Двигатель Toyota 3ZR FE технические характеристики, особенности устройства и основные неисправности

Содержание страницы

Двигатель Toyota 3ZR FE

Toyota 3ZR FE — двух литровый силовой агрегат, вышедший в серийный выпуск, как и другие моторы серии ZR, в 2007 году. Производство велось в Америке и Японии. Назначение мотора — для поперечной установки в переднеприводные автомобили класса Avensis. Особенностью данного ДВС является установка на выпуск и впуск системы изменения фаз газораспределения.

Начиная с 2007 года, рассматриваемый силовой агрегат устанавливался на такие марки автомобилей:

С июня 2007 по март 2010 года на Toyota Noah второго поколения, минивэн, кузов R70;
С октября 2015 по октябрь 2019 года на Toyota RAV4 четвёртого поколения, рестайлинг, 5 дверей, джип, suv, кузов ХА40.
С ноября 2013 по декабрь 2015 года на Toyota RAV4 четвёртого поколения, пять дверей, джип, suv, кузов ХА40.
С июня 2007 по март 2010 года на Toyota Voxy второго поколения, минивэн, кузов R70.

Технические данные

3ZR FE — самый объёмный базовый двигатель серии ZR. Он обладает следующими техническими характеристиками:

производство данного мотора велось в Японии на заводе Shimoyama Plant, а так же в Америке на предприятии Toyota MotorManufacturing WestVirginia;
точный объём силового агрегата 1986 куб., сантиметров;
количество цилиндров четыре, расположение рядное;
материал изготовления БЦ — алюминиевый сплав;
ГБЦ изготовлена из алюминия;
механизм газораспределения типа DOHC, имеет два распределительных вала, 16 клапанов, механизм обустроен гидравлическими толкателями, системой Dual VVTi, где на каждом распределительным валу установлены фазорегуляторы;
привод механизма газораспределения исполнен однорядной, металлической цепью. В механизм, так же входят ролики и натяжитель, при обрыве или перескоке цепи двигатель деформирует клапана;
система питания инжектор, впрыск MPI, управляемый электроникой;
система охлаждения замкнутого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости;
система смазки классическая, под давлением и разбрызгиванием, данный двигатель очень требователен к качеству моторного масла;
длина хода поршня намного больше диаметра цилиндров 97.6 и 80.5 мм., соответственно;
мощность данного ДВС от 142 до 153 л., сил, при 6200 оборот., мин;
максимальный крутящий момент, при 4400 оборот., мин., составляет 190 — 200 Нм.
степень сжатия в камерах сгорания 10:1;
цилиндры двигателя работают в следующем порядке 1, 3, 4, 2;
пластиковый впускной коллектор обустроен изменяемой геометрией ACIS, выпускной имеет систему каталитической нейтрализации отработанных газов;
соответствие европейским требованиям по содержанию вредных веществ Евро 5;
дроссельная заслонка обустроена системой электронного управления;
применяемое горючее АИ92, АИ95. Расход бензина в городе равен 10 литров на 100 км., пробега. По трассе 6.4 литра. Общий расход топлива составляет 8 литров на 100 км., пробега. Замеры проводились на автомобиле Toyota RAV4 с механической КПП 2014 года;
допустимый расход моторной смазки 3ZR FE, до 1 литра на 1000 км., пробега. Количество масла в картере ДВС 4.2 литра. Виды используемого масла по вязкости 5W20, 10W30, 0W20, 5W30. Применяемое масло по составу полусинтетика, синтетика. Производитель рекомендует выполнять замену моторного масла каждые 10 тыс., км., пробега;
ресурс работы силового агрегата 3ZR FE, по заявкам завода изготовителя 250 тыс., км., пробега. Реальный пробег напрямую связан с условиями эксплуатации и правильностью обслуживания данного ДВС и как правило, превышает заявленный производителем.

Особенности маркировки

3ZR FE Dual VVTi — название силового агрегата японского бренда Toyota. Эта маркировка, как и многие другие, отвечает общепринятым правилам. Зная значения закодированных символов несложно получить важную информацию о рассматриваемом силовом агрегате.

Так здесь, на первом месте стоит символ в виде цифры 3. Он означает поколение мотора. Следующие две латинские, заглавные буквы указывают на семейство мотора или его серию, соответственно первая часть названия говорит о том, данный двигатель третьего поколения, семейства ZR.

