Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.

Охлаждение

Система охлаждения классическая: привод помпы от внешней стороны общего ремня привода навесных агрегатов, "холодный" (80-84°C) механический термостат, корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию, традиционное ступенчатое управление вентиляторами радиатора.

На двигателе 2.7 применяется отдельный блок управления электродвигателем вентилятора, который позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.

Впуск и выпуск

Пластиковый впускной коллектор установлен сзади, стальной выпускной - спереди.

На впуске двигателя 2.7 используется пневмопривод AICS, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. На низких оборотах система должна уменьшать шум, на высоких - увеличивать мощность.

Во впускном коллекторе установлены заслонки системы ACIS с вакуумным приводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и воздух поступает по длинному каналу, в других диапазонах клапан открыт и воздух идет по более короткому пути.

В конце впускного коллектора за дроссельной заслонкой установлены заслонки Tumble Control System с электроприводом и обратной связью по датчику положения. На холодном двигателе заслонка полностью закрывается, способствуя увеличению скорости потока и созданию завихрений в камере сгорания, это улучшает работу на обедненной смеси сразу после холодного пуска. Параллельно с этим устанавливается более позднее зажигание, чтобы уменьшить количество несгоревшей смеси (увеличить полноту сгорания топлива) и ускорить прогрев катализатора. Создаваемое за заслонкой разрежение способствует лучшей атомизации топлива и предотвращает образованию жидкой пленки на стенках воздушных каналов. На прогретом двигателе привод полностью открывает заслонку, минимизируя сопротивление прохождению воздуха.

Датчик положения педали акселератора - бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла.
- Датчики положения распредвалов - магниторезистивные (в отличие от индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения).
- Датчик детонации - плоский широкополосный пьезоэлектрический (в отличие от старых датчиков резонансного типа регистрирует более широкий диапазон частот вибраций).
- Первый кислородный датчик - планарный датчик состава смеси (AFS) (89467-), датчик за катализатором - обычный кислородный.
- Форсунки с удлиненным распылителем устанавливаются в головку блока и впрыскивают топливо максимально близко к впускным клапанам.
- Топливная магистраль - без линии возврата, демпфер пульсаций давления - внешний на топливном коллекторе.

Электрооборудование

Система зажигания - традиционная DIS-4 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания - тонкие "иридиевые" SK16HR11 с удлиненной резьбовой частью, под ключ на "14".
В системе зарядки используются генераторы с сегментным проводником, с отдачей в 100 А.
В системе запуска - нового образца стартер мощностью 1.7 кВт, с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные магниты.
Привод навесных агрегатов - единым ремнем, с отдельным пружинным натяжителем.

Практика

Залогом надежности базовых двигателей этой серии стала их относительная простота, поэтому список характерных дефектов предельно невелик - стандартные для новых тойот стук приводов VVT при запуске и течь помпы системы охлаждения. В целом, их можно считать лучшими представителями новых поколений двигателей Toyota.

- Система изменения фаз газораспределения VVT-iW - .

Примечание. В обзорах и статьях о Camry неоднократно упоминался "электропривод" изменения фаз, якобы используемый именно на этом двигателе. На самом деле здесь установлен пусть и визуально непохожий на прошлые тойотовские образцы, но по-прежнему гидравлический привод VVT-iW.

Предусмотрена возможность работы двигателя по циклу Миллера/Аткинсона - .
- От дополнительного кулачка на впускном распредвалу приводится ТНВД.
- От задней части выпускного распредвала приводится вакуумный насос.
- В головке блока появились форсунки непосредственного впрыска.

Смазка
- Добавлен датчик уровня масла в картере (верхней части поддона).

Охлаждение
- Добавлен жидкостный охладитель EGR и охлаждение управляющего клапана EGR.

Впуск и выпуск
- Одно из самых неприятных нововведений - система EGR, которая гарантирует традиционные проблемы с нагарообразованием по всему впускному тракту. Управление EGR - шаговым электродвигателем.

