丰田皇冠车身拆解调研(Ⅰ)

直喷2.5L V6引擎“4GR-FSE”

2016/05/23

概要

トヨタクラウン車両分解調査 トヨタクラウン車両分解調査


 丰田皇冠(搭载2.5L V6发动机,后轮驱动版:2012年12月发售)的车体拆解调研通过广岛县产业振兴机构的基准测试,于2015年11月27日开始实施。这里介绍下各零部件及组件的调查结果。本次汇报为搭载的2.5L V6 4GR-FSE型发动机以及动力总成相关部件的介绍。这种发动机为直喷形式,配备进气、排气可变阀门系统的Dual WT-i,结合采用双排气口,是考虑了动力性能、低燃耗、以及静谧性而开发出的发动机。预定下回的介绍为底盘相关,下下回为车身相关。

历史拆解调研报告:
丰田第4代普锐斯
(上)对高效小型轻量化动力总成系统升级,实现40km/L的燃效」(2016年2月)
(中) TNGA/底盘及气动性能技术的升级 (2016年3月)
(下)新平台TNGA的车身结构与隔音吸音材料、防震材料的技术(2016年3月)
132个零部件照片集锦:TNGA的构件/零部件详细照片及主要零部件供应商一览 (2016年4月)

 

大发MOVE(2015年2/3月登载)
  大发MOVE(2015年2/3月登载)
  (中)追求小型轻量化的涡轮发动机与三轴齿轮系CVT
  (下)车身结构采用精简的直线性骨架

大众Polo(2014年11/12月登载)
  (上)供应商名单以及发动机舱与驾驶座周边的拆解
  (下)1.2TDI涡轮柴油发动机及悬架结构

日产NOTE(2014年9月刊登)
  (上)主要安全技术与高级驾驶辅助系统
  (下)采用机械增压器的驱动单元

本田雅阁混合动力(2014年2月刊登)
  (上)PCU及底盘相关零部件
  (中)电池相关零部件及电动伺服制动系统
  (下)传动系统

本田飞度混合动力(2013年12月刊登)
  (1)电池相关零部件与电动伺服制动系统
  (2)发动机与内置电机的7速双离合变速器

丰田AQUA(2012年11月刊登)
  (1)关键零部件供应商及电池相关零部件
  (2)燃效实现35.4km/L的混合动力系统

日产 聆风
  (1)拆解调研(2012年2月刊登)
  (2)主要分解零部件展示的采访报告 (2012年9月刊登)
  (2)解剖车展示的采访报告(2012年11月掲載)



4GR-FSE 发动机简介

 4GR-FSE发动机是以皇冠为首,雷克萨斯GS,雷克萨斯IS,丰田锐志基础款上搭载的FR高级车用2.5L V6自然吸气发动机。改款发动机是普通汽油版,通过12.0高压缩比,采用了缸内直喷,虽然构造简易,但以追求低燃耗和静谧性著称。是同样搭载在皇冠和雷克萨斯系列等FR车型上4种发动机中,价格最低的车用发动机,与其它3种发动机:3.5L V6发动机(2GR-FSR)、混合动力版2.5L 直4发动机(2AR-FSE),以及2015年新增2.0L直4涡轮增压发动机(8AR-FTS),与这些缸内直喷+燃油喷射双系统的燃油喷射系统相对比,该发动机只有缸内直喷1种系统。车身拆解以及发动机主要各单元如下:

车名・车辆级别 皇冠2.5
车身尺寸 长4895mmX宽1800mmX高1460mm
轴距 2850mm
发动机型号 4GR-FSE
种类・气阀结构 V型6气筒 DOHC 24气阀
排量 2499cc
缸径 X 冲程 83.0mm x 77.0mm
缸径冲程比 0.93
压缩比 12.0
进气方式 自然吸气
使用燃料 无铅普通汽油
最大输出功率 149kW(203PS) /6400rpm
最大扭矩 243Nm (24.8kgm)/4800rpm
每升输出功率 81.2PS/L
每升扭矩 9.9kgm/L
JC08标准燃耗 11.4km/L(本次提供试用车型:2WD 版)

 

发动机车载状态保险杠、格栅、散热片、电容器拆卸后的状态 从车体拆卸下来的发动机左侧
发动机车载状态
保险杠、格栅、散热片、电容器拆卸后的状态
从车体拆卸下来的发动机左侧

 

