Серия двигателей от корпорации Toyota с маркировкой AZ – это молодое поколение, которое до сегодняшнего дня добралось до новых японских автомобилей только в двух вариациях. В 2000 году агрегаты были выпущены, как идеологическая и технологическая замена двигателям серии S.
Технические характеристики 1AZ-FSE
ВНИМАНИЕ! Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год!
Под маркировкой FSE подразумевается мотор, в котором организована прямая подача топлива в камеры сгорания. Японцы не были пионерами в этой разработке, но именно они придумали, как максимально снизить вредные выбросы в атмосферу. Из-за постоянного присутствия обедненной смеси на стенках цилиндров выбросы заставляли борцов за зеленую планету протестовать против таких агрегатов. Но в 1AZ-FSE характеристики показывают приемлемый уровень выбросов.
Основные показатели агрегата
Не слишком большой объем и хорошая мощность позволили использовать двигатель 1AZ-FSE в самых разных автомобилях,
поэтому его производство было достаточно массовым.
Недостатки и достоинства агрегата
Преимущества двигателя Toyota 1AZ-FSE заключается в оптимальном использовании топлива. При незначительных параметрах расхода агрегат выдает хорошую мощность. Тяга появляется не с самых низких оборотов, зато на трассе агрегат ведет себя, словно в родной стихии, позволяя активно набирать скорость. Недостатков у мотора 1AZ-FSE заметно больше, чем достоинств. Их можно вывести в небольшой список:
- блок цилиндров не имеет ремонтных размеров, что в наших условиях эксплуатации необходимо;
- непригодность двигателя к ремонту – запчасти меняются целыми узлами;
- топливный насос и форсунки 1AZ-FSE из-за слишком высокого давления в системе (порядка 120 Бар) быстро выходят из строя и стоят немало;
- пластмассовый впускной коллектор делает рискованным установку ГБО.
1AZ-FSE под капотом Toyota Avensis
Как видите, ремонт 1AZ-FSE может оказаться финансово непосильным для владельца автомобиля. Абсурд двигателя заключается в том, что он не любит высоких оборотов, хотя все его прелести раскрываются именно на оборотах за 4000 в минуту.
Куда устанавливали 1AZ-FSE?
В наших географических широтах силовой агрегат 1AZ-FSE D-4 устанавливался в основном на Avensis и Rav-4
Несмотря на множество противоречивых данных, 1AZ-FSE эксплуатируется многими владельцами японских автомобилей отлично. Из-за прямой подачи топлива в камеры сгорания на состояние агрегата слишком сильно влияет качество этого самого топлива. Это объясняет, почему в странах СНГ двигатель имеет в большей степени негативное отношение автомобилистов.
Следующая линейка японских тойотовских моторов — серия AZ. Она сменила популярные силовые агрегаты серии 3S, производимых также концерном Toyota Motor Corporation. Из линейки 3S, модель стала первой бензиновой моделью с непосредственным впрыском топлива (НВП) или, в международном обозначении GDI — gasoline derect injection. Эту, тогда новую модификацию моторов 3S, японцы рекламировали, как «Технология D4», что обозначало: D-прямая подача топлива, а 4-четрые цилиндра. Далее, была разработан новый двигатель 1AZ-FSE.
1AZ-FSE (1АЗ-ФСЕ)
Из-за того, что в двигателях FSE осуществляется впрыск топлива непосредственно в рабочие камеры сгорания цилиндров, мотор работает на обедненной горюче-воздушной смеси и выделяется много выбросов. Поэтом борцы за экологию не приветствуют такие моторы.
Обозначение
По регламенту компании производителя — Toyota, обозначение силового агрегата 1AZ-FSE расшифровывается как:
- 1 — стартовый номер в новой линейке моторов (на смену серии S пришла серия AZ);
- А — обозначение линейки (серии) моторного ряда;
- Z — бензиновый тип ДВС;
- F — развиваемая мощность мотора — стандартная;
- S — впрыск топлива подается напрямую;
- E — электронный многоточечный распылитель топлива.
Модели ДВС 1AZ
Такие моторы изготавливались в двух модификациях:
Первый вариант серии AZ был двигатель 1AZ-FE. Затем сконструировали модель 1AZ-FSE. Отличия между ними в том, что у FSE прямой впрыск топлива, а у FE — распределенный.
Принцип работы
Двигатель 1АЗ-ФСЕ способен работать на сильно обедненной топливно-воздушной смеси (ТВС). Масса топлива в такой смеси меньше массы воздуха, в 30-40 раз, то есть соотношение (30-40):1.
В то время как стехиометрическая система (система правил и норм) выглядит следующим образом:
В двигателе с распределенным впрыском топливо распыляется неравномерно, поэтому и соотношение для них 20-24:1.
В 1аз-фсе в основании поршней есть специальные отражающие выемки, которые создают завихрени, концентрация в них в максимальном значении находится под свечой зажигания. В других местах рабочей камеры цилиндра остается бедной.
Процесс создания и запуска циклов работы двигателя происходило с учетом новейших разработок: топливно-воздушная смесь создается послойно, форсунки работают в трех режимах, система VVTi регулировала газораспределение, выхлопные газы подвергались дожигу. 
Электронный блок управления (ЭБУ) в зависимости от скорости движения и нагрузки, регулирует создание смеси. ЭБУ меняет время впрыска, число впрысков, конфигурацию топливного факела, положение регулирующих заслонок во впускном канале.
