Двигатель 2GR-FE характеристики, схемы, описание

Всем привет!

Все периодически сталкиваются с необходимостью обслуживания мотора своего авто, да и при покупке оного приходится обращать внимание на некоторые, а порой и очень важные моменты в конструкции мотора, как в нашем случае (трубки), а так же возникающий интерес к нераскрытым возможностям мотора и что можно сделать как некий улучшайзинг. Ну и конечно же не забываем за интерес просто для своего развития.

Уже давно нахожу разного рода статьи на различных форумах и если что вкусное, то это сразу оседает в моих архивах. Вот и сейчас, когда пришло время очередным изменениям, вспомнил за ознакомительный справочник по нашему мотору 2GR-FE. С удовольствием делюсь и уверен что будет полезным не только новичкам… статья не несёт технической нагрузки в смысле как для слесарей СТО, но как для общего понимания будет самое оно!

Двигатели серии GR впервые были представлены в 2003 году на внутреннем японском рынке. Со временем они заменили V-образные шестерки предыдущих серий MZ и VZ, а также легендарные рядные шестерки серий G и JZ. В начале 2010-х устанавливались на модели самых различных классов и компоновок — "C", "D", "E", вэны, средне- и полноразмерные паркетники, средние и тяжелые джипы и пикапы. Поскольку их сложно отнести к "народным" моторам, то определенный академический интерес они представляют только своим многообразием.

2GR-FE (3.5 EFI DVVT) — поперечного расположения, с распределенным впрыском. Устанавливался на модели: Alphard 20, Avalon 30.40, Aurion 40, Blade, Camry 40.50, ES 40.60, Estima 50, Harrier 30, Highlander 40, Mark X Zio, Previa 50, RAV4 30, RX 30.L10, Sienna 20.30, Vanguard, Venza, Lotus Evora.

2GR-FE (3.5 EFI)

Блок цилиндров

В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) блок цилиндров с чугунными гильзами и открытой рубашкой охлаждения, угол развала цилиндров составляет 60°. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. В перемычке между цилиндрами выполнены наклонные каналы для охлаждающей жидкости, проставка в рубашке охлаждения на 2GR-FE отсутствует. Капитальный ремонт двигателя производителем не предусматривается по определению.

К блоку крепится масляный поддон, состоящий из массивной легкосплавной верхней части (дополнительно соединенной с трансмиссией для жесткости) и штампованной стальной нижней части.

Кованый стальной коленчатый вал с 4-я шейками и 5-ю противовесами удерживается отдельными крышками коренных подшипников, каждая из которых крепится четырьмя основными болтами, а еще двумя боковыми притягивается с обеих сторон к блоку цилиндров для максимальной жесткости конструкции.

Поршни — легкосплавные, компактные T-образные, с рудиментарной юбкой, одного размера и одинаковые для обоих полублоков (в отличие от серии MZ). Канавка верхнего компрессионного кольца имеет алюмитовое покрытие, на юбку нанесено антифрикционное полимерное покрытие. Тонкие кольца получили защитные покрытия: верхнее компрессионное — методом электровакуумного напыления, нижнее — антикоррозионное, маслосъемное — методом газового азотирования. Поршни соединяются с шатунами полностью плавающими пальцами.

Головка блока цилиндров

Распределительные валы устанавливаются в отдельный корпус, который затем монтируется на головку блока — это упрощает конструкцию и технологию обработки собственно ГБЦ. Впускные каналы спаренные, для улучшения газодинамических характеристик их диаметр уменьшается к камере сгорания.
В приводе клапанов используются гидрокомпенсаторы клапанных зазоров и роликовые толкатели/рокеры. В легкосплавных клапанных крышках проложены магистрали подвода масла к рокерам.

Привод ГРМ

Привод газораспределительного механизма двухступенчатый. От коленчатого вала длинной однорядной роликовой цепью (шаг 9.525 мм) приводятся распредвалы впускных клапанов, а от них короткими цепями приводятся выпускные распредвалы. Гидронатяжитель первичной цепи — со стопорным механизмом, пружиной и обратным клапаном, гидронатяжители вторичных цепей не имеют храповиков, но также усилены пружинами. Смазка цепей — с помощью отдельных масляных форсунок.

