Двигатель 1ZZ-FE применяется для установки на автомобили Toyota Corolla CE / LE / S, Fielder, Runx (Япония), Toyota Allion, Toyota Premio, Toyota Vista и Vista Ardeo, Toyota Will, Pontiac Vibe, Toyota Celica GT, Toyota Avensis, Toyota RAV4, Lotus Elise и другие.
Основные принципы при построении двигателя были – высокая производительность, легкий и компактный размер, низкие выбросы. Особенностями двигателя 1ZZ-FE являются кованые шатуны, цельнолитой коленчатый вал и впускной коллектор из пластика. Серия ZZ это первый полностью алюминиевый двигатель Toyota.
Характеристики двигателя Toyota 1ZZ-FE 1.8 Королла, Филдер, Авенсис, РАВ 4
Параметр | Значение |
---|---|
Конфигурация | L |
Число цилиндров | 4 |
Объем, л | 1,794 |
Диаметр цилиндра, мм | 79 |
Ход поршня, мм | 91,5 |
Степень сжатия | 10 |
Число клапанов на цилиндр | 4 (2-впуск; 2-выпуск) |
Газораспределительный механизм | DOHC |
Порядок работы цилиндров | 1-3-4-2 |
Номинальная мощность двигателя / при частоте вращения коленчатого вала | 92-107 кВт - (120-140 л.с.) / 6000 об/мин |
Максимальный крутящий момент / при частоте вращения коленчатого вала | 161-179- Н м / 4200 об/мин |
Система питания | мультиточечная система впрыска топлива (MPFI) |
Рекомендованное минимальное октановое число бензина | 92 |
Экологические нормы | Евро 4, Евро 5 |
Вес, кг | 102 |
Конструкция
Четырехтактный четырехцилиндровый бензиновый с электронной системой управления впрыском топлива и зажиганием, с рядным расположением цилиндров и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал, с верхним расположением двух распределительных валов. Двигатель имеет жидкостную систему охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией. Система смазки комбинированная: под давлением и разбрызгиванием.
Блок цилиндров
Блок цилиндров 1ZZ-FE изготовлен из алюминиевого сплава. Цилиндры представляют собой чугунные гильзы. Блок цилиндров не подлежит ремонту.
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров 1ZZ-FE легкосплавная. Привод распределительных валов осуществляется однорядной роликовой цепью. Для изменения характеристик двигателя на низких и высоких частотах вращения применена система изменения фаз газораспределения (VVT-i), что помогает обеспечить отличную топливную экономичность.
Впускной и выпускной клапаны
Общая длина клапана 88,65 мм. Диаметр тарелки впускного клапана 31 мм, выпускного – 26 мм. Диаметр стержня впускного клапана - 5,470-5,485 мм. Диаметр стержня выпускного клапана - 5,465-5,480 мм.
Коленчатый вал
Поршень
Параметр | Значение |
---|---|
Диаметр, мм | 78,925 - 78,935 |
Диаметр поршневого пальца – 20 мм.
В семейство атмосферных бензиновых двигателей Toyota ZZ входит несколько силовых агрегатов. Прежде всего, это 1,8-литровые двигатели двух поколений (1ZZ-FE и 2ZZ-FE), а также 1,6- (3ZZ-FE) и 1,4-литровые (4ZZ-FE) двигатели.
Все силовые агрегаты семейства ZZ объединяет 4-цилинидровые блоки, 16-клапанные ГБЦ. Блок двигателя алюминиевый, с тонкостенными гильзами из чугуна. Еще одна особенность блока двигателя 1ZZ-FE – открытая рубашка системы охлаждения, благодаря которой цилиндры лучше охлаждаются, сам блок дешевле в производстве, но жесткость его конструкции относительно невысока. Также блок с открытой рубашкой охлаждения не поддается расточке и гильзовке.
Головка блока
В головке блока двигателя 1ZZ-FE размещены два распредвала и 16 клапанов. Гидрокомпенсаторы в ее конструкции отсутствуют, тепловые зазоры необходимо регулировать подбором толкателей подходящей толщины, а это весьма затратная операция. Клапана облегчены, а кулачки распредвалов сделаны уже обычного – ради снижения потерь на трение. Седла клапанов не запрессованы в ГБЦ, а выполнены лазерным напылением. Это значит, что в случае проблем с прилеганием клапанов ГБЦ двигателя 1ZZ-FE ремонту не подлежит.
На впускном распредвалу двигателя 1ZZ-FE присутствует фазовращатель системы VVT-i.
Поршневая группа
Особенность кривошипно-шатунного механизма двигателя 1ZZ-FE заключается в длинном ходе поршня: 91,5 мм при диаметре цилиндра в 79 мм. Можно сказать, что это типично для японских двигателей, позволяет снизить массу поршней и сделать мотор более тяговитым на «низах».
Инженеры, создавшие 1ZZ-FE, еще больше облегчили поршни: укоротили юбки, уменьшили их ширину (получились так называемые Т-образные поршни). Для снижения массы и уменьшения поверхностей движущихся частей двигателя это хорошая мера. Однако к ее недостаткам можно отнести худшее прилегание поршня к стенкам цилиндров, увеличение удельного давления юбок поршней на стенки цилиндров и т.п.
Коленвал
Также облегченным у мотора 1ZZ-FE является и коленвал: длина и диаметр его шеек уменьшен. Опять же, у такого подхода есть плюсы и минусы. Трение и масса снижается, но растет удельное давление, нагрузки, ускоряется износ.
Цепь ГРМ
В приводе ГРМ двигателя 1ZZ-FE используется цепь. Но она получилась тоже какой-то облегченной и на практике не ходит более 150 000 км. Она растягивается, ее пластиковый башмак-успокоитель изнашивается, а гидронатяжитель не отличается особой надежностью.
Одним словом, двигатель 1ZZ-FE стал технологичнее, легче и проще. Был заложен потенциал на повышение его экономичности и отдачи, однако и ресурс этого силового агрегата стал скромнее, чем у чугунного мотора предшественника.
