Энциклопедия впрысковых двигателей - новый бурлак на «Волге»

Взыскательный автомобилист, поняв о чем пойдет речь, скажет: - да какой же это новый мотор, он уже выпускается серийно несколько лет! На что я смогу возразить, двигатель ЗМЗ-4062.10 раньше выпускался в цехе «малых серий», крупносерийное производство этих моторов началось не столь давно, - с 1998 года. О новой конструкции под капотом автомобилей ГАЗ, УАЗ и не только автомобилей пойдет речь в сегодняшнем материале.

 

 

История выпуска автомобилей «Волга» насчитывает почти пятьдесят лет, и за эти годы автомобилисты СССР и России оценили этот замечательный автомобиль. Можно спорить о недостатках «Волги» и ее полноприводного клона «УАЗа», но из отечественных легковых машин - это самые надежные машины. Первоначально «Волга» ГАЗ-21 имела под капотом нижнеклапанный двигатель от М-20 «Победа» с цилиндрами увеличенного до 92 мм диаметра. Этот мотор имел мощность 75 л.с. по сравнению с 56 л.с. у исходной конструкции М-20. После двух лет выпуска ГАЗ-21 получил собственный двигатель ГАЗ-21 с привычной нам верхнеклапанной компоновкой. Этот мотор с незначительными изменениями в конструкции выпускается и поныне под маркой УМЗ-4178 для Ульяновских джипов. Для спецслужб выпускалась машина ГАЗ-23 – вариант ГАЗ-21, но с форсированным мотором от ГАЗ-53. В 1968 году в производство запустили автомобиль ГАЗ-24, для него же спроектировали двигатель ГАЗ-24Д с первоначально заявленной мощностью 98 л.с. Мотор получился мощнее, но конструктивно он менее удачен, чем у ГАЗ-21. Этот мотор считался временным вариантом, ведь тогда уже была подготовлена вся документация на производство V-образного шестицилиндрового двигателя ГАЗ-24.16. Динамика той «Волги» была бы на международном уровне тех лет безо всяких скидок. Но трудности экономики в условиях «холодной войны» не позволили осуществить этот достойный проект. Шли годы, двигатель ГАЗ-24Д в 1985 году модифицировали, переименовав в ЗМЗ-402, но от этого автомобиль «Волга» не выигрывал в динамике и расходе топлива. «Волга» становилась подобием баржи в современном транспортном потоке. Производство малыми сериями форкамерно-факельного мотора ЗМЗ-4022.10 для ГАЗ-3102 в 1982 году общей картины не меняло. И только в 1994 году началось опытное производство героя нашего очерка ЗМЗ-4062.10. Этот двигатель явился результатом анализа опыта зарубежного моторостроения с покупкой лицензий у нескольких фирм, в том числе и у Bosch.

Что представляет собой мотор семейства ЗМЗ-406? Это четырехцилиндровый мотор с верхним расположением двух распредвалов и их цепным приводом. Как говорят любители иномарок – “Twin Cam”. Для нашего климата это решение самое разумное. Зазоры между клапанами и кулачками распредвала автоматически регулируются гидрокомпенсаторами (см. Рисунок 1). Двигатель стал настолько высокооборотистым, что многие водители по привычке едут на четвертой скорости, забыв переключиться на пятую. В салоне не чувствуются вибрации от высоких оборотов, более того, после 3000 оборотов в минуту ощущается резкий «подхват», то есть у мотора еще больше возрастает мощность. Все это благодаря наличию четырех клапанов на цилиндр. Клапанный механизм применен от двигателя ВАЗ-2108. То есть проблем с запчастями не возникнет. Впускной и выпускной трубопровод расположены с разных сторон двигателя, как у Москвича-412, поэтому такой мотор прекрасно вписывается в моторный отсек речных катеров.

В настоящее время Заволжский моторный завод освоил производство широкой гаммы двигателей внутреннего сгорания с микропроцессорной системой управления на базе ЗМЗ-4062.10 (см. таблица 1). Это было необходимо в связи с ужесточением требований экологических стандартов и ограничением затрат на приобретение топлива. Двигатели этого семейства имеют на 15-20% меньше удельный расход топлива, чем у двигателей ЗМЗ-402. Топливная экономичность достигнута за счет целого комплекса мер:

1. Повышена степень сжатия с 8,8 до 9,3;
2. Уменьшен рабочий объём двигателя при одновременном увеличении крутящего момента и максимальной мощности;
3. Уменьшено соотношение хода поршня к его диаметру, за счет чего двигатель стал короткоходным. При этом уменьшились и потери на трение в цилиндропоршневой группе деталей и их износ;
4. Применено микропроцессорное управление зажиганием с обратной связью по детонации в цилиндрах;
5. Применена система многоточечного впрыска бензина во впускной трубопровод с микропроцессорным управлением топливоподачи.
6. Кардинально изменена конструкция механизма газораспределения по сравнению со старыми модификациями двигателей ЗМЗ. Двигатели нового поколения имеют два распредвала в головке блока с цепным приводом. 4 клапана на цилиндр обеспечивают полноценную очистку камеры сгорания от отработавших газов даже при максимальных частотах вращения коленвала.