Кулачки распределительных валов — с вогнутым профилем (благодаря этому увеличивается подъем клапана в начале и в конце фазы открытия, что улучшает наполнение).

Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT — Dual Variable Valve Timing). Фазы изменяются в пределах 40° для впуска и 35° для выпуска. В приводе VVT выпускного вала установлена вспомогательная пружина, которая прикладывает к ротору момент в сторону опережения, смещая его для надежной фиксации стопорным штифтом при остановке двигателя.

В литую крышку цепи привода ГРМ встроены насос охлаждающей жидкости и масляный насос, соответственно, через крышку проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.

Смазка

Шестеренный масляный насос циклоидного типа установлен в крышке цепи привода ГРМ и приводится непосредственно от коленчатого вала, излишек масла не сбрасывается в поддон, а поступает обратно на вход насоса. В блоке установлены масляные форсунки охлаждения и смазки поршней.

Масляный фильтр — "экономичный" разборный со сменными картриджами, нижнего расположения (корпус встроен в верхнюю часть поддона).

Охлаждение

Система охлаждения классическая: привод помпы (установлена в крышке цепи привода ГРМ) от общего ремня привода навесных агрегатов, крыльчатка помпы — из нержавеющей стали, "холодный" (80-84°C) механический термостат. Корпус дроссельной заслонки обогревается жидкостью для противодействия обмерзанию. На отдельных версиях жидкостное охлаждение используется в маслоохладителе.

Для управления электровентиляторами применяется отдельный блок управления, который позволяет регулировать скорость в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, давления хладагента кондиционера, скорости автомобиля и частоты вращения коленвала.

Впуск и выпуск

В верхней части впускного коллектора установлены заслонки системы ACIS с электроприводом, изменяющие эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При низкой и средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт, и эффективная длина впускного коллектора увеличивается, в других диапазонах клапан открыт и эффективная длина коллектора минимальна.

На впуске используется пневмопривод AICV, перекрывающий один из двух каналов между воздухозаборником и фильтром. При низкой и средней частоте вращения клапан перекрывает один из каналов, воздух проходит к фильтру через отверстие меньшего размера, что помогает резонатору снизить шум на впуске. На высоких оборотах и при значительном открытии дроссельной заслонки оба канала открываются, повышая эффективность впуска.

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 — распределенный. В нормальных условиях — секвентальный, один раз за цикл для каждого цилиндра, при низкой температуре и малых оборотах может выполняться групповой впрыск. Топливная магистраль — без линии возврата, демпфер пульсаций давления — внешний на топливном коллекторе (на некоторых версиях дополнительный демпфер может устанавливаться в магистрали перед трубкой подвода топлива к коллектору), сам коллектор изготовлен из пластика. Скорость топливного насоса регулируется ЭБУ с помощью резистора и реле. Адсорбер системы улавливания паров топлива (EVAP) установлен около топливного бака.

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

Датчик положения педали акселератора — бесконтактный двухканальный, на эффекте Холла. Датчики положения распредвалов — магниторезистивные (в отличие от индуктивных обеспечивают на выходе цифровой сигнал и исправно работают при низкой частоте вращения). Датчики детонации — плоские широкополосные пьезоэлектрические, установлены на каждом полублоке в зоне среднего цилиндра. Датчик массового расхода воздуха (MAF) типа "hot wire", совмещен с датчиком температуры воздуха на впуске. Первый кислородный датчик для каждого полублока — планарный (плоский) датчик состава смеси (AFS), датчик за катализатором — обычный кислородный.

Для снижения вибраций на 2GR-FE используется активная передняя опора двигателя (функционирует при частоте вращения менее 900 об/мин). Электропневмоклапан по команде блока подает разрежение к опоре, изменяя давление в воздушной камере. Диафрагма вибрирует и через жидкость передает вибрацию на резиновую часть. Вибрация опоры компенсирует вибрацию двигателя на холостом ходу. Создание нужной частоты вибраций регулируется подбором жиклеров и отводным вакуумным шлангом.

