Двигатель Toyota 2ZR-FE/FAE/FXE: описание, тюнинг, проблемы

Toyota 2ZR-FE, а также его варианты – FAE и FXE, являются заметными представителями престижной линейки 4-цилиндровых двигателей Toyota, занимающих выдающееся положение в современной автомобильной индустрии. Дебютировав в 2007 году в качестве замены заурядного агрегата 1ZZ-FE, семейство двигателей 2ZR было задумано и реализовано с акцентом на долговечность и оперативную эффективность.

Предполагалось, что внедрение двигателя 2ZR-FE в ряд влиятельных моделей Toyota, включая Prius, Corolla и Matrix, укрепит звание марки как лидера надежности в сфере автомобильного производства. И 1,8-литровый рядный 4-цилиндровый агрегат справился с этой задачей на все сто.

Не смотря на признание Toyota 2ZR-FE одним из самых надежных двигателей на рынке, он не избавлен от определенных недостатков. В данной статье мы тщательно исследуем его структуру, выявим распространенные неисправности, рассмотрим важные характеристики и оценимобщую надежность данного агрегата.

История разработки двигателя

Впервые этот японский агрегат с серийным номером 2ZR-FE и 16 клапанами был представлен широкой общественности в 2006 году на автомобильной выставке в Токио. Рождение этой инновационной и высокоэкономичной силовой установки было произведено инженерами автоконцерна “Тойота-Лексус” с чистого листа. Начав свой путь с белого листа, японские инженеры создали двигатель, который предназначался для новой линейки автомобилей Toyota.

Изначально планировалось, что данная серия двигателей будет ориентирована на внутренний японский рынок. Однако с течением времени компания решила отойти от этой идеи, осознав важность этого агрегата и за его пределами. С началом 2007 года двигатель 2ZR-FE начал свой путь в массовое производство, и это производство продолжается и по сей день.

Обзор агрегата

Toyota 2ZR-FE представляет собой неоспоримый пример рядных четырехцилиндровых двигателей от Toyota. Возникновение данного агрегата пришлось на 2007 год, когда он был призван вытеснить непопулярный 1ZZ. Основанный на алюминиевом блоке и алюминиевой головке блока цилиндров, этот двигатель обладает длинноходной конструкцией, где ход поршня составляет 88,3 мм, а диаметр гильзы – 80,5 мм. Благодаря применению легкого сплава, вес агрегата ограничивается 97 килограммами, что способствует его эффективной динамике.

Уникальной чертой 2ZR-FE является его длинноходная архитектура, которая обеспечивает не только высокую экономичность, но и превосходную тягу на низких оборотах. На каждом распредвалу расположено по два фазовращателя, обеспечивающих более эффективное управление газораспределением. Привод газораспределительного механизма реализован через цепь, что дополняет надежность и долговечность данного двигателя.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) организована по принципу DOHC (двойной верхний распределительный вал) и снабжена 16 клапанами – по четыре на каждый из цилиндров. Гидрокомпенсаторы служат для регулировки зазоров клапанов, что гарантирует адекватное функционирование двигателя, особенно при использовании качественного масла.

Основные технические характеристики двигателя 2ZR-FE

Двигатель 2ZR-FE поражает своими впечатляющими техническими характеристиками. Особенностью его конструкции является простота, что обеспечивает возможность самостоятельного ремонта и обслуживания. Но это лишь вершина айсберга, так как мотор за всю свою историю производства подвергался множеству доработок и модификаций.

Параметр	Значение
Точный объем	1798 см³
Система питания	Инжектор MPI
Мощность двс	140 – 150 л.с.
Крутящий момент	170 – 175 Нм
Блок цилиндров	Алюминиевый R4
Головка блока	Алюминиевая 16v
Диаметр цилиндра	80.5 мм
Ход поршня	88.3 мм
Степень сжатия	10.5
Особенности двс	Valvematic
Гидрокомпенсаторы	Да
Привод ГРМ	Цепь
Фазорегулятор	Dual VVT-i
Турбонаддув	Нет
Масло	4.2 литра 5W-20
Тип топлива	Бензин АИ-95
Экологический класс	ЕВРО 4/5
Примерный ресурс	250 000 км

На какие модели авто устанавливался

Модель	Годы производства
Toyota Auris 1 (E150)	2009 – 2012
Toyota Auris 2 (E180)	2012 – 2018
Toyota Avensis 3 (T270)	2009 – н.в.
Toyota Verso R20	2009 – н.в.
Toyota Corolla E170	2013 – н.в.
Toyota Wish 2 (AE20)	2009 – 2017
Toyota Ist 2 (XP110)	2007 – 2016
Toyota Allion 2 (T260)	2007 – н.в.
Toyota Corolla Rumion 1	2007 – 2015
Scion iM E180	2014 – н.в.

