Двигатель 4A-FE: устройство, характеристики, ремонт и техобслуживание силовой установки

Бензиновый двигатель 4A-FE использовался компанией Toyota с 1987 по 2001 г., шел на машины для внутреннего рынка и поставлявшиеся на экспорт. В процессе производства претерпел несколько этапов модернизации, позволивших улучшить характеристики. Двигатель 4A-FE распространен на вторичном рынке и пользуется популярностью из-за надежности и простой конструкции.

Общие сведения о двигателе 4A-FE

Рядный мотор 4A-FE использовался в связке с автоматическими или механическими коробками передач. Нумерация цилиндров велась от носка коленчатого вала, который вращался в 5 опорах со сменными вкладышами. Блок изготавливался из серого чугуна, зеркала цилиндров растачивались в теле отливки.

Использовалась алюминиевая головка с противоположным расположением клапанов впуска и выпуска для улучшения газообмена. Клапана устанавливались под углом, камера сгорания имела шатровый профиль.

Механизм ГРМ типа DOHC состоял из пары распределительных валов, свечи вворачивались в ГБЦ и находились по центру камеры сгорания. Пружины клапанов имели асимметричный шаг навивки для устранения резонанса. Помимо 16-клапанных моделей существовали версии с 20 клапанами (в механизме имелся дополнительный клапан впуска).

На 4A-FE ремень вращал вал впускных клапанов, который был связан с ним шестернями. В модификации 4A-GE привод немного изменили – оба вала имели привод от ремня, зубчатую пару убрали. Двигатели серии 4А не оснащались гидрокомпенсаторами, зазоры регулировались шайбами (место установки шайб зависит от конструкции газораспределительного механизма).

Поршни имели выемки на днище, не допускавшие столкновение с клапанами при обрыве ремня. Пальцы для 4A-FE устанавливались с натягом в головке шатуна, а на 4A-GE могли перемещаться в отверстии и фиксировались от выпадения из поршня стопорными кольцами. Верхнее кольцо изготовлялось из стали (марка зависела от модификации двигателя), а нижнее – из чугуна.

Моторы серии 4А оснащались системой жидкостного охлаждения с насосом, имевшим ременной привод. Количество ремней зависело от набора навесного оборудования. Для вращения насоса усилителя руля и компрессора кондиционера (элементы ставились не на все автомобили) использовались отдельные ремни.

Для циркуляции масла под давлением использовался шестеренный насос, ротор вращался ремнем ГРМ. Запас масла хранился в штампованном поддоне, фильтр располагался на боковине картера. В поддоне моторов 4A-GE предусматривался элемент для гашения колебаний масла при резких маневрах.

На двигателях 4A-FE без нейтрализатора отработавших газов имелся ручной потенциометр для выбора октанового числа топлива. Реостат использовался для корректировки угла опережения зажигания.

Двигатель 4A-FE
Двигатель 4A-FE

История двигателя

Двигатель 4A-FE создавался как преемник модели 4A-F с карбюратором, выпуск начался в 1987 г. Использование инжектора позволило менять состав топливной смеси в зависимости от внешних условий и снизить токсичность выхлопных газов. Производство двигателей 4A-FE 16 Valve EFI и его модификаций свернули в 2001 г. Наследником стал 1,6-литровый 3ZZ-FE с двойной системой изменения фаз газораспределения VVT-i.

Клапан vvti
Клапан vvti

Особенности конструкции

Двигатель 4A-FE оснащался впускным коллектором с раздельными каналами одинаковой длины, объединенными камерой резонатора. Конструкция коллектора обеспечивала инерционный напор воздуха и повышала крутящий момент мотора на малых и средних оборотах.

Перед покупкой автомобиля с 4A-FE следует заранее выяснить, где находится номер двигателя. Информация набита на вертикальной площадке на блоке около картера сцепления. Номер часто нечитаемый из-за длительного воздействия влаги и дорожных реагентов.

4a Fe - номер двигателя
4a Fe — номер двигателя

Технические характеристики.

Общие параметры моторов 4A-FE:

  • объем – 1587 см³;
  • диаметр цилиндра и ход поршня – 81 и 77 мм;
  • максимальная частота вращения – 6300 об/мин;
  • степень сжатия – 9,5;
  • последовательность работы – 1-3-4-2.