Режимы работы ДВС D-4 (технология Д4):
Технические характеристики
| Компания-производитель | Kamigo Plant
Shimoyama Plant |
| Марка ДВС | 1AZ |
| Годы выпуска | с 2000 года по настоящее время |
| Материал блока цилиндров | алюминий (Al) |
| Система подачи топлива | инжектор |
| Тип мотора | рядный |
| Число цилиндров | 4 |
| Число клапанов на цилиндр | 4 |
| Длина хода поршня, мм | 86 |
| Диаметр цилиндра, мм | 86 |
| Степень сжатия | 9.6 9.8 10.5 11 |
| Объем двигателя, см 3 | 1998 |
| Мощность агрегата, л.с./об.мин | 145/6000 150/5700 150/6000 152/6000 |
| Крутящий момент, Нм/об.мин | 190/4000 193/4000 193/4000 200/4000 |
| Марка топлива | бензин АИ-95 |
| Нормы по экологичности | Евро 5 |
| Вес двигателя, кг | 131 |
Расход топлива, л/100 км (для RAV4 XA20)
|
|
| Расход масла, гр./1000 км | до 1000 |
| Характеристики моторного масла | 0W-20 5W-20 |
| Сколько масла в двигателе 1AZ-FSE | 4,2 литра |
| Через сколько менять масло в движке | 10000 км пробега (лучше 5000) |
| Рабочая температура двигателя, град. | - |
Ресурс двигателя, тыс. км
|
|
Тюнинг
|
больше 200 тыс. км. пробега н.д. |
На какие автомобили устанавливаются 1AZ-FSE |
|
Отличия 1аз-фсе от 3с
Отличия серии AZ от S есть в конструкциях этих агрегатов, а также в материалах. Рубашка охлаждения в моторах серии AZ открытая — «Open Desk». Открытая означает, что цилиндры охлаждаются тосолом или антифризом со всех сторон.
Все каналы сделаны в движках AZ сквозными. Это значительно упростило изготовление. Если в серии S некоторые каналы охлаждения сделаны глухими и использовали песчаные стержни, когда их отливали, то теперь этого всего не нужно. Новые двигатели начали отливать под давлением. 
Центр двигателя тоже был сильно изменен. Коленвал от вертикальной оси сместили на 1 см. Такое смещение называют дезаксажем.
Для чего смещают коленвал?
Цель такого конструктивного изменения в том, чтобы уменьшить боковое трение поршней о стенки цилиндров.
Почему двигатель считается одноразовым?
Некоторые двигатели, в том числе и серии AZ имеют тонкие стенки блока цилиндров. Это не позволяет делать капитальный ремонт путем расточки и установки гильз. 
Так как БЦ не рассчитан на ремонтные размеры, то он является одноразовым.
ГРМ или Цепь
В двигателям серии S приводом газораспределительного механизма являлась цепь. А в новых, для того времени, автомобильных силовых агрегатов начали делать ременный привод ГРМ.
Другие конструктивные незначительные изменения конструкции ДВС предыдущей линейки:
Неисправности FSE
Хоть модель 1AZ-FSE была значительна доработана и усовершенствована, это модификация ДВС не производили массово, потому что на в скором времени уже придумали модель 2AZ-FSE.
Какие неисправности возникают в двигателях AZ:
- ТНВД часто выходит из строя. В дизельных двигателях AZ этот топливный насос высокого давления отлично работает. А в бензиновых вариантах быстро ломается из-за разных свойств топлива. Солярка она сама по себе жирная и является одновременно смазывающим веществом. А бензин, наоборот, сушит детали, является обезжиривателем. А, если еще добавлять присадки, для соответствия нормативам Евро-4, в бензин, то износ деталей происходит быстрее.
- В двигателе разработали возможность сжигания вторичных газов. Но, такое усовершенствование способствует тому, что на стенках впускного коллектора, заслонок и дросселя EGR оседает, и накапливается сажа. Из-за отложения сажи автомобиль дергается при разгонах, бывают провалы (нажимаешь на газ, а ускорения нет), на холостых оборотах бывает повышенная вибрация.
- Своими руками отрегулировать клапана трудно, потому что для этого нужен специальный станок.
- На болтах крепления головки блока цилиндров (ГБЦ) часто срывают резьбу из-за того, что они не достаточно длинные. Поэтому бывает утечка охлаждающей жидкости (ОЖ) и уменьшается компрессия. В 2007 году производители устранили эту проблему. Первая модель, то есть 1AZ-FE в этом плане проще в обслуживании, чем 1AZ-FSE, потому что в нем нет ТНВД.
________________________________________________________________________________________
Двигатель Toyota 1AZ-FE
Двигатель Toyota 1AZ-FE автомобилей Тойота Камри, Тойота Рав 4, Лексус РХ представляют собой четырехцилиндровый, рядный мотор с рабочим объемом 2,0 литра, с 16-клапанной головкой цилиндров.
Рис.212
В двигателе используется интеллектуальная система регулирования фаз газораспределения (VVT-i), система раздельного зажигания (DIS), интеллектуальная система управления дроссельной заслонкой (ETCS-i). При создании двигателя была поставлена цель достижения высокой мощности, низкого уровня шума, низкого расхода топлива и низкой токсичности.