Дальнейшие символы указывают на особенности мотора, его исполнение и устройство. Символ F говорит о том, что газораспределительный механизм 3ZR FE обустроен двумя распределительными валами и шестнадцатью клапанами. Буква Е означает, что впрыск MPI управляется электроникой. Соединив все значения вместе получим: бензиновый силовой агрегат, третьего поколения, серии или семейства ZR, с механизмом газораспределения типа DOHC, электронным управлением впрыска MPI и системой изменения фаз газораспределения, на двух распредвалах ГРМ.

Описание 3ZR FE

Основные особенности конструкции и устройства Toyota 3ZR FE

Все силовые агрегаты семейства ZR с суффиксом FE относятся к базовым, основным моделям серии ZR. Они имеют одинаковую схему конструкции, основные отличия поколений двигателей, состоят в разном объёме цилиндров. Разница объёма цилиндров, получена за счёт разной длины хода поршня. Для чего инженеры Тойота изменяют конструкцию кривошипа коленвала, а так же увеличивают высоту блока цилиндров. При этом диаметр цилиндров остаётся неизменным 80.5 мм. Так на первом двигателе 1ZR FE длина хода поршня равна 78.5 мм., а объём его цилиндров составляет 1.6 литров. Степень сжатия равна 10.2:1. Для создания мотора второго поколения инженеры Тойота использовали конструкцию первого мотора с увеличенным хода поршня на 9.8 мм. Это способствовало увеличению объёма силового агрегата до 1.8 литров. При этом, степень сжатия цилиндров была снижена до 10:1. А для получения, рассматриваемого в этой статье мотора, ход поршня по сравнению с мотором первого поколения серии ZR пришлось увеличить на 19.1 мм. Степень сжатия при этом осталась на уровне 10:1, объём цилиндров возрос до 2 литров.

Особенности конструкции блока цилиндров

Блок цилиндров, как и на прежних модификациях серии ZR изготовлен из лёгкого алюминиевого сплава. Гильзы цилиндров вплавлены непосредственно в гнёзда блока. Поверхность гильз с внешней стороны шероховатая и неровная, обеспечивающая хорошее сцепление. Это необходимо для лучшего слияния двух материалов и получения более качественной теплоотдачи, а следовательно и теплоотвода всего силового агрегата. Рубашка рукавов в системе охлаждения применена открытого типа, расстояния между стенками цилиндров равны 7 мм. Сразу понятно, что такое минимальное расстояние исключает любую возможность проведения капитального ремонта блока цилиндров. Корпус блока цилиндров обустроен необходимыми опорами, предназначенными для установки коренных шеек коленчатого вала. В стенках БЦ находятся форсунки для разбрызгивания масла и охлаждения поршней.

Особенности конструкции головки БЦ

Блок цилиндров сверху накрывает общая головка, предназначенная для подачи и удаления из цилиндров различной воздушной смеси. Выполнена она из алюминиевого лёгкого сплава. Внутри ГБЦ расположились детали и узлы газораспределительного механизма. Пластиковый коллектор, предназначенный для впуска горючей смеси находится впереди силового агрегата. Он имеет непростую конструкцию, обустроенную системой изменяемой геометрии ACIS. Выпускной коллектор стальной, в конструкцию которого входят два каталитических нейтрализатора. Один из которых, совмещён с глушителем.

Особенности устройства ГРМ

Механизм газораспределения DOHC, расположился внутри головки БЦ. На всех моторах серии ZR используется новая конструкция установки распределительных валов. Здесь валы газораспределения устанавливаются в специальные корпусы, отделённые друг от друга. А затем уже, эти корпусы монтируются внутрь головки блока цилиндров. Новая технология способствовала упрощению сборки двигателя и уменьшению его себестоимости.

Клапана механизма обустроены гидравлическими толкателями, что исключает необходимость выполнять периодическую регулировку теплового зазора в клапанах. Угол развала между впускными и выпускными клапанами составляет 29 градусов. Так же ГРМ обустроен системой Dual VVTi. Подобная система обеспечивает более оптимизированную работу двигателя, так как здесь корректировка угла фаз газораспределения происходит на двух распределительных валах. За счёт этого мотор становиться мощнее и экономичнее, а также экологичнее, по причине установки фазорегулятора на выпускном валу. От распредвала впускных клапанов в работу приводится насос, который обеспечивает вакуум для тормозной системы.

