Il 4Runner nella versione più comune monta un motore 2.4 TD, questo motore per Toyota si chiama 2LT, è lo stesso che equipaggia i Toyota LJ70 Land Cruiser. Esiste anche la versione aspirata (non turbo) usata sugli Hilux e si chiama 2L. Andando a dare una spulciata alle caratteristiche di questi motori (su wikipedia per esempio) si scopre che la serie 'L' ha anche altre due cilindrata, il 2800cc siglato 3L e il 3000cc siglato 5L, entrambi disponibili solo aspirati (e non per il mercato italiano).

La cosa interessante è che i tre blocchi sono praticamente identici, sul 2L/2LT si può montare la testa completa del 3L e sul 3L si possono mettere i pistoni del 5L. L'attacco alla campana frizione è uguale per tutti, come anche la coppa olio, coperchio punterie ecc..

Le caratteristiche base dei motori serie 'L' sono:

Codice - Alesaggio x Corsa - Cilindrata - Rdc - Potenza/Giri

2L - 92x92mm - 2446cc - 22.3:1 - 83cv 4000rpm
2L-II - 92x92mm - 2446cc - 22.3:1 - 89cv 4200rpm
2LT - 92x92mm - 2446cc - 20:1 - 85/91cv 4000rpm
3L - 96x96mm - 2779cc - 22.2:1 - 91cv 4000rpm
5L - 99.5x96mm - 2986cc - 22.2:1 - 97cv 4000rpm

Dalle caratteristiche si capisce che trapiantare un 5L al posto di un 2LT non ha molto senso, perché potenza e coppia hanno valori molto simili. Ma se esistesse un 5L Turbo la cosa potrebbe essere interessante, il trapianto sarebbe molto più semplice del classico 1KZJ Land Cruiser (difficile da trovare, costoso e che comporta molte modifiche di contorno).

Ho fatto la pazzia e mi sono procurato un 'Long block' 5L nuovo, fatto arrivare direttamente dall'altra parte del globo. L'idea è modificarlo per renderlo turbo e montarlo, ovviamente tutto 'in solitaria'.

I punti salienti della modifica sono:

Modifica del rapporto di compressione (da abbassare)
Modifica della pompa (per aumentare la mandata gasolio) e verifica iniettori
Verifica/modifica della fasatura asse a camme
Verifica circuito lubrificazione (getti olio sotto ai pistoni / mandata olio alla turbina e ritorno in coppa / pressione olio)

Tutto il resto dovrebbe essere plug&play con i pezzi del 2LT,  come verifica ho controllato i codici di molte parti di entrambi i motori come per esempio il carter distribuzione che supporta la pompa ('timing plate') o le guarnizioni della coppa ecc..

Il succo della modifica consiste nell'abbassare il rapporto di compressione (da ora rdc) da 22.2:1 a 20:1 che calcolatrice alla mano su una cilindrata di 2986cc corrispondono ad aggiungere 4cc di volume alla camera di scoppio. La prima idea è quella di utilizzare una guarnizione di testa più spessa. In questo motore il deck è positivo, quindi i pistoni sporgono dal piano cilindri. Secondo il manuale d'officina esistono tre diversi spessori da utilizzare a seconda di quanto sporgono i pistoni dal piano (a causa delle tolleranze). 

Ammesso di avere la 'fortuna' di avere la sporgenza minima, cioè tra 0,68 e 0,77 mm ed utilizzando la guarnizione per la sporgenza massima, aggiungerei solo 1,56cc e l'rdc andrebbe a 21.3:1 (per avere i 4cc necessari serve una guarnizione con 0,52mm in più).
Potrei anche cercare guarnizioni più spesse rispetto alle 3 altezze originali, e vedere se ne trovo una compatibile alla mia 'prominenza' ma non mi soddisfa come soluzione, sempre se esistono.

Trovo molto più semplice (e divertente) lavorare i pistoni, se possibile vorrei aumentare il volume senza aumentare anche lo spazio di squish. Se spiano il pistone o se metto una guarnizione più spessa al PMS la circonferenza esterna del pistone sarà più distante dal piano della testa, e questo anello è quello che crea la turbolenza verso il centro della camera.