Проблемы 1,8-литрового двигателя Toyota (1ZZ-FE)
При достаточно высокой общей надежности у двигателя 1ZZ-FE есть несколько недостатков, игнорирование которых приводит к очень дорогому ремонту или необходимости покупки контрактного двигателя.
Жор масла
Серьезная проблема двигателя 1ZZ-FE заключается в повышенном расходе масла. Особенно остро жор масла проявляется на двигателях, выпущенных до 2005 года. Все дело в неудачных поршнях – они не только облегченные, но и получили неудачные маслосъемные кольца, которые просто залегают и закоксовываются. В канавках маслосъемных колец всего четыре отверстия для отвода масла, которые также быстро забиваются подгоревшим маслом.
В 2005 году компания Toyota выпустила ревизионные поршни, у которых восемь маслоотводящих каналов увеличенного диаметра с выемками, «улавливающими» масло, снимаемое кольцами.
Последствия жора масла
Игнорировать повышенный расход масла на двигателе 1ZZ-FE ни в коем случае нельзя, так как он приводит к следующим последствиям:
- неправильно сгорает топливо-воздушная смесь;
- выпускные клапана обрастают «масляным коксом»;
- разрушаются седла выпускных клапанов;
- снижается компрессия из-за проседания клапанов;
- топливо проникает в картер через зазор между стенкой цилиндра и залегшими маслосъемными кольцами;
- продукты сгорания топлива и масла проникают в картер через зазор между стенкой цилиндра и залегшими маслосъемными кольцами на такте выпуска;
- продукты сгорания масла разрушают катализатор;
- выходит из строя лямбда-зонд;
- быстро деградирует масло;
- возникают задиры на поверхностях пар трения;
- увеличивается риск перегрева двигателя из-за повышенного расхода топлива и локального нагрева;
- возникает вероятность деформации блока цилиндров.
РЕШЕНИЕ: Проблема жора масла на двигателе 1ZZ-FE решается заменой старых поршней на ревизионные, которые появились на моторах с 2005 года. Также необходимо поменять и сальники клапанов. Чем раньше будут заменены поршни, тем дешевле обойдется ремонт двигателя Тойота 1ZZ-FE.
Перегрев двигателя
Обычно на чугунных гильзах двигателя 1ZZ-FE хон сохраняется очень долго и даже на 15-летних двигателях вопросов не вызывает. Однако теплопроводность чугунных гильз оставляет желать лучшего. Поэтому при проблемах с маслосъемными кольцами, возникновении неправильного и избыточного (из-за снижения КПД двигателя при снижении компрессии) сгорания топлива вместе с маслом чугунные гильзы могут деформироваться.
Заклинивание двигателя
Снижение уровня масла, а также его разжижении топливом и продуктами сгорания, на двигателе 1ZZ-FE можно просто «проморгать», что в результате приведет к сильнейшей выработке постелей распредвалов, а в худшем случае – к заклиниванию двигателя.
Растяжение цепи
Как уже упоминалось, цепь на двигателе 1ZZ-FE не отличается долговечностью. Она может растянуться и начать греметь как при пробеге в 150 000 км, так и при вдвое больших показателях.
ИТОГ
1,8-литровый двигатель Toyota 1ZZ-FE неприятно удивил поклонников японской марки ранее не виданными проблемами. К счастью, многие врожденные недостатки двигателя были решены производителем.
Пришло время более-менее обстоятельно поговорить о тойотовских двигателях нового поколения и в первую очередь - об 1ZZ-FE, наиболее распространенном из них. С каждым днем в страну приходит все больше автомобилей с такими агрегатами, а информации по ним по-прежнему удручающе мало. Дополним данные заокеанских коллег нашим местным опытом.
Итак, двигатель Toyota 1ZZ-FE, первый представитель совершенно нового семейства, был запущен в серийное производство в 1998 году. Практически одновременно он дебютировал на модели Corolla для внешнего рынка и на Vista 50 для внутреннего, и с тех пор устанавливается на большое количество моделей классов C и D.
Формально ему надлежало заменить собой 7A-FE STD, агрегат предыдущего поколения, заметно превосходя его по мощности и не уступая по топливной экономичности. Однако, устанавливаемый на топ-версии моделей, он фактически занял и место заслуженного ветерана 3S-FE, немногим уступая ему по характеристикам.
А теперь подробнее рассмотрим конструкцию этого двигателя, отметив ее особенности, основные достоинства и недостатки.
Цилиндро-поршневая группа
Блок цилиндров - изготовлен из алюминиевого сплава методом литья под давлением, в цилиндрах установлены чугунные гильзы. Это стало вторым, после серии MZ, опытом Toyota по внедрению массовых "легкосплавных двигателей". Отличительная особенность моторов нового поколения - открытая сверху рубашка охлаждения, что негативным образом отражается на жесткости блока и всей конструкции. Безусловным преимуществом схемы стало снижение массы (в целом двигатель стал весить ~100 кг против 130 кг у предшественника), а главное - технологическая возможность изготавливать блок в пресс-формах. Традиционные блоки с закрытыми рубашками охлаждения прочнее и надежнее, но, изготавливаемые литьем в разовые формы, более трудоемки на стадии подготовки форм (в которых, к тому же, при подготовке к заливке смесь имеет склонность разрушаться), имеют бóльшие допуски и требуют, соответственно, бóльшего объема последующей механической обработки прилегающих поверхностей и постелей подшипников.
Другая особенность блока цилиндров - картер, объединяющий опоры коленчатого вала. Линия разъема блока и картера проходит по оси коленвала. Алюминиевый (точнее, легкосплавный) картер выполнен как одно целое с залитыми в него стальными крышками коренных подшипников и сам по себе дополнительно увеличивает жесткость блока цилиндров.
