описание, технические характеристики, особенности конструкции
Инженерами объединенной команды GAZOO Racing концерна Toyota сконструирован и запущен в производство абсолютно новый образец двигателя. Основным отличием является отсутствие аналогов разработанной модели.
Содержание
- Описание
- Технические характеристики
- Эксплуатация двигателя
- Куда установлен
Описание
Двигатель G16E-GTS выпускается с 2020 года. Представляет собой рядный трехцилиндровый бензиновый агрегат объемом 1,6 л. с турбонаддувом, прямым впрыском топлива. Предназначен для установки на хэтчбек нового поколения GR Yaris – омологационную модель, способную принимать участие в чемпионатах по ралли.
Двигатель G16E-GTS
Изначально задуман как высокоскоростной, компактный, достаточно мощный и одновременно легкий мотор. В реализации проекта заложены знания и опыт, накопленные в ходе проведения различных соревнований по автоспорту.
По имеющейся информации рассматриваемая модель создана исключительно для японского внутреннего рынка.
На европейский он будет поставляться в дефорсированном варианте (мощностью 261 л.с).
Блок цилиндров и ГБЦ изготовлены из алюминиевого сплава.
Поршни алюминиевые, шатуны стальные, кованные.
Привод ГРМ цепной. Сам механизм выполнен по схеме DOHC, т.е. имеет два распредвала, четыре клапана на один цилиндр. Регулирование фаз газораспределения производится системой Dual VVT. Это позволило значительно улучшить эксплуатационные характеристики двигателя, одновременно сократить расход топлива.
Отдельного внимания заслуживает single-scroll турбокомпрессор с вакуумным WGT. На ДВС G16E-GTS установлен турбонагнетатель с перепуском отработавших газов WGT (разработка BorgWarner). Характеризуется турбиной с изменяемой геометрией лопастей, наличием вакуумного клапана для сброса отработанных газов в атмосферу минуя турбину.
За счет оптимизации турбокомпрессора, доработки системы турбонаддува в целом, удалось достигнуть высоких мощности и крутящего момента в широких диапазонах работы качественно нового силового агрегата.
Технические характеристики
| Объем двигателя, см³ | 1618 |
| Мощность, л.с | 272 |
| Крутящий момент, Нм | 370 |
| Степень сжатия | 10,5 |
| Количество цилиндров | 3 |
| Диаметр цилиндра, мм | 87,5 |
| Ход поршня, мм | 89,7 |
| Газораспределительный механизм | DOHC |
| Привод ГРМ | цепь |
| Регулирование фаз газораспределения | Dual VVT |
| Количество клапанов | 12 |
| Топливная система | D-4S с непосредственным впрыском |
| Турбонаддув | turbocharger |
| Используемое топливо | бензин |
| Интеркулер | + |
| Материал блока цилиндров | алюминий |
| Материал ГБЦ | алюминий |
| Расположение двигателя | поперечное |
Эксплуатация двигателя
Ввиду не продолжительной эксплуатации (по времени) общей статистики по нюансам работы пока что нет.
Но в обсуждениях на автофорумах был затронут вопрос надежности. Высказывались мнения о возможности высокой вибрации трехцилиндрового ДВС.
Однако, установка на силовой агрегат балансирного вала является решением этой проблемы, считают инженеры концерна.
Как показывает практика, в результате не только снижается вибрация, но и пропадают дополнительные шумы, повышается комфорт при езде.
Проведенные испытания двигателя подтвердили соответствие заложенных в него характеристик. Так, GR Yaris разгоняется от 0 до 100 км/час менее чем за 5,5 сек. При этом запас мощности в двигателе остается, что подтверждается ограничением скорости до 230 км/час.
Высокотехнологические решения инженерного корпуса компании Тойота позволили создать инновационное направление в моторостроении, результатом которого стало появление силового агрегата нового поколения.
