Прямой впрыск Toyota

3S-FSE первый двигатель от Toyota, сделанный по технологии D-4. Выпущен в декабре 1996года, опоздав от Mitsubishi только на два месяца. Имел 4 циллиндра и отличался возможностью работы на особенно бедной смеси воздуха к топливу 50 к 1 и послойным впрыском. Первоначально устанавливался только на Corona Premio, а потом на Vista Ardeo и Nadia. В отличие от стандартного двигателя 3S-FE, 3S-FSE имел большую степень сжатия(более 10 к 1). Распыленное топливо смешивается с воздухом, который подается через вихревые отверстия в виде облака в районе свечи зажигания, где концентрация топлива близка к стехиометрической. В районе поршня смесь более бедная, что позволяет повысить степень сжатия по сравнению со стандартным двигателем и понизить детонацию. Также детонация сокращается охлаждение воздуха в момент подачи в камеру сгорания. Улучшается наполнение цилиндров поскольку смесь оседает на стенки поршня, который имеет вогнутую форму и поднимается обратно к клапанам. Топливо подается с помощью насоса ТНВД под давлением 120бар. Форсунки способны изменять форму распыла. На мощностном режиме он имеет коническую форму, в режиме обедненной смеси узкий факел, который направлен на верхнюю часть поршня, а потом перенаправлен вверх к свече зажигания. В режиме сгорания сверхбедной смеси топливо подается в конце такта сжатия. Как правило, это происходит при движении с постоянной скоростью. Заряд, оттолкнувшийся от поршня, собирается вокруг свечи и он достаточно обогащен для того, чтобы воспламениться. Работа в этом режиме сопровождается горением индикатора ECONO на инструментальной панели автомобиля. Режим однородной смеси реализуется при резком ускорении или при движении на высокой скорости. Топливо впрыскивается, однородно перемешиваясь с воздухом, как в обычном двигателе.

1AZ-FSE— второе поколение двигателей Toyota с технологией D-4. Имел объем два литра, размер поршня 86мм х 86мм и мощность 155лс. Он стал менее мощной версией мотора 2AZ, который устанавливался на минивэны Estima. В отличие от предыдущего поколения, новый двигатель имел сильно измененные формы верхней площадки поршня, камеры сгорания и инжекторов. Двигатель работал сот степенью сжатия 9,8 к 1. В новом поколении двигателей появились некоторые новые компоненты. Двигатель может работать в трех режимах: 1) Работа в однородном режиме, когда смесь находится на стехиометрическом уровне 12:1 при нормальной работе и 15:1 при работе на повышенной нагрузке, в холодном климате, при запуске. 2) слабый послойный режим, когда отношение топлива к воздуху равно от 15 к 1 до 30 к 1(на средних нагрузках). 3) послойная работа на обедненной смеси, когда отношение воздуха к топливу в диапазоне от 17 к 50 к 1 на низких нагрузках. При этом воздух конечно включает и газ рециркуляции. Топливо впрыскивается в конце такта сжатия в постойном режиме, в начале такта сжатия в однородном режиме и двойной впрыск происходит в режиме особо обеденной смеси. В старом двигателе 3S-FSE использовался принцип завихрения потока путем прохождения воздуха через особое отверстие для каждого цилиндра. В новом двигателе используется инертная динамика вихревого потока. Ключом ее является особая форма инжектора. Прорезь его сопла 0,72 х 015мм. Он организует плотную струю в отличие от конической в предыдущем двигателе. Давление впрыска постоянно в диапазоне 80-130бар. В старом двигателе инжектор крепился с помощью латунной гильзы, который прикручивался к головке блока цилиндров, что дорого и не надежно. В новом двигателе инжектор фиксируется кронштейном, О кольцом и тремя прокладками, которые также фиксируются кронштейнами. Также был изменен дизайн верхней площадки поршня и теперь представляет собой симметричный овал с машинной обработкой. Измененная геометрия позволяет более богатой смеси направляться к