Двигатель Toyota 2.4 2AZ-FE: проблемы и особенности.


Двигатели серии AZ появились на автомобилях Toyota с 2000 года - они постепенно заменили легендарные моторы серии S и в течение десяти лет оставались основными "среднеобъемниками" компании. Устанавливались на большое количество исходно-переднеприводных моделей классов "C", "D", "E", вэнов, средне- и полноразмерных паркетников.

Двигатель Рабочий объем, см3 Диаметр цилиндра x Ход поршня, мм Степень сжатия Мощность, л.с. Крутящий момент, Нм RON Масса, кг EMS Стандарт Модель Год
1AZ-FE 1998 86.0 x 86.0 9.8 147 / 6000 192 / 4000 95 117 EFI-L EEC AZT250 2003
9.8 152 / 6000 194 / 4000 95 131 EFI-L EEC ACA30 2006
9.5 137 / 5600 190 / 4000 95 112 LG EEC AZT250 2003
1AZ-FSE 1998 86.0 x 86.0 9.8 152 / 6000 200 / 4000 91 - D-4 JIS AZT240 2000
10.5 155 / 6000 192 / 4000 91 - D-4 JIS AZT240 2004
11.0 147 / 5700 196 / 4000 95 124 D-4 EEC AZT250 2003
11.0 149 / 5700 200 / 4000 95 - D-4 EEC AZT220 2000
2AZ-FE 2362 88.5 x 96.0 9.6 160 / 5600 221 / 4000 91 - EFI-L JIS ACM21 2002
9.8 170 / 6000 224 / 4000 91 138 EFI-L JIS ANH20 2008
2AZ-FSE 2362 88.5 x 96.0 11.0 163 / 5800 230 / 3800 95 - D-4 JIS AZT250 2006
2AZ-FXE 2362 88.5 x 96.0 12.5 131 / 5600 190 / 4000 91 - EFI-L JIS ATH10 2007
12.5 150 / 6000 190 / 4000 91 - EFI-L JIS AHR20 2009
3AZ-FXE 2362 88.5 x 96.0 12.5 150 / 6000 187 / 4400 - - EFI-L CHN AHV40 2010

 

2AZ-FE (2.4 EFI)


2AZ-FE - поперечного расположения, с распределенным впрыском, для исходно-переднеприводных легковых автомобилей, вэнов и паркетников. Устанавливался на модели: Alphard 10..20, Avensis Verso 20, Blade 150, Camry 30..40, Corolla/Matrix 140, ES 40, Estima 30/40..50, Harrier 10..30, Highlander 20, Ipsum 20, Kluger, Mark X Zio, Previa 30..50, RAV4 20..30, Rukus 150, Scion TC 10, Solara 20..30, Vanguard 30.
В начале 2010-х постепенно замещался двигателями серий ZR и AR.

Модификации:
- 2AZ-FXE - с распределенным впрыском, для исходно-переднеприводных легковых автомобилей с гибридной силовой установкой (Alphard Hybrid 20, Camry Hybrid 40, Estima Hybrid 10..20, HS250h, Previa Hybrid 20, SAI).
- 3AZ-FXE - для легковых автомобилей с гибридной силовой установкой (Camry Hybrid 40 CHN).

Блок цилиндров

В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров с тонкостенными чугунными гильзами и 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 картер, выполняющий роль верхней части масляного поддона и повышающий жесткость конструкции.

Кованый стальной коленчатый вал с 5-ю шейками и 8-ю противовесами удерживается отдельными крышками коренных подшипников. Ось коленчатого вала была смещена на 10 мм относительно линии осей цилиндров (дезаксаж), что позволило снизить боковую составляющую силы, воздействующей со стороны поршня на цилиндр, и уменьшить износ.


Как принято на тойотовских "четверках" рабочим объемом более двух литров - непосредственно от коленчатого вала приводится балансирный механизм с полимерными (для уменьшения шумности) шестернями. К сожалению, кроме улучшения комфорта, он создает еще одно потенциально слабое место механической части двигателя.


Поршни - легкосплавные, с умеренно облегченной юбкой, на которую нанесено антифрикционное полимерное покрытие. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.