Куда установлен
Двигатели Toyota — G16E-GTS
G16E-GTS (1.6 D-4ST ) — поперечного расположения, смешанный впрыск, турбонаддув,
В двигателе применяется алюминиевый (легкосплавный) гильзованный блок цилиндров с открытой рубашкой охлаждения. Гильзы вплавлены в материал блока, а их специальная неровная внешняя поверхность способствует максимально прочному соединению и улучшенному теплоотводу. В верхней части перемычек между цилиндрами проходят наклонные каналы для антифриза. Шахта масляного щупа выполнена в массиве блока и выполняет роль канала для картереных газов.
Приводы изменения фаз газораспределения устанавливаются на распределительных валах и впускных, и выпускных клапанов (DVVT — Dual Variable Valve Timing). Приводы — гидравлические, на впуске — с расширенным диапазоном (VVT-iW), на выпуске — традиционный (VVT-i). Фазы изменяются в пределах 50° для впуска и 41° для выпуска. Отдельное описание принципов работы приведено по ссылке.
Цепь привода ГРМ закрыта двумя крышками, на верхней крепятся клапаны VVT, в нижнюю встроен масляный насос.
Смазка
Система охлаждения классического типа — с механическим насосом и термостатом (номинальная температура открытия — 80-84°C).
Впрыск топлива — комбинированный: непосредственный в камеру сгорания и распределенный во впускной канал.
· Вентиляция картера (PCV) — с крупным маслосепаратором. Встроенный в головку блока клапан PCV позволил избавиться от лишнего вакуумного шланга.
· Система зажигания — типа DIS-3 (отдельная катушка зажигания со встроенным коммутатором на каждый цилиндр).
Большой обзор двигателей Toyota
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
net
Сегодня на малотиражной, но все-таки товарной модели тойотовцы снимают больше мощности и момента с вдвое меньшего числа цилиндров, объема и массы движка.
a — канал слива масла, b — маслоотражатель, c — масляный канал
a — металлический слой, b — полимерный слой
Вал крепится к картеру отдельной опорой ради упрощения обслуживания.
Выпускной профилированным кулачком приводит ТНВД, а задним торцом — вакуумный насос.
a — к маслоохладителю
На низких оборотах воздух забирается только через канал 1, на высоких — открывается дополнительный канал.
Давление топлива регулируется в пределах 2.4..22 МПа в зависимости от условий движения.
7 кВт и с встроенным ICR-реле, которое должно стабилизировать бортовое напряжение во время запуска.|
|
|
Двигатели Toyota — G16E-GTS
Евгенио,77 В нашем обзоре описаны основные технические характеристики совершенно нового спортивного двигателя Toyota для GR Yaris и GR Corolla.
Соответствие экостандартам: ЕВРО 6b. G16E-GTS (1.6 D-4ST) — поперечного расположения, комбинированный впрыск, турбированный, ДВВТ-iW. Когда мы впервые знакомились с японскими автомобилями, вершиной технологий считался даже не «легендарный JZ», а заряженная рядная шестерка старшей М-серии. Сегодня для немассовой, но все же коммерческой модели Toyota получает больше мощности и крутящего момента за счет вдвое меньшего числа цилиндров, вдвое меньшего рабочего объема и вдвое меньшего веса двигателя.
Двигатель механический Блок цилиндров — алюминиевый «открытая дека» с тонкими чугунными гильзами. Вкладыши сплавлены в блок, а их специальная шероховатая внешняя поверхность обеспечивает прочное соединение. Между цилиндрами просверлены наклонные каналы охлаждающей жидкости.
Ось коленчатого вала смещена на 10 мм относительно линий осей цилиндров («десаксация» или смещение), что снижает боковую составляющую силы, прилагаемой поршнем к стенке цилиндра, снижает трение и износ. Коленчатый вал имеет 4 коренные шейки и 4 противовеса. Крышки подшипников встроены в картер. Кованые шатуны, трапециевидные верхние головки для снижения веса. Подшипники алюминиевые, с металлическим антифрикционным слоем. На упорные шайбы нанесено дополнительное полимерное покрытие.
Поршни алюминиевые, Т-образные, с тонкими внутренними стенками.
Балансирный вал приводится в движение от коленчатого вала. Вал крепится болтами к картеру с помощью отдельной опоры для удобства обслуживания.
Крепления распределительного вала отделены от головки блока цилиндров.