Двигатель 1ZZ-FE относится к "длинноходным" моторам - диаметр цилиндра 79 мм, ход поршня 91,5 мм. Это означает лучшие тяговые характеристики на низах, что для массовых моделей намного важнее, нежели повышенная мощность на высоких оборотах. Заодно улучшается и топливная экономичность (физика - меньше тепловые потери через стенки более компактной камеры сгорания). Кроме того, при проектировании движка стала преобладающей идея снижения трения и максимальной компактности, что выразилось, кроме прочего, в уменьшении диаметра и длины шеек коленчатого вала - а значит, неизбежно возросли нагрузки на них и износ.
Примечателен поршень новой формы, немного напоминающей деталь дизеля ("с камерой в поршне"). Чтобы уменьшить потери на трение при значительном рабочем ходе, была уменьшена юбка поршня - для его охлаждения это не лучшее решение. Кроме того, Т-образные в проекции поршни на свежих тойотах начинают стучать при перекладке значительно раньше, чем их классические предшественники.
Но самым значительным недостатком новых тойотовских движков стала их "одноразовость". В самом деле, оказался предусмотрен лишь один ремонтный размер коленчатого вала для 1ZZ-FE (и то - японского производства), а вот оказался невозможен в принципе (и перегильзовать блок тоже не выйдет).
А зря, потому как в ходе эксплуатации вскрылась очень неприятная особенность двигателей первых лет выпуска (а таких у нас было и в ближайшие несколько лет будет большинство) - повышенный расход масла на угар, вызванный износом и залеганием поршневых колец (требования к их состоянию у ZZ тем выше, чем больше ход поршня, а значит и его скорость). Подробнее вопрос рассмотрен в этом материале. Лечение одно - переборка с установкой новых колец, а в случае сильного износа гильзы - контрактный движок.
"Проблемы были с движками до 2001 года, потом их исправили и теперь все в порядке"
Увы, дела обстоят не так хорошо. После ноября 2001 двигатели серий ZZ и NZ стали комплектоваться "доработанными" кольцами, в том же году был несколько изменен блок цилиндров ZZ. Но во-первых, это никак не отразилось на выпущенных ранее двигателях - разве что появилась возможность установить при переборке "правильные" кольца. А второе и главное - проблема не исчезла: более чем достаточно случаев, когда переборки или замены двигателя потребовали в том числе и гарантийные машины выпуска 2002-2005 годов с пробегами от 40 до 110 тысяч км.
Головка блока цилиндров
Сама головка блока, естественно, легкосплавная. Камеры сгорания - конического типа, при подходе поршня к верхней мертвой точке, рабочая смесь направляется к центру камеры и формирует в районе свечи зажигания вихрь, способствуя наиболее быстрому и полному сгоранию топлива. Компактный размер камеры и кольцевой выступ днища поршня (улучшающий наполнение и по-своему формирующий потоки смеси в пристеночной области - на ранней стадии сгорания давление нарастает равномернее, а на поздней - увеличивается скорость горения) способствовали снижению вероятности детонации.
Степень сжатия у 1ZZ-FE - около 10:1, однако двигатель допускает использование обычного бензина (87-й по SAE, Regular в Японии, 92-й у нас). По заявлениям производителя, увеличение октанового числа не приводит к росту мощностных показателей, а лишь уменьшает вероятность детонации. Что касается других представителей семейства (3ZZ-FE, 4ZZ-FE) - то в них степень сжатия больше, поэтому к топливной всеядности стоит относиться аккуратнее.
Интересна новая конструкция седел клапанов. Вместо традиционных стальных запрессовываемых, на двигателях ZZ применены т.н. "лазерно-напыляемые" легкосплавные седла. Они в четыре раза тоньше обычных и способствуют лучшему охлаждению клапанов, позволяя отдавать тепло в тело головки блока не только через стержень, но и в значительной степени через тарелку клапана. Заодно, несмотря на небольшой диаметр камеры сгорания, увеличился диаметр впускных и выпускных портов, а также уменьшился диаметр стержня (с 6 до 5,5 мм) - это улучшило течение воздуха через порт. Но, естественно, конструкция также получилась абсолютно неремонтопригодной.
Газораспределительный механизм - традиционный 16-клапанный DOHC. Ранний вариант для внешнего рынка имел фиксированные фазы, но основная масса движков получила затем систему VVT-i (изменения фаз газораспределения) - отличная вещь для достижения баланса между тягой на низах и мощностью на верхах, но требующая внимательного отношения к качеству и состоянию масла.
Снижение массы клапана позволило уменьшить усилие клапанных пружин, заодно сократилась ширина кулачков распределительного вала (менее 15 мм) - опять снижение потерь на трение с одной стороны и увеличение износа - с другой. Кроме того, Toyota отказалась от регулировки зазора в клапанах с помощью шайб в пользу, если можно так сказать, "регулировочных толкателей" различной толщины, стаканчики которых совмещают функции прежнего толкателя и шайбы (для высокооборотистого форсированного движка это имело бы смысл, но в данном случае - сделало регулировку зазора максимально сложной и дорогой; хорошо, что этой процедурой приходится заниматься крайне редко).
Очередное радикальное нововведение - в приводе ГРМ теперь используется однорядная цепь с малым шагом (8 мм). С одной стороны - это плюс к надежности (не порвется), в теории отсутствует необходимость относительно частой замены, требуется только изредка проверять натяжение. Но... Опять но - у цепи есть свои существенные недостатки. О шумности говорить, наверное, не стоит - разве что в основном по этой причине цепь сделана однорядной (в минус долговечности). Но в случае с цепью обязательно появляется гидронатяжитель - во-первых, это дополнительные требования к качеству и чистоте масла, во-вторых, даже тойотовские натяжители не отличаются абсолютной надежностью, раньше или позже начиная пропускать и ослабляться (предусмотренная японцами собачка выполняет свои функции отнюдь не всегда). Что такое отпущенная в свободное плавание цепь - объяснять не надо. Второй подверженный износу элемент - успокоитель, это хоть и не "чудо" производства ЗМЗ, но принципы износа у них общие.