Модификации мотора

• 2ZR-FE — является базовой версией двигателя, оснащенной системой Dual-VVTi (переменное управление фазами газораспределения) для оптимизации работы мотора. Степень сжатия составляет 10, мощность двигателя варьируется в диапазоне от 128 до 134 л.с.
• 2ZR-FAE — в данной модификации используется система регулирования высоты подъема клапанов Valvematic, что обеспечивает более точное управление впускным и выпускным клапанами. Степень сжатия повышена до 10.5, что способствует более эффективному сгоранию топливо-воздушной смеси. Мощность двигателя 2ZR-FAE, зависит от конкретной модели автомобиля, и варьируется в пределах от 143 до 150 л.с.
• 2ZR-FXE — представляет собой вариант для гибридных автомобилей, работающий по циклу Аткинсона. Он оптимизирован для совместной работы с электромоторами. Степень сжатия повышена до 13, что характерно для моторов, использующих цикл Аткинсона. Мощность этой модификации составляет 98 л.с. и она применяется в автомобилях, таких как Toyota Prius, Lexus CT 200h и Toyota Auris.

Расход топлива

Если вы интересуетесь экономичностью и реальными цифрами расхода топлива, то предоставленные ниже данные вам пригодятся. В таблице приведены справочные показатели расхода топлива для двигателя Toyota 2ZR-FE 1.8 MPI с системой фазорегуляции Dual VVT-i в различных сценариях движения: городском, загородном и смешанном. Эти данные основаны на паспортных параметрах модели Toyota Corolla с кузовом E180 выпуска 2019 года, снабженной бесступенчатым вариатором CVT.

Формат передвижения	Расход топлива (л/100 км)
Городской	8,3
Загородный	5,3
Смешанный	6,4

Какое масло лить?

Правильный выбор моторного масла является залогом надежной работы двигателя 2ZR-FE. Этот агрегат требует определенного класса масел и спецификаций, чтобы обеспечивать оптимальное смазывание и защиту.

Среди масел, которые можно использовать, следует выделить:

• Idemitsu Zepro Eco Medalist 0W-20
• Ravenol 0W-20
• Idemitsu Zepro 0W20 SN/GF-5
• Лукойл Genesis Glidetech 5W-30

Важно учесть, что объем масла, необходимый для данного двигателя, составляет 4.2 литра.

Конструкция двигателя 2ZR-FE

Двигатель 2ZR-FE представляет собой последнюю эволюцию японских моторов Toyota, входящих в серию ZR. Прототипом для данной серии является первое поколение двигателя — 1ZR-FE. Схема конструкции осталась общей, позволяя внести улучшения в последующих поколениях. Этот двигатель был построен по проверенной схеме, однако для получения 2ZR-FE были внесены изменения, способствующие увеличению объема и мощности.

Одной из ключевых модификаций было увеличение высоты блока цилиндров и изменение кривошипа коленчатого вала. Такой подход позволил увеличить ход поршня на почти 10 мм. Эти изменения привели к увеличению объема двигателя с 1.6 л до 1.8 л в базовой версии, что в свою очередь дало дополнительные 20 л.с. мощности по сравнению с предшествующим 1.6-литровым вариантом.

Основные черты конструкции двигателя 2ZR-FE остаются схожими с предшествующими поколениями. В арсенале мотора по-прежнему алюминиевый блок цилиндров и алюминиевая головка блока с двойным распределительным валом (DOHC). Механизм газораспределения организован с помощью однорядной металлической цепи, обеспечиваемой роликами и натяжителем. Важно отметить, что на каждом распределительном валу установлен фазорегулятор, что обеспечивает более точное управление газораспределением.

Блок цилиндров

Блок цилиндров двигателя 2ZR-FE отличается особой проработанностью и инновационными подходами. Выполненный из легкого и прочного алюминиевого сплава, этот блок представляет собой искусное сочетание прочности и эффективности. Гильзованный блок имеет открытую рубашку охлаждения, что способствует оптимальному теплообмену и равномерному распределению температуры.

Гильзы вплавлены напрямую в корпус блока, а специальная шероховатая поверхность гильз и гнёзд блока создает крепкое соединение материалов, способствуя эффективному теплоотводу. Расстояние между стенками цилиндров минимальное — всего 7 мм. Это позволяет достичь более эффективного процесса сгорания и снизить потери из-за теплоотдачи.

