Двигун Toyota 3S-FSE

Дмитро Смуров, Владивосток

У літературі було неможливо знайти будь-який опис з двигунів безпосереднього впорскування. Там представлено лише загальні слова, тому при ремонті такого типу двигунів виникають певні складнощі. Більшою мірою ці складності пов'язані з малим обсягом наших знань про конструкцію цих двигунів. Можна навіть сказати, що з повною відсутністю цієї інформації. Попрацювавши з цим двигуном, у мене з'явилося деяке уявлення про конструкцію автомобіля Corona-Premio з двигуном 3S-FSE, що має абревіатуру -D-4. Я спробую описати те, що вдалося дізнатися. Але в цьому описі не хотілося б претендувати на повне знання та повну достовірність інформації. Це лише припущення та відчуття.

Що ж являє собою двигун 3S-FSE?

Двигун 3S-FSE (D-4) – є двигуном безпосереднього впорскування, в якому для реалізації режимів роботи з збідненням суміші, отримання мінімального викиду шкідливих речовин та реалізації потужності режиму здійснюється впорскування безпосередньо в камеру згоряння. При цьому для більш повного наповнення циліндрів повітрям використовується режим зміни фаз газорозподілу (VVT-i) і режим зміни перерізу впускного колектора. Загальний вид двигуна представлений на Фото 1.

У режимі холостого ходу реалізується економічний режим роботи, при якому співвідношення паливо-повітряної суміші становить 25-1, про що свідчить лампочка на панелі приладів ECONOM². При цьому тривалість імпульсу форсунок становить приблизно 0.6 мс. При збільшенні навантаження, двигун переходить в роботу в режимі потужності, при якому співвідношення вже становить 13-1. Для збільшення часу відкриття клапанів, що сприяє збільшенню обсягу повітря,що надходить у циліндри, включається в роботу клапан VVT-i, який відкриває масляний канал пристрою зміни фаз газорозподілу. Сам механізм зміни фаз газорозподілу розташований під кришкою, де кріпиться паливний насос високого тиску (фото 2).

Технічно, клапан VVT-i виконаний таким чином, що несправність може бути викликана тільки обривом обмотки. Канали клапана досить великі, що призвести до закоксовування їх практично не можливо (якщо тільки замість масла не використовувати солідол). Так само, для збільшення об'єму повітря, що надходить у циліндри, використовується система, що регулює перетин впускного колектора (змінний переріз впускного колектора). У впускному колекторі знаходиться вал із заслінками, які відкриваються, залежно від навантаження двигуна. Управління заслінками здійснюється електродвигуном, а положення заслінок визначається трипровідним датчиком (Фото 3).

Найнеприємнішим у цьому вузлі є те, що згодом вал заслінок може закоксовуватись і починати підклинювати. Хоча керування цим валом відбувається електродвигуном за допомогою черв'ячної передачі, підклинювання все-таки можливе. Результатом може бути нестабільність роботи двигуна, нестійкі обороти холостого ходу (хоча це припущення). Але те, що цей вузол є найбільш схильний до закоксовування – це реальний факт. На двох машинах траплялася ця ситуація. Доступ до нього досить незручний, але якщо робити, то доводиться робити. Перший раз, щоб дістатися цього вузла, пішов практично весь робочий день. Розібравши кілька разів, час на демонтаж уже витрачався близько двох годин. Для зниження шкідливих речовин у відпрацьованих газах використовується система рециркуляції (EGR system).Одним із елементів системи рециркуляції є сервомотор рециркуляції (Фото 4).

Можливою несправністю сервомотора є також закоксовування клапана і як наслідок - прорив вихлопних газів у впускний колектор. Конструкція сервомотора нагадує конструкцію сервомотора компанії ММС. Електрично - складається з чотирьох обмоток, опір яких становить, близько 34 – 38 Ом. Управляється - імпульсними сигналами у певній послідовності. Найтоншим вузлом є вузол дросельної заслінки (Фото 5).

Конструкція такого вузла з'явилася не тільки на двигунах D-4, а й на багатьох сучасних двигунах. Датчик положення педалі акселератора визначає ступінь натискання водієм на педаль газу. За цим сигналом блок управління двигуном виробляє сигнал, що надходить на електродвигун дросельної заслінки. Ступінь відкриття дросельної заслінки визначається датчиком положення дросельної заслінки. Вузол дросельної заслінки дуже важко піддається регулюванню. Крім безпосередньо, електричних можливих несправностей датчиків і електродвигуна, можливою несправністю є порушення регулювання вузла. Найнеприємніше, якщо спробувати відрегулювати оберти холостого ходу наполегливими гвинтами. Дані, які вдалося отримати, звичайно, умовні, але за відсутності інших, навіть використовуючи ці, вдалося нормально відрегулювати вузол дросельної заслінки. Вихід лівого по Фото упорного гвинта від корпусу дросельної заслінки становить 8.7 мм, при цьому зазор між дросельною заслінкою та корпусом становить 0.15 мм. Вихід правого по Фото упорного гвинта від корпусу дросельної заслінки становить 7.2 мм. Тільки після цього можна приступити до електричного регулювання. Так як датчик положення педалі акселераторакріпитися жорстко, отже, він регулюванню не підлягає. А ось регулювання датчика положення дросельної заслінки дуже важливе. Робимо це так:

Увімкнути запалювання (двигун не заводити).
Підключити вольтметр до другого контакту знизу (я думаю, що він є сигнальним), при цьому ви можете почути, що перестав працювати електродвигун дросельної заслінки – можливо, що через шунтування ланцюга приладом блок блокує роботу вузла.
Виставити напругу на датчику 2.17 (це дані для двигуна 3S-FSE на машині Corona-Premio. Для інших моделей може і відрізнятися . ).