В отличие от 1AR/2AR, на впуске нет дополнительных приводов изменения геометрии, зато появился коллектор для равномерной подачи перепускаемых отработавших газов.

Система впрыска топлива (D-4S)

Впрыск топлива - смешанный: непосредственный в камеру сгорания и распределенный во впускной канал. При малых и средних нагрузках может использоваться как смешанный впрыск, так и распределенный или непосредственный, обеспечивающие создание однородной смеси для устойчивости процесса сгорания и уменьшения выбросов. При большой нагрузке используется непосредственный впрыск топлива - испарение топлива в цилиндре улучшает массовое наполнение и уменьшает склонность к детонации.

Режимы работы .
- Режим послойного смесеобразования. Топливо подается во впускной канал на такте выпуска. На такте впуска после открытия клапанов в цилиндр поступает однородная обедненная смесь. В конце такта сжатия дополнительное топливо подается непосредственно в цилиндр, обеспечивая обогащение в зоне свечи зажигания. Это облегчает первоначальное воспламенение, которое затем распространяется на заряд обедненной смеси в остальном объеме камеры сгорания. Этот режим используется после холодного запуска двигателя для возможности уменьшения угла опережения зажигания, увеличения температуры отработавших газов и ускорения прогрева нейтрализатора.

ТНВД . Одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, с клапаном сброса давления, а также с демпфером пульсаций давления на входе в контуре низкого давления. Установлен на клапанной крышке и приводится кулачком с 4 выступами, расположенным на впускном распредвалу. Давление топлива регулируется в пределах 4..20 МПа в зависимости от условий движения.

На ходе впуска (A) плунжер 2 опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру.
- В начале хода сжатия (B) часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан 1 открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива).
- В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан 3 нагнетается в топливный коллектор.

Топливный коллектор (высокого давления) . Изготовлен из чугуна, в коллекторе установлен датчик давления, обеспечивающий обратную связь с блоком управления двигателем.

Форсунки (высокого давления). Щелевая форсунка впрыскивает топливо в цилиндр в виде веерного факела, который увлекает за собой значительное количество воздуха и увеличивает массовое наполнение. Уплотняющие тефлоновые/фторопластовые кольца дополнительно снижают вибрации распылителя.

Свечи зажигания . "Иридиевые" (Denso FK16HBR-J8), зазор 0,7-0,8 мм.

- Привод ТНВД от дополнительного кулачка на впускном распредвалу.
- Привод вакуумного насоса от выпускного распредвала (для обеспечения работы усилителя тормозов и привода управления турбокомпрессором).

Пластиковая крышка головки блока, со встроенным маслоотделителем.
- Двухуровневая рубашка охлаждения в головке блока.
- Выпускной коллектор встроен в головку блока.

. Система вентиляции картера .

Применение наддува означает как увеличение количества картерных газов, так и невозможность их отвода только традиционным способом с помощью разрежения в коллекторе. Поэтому в крышке головки установлен эжектор, работающий в режиме наддува, так что газы с большим содержанием углеводородов не попадают в атмосферу, а возвращаются на впуск и затем сгорают в цилиндре. Благодаря созданию эффективной вентиляции Toyota заявляет для 8AR такой же интервал замены моторного масла, как и для атмосферных двигателей (однако, вряд ли это можно считать хорошей идеей).

Также в крышке находятся дополнительные лабиринтные камеры сепаратора (маслоотделителя) и обычный клапан PCV.

На блоке находится еще одна камера сепаратора для улавливания масла из картерных газов.

В режиме наддува картерные газы принудительно отводятся с помощью эжектора на впуск.

Эжектор действует по принципу Вентури - картерные газы отсасываются в поток проходящего сжатого воздуха.