свече в послойном режиме при работе на ультра бедных смесях. Один из впускных портов имеет заслонку, которая теперь называется контрольный клапан потока. При работе в холодных условиях, в однородном режиме, когда топливо впрыскивается на впускном такте. Турбуленция потока воздуха, который выходит из одного впускного отверстия, улучшает процесс сгорания. Диафрагма, которая активируется вакуумом, открывает и закрывает контрольный клапан, которая является гораздо более простым элементом, чем ранее используемый электронный SCV. Новая технология привела к увеличению оборотистости почти в два раза и экономии топлива. Особая система контроля частиц NOx время от времени запускает двигатель для работы на обогащенной смеси для выжигания остатков сажи в катализаторе. Например, обогащение происходит каждые 1-2минуты при движении на стабильной скорости 60км/час.Система контроля выхлопа в 1AZ-FSE состоит из двух катализаторов, один сразу посте выпускного коллектора и второй для сбора NOx. Алюминиевый патрубок для рециркуляции прикреплен к впускному коллектору для впрыска газа через специальный распылитель в каждый цилиндр. Клапан рециркуляции контролируется электронно, а патрубок охлаждается жидкостью для охлаждения двигателя. Надо заметить, что двигатель 1AZ-FSE не дет какого-либо ощутимого преимущества в мощности по сравнению со стандартными 2AZ-FE/1AZ-FE, кроме как выйгрыша в экономии топлива.

1JZ-FSE, 2JZ-FSE представлены Toyota в 1999. Стали одними из самых распространенных двигателей 6-ти цилиндровых рядных двигателей от Тойота с двумя распредваласи и 24клапанами. Задумывались как продолжение технологии прямого впрыска D-4 двигателя 3S-FSE с учетом новых требований. Отличаются пониженным уровнем выхлопа и низким потребление топлива без потери мощности. 1JZ-FSE Имеет объем 2500литра и одинаковый блок с 1JZ-GE. Головка блока цилиндра имеет особую форму. В ней находятся контрольные впускные клапана для подачи воздуха, которые способны также завихрять поток внутри камеры сгорания для улучшения уровня сгорания смеси. Это позволяет двигателю работать на ультра бедной смеси с отношение воздуха к топливу от 20: 1 до 40: 1 в зависимости от рабочего цикла. Таким образом при использовании сравнительно чистого топлива возможно достичь экономии бензина на 20% по сравнению со стандартным двигателем. Это доказано тестированием в городском цикле в Японии. Уровень сжатия в двигателе достигает 11:1. Двигатель развивает мощность 147кВт, что соответствует и 1JZ-GE. 2JZ-FSE – трехлитровая версия 1JZ-FSE. Четвертым двигателем по технологии D-4. Нижняя часть аналогична 2JZ-GE с высотой и шириной поршня 86мм. Отличие только в объеме камеры сгорания и большей степени сжатия 11,3 к 1. Отношения воздуха к топливу варьируется от 20 к 1 до 40 к 1. Топливо подается в камеру сгорания на поздней стадии вращения распредвала, когда поршень практически находится в своей верхней части с помощью нового типа инжекторов. Топливо формирует стабильное облако около свечей зажигания. Одной из особенностей этой модели является возможность работы на обедненной смеси даже на высоких скоростях до 120км в час, что соответствует максимальной скорости на автобанах Японии. При этом, потребление топлива сокращается на 21% по сравнению со стандартной моделью двигателя. В условиях повышенных нагрузок, например, если нужна резкая акселерация, двигатель работает по стехиометрической схеме, когда топливо впрыскивается при поршне в нижней части камеры сгорания. Один из впускных каналов оборудован клапаном контроля потока. Он открывается и закрывается, улучшая заполнение цилиндра и уровень сгорания. При работе на низких оборотах и при небольшой нагрузке клапан полностью закрыт, поэтому воздух подается через один впускной канал только. Клапан контроля потока открывается полностью только на