Коли я займався цією машиною, коли двигун працював нестабільно, примудрився збити регулювання. Потім досить довго я намагався відрегулювати вузол. Все було безуспішно. І лише відрегулювавши весь вузол так, як це описано, двигун почав працювати стабільно. Одним із хворих питань у конструкції цього двигуна є система холодного пуску. У цьому двигуні система холодного пуску реалізована дещо іншим способом, як це було раніше. Як ви пам'ятаєте, в систему холодного пуску раніше входив датчик холодного пуску. Управління форсункою холодного пуску (Фото 4) здійснює блок управління двигуном сигналу датчика температури охолоджуючої рідини. Багато проблем, пов'язаних з холодним пуском двигуна, переважно залежить від справності форсунки холодного пуску. Цієї зими кілька разів доводилося стикатися з несправністю форсунки. Результат вдавалося отримати, використовуючи ультрозвукове чищення.

Конструктивно датчик тиску палива являє собою трипровідний датчик. За сигналом цього датчика блок визначає значення високого тиску в паливній рейці. Оскільки значеннятиску впливає кількість палива, що надходить у циліндри – ця інформація є значущою щодо тривалості імпульсу відкриття форсунки (Фото 7)

Крім того, за відсутності тиску в паливній рейці система блокує запуск двигуна. Я припускаю, що блокується управління форсунками, хоча перевірити це не вдалося. Під час роботи з цим двигуном з'явилося ще одне припущення. Вимірюючи значення напруги на виході датчика тиску палива, можна хоча і відносно судити про тиск палива в паливній рейці. За нормальних умов, напруга на виході датчика становить 1.8 – 2.0 В. І тепер про найцікавіше. Паливний насос високого тиску (Фото 2) та демонтований (Фото8).

Що це таке? Із чим його їдять? Чому через нього виникає стільки проблем? Спробуємо подивитися конструкцію та уявити, які його вузли можуть створити нам основні проблеми. Паливний насос високого тиску являє собою пристрій (якщо так його можна назвати), який призначений для того, щоб створити певний тиск у паливній магістралі. Так як ступінь стиснення в цьому двигуні становить приблизно 12 кг/см² і при цьому, необхідно створити умови розпилення палива, отже, тиск палива в магістралі високого тиску має перевищувати це значення в 4 - 5 разів, тобто. становити 40 – 50 кг/см² (хоча хтось із хлопців у Сибіру примудрився поміряти тиск, що становить близько 120 кг/см²). Яким чином створити такий високий тиск? Для цих цілей і створений насос високого тиску. Подача палива з бака здійснюється звичайним занурювальним насосом. Тиск у паливній магістралі низького тиску становить 4 кг/см2. Паливний насос високого тиску приводиться в діюкулачком розподільного валу. А яка конструкція самого насоса. (Фото 9).

Після невеликих експериментів насос вдалося розібрати, і що ми там побачили?

Корпус паливного насоса високого тиску У корпус насоса впресована частина плунжерної пари (мама). Там само знаходиться сальник (Фото 10) (якщо його можна так назвати). Конструкція цього сальника чимось схожа на масловідбивний ковпачок, але складнішої конструкції. Цей сальник однією своєю частиною (а) знімає масло зі штока плунжера (або другої частини плунжерної пари (тато)), а другий, внутрішній сальник (б) запобігає прориву палива.

Шток плунжера або частина у відповідь (або якось по-іншому) з пружиною, шайбою і опорним циліндром, який спирається на кулачок распредвала.
Вихідний штуцер магістралі високого тиску із запірним клапаном.
Цей елемент, на мою думку, є демпфером пульсації палива. Може бути моя думка помилкова, але іншого призначення її я не придумав.
Шайба. Вона виготовлена із високим класом чистоти. Приводиться в дію кулачком розподільного валу через шток плунжерної пари. За рахунок руху цієї шайби і створюється тиск у паливній магістралі та паливній рейці. (З конструкцією плунжерів я не знайомий, тому все це мої припущення).
Електромагнітний клапан. (Його призначення я не придумав. Якщо його відключити під час роботи двигуна – двигун заглухне. Якщо його відключити та спробувати завести машину – вона заводиться, але двигун працює не стійко, з перебоями.) Основною несправністю Паливного насоса високого тиску є вироблення на штоку плунжера (Фото11).

Ось в результаті цього вироблення і відбувається прорив палива волійну систему. Що ж буде, якщо паливо потрапить у олію. Холодний двигун заводиться нормально, починає прогріватися. Під час прогріву працює з незначними перебоями. Найцікавіше відбувається, коли двигун прогрівається до температури 82º С. При досягненні температури 82º С і вище, на неодружених оборотах, двигун працює нормально, крім невеликих збоїв, підтраювання. Якщо в цей час плавно підняти обороти до 2000 об./хв або вище, або різко газонути, то обороти опускаються до позначки 1000 об./хв і при цьому значенні починають стрибкоподібно змінюватися. Чим вища температура, тим вища частота зміни обертів. Під час стрибкоподібної зміни обертів тривалість імпульсу на інжекторах становить 0.4 мс, на сервомоторі рециркуляції постійно присутній сигнал керування. По діагностиці – несправностей у системі немає.

Усунути несправність можна лише заміною паливного насоса високого тиску на НОВИЙ. Але додатково, після заміни насоса, я вважаю, що необхідно провести промивання масляної системи, заміну олії та почистити свічки (якщо вони у нормальному стані). Це опис лише спроба уявити конструкцію двигуна. Не всьому цьому описі можна вірити, оскільки це лише моє уявлення про його принципи побудови.