Технические данные и двигателей Toyota 1AZ-FE
Количество и расположение цилиндров - 4-цилиндровый, рядный
Клапанный механизм - 16-клапанный, с двумя верхними валами (DOHC), с цепным приводом (с VVT-i)
Камера сгорания - Шатрового типа
Коллекторы - С поперечным газообменом
Топливная система - Впрыск топлива с электронным управлением (EFI)
Система зажигания - DIS (Система зажигания с раздельными катушками)
Рабочий объем см3 (куб. дюйм) - 1998 (121,9) / 2362 (144,2)
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм - 86,0 x 86,0 / 88,5 x 96,0
Степень сжатия 9,8: 1
Максимальная мощность [по стандарту EEC] - 112 кВт при 6000 мин-1 / 125 кВт при 6000 мин-1
Максимальный крутящий момент [по стандарту EEC] - 194 Нм при 4000 об/мин 224 Нм при 4000 об/мин
Фазы газораспределения:
Открытие 37 до НМТ 45 до НМТ
- Закрытие 3 после ВМТ
Порядок работы цилиндров - 1-3-4-2
Октановое число по исследовательскому методу не менее - 95 / 91
Класс масла - API SL, EC или ILSAC
Норма токсичности ОГ - EURO IV
Эксплуатационная масса двигателя, кг - 131 / 138
Особенности двигателя 1AZ-FE
Показатели двигателей 1AZ-FE автомобилей Тойота Камри, Тойота Раф 4, Лексус РХ были достигнуты за счет использования следующих решений:
Высокая удельная мощность и надежность
Низкий уровень шума и вибрации
Компактная конструкция двигателя с небольшой массой
Простота технического обслуживания
Низкая токсичность отработавших газов и низкий расход топлива
Конструкция двигателя 1AZ-FE
Использование алюминиевого блока цилиндров в сочетании с головкой цилиндров из магний-алюминиевого сплава.
Камера сгорания шатрового типа с клиновыми вытеснителями на поршне.
Используется уравновешивающий вал с полимерными шестернями.
Клапанный механизм
Установлены толкатели клапанов без регулировочных шайб.
Используется электронная система регулирования фаз газораспределения VVT-i.
Головка блока цилиндров
Рис.213
Использование шатровой камеры с клиновыми вытеснителями повысило топливную экономичность и снизило склонность к детонации.
Падающий впускной канал улучшает наполнение цилиндров.
Расположение топливных форсунок во впускном канале позволяет впрыскивать топливо, как можно ближе к камере сгорания. Благодаря такой конструкции предотвращается конденсация топлива на стенках впускных каналов, что позволяет уменьшить содержание углеводородов в отработавших газах.
Благодаря удачной организации циркуляции охлаждающей жидкости достигнута высокая эффективность охлаждения головки цилиндров. Для уменьшения массы и количества используемых деталей, под выпускными каналами выполнен обводной канал для охлаждающей жидкости.
Впускная и выпускная система
Впускной коллектор выполнен из пластмассы.
Дроссельный патрубок с электромеханическим управлением.
Используется тонкостенный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.
Топливная система двигателя toyota 1AZ-FE автомобилей Тойота Камри, Тойота Рав 4, Лексус РХ
Используется замкнутая (безвозвратная) топливная система.
Для соединения топливных шлангов с топливными трубками применяются быстродействующие разъемы.
Используются 12-дырчатые форсунки с высокой степенью дробления.
Система зажигания
Применяются свечи зажигания с иридиевой наплавкой на электрод.
Система зарядки
В генераторе применяется обмотка сегментного типа.
Система запуска
Используется стартер PS (планетарный редуктор-электродвигатель с сегментной обмоткой).
Система управления двигателем
Используется электронная система управления дроссельной заслонкой ETCS-i.
Система зажигания DIS исключает необходимость коррекции угла опережения зажигания при техобслуживании.
Для определения положения дроссельной заслонки используется датчик бесконтактного типа.
Используется плоский датчик топливо-воздушной смеси.
Предсказать ресурс цепи довольно сложно - в редких случаях она не требует замен вплоть до 300 тыс. км пробега, но порой критически удлиняется и к 150 тыс. км (что проявляется шумом в работе, особенно после запуска, и ошибками по фазам газораспределения). 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 (~$120), то этой рекомендации следуют не все. Относительно частых замен требует гидронатяжитель цепи, однако эта операция выполняется снаружи, без снятия крышки цепи.
Смазка
В блоке находятся масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.
Впуск и выпуск
Расположение коллекторов характерно скорее для тойотовских двигателей предыдущего поколения - впуск сзади, выпуск спереди. Заметное нововведение - пластиковый впускной коллектор (для снижения веса и стоимости, и уменьшения нагрева воздуха на входе в двигатель), оказалось достаточно беспроблемным даже для зимних условий.
Система впрыска топлива (EFI)
Впрыск топлива - традиционный распределенный, в нормальных условиях - секвентальный. В некоторых режимах (при низких температурах и небольшой частоте вращения) может использоваться попарный впрыск. Кроме того, может выполняться впрыск синхронизированный (один раз за цикл, при одном и том же положении коленчатого вала, с коррекцией продолжительности впрыска) или несинхронизированный (одновременно всеми форсунками).
Форсунки с многоточечным распылителем оптимизированы для мелкодисперсного рассеивания топлива.
В 2001-2003 выпускалась модификация с механическим приводом дроссельной заслонки и классическим регулятором холостого хода типа "rotary solenoid".
