Двигатель Toyota 1UR представляет собой 4-тактный безнаддувный бензиновый двигатель внутреннего сгорания V8 объемом 4608 куб.см, с водяным охлаждением. Представляет семейство UR, производимое Toyota Motor Corporation с 2006 года.
Двигатель 1UR-FE имеет 8 цилиндров в V-образном расположении с углом 90°. 1UR-FE оснащен литым алюминиевым блоком цилиндров с 5-опорным коленчатым валом и 2 алюминиевыми головками с 2 распределительными валами (DOHC) и 4 клапанами на цилиндр (итого 32). Оснащен системой последовательного впрыска топлива L-типа (SFI), системой зажигания Direct Ignition System (DIS) с отдельными катушками на каждой свече зажигания, индукционной системой акустического контроля (ACIS), электронным опережением зажигания (ESA) и ETCS-i (интеллектуальная электронная система управления дроссельной заслонкой). В двигателе также использовалась система Dual VVT-i (переменная синхронизация клапанов) для впускного и выпускного распределительных валов. Для снижения выбросов использовалась система рециркуляции выхлопных газов (EGR) с водяным охлаждением и система впрыска воздуха для более быстрого прогрева каталитических нейтрализаторов.
Технические характеристики
| Объем цилиндров, куб.см | 4608 |
| Номинальная мощность, л.с. | |
| — при 5500 об/мин | 309 |
| — при 6400 об/мин | 347 |
| Крутящий момент, Нм | |
| — при 3400 об/мин | 439 |
| — при 4100 об/мин | 460 |
| Степень сжатия (компрессия) | 10,2 |
| Количество цилиндров | 8 |
| Количество клапанов на цилиндр | 4 |
| Диаметр цилиндра, мм | 94 |
| Ход поршня, мм | 83 |
| Порядок работы цилиндров | 1-8-7-3-6-5-4-2 |
| Питание | Распределенный впрыск + Dual VVT-i + DOHC |
| Вид горючего | Неэтилированный бензин АИ-95 |
| Расход бензина, л/100 км (город/трасса/смешанный) | 18,2/11,4/13,9 |
| Система смазки | Комбинированная (разбрызгивание под давлением) |
| Тип моторного масла | 10W-30, 5W-30 |
| Объем моторного масла, л | 7,5 |
| Система охлаждения | Жидкостная, замкнутого типа, с принудительной циркуляцией |
| Охлаждающая жидкость | На основе этилен-гликоля |
| Моторесурс, тыс.часов | 200 |
Блок 1UR-FSE
Двигатель 1UR-FSE имел блок из литого под давлением алюминиевого сплава с диаметром отверстия 94,0 мм и ходом поршня 83,0 мм; шаг отверстия составлял 105,5 мм, а расстояние между рядами цилиндров составляло 21,0 мм. Был использован обширный анализ автоматизированного проектирования (САПР), включая данные о термической деформации работающей силовой установки, чтобы максимально увеличить жесткость конструкции блока цилиндров и масляного поддона.
Внутри цилиндров двигатель 1UR-FSE имел чугунные гильзы шиповидного типа, которые были изготовлены таким образом, что их литые поверхности образовывали большие неровные поверхности для лучшего сцепления между гильзами и блоком — это улучшало отвод тепла и уменьшало тепловую деформацию каналов. Чтобы свести к минимуму передачу вибраций, заштрихованные метки обработки внутренних стенок блока цилиндров были оптимизированы под углом 30 градусов. Кроме того, было использовано специальное трехмерное устройство измерения внутренней стенки цилиндра, чтобы обеспечить соответствие зазора между гильзой цилиндра и поршнем конструктивным параметрам на протяжении всего рабочего цикла.
Блок и головка блока цилиндров были проверены перед сборкой с помощью рентгеновского инспекционного устройства и компьютерной томографии, чтобы определить, могут ли пузырьки полости внутри отливок поглощать деформированный металл при высоких температурах. Эта информация дополняла установленные данные о термической деформации, чтобы гарантировать, что для каждой силовой установки деформация двигателя происходила только в пределах проектных параметров.
Коленчатый вал, шатуны и поршни
Двигатель 1UR-FSE имел коленчатый вал из кованой стали с 6 противовесами и 5 коренными шейками. Каждая область коленчатого вала, включая точки трения и поршневые пальцы, была отполирована до зеркального блеска, чтобы минимизировать трение поршня и оптимизировать баланс вращения.
Подшипники коленчатого вала были изготовлены из алюминиевого сплава, а поверхность накладок подшипников была покрыта смолой для повышения износостойкости и сопротивления заеданию. Крышки подшипников коленчатого вала имели 4 пластиковых стяжных болта разного размера с внутренней и внешней сторон для крепления шеек; каждая крышка подшипника коленчатого вала была затянута сбоку для повышения надежности. Для снижения шума и вибрации шкив коленчатого вала имел крутильный резиновый демпфер.
Для ранее недоступных каналов подачи масла, таких как смазочные отверстия коленчатого вала, была использована специально разработанная форсунка высокого давления, которая распыляла жидкость, содержащую сверхмелкие частицы оксида алюминия. Применение этой жидкости при высоком давлении устраняет заусенцы и снижает сопротивление потоку масла для превосходной смазки.
Двигатель 1UR-FSE имел кованые шатуны с алюминиевыми подшипниками, покрытыми смолой. Чтобы свести к минимуму смещение крышек подшипников во время сборки, на сопрягаемых поверхностях крышек подшипников использовались выбивные штифты. Кроме того, шатуны имели пластиковые области стяжных болтов.
