Tất tần tật về dòng động cơ UZ của Toyota – 2UZ-FE (P2)

Tiếp nối sự thành công của 1UZ-FE, Toyota cho ra đời thế hệ thứ 2 của dòng động cơ UZ. Trong phần 2 này của chuỗi bài, mời bạn đọc cùng Otoman tìm hiểu về dòng động cơ 2UZ-FE.

1. Lịch sử hình thành của 2UZ-FE

Động cơ 2UZ-FE là mẫu động cơ thứ hai trong gia đình động cơ UZ của Toyota. Tiếp nối động cơ 1UZ-FE, động cơ 2UZ-FE được ứng dụng chủ yếu cho phân khúc xe bán tải và SUV, thay vì phân khúc xe sang và xe thể thao.

2. Thiết kế kỹ thuật của 2UZ-FE

Với ứng dụng rất khác nhau, Toyota cần thay đổi động cơ 2UZ-FE cho phù hợp với việc kéo và chở hàng. Do đó, dung tích của động cơ 2UZ-FE đã tăng lên đến 4.7L (tăng 0.7L so với động cơ 1UZ-FE), từ đó giúp tăng đáng kể lượng momen xoắn.

Về mặt cấu tạo, động cơ 2UZ-FE không có quá nhiều đặc điểm nổi bật. Lý do là bởi thân máy của động cơ 2UZ-FE được làm từ sắt, yếu hơn tương đối so với thân nhôm của 1UZ-FE. Được biết, hãng đã tiết kiệm được kha khá chi phí sản xuất từ việc thay thế vật liệu thân máy. Tuy nhiên, có lẽ cùng vì điều này mà 2UZ-FE không có được lượng fan hâm mộ đông đảo như người tiền nhiệm của mình.

Ngoài việc tăng dung tích động cơ, thay đổi vật liệu thân máy thì thiết kế của động cơ 2UZ-FE cũng khá giống với động cơ 1UZ-FE. Cụ thể, động cơ cũng có kết cấu V8 với góc chữ V 90 độ giữa hai hàng xi lanh, nắp máy nhôm, trục cam đôi và 4 xu páp cho mỗi xi lanh.

Từ năm 2009, hầu hết nhiều nhà máy Toyota trên thế giới đã dừng sản xuất động cơ 2UZ-FE. Lý do là bởi vì Toyota đã bắt đầu thay thế nó bằng hai dòng động cơ 1UR-FE và 3UR-FE từ năm 2010.

Để tăng dung tích động cơ từ 4.0L lên đến 4.7L, Toyota đã tăng đường kính xi lanh từ 87.5 mm lên 94 mm, đồng thời tăng hành trình piston từ 82.5 mm lên 84 mm.

Cả hai động cơ dòng UZ của Toyota đều có độ lệch tâm xi lanh (cylinder bank offset) là 21 mm và khoảng cách tâm xi lanh (bore pitch) là 105.5 mm. Tuy nhiên ở phần thân máy, động cơ 2UZ-FE chỉ có 5 cổ trục (main bearing journal), thay vì 6 như của động cơ 1UZ-FE.

Ngoài ra, động cơ 2UZ-FE đã được bổ sung thêm hệ thống van biến thiên thông minh (Variable Valve Timing – Intelligent, VVT-i). Đây là thay đổi lớn nhất và tương đối quan trọng, vì hệ thống VVT-i giúp cho động cơ gia tăng đáng kể công suất và momen xoắn.

VVT-i cho phép động cơ thay đổi thời gian xu páp nạp khi động cơ đang vận hành. Từ đó, góc trùng điệp (valve overlap) của động cơ được tối ưu hóa để sản sinh công suất và mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu dựa trên lượng tải, độ mở van bướm ga (throttle amount) và vòng tua máy.

Trong những năm đầu sản xuất, động cơ 2UZ-FE sử dụng thân bướm ga truyền thống. Tuy nhiên từ cuối năm 2002, Toyota muốn tăng công suất và hiệu suất khi họ quyết định chuyển sang một hệ thống thân bướm ga điều khiển bằng điện.

Về phần nhiên liệu và hệ thống đánh lửa, động cơ 2UZ-FE sử dụng hệ thống phun nhiên liệu đa điểm tuần tự (sequential multiport fuel injection) với 8 kim phun, mỗi kim phun có 4 lỗ và một cảm biến khối lượng khí nạp (mass air flow sensor). Động cơ 2UZ-FE cũng được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp của Toyota Direct Ignition System (DIS). Hệ thống này sử dụng riêng mỗi cuộn dây đánh lửa (ignition coil) cho 8 xi lanh thay vì một bộ chia điện (distributor).

Chưa hết, động cơ 2UZ-FE còn được trang bị cổ góp nạp biến thiên độ dài (variable length intake manifold). Với hệ thống này, động cơ 2UZ-FE có thể linh hoạt thay đổi độ dài của ống nạp (intake runner), cũng như vận tốc và sự nhào trộn không khí. Từ đó, hệ thống nạp giúp động cơ sản sinh ra công suất cao hơn.