Однако на большинстве моделей изначально устанавливалась дроссельная заслонка с электронным управлением (ETCS): привод двигателем постоянного тока, двухканальный потенциометрический датчик положения (к MY2003 заменен на бесконтактный двухканальный датчик на эффекте Холла), плюс отдельный датчик положения педали акселератора (изначально потенциометрический, с тип "2006 - на эффекте Холла). ETCS выполняет функции управления частотой вращения холостого хода (ISC), круиз-контроля и контроля крутящего момента при переключении передач.
Парные кислородные датчики (89465) перед двойным нейтрализатором,
- один кислородный датчик (89465) перед нейтрализатором и один - после,
- один датчик AFS (89467) перед нейтрализатором и кислородный датчик (89465) - после,
- парные датчики AFS (89467) перед двойным нейтрализатором и парные кислородные датчики (89465)
- после...
Датчики положения коленчатого и распределительного валов оставались традиционными индуктивными.
К MY2003 был внедрен плоский широкополосный пьезоэлектрический датчик детонации, в отличие от старых датчиков резонансного типа он регистрирует более широкий диапазон частот вибраций.
На североамериканском рынке ECM приходилось также выполнять управление запредельно сложной, по сравнению с версиями для Европы или Японии, и капризной системой улавливания паров топлива (EVAP), которая заслуживает отдельного разговора.
На тип "2006 некоторых рынков с жесткими эко-нормами на впуске появился привод IMRV, который при работе непрогретого двигателя на холостом ходу перекрывает впускные каналы особыми заслонками, благодаря чему создаются сильные завихрения, способствующие турбулизации заряда и улучшению эффективности процесса сгорания.
Стартер - с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные и интерполяционные магниты.
Генератор - после MY2003 появились новые генераторы с сегментным проводником. С MY2006 появилась обгонная муфта с пружиной между внутренней и внешней частями шкива, которая передает крутящий момент только в направлении вращения коленвала, снижая нагрузку на приводной ремень.
Привод навесных агрегатов - единым ремнем, с автоматическим пружинным натяжителем. Достоинство решения - компактность (габариты силового агрегата), недостатки - больше нагрузка на единый ремень, желательность менять натяжитель одновременно с ремнем, невозможность при поломке сбросить ремень заклинившего агрегата (из-за приводы помпы).
 |
Практика
| . Главный дефект всех двигателей серии AZ проявился не сразу, но оказался более чем критичным и массовым. В процессе эксплуатации этих моторов происходит самопроизвольное разрушение резьбы в блоке цилиндров под болты крепления головки, с нарушением герметичности газового стыка, утечкой охлаждающей жидкости через прокладку, возможным перегревом, нарушением геометрии привалочной плоскости головки и т.п. печальными последствиями. Причем владельцы и многие ремонтники изначально даже не допускали мысли о конструктивном просчете со стороны Тойоты и путали причину со следствием, полагая, что "срыв" головок и вытягивание резьбы происходили из-за перегревов различной природы, тогда как в реальности все было наоборот. Официально проблему признали только в 2007-м, после некоторой доработки (длину резьбы в блоке увеличили с 24 до 30 мм). "Лечить" сорванные головки производитель рекомендовал заменой блока цилиндров в сборе (примеры дефектных деталей - 11400-28130,-28490,-28050, цена $3-4k). Поскольку вне гарантии этот подход был неприемлем, то на практике наиболее оптимальным оказался вариант ремонта с нарезкой резьбы большего диаметра и установкой в нее резьбовых втулок под болты штатного размера (рекомендуется доработать все отверстия, не ограничиваясь только уже вырванной резьбой, и заменить болты крепления новыми). А в 2011-м уже сами тойотовцы официально рекомендовали специальный ремкомплект серии "Time Sert" для установки резьбовых втулок при ремонте негарантийных машин (единственное, они предписывали не ставить втулки в угловые отверстия). В сравнении с этим другие возможные неисправности серии воспринимаются досадными мелочами. Традиционные для тойот с VVT проблемы с треском после холодного запуска или с появлением кодов по фазам газораспределения или системе VVT. Производитель предписывал замену привода VVT (звездочки впускного распредвала в сборе) на очередную, актуальную на тот момент версию. На машинах первых лет выпуска на холостом ходу или при небольшом ускорении мог противоестественно шуметь пластиковый впускной коллектор, который предписывалось менять на модифицированный образец. Разумеется, что проблемы с течью и шумом насоса охлаждающей жидкости не обошли и серию AZ. По аналогии со всеми современными двигателями Toyota, помпу следует просто считать еще одним расходником с нормальным ресурсом 40-60 тыс.км. Ограниченный ресурс обгонной муфты шкива генератора. Если для моторов первых выпусков проблемы повышенного расхода масла на автомобилях с небольшим пробегом не существовало, то после модификации и появления тип "2006 сработал некий закон сохранения - вместо проблем с резьбой начались проблемы с угаром (видимо по причине быстрого залегания колец, которое спонтанно поражает некоторые модели современных тойотовских двигателей). Впрочем, вред от этих дефектов все равно несопоставим. Так или иначе, при расходе масла свыше 500 мл на 1000 км производитель предписывает замену комплекта поршней (пример дефектных деталей - 13211-28110, -28111) и поршневых колец.
