Tất cả những gì bạn cần biết về động cơ 1GZ-FE của Toyota (P1)

Trước khi động cơ 1GZ-FE được ra mắt thì Toyota chưa bao giờ sản xuất động cơ V12. Đây cũng là động cơ V12 duy nhất mà Toyota sản xuất trong suốt thời gian sản xuất xe hơi của công ty.

Tuy nhiên, 1GZ-FE không phải là những khối động cơ thường thấy, bởi vì chúng được dùng cho những mục đích cụ thể và chỉ được bán ở thị thường Nhật Bản. Mời bạn đọc cùng Otoman tìm hiểu về khối động cơ đặc biệt của Toyota trong bài viết dưới đây.

1. Động cơ 1GZ-FE có gì đặc biệt?

Động cơ 1GZ-FE là động cơ bốn trục cam (quad-cam), hút khí tự nhiên (naturally aspirated), làm mát bằng dung dịch, kết cấu chữ V với 12 xi lanh và chạy bằng xăng. Khôi động cơ này được Tập đoàn Toyota sản xuất từ năm 1997 - 2016.

Động cơ 1GZ-FE là biểu tượng của lối sống trang trọng, bởi vì khối động cơ này được trang bị cho chiếc Toyota Century. Các phiên bản đặt riêng của Toyota Century được cả giới chức doanh nghiệp lẫn chính phủ sử dụng để định vị đẳng cấp của Cơ quan nội chính Hoàng gia Nhật Bản (Japanese Imperial Household).

Phần thân máy và nắp máy được làm bằng hợp kim (alloy), trục khuỷu bằng thép rèn và nắp ổ trục có sáu đinh ốc (six-bolt main). Toyota còn sử dụng trên 1GZ-FE bugi với điện cực iridium (iridium pole spark plug), buồng đốt với vai nghiêng (slant-squish), hệ thống điều khiển thân bướm ga điện tử thông minh và hệ thống van biến thiên thông minh (VVT-i).

Ống nạp nhiên liệu cũng được tích hợp với hệ thống nạp khí kiểm soát âm (Acoustic Control Induction System) và hệ thống phun nhiên liệu tuần tự (sequential fuel injection).

Những tính năng kể trên giúp động cơ 1GZ-FE đạt được sự tĩnh lặng tột cùng và tràn ngập sự êm ái, trong khi vẫn sản sinh nhiều momen nhất tại tốc độ động cơ thấp hoặc trung bình (so với các động cơ khác cùng dung tích).

Ngoài những điểm mạnh trên, động cơ 1GZ-FE còn có độ bền cao và tính tiết kiệm nhiên liệu tốt so với các động cơ đối thủ cùng phân khúc.

2. Thông số kỹ thuật và thiết kế động cơ 1GZ-FE

• Thời gian sản xuất: 1997 - 2016;
• Vật liệu thân máy: Nhôm;
• Momen xoắn cực đại: 481 Nm tại 1,200 rpm;
• Cấu hình động cơ: V12;
• Đường kính xi lanh: 81.0 mm;
• Hành trình piston: 80.8 mm;
• Hệ thống phối khí: DOHC truyền động bằng xích (timing chain) với 4 xu páp cho mỗi xi lanh;
• Dung tích động cơ: 4,996 cc;
• Tỷ số nén: 10.5:1;
• Trọng lượng: 265 kg.
• Vật liệu nắp máy: Nhôm;
• Công suất cực đại: 308 hp tại 5,200 rpm;

Động cơ 1GZ-FE nằm trong gia đình Động cơ Đột phá với Cơ cấu Nâng cao (Breakthrough Engine with Advanced Mechanism, BEAM) của Toyota. Về cơ bản, động cơ 1GZ-FE là sự kết hợp của 2 động cơ I6 dùng chung một trục khuỷu.

Mỗi hàng xi lanh của động cơ này đều có ống nạp nhiên liệu riêng. Ngoài ra, động cơ còn được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử (electronic fuel injection, EFI) và thân bướm ga điện tử. Đặc biệt, động cơ 1GZ-FE sử dụng một ECU cho mỗi hàng xi lanh. Điều này là để đảm bảo trong trường hợp xảy ra sự cố, động cơ vẫn có thể hoạt động được như một động cơ I6.

1GZ-FE được thiết kế là động cơ đặt trước và đặt dọc (longitudinal). Đường kính xi lanh và hành trình piston cũng tương tự như của động cơ 1JZ-GE (lần lượt là 81.0 mm và 80.8 mm). Tuy nhiên, rất khó để kết luận rằng các bộ phận của hai khối động cơ 1GZ-FE và 1JZ-GE có thể hoán đổi cho nhau, ngoại trừ piston và thanh truyền (connecting rod).

Theo như thỏa thuận giữa các nhà sản xuất xe hơi tại Nhật Bản lúc bấy giờ thì động cơ 1GZ-FE sản sinh 295 hp tại vòng tua máy 5,200 rpm. Tuy nhiên, công suất thực mà động cơ này sản sinh được ước tính rơi vào khoảng 308 hp.