больших нагрузках или высокой скорости. Если в ранних типах двигателей завихрения воздуха были зависимы от особой спиралевидной формы и выступа двух впускных каналов для каждого цилиндра, которые находились сразу перед клапанами, то теперь завихрения создаются с помощью специального контрольного клапана. В работе на обедненной смеси, клапан закрывается и воздух проходит через спиралевидный канал. Смесь завихряется, оттолкнувшись от ассиметричной формы верхней площадки поршня и таким образом создает необходимую пропорцию у свечи зажигания. Впадины на поршне отличаются своей особенной глубиной от других типов двигателя с системой D-4. Топливной насос высокого давления плунжерного типа приводится в действие с помощью распредвала. Он генерирует давления в диапазоне 116-190бар. В двигателе также применяется новый тип инжектора. В нем одно отверстие с щелью 0,16мм только. Он создает струю конического типа, которая формирует стабильное облако вокруг свечи зажигания без применения турбуленции. В холодном двигателе топливо подается в уже заполненную камеру сгорания для повышения качества пуска двигателя. Выпускной распредвал приводится в действие с помощью ремня. Эта модель также оборудовалась системой VVT-i и развивала мощность 162кВт. Впускные и выпускные клапан наклонены под углом 22,6градусов, а в 2JZ-GE только под углом в 45градусов. Диаметр клапана 33,5мм для впускного и 28,0 мм для выпускного. Клапана поднимаются на уровень 6мм. Система всасывания включает в себя технологию акустического контроля всасывания с изменяемой длиной, для того, чтобы использовать пульсацию входящего воздуха для эффекта инерции всасывания.

2GR-FSE, 3GR-FSE, 4GR-FSE — четвертое поколение двигателей с системой D-4S появилось в 2003году и сочетает в себе симбиоз технологии прямого впрыска и традиционного впрыска. Серия представлена родственными тремя двигателями с объемом 3,5литра, 3,0литра и 2,5литра. Корпус двигателя сделан из легкого алюминиевого сплава, с двумя распредвалами на каждом блоке и 24клапанами. При разработке этого двигателя инженеры Toyota преследовали три цели:
1) Больше мощности при соблюдении лимита выхлопа
2) Большая оборотистость
3) Особый звук работающего мотора, характерный для Lexus.
Двигатель 2GR-FSE отличается от базового 3GR-FSE не только увеличенной на 500см3 камерой сгорания, но и наличием технологии D-4S, которая не используется в 3GR/4GR-FSE, и представляет собой наличие двух инжекторов для каждого цилиндра. Один для прямого впрыска, а второй для традиционного с внешней стороны впускных клапанов. Инжектор также отличается от 3GR/4GR-FSE. Он имеет возможность впрыскивать так называемый двойной вееровидный поток топлива. Наконечник инжектора имеет два V образных отверстия 0,13х0,52мм и выпускает две струи одновременно в камеру сгорания. Это позволяет достигнуть оптимальной однородности смеси и воздушно-топливного тумана. Инжектор располагается вертикально оси двигателя. Он был специально разработан для ультра обедненной смеси, но в дальнейшем его пришлось использовать и для стехиометрического впрыска. Дизайн двигателя был разработан с помощью компаний Denso и Yamaha. Последняя сыграла решающую роль в разработке системы прямого впрыска. Кроме того, двигатель оборудован системой традиционного впрыска. Инжектор имеет 12отверстий с диметром 0,19мм и разработан Denso. Он крепится выше клапанов в канале подачи воздуха. Топливо подается в канал на такте расширения перед тем, как клапана откроются на впускном такте и однородная смесь попадает в двигатель. На конечном этапе такте сжатия инжектор в камере сгорания делает впрыск на поршень и создает многослойную смесь с отношением воздуха к топливу как 15 к 1. Свеча зажигания, расположенная по центру, воспламеняет более обогащенную, когда поршень находится на такте расширения. Этот процесс