Охлаждение

Двигатель снабжен сразу тремя термостатами:
- традиционный термостат (температура открытия 82°C) во впускном патрубке системы охлаждения контролирует поток жидкости через радиатор
- термостат на блоке цилиндров (температура открытия 82°C) управляет потоком жидкости через блок, для обеспечения максимально быстрого прогрева цилиндров
- термостат коллектора (температура закрытия 83°C), в линии подвода жидкости к дроссельной заслонке, перекрывает поток при высокой температуре, во избежание лишнего нагрева воздуха на впуске.

- Встроенный в головку блока выпускной коллектор также позволяет охлаждать отработавшие газы до входа в турбокомпрессор.

Смазка

Масляный насос переменной производительности, по аналогии с двигателями серии ZR Valvematic - .

Управление подачей масла через форсунки.

Редукционный и управляющий клапаны установлены, как ни странно, во впускном патрубке системы охлаждения.

1) Масло подводится к задней части редукционного клапана, отсекая подачу масла к форсункам.

2) Подача масла для подпора редукционного клапана прекращается, клапан открывается и масло подается к форсункам.

. "Двухкамерный" масляный поддон, который исключает из циркуляции некоторую часть масла. При этом циркулирующий объем масла быстрее прогревается, а отдельный объем служит дополнительной теплоизоляцией. После остановки двигателя все масло смешивается через соединительное окно, приобретая одинаковые свойства в плане старения.

Впуск и выпуск

Турбокомпрессор - типа twin-scroll (с двойной улиткой) - газы от цилиндров 1/4 и 2/3 подаются к крыльчатке турбины по отдельным каналам под разным углом, что обеспечивает некоторое повышение эффективности без использования изменяемой геометрии направляющего аппарата.

Сам турбокомпрессор заявлен как разработка Toyota/Lexus (Miyoshi plant), стальная улитка выполнена из материала с пониженным содержанием никеля для уменьшения тепловой деформации, крыльчатка изготовлена методом электронно-лучевой сварки. Максимальное давление наддува около 1.17 бар, максимальная частота вращения 180.000 об/мин.

Управление давлением наддува осуществляется через классический wastegate (клапан перепуска газов мимо турбины).

При заглушенном двигателе клапан WGT открыт.
- При запуске клапан управления разрежением отключает подачу разрежения от насоса к приводу, который в свою очередь открывает WGT. В результате горячие отработавшие газы поступают непосредственно в нейтрализатор для ускорения его прогрева.
- При небольших нагрузках, когда нет необходимости в наддуве, открытый WGT уменьшает сопротивление и насосные потери на выпуске. За счет уменьшения количества остаточных газов повышается устойчивость процесса сгорания.

При высокой нагрузке WGT закрывается и турбина включается в работу.

Клапан перепуска воздуха служит для предотвращения ситуации, когда при резком закрытии дроссельной заслонки давление между турбокомпрессором и дросселем увеличивается, вплоть до возникновения обратного потока, сопровождаемого посторонними шумами.

В системе турбонаддува используется независимый контур охлаждения с электрическим насосом и собственным радиатором.

Интеркулер (промежуточный охладитель наддувочного воздуха) - водо-воздушного типа.
- С помощью управляемого электронасоса ECM изменяет интенсивность потока жидкости и степень охлаждения.

Система впрыска топлива (D-4ST)

Система смешанного впрыска функционирует в тех же режимах, что и на 6AR-FSE, с некоторым отличием по диапазонам нагрузка/обороты.

Свечи зажигания - NGK DILFR7K9G, зазор 0.9 мм.

Система запуска

Внедрение системы Stop-Start повлекло за собой установку нового стартера типа TS (tandem solenoid / со сдвоенными соленоидами). Независимые соленоиды для втягивающей обмотки и для электродвигателя, позволяют входить в зацепление с вращающимся венцом маховика, обеспечивая возможность быстрого запуска сразу после выключения двигателя.