Мощность атмосферных моторов 4A-FE зависела от рынка сбыта. Для Северной Америки поставлялась 103-сильная версия, крутящий момент – 145 Н*м (пиковые значения достигались при 5800 и 4800 об/мин соответственно). В Европе мощность была повышена до 105 сил при 6000 об/мин, а момент снижен до 142 Н*м при 3200 об/мин. Самые высокие показатели имела модель для стран Юго-Восточной Азии и Японии – 113 сил при 6000 об/мин.

Расход топлива

Экономичность двигателя 4A-FE соответствовала требованиям 90-х гг. прошлого века. Например, расход топлива (в л /100 км) для универсала Toyota Avensis I поколения с механической коробкой составлял 10,4 л в городе и 6,4 л на шоссе. Toyota Carina для японского рынка с АКПП сжигала в смешанном цикле 10/15 около 6,8 л бензина. Данные указаны по заводским замерам, по мере износа двигателя расход увеличивается.

Плюсы и минусы ДВС

Основные преимущества двигателя 4A-FE:

распространенность на вторичном рынке;
возможность самостоятельного ремонта и обслуживания;
большой ресурс – до 300 тыс. км до капитального ремонта.

Недостатки двигателей 4A-FE:

постепенное прекращение выпуска оригинальных запасных частей;
сложность приобретения двигателя в хорошем состоянии;
постоянные проблемы с датчиками и проводкой из возраста и естественного износа.

Модификации силовой установки 4A-FE

Моторы 4A-FE разделяются на три поколения. Ранняя серия Gen 1 выпускалась до 1996 г. и отличалась низкой клапанной крышкой с надписью Toyota 16 Valve EFI. На боковине крышки имелись 3 больших выступа. Еще одним отличием было расположение форсунок системы впрыска бензина в ГБЦ.

Второе поколение или Gen 2 выпускалось с 1992 по 1998 гг. (серии Gen 1 и Gen 2 перекрывались по годам сборки). Внешне отличались крышкой клапанов с прямыми боковыми стенками и с продольными ребрами жесткости на поверхности. Форсунки впрыска топлива переместили во впускной коллектор. Ближе к концу производства внедрили модернизированные поршни и датчик абсолютного давления MAP.

С 1996 по 2001 гг. выпускались моторы 4A-FE третьего поколения, разработанные для Японии и ряда стран Юго-Восточной Азии. Визуально двигатели не отличались от представителей Gen 2, была небольшая разница в форме корпуса дроссельной заслонки и впускного коллектора. Также представители Gen 3 имели повышенную на 5 сил мощность.

Моторы 4A-FE разделялись на группы по конструкции системы выброса отработавших газов:

  • с установкой каталитического нейтрализатора;
  • без системы дожигания отработавших газов;
  • работающие на обедненной смеси (модель 4A-FE LB или Lean Burn), для снижения расхода двигатель мог оснащаться системой изменения геометрии или дросселирующими заслонками на входе в цилиндры.

Другие двигатели в серии

В серию 4А входило несколько моделей двигателей, имевших конструктивные отличия. Помимо гражданских версий существовали модификации для гонок (профессиональных и любительских).

Например, специальная модель 4A-GE TRD (Toyota Racing Development) для Formula Atlantic развивала мощность от 210 до 265 сил при 9500-13000 об/мин. Степень сжатия 12,7 единиц допускала использование только специального высокооктанового топлива.

4A-GE

Наиболее интересная с точки зрения конструкции линейка 4A-GE 1600CC включает в себя:

  • 16-клапанные моторы, выпускавшиеся с весны 1983 по 1991 гг.;
  • 20-клапанные агрегаты, предлагавшиеся клиентам с 1991 г. вплоть до 2000 г.

Двигатель 4A-GE оснащался головкой, разработанной компанией Yamaha Motor Corporation. Угол развала между клапанами был увеличен до 50⁰. В системе впуска имелись заслонки системы T-VIS, коллектор оснащался 8 патрубками одинаковой длины и резонатором. За счет применения легких сплавов вес мотора составил всего 123 кг.

Первые представители серии (неофициальное обозначение Black Top) имели клапанную крышку, с надписями черного и синего цвета. Мощность составляла 112 или 120 сил (в зависимости от рынка сбыта) при степени сжатия 9,4. Выпуск моторов продолжался до конца весны 1987 г.