Интересный факт состоит в том, что изначально блок цилиндров не предполагал проведение капитального ремонта. Это подразумевало, что ремонтных размеров поршневой группы не было запланировано. Тем не менее, некоторые умельцы находили способы провести расточку цилиндров и использовать ремонтные размеры поршней от других двигателей. Однако, такие восстановленные моторы уже имеют ограниченные возможности для вхождения в торговую марку Toyota.

Кривошипно-шатунный механизм

Внутри блока цилиндров размещаются пять опор для установки коленчатого вала. Эти опоры позиционированы с небольшим смещением, так что продольная ось коленвала не пересекается с осями цилиндров. Это смещение составляет восемь миллиметров. Такая уникальная компоновка позволяет снизить нагрузку на стенки гильз и поршней в момент максимального давления в цилиндрах. Доказанная эффективность этого расположения была подтверждена на опытных силовых агрегатах серии AZ и NZ.

Соединение между шатунами и поршнями осуществляется плавающими пальцами. Осевое смещение поршневых пальцев контролируется стопорными кольцами. Этот детально продуманный кривошипно-шатунный механизм обеспечивает оптимальную работу и надежность двигателя 2ZR-FE, дополняя его инновационной исключительностью и выдающимися характеристиками.

ГБЦ и газораспределительный механизм

Головка блока цилиндров (ГБЦ) двигателя 2ZR-FE является воплощением инновационных решений и технической утонченности. Изготовлена она из легкого алюминиевого сплава, что придает ей оптимальное сочетание прочности и веса. Однако, на момент создания моторов серии ZR, особенностей ГБЦ оказалось немало.

Одним из них является использование новой методики установки распределительных валов. Здесь валы газораспределения устанавливаются в специальные корпуса, которые, в свою очередь, монтируются в головку блока. Этот подход существенно упростило конструкцию ГБЦ и сократило сложность процесса обработки деталей.

Важным усовершенствованием стало замещение регулировочных толкателей гидравлическими компенсаторами тепловых зазоров клапанов и роликовыми толкателями-рокерами. Угол развала между выпускными и впускными клапанами составляет 29 градусов. В крышке ГБЦ предусмотрены специальные каналы, обеспечивающие подачу масла к рокерам.

Ключевой особенностью газораспределительного механизма стало наличие фазорегуляторов на выпускном и впускном распределительных валах. Эти компоненты осуществляют точную коррекцию фаз газораспределения в различных режимах работы двигателя. Применение системы VVTi на впускном распределительном валу способствует повышению мощности и снижению расхода топлива. VVTi на выпускном валу значительно сокращает выбросы CO2 в атмосферу. Это в сочетании с электронно управляемой дроссельной заслонкой обеспечивает соответствие экологическим стандартам Евро 5.

Привод ГРМ

Привод газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя 2ZR-FE реализован через однорядную металлическую цепь с мелким шагом восьми миллиметров. Гидравлический натяжитель установлен на обратной стороне алюминиевой крышки привода, обладает легкосъёмной конструкцией и оборудован стопорным механизмом.

Особое внимание следует обратить на ресурс цепи привода ГРМ. Эта цепь со временем подвергается износу, что может привести к перескоку зубцов на звёздочках или даже к разрыву. В таких ситуациях возможно столкновение клапанов с поршнями, что влечет деформацию клапанов и возможные повреждения других деталей двигателя. Важно отметить, что отсутствие опции капитального ремонта данного двигателя означает, что выход из строя цепи привода ГРМ может привести к полному неработоспособному состоянию двигателя.

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя 2ZR-FE сохраняет классический подход и не внедряет новых передовых изменений, таких как подогрев термостата или электрический привод водяного насоса. В данной конфигурации помпа, как и ранее, активируется через навесной ремень. Привод насоса осуществляется с внешней стороны общего ремня навесного оборудования.

Термостат в системе охлаждения является механическим и выполняет свою функцию классическим образом. Открытие термостата происходит при достижении охлаждающей жидкостью температуры 90°C. Этот механизм обеспечивает эффективный контроль температуры двигателя и оптимизирует работу системы охлаждения.

Для предотвращения обмерзания, корпус дроссельной заслонки подогревается охлаждающей жидкостью. Это предоставляет дополнительную защиту от замерзания в условиях низких температур, обеспечивая бесперебойную работу системы и гарантируя надежную работу двигателя.