Похожая процедура предлагается на североамериканском рынке - для 2007-2009 Camry, 2007-2008 Camry Solara, 2009 Corolla, 2009 Corolla Matrix, 2006-2008 RAV4, 2007-2009 Scion tC, 2008-2009 Scion xB с 2AZ (всего ~1.715.200 автомобилей) действует расширенная гарантия (Warranty Enhancement Program ZE7) на 10 лет или 150 т.миль, по которой в случае высокого расхода масла предусматривается бесплатная замена поршней.
|
. Что же касается постепенного увеличения расхода масла с "возрастом" (условно - на второй сотне тысяч пробега и далее)... Не прогрессирующий угар в пределах 200-300 мл / 1000 км при нормальной эксплуатации можно считать приемлемым (хотя при длительной езде с высокими оборотами возможны одномоментные скачки расхода), при более существенном или растущем угаре необходимо вскрытие. В самом лучшем случае вопрос может быть решен только переборкой с заменой поршневых колец и маслосъемных колпачков. Но если помимо угара масла работа двигателя сопровождается повышенным шумом (стук при перекладке поршней), то стоит заранее приготовится к большому капремонту - на серии AZ отмечаются случаи ухода на эллипс цилиндров без признаков выработки, но гораздо чаще на относительно пожилых моторах происходит сильный износ гильз.
- Для некоторых регионов выпускались специфичные модификации под этилированный бензин, лишенные системы VVT-i, без нейтрализатора и сопутствующих элементов системы управления.
| 1AZ-FSE (2.0 D-4) / 2AZ-FSE (2.4 D-4) |
 |
1AZ-FSE, 2AZ-FSE - поперечного расположения, с непосредственным впрыском, для исходно-переднеприводных легковых автомобилей, вэнов и паркетников. Устанавливались на модели: Allion/Premio 240, Avensis 220..250, Caldina 240, Gaia, Isis, Nadia, Noah/Voxy 60, Opa, RAV4 20, Vista 50, Wish 10.
К 2009-му сняты с производства, а их место в линейке заняли двигатели серии ZR с традиционным впрыском (и системой Valvematic).
В механической части двигатели с непосредственным впрыском имеют ряд отличий от традиционных.
- Более высокая степень сжатия.
- В головке блока располагается форсунка непосредственного впрыска.
Применяются поршни с характерной формой днища, которая способствует направлению топливного факела в район свечи зажигания. Канавка верхнего кольца имеет противоизносное алюмитовое покрытие.
Модификация внутреннего рынка (тип "2004) получила несколько отличий от базовой версии: степень сжатия 10.5 вместо 9.8, трехслойная прокладка ГБЦ вместо двухслойной, изменилась форма камеры сгорания, в перемычках между цилиндрами появились наклонные каналы для циркуляции жидкости, изменились фазы газораспределения, ход впускного клапана увеличился с 8.2 до 9.4 мм, ход выпускного - уменьшился с 8.6 до 8.0 мм, на 1.1 мм уменьшилась высота поршня и несколько изменилась форма его днища.
Система впрыска топлива (D-4)
 |
Двигатели 1AZ-FSE первых выпусков имели систему управления типа D-type (с датчиком абсолютного давления), однако на Avensis 250 и ряде модификаций внутреннего рынка после 2004 внедрена система L-type с датчиком расхода воздуха.
Для традиционного двигателя с распределенным впрыском оптимальный стехиометрический состав смеси (массовое соотношение воздуха и топлива λ) составляет 14,7:1, а при значениях λ свыше 20-24 обедненная смесь уже не воспламеняется от свечи зажигания.
Двигатель же с непосредственным впрыском может работать на сверхобедненной смеси (λ до 30-40) - распыленное топливо формирует облако, сосредоточенное около свечи зажигания, и, хотя в целом по камере сгорания смесь сильно обеднена, но у свечи ее состав близок к стехиометрическому составу, что значительно облегчает воспламенение. При этом обедненная смесь в остальном объеме имеет меньшую склонность к детонации, что позволяет повысить степень сжатия и увеличить отдачу двигателя. За счет того, что при впрыскивании и испарении топлива воздушный заряд в цилиндре охлаждается, дополнительно снижается вероятность детонации и улучшается наполнение.
2. Режим двухстадийного смесеобразования. Реализуется при средних нагрузках для плавного перехода между режимами послойного и однородного смесеобразования. Впрыск топлива происходит дважды, на тактах впуска и сжатия, λ в этом режиме составляет 15-25.
Топливная система
Топливо поступает от насоса в баке (давление за регулятором ~400 кПа) к ТНВД, под высоким давлением нагнетается в топливный коллектор и, наконец, впрыскивается форсунками в цилиндры.
ТНВД . Одноплунжерный, с дозирующим и обратным клапаном, и с демпфером пульсаций давления на входе.
На ходе впуска плунжер опускается и всасывает топливо в нагнетательную камеру.
- В начале хода сжатия часть топлива возвращается обратно, пока дозирующий клапан открыт (таким образом устанавливается необходимое давление топлива в пределах 8..13 МПа).
- В конце хода сжатия дозирующий клапан закрывается и топливо под высоким давлением через открывающийся обратный клапан (50-60 кПа) нагнетается в топливный коллектор.
Усилитель форсунок (EDU)
. Форсунки управляются через отдельный усилитель, который преобразует сигнал от блока управления (12 В) в высоковольтный сигнал на форсунки, обеспечивая максимальную точность и быстродействие.