Ну и основная проблема - растяжение, тем большее, чем длиннее сама цепь. Лучше всего дело с этим обстоит в нижневальном движке, где цепь короткая, но при обычном расположении распределительных валов в головке блока она существенно удлиняется. Часть производителей борется с этим, вводя промежуточную звездочку и делая уже две цепи. Заодно этим удается уменьшить диаметр ведомых звездочек - при приводе обоих валов единой цепью расстояние между ними и ширина головки получаются слишком большими. Но при наличии промежуточных цепей увеличивается шумность передачи, количество элементов (как минимум, два натяжителя), да и с надежным креплением дополнительной звездочки возникают некоторые проблемы. Посмотрим же на ГРМ 1ZZ-FE - цепь здесь вызывающе длинная.
Хотя применение цепи и подразумевало уменьшение затрат на техобслуживание, но на деле произошло скорее обратное, так что средний срок службы цепи составляет ~150 тысяч км, а затем ее постоянный грохот заставляет владельцев принимать меры.
Впуск и выпуск
Бросается в глаза расположение впускного коллектора - теперь он находится спереди (ранее практически всегда на поперечно-расположенных двигателях он находился со стороны моторного щита). Выпускной коллектор также переместился на противоположную сторону. В значительной степени это было вызвано традиционным экологическим помешательством - необходимо сделать катализатор как можно быстрее прогревающимся после запуска, а значит нужно разместить его максимально близко к двигателю. Но если устанавливать его сразу за выпускным коллектором, сильно (и совершенно напрасно) перегревается подкапотное пространство, дополнительно греется радиатор и т.д. Поэтому на ZZ выпуск ушел назад, а катализатор - под днище, при этом второй вариант борьбы за сертификаты (малый пре-катализатор за коллектором) не потребовался.
Длинный впускной тракт способствует увеличению отдачи на низких и средних оборотах, однако при переднем расположении впускного коллектора сделать его достаточно протяженным затруднительно. Поэтому вместо традиционного цельнолитого коллектора с 4-мя "параллельными" патрубками, на первом 1ZZ-FE появился новый "паук", похожий на выпускной, с четырьмя алюминиевыми трубчатыми воздуховодами равной длины, ввареными в общий литой фланец. Плюс - изготовливемые прокатом воздуховоды имеют намного более гладкую поверхность, чем литые, минус - не всегда безупречная сварка фланца и труб.
Но позднее японцы все-таки заменили металлический коллектор пластиковым. Во-первых - экономия цветного металла и упрощение технологии, во-вторых - снижение нагрева воздуха на впуске из-за меньшей теплопроводности пластмассы. В пассиве - сомнительная долговечность и чувствительность к перепадам температур.
Привод навесных агрегатов.
Здесь тойотовцы проделали примерно то же, что и с цепью. Генератор, насос ГУР, кондиционер и помпа приводятся единым ремнем. В плюс компактности (один шкив на коленвалу), но в минус надежности - значительно больше нагрузка на ремень, не особо надежен гидронатяжитель, а в случае чего - из-за насоса системы охлаждения не удастся сбросить ремешок заклинившего устройства и ковылять дальше... Навесное для серии ZZ, кстати, тоже получилось эндемичное - из-за сильно усовершенствованных креплений.
Фильтры.
Наконец-то тойотовские инженеры смогли грамотно (хотя и менее удобно для обслуживания) расположить масляный фильтр - отверстием вверх, так что традиционные проблемы с давлением масла после запуска отчасти решаются. А вот поменять топливный фильтр теперь так просто не получится - он помещен в бак, располагаясь на одном кронштейне с насосом.
Система охлаждения.
Теперь поток охлаждающей жидкости проходит через блок по U-образному маршруту, охватывая цилиндры с обеих сторон и существенно улучшая охлаждение.
Здесь также произошли заметные изменения. Чтобы уменьшить испарение топлива в магистралях и баке, Toyota отказалась от схемы с линией возврата топлива и вакуумным регулятором (при этом бензин постоянно циркулирует между баком и двигателем, нагреваясь в подкапотном пространстве). На двигателе 1ZZ-FE применен регулятор давления, встроенный в погружной топливный насос. Использованы новые форсунки с "многодырочным" торцевым распылителем, установленные не на коллекторе, а в головке блока цилиндров.
Схема системы впрыска (1ZZ-FE для USA).
1 - электропневмоклапан системы улавливания паров топлива, 2 - адсорбер, 3 - аккумулятор, 4 - датчик температуры воздуха на впуске, 5 - воздушный фильтр, 6 - электропневмоклапан продувки адсорбера, 7 - датчик давления паров топлива, 8 - регулятор давления топлива, 9 - реле топливного насоса, 10 - датчик положения дроссельной заслонки, 11 - клапан ISCV, 12 - электронный блок управления, 13 - индикатор "CHECK ENGINE", 14 - выключатель запрещения запуска, 15 - усилитель кондиционера, 16 - датчик скорости, 17 - выключатель стартера, 18 - разъем DLC3, 19 - датчик абсолютного давления во впускном коллекторе, 20 - форсунка, 21 - катушка зажигания, 22 - датчик положения распределительного вала, 23 - датчик детонации, 24 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 25 - датчик положения коленчатого вала, 26 - кислородный датчик B1S1, 27 - кислородный датчик B1S2 (только внешний рынок), 28 - катализатор.
Система зажигания.
На ранней версии использовалась бестрамблерная схема DIS-2 (одна катушка на две свечи), а затем все двигатели получили систему DIS-4 - отдельные катушки, расположенные в свечном наконечнике (свечи, кстати, на 1ZZ-FE используются самые обыкновенные). Плюсы - точность определения момента подачи искры, отсутствие высоковольтных линий и механических вращающихся деталей (не считая роторов датчиков), меньше количество циклов работы каждой отдельной катушки, да и мода такая, в конце концов. Минусы - катушки (да еще и совмещенные с коммутаторами) в колодцах головки блока сильно перегреваются, зажигание нельзя подрегулировать вручную, больше чувствительность к свечам, обрастающим "красной смертью" от местного бензина, и, главное, статистика и практика - если при традиционной трамблерной системе катушка (особенно выносная) практически не фигурировала среди выходящих из строя деталей, то в DIS любого производителя их замена (в т.ч. в виде "узлов зажигания", "модулей зажигания"...) стала обычным делом.