Phần thân máy được làm từ hợp kim, đồng thời góc chữ V giữa hai hàng xi lanh là 60 độ. Do đó, động cơ V12 1GZ-FE tương đối hẹp (so với V8 1UZ-FE với góc 90 độ). Ngoài ra, động cơ cũng tận dụng ống lót xi lanh mỏng làm bằng sắt.

Piston của động cơ được làm từ nhôm với chốt piston bán cố định (semi-floating piston pin). Buồng đốt được thiết kế với vai vuốt thon (taper-squish). Thanh truyền được nung kết (sinitered) và rèn, đồng thời được thiết kế đối xứng (asymmetric). Trục khuỷu rèn có 12 đối trọng (balance weight) và bảy ổ trục (bearing) bằng nhôm.

Khối động cơ 1GZ-FE nổi tiếng với sự vận hành êm ái. Sự êm ái này có được là nhờ khoảng thời gian rất ngắn giữa các thì sinh công. Cụ thể, thì sinh công của động cơ 1GZ-FE xảy ra nhanh gấp ba lần so với động cơ bốn xi lanh.

Xu páp nạp của động cơ có đường kính 30.0 mm, trong khi xu páp thải có đường kính 24.5 mm. Cả xu páp nạp và thải đều có đường kính thân xu páp (valve stem) là 5.5 mm. Góc đặt xu páp trong nắp máy là 24.3 độ. Đĩa chỉnh xu páp (shim) được đặt trên đỉnh con đội xu páp (bucket), và con đội xu páp được làm bằng hợp kim nhôm phủ titan.

Hệ thống phối khí của động cơ 1GZ-FE được tích hợp với hệ thống van biến thiên thông minh. Điều này giúp cho việc điều chỉnh xu páp phù hợp hơn với các điều kiện lái khác nhau. Mục đích cuối cùng là tăng momen xoắn, công suất và tối ưu hiệu suất sử dụng nhiên liệu (nhằm giảm phát thải).

Ống nhiên liệu của 1GZ-FE cũng có thể thay đổi độ dài linh hoạt ở cả hai hàng xi lanh. Cùng với đó, độ cứng thân máy và khối lượng chuyển động tịnh tiến đảo chiều (reciprocating mass) giúp cho động cơ rung ít hơn 10%, trong khi các miếng chêm xu páp (valve shim) được phủ titan. Ngoài ra, động cơ được Toyota khuyến nghị sử dụng cùng dầu có độ nhớt thấp (5W-30) để giảm thất thoát ma sát (friction loss).

Động cơ 1GZ-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp (Direct Ignition System, DIS) với kiểu đánh lửa ở kỳ thải (waste spark).

Cuộn dây đánh lửa (ignition coil) được gắn trực tiếp lên đỉnh mỗi bugi. Mỗi cuộn có một dây dẫn mềm bằng chì với chốt cắm (được nối với các chốt cắm khác). Các cuộn dây đánh lửa này được cấp điện theo cặp. Về mặt cung cấp nhiên liệu, động cơ sử dụng hệ thống tiếp vận và trả (supply and return), đồng thời nhiên liệu được cấp qua hệ thống phun nhiên liệu tuần tự.

Thứ tự đánh lửa của động cơ 1GZ-FE là 1 - 4 - 9 - 8 - 5 - 2 - 11 - 10 - 3 - 6 - 7 - 12 với các cặp bugi lần lượt là 1 - 11, 3 - 9, 5 - 7, 2 - 12, 4 - 10 và 6 - 8.

Động cơ sử dụng hai cảm biến góc trục khuỷu đặt cách nhau 180 độ để đọc số liệu từ rotor cảm biến điện từ (timing rotor). Đồng thời, vị trí của cảm biến trục cam được đặt phía sau mỗi trục cam nạp, với mỗi cảm biến có 3 răng cách đều nhau.

Động cơ 1GZ-FE được tích hợp hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (Electronic Throttle Control System - intelligent, ETCS-i). Hệ thống này đọc vị trí chân ga (accelerator pedal) và truyền tín hiệu đến ECU, sau đó motor điều khiển bướm ga mở van bướm ga. Không chỉ vậy, các motor điều khiển bướm ga này còn được dùng cho các hệ thống điều khiển hành trình (cruise control), điều khiển không tải (idle speed control), kiểm soát độ bám (traction control) và phanh chống bó cứng (ABS).

Động cơ 1GZ-FE sử dụng 3 sợi xích truyền động trục cam. Bộ căng xích lò xo (spring-loaded chain tensioner) được điều khiển bằng dầu và giữ căng xích bằng lò xo.

Cácte dầu của động cơ 1GZ-FE có phần đáy nằm ở phía trước. Vật liệu cácte là thép dập và phần thân cácte (upper pan) làm bằng hợp kim. Cácte của động cơ 1GZ-FE rộng và có thể chứa tới 8L dầu.

Còn tiếp...