ETCS (дроссельная заслонка с электронным управлением). Привод электродвигателем по командам электронного блока управления. При запуске дроссельная заслонка приоткрывается, чтобы обеспечить подачу дополнительного воздуха, затем степень открытия определяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. В режиме однородного смесеобразования частота вращения холостого хода регулируется перемещением дроссельной заслонки, в режиме LeanBurn управление холостым ходом осуществляется коррекцией подачи топлива при постоянном открытии дроссельной заслонки. Кроме того, ETCS выполняет функции противобуксовочной системы (TRC) и часть функций системы стабилизации (VSC).
При низких оборотах и низкой нагрузке, низкой температуре охлаждающей жидкости SCV закрыт, воздух поступает через один порт, скорость потока увеличивается, на входе в цилиндр формируется вихрь, что способствует турбулизации смеси.
- При высоких нагрузках SCV открывается и воздух поступает через оба порта.
Система EGR (модели внутреннего рынка). Система рециркуляции отработавших газов на двигателях D-4 обеспечивает подачу на впуск в режиме LeanBurn значительной доли ОГ (существенно больше объема перепуска на традиционных двигателях). При этом понижается температура сгорания смеси и уменьшается содержание оксидов азота в выхлопе, дополнительно уменьшаются насосные потери на впуске.
На выходе из клапана отработавшие газы поступают в алюминиевый коллектор EGR, который служит для равномерной подачи газов в каждый цилиндр. И привод, и коллектор EGR имеют жидкостное охлаждение.
 |
NO-нейтрализатор (модели внутреннего рынка). В выпускном тракте японских моделей устанавливался нейтрализатор NOx. При работе в режиме LeanBurn, который сопровождается повышенным выделением NOx, оксид азота взаимодействует с кислородом отработавших газов (O2) и продукты реакции накапливаются на адсорбирующем материале нейтрализатора в форме нитратов (NO2). В режиме однородного смесеобразования, при достаточно обогащенной смеси, в отработавших газах повышается содержание CO и CH и при их участии в присутствии платины диоксид азота восстанавливается до N2. Параллельно с накоплением оксидов азота, нейтрализатор также активно улавливает серу, которая занимает полезный объем адсорбирующего слоя, поэтому нормально функционировать эта схема могла только при использовании низкосернистого бензина.
Система зажигания - DIS-4, применяются свечи зажигания с центральным электродом из иридиевого сплава (изначально на внешнем рынке - Denso SK20R11 / NGK IFR6A11, с MY2003 - Denso SK20BR11 с двумя дополнительными боковыми электродами, свечи для моделей внутреннего рынка - SK20BGR11 сильнее выступают в камеру сгорания за счет shroud-части).
 |
Отличия тип "2004 от базовой версии: система управления типа L-type с датчиком расхода воздуха, привод ETCS с датчиком положения дроссельной заслонки на эффекте Холла, отказ от отдельного NO-нейтрализатора.
Практика
Кроме того, добавляется несколько специфических моментов:
Уже просто как "особенность" воспринимается склонность к появлению заметных вибраций из-за просадки и без того заниженных оборотов холостого хода при минимальных отклонениях от нормы в любом из компонентов системы управления двигателем. Порой ситуация усугубляется до провалов тяги на средних оборотах и общего падения динамики. Зачастую причину не удается установить даже методом последовательных замен, хотя в некоторых случаях помогает очистка датчика расхода воздуха, дроссельной заслонки, привода SCV, замена клапана VVT, замена наконечников катушек зажигания, иногда - глушение линии EGR. Сгладить неприятные ощущения от просадки оборотов частично помогает замена опор двигателя (в первую очередь - гидронаполненных).
Непосредственный впрыск и система управления на моторах AZ уже не имеют таких критических недостатков, как в D-4 первого поколения, и требуют куда меньшего внимания. При работах с топливной системой рекомендуется крайне осторожно обращаться с хрупкими пластиковыми элементами форсунок (~$300 за штуку), замена форсунок может потребоваться и при изменении характеристик их обмоток в процессе работы. Нередко замены требует электронасос низкого давления и, конечно, топливный фильтр в баке. Из официальных отзывных кампаний стоит отметить замену топливной трубки и обратного клапана ТНВД для Avensis 250 первого года выпуска.
Применение системы EGR неизбежно приводит к сильному (но все же меньшему, чем в случае 3S-FSE) нагарообразованию по всему впускному тракту - от дроссельной заслонки до SCV и клапанов, и, соответственно, требует регулярной механической и химической очистки (обрабатывать же дроссельную заслонку желательно при каждом плановом ТО). В противном случае для начала стоит ожидать просадки оборотов и проблем с холодным запуском. На двигателях #AZ-FSE для внешнего рынка система EGR отсутствует, однако это не отменяет полностью необходимость очистки впускного тракта от маслянистого шлама.
Итоги
Спустя более чем десяток лет с момента появления на рынке первых двигателей AZ можно подвести некоторую черту под опытом эксплуатации этой серии.
Характеристики. По удельной мощности и крутящему моменту AZ для своего времени вполне соответствовали среднему уровню массовых азиатских аналогов, и в большинстве случаев обеспечивали достаточную тяговооруженность (за исключением разве что полноразмерных паркетников и вэнов).