Двигатель 1UR-FSE имел поршни из алюминиевого сплава, которые охлаждались 4 масляными форсунками в блоке цилиндров. Для уменьшения трения и повышения износостойкости юбки поршня имели полимерное покрытие, а компрессионное кольцо №1 и маслосъемное кольцо имели покрытие методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Для уменьшения веса в нижней части головки поршня (в районе бобышек пальцев) были выполнены литые отверстия. Кроме того, головка поршня 1UR-FSE имела коническую хлюпающую форму.
Крышка цилиндра
1UR-FSE имел головку блока цилиндров из алюминиевого сплава, которая отделяла часть шейки распределительного вала (корпус распределительного вала) от ГБЦ. ГБЦ была установлена на 3-слойной прокладке из стали и ламината, а вокруг отверстия цилиндра каждой прокладки использовалась прокладка для повышения герметичности и долговечности. Кроме того, поверхность прокладки была покрыта термостойким фторкаучуком.
Двигатель имел крышки головок цилиндров из магниевого сплава, которые включали трубку подачи масла для смазки скользящих частей коромысел клапанов. Кроме того, свежий воздух поступал из правой и левой крышек головок цилиндров, чтобы улучшить вентиляцию внутри двигателя и повысить устойчивость моторного масла к износу.
В 1UR-FSE реализована новая технология охлаждения «Частичное предварительное охлаждение головки блока цилиндров», при которой охлаждающая жидкость радиатора подавалась в ГБЦ для охлаждения периферии камеры сгорания. Нагретая охлаждающая жидкость со стороны выхлопа, которая имела тенденцию собирать больше всего тепла, затем подавалась через водяные рубашки блока для равномерного распределения тепла. Этот процесс охлаждения уменьшил деформацию канала цилиндров и механические потери на трение.
Распредвалы и цепи ГРМ
Двигатель 1UR-FSE имел полые двойные верхние распределительные валы на ряд цилиндров. Во время производства распределительные валы охлаждались жидким азотом перед тем, как были прикреплены отдельные кованые выступы кулачка — этот процесс облегчил механическую обработку и полировку более точного профиля кулачка для увеличения выходной мощности двигателя.
В 1UR-FSE использовались отдельные первичные цепи привода ГРМ для впускных распределительных валов, в то время как каждый выпускной распределительный вал приводился в движение вторичной цепью привода ГРМ от впускного распределительного вала. И первичная, и вторичная цепи ГРМ были роликовыми с шагом 9,525 мм. Каждая первичная цепь привода ГРМ и вторичная цепь привода ГРМ имели натяжитель цепи, который использовал давление масла и пружину для поддержания натяжения цепи. Для смазки цепей ГРМ использовалась масляная форсунка в крышке масляного насоса.
Крышка цепи ГРМ имеет интегрированную конструкцию, состоящую из системы охлаждения (т.е. водяной насос и канал для воды) и системы смазки (масляный насос и канал для масла).
Клапаны
Двигатель 1UR-FSE имел 4 клапана на цилиндр — 2 впускных и 2 выпускных, которые приводились в действие роликовыми коромыслами со встроенными игольчатыми подшипниками, последние уменьшали трение между кулачками и коромыслами клапанов. 1UR-FSE, расположенный в точке опоры роликовых коромыслов, имел гидравлический компенсатор зазора, который состоял из плунжера, пружины плунжера, стопорного шарика и пружины стопорного шарика. Гидравлический компенсатор приводился в действие моторным маслом, подаваемым из ГБЦ, и встроенной пружиной. Давление масла и сила пружины, действовавшая на поршень, толкали роликовое коромысло к кулачку, чтобы отрегулировать зазор между штоком клапана и коромыслом.
Для 1UR-FSE подъем клапанов составлял 10,9 мм для впускных клапанов и 10,7 мм для выпускных клапанов.
Dual VVT-i, включая VVT-iE
Двигатель 1UR-FSE имел систему Toyota/Lexus Dual VVT-i для управления впускными и выпускными распределительными валами и изменения фаз газораспределения для оптимизации перекрытия клапанов в зависимости от двигателя и условий движения, чтобы в полной мере использовать пульсацию выхлопных газов для улучшения наполнения цилиндров при высоких оборотах двигателя.
Для впускных распределительных валов двигатель представил «Изменяемую синхронизацию клапанов — интеллектуальный электрический» (VVT-iE), в которой использовался электродвигатель для изменения лопасти контроллера VVT-i и изменения фаз газораспределения. Напротив, выпускной распределительный вал имел обычную гидравлическую систему VVT-i, в которой масляный регулирующий клапан фаз газораспределения управлял золотниковым клапаном, который позволял подавать гидравлическое давление на сторону опережения или замедления контроллера VVT-i. В ответ на это вращение узла лопасти контроллера VVT-i относительно звездочки цепи газораспределения приводило к изменению фаз газораспределения.
Система VVT-iE была разработана потому, что гидравлический VVT-i не мог работать при частоте вращения двигателя ниже 1000 об/мин или при холодном двигателе. Однако VVT-iE мог работать при любых оборотах двигателя и температурах, со скоростью срабатывания кулачка 50 градусов в секунду в фазе замедления и 150 градусов в секунду в фазе опережения.
Для компонентов управления двигателем распредвала VVT-iE требуется:
- Однородная обмотка катушек высокой плотности для согласованного намагничивания в каждом сердечнике статора;
- Точное фрезерование подшипников вала двигателя, чтобы VVT-iE мог работать с минимальной вибрацией;
- Новая система, в которой использовались сопротивление трения и редуктор для удержания фазы кулачка в идеальном положении для запуска двигателя.