Thông số kỹ thuật động cơ 2UZ-FE như sau:

• Thời gian sản xuất: 1998 – 2011;
• Vật liệu thân máy: Sắt;
• Vật liệu nắp máy: Nhôm;
• Hệ thống phối khí: DOHC với 4 xu páp cho mỗi xi lanh;
• Hành trình piston: 84 mm;
• Đường kính xi lanh: 94 mm;
• Dung tích động cơ: 4,664 cc;
• Tỷ số nén: 9.6:1.

Bên trong động cơ, piston của 2UZ-FE nhẹ hơn so với các phiên bản trước, đồng thời được làm mát bởi các vòi phun dầu (oil jet). Toyota cũng tăng tỷ số nén của phiên bản VVT-i lên 10:1 để cải thiện hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu.

3. Ứng dụng của động cơ 2UZ-FE

Động cơ 2UZ-FE được trang bị cho nhiều sản phẩm khác nhau của Toyota. Động cơ này được thiết kế cho xe bán tải và SUV và chúng ta có thể tìm thấy nó trên Lexus GX470 và LX470. Đồng thời, Toyota cũng trang bị động cơ 2UZ-FE cho các mẫu xe là 4Runner, Land Cruiser, Sequoia và Tundra.

4. Các phiên bản của động cơ 2UZ-FE

Ra đời sau 1UZ-FE, động cơ 2UZ-FE đã có nhiều thay đổi nhỏ nhằm mục đích tăng công suất, momen xoắn và hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu. Tương tự đàn anh của mình, thay đổi lớn nhất của động cơ 2UZ-FE chính là sự kết hợp với hệ thống VVT-i.

Chúng ta có thể thấy, động cơ 2UZ-FE phiên bản sau cùng đã tăng 52 hp công suất và 30 Nm momen xoắn so với phiên bản gốc. Bước nhảy vọt ấn tượng này đến từ VVT-i.

5. Tiềm năng độ của động cơ 2UZ-FE

Tương tự như 1UZ-FE, bộ siêu nạp Terminator Cobra hoặc Eaton M90 là sự bổ sung phổ biến đối với động cơ 2UZ-FE. Chỉ từ việc thay kim phun nhiên liệu và ống xả hiệu suất cao, động cơ 2UZ-FE cũng đã có thể sản sinh hơn 380 hp công suất với áp suất nạp tại mức 0.4 bar.

Chưa hết, nếu tiếp tục độ thân máy với piston có tỷ số nén thấp thì động cơ 2UZ-FE có thể sản sinh tới hơn 440 hp công suất tại áp suất nạp 0.7 bar. Đơn vị Phát triển Đua xe Toyota (Toyota Racing Development, TRD) từng cung cấp một bộ siêu nạp kiểu Roots (chỉ cần bắt vít) dành cho động cơ 2UZ-FE.

Trang bị này giúp động cơ tăng thêm 118 hp công suất, tuy nhiên bộ siêu nạp này đến nay đã không còn được sản xuất.

Có hai vấn đề với việc tăng đáng kể áp suất nạp trên động cơ 2UZ-FE là: nắp ổ trục hai đinh ốc (two bolt main) và thanh truyền (connecting rod) yếu. Đây là lý do khiến động cơ 2UZ-FE ít được lựa chọn hơn cho các gói độ nạp khí cưỡng bức (forced induction) so với động cơ 1UZ-FE hay 3UZ-FE.

Cụ thể chỉ với hai đinh ốc, nắp ổ trục của 2UZ-FE yếu hơn tương đối nhiều so với nắp ổ trục bốn đinh ốc (four bolt main). Người độ do đó cần phải chú tâm tới những điểm yếu của thân máy để việc nạp khí cưỡng bức của động cơ 2UZ-FE không phải là trở ngại.

Bên cạnh đó, trên mọi phiên bản của động cơ 2UZ-FE, thanh truyền nguyên bản khá mỏng và thỉnh thoảng có thể hỏng hóc. Để động cơ kéo dài tuổi thọ, thanh truyền này cũng cần được nâng cấp.

Một kiểu độ khá phổ biến và thú vị là sử dụng thân và lốc máy của 2UZ-FE, nhưng tất cả các bộ phận khác của 1UZ-FE. Điều thần kỳ của phương pháp này là nó cho phép thợ độ biến một chiếc Lexus LS400 thành LS470. Khi đó, xe có thể được độ thêm siêu nạp hoặc tăng áp để sản sinh thêm công suất.

6. Đối thủ của động cơ 2UZ-FE

Tổng kết lại, động cơ 2UZ-FE thực sự có nhiều điểm chung với động cơ đàn anh đi trước nó là 1UZ-FE. Chúng được thiết kế với các ứng dụng khác nhau nhưng các linh kiện phần lớn đều có thể được hoán đổi cho nhau.

Mặc dù có dung tích 4.7L, động cơ 2UZ-FE vẫn khá nhỏ so với các động cơ đối thủ. Tuy nhiên, nó sản sinh momen xoắn bằng hoặc nhiều hơn tại dải vòng tua thấp hơn so với những xe bán tải khác lúc bấy giờ.

Bạn đánh giá như thế nào về khối động cơ 2UZ-FE của Toyota? Hãy để lại nhận xét của mình bên dưới, và đừng quên đón đọc phần 3 của chuỗi bài này nhé!