Per le camme invece misurerò i gradi di apertura/chiusura sul 2LT e sul 5L per valutare le differenza (le due camme non sono intercambiabili perché il 5L ha i lobi più grossi)

Ecco il blocco in tutto il suo splendore

Ho tolto la testa e misurato la sporgenza dei pistoni

è un grado D (come confermato dalla posizione della tacca sulla guarnizione di testa)

Questo mi 'frega' già 0,1 mm dalle possibili guarnizioni di testa..

E le sacche delle valvole sui pistoni mi complicano l'abbassamento del cielo (non tanto tecnicamente, ma per il calcolo dei volumi). 

Per la questione 'getti olio sotto ai pistoni', dagli esplosi si vede che il 5L li ha, comunque ho controllato e sono già montati anche nel mio motore.

Questo è un pistone 5L in tutta la sua bellezza, per effettuare le misurazioni ho cosparso di grasso il bordo

 

applicato un pezzo di plexiglas (un cd) ed ho misurato il volume della 'camera' ricavata nel pistone. Come anticipato ho provato a togliere solo la zona tra le sacche valvole, ma i cc ottenuti sono troppo pochi

 

quindi ci sono andato giù pesante ed ho spianato senza pietà. Dopo decine di asportazioni e misurazioni ho trovato le quote giuste. (ed è passata una giornata intera..) Qui si intravede il pistone 1 già lavorato e gli altri in attesa...

Un po di fasi della lavorazione

  

Per aumentare la precisione di misura son passato alle siringhe da insulina (0,5cc a siringa) e ad un fluido meno denso.. l'alcool (ogni misurazione sono circa 25 siringate.. un lavoro INFINITO, forse valeva la pena comprare una buretta!!!) Ogni pezzo è stato pesato con bilancia al decimo di grammo, 5 pesate a pezzo, scartata la più alta e la più bassa e poi media delle 3. Ad ogni misura di volume dei pistone ho ripetuto anche la pesatura. Con calma trascriverò i dati su un excel per verifica.

  

I pistoni li ho bilanciati al decimo di grammo (compresi spinotti, fasce e fermi). La differenza tra il più leggero e il più pesante era poco più di due grammi, di per se non è molto considerando che pistone + fasce + spinotto arrivano ad 1kg (quindi circa 0,2%). Ora pesano tutti 1002,7g

Ho trovato una zona sotto al pistone molto spessa, comoda per asportare materiale, in pratica dove spruzza il getto d'olio.

Il lavoro di bilanciatura delle bielle ha richiesto molto più tempo del previsto. Ho costruito un supportino con cuscinetto per tenere la biella in orizzontale e pesare separatamente il piede o la testa, ma le misure ottenute erano troppo altalenanti
allora ho provato usando lo spinotto, ma l'attrito sfalsava la misura. Alla fine ho messo le bielle in equilibrio su uno spigolo. molto lungo il posizionamento, ma abbastanza efficace.
Non sono riuscito ad arrivare alla precisione dei pistoni, mi sono accontentato di una differenza di mezzo grammo per le pesate 'parziali' di piede e testa e al decimo di grammo per il peso totale.

 

Ecco i dettagli di dove ho asportato peso (queste bielle non hanno zone 'ricche' di materiale da asportare, forse perché nascono già abbastanza precise)

 

Si comincia il ri-asemblaggio. Ogni parte viene sgrassata con pulitore per freni, soffiata con aria, lubrificata abbondantemente

 

 

Dettaglio dei pistoni lavorati

 

Punto di non ritorno, via il motore vecchio.

 

 

 

Piccola chicca (che non ricordavo) le coppie di serraggio di testa e bielle su un adesivo sul coperchio punterie!

E ora inizia il bello.. tutto quello che c'è a sinistra va spostato a destra

Per il ritorno olio della turbina ho deciso di riusare il raccordo originale. anche se ha l'esagono in realtà non è filettato ma è messo ad interferenza e fermato con loctite (stessa cosa per l'astina di livello olio). Va fatto un foro da 20mm, ciccia cen'é parecchia, conviene andare per gradi. Sono arrivato fino a 16mm, ora aspetto la punta da 20 da amazon.

 

Prima di smontare la distribuzione del 2LT ho misurato le fasi della cam originale. farò la stessa cosa sul 5L, voglio vedere quali sono le differenze tra un turbo e un aspirato. Oltre a questo misurerò anche l'interferenza delle valvole con i pistoni, in modo da avere i 'limiti' oltre cui non andare con gli esperimenti. Di come variare la fase me ne curerò dopo. la prima accensione la farò con asse in fase. Per questo mi sono procurato un goniometro il più grande possibile (notare la moneta nella foto).

