уже нельзя - иначе прокладка вообще не будет уплотнять газовый стык. Даже если в это расстояние и можно было бы вставить стальную гильзу, то все равно температура на перемычке превысила все допустимые пределы - поэтому тойотовцам пришлось применить своеобразную композитную гильзу.
Основные проблемы такой конструкции возникают при литье и, ввиду отсутствия традиционной чугунной гильзы, никак не выводятся:
- равномерность застывания (образуются раковины) и "непролитости";
- пористость (процесс отвердевания замедляется около включений с более низкой теплопроводностью);
- трещины (из-за разной скорости застывания в области включений MMC и в основной массе алюминия, на поверхности формы и внутри нее)
С литьевыми дефектами тойотовцы борются сильным предварительным нагревом формы, ламинарным заполнением ее жидким металлом, вакуумированием форм и т.п.
Невелика у MMC и стойкость к задирам - как известно, стальная гильза или чугунный блок сохраняют следы хона очень долго, а вот в случае алюминиевой гильзы происходит даже не "срезание", а "смятие" сетки хона (поверхность пластически деформируется). Победить этот момент невозможно, поэтому стойкость максимально сбалансировали составом композита - и объявили ее просто "достаточной".
Поршень для этого двигателя изготавливается по той же технологии MMC с алюмо-силиктными волокнами, а снаружи на юбку дополнительно наносится железо- и фосфорсодержащее покрытие для увеличения твердости.
Довольно долго пришлось подгонять друг у другу т.н. "гильзы" и поршневые кольца, чтобы износ все-таки шел в основном за счет колец, а не заведомо слабого в этом отношении цилиндра.
Вторым революционным для тойоты нововведением стала система VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift - изменяемые фазы газораспределения и высота подъема клапанов).
Традиционная VVT-i, аналогичная 1ZZ, отвечает за улучшение тяги на низких оборотах, а дополнительная часть - за максимальную мощность и максимальный момент, "подбрасывая угля" при частоте вращения более 6000 об/мин (высота подъема клапанов увеличивается с 7,6 мм до 10,0/11,2 мм).
Сам по себе механизм VVTL-i устроен достаточно просто. Для каждой пары клапанов на распредвале имеется два кулачка с разным профилем ("спокойным" и "агрессивным"), а на рокере - два разных толкателя (соответственно, роликовый и скользящий). В нормальном режиме рокер (и клапан) приводится от кулачка со спокойным профилем через роликовый толкатель, а подпружиненный скользящий толкатель работает вхолостую, перемещаясь в рокере. При переходе в форсированный режим давлением масла перемещается стопорный штифт, который подпирает шток скользящего толкателя, жестко соединяя его с рокером. Когда давление жидкости снимается, пружина отжимает штифт и скользящий толкатель вновь освобождается.
Изощренная схема с разными толкателями объясняется тем, что роликовый (на игольчатом подшипнике) дает меньшие потери на трение, но, при равной высоте профиля кулачка, обеспечивает меньшее наполнение (мм*град), а на высоких оборотах потери на трение почти выравниваются, так что с точки зрения получения максимальной отдачи становится выгоднее скользящий. Роликовый толкатель изготовлен из закаленной стали, а скользящий, хоть и использует ферросплав с повышенными противозадирными свойствами, все равно потребовал применения особой схемы орошения маслом, установленной в головке блока.
Самой ненадежной частью схемы стал стопорный штифт. Он не может за один оборот распредвала встать в рабочее положение, поэтому неизбежно происходит соударение штока со штифтом при их частичном перекрытии, от чего износ обоих деталей только прогрессирует. В конце концов он достигает такой величины, что штифт постоянно будет отжиматься штоком в исходное положение и не сможет зафиксировать его, поэтому постоянно будет работать только кулачок низких оборотов. С этой особенностью боролись тщательной обработкой поверхностей, уменьшением веса штифта, увеличением давления в магистрали, но до конца победить ее не смогли. А на практике по-прежнему случаются поломки оси и штифтов этого хитроумного рокера.
Второй распространенный дефект - срезается болт крепления оси коромысел, после чего та начинает свободно вращаться, подвод масла к рокерам прекращается, и VVTL-i в принципе не выходит в форсированный режим, не говоря уж о нарушении смазки всего узла.
Остальные доработки можно считать только сопутствующими. Потрудились инженеры над масляным поддоном, чтобы при перегрузках насос не захватывал воздух. Установили впускной коллектор с крупным резонатором, а на выпуске вставили перегородку, призванную снижать потери тепла и быстрее разогревать катализатор.
С нормальной звукоизоляцией моторного отсека при плотной компоновке возникли проблемы, поэтому борьба с шумом начинается уже в самом движке, с резиновых проставок между впускным коллектором и головкой.
Итоги
В активе у Toyot"ы появился новый, технологичный, довольно компактный, легкий и мощный двигатель. Причем, в отличие от предыдущих форсированных моторов, он в достаточной степени эластичен и может нормально тянуть на низких и средних оборотах, а на максимале - и поддать копоти.
В пассиве, кроме особенностей обычного 1ZZ:
- Сильно выросла степень сжатия (до 11,5), поэтому номинальным стал бензин с высоким ОЧ (95-й).
- Недоведенная конструкция рокеров VVTL-i.
- Одноразовость конструкции, характерная для всего нового поколения движков, усугубляется повышенными нагрузками и своеобразностью материалов - это самый не-живучий из заряженных тойотовских двигателей. Как показывает опыт, по надежности он даже рядом не стоял с 4A-GE и 3S-GE.