Второе поколение (условно именуемое Red&Black Top) отличалось усиленными коренными опорами шатунов и дополнительными ребрами жесткости на задней плоскости блока. Мощность моделей для США выросла на 3 силы, для Японии выпускались 120-сильные двигатели. Буквы на клапанной крышке были окрашены в красный и черный цвета.

 В июне 1989 г. дебютировало третье поколение или Red Top (по цвету букв надписи на крышке). Степень сжатия выросла до 10,3 единиц, были переработаны магистрали впуска для устранения завихрений потока. Одновременно был убран 8-канальный коллектор. Изменения затронули поршневую группу, шатуны и систему смазки. Мощность варьировалась в пределах от 125 до 140 сил, а момент – от 142 Н*м до 149 Н*м (в зависимости от рынка сбыта).

С 1991 по 1995 гг. собиралась четвертая серия Silver Top с хромированными буквами на крышке. В головке имелось 20 клапанов, впускной распределительный вал оснастили регулятором фаз. Степень сжатия довели до 10,5 единиц, использовали укороченный впуск. Мощность версии 20V дошла до 160 сил при 7400 об/мин, а пик крутящего момента при 5200 об/мин составлял 162 Н*м. Мотор предлагался только на внутреннем рынке Японии.

В 1995 г. началось производство 20-клапанной версии Black Top (в честь черной клапанной крышки) или пятого поколения 4A-GE. На двигателе сохранили регулятор фаз для впуска, ввели расходомер воздуха MAP и довели до 11 единиц степень сжатия.

Были переработаны газовые каналы, облегчена шатунно-поршневая группа и маховик. Мощность составляла 165 сил при 7800 об/мин, а момент – 162 Н*м при 5200 об/мин. Все 20-клапанные моторы рассчитаны на бензин сорта 100 RON или А-100, при использовании другого топлива характеристики падают.

4A-GE
4A-GE

4A-F

Карбюраторная модификация двигателя с уменьшенным углом развала клапанов. Выпускалась с 1987 по 1992 г. Поставлялась на внутренний рынок, в Европу, ряд стран Азии, Африки и Латинской Америки.

Не предлагалась на территории США. Мощность составляла 94 силы при 6000 об/мин, а момент достигал 127 Н*м при 3600 об/мин. Степень сжатия была неизменной.

4A-F
4A-F

4A-FHE

Форсированная модификация 4A-FE с измененными фазами газораспределения, другой прошивкой блока управления и системой впрыска EFI-S с увеличенной производительностью. Степень сжатия осталась неизменной.

Агрегат ставился только на модели Carina (кузов AT171) и Sprinter Carib (кузов AE95). Сборка двигателя велась с 1990 по 1995 гг., мощность составляла 110 сил, а момент вырос до 142 Н*м.

4A-FHE
4A-FHE

4A-GZE

Модель 4A-GZE выпускалась с конца лета 1986 г. по 1995 г. и оснащалась механическим компрессором типа «рутс». Степень сжатия была снижена до 8,0 единиц, избыточное давление наддува составляло 0,55 бара. Газораспределительный механизм и газовые каналы остались неизменными.

С 1990 г. была модернизирована головка, степень сжатия выросла до 8,9 единиц, а давление наддува – до 0,69 бара. Ранние версии развивали 145 сил и 190 Н*м, модернизированные – до 170 сил и до 210 Н*м.

4A-GZE
4A-GZE

4A-GEU

Модификация 4A-GEU или Blue Top имела мощность 130 сил, оснащалась системой изменения геометрии T-VIS. Для рынка США выпускалась 124-сильная версия. Мотор устанавливался на автомобили с улучшенными динамическими и скоростными характеристиками. Выпускался до 1992-93 гг.

4A-GEU
4A-GEU

4A-ELU

Модификация выпускалась с 1983 по 1988 гг. Двигатель оснащался системой впрыска. Мощность составляла 100 сил при 5600 об/мин, а крутящий момент – 127 Н*м при 4000 об/мин. В системе выхлопа использовался нейтрализатор (на крышке багажника имелась надпись TTC-C). Мотор ставился на машины только для внутреннего рынка Японии.

4A-ELU
4A-ELU

Отзывы на двигатель 4A-FE, его плюсы и минусы

Дмитрий, 42 года, Пенза: «Несколько лет проездил на автомобиле Carina выпуска 1991 г. с двигателем 4A-FE и АКПП. Сразу после покупки вскрыл крышку и выставил зазоры клапанов, которые никто не регулировал с момента выхода машины с конвейера. Заправлял бак бензином А-92, но иногда была детонация. Нареканий особых не было, машину продал по причине коррозии кузова».