Резюме
Так что же в итоге? Тойотовцы создали современный, мощный и достаточно экономичный двигатель с хорошими перспективами модернизации и развития - наверное, идеальный для нового автомобиля. Но нас больше волнует, как ведут себя движки на второй-третьей сотне тысяч, как переносят не самые щадящие условия эксплуатации, насколько поддаются местному ремонту. И здесь нужно признать - борьба между технологичностью и надежностью, в которой Toyota раньше практически всегда стояла на стороне потребителя, закончилась победой hi-tech"а над долговечностью. И жаль, что альтернативы двигателям нового поколения больше нет...
Пришло время более-менее обстоятельно поговорить о тойотовских двигателях нового поколения и в первую очередь - об 1ZZ-FE, наиболее распространенном из них. С каждым днем в страну приходит все больше автомобилей с такими агрегатами, а информации по ним по-прежнему удручающе мало. Дополним данные заокеанских коллег нашим местным опытом.Итак, двигатель Toyota 1ZZ-FE, первый представитель совершенно нового семейства, был запущен в серийное производство в 1998 году. Практически одновременно он дебютировал на модели Corolla для внешнего рынка и на Vista 50 для внутреннего, и с тех пор устанавливается на большое количество моделей классов C и D.
Формально ему надлежало заменить собой 7A-FE STD, агрегат предыдущего поколения, заметно превосходя его по мощности и не уступая по топливной экономичности. Однако, устанавливаемый на топ-версии моделей, он фактически занял и место заслуженного ветерана 3S-FE, немногим уступая ему по характеристикам.
Двигатель 7A-FE 3S-FE 1ZZ-FE
Рабочий объем, см3 1762 1998 1794
Мощность, л.с. 110-115/5800 SAE
115-120/6000 JIS 128-132/5400 DIN
135-140/6000 JIS 120-140/5600 SAE
130-140/6000 JIS
Крутящий момент, Нм 154/4400 SAE
157/4400 JIS 178/4400 DIN
186/4400 JIS 172/4400 SAE
171/4000 JIS
Степень сжатия 9,5 9,5 10,0
Диаметр цилиндра, мм 81 86 79
Ход поршня, мм 85,5 86 91,5А теперь подробнее рассмотрим конструкцию этого двигателя, отметив ее особенности, основные достоинства и недостатки.
Цилиндро-поршневая группа
Блок цилиндров - изготовлен из алюминиевого сплава методом литья под давлением, в цилиндрах установлены чугунные гильзы. Это стало вторым, после серии MZ, опытом Toyota по внедрению массовых "легкосплавных двигателей". Отличительная особенность моторов нового поколения - открытая сверху рубашка охлаждения, что негативным образом отражается на жесткости блока и всей конструкции. Безусловным преимуществом схемы стало снижение массы (в целом двигатель стал весить ~100 кг против 130 кг у предшественника), а главное - технологическая возможность изготавливать блок в пресс-формах. Традиционные блоки с закрытыми рубашками охлаждения прочнее и надежнее, но, изготавливаемые литьем в разовые формы, более трудоемки на стадии подготовки форм (в которых, к тому же, при подготовке к заливке смесь имеет склонность разрушаться), имеют бóльшие допуски и требуют, соответственно, бóльшего объема последующей механической обработки прилегающих поверхностей и постелей подшипников.
Другая особенность блока цилиндров - картер, объединяющий опоры коленчатого вала. Линия разъема блока и картера проходит по оси коленвала. Алюминиевый (точнее, легкосплавный) картер выполнен как одно целое с залитыми в него стальными крышками коренных подшипников и сам по себе дополнительно увеличивает жесткость блока цилиндров.
Двигатель 1ZZ-FE относится к "длинноходным" моторам - диаметр цилиндра 79 мм, ход поршня 91,5 мм. Это означает лучшие тяговые характеристики на низах, что для массовых моделей намного важнее, нежели повышенная мощность на высоких оборотах. Заодно улучшается и топливная экономичность (физика - меньше тепловые потери через стенки более компактной камеры сгорания). Кроме того, при проектировании движка стала преобладающей идея снижения трения и максимальной компактности, что выразилось, кроме прочего, в уменьшении диаметра и длины шеек коленчатого вала - а значит, неизбежно возросли нагрузки на них и износ.
Примечателен поршень новой формы, немного напоминающей деталь дизеля ("с камерой в поршне"). Чтобы уменьшить потери на трение при значительном рабочем ходе, была уменьшена юбка поршня - для его охлаждения это не лучшее решение. Кроме того, Т-образные в проекции поршни на свежих тойотах начинают стучать при перекладке значительно раньше, чем их классические предшественники.
Но самым значительным недостатком новых тойотовских движков стала их "одноразовость". В самом деле, оказался предусмотрен лишь один ремонтный размер коленчатого вала для 1ZZ-FE (и то - японского производства), а вот капремонт цилиндро-поршневой оказался невозможен в принципе (и перегильзовать блок тоже не выйдет).
А зря, потому как в ходе эксплуатации вскрылась очень неприятная особенность двигателей первых лет выпуска (а таких у нас было и в ближайшие несколько лет будет большинство) - повышенный расход масла на угар, вызванный износом и залеганием поршневых колец (требования к их состоянию у ZZ тем выше, чем больше ход поршня, а значит и его скорость). Подробнее вопрос рассмотрен в этом материале. Лечение одно - переборка с установкой новых колец, а в случае сильного износа гильзы - контрактный движок.