发动机车载状态从发动机舱上方观察的状态 从车身拆卸后的发动机后部和变速器
发动机车载状态
从发动机舱上方观察的状态
从车身拆卸后的发动机后部和变速器


进气部分

稳压箱稳压箱(树脂材质)和进气歧管 进气歧管拆卸后的稳压箱和节气门体
稳压箱(树脂材质)和进气歧管 进气歧管拆卸后的稳压箱和节气门体


 节气门体、稳压箱(树脂材质)和进气歧管配置在两边V-Bank的中央上方。稳压箱采用了可变吸气系统(ACIS: Acoustic control induction system)。这是为了更积极利用进气时的脉动效应,通过发动机转速与变化的气流周期相结合,通过电机驱动的执行器来切换进气管有效长度,大范围的提高扭矩。

 

进气歧管(气缸盖安装面) 进气歧管(稳压箱安装面)
进气歧管(气缸盖安装面) 进气歧管(稳压箱安装面)


 电机驱动的涡流控制阀装载在进气歧管上,低负荷状态下吸入空气较少时,通过堵塞一般进气歧管的进气通道,在气缸内产生纵向涡流。

 

空气净化器(电装产)和外气导入管 从空气净化器连接节气门体的空气管
空气净化器(电装产)和外气导入管 从空气净化器连接节气门体的空气管

外气导入管设置在前格栅内侧上方,与空气净化器相连。空气净化器出口上设置有气流传感器,通过热线风速仪来测定吸入空气量。空气净化器和节气门体连接的空气管中间设置有共振器,通过减轻特定频带的声音来提高静谧性。
气流传感器(电装产)
气流传感器(电装产)


气缸盖

气缸盖(进气口侧) 气缸盖(出气口侧)
气缸盖(进气口侧) 气缸盖(出气口侧)


 V-Bank左右两个气缸盖,在V-Bank内侧设置进气口。进气口在每个气缸上有2条进气通道,进气管上的涡流控制阀关闭时,只剩下单侧进气口进气。通过关闭单侧进气口,生成较强倾斜的纵向涡流,来促进气缸内的燃料和吸入气体的混合、以及燃料的气化。

 

气缸盖(燃烧室) 气缸盖和喷油器
气缸盖(燃烧室) 气缸盖和喷油器


 燃烧室是屋脊形燃烧室。中央配置有3极铱合金火花塞用的孔。进气口的燃烧室周围一圈圆孔(左图燃烧室下方)为燃烧室内的直喷喷油嘴安装孔。右图为喷油嘴安装后状态。涡流控制阀关闭的状态下,向单侧进气口流入,向涡流喷射燃料。



活塞

活塞上部(活塞为日本ART活塞工业公司产) 活塞、连杆和连杆盖
活塞上部(活塞为日本ART活塞工业公司产) 活塞、连杆和连杆盖


 活塞一侧的燃烧室在中央部设有浅浅的开孔,目的为了平衡正常均质混合气的燃烧和冷却时的分层混合气的燃烧。活塞为铝铸件,裙板短而薄,目的为了轻量化以及减低成本。



燃料喷射系统

喷油器(电装产) 高压喷射泵(电装产)
喷油器(电装产) 高压喷射泵(电装产)


 左图为装载在气缸盖上,直接喷射燃料的喷油嘴。通过直喷达到燃料气化后吸气冷却的作用。右图为喷射燃料用的高压泵。通过高压喷射来达到喷射燃料的微粒化。



凸轮轴

排气凸轮轴(左)和进气凸轮轴(右) 凸轮轴梯形框架(车辆右侧BANK用)
排气凸轮轴(左)和进气凸轮轴(右) 凸轮轴梯形框架(车辆右侧BANK用)
安装在气缸盖上,这个上面装载凸轮轴。左侧沟槽为排气凸轮轴用,右侧沟槽为进气凸轮轴用。


 气门结构为DOHC型,在进气、排气口两边的凸轮轴上装有可变气门正时系统(VVT),根据运转状况控制进排气气门正时。左图下方的圆筒部位内置VVT用的电机和减速齿轮。凸轮轴的驱动为通过主链条先驱动两个BANK的进气凸轮轴,然后通过副链条从进气凸轮轴驱动排气凸轮轴的2段链条驱动方式。

 右图为凸轮轴梯形框架,安装在气缸盖上面,其上装有进气和排气凸轮轴。为了抑制气门结构的震动,像高刚性支撑那样做成阶梯式结构。



气缸体

气缸体(气缸一侧)右图的气缸水套隔片,插入衬垫外侧的气缸水套上 ウォータージャケットスペーサー
气缸体(气缸一侧)
右图的气缸水套隔片,插入衬垫外侧的气缸水套上
气缸水套隔片
气缸体(曲轴箱侧) 气缸体(车辆前方)
气缸体(曲轴箱侧) 气缸体(车辆前方)