Привод механизма ГРМ

Привод механизма газораспределения, на первый взгляд сделан надёжным узлом. Ещё бы, он выполнен однорядной металлической цепью, с коротким шагом 8 мм. Первые 100 тыс., км., механизм работает исправно. Но после данного пробега цепь часто растягивается. Случается это ближе, к 150 тыс., км., пробега. Растянутая цепь может перескочить зубцы, или вообще разорваться. И в одном и во втором случаях произойдёт столкновение поршней с клапанами. Другими словами двигатель гнёт клапана. Поэтому состояние цепи привода ГРМ нужно периодически контролировать. Сделать это не сложно, растянутая цепь даст знать об этом сама. В двигателе появится стук. Водителю останется установить причину появления постороннего шума. Ведь кроме растянутой цепи ГРМ, на двигателе могут стучать гидрокомпенсаторы или поршневая группа.

Особенности конструкции системы охлаждения

Система охлаждения 3ZR FE выполнена в классическом стиле. Циркуляцию охлаждающей жидкости осуществляет водяной насос. Его привод выполнен от шкива коленчатого вала, с помощью ремня привода навесного оборудования. Система охлаждения имеет два круга для циркуляции антифриза. За направление циркуляции жидкости охлаждения отвечает термостат. При запуске мотора жидкость циркулирует по малому кругу, способствуя быстрому прогреву двигателя. При достижении антифриза температуры 90C открывается термостат и перенаправляет охлаждающий поток по большому кругу, через радиатор, тем самым предотвращая перегрев ДВС.

Нужно отметить, что перегрев очень опасен для данного силового агрегата. Это связано с тем, что основные детали, блок цилиндров и ГБЦ выполнены из алюминия. При малейшем перегреве могут деформироваться привалочные плоскости. В результате чего произойдёт разгерметизация системы охлаждения. Что может привести к утечке охлаждающей жидкости наружу двигателя, при этом перегрев ещё больше увеличиться. Если охлаждающая жидкость попадёт внутрь двигателя, то она перемешается с моторным маслом и уменьшит его смазывающие свойства. Что в скором времени приведёт к возникновению глубоких царапин на коленчатом вале, выходу из строя гидрокомпенсаторов, системы Dual VVTi, распределительных валов. Что бы предотвратить возможный нежелательный сценарий, важно контролировать температуру ДВС в рабочем температурном диапазоне.

Особенности устройства ШПГ

Конструкция коленвала установлена со смещением на 8 мм., относительно оси цилиндров. Такое расположение снижает нагрузку на боковые стенки гильз и поршней, в период создания максимального давления в цилиндре. Такая схема установки коленвала позаимствована у двигателей серии NZ и AZ.

Поршни имеют Т образную, компактную конструкцию и рудиментарную юбку. Канавка компрессионного кольца, расположенного сверху, покрыта анодированным слоем. Кромки маслосъёмного и верхнего компрессионного кольца имеют покрытие противодействующие износу, нанесённое при помощи конденсации паров. Соединение шатунов с поршнями выполнено при помощи плавающих пальцев, которые удерживаются от бокового смещения стопорными кольцами.

Особенности устройства системы смазки

На двигателе 3ZR FE используется конструкция системы смазки как на других моторах серии ZR. Масляный насос используется трохоидного типа. Он расположен в картере. Привод масляного насоса осуществляется от коленвала короткой отдельной цепью. Такое устройство усложняет конструкцию, зато значительно облегчает пуск двигателя, в зимнее, морозное время.

К минусам такой конструкции можно отнести неудобное расположение масляного фильтра. Он находится сзади двигателя в горизонтальном положении. Что значительно хуже вертикального расположения, где отверстия находятся сверху, и масло остаётся в фильтре. А здесь, при горизонтальном расположении, часть масла, при остановке мотора стекает обратно в поддон силового агрегата. Получается что при запуске движка, какое-то время, двигатель работает без смазки, на сухую, пока не заполнится маслом фильтр и масляная магистраль.

Особенности устройства системы питания 3ZR FE

Система питания 3ZR FE инжекторная, впрыск MPI имеет электронное управление. Есть возможность, при определённых условиях малых температур окружающей среды использовать попарно-групповой электронно управляемый впрыск. На впускном коллекторе находится электронный прибор, указывающий массовый расход воздушной смеси. Он совмещён с температурным датчиком.

Дроссельная заслонка имеет систему электронного управления ETCS-i. Это значит, что заслонка не имеет механической связи с педалью акселератора. Её привод в действие осуществляется при помощи электродвигателя постоянного тока. Весь дроссельный узел состоит из нескольких электронных деталей. Электроника отвечает за всё происходящее на данном ДВС: систему стабилизации, круиз контроль, холостой ход, положение заслонки, противобуксовочную систему. Данная электроника, совместно с датчиком, указывающим положение акселератора, гарантирует, идеальную работу силового агрегата, тем самым исключая возможные ошибки водителя, на различных режимах двухлитрового силового агрегата.