Рубашка охлаждения головки разделена на два уровня для ускорения потока антифриза.
Привод ГРМ — однорядная роликовая цепь (шаг 9,525 мм) с гидронатяжителем. Установлены приводы VVT как для впускного, так и для выпускного распредвалов (DVVT — Dual Variable Valve Timing).
Распредвалы модульные (кулачки установлены на полом валу). Выпускной распределительный вал приводит в действие впрыскивающий насос с помощью профильного кулачка, а также приводит в движение вакуумный насос. Цепь привода ГРМ закрыта двумя крышками (к верхней крепится клапан VVT-iW и VVT-i), а к нижней крепится масляный насос.
Головка блока цилиндров закрыта алюминиевым кожухом, снабженным маслоподводящим патрубком для смазки коромысел.
Двигатель подвешен на трех опорах, правая — «гидравлическая» для снижения вибрации и шума.
Смазка
Масляный насос традиционной конструкции, встроен в нижнюю крышку цепи и приводится непосредственно от коленчатого вала.
Предусмотрены масляные форсунки, которые смазывают и охлаждают поршни, питаемые через обратные клапаны.
Масляный фильтр классического формата, но с бумажным элементом нового типа, установленным горизонтально на кронштейне масляного радиатора. Охлаждение Система охлаждения классического типа — с механическим насосом и термостатом (номинальная температура открытия — 80-84°С).
Блок управления двигателем вентилятора позволяет бесступенчато регулировать скорость вращения вентилятора в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, климат-контроля, скорости автомобиля и оборотов двигателя. Вентилятор — одинарный, большого диаметра.
Впуск и выпуск
«Система двойного впуска» — на входе воздуха установлен клапан AICV, управляемый VSV.
Турбокомпрессор с одной спиралью встроен в выпускной коллектор. Контроль давления наддува с помощью клапана WGT пневматического типа. Для предотвращения явления помпажа (обратного потока наддувочного воздуха при закрытии дроссельной заслонки) установлен перепускной клапан с электроприводом. Установлен фронтальный интеркулер типа воздух-воздух. Топливная система/Управление двигателем (Д-4СТ) Впрыск топлива — комбинированный: непосредственно в камеру сгорания и многоточечный во впускные каналы. При низких и средних нагрузках — применяется комбинированный впрыск — гомогенная смесь повышает стабильность процесса сгорания и снижает выбросы.
· ТНВД (высокого давления) — одноплунжерный с регулирующим клапаном, перепускным клапаном, обратным клапаном.
· Топливная рампа (высокого давления) — штампованная из стали, содержит датчик давления топлива для обеспечения обратной связи.
· Кислородные датчики — датчик состава топливовоздушной смеси (AFS) — планарного типа перед катализатором и чашеобразного после катализатора (разные нагреватели). · Вентиляция картера (PCV) — с большим маслоотделителем. Встроенный клапан PCV в головке позволяет избавиться от лишнего вакуумного шланга.
· Система испарения топлива (EVAP) — простой вариант, с одним клапаном продувки адсорбера с ШИМ-управлением, адсорбер встроен в модуль топливного насоса. Электрооборудование · Система зажигания — типа DIS-3 (отдельная катушка со встроенным воспламенителем для каждого цилиндра).
Дополнительную информацию можно найти в обзоре двигателей M15 или A25 (ссылки ниже). Обзор двигателей Toyota |
net 
.6d 
Канал указателя уровня масла выполнен в блоке и служит каналом для картерных газов.
Канавка верхнего компрессионного кольца выполнена во вставке из нирезиста. Края колец покрыты DLC (алмазоподобным углеродом). На рабочую часть юбки поршня наносится полимерное покрытие (эта поверхность предварительно подвергалась дробеструйной обработке). Поршни соединены с шатунами полностью плавающими пальцами со стопорными кольцами.
Выпускные клапаны полые, с натриевым охлаждением. В механизме клапанного механизма имеются гидравлические регуляторы зазора клапанов и роликовые коромысла.