Владимир, 51 год, Владивосток: «Являлся владельцем нескольких машин с моторами серии 4A. Больше всего понравилась модификация 4A-GE, ездил на моторах с 16 и 20 клапанами. Двигатель легко раскручивается до 7500 об/мин, обеспечивая хорошую динамику. Но возраст берет свое – все моторы 4А требовали постоянного внимания. Покупать автомобили с 4A-FE или 4A-GE можно, но следует заранее найти сервис или придется научиться ремонтировать технику самостоятельно».

Тюнинг двигателя

Базовая модификация 4A-FE мало подходит для доработки. Переделать мотор в версию GE сложно (помимо головки блока потребуется еще масса деталей). Но при большом желании можно повысить мощность 4A-FE. Снижение ресурса зависит от степени форсировки. Но лучше найти заведомо исправный агрегат 4A-GE, который имеет улучшенные характеристики с завода.

Чип тюнинг

Перепрограммирование блока управления 4A-FE даст прибавку не более 3-5 сил. Можно отключить системы контроля токсичности выхлопа и несколько улучшить эластичность. Но доработка не даст никакой ощутимой прибавки динамики.

Турбина

Атмосферный двигатель можно форсировать путем установки турбины с сохранением штатной поршневой группы. Детали выдержат давление наддува около 0,5 бар при условии использования бензина А-98 или А-100. Мощность на выходе составит 135-140 сил, но следует понимать, что ресурс двигателя будет ограниченным.

Можно перебрать двигатель перед установкой турбины, переработав поршневую группу и НБЦ для снижения геометрической степени сжатия. Также необходимо заменить аппаратуру подачи топлива, увеличить проходное сечение газовых каналов. Мощность двигателя 4A-FE с турбиной достигнет 145-150 сил с сохранением неплохого ресурса – но потенциал форсировки 4A-GE выше.

Не следует забывать о заводской версии 4A-GZE с механическим наддувом. При сборке гибрида 4A-GE с поршневой группой от 4A-GZE, распределительными валами с измененными фазами и турбокомпрессором с промежуточным охлаждением воздуха мощность дойдет до 300 сил.

Есть решения и на 350-400 сил (дальнейшая доработка предусматривает доработку головки, замену коленчатого вала и шатунов, повышение избыточного давления до 1,5 бара или выше), рассчитанные на гоночные условия.

Турбина TFSI
Турбина

На какие машины ставили мотор 4A-FE

Двигатели 4A-FE и GE использовались на автомобилях Toyota:

  • Avensis с кузовом AT220 (внутренняя модель для Японии);
  • Sprinter Trueno coupe с кузовом АЕ101 (для Японии);
  • Carina II (кузов АТ171 для японского рынка и Европы);
  • Carina A171/175 для Японии;
  • Carina E с кузовом AT190 для европейских стран;
  • Corolla Ceres AE101 и Corolla Spacio AE111 для Японии;
  • Corona с кузовами AT175, AT190 и AT210;
  • Sprinter Marino с кузовом АЕ101 (внутренняя модель для Японии);
  • Celica с кузовами AA63 и AT160;
  • MR2 с кузовом АЕ92;
  • Corolla Levin и Corolla Spacio AE111;
  • Sprinter Carib с кузовами АЕ95 и АЕ111/114;
  • Geo Prizm (модель для рынка Северной Америки на базе платформы Toyota AE92).

Мотор устанавливался на очень многих моделях Toyota, впоследствии производство двигателей серии А освоили в Китае на совместном предприятии Tianjin FAW Toyota Engine Co., Ltd.

Регламент обслуживания ДВС

Двигатель 4A-FE необходимо обслуживать через 7-8 тыс. км, форсированные модификации – через каждые 4-5 тыс. км. Объем масла с учетом фильтра варьируется в пределах от 3 до 3,3 л. В версиях 4A-GE емкость системы смазки увеличена до 3,7 л. Для двигателя подходит синтетическое масло с API не ниже SF и вязкостью от 5W-30, 10W-30, 15W-40, 10W-50 или 20W-50.

Ременной привод ГРМ рассчитан на 100 тыс. км, но рекомендуется менять детали через 70-80 тыс. км. Настройка зазоров клапанов проводится через каждые 100 тыс. км или при появлении стука, указывающего на выход зазоров из поля допуска.