Электрооборудование

Система зажигания — DIS-6 (отдельная катушка зажигания на каждый цилиндр). Свечи зажигания "иридиевые" (Denso FK20HR11 — центральный электрод из иридиевого сплава, платиновый контакт на боковом электроде), с удлиненной резьбовой частью (благодаря этому можно расширить канал охлаждения в головке и улучшить теплоотвод).

Генератор — с двойной сегментной обмоткой и обгонной муфтой в шкиве (ток отдачи 100/130А). Двойная обмотка (два набора трехфазных обмоток со сдвигом в 30°) позволяет снизить электрические помехи и уменьшить шум при увеличении нагрузки на генератора. Обгонная муфта с пружиной, расположенная между внутренней и внешней частями шкива, передает крутящий момент только в направлении вращения коленвала, снижая нагрузку на приводной ремень.

Стартер — нового образца (мощностью 1.7 кВт), с планетарным редуктором и сегментной обмоткой якоря, вместо обмотки возбуждения устанавливаются постоянные и интерполяционные магниты.

Привод навесных агрегатов — единым ремнем, с автоматическим пружинным натяжителем.

⚠️ Практика

Из опыта эксплуатации и данных производителя можно выделить ряд характерных неисправностей 2GR-FE.

• Разрыв резиновой секции масляной трубки (модификация до 2008, номер 15707-3101#), который приводил к быстрой потере масла с возможным повреждением двигателя. Поскольку дефект представлял угрозу безопасности, то подпадал под отзывную кампанию и трубки старого образца заменялись новыми цельнометаллическими. www.drive2.ru/l/532961874359091775/

Следует отметить, что в случаях, когда разрыв трубки происходил на ходу и потеря масла определялась только по включению индикатора аварийного давления, двигатель успевал некоторое время проработать в условиях масляного голодания, что впоследствии приводило к серьезным механическим проблемам — провороту шатунных вкладышей, повреждению постелей распредвалов и т.п. Это обстоятельство стоит учитывать для любых автомобилей c 2GR-FE, выпущенных с завода с трубкой старого образца — поскольку история эксплуатации и обстоятельства возможных замен неизвестны, то все они относятся к группе риска.

• Как и на всех современных тойотовских двигателях — стандартная проблема с течью и шумом насоса охлаждающей жидкости, который проще сразу относить к расходникам.
• Выход из строя катушек зажигания (до 2010, 90919-02251) — производителем предписывалась гарантийная замена на катушки нового образца.
• Шум в области крышки головки при запуске и возможные ошибки, относящиеся к фазам газораспределения — производителем предписывалась сложная процедура замены элементов ГРМ от звездочек до распредвалов и постелей в сборе. Проблемы со звездочками VVT оказались характерны практически для всей серии GR.
• Ошибки, связанные с управляющими клапанами VVT (до 2011) — предписывалась гарантийная замена неисправных клапанов.
• Проблемы и ошибки по системе управления частотой вращения холостого хода (до 2010) — предписывалась гарантийная замена корпуса дроссельной заслонки в сборе.
• Неисправность обгонной муфты в шкиве генератора (до 2012) — установка новых шкивов (общая болезнь всей серии GR).
• Течь шлангов маслоохладителя (до 2012, 15767-31010). www.drive2.ru/l/540983911195346909/

• Течь масла по стыкам ГБЦ (до 2007) — замена корпусов распределительных валов на модифицированные.
• Проблемы с повторным запуском при низких температурах (некоторые модели до 2013) — замена монтажного блока.
• Проблемы с резистором топливного насоса (некоторые модели до 2007).

Косвенные недостатки, не связанные с надежностью двигателя:
• Как и для большинства моделей с поперечным расположением силового агрегата, слишком высокая отдача двигателя оборачивается снижением ресурса трансмиссии (как в случае пресловутой коробки U660).
• При поперечной компоновке доступ к V-образному двигателю ощутимо затруднен, для множества операций требуется подразборка "впуска", зоны щита моторного отсека, а у некоторых моделей — и вывешивание двигателя.

Вот такой он наш 2GR-FE мотор в общих чертах…

Всем бобра!)