сгорания замедляет зажигание без влияние на плавность работы двигателя, повышаю температуру сгорания для того, чтобы очистить катализатор. Стехиометрический прямой впрыск позволяет двигателю работать на низких температурах горения, использую эффект распыления, улучшает эффективность, снижает детонацию и обеспечивает степень сжатия 11,8 к 1. Канавка на верхней площадке поршня имеет глубину 5мм и создана для помощи работе двигателя на многослойной смеси. Ее форма запатентована и призвана сделать так, чтобы все слои двигатели к свече с одинаковой скоростью. С одной стороны использование прямого впрыска приводит к тому, что при работе двигателя на 1200 оборотах в минуту и средней нагрузке в 60% топливо собирается в ком, поскольку вес топлива больше и это замедляет движение поршня, увеличивает время сгорания и таким образом ограничивает оборотистость. Если добавить 30-40% топлива из прямого впрыска и остальное подать традиционно, то это значительно увеличит поток газа и оборотистость двигателя. Уровень впрыска постоянно изменяется между инжекторами, например, 30% к 40% и может быть увеличен до 50-60%. На высоких оборотах используется только прямой впрыск. 3GR-FSE отличается наличием двойным контролем потока воздуха прямого потока и посредством клапана, который создает завихрения воздуха. Эта система не используется на 2GR-FSE и называется SCV(Swirl Control Valve). Когда двигатель работает на низких оборотах, то клапан закрыт. Используется второй канал, где воздух подается свободно с большей скоростью. На больших оборотах клапан открывается и воздух подается через два порта, это увеличивает его количество и формирует завихряющийся вертикальный поток для лучшего смешивания воздуха и топлива. Топливо подается в двигатель через рампу, в которой аккумулируется давление. Рампа имеет пружинку, которая предотвращает движение инжектора под влиянием давления сгорания при запуске двигателя, когда давление низкое. На одном конце рампы находится выпускной клапан, который возвращает топливо в обратку, если давлении превышает 150бар. Инжектор имеет одно отверстие и гарантирует стабильный веерообразный распыл. Его распылитель покрыт специальным составом против нагара. Тефлоновая прокладка изолирует инжектор от головки блока цилиндров, а также сокращает его вибрацию. Ускоритель топлива(EDU-Electronic Driver Unit) заставляет работать инжектора на высокой скорости и точно дозировать топливо. Двигатель также оборудован инжектором для холодного старта. Он имеет два отверстия одно за другим и находится в канистре адсорбера впускного коллектора и впрыскивает топливо в условиях холодной температуры. Двигатель 4GR-FSE аналогичен 3GR-FSE, но имеет меньший на 500см3 объем и меньшую мощность - только 205лс.

1UR-FSE, 2UR-FSE Самый большой по объему двигатель Toyota с системой прямого впрыска. Выпущен в 2006году. Двигатели оснащены системой D-4S, 32 клапанами и 8-ю цилиндрами в блоках V образной формы. Блок двигателя и головка блока выполнены из алюминия, а верхняя часть цилиндров покрыта сплавом магнезия. Сила сжатия в двигателе достигает 11,8 к 1, а система двойных инжекторов раздельную подачу топлива. Для инжектора внутри камеры сгорания топливо подается под большим давлением и под обычным давлением в инжектор во впускном канале. В целом, конструкция двигателя идентична 2GR-FSE.


3S-FSE 2000cc — Corona, Nadia, Premio, Vista Ardeo
1AZ-FSE 2000cc — Opa, Rav 4, Caldina, Isis, Noa/Voxy, Gaia, Wish, Avensis, Allion, Premio
1JZ-FSE 2500сс — Mark II, Verossa, Previs, Progres, Crown
2JZ-FSE 3000сс — Crown, Previs
2GR-FSE V6 3500cc — GS350, GS450h, GS430, IS350, Crown Athlete
3GR-FSE V6 3000cc — Crown Royal, Mark X, GS300
4GR-FSE V6 2500cc — Crown Royal, IS250, Mark X, GS
1UR-FSE V8 4600cc — Lexus GS460, CS460, LS460, LS460L
2UR-FSE V8 5000cc — LS 600h, LS600h L