Таблица 1.

Технические характеристики двигателей 406-го семейства

Параметр	ЗМЗ- 4061.10 карбюратор	ЗМЗ- 4063.10 карбюратор	ЗМЗ- 4062.10 впрыск	ЗМЗ- 4052.10 впрыск	ЗМЗ- 409.10 впрыск	ЗМЗ- 4064.10 турбонаддув
Количество цилиндров	4	4	4	4	4	4
Рабочий объем, л	2,28	2,28	2,28	2,46	2,69	2,28
Степень сжатия	8	9,3	9,3	9,3	9,0	8
Ном. мощность брутто кВт (л.с) при частоте вращения коленвала мин-1	73,5(100) 4500	80,9(110) 4500	106,6(145) 5200	111,8(152) 5200	105(142,8) 4400	147,0(200) 5200
Макс. крутящий момент брутто Н.м.(кгс.м) при частоте вращения кол. вала мин-1	176,6(18,0) 3500	186,4(19,0) 3500	200,9(20,5) 4000	210,9(21,5) 4200	230(23,5) 3900	323,4(33) 4000
Минимальный удельный расход топлива г/кВт.ч (г/л.с.ч.)	285,6(210)	278,8(205)	265,2(195)	265,4(195)	265(195)	274,0(200)
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм	92х86	92х86	92х86	95,5х86	95,5х94	92х86
Масса,кг	185	185	187	187	190	190
Топливо	А-76	АИ-92	АИ-92	АИ-92	АИ-92	АИ-95

 

Надо отметить отдельно, что на двигателе применены все новые детали, не подходящие от старой модификации двигателя ЗМЗ-402. Другой коленвал с иными диаметрами шеек, другие вкладыши, причем исчез размер вкладыша 0,05 мм (вот это уж зря). Поршни стали короче, причем двух модификаций – для бензина АИ-93 и АИ-80. Распредвалы  для «Газели» и «Волги» взаимозаменяемы, но имеют разные профили кулачков. Волговский распредвал выпускных клапанов имеет и маркер для датчика фаз. Из-за этого бывают и загадочные ситуации – один владелец ГАЗ-3110 никак не мог понять, почему его машина не развивала положенной динамики. Ответ оказался прост – в моторе стоял распредвал от Газели! А скольких трудов стоило это выяснить… Учитывая это, в том же «Святославе» уделяют большое внимание ассортименту деталей для ЗМЗ-406 и его модификаций.

Можно с уверенностью сказать, что новые двигатели семейства  ЗМЗ-406 удачно вписываются в конструкции автомобилей УАЗ, ГАЗ, моторных катерах и даже на экранопланах «Иволга» малой вместимости (10 чел или 900 кг груза). Экраноплан «Иволга» внешне напоминает самолет с двумя двигателями ЗМЗ-4064.10, но он летит на высоте около 1 метра за счет воздушной подушки и имеет расход топлива около 15 литров на 100 км. По результатам авиасалона в 2001 году Обь-Иртышкое и Верхне-Ленское речные пароходства заказали 70 экранопланов. Опыт эксплуатации разнообразной техники в течение нескольких лет позволяет отметить и эксплуатационные недостатки этих моторов:

1. Недостаточно надежен первоначальный вариант механизма натяжения цепи со скользящим башмаком. В настоящее время конструкция доработана за счет применения натяжителя с паразитной звездочкой на роликовом подшипнике.
2. Распредвалы вращаются в подшипниках скольжения, образованных за счет фрезерования отверстий в теле головки блока цилиндров. Поскольку сменных вкладышей в конструкции не предусмотрено, износ опор распредвала достигает предельных значений в течение короткого промежутка времени, из-за применения моторных масел невысокого качества. Хорошее масло таких дефектов не создает.
3. Электромагнитные форсунки и датчики системы управления двигателем отечественного производства имеют нестабильные параметры, а зачастую и малый ресурс. Водители ставят аппаратуру Bosch.
4. Невысокое качество топлива на АЗС приводит к частому отказу электробензонасоса, чаще из-за наличия примесей воды и грязи. Проблема решается путем установки дополнительного фильтра очистки бензина перед электробензонасосом.
5. До сих пор нет надежного способа конвертации двигателя ЗМЗ-406 для работы на сжиженном газе. Впрочем, в Интернете мне встречалась информация о серийной импортной аппаратуре систем газовпрыска.

Можно констатировать, что далеко не все отрасли промышленности и сферы услуг соответствуют тому уровню, который должен быть при массовой компьютеризации автомобильной техники.

Система компьютерного управления двигателем ЗМЗ-406 первоначально была лицензионной от корпорации Bosch. Это позволило быстро внедрить конструкцию в производство. В дальнейшем отечественные заводы электронного приборостроения разработали упрощенные модификации модулей управления – Микас-5.3, Микас-5