Применение



Двигатели серии AR дебютировали в 2008-м на североамериканском рынке и некоторое время оставались местным эндемиком. Отчасти они заменяли прежний 2AZ-FE, отчасти - заполняли вакуум в линейке двигателей для исходно-переднеприводных моделей между 160-сильным 2.4 и 280-сильным 3.5. В начале 2010-х они устанавливались на модели класса E (семейство Camry), средне- и полноразмерные паркетники и вэны (RAV4, Highlander, RX, Sienna).



2AR-FXE - дефорсированный вариант для гибридных силовых установок, работающий, как это любят называть тойотовцы, "по циклу Аткинсона" (применяется на Camry Hybrid)


2AR-FSE - вариант продольного расположения, с системой питания D-4S (непосредственный впрыск + впрыск в коллектор) (применяется на Crown Hybrid и перспективном IS 300h) .


Характеристики

Двигатель	Рабочий объем, см3	Диаметр цилиндра x Ход поршня, мм	Степень сжатия	Мощность, л.с.	Крутящий момент, Нм	RON	Масса, кг	Рынок/Стандарт
1AR-FE	2672	90.0 x 105.0	10.0	185 / 5800	252 / 4200	91	135	EEC
2AR-FE	2494	90.0 x 98.0	10.4	181 / 6000	231 / 4100	91	135	EEC
2AR-FXE	2493	90.0 x 98.0	12.5	160 / 5700	213 / 4100	91	-	JIS
2AR-FSE	2493	90.0 x 98.0	13.0	178 / 6000	221 / 4200	91	-	JIS

Хотя найти сегодня прямые аналоги от других производителей и непросто (ниша заполнена малолитражными моторами с наддувом или младшими V6), в целом показатели крутящего момента находятся на общем уровне, показатели мощности - ниже средних.


Блок цилиндров



В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) гильзованный блок цилиндров с открытой рубашкой охлаждения. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.





К блоку крепится массивный литой картер, выполняющий роль верхней части масляного поддона.



Коленчатый вал установлен с 10-мм дезаксажем (оси цилиндров не пересекаются с продольной осью коленвала, благодаря чему снижаются нагрузки в паре поршень-гильза в момент создания в цилиндре максимального давления).





Коленвал имеет 8 противовесов на щеках, шейки уменьшенной ширины и традиционные отдельные крышки коренных подшипников. От коленчатого вала с помощью шестеренной передачи приводится балансирный механизм с полимерными шестернями, традиционно устанавливаемый тойотовцами на рядные четверки рабочим объемом более двух литров.





В рубашке охлаждения установлена проставка, благодаря которой охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхей части цилиндров, что улучшает теплоотвод и способствует более равномерному термонагружению.





Поршни - легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой. Канавка верхнего компрессионного кольца имеет анодированное покрытие, кромка верхнего компрессионного кольца - противоизносное покрытие методом конденсации паров. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.



Двигатели имеют одинаковый диаметр цилиндра и отличаются ходами поршня. Оба относятся к длинноходным, 2.7 имеет довольно высокую среднюю скорость поршня, но не дотягивает до антирекорда серии ZR.


Головка блока цилиндров



Как принято на двигателях нового поколения, распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока - это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ. В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры. В легкосплавной крышке головки проложена магистраль подвода масла к рокерам.




Привод ГРМ



Привод газораспределительного механизма осуществляется однорядной цепью (шаг 9,525 мм). Гидронатяжитель цепи со стопорным механизмом установлен с внутренней стороны крышки, но имеет доступ через сервисное отверстие. Смазка цепи - с помощью отдельной масляной форсунки.





Главная отличительная черта новых двигателей - приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT - Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 50° для впуска и 40° для выпуска.


Смазка



Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.





Масляный фильтр установлен вертикально под двигателем. Используются "экономичные" разборные фильтры со сменными картриджами.




Охлаждение



Система охлаждения классическая: привод помпы от внешней стороны общего ремня привода навесных агрегатов, "холодный" (80-84°C) механический термостат, корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию, традиционное ступенчатое управление вентиляторами радиатора.