На тип '2006 в рубашке охлаждения появилась проставка, благодаря которой охлаждающая жидкость более интенсивно циркулирует в зоне верхней части цилиндров, что улучшает теплоотвод и способствует более равномерному термонагружению.

 

Головка блока цилиндров

Головка блока традиционной конструкции, с близким к вертикали направлением впускных портов (для улучшения наполнения цилиндров) и посадочными отверстиями под форсунки распределенного впрыска. Крышка головки отливается из магниевого сплава.

 

Привод ГРМ

Газораспределительный механизм - 16-клапанный DOHC, привод осуществляется однорядной роликовой цепью (шаг звеньев 8 мм), для натяжения цепи используется гидронатяжитель с храповым механизмом, для смазки - отдельная масляная форсунка.


На распределительном валу впускных клапанов установлена звездочка привода VVT (системы изменения фаз газораспределения), предел изменения фаз - 50° (тип '2006 - 40°). Отдельное описание принципов работы системы Toyota VVT-i приведено по ссылке

Зазор в приводе клапанов регулируется при помощи набора толкателей, без использования шайб или гидрокомпенсаторов. Поэтому от ставшей чрезмерно сложной и дорогой процедуры регулировки владельцы, как правило, воздерживаются.
.


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


Масляный насос трохоидного типа установлен в картере и приводится от коленчатого вала дополнительной цепью. С одной стороны, это увеличило количество подвижных деталей, с другой - улучшились условия прокачивания масла после запуска при низких температурах.


В блоке находятся масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.


Масляный фильтр расположен вертикально под двигателем, отверстием вверх.

Охлаждение

Система охлаждения классическая для моторов "третьей волны": привод помпы от общего ремня привода навесных агрегатов, "холодный" (80-84°C) механический термостат, обогрев корпуса дроссельной заслонки, ступенчатое управление ECM'ом вентиляторами радиатора через реле (без выключателя по температуре ОЖ).

 

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.


На некоторых моделях в глушителе находится механический клапан, регулирующий поток отработавших газов. При низкой частоте вращения закрытый клапан способствует снижению шума, при высоких оборотах он открывается, уменьшая противодавление на выпуске.

 

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).


Топливная система - без линии возврата, с встроенным в модуль насоса регулятором давления и топливным фильтром, давление подачи - около 325 кПа. Демпфер пульсаций давления внешний, установлен на алюминиевом топливном коллекторе. Соединения топливных линий выполнены быстроразъемными.


Форсунки с многоточечным распылителем оптимизированы для мелкодисперсного рассеивания топлива.


Система управления - "L-type SFI" по тойотовской классификации, с датчиком массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", который совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске. Требования к октановому числу для 2AZ-FE адекватные - RON 91 / Regular.


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.


Вариантов установки кислородных датчиков и широкодиапазонных датчиков состава смеси (AFS) за время выпуска существовало довольно много:


- 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...


С тип '2006 получили распространение AFS "плоского" (planar) типа (преимущество по сравнению с традиционным колпачковым - быстрый прогрев за счет эффективного нагревателя).


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.

 

Электрооборудование

Система зажигания - DIS-4 (отдельная катушка зажигания со встроенным коммутатором на каждый цилиндр). Свечи зажигания (Denso SK20R11, NGK IFR6A11) с центральным электродом из иридиевого сплава.


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).

Модификация блоков с вроде бы небольшим увеличением длины резьбы определенно произвела эффект - если "срыв головки" для автомобилей 2000-2006(7) гг. был только вопросом времени, то для машин последующих лет этот дефект стал уже нехарактерным.


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.

• Что же касается постепенного увеличения расхода масла с "возрастом" (условно - на второй сотне тысяч пробега и далее), то здесь серия AZ не слишком отличается от классических тойотовских двигателей. 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 до литра и более). При более заметном или растущем угаре вопрос зачастую может быть решен переборкой двигателя с заменой поршневых колец и маслосъемных колачков (нельзя только забывать о проверке геометрии блока - именно на AZ отмечались случаи ухода не имеющих признаков выработки цилиндров на эллипс).

 

 

Оригинал статьи: http://toyota-club.net/files/faq/04-11-20_faq_az.htm