"Проблемы были с движками до 2001 года, потом их исправили и теперь все в порядке"
Увы, дела обстоят не так хорошо. После ноября 2001 двигатели серий ZZ и NZ стали комплектоваться "доработанными" кольцами, в том же году был несколько изменен блок цилиндров ZZ. Но во-первых, это никак не отразилось на выпущенных ранее двигателях - разве что появилась возможность установить при переборке "правильные" кольца. А второе и главное - проблема не исчезла: более чем достаточно случаев, когда переборки или замены двигателя потребовали в том числе и гарантийные машины выпуска 2002-2005 годов с пробегами от 40 до 110 тысяч км.Головка блока цилиндров
Сама головка блока, естественно, легкосплавная. Камеры сгорания - конического типа, при подходе поршня к верхней мертвой точке, рабочая смесь направляется к центру камеры и формирует в районе свечи зажигания вихрь, способствуя наиболее быстрому и полному сгоранию топлива. Компактный размер камеры и кольцевой выступ днища поршня (улучшающий наполнение и по-своему формирующий потоки смеси в пристеночной области - на ранней стадии сгорания давление нарастает равномернее, а на поздней - увеличивается скорость горения) способствовали снижению вероятности детонации.
Степень сжатия у 1ZZ-FE - около 10:1, однако двигатель допускает использование обычного бензина (87-й по SAE, Regular в Японии, 92-й у нас). По заявлениям производителя, увеличение октанового числа не приводит к росту мощностных показателей, а лишь уменьшает вероятность детонации. Что касается других представителей семейства (3ZZ-FE, 4ZZ-FE) - то в них степень сжатия больше, поэтому к топливной всеядности стоит относиться аккуратнее.
Интересна новая конструкция седел клапанов. Вместо традиционных стальных запрессовываемых, на двигателях ZZ применены т.н. "лазерно-напыляемые" легкосплавные седла. Они в четыре раза тоньше обычных и способствуют лучшему охлаждению клапанов, позволяя отдавать тепло в тело головки блока не только через стержень, но и в значительной степени через тарелку клапана. Заодно, несмотря на небольшой диаметр камеры сгорания, увеличился диаметр впускных и выпускных портов, а также уменьшился диаметр стержня (с 6 до 5,5 мм) - это улучшило течение воздуха через порт. Но, естественно, конструкция также получилась абсолютно неремонтопригодной.
Газораспределительный механизм - традиционный 16-клапанный DOHC. Ранний вариант для внешнего рынка имел фиксированные фазы, но основная масса движков получила затем систему VVT-i (изменения фаз газораспределения) - отличная вещь для достижения баланса между тягой на низах и мощностью на верхах, но требующая внимательного отношения к качеству и состоянию масла.
Снижение массы клапана позволило уменьшить усилие клапанных пружин, заодно сократилась ширина кулачков распределительного вала (менее 15 мм) - опять снижение потерь на трение с одной стороны и увеличение износа - с другой. Кроме того, Toyota отказалась от регулировки зазора в клапанах с помощью шайб в пользу, если можно так сказать, "регулировочных толкателей" различной толщины, стаканчики которых совмещают функции прежнего толкателя и шайбы (для высокооборотистого форсированного движка это имело бы смысл, но в данном случае - сделало регулировку зазора максимально сложной и дорогой; хорошо, что этой процедурой приходится заниматься крайне редко).
Очередное радикальное нововведение - в приводе ГРМ теперь используется однорядная цепь с малым шагом (8 мм). С одной стороны - это плюс к надежности (не порвется), в теории отсутствует необходимость относительно частой замены, требуется только изредка проверять натяжение. Но... Опять но - у цепи есть свои существенные недостатки. О шумности говорить, наверное, не стоит - разве что в основном по этой причине цепь сделана однорядной (в минус долговечности). Но в случае с цепью обязательно появляется гидронатяжитель - во-первых, это дополнительные требования к качеству и чистоте масла, во-вторых, даже тойотовские натяжители не отличаются абсолютной надежностью, раньше или позже начиная пропускать и ослабляться (предусмотренная японцами собачка выполняет свои функции отнюдь не всегда). Что такое отпущенная в свободное плавание цепь - объяснять не надо. Второй подверженный износу элемент - успокоитель, это хоть и не "чудо" производства ЗМЗ, но принципы износа у них общие.
Ну и основная проблема - растяжение, тем большее, чем длиннее сама цепь. Лучше всего дело с этим обстоит в нижневальном движке, где цепь короткая, но при обычном расположении распределительных валов в головке блока она существенно удлиняется. Часть производителей борется с этим, вводя промежуточную звездочку и делая уже две цепи. Заодно этим удается уменьшить диаметр ведомых звездочек - при приводе обоих валов единой цепью расстояние между ними и ширина головки получаются слишком большими. Но при наличии промежуточных цепей увеличивается шумность передачи, количество элементов (как минимум, два натяжителя), да и с надежным креплением дополнительной звездочки возникают некоторые проблемы. Посмотрим же на ГРМ 1ZZ-FE - цепь здесь вызывающе длинная.
Хотя применение цепи и подразумевало уменьшение затрат на техобслуживание, но на деле произошло скорее обратное, так что средний срок службы цепи составляет ~150 тысяч км, а затем ее постоянный грохот заставляет владельцев принимать меры.
Впуск и выпуск
Бросается в глаза расположение впускного коллектора - теперь он находится спереди (ранее практически всегда на поперечно-расположенных двигателях он находился со стороны моторного щита). Выпускной коллектор также переместился на противоположную сторону. В значительной степени это было вызвано традиционным экологическим помешательством - необходимо сделать катализатор как можно быстрее прогревающимся после запуска, а значит нужно разместить его максимально близко к двигателю. Но если устанавливать его сразу за выпускным коллектором, сильно (и совершенно напрасно) перегревается подкапотное пространство, дополнительно греется радиатор и т.д. Поэтому на ZZ выпуск ушел назад, а катализатор - под днище, при этом второй вариант борьбы за сертификаты (малый пре-катализатор за коллектором) не потребовался.
Длинный впускной тракт способствует увеличению отдачи на низких и средних оборотах, однако при переднем расположении впускного коллектора сделать его достаточно протяженным затруднительно. Поэтому вместо традиционного цельнолитого коллектора с 4-мя "параллельными" патрубками, на первом 1ZZ-FE появился новый "паук", похожий на выпускной, с четырьмя алюминиевыми трубчатыми воздуховодами равной длины, ввареными в общий литой фланец. Плюс - изготовливемые прокатом воздуховоды имеют намного более гладкую поверхность, чем литые, минус - не всегда безупречная сварка фланца и труб.