 气缸体为铝合金制,里面为铸铁衬垫。通过插入树脂制的气缸水套衬片,有效地对气缸上部进行冷却。通过嵌入气缸水套高度一半的衬片,减缓钻孔下部水流量,提升钻孔下部的内壁温度,使钻孔上下的温度差减小,抑制变形、减低摩擦。气缸体为长裙板式,相比固定曲轴的轴承盖安装面,考虑到下方部分的宽敞尺寸,降低噪音和震动。



曲轴

曲轴 轴承盖
曲轴 轴承盖


 曲轴安装在气缸体的裙板部上的铸铁轴承盖上。



油底壳

压铸铝油底壳气缸安装面 压铸铝油底壳下侧
压铸铝油底壳气缸安装面 压铸铝油底壳下侧
车辆下方观察到的发动机图 从气缸拆卸油底壳后的状态
车辆后端装有滤油网。前端油道与滤油器相连。
车辆下方观察到的发动机图 从气缸拆卸油底壳后的状态 车辆后端装有滤油网。前端油道与滤油器相连。


 油底壳为了减轻发动机本体的噪音和震动,设计为铝压铸制,也起到提高气缸刚性的作用。

 油底壳的车辆前方突出部位上安装有机油滤清器盒,转动盖子前端可以更换内置机油滤清器。

 发动机前侧最下方由于是配置了转向器的车辆设计,为了确保油底壳里的含油量,左右两边扩大了在油底壳后端的储油空间(右上图的左侧部分)。该部分的下侧开口部安装有钢制的机盖。

 左下图为去除了下护盖,从下方向上观察发动机的照片。油底壳前半部分的下方,配置了转向器,前悬架横梁的中央部位有一个较大的圆柱空间被挖空,可以看到为了确保油底壳含油量设计的横向长条形钢制外盖。

 右下图为卸下油底壳的气缸照片。隔板上全面覆盖了曲轴。前侧有连接着机油滤清器的油道。



气缸盖罩・正时链条箱

气缸盖罩背面 气缸盖罩正面
气缸盖罩背面 气缸盖罩正面


 最近推出的热门车型用发动机,为了减轻重量,气缸盖罩和前盖都使用了树脂材质,这种发动机为铝铸件制造。为了减轻噪音及振动,提高了材质刚性。气缸盖罩使用了润滑凸轮轴的油喷设计。

 

前盖(爱信精机产)背面 前盖(爱信精机产)正面
前盖(爱信精机产)背面 前盖(爱信精机产)正面


链条盖内置油泵及水泵。



排气系统

排气歧管・前端催化剂 排气歧管的氧气传感器(电装产)
排气歧管・前端催化剂 排气歧管的氧气传感器(电装产)
前排气管・后端催化剂・中央消音器 前排气管的氧气传感器(电装产)
前排气管・后端催化剂・中央消音器 前排气管的氧气传感器(电装产)
中排气管・后消音器(三五公司产) 中央消音器后部的接口部
采用可弯曲接口
中排气管・后消音器(三五公司产) 中央消音器后部的接口部 采用可弯曲接口

 排气系统分别在V6发动机的左右BANK两边安装了排气歧管,然后配置了前端催化剂、前排气管,以及后端催化剂2个系统。左右2个系统的前排气管在中央消音器前汇总成一条线路,连接在中央消音器上。从中央消音器出来,中排气管开始又再次分开为左右两条线路,分别与2个后消音器相连接。

 中央排气管和前排气管为了冷却制动后的排气保温,提高催化剂有效性,设计成2层管构造。而且,2层管构造对周边零件的隔热也有效果,省去了排气歧管周边的隔热盖设计。



辅助机械类

空调组件(电装产) 启动电机(电装产)
空调组件(电装产) 启动电机(电装产)


 空调组件以及启动电机均为电装生产。



变速器

变速器和液力变矩器 变速器(发动机连接部)
变速器和液力变矩器 变速器(发动机连接部)
从发动机上卸下液力变矩器后的状态 从车辆下方观察的配套变速器的状态
从发动机上卸下液力变矩器后的状态 从车辆下方观察的配套变速器的状态

 变速器为爱信AW生产的A960E型6速AT。用于丰田配套3.0L以下发动机的FR车,除了皇冠以外,雷克萨斯IS,雷克萨斯GS,丰田锐志等也搭载该发动机。

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