Система смазки

Система смазки двигателя 2ZR-FE включает в себя эффективный шестерённый насос, ответственный за подачу моторного масла в систему смазки. Трохоидный насос размещается внутри картера двигателя. Привод насоса осуществляется посредством короткой и отдельной цепи, прямо от коленвала. Этот метод привода, хотя и усложняет конструкцию, вносит значительные улучшения в систему смазки, особенно в условиях холодных температур, при запуске двигателя.

Фильтр для очистки масла в данной системе расположен в немного неудобном месте — сзади мотора в горизонтальной плоскости. Этот выбор расположения приводит к тому, что в период стоянки масло стекает обратно в картер двигателя. При запуске требуется некоторое время для наполнения фильтра маслом и создания необходимого давления. Таким образом, в первые моменты после запуска двигателя возникает небольшой период масляного голодания, который затем быстро прекращается по мере наступления нормального маслоснабжения.

Система питания

Система питания двигателя 2ZR-FE работает по принципу инжекторного впрыска. Распределённый впрыск горючего позволяет обеспечить эффективную подачу топлива в цилиндры. При низких температурах и низкой частоте вращения двигателя возможен попарный или групповой впрыск. Датчик массового расхода воздуха расположен на впуске и совмещён с температурным датчиком воздушной смеси.

Форсунки системы впрыска оборудованы удлинёнными распылителями и монтируются напрямую в головку блока цилиндров. Такой способ впрыска позволяет распределить топливо как можно ближе к впускным клапанам. Несмотря на то, что это несильно влияет на экологические показатели, это улучшает стартовые характеристики двигателя при низких температурах.

В системе отсутствует линия возврата в топливной магистрали. Топливный коллектор оснащен встроенным демпфером для снижения пульсаций давления. Топливный насос, установленный в топливном баке, оснащен датчиком уровня и регулятором давления. Дополнительно предусмотрена система EVAP, которая обеспечивает улавливание паров бензина для повышения экологической эффективности.

Система зажигания

На двигателе 2ZR-FE применяется система зажигания типа DIS4. Эта система обеспечивает индивидуальное управление зажиганием для каждого цилиндра. Для этой цели, предусмотрены отдельные катушки зажигания, одна для каждого цилиндра. Это позволяет точно регулировать момент зажигания в каждом цилиндре, улучшая эффективность работы двигателя.

Свечи зажигания, используемые в системе, выполнены из тонкого и прочного иридия (модель SC20HR11). Эти свечи обладают высокой износостойкостью и долгим сроком службы. Их особенностью является длинная резьба под 14-миллиметровый ключ. Такой дизайн свечей зажигания позволил увеличить диаметр тарелок клапанов, что в свою очередь может сказаться на эффективности работы двигателя.

Особенности силовой установки

Силовая установка 2ZR-FE поражает множеством инноваций, которые способствуют её выдающейся производительности и эффективности. Одной из ключевых особенностей является система Valvematic, обеспечивающая регулирование высоты подъема клапанов. Дополнительно, система Dual VVT-i дает возможность изменять фазы открытия клапанов, а также используется система изменения длины впускного коллектора. Все эти инновации в совокупности позволяют достичь удивительно низкого расхода топлива, не ущемляя при этом мощностных характеристик.

Имеет смысл отметить, что заводская версия 2ZR-FE дополнительно оснащалась компрессором, который позволял выжать из мотора 212 лошадиных сил и внушительные 250 Нм крутящего момента, не причиняя ущерба его ресурсу.

Тюнинг

В мире тюнинга 2ZR не остался без внимания. Для желающих достичь выдающейся производительности, в свободной продаже доступны турбо киты на базе этого мотора. Эти комплекты, основанные на 28-м Garrett, предоставляют полный набор необходимых компонентов: турбина, интеркулер, коллектор, все пайпинги, блоуофф-клапан, а также установка 440/500сс форсунок, холодного воздушного впуска, и всех необходимых фильтров. Дополнительно, устанавливается насос Walbro 255. Просто остается вам его приобрести, установить, дополнить выхлопной системой на 2.5″ трубе и настроить, например, с помощью Greddy E-manage.

Эти модификации позволяют добиться впечатляющих 250-300 лошадиных сил. Однако, для того чтобы двигатель работал безукоризненно, необходимо также менять поршни. Можно выбрать кованые поршни с разумной степенью сжатия 8.5-9, или же оставить стандартные поршни, но ограничить наддув до 0.5 бар.

Регламент обслуживания 2ZR-FE

Силовая установка 2ZR-FE, хотя и является надежной, все же требует особого внимания в плане технического обслуживания, чтобы достичь заявленного ресурса в 200000 километров. Регулярное обслуживание и внимательный уход позволят не только сохранить работоспособность двигателя, но и продлить его срок службы.