Охлаждающую жидкость следует сливать через 4-5 лет эксплуатации, ремень навесных агрегатов выдерживает от 20 до 80 тыс. км. Свечи следует менять через 20-30 тыс. км.

Обзор неисправностей двигателя 4A-FE

Распространенные поломки двигателя 4A-FE:

Увеличение расхода топлива при неизменных внешних условиях. Причиной является неисправный датчик концентрации кислорода. При обнаружении налета сажи на свечах следует проверить датчик абсолютного давления. Увеличение расхода, сопровождаемое вибрациями и плохим запуском при любой температуре антифриза, указывает на засорение распылителей форсунок.
Нестабильные обороты в режиме холостого хода появляются при загрязнении канала внутри дроссельного блока или неисправности датчика положения заслонки. Плохой запуск и плавающие обороты холостого хода указывают на обрыв или замыкание цепи датчика температуры антифриза.
Если мотор запускается, а затем сразу глохнет, то целесообразно проверить работу насоса подачи топлива. Также рекомендуется осмотреть трамблер, расположенный на боковине ГБС со стороны сцепления.
Избыточный расход масла (свыше 0,7-0,8 л на 1000 км) указывает на износ поршневой группы или маслосъемных колпачков. При сильном износе деталей возможно появление стука. При дальнейшей эксплуатации двигатель заклинит.
Постоянные мелкие проблемы (течь сальников, неисправность электроники) из-за износа. Большинство двигателей 4A-FE имеет пробеги свыше 300 тыс. км и поломки деталей – норма.

Способы ремонта силового агрегата

Двигатель 4A-FE не отличается сложностью конструкции и может ремонтироваться в условиях гаража. Для выполнения работ потребуется набор слесарного инструмента, мануал с указанием последовательностей сборки/разборки и моментов затяжки резьбовых соединений и базовые навыки ремонта двигателей.

Например, для замены ремня ГРМ на 4A-FE необходимо:

  • Отключить аккумулятор от бортовой сети, снять правое переднее колесо и грязевой щиток в арке.
  • Убрать жгут электропроводки с крышки головки блока. Кабели необходимо отключить от генератора, датчика давления масла и муфты компрессора кондиционера (при наличии).
  • Отвернуть болты крепления шкива водяного насоса , ослабить натяжение и снять ремни привода навесного оборудования.
  • Отвернуть болт крепления шкива на носке коленчатого вала.
  • Снять бачок с жидкостью омывателя и провода со свечей.
  • Демонтировать шланги отвода картерных газов, а затем отвернуть гайки крепления клапанной крышки.
  • Аккуратно оторвать крышку со слоя герметика и снять с головки. Подробнее процесс подготовки к замене ремня показан в ролике.
  • Закрыть распределительные валы чистой тканью и вывести поршень первого цилиндра в верхнее положение. Для вращения использовать шкив коленчатого вала, на котором имеется метка.
  • Стянуть шкив с носка коленчатого вала и отвернуть болты крепления крышек ремня ГРМ.
  • Снять защитное кольцо ремня и отвернуть болты крепления опоры мотора 4A-FE.
  • Ослабить натяжение и снять ремень ГРМ с шестерен, а затем снять изношенный ролик. В ролике подробно показан процесс снятия ремня.
  • Установить детали в обратной последовательности, дополнительную информацию можно почерпнуть из ролика. Одновременно с заменой ремня можно установить новую опору двигателя.

Еще одной частой операцией при ремонте 4A-FE является регулировка угла опережения зажигания. Работы необходимы после снятия и установки трамблера, для настройки необходим стробоскоп. Последовательность действий расписана в видео, перед регулировкой необходимо прогреть двигатель до срабатывания вентилятора.

Двигатели серии 4А стали культовыми благодаря форсированным версиям 4A-GE и 4A-GZE. Большой запас прочности блока позволил создать модификации мощностью до 165 сил без установки турбины. Но лучшие годы серии 4А уже позади, потому при покупке автомобиля с таким мотором следует учесть необходимость качественного капитального ремонта.

А как считаете вы, в свое время этот двигатель действительно был таким надежным и долговечным? Поделитесь мнением в комментариях. Сохраните материал в закладках, чтобы не потерять его.

Оцените статью
Двигатель Эксперт
Добавить комментарий

Консультируем бесплатно по всем регионам:
+7 (499) 110-68-32 — Москва