Но позднее японцы все-таки заменили металлический коллектор пластиковым. Во-первых - экономия цветного металла и упрощение технологии, во-вторых - снижение нагрева воздуха на впуске из-за меньшей теплопроводности пластмассы. В пассиве - сомнительная долговечность и чувствительность к перепадам температур.
Привод навесных агрегатов. Здесь тойотовцы проделали примерно то же, что и с цепью. Генератор, насос ГУР, кондиционер и помпа приводятся единым ремнем. В плюс компактности (один шкив на коленвалу), но в минус надежности - значительно больше нагрузка на ремень, не особо надежен гидронатяжитель, а в случае чего - из-за насоса системы охлаждения не удастся сбросить ремешок заклинившего устройства и ковылять дальше... Навесное для серии ZZ, кстати, тоже получилось эндемичное - из-за сильно усовершенствованных креплений.
Фильтры. Наконец-то тойотовские инженеры смогли грамотно (хотя и менее удобно для обслуживания) расположить масляный фильтр - отверстием вверх, так что традиционные проблемы с давлением масла после запуска отчасти решаются. А вот поменять топливный фильтр теперь так просто не получится - он помещен в бак, располагаясь на одном кронштейне с насосом.
Система охлаждения. Теперь поток охлаждающей жидкости проходит через блок по U-образному маршруту, охватывая цилиндры с обеих сторон и существенно улучшая охлаждение.
Топливная система. Здесь также произошли заметные изменения. Чтобы уменьшить испарение топлива в магистралях и баке, Toyota отказалась от схемы с линией возврата топлива и вакуумным регулятором (при этом бензин постоянно циркулирует между баком и двигателем, нагреваясь в подкапотном пространстве). На двигателе 1ZZ-FE применен регулятор давления, встроенный в погружной топливный насос. Использованы новые форсунки с "многодырочным" торцевым распылителем, установленные не на коллекторе, а в головке блока цилиндров.
Схема системы впрыска (1ZZ-FE для USA). 1 - электропневмоклапан системы улавливания паров топлива, 2 - адсорбер, 3 - аккумулятор, 4 - датчик температуры воздуха на впуске, 5 - воздушный фильтр, 6 - электропневмоклапан продувки адсорбера, 7 - датчик давления паров топлива, 8 - регулятор давления топлива, 9 - реле топливного насоса, 10 - датчик положения дроссельной заслонки, 11 - клапан ISCV, 12 - электронный блок управления, 13 - индикатор "CHECK ENGINE", 14 - выключатель запрещения запуска, 15 - усилитель кондиционера, 16 - датчик скорости, 17 - выключатель стартера, 18 - разъем DLC3, 19 - датчик абсолютного давления во впускном коллекторе, 20 - форсунка, 21 - катушка зажигания, 22 - датчик положения распределительного вала, 23 - датчик детонации, 24 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 25 - датчик положения коленчатого вала, 26 - кислородный датчик B1S1, 27 - кислородный датчик B1S2 (только внешний рынок), 28 - катализатор.
Система зажигания. На ранней версии использовалась бестрамблерная схема DIS-2 (одна катушка на две свечи), а затем все двигатели получили систему DIS-4 - отдельные катушки, расположенные в свечном наконечнике (свечи, кстати, на 1ZZ-FE используются самые обыкновенные). Плюсы - точность определения момента подачи искры, отсутствие высоковольтных линий и механических вращающихся деталей (не считая роторов датчиков), меньше количество циклов работы каждой отдельной катушки, да и мода такая, в конце концов. Минусы - катушки (да еще и совмещенные с коммутаторами) в колодцах головки блока сильно перегреваются, зажигание нельзя подрегулировать вручную, больше чувствительность к свечам, обрастающим "красной смертью" от местного бензина, и, главное, статистика и практика - если при традиционной трамблерной системе катушка (особенно выносная) практически не фигурировала среди выходящих из строя деталей, то в DIS любого производителя их замена (в т.ч. в виде "узлов зажигания", "модулей зажигания"...) стала обычным делом.
Так что же в итоге? Тойотовцы создали современный, мощный и достаточно экономичный двигатель с хорошими перспективами модернизации и развития - наверное, идеальный для нового автомобиля. Но нас больше волнует, как ведут себя движки на второй-третьей сотне тысяч, как переносят не самые щадящие условия эксплуатации, насколько поддаются местному ремонту. И здесь нужно признать - борьба между технологичностью и надежностью, в которой Toyota раньше практически всегда стояла на стороне потребителя, закончилась победой hi-tech"а над долговечностью. И жаль, что альтернативы двигателям нового поколения больше нет...
Toyota Motor Corporation – известная во всем мире автомобилестроительная корпорация. Как самостоятельная компания была основана в 1937 году. Одновременно с производством отлично зарекомендовавших себя на мировом авторынке автомобилей, концерн большое внимание уделяет разработке и производству современных . Первые силовые агрегаты для своих автомобилей компания начала изготавливать в 1939 году и с тех пор выпустила огромное количество самых разнообразных моторов. В числе наиболее известных из них – двигатель 1ZZ, который на протяжении 19 лет (1998-2007) производился в трех вариантах:
Технические характеристики
ПАРАМЕТР | ЗНАЧЕНИЕ |
---|---|
Рабочий объем цилиндров, куб. см | 1794 |
Номинальная мощность, л. с. (при 5600...6400 об/мин.) | 120...143 |
Мах крутящий момент, Нм (при 4400...4200 об/мин.) | 165...171 |
Степень сжатия | 10 |
Количество цилиндров | 4 |
Количество клапанов на цилиндр, шт. | 4 |
Общее количество клапанов, шт. | 16 |
Диаметр цилиндра, мм | 79 |
Ход поршня, мм | 91.5 |
Система питания | Мультиточечный впрыск (MPFI+VVT-i) |
Горючее | Неэтилированный бензин АИ-92 |
Расход топлива, л/100 км (город/трасса/смешанный) | 10,3/6,2/7,7 |
Система смазки | Комбинированная (разбрызгивание +под давлением) |
Тип моторного масла | 10W-30, 5W-30 |
Количество моторного масла, л | 3.8 |
Система охлаждения | Жидкостная, замкнутого типа, с принудительной циркуляцией по U-образному каналу |
Охлаждающая жидкость | На основе этилен-гликоля |
Моторесурс, тыс. час. | 200 |
Двигатель устанавливался на автомобилях: Chevrolet Prizm, Lotus Elise, Pontiac Vibe. Toyota: Corolla, Avensis, Celica, Matrix и многих др.