Непосредственный впрыск. Применение D-4 на AZ не давало значимого прироста характеристик или радикального улучшения экономичности в сравнении с обычными моторами серии, а служило главным образом "экологическим" целям. Зато увеличение материальных и физических затрат на техническое обслуживание и ремонт "лишних" компонентов прослеживается достаточно четко, чтобы в очередной раз убедиться в никчемности и вредности использования непосредственного впрыска на нефорсированных атмосферных двигателях. И хотя #AZ-FSE оказались гораздо более пригодными к эксплуатации, чем поистине ужасные во всех отношениях 3S-FSE, обыкновенные #AZ-FE с распределенным впрыском доставляют явно меньше проблем. Не говоря уже о том, что из-за неизлечимой и массовой болезни заниженных оборотов холостого хода (с сопутствующими вибрациями) эксплуатация автомобилей с такими моторами попросту дискомфортна. И небольшая ремарка - в 2008-м известный дальневосточный диагност писал: "но прогресс не стоит на месте и обычный впрыск постепенно вытесняется", однако на деле судьба тойотовского D-4 сложилась несколько иначе .
Ремонтопригодность. С точки зрения производителя AZ считаются "одноразовыми", как и все современные тойотовские моторы, и понятие "ремонтный размер" к ним не применимо. Разумеется, что от безысходности эти двигатели подвергаются более или менее тщательному капремонту, с перегильзовкой блоков, с использованием неоригинальных запчастей или подобранных аналогов от других марок. Минимальная стоимость таких работ, как обычно, сопоставима с ценой контрактного двигателя - $1.5-2.0k, тогда как в известных топ-сервисах полный капремонт оценивается в $4-5k. Что касается других аспектов ремонтопригодности, то здесь дела обстоят неплохо - двигатели 2AZ-FE и 1AZ-FSE поставлялись и на европейский, и на внутренний рынки, что сняло массу проблем с запасными частями, дубликатом, информацией и предложением контрактных моторов.
Надежность. По совокупности, двигатели серии AZ можно было бы считать не самыми плохими представителями моторов "третьей волны", но всего один критический дефект с ГБЦ навсегда перечеркнул их репутацию, став врожденным пороком целых поколений популярнейших моделей (Camry 30, RAV4 20, Highlander 20...), и подорвал доверие даже к модифицированным версиям на моделях поздних выпусков.
Возможно, вас несколько озадачило название статьи? Принято считать продукцию японского автопрома воплощением новейших технологий и высокого качества. Упомянутый в названии двигатель устанавливали около десяти лет на известные модели Toyota: Avensis, Camry, Caldina, RAV4, не считая некоторых других.
Так в чем же опасность покупки японского авто, на моторе которого красуется табличка « D -4»? И почему перед продажей некоторые владельцы снимают ее? Обо всем этом вы узнаете, прочитав предлагаемый материал.
Место в истории
Серия AZ в начале 2000-х сменила предыдущую линейку двигателей 3S, которые выпускались для компании Toyota Motor Corporation с 1982 года. Среди них был и первый бензиновый мотор с непосредственным впрыском (НВ), или GDI (gasoline direct injection) - по международной терминологии. Автолюбители прозвали такие движки «джедаями». Речь идет об агрегате 3S-FSE.
Для продвижения новинки японские специалисты использовали термин «технология D-4», что означало, по-видимому, прямой впрыск (D) и 4 цилиндра. Во второй жизни (серии) «джедай» получил индекс 1AZ-FSE. Согласно «тойотовской» классификации это означает:
- 1 - порядковый серийный номер;
- A - серия двигателей;
- Z - бензиновый;
- F - стандартный мощностной ряд;
- S - непосредственный (прямой) впрыск топлива;
- E - электронный многоточечный впрыск.
Двигатель 1AZ выпускался и в более простой версии - 1AZ-FE, то есть, вместо прямого впрыска использовался распределенный. Основные характеристики двух версий представлены в таблице:
Принцип работы
Особенностью исполнения ФСЕ является возможность работы на сверхбедной топливовоздушной смеси в пропорции до 30 - 40:1. Притом что оптимальный стехиометрический состав - 14,7:1, а для обычного инжекторного мотора (с распределенным впрыском) пределом является 20 - 24. Это достигается тем, что топливо после впрыска распределяется по объему неравномерно.
За счет специальных отражающих выемок в днище поршня образуется обратный вихрь, достигающий у свечи зажигания наибольшей концентрации, близкой к стехиометрической. В остальных областях смесь остается обедненной.
Рабочий процесс происходит с использованием некоторых инноваций: послойное образование смеси, трехрежимная работа форсунок, регулируемое газораспределение (система VVTi), повторное дожигание выхлопных газов. В соответствии с изменяющейся нагрузкой и скоростью движения ЭБУ включает нужный режим смесеобразования.
Меняется момент впрыска, количество инъекций, конфигурация топливного факела и положение регулирующих заслонок во впускном тракте. Краткое описание режимов работы мотора D-4:
- Послойное или поэтапное сгорание топлива (малые нагрузки, постоянная скорость). Бензин впрыскивается при завершении такта сжатия узким факелом, отражаясь от поршневого углубления, распыляется и попадает в зону действия свечи зажигания. Здесь достаточно обогащенный заряд воспламеняется, после чего поджигает оставшуюся обедненную смесь (ƛ=17 - 40).
- Гомогенная (однородная) смесь используется при нестабильных режимах работы двигателя: запуск, прогрев, нагрузка, регенерация во время торможения. Бензин впрыскивается на такте впуска, вдогон поршню. Факел имеет форму конуса, отражение от поршня отсутствует, и вся смесь имеет состав, приближающийся к стехиометрическому (ƛ=12 - 15).
- Двухэтапное смесеобразование. В процессе перехода от послойного к однородному режиму бензин впрыскивается дважды - при впуске и сжатии. Смесь начинает обогащаться (ƛ=15 - 25).