  

Dopo un intera giornata il 2LT è nudo. Sono pronto a passare i pezzi sul 5L. devo 'SOLO' pulirli e controllarli tutti ...

 

Come prima operazione controllo l'usura della pompa olio. il coperchio che la chiude (che in foto non si vede) è tenuto da 8 viti a croce bloccate con frenafiletti. Per toglierle bisogna usare un cacciavite a percussione con inserto PH3, altrimenti si rovinano e non vengono via. La seconda foto è la molla che regola la pressione olio (by-pass). si nota una leggera usura su due spire (se la trovo la cambio, tanto è accessibile anche a motore montato)

 

Ho controllato l'usura perché questa pompa ha sulle spalle 340mila km da manuale le tolleranze sono:

  • tra lobi 0.11-0.24 (max 0.30) -- non mi passava lo 0.25
  • tra corpo 0.144-0.219 (max 0.40) -- misurato 0.20
  • distanza piano coperchio 0.035-0.085 (max 0.15) -- non mi passava lo 0.10

Dettaglio del foro per il ritorno olio turbina in coppa e test inserimento 'pipa' (va incollata con loctite)

 

Scambiatore acqua-olio pulito pronto al montaggio.. se solo nel kit ci fosse la guarnizione!! (che a quanto pare non era così 'full' come scritto..)

 

Oltre a questo piccolo intoppo, mentre rimontavo il tappo del regolatore di pressione ho spanato la sede (ricavata nella piastra di supporto distribuzione/pompa). Ho però notato che si sono rovinati solo i primi tre filetti ma all'interno ce ne sono altrettanti ancora buoni. il tappo ha la filettatura corta, ma la testa è bella spessa. Una passatina al tornio ed ho abbassato la battuta di 4mm, poi ho fatto altrettanto per l'interno che determina il precarico della molla (la sede della molla è 2mm meno della battuta). Quando lo rimonterò lo fermerò con frenafiletti.. ed ho anche previsto dei fori per un eventuale legatura di sicurezza

 

Comincia a prendere forma.. ma c'è ancora molto da fare. Distribuzione montata. Ho fatto un po di misure anche su questo. ed alcune prove veloci su ritardi/anticipi. Si può ritardare di un dente senza problemi, sfalsando due denti le valvole toccano. (un dente sono 8.5 gradi).

 

Invece per l'altro lato del motore è arrivato questo

Il mio volano non era male, ma con questo posso montare la frizione da 236mm al posto di quella da 225mm (30% di superficie in più). Lato negativo questo è più pesante (devo ancora verificare di quanto ma la differenza di spessore è evidente).

 

Quando rimonto le varie parti controllo sempre come calzano le guarnizioni e con quella di scarico ho trovato un anomalia. A sinistra la guarnizione sulla testa 5L, a destra la stessa guarnizione sulla testa 2LT (ho anche provato con altre guarnizioni di scarico, il risultato non cambia).

Non è che voglio proprio la perfezione, ma questa cosa mi infastidisce. tecnicamente non è un grosso problema, perché lo scalino è in senso opposto al flusso, quindi non crea turbolenza. Si potrebbe anche dire che impedisce il ritorno dei gas di scarico in fase di incrocio (ai bassi quando la turbina non spinge ancora i gas di scarico faticano ad uscire ed una parte può essere ri-aspirata dal pistone che scende). Ma alla fine son convinto che un collettore raccordato porti più vantaggi e cosi proprio non mi piace. Quindi, anche se il motore ormai l'ho già chiuso, tappo bene tutto e vado giù pesante di fresa (son 4/5 mm di materiale!!).

Da notare che la testa ha la doppia foratura per i collettori di scarico (i collettori turbo sono diversi da quelli aspirati), una scelta di questo tipo te la aspetti su un 2L che esiste in entrambe le versioni, su un 5L forse no, ma sicuramente lo apprezzi!

Stessa verifica per l'accoppiamento tra turbina e collettore di scarico (qui sapevo già di dover intervenire, lo avevo già notato quando l'avevo montata l'anno scorso, ma ero di fretta e mi ero ripromesso di intervenire in seguito). qui lo scalino è nel senso del flusso, un millimetro abbondante su tutti i lati, due a causa della turbina e due per la guarnizione troppo piccola. sembrano dettagli di poco conto, ma la turbolenza che si forma strozza il condotto molto più di quel millimetro e raccordare tutto può aiutare a far 'partire' la turbina leggermente prima. Ho allargato la guarnizione e raccordato la turbina.