На двигателе 2.7 применяется отдельный блок управления электродвигателем вентилятора, который позволяет регулировать его скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.

1 - расширительный бачок, 2 - от отопителя, 3 - к отопителю, 4 - корпус дроссельной заслонки, 5 - нагреватель ATF, 6 - термостат, 7 - радиатор, 8 - насос охлаждающей жидкости.

Впуск и выпуск



Пластиковый впускной коллектор установлен сзади, стальной выпускной - спереди.



На впуске двигателя 2.7 используется пневмопривод AICS, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. На низких оборотах система должна уменьшать шум, на высоких - увеличивать мощность.



Во впускном коллекторе установлены заслонки системы ACIS с вакуумным приводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и воздух поступает по длинному каналу, в других диапазонах клапан открыт и воздух идет по более короткому пути.

1 - заслонка системы TCS, 2 - привод системы TCS, 3 - заслонки системы ACIS, 4 - привод ACIS, 5 - электропневмоклапан ACIS, 6 - вакуумный ресивер.

В конце впускного коллектора за дроссельной заслонкой установлены заслонки Tumble Control System с электроприводом и обратной связью по датчику положения. На холодном двигателе заслонка полностью закрывается, способствуя увеличению скорости потока и созданию завихрений в камере сгорания, это улучшает работу на обедненной смеси сразу после холодного пуска. Параллельно с этим устанавливается более позднее зажигание, чтобы уменьшить количество несгоревшей смеси (увеличить полноту сгорания топлива) и ускорить прогрев катализатора. Создаваемое за заслонкой разрежение способствует лучшей атомизации топлива и предотвращает образованию жидкой пленки на стенках воздушных каналов. На прогретом двигателе привод полностью открывает заслонку, минимизируя сопротивление прохождению воздуха.




Система управления (двигатели -FE)



Впрыск топлива - распределенный, секвентальный.


- Датчик массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске.


- Дроссельная заслонка - полностью с электронным управлением (ETCS): привод двигателем постоянного тока, бесконтактный двухканальный датчик положения на эффекте Холла. ETCS выполняет функции управления частотой вращения холостого хода (ISC), противобуксовочной системы (TRC), часть функций системы стабилизации (VSC) и круиз-контроля.





- Датчик положения педали акселератора - бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла.


- Датчики положения распредвалов - магниторезистивные (в отличие от индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения).


- Датчик детонации - плоский широкополосный пьезоэлектрический (в отличие от старых датчиков резонансного типа регистрирует более широкий диапазон частот вибраций).


- Первый кислородный датчик - планарный датчик состава смеси (AFS) (89467-), датчик за катализатором - обычный кислородный.


- Форсунки с удлиненным распылителем устанавливаются в головку блока и впрыскивают топливо максимально близко к впускным клапанам.


- Топливная магистраль - без линии возврата, демпфер пульсаций давления - внешний на топливном коллекторе.


Электрооборудование



Система зажигания - традиционная DIS-4 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания - тонкие "иридиевые" SK16HR11 с удлиненной резьбовой частью, под ключ на "14".


В системе зарядки используются генераторы с сегментным проводником, с отдачей в 100 А.


В системе запуска - нового образца стартер мощностью 1.7 кВт, с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные магниты.


Привод навесных агрегатов - единым ремнем, с отдельным пружинным натяжителем.


Практика



Поскольку моторы AR появились позже других серий нового поколения и устанавливаются на меньшее количество моделей, список характерных дефектов пока предельно невелик - стандартные для новых тойот стук приводов VVT при запуске и течь помпы системы охлаждения. Помимо прочего, залогом надежности является наименьшее количество ухищрений: нет EGR - нет активного отложения нагара во впуске, нет Valvematic - нет проблем с его приводом... Так что пока можно считать AR лучшими представителями нового поколения двигателей.