Приводы — гидравлического типа, широкодиапазонные для впуска (VVT-iW), традиционные для выхлопа (VVT-i). Диапазон изменения фаз газораспределения — 70° на впуске и 41° на выпуске. Подробнее о работе Toyota VVT .
а — от радиатора отопителя, б — к радиатору отопителя
При малых оборотах воздух забирается только через канал 1, при высоких оборотах открывается дополнительный канал.
При большой нагрузке используйте непосредственный впрыск топлива — улучшается испарение топлива в наполняющей массе цилиндра и снижается склонность к детонации.
Давление топлива регулируется в пределах 2,4..20 МПа в зависимости от условий движения.
а — форма предотвращения застревания посторонних предметовВсе, что вам нужно знать – Dust Runners Automotive Journal
Если вы посмотрите на послужной список Toyota в области создания современных спортивных автомобилей, то увидите, что он во многом основан на сотрудничестве с другими компаниями. FRS и GT86 используют мотор от Subaru, а Supra — это Z4 в модной одежде. Хотя обе эти машины хороши сами по себе, Yaris GR отличается тем, что это полностью продукт Toyota, чего мы давно не видели.
У Yaris GR есть куча действительно классных вещей, которые делают его интересным, но сегодня мы здесь для мотора. Под капотом вы найдете Toyota G16E-GTS с 1,6-литровым трехцилиндровым двигателем, в отличие от всего, что мы действительно видели раньше, в том смысле, что это буквально самый мощный продукт с рядным 3-цилиндровым двигателем, когда-либо созданный. титул, который ранее принадлежал BMW.
Как вы, наверное, знаете, Toyota уже довольно давно ничего не делает с точки зрения производительности двигателей. Они в значительной степени достигли пика на 2JZ, и с тех пор это снижение. В конце концов, это имеет смысл, потому что Toyota больше сосредоточена на производстве экономичных автомобилей, которые хорошо продаются и приносят прибыль. Денег просто больше нет на автомобили с высокими характеристиками.
Конечно, это мнение было перевернуто с ног на голову с появлением G16E-GTS, небольшого 1,6-литрового трехцилиндрового двигателя, в отличие от всего, что Toyota создавала для серийных дорожных автомобилей.
Стоит отметить, что этот двигатель должен был соответствовать нормам выбросов Евро-6, а это означало, что Toyota пришлось внести множество изменений и конструктивных решений во имя повышения эффективности. Присмотревшись к этому двигателю, давайте посмотрим на него сверху вниз, начиная с ГБЦ.
Головка блока цилиндров
Начнем с самой основной информации: G16E-GTS — это двигатель с двумя верхними распредвалами и четырьмя клапанами на цилиндр. Поскольку у него всего три цилиндра, общее количество клапанов достигает 12. Немного странно видеть это число, если вы привыкли к четырехцилиндровым двигателям, которые почти всегда имеют 16 клапанов, но это немного не по теме.
Сама головка изготовлена из литого алюминия, как и большинство современных двигателей. Это сделано для экономии веса и тепловой эффективности. Внутри литья головки вы найдете двухуровневую рубашку охлаждающей жидкости для улучшения потока. Toyota, очевидно, должна была сделать акцент на том, чтобы этот двигатель оставался холодным, особенно учитывая, что он был разработан с учетом использования на треке, где ваш двигатель подвергается экстремальным нагрузкам в течение длительных периодов времени.
Кулачки и VVTi-W
На этапе исследования для этой статьи меня несколько удивило то, что этот двигатель не имеет регулируемого подъема клапана. За последние 30 лет регулируемый подъем клапана можно было найти на большинстве маломощных двигателей, но с этим двигателем это не проблема.
Вместо регулируемого подъема клапанов Toyota решила дать этому двигателю возможность изменять фазы газораспределения за счет использования кулачковых фазовращателей на передней части распределительных валов, которые, кстати, являются полыми для снижения веса и уменьшения паразитных потерь, что в конечном итоге используется для улучшения эффективность еще выше.
На впускном кулачке эта система дает G16E-GTS 70-градусную регулировку фаз газораспределения, а на выпускной стороне — 41-градусную регулировку фаз газораспределения.