Форсунки выполнены с удлинённым распылителем. Они установлены около впускных клапанов, непосредственно в головке БЦ. Тем самым обеспечивая лучшее сгорание топливной смеси. Данная конструкция незначительно, улучшает экологический уровень выхлопных газов, зато способствуют лёгкому пуску ДВС в зимнее время.

Топливная магистраль спроектирована без линии возврата. Топливный коллектор имеет встроенный демпфер, отвечающий за пульсации двигателя. Топливный насос находится в баке, имеет регулятор давления и датчик, указывающий уровень горючего. Система EVAP улавливает пары бензина.

Конструкция системы зажигания

На 3ZR FE применена система зажигания DIS4. Особенность системы заключается в её высокой надёжности. Так как здесь каждый цилиндр имеет отдельную катушку зажигания. При таком конструкционном подходе, серьёзных проблем с системой зажигания практически никогда не бывает. В худшем случае из строя выйдет только один цилиндр, неисправность которого легко установить и провести замену неисправных деталей. Здесь используются иридиевые тонкие свечи зажигания. Конструкция таких свечей под ключ на 14 оснащена длинной резьбой, что дало возможность увеличить тарелку клапанов.

Проблемы Toyita 3ZR FE и способы борьбы с ними

Двигатель Toyita 3ZR FE относится к современным, востребованным силовым агрегатам, его успешный выпуск продолжается в настоящее время. Но несмотря на это данный мотор имеет ряд возможных характерных проблем:

Первые серьёзные проблемы могут случиться уже на рубеже 50 тыс., км., пробега. Всё дело в том, что основные детали системы охлаждения: помпа и термостат имеют малый ресурс работы, всего-то около 50 тыс., км., пробега. К этому времени термостат уже начинает заедать, причём в любом положении. Если он заклинит в открытом положении, то мотор слишком долго будит набирать нормальную рабочую температуру двигателя, особенно в зимнее время. При закрытом термостате мотор быстро перегреется и его алюминиевые детали могут деформироваться. Учитывая отсутствие возможности проведения капитального ремонта ДВС, последствия перегрева могут быть катастрофическими. Водяной насос, он же помпа, после окончания ресурса эксплуатации начинает подтекать скрипеть и может вообще заклинить. Что сразу приведёт к моментальному перегреву с негативными последствиями. Чтобы избежать ненужных проблем, следует относиться к помпе и термостату, как к расходным материалам и при первых признаках неисправности срочно принимать необходимые меры.
После пробега в 100 тыс., км., немало проблем может доставить повышенный расход моторной смазки. В особо тяжёлых случаях расход масла может составлять более 1 литра на 1000 км., пробега. В большинстве случаев повышенный расход масла на 3ZR FE можно привести в норму после замены сальников клапанов. Однако, в отдельных случаях это не помогает. Специалисты советуют заменить масло на более вязкое. Если и тут мимо, то проблема повышенного расхода масла более серьёзная, и связана с износом поршневой группы. Здесь, как минимум, потребуется замена маслосъёмных колец.
Плавающие обороты двигателя связаны с неправильной работой электронных датчиков или, что чаще всего бывает, загрязнением дроссельной заслонки. Чистика заслонки не составит больших проблем, а вот в электронику, без необходимых знаний и навыков лучше не лезть. Подобную работу лучше поручить опытному автоэлектрику со станции техобслуживания.
Нередко владельцы силовых агрегатов 3ZR FE жалуются на потерю мощности. Это явный признак выхода из строя клапанов системы Dual VVTi. На них, из-за плохого качества моторного масла, или не своевременной замены последнего, образуется загрязнение. После чего клапана начинают барахлить. При такой ситуации, регулировка фаз впуска и выпуска не осуществляется. Следствием чего, является потеря мощности данного ДВС. После промывки клапанов фазорегулятора, мощность двигателя восстановиться.
Немало хлопот своим владельцам может доставить стук в двигателе. Здесь возможно несколько причин:

стучать может растянутая цепь привода механизма ГРМ. Её средний ресурс составляет около 150 тыс., км., пробега. После чего, звенья вытягиваются, цепь провисает, натяжитель не может справляться со своими функциями и появляется стук в моторе. Но стук не самая большая проблема, дело в том, что растянутая цепь может проскочить зубцы или порваться. В обоих случаях произойдёт столкновение поршней с клапанами. Учитывая, что двигатель одноразовый, не предусматривает возможности выполнения капитального ремонта, последствия могут быть слишком серьёзные;
стук в двигателе возможен по причине не работающих гидравлических компенсаторов. Снять промыть и поставить гидрокомпенсаторы на своё место, можно самостоятельно. Здесь нужно помнить, что выход из строя гидравлических компенсаторов случается по причине плохого качества масла. Поэтому есть возможность предотвратить данную проблему. Для этого достаточно использовать качественное масло, проверенных производителей и своевременно выполнять его замену;
ещё стук в моторе может образоваться в процессе износа поршневой группы. Данной проблеме будут сопутствовать повышенный расход горючего и моторной смазки. В результате эксплуатации поршни приобретут форму эллипса, что будет способствовать появлению стука ДВС. Решение данной проблемы вопрос очень сложный, а главное, малоэффективный результат проведённой работы. Дело в том, что цилиндры в данном ДВС не растачиваются, следовательно, нет ремонтных размеров поршней. Установка новых поршней, того же размера исправлять ситуацию, однако не надолго. Ресурс работы новой поршневой группы будет сокращён, так как в цилиндрах, тоже образовался небольшой эллипс, который быстро убьёт новые поршня. В данном случае стоит подобрать контрактный двигатель, и забыть о возможных проблемах ДВС на несколько лет.

Тюнинг 3ZR FE

Рассматриваемый силовой агрегат неплохо подходит для тюнинга. Наращивание мощности мотора имеет несколько вариантов.

Прежде всего стоит рассмотреть так называемый атмосферный тюнинг. Для чего нужно увеличить мощность топливного насоса, улучшить продувку цилиндров и уменьшить сопротивление для выхлопных газов. Однако, такая процедура значительного прироста мощности для двух литрового двигателя не даст.

Заметные улучшения могут произойти после прошивки электроники, расточке каналов и установки более производительных форсунок. Выполнение таких мероприятий, называется портингом двигателя. За счёт этого движок смело может прибавить 20 л., сил. Здесь стоит учесть, что данная добавка мощности произойдёт без снижения ресурса работы данного ДВС.

Более серьёзной прибавки лошадей можно добиться при помощи установки компрессора SC14. Кроме этого, здесь нужно использовать форсунки от движка 2ZZ GE. Проведённая модернизация позволит увеличить мощность от 30 до 40 лошадиных сил. Для ресурса работы данного ДВС этот тюнинг не будет иметь существенного значения, зато значительно увеличится расход горючего.

Ещё большую мощность можно получить после установки турбины GarretGT 28, соответствующих форсунок, установки прямоточного выхлопа, мощного топливного насоса и прошивки электронного блока. После проведённой работы движок сможет выдавать до 300 л., сил. Но прежде чем делать такой тюнинг, владелец мотора должен знать, что ресурс его железного коня может сократиться более чем на половину.

Регламент обслуживания

Опытным путём доказано — правильное и своевременное обслуживание, залог надёжной, чёткой и длительной работы любого силового агрегата. Не является исключением и рассматриваемый здесь ДВС 3ZR FE:

Самая важная и частая процедура обслуживания, это замена моторного масла и масляного фильтра. Процедуру нужно выполнять каждые 10 тыс., км., пробега. Но учитывая наличие на двигателе механизмов, требовательных к качеству моторной смазки, вышеуказанную процедуру лучше делать каждые 5 тыс., км., пробега. Сорта и виды применяемого масла указаны в главе «Технические данные».
Важная процедура, замена расходных материалов: топливного и воздушного фильтров, свечей зажигания, антифриза, ремня привода навесного оборудования.

Учитывая малый ресурс работы помпы и термостата, около 50 тыс., км. Эти детали тоже можно считать расходными материалами. Их замену следует выполнять не позже указанного ресурса эксплуатации.

Особого внимания заслуживает цепь привода ГРМ. При её перескоке или обрыве, двигатель гнёт клапана, что очень опасно на одноразовом моторе. Что бы предотвратить возможные неприятности, необходимо после пробега 150 тыс., км., выполнять замену всего механизма привода ГРМ.

Заключение

В общих чертах 3ZR FE не плохой двигатель. При приличной мощности он показывает неплохие экономические параметры. У этого мотора, стабильный крутящий момент, практически на всех оборотах коленчатого вала. Что в связке с простотой конструкции и возможностью осуществлять самостоятельно техническое обслуживание, делает двигатель популярным и востребованным во всём мире.

Двигатель Toyota 3ZR FE технические характеристики и основные неисправности