Важным аспектом является масло. В силовой установке присутствует сложная система Dual VVT-i и гидрокомпенсаторов, поэтому выбор качественного масла имеет огромное значение. Некачественное или неподходящее масло может вызвать неполадки с фазовращателями и гидротолкателями, а также допустить залипание клапанов VVT-i. Рекомендуется использовать масло, указанное в руководстве — марка Toyota, вязкость 5W-30.

Следует соблюдать следующие рекомендации по обслуживанию:

1. Проверку цепи ГРМ следует проводить каждые 40 тысяч километров, а замену проводить после 100000 километров. Вместе с цепью меняются натяжители и ролики, что предотвращает перескок цепи. Это критично, так как перескок цепи может привести к столкновению клапанов и поршней.
2. Свечи зажигания следует проверять каждые 20 тысяч километров, регулярно чистить и регулировать зазор. Замена свечей проводится раз в 60 тысяч километров, так как их состояние влияет на работу катушек зажигания.
3. Замену масла рекомендуется проводить каждые 10 тысяч километров, так как это способствует чистоте клапанов VVT-i и работе гидрокомпенсаторов.
4. Приводные ремни следует проверять каждые 50 тысяч километров и менять при необходимости.
5. Охлаждающую жидкость следует менять каждые 4 года, а состояние помпы проверять раз в 50 тысяч километров.

Типичные неисправности 2ZR-FE

Из проблем агрегата 2ZR-FE,проявляющимся в ходе эксплуатации, чаще всего имеют место следующие неисправности:

1. Жор масла после пробега в 100 тысяч километров.

Эта проблема часто связана с маслоотражательными колпачками. Их износ или повреждения могут вызвать утечку масла и увеличенный расход. Замена колпачков может значительно снизить расход масла в большинстве случаев. Если проблема остается, то стоит также рассмотреть смену вязкости и марки масла. В некоторых случаях может потребоваться капитальный ремонт ГБЦ.

2. Стук двигателя.

Растянутая цепь ГРМ или вышедшие из строя гидрокомпенсаторы могут вызвать характерный стук. Гидрокомпенсаторы могут быть восстановлены промывкой, но если проблема связана с цепью ГРМ, то ее следует заменить. Изношенный демпферный шкив коленвала также может вызвать стук. При наличии эллипсности в цилиндрах поршней при перекладке двигателя также может возникнуть стук, сопровождающийся повышенным расходом масла и топлива. В таких случаях требуется капитальный ремонт двигателя.

3. Проблемы с оборотами.

Неустойчивые обороты могут быть вызваны засорением форсунок или дроссельного узла. Промывка топливной системы и клапана РХХ может полностью решить эту проблему. Некорректная работа системы VVT-i также может вызывать нестабильный холостой ход, сопровождаясь тупостью двигателя и повышенным расходом топлива.

4. Перегревы.

Блок двигателя из алюминия делает его чувствительным к перегревам. Даже небольшое превышение температуры охлаждающей жидкости может привести к изменению геометрии плоскостей блока и ГБЦ. Выход из строя термостата также может вызвать проблемы в системе охлаждения и перегрев мотора. Наиболее безопасным решением в случае проблем с термостатом будет его замена.

Выводы

Двигатель Toyota 2ZR-FE/FAE/FXE представляет собой технологичное и инновационное решение, сочетающее в себе высокую эффективность, надежность и гибкость. Система Valvematic позволяет регулировать высоту подъема клапанов, а Dual VVT-i дает возможность изменять фазы открытия клапанов, обеспечивая прекрасные мощностные характеристики и низкий расход топлива. Также стоит выделить версию 2ZR-FXE, работающую по принципу Аткинсона, которая обеспечивает высокий КПД, хотя при этом имеет низкий крутящий момент.

Однако, несмотря на все преимущества, силовая установка 2ZR-FE/FAE/FXE также имеет свои характерные проблемы. Важно следить за уровнем масла и качеством смазки, так как двигатель оснащен сложной системой Dual VVT-i и гидрокомпенсаторами. Регулярная замена масла и свечей зажигания, а также своевременное обслуживание цепи ГРМ и приводных ремней помогут поддерживать надежность и долговечность двигателя.

Тюнинговые возможности для 2ZR-FE/FAE/FXE довольно обширны, начиная от установки турбо-китов до изменения параметров впрыска и регулировки работы дроссельной заслонки. Однако, необходимо учитывать, что такие изменения могут повлиять на ресурс и надежность агрегата, и что некоторые конфигурации, в частности 2ZR-FXE, требуют особого внимания и знаний.