Вам может быть интересно, почему на стороне впуска больше настроек, потому что на стороне впуска используется VVTi-W, а на стороне выпуска — VVTi.
Также хуже отметить, что вы, как правило, увидите больше преимуществ в производительности и эффективности от большего диапазона регулировки на стороне впуска по сравнению со стороной выпуска.
Отверстия и клапаны
Присмотревшись к отверстиям на головке блока цилиндров, вы заметите нечто совершенно отличное от того, что вы привыкли видеть на двигателях с малой производительностью, а именно путь самого отверстия. Это отличается от того, что вы обычно видите, потому что G16E-GTS является частью линейки двигателей Toyota Dynamic Force, в которой используется гораздо более широкий угол наклона клапана, чем в среднем двигателе.
Проще говоря, воздухозаборник в основном менее прямой и более наклонен вниз. Это, в сочетании с широким углом клапана, придает этому двигателю уникальные характеристики, которые обеспечиваются эффективностью и мощностью. При использовании крутого впускного отверстия и увеличенного угла клапана воздух действительно больше проходит через заднюю сторону клапана в цилиндр, а не огибает заднюю сторону клапана.
Когда вы визуализируете это, вы увидите, что в результате получается гораздо лучший путь для впускного потока, что в конечном итоге приводит к гораздо лучшему потоку, распылению топлива и, в конечном итоге, к большей эффективности и мощности. Выпускные клапаны заполнены натрием для улучшения охлаждения, что вы найдете на значительной части двигателей, ориентированных на производительность.
Что еще интереснее с отверстиями на головке, так это то, что Toyota использует станки с ЧПУ для частичного сглаживания впускных отверстий. Когда голова сделана, она имеет шероховатую поверхность, потому что это литой материал, поэтому он немного пористый.
Ранее более популярный процесс, известный как портирование и полировка, представляет собой процесс, при котором порты увеличивают и сглаживают. Сглаживание сделано, чтобы помочь улучшить поток воздуха, позволяя воздуху более плавно поступать в цилиндры, по крайней мере, теоретически.
На G16E-GTS Toyota не полирует отверстия вручную, а использует станки с ЧПУ, чтобы сгладить вход впускных отверстий, оставив остальную часть шероховатой.
Теоретически это должно помочь с производительностью и эффективностью. Просто странно, что они это делают только на входе в порт, а не на всем.
Возможно, это просто улучшение перехода от впускного коллектора к впускному каналу, но это только мои предположения.
Сам впускной коллектор использует систему переменной длины, что довольно часто можно увидеть у Toyota и современных двигателей в целом. Проще говоря, эта система имеет перегородку, разделяющую впускной коллектор на две ступени, и клапан управления впускным воздухом в перегородке, который открывается и закрывается для изменения эффективной длины направляющих впускного коллектора в зависимости от частоты вращения двигателя и открытия дроссельной заслонки. угол.
Проще говоря, это просто система, помогающая повысить мощность независимо от оборотов двигателя за счет оптимизации длины впускного патрубка и скорости воздуха. Для людей, модифицирующих свои двигатели для абсолютной максимальной производительности, это часто, но не всегда, полностью удаляется.
Система впрыска
С точки зрения впрыска, G16E-GTS не представляет собой ничего особенного, поскольку в нем используется система впрыска топлива Toyota D-4S, как и все другие двигатели Dynamic Force от Toyota, которая состоит из прямого и портового впрыска для лучший из двух миров.
Проще говоря, непосредственный впрыск обеспечивает большую точность и точность в отношении распыления топлива и времени, в то время как впрыск через порт помогает свести к минимуму нагар на клапанах, а впрыск через порт гораздо проще модернизировать для послепродажного обслуживания по сравнению с прямым впрыском.
Турбокомпрессор
С точки зрения турбокомпрессора, опять же, удивительно видеть такую простую установку. Как и во многих современных автомобилях, турбонаддув объединен с выпускным коллектором как единое целое. Это то, что вы увидите на других двигателях Toyota, таких как 3SGTE, а также на других двигателях с высокими характеристиками, таких как BMW N55.