Passiamo alla frizione, a sinistra il kit di maggiorazione venduto da milner, la famosa frizione che tutti i 4runner post '92 dovrebbero avere (ma che in italia sembra non esistere) a vederli cosi la differenza è minima ma calcolatrice alla mano c'è un 30% in più di area di contatto.

Già che c'ero ho dato una sistemata al cablaggio elettrico del motore (cavi candelette, solenoide pompa, sensori temperatura). Il cavo aveva il rivestimento molto rovinato e alcune parti 'cotte' e dure. Ho tolto tutte le parti brutte, pulito e ccntrollato tutti i cavi e rivestiti nuovamente.

Finalmente il motore torna a casa. Di tutto il lavoro mi sono avanzati 'solo' questi pezzi, che sicuramente non servono..

Un po di materiale necessario al lavoro.

 

Alcuni dettagli / intoppi / errori

L'attrezzatura necessaria è veramente minima. Basta una serie di crichetti e le classiche chiavi fisse nelle misure 10/12/14/17/19. Fondamentale una 17 poligonale a cricchetto per togliere il motorino d'avviamento e i vari bulloni del cambio (si fa anche con una fissa, ma ci vuole molto di più perché lo spazio di manovra è minimo). Consigliata anche una 17 per raccordi idraulici per i tubi degli iniettori.

Punta da 20mm per fare il foro di ritorno olio in coppa per la turbina, bussola lunga da 36mm per togliere l'attacco del filtro olio (sotto c'è un bullone che tiene lo scambiatore e va tolto per forza). Un estrattore per togliere le puleggie (albero/camme/pompa)

Occhio ai kit di guarnizioni, in molti dichiarati 'full' manca la guarnizione dello scambiatore, ne ho dovuto comprare un altro ed ho perso una settimana. 

Il tubo ritorno turbina e l'astina di livello olio si 'incollano' con la stesa loctite che si usa per i bulloni volano e per quelli della pompa olio.

Comparatore e goniometro non servono. Li ho usati solo per fare delle misure per modifiche future.

Comodissimi i cavalletti di supporto motore, presi su ebay a 58 euro il grosso e 53 il piccolo (il grosso è fatto molto meglio). Indispensabile il 'bilanciatore' da mettere tra capretta e motore per bilanciarne il peso, mai speso cosi bene 35 euro, senza probabilmente sarei ancora li a cercare di tirare fuori il motore (se vi aiuta qualcuno forse se ne può fare a meno). Serve anche un crick a pantografo da mettere sotto la campana del cambio in modo da tenerlo appoggiato dopo aver rimosso i supporti.

Occhio alla coppia di serraggio dei tappi in alluminio (ho usato una brugola molto lunga ed ho esagerato, ma fortunatamente son riuscito a tamponare il danno).

Se lasciate la macchina senza motore per un mese (ma anche solo per 2gg) mettete un pezzo di tubo di gomma tra mandata e ritorno del gasolio, vi risparmiate un oretta buona per cercare di far ripartire il motore.

 

Detto questo veniamo alla prova su strada, per ridurre le (già troppo numerose) incognite ho scelto di non toccare la pompa iniezione. L'unica modifica che ho fatto è la rimozione della thermowax perché ormai piantata (rimaneva sempre anticipata ed avevo il minimo a 1200giri). 

A detta di molti questo motore con la pompa del 2.4 non dovrebbe nemmeno accendersi. In realtà il motore gira. Minimo a 600 giri e la macchina va. Anche se bisogna premere di più sul gas e le prestazioni sono inferiori al a quelle del 2.4.
Aumentato la mandata gasolio si ottengono ottimi risultati, da notare che la turbina inizia a spingere prima rispetto al 2.4 perché il maggio volume di gas è più adeguato alle sue  dimensioni.

Piccolo aggiornamento

Dopo sei mesi la pompa è ancora quella originale del 2LT a cui ho solo fatto un po di 'tuning' sulle regolazioni. Gira bene e spinge più del 2.4, sono arrivato a 5000km ed ha superato anche le ferie. I consumi sono scesi rispetto al motore precedente, ho anche rimesso  thermowax 'rigenerata' (vedi QUI). Ora che il motore è rodato e collaudato è l'ora di modificare la pompa.