Отличия от серии 3S
Новый движок получил алюминиевый блок цилиндров (БЦ) с открытой рубашкой охлаждения - конструкция «Open Deck», при которой цилиндры омываются охлаждающей жидкостью (ОЖ) со всех сторон. Кроме того, сквозные каналы позволяют отказаться от применения песчаных стержней в процессе отливания, а сам процесс перевести на литье под давлением.
Конструктивная схема двигателя выполнена с дезаксажем - коленчатый вал смещен относительно продольного сечения БЦ на 1 см. Целью является уменьшение боковой реакции силы трения поршня о стенки цилиндров. Дело в том, что тонкие стенки не позволяют растачивать БЦ под ремонтные размеры. То есть, блок является фактически одноразовым.
Применение цепи ГРМ вместо зубчатого ремня также отличает новинку от предшествующей линейки. Остальные решения перекочевали с предыдущего мотора с некоторыми изменениями:
- Упрощено решение впускного коллектора и дополнительных заслонок. Привод последних осуществляется с помощью простого вакуумного сервопривода и электромагнитного клапана, проходные каналы увеличены и меньше зарастают сажей.
- Изменен электронный дроссель. Он стал меньше по размерам, датчики спрятаны внутри и не нуждаются в регулировке.
- Топливная рейка с одним проходным отверстием имеет более простое устройство.
- Усовершенствован топливный насос высокого давления (ТНВД). В регуляторе давления оставлен всего один неразборный клапан, сальник снабдили пружиной. И хотя протечки нового насоса стали гораздо меньше, срок службы удалось продлить незначительно.
Проблемы «джедая»
К сожалению, версия FSE генерации 1AZ, несмотря на все улучшения, так и не стала поистине массовой, и ей на смену пришло поколение 2AZ. Ниже изложены основные проблемы, возникающие при эксплуатации двигателей D-4.
Низкий ресурс ТНВД. И хотя это устройство давно успешно используется на дизельных ДВС, оказалось, что бензин, как рабочая среда, агрессивно влияет на его компоненты.
Дело в том, что бензин не обладает такими смазывающими свойствами, как солярка. И даже смазывающие присадки, добавляемые в него по нормам Евро-4, не столь эффективны, поэтому детали ТНВД изнашиваются значительно быстрее, чем на дизеле.
В результате горючее попадает в смазочное масло и разжижает его. При значительном износе объем масла в картере может за день-два увеличиться вдвое. А разжиженное масло приводит к износу кулачков, вкладышей и других деталей.
Еще одним слабым местом 1AZ-FSE является система вторичного использования отработанных газов. Несмотря на улучшение конструкции по сравнению с предшественником - 3S, впускной коллектор, регулирующие заслонки и дроссель EGR покрываются сажей, что приводит к неустойчивым холостым оборотам, провалам, дерганиям во время движения.
Регулировка клапанов ГРМ 1AZ возможна только подбором регулировочных стаканов, что весьма сложно и дорого, поэтому ее обычно не производят.
Другой непростительный «ляп» в конструкции мотора - недостаточная длина крепежных винтов головки блока цилиндров (ГБЦ). Это приводит к срыванию резьбы в легком сплаве со всеми вытекающими отсюда, в буквальном смысле, последствиями: утечки ОЖ, потеря компрессии и так далее. Начиная с 2007 года, проблема была, наконец, устранена.
А вот двигатель FE семейства 1AZ оказался несколько более удачным, поскольку в нем отсутствовал главный виновник большинства бед - ТНВД.
Служба механизмов может быть существенно продлена, если избегать неблагоприятных условий эксплуатации:
- Самое главное, что противопоказано двигателям D-4 - некачественный бензин. Даже небольшой избыток серы, содержащийся в топливе, приводит к износу прецизионных сопряжений, словно от абразивного порошка.
- Чтобы не допустить аварийных протечек бензина из ТНВД в масляный картер, следует взять за правило регулярно проверять щупом уровень масла. Если последний начинает повышаться, есть повод отдать насос на диагностику.
- Необходимо периодически очищать от сажи впускную систему, дроссельные заслонки и EGR, а через 1 - 2 тысячи км пробега прогнать двигатель пару минут на больших оборотах, чтобы выжечь нагар на деталях ШПГ.
Когда выполняется замена цепи, необходимо обращать внимание, чтобы не только метки звездочек совпадали с рисками на крышках передачи, но и метки ГРМ на цепи, выполненные в виде помеченных звеньев, с рисками на звездочках.
Вместо эпилога
Ошибкой ордена «джедаев» оказалось фанатичное служение идеалам. В результате утраты Человечности они стали терять Силу. Так же случилось и с 1AZ-FSE. Главным приоритетом разработчиков было бескомпромиссное следование экологическим требованиям «зеленых» и экономия топлива. При этом агрегат потерял некоторые другие качества, а именно: надежность работы, простоту обслуживания и ремонтопригодность.
Первая генерация так и не стала поистине массовой, поскольку двигатель FSE скомпрометировал и все семейство 1AZ, а табличка с надписью «D-4» для российских покупателей стала настоящим пугалом. В конечном итоге все его представители быстро ушли со сцены, а на текущий момент выпускаются только модели 2-го семейства: 2AZ-FE и 2AZ-FXE. Последние разработки компании Toyota ведутся в области комбинированного - непосредственно-распределенного впрыска.