Турбокомпрессор представляет собой относительно небольшой узел, обеспечивающий этому двигателю большую мощность на низких оборотах и приемистость. Он имеет шарикоподшипниковую установку и использует конструкцию с одной прогулкой. Вам может быть интересно, почему он не использует двойную прокрутку, как вы увидите на других современных высокопроизводительных двигателях, и это потому, что нет никакой пользы от двойной прокрутки при использовании на движке только с одним банком.
Под этим я подразумеваю, что у этого двигателя всего три цилиндра, а это значит, что ряд цилиндров только один. Двойная спираль действительно выигрывает только там, где есть два ряда цилиндров, как и в случае с рядным 6, где три цилиндра могут приводить в действие каждую спираль турбонаддува.
Блок и внутренние детали
Двигаясь вниз от головки блока цилиндров, давайте подробнее рассмотрим блок цилиндров и внутренние детали внутри двигателя. Только головка блока изготовлена из литого алюминия, что опять же довольно стандартно для всех современных двигателей.
В основном это сделано для экономии веса и тепловой эффективности, а также потому, что на самом деле нет веских причин использовать чугун в этом типе применения, если потенциальное снижение производственных затрат не является приоритетом.
В блоке используется конструкция с открытой декой, что меня немного удивило, учитывая, насколько этот двигатель ориентирован на производительность. Мы подробно рассказывали об этом в других статьях, но в основном закрытая конструкция деки обеспечивает большую устойчивость цилиндра, особенно в верхней части цилиндра, где давление в цилиндре достигает самого высокого значения. Конструкция с открытой декой улучшает охлаждение и уменьшает точки перегрева в цилиндре, но обеспечивает гораздо меньшую прочность и жесткость в верхней части цилиндра.
Учитывая высокое давление в цилиндрах этого двигателя, можно было подумать, что Toyota будет использовать конструкцию с закрытой декой, но они этого не сделали. Втулки для цилиндра сделаны из чугуна, и они очень тонкие, до такой степени, что вы не сможете расточить этот двигатель.
Если где-то в двигателе произошла неизбежная неисправность, и цилиндр нужно было расточить как часть процесса восстановления, вам просто нужно было бы вместо этого купить новый блок.
Поршни изготовлены из алюминия и имеют Т-образную форму. Еще одна вещь, которая меня удивила во время исследования для этой статьи, это то, насколько высока степень сжатия этого двигателя — 10,5:1. Раньше это считалось довольно высоким для безнаддувного двигателя, поэтому видеть, что в приложении с наддувом от 20 до 30 фунтов было довольно дико.
Поршни также имеют тонкие внутренние стенки для уменьшения веса вращающегося узла. Канавка верхнего компрессионного кольца выполнена во вставке из нирезиста, а кромки поршней покрыты DLC (алмазоподобным углеродом).
Шатуны кованые, как и следовало ожидать от небольшого двигателя с такой высокой мощностью, а коленчатый вал изготовлен из кованой стали с индукционной закалкой. Действительно интересная вещь, которую Toyota сделала со всем этим вращающимся узлом, — это смещение центральной линии коленчатого вала от центральной линии цилиндров на 10 градусов.
Это было сделано для уменьшения поперечной силы, с которой поршень действует на стенку цилиндра, что снижает трение и износ. Это не то, что я действительно видел на каких-либо других движках, поэтому мне любопытно, станем ли мы чаще видеть это в приложениях для повышения производительности.
Угол поворота коленчатого вала двигателя составляет 120 градусов, что типично для трехцилиндрового двигателя, так что в этом отношении нет ничего особенного. Из-за изначально неуравновешенного характера двигателей с нечетным числом цилиндров Toyota добавила балансировочные валы, чтобы уменьшить вибрации, ощущаемые в салоне.
Нижняя часть оснащена девятью поршневыми маслораспылителями, по три на поршень. Это помогает поддерживать охлаждение поршней, что особенно важно для количества наддува и мощности, которые производит этот двигатель, и вся эта мощность распределяется только по трем цилиндрам. Это создает тонну нагрузки и напора на каждый поршень по сравнению с двигателем аналогичной выходной мощности с большим количеством цилиндров.