Описание
Любой двигатель 1ZZ – это рядный четырехцилиндровый силовой агрегат, блок цилиндров которого изготовлен из алюминиевого сплава.
Тонкостенные чугунные гильзы цилиндров вплавлены в материал основного блока. Внешние стенки гильз имеют конструктивные элементы, способствующие их прочному сцеплению с основой.
Головка блока цилиндров двигателя 1ZZ FE выполнена из алюминиевого сплава. Газораспределительный механизм представляет собой 16-клапанный DONC.
Конструктивно блок цилиндров моторов этой серии отличается от остальных:
- открытой сверху рубашкой охлаждения. Это позволило значительно повысить технологичность изготовления. При этом несколько снизилась прочность блока;
- массивным легкосплавным картером, который выполнен заодно со стальными крышками коренных подшипников. Линия разъема картера и блока цилиндров проходит по оси коленчатого вала, что повышает жесткость блока цилиндров и несколько компенсирует потерю прочности, вызванную наличием открытой рубашки охлаждения.
Двигатель 1ZZ FE – это длинноходный мотор, у которого ход поршня больше диаметра цилиндра. Такое решение позволило улучшить тягу на низких оборотах и уменьшить потерю тепла сквозь стенки камеры сгорания, объем которой уменьшен.
Интерес представляет также конструкция седел клапанов. При их изготовлении была использована технология лазерного напыления, что позволило не только уменьшить толщину седла, но и улучшить охлаждение клапанов.
Регулировка клапанов осуществляется с помощью регулировочных толкателей разной толщины, стаканы которых одновременно выполняют роль толкателя и шайбы. Привод газораспределительного механизма осуществляется однорядной роликовой цепью.
Приводной механизм включает в себя:
- выносной гидронатяжитель с храповым механизмом и пружиной преднатяга;
- специальную форсунку для смазки;
- башмак натяжителя;
- успокоитель.
Техническое обслуживание
Требования к техническому обслуживанию моторов концерна Toyota тех лет выпуска практически одинаковы и сводятся в основном к своевременному проведению таких процедур, как:
- замена моторного масла через каждые 10 000, а лучше после 5000 км пробега.
- регулировка зазоров клапанов газораспределительного механизма каждые 20 000 км.
- замена цепи привода механизма газораспределения каждые 150…200 тыс. км.
В полной мере это касается и двигателя 1ZZ EF, который относится к категории так называемых «одноразовых» силовых агрегатов. Капитальный ремонт этих моторов невозможен в принципе, так как перегильзовка гильз цилиндров производителем не предусмотрена. Это касается также и вкладышей коленчатого вала.
Неисправности
Двигатель 1ZZ EF достаточно хорошо известен отечественным автолюбителям. Поэтому его слабые места также хорошо изучены. Чаще всего встречаются неисправности, изложенные в таблице.
ДЕФЕКТЫ | ПРИЧИНЫ | КАК УСТРАНИТЬ |
---|---|---|
Шум и стук в двигателе 1zz fe. | Растянулась цепь привода газораспределительного механизма – может появиться после 150 тыс. км пробега. | 1. Заменить цепь. 2. Проверить и при необходимости заменить натяжитель и успокоитель цепи. |
Двигатель 1zz fe работает неустойчиво (плавают обороты). | Засорились: 1. Клапан холостого хода. 2. Блок дроссельной заслонки. | Промыть засорившиеся узлы. |
Большой расход моторного масла. | Износ маслосъемных колец. | 1. Поменять маслосъемные кольца на новые, выпущенные после 2005 года. 2. Довести объем моторного масла до 4,2 л. Примечание: раскоксовка колец дефект не устраняет. |
Сильная вибрация мотора. (характерная особенность мотора). | Может выйти из строя задняя подушка крепления двигателя. | Проверить и при необходимости заменить заднюю подушку крепления. |
Тюнинг
Существует несколько способов увеличения мощности двигателя 1ZZ FE:
- Наиболее эффективный способ увеличения мощности – установка компрессора Toyota SC14.
Кроме компрессора на мотор устанавливают интеркулер для охлаждения воздуха наддува; клапан Blow-off для стравливания воздуха при резком закрывания дроссельной заслонки; форсунки 440 сс; топливный насос Walbro 255 lph. Настроив соответствующим образом технические характеристики мотора при помощи Greddy E-manage Ultimate, можно выжать из него (без доработки штатной цилиндропоршневой группы) мощность порядка 200 л. с.
- Существует также способ, позволяющий довести мощность двигателя 1ZZ FE до 300 и более л. с.
Для этого необходимо: приобрести и установить на двигатель турбокит с турбиной Garrett GT284 (интеркулер, blow-off и пр.); форсунки 550/630 сс; топливный насос Walbro 255 lph; кованые шатуны; поршни под степень сжатия 8,5; организовать выхлоп на трубе 2,5 дюйма; заменить штатный блок управления силового агрегата на Apexi Power FC.
- Если владельцу японского автомобиля понадобится незначительно увеличить мощность двигателя 1ZZ FE (не более 30 л. с.), то ему будет достаточно: поменять штатные распределительные валы на Monkey Wrench Racing Stage 2 (фаза 272, подъем 10 мм); организовать прямоточный выхлоп с пауком 4-2-1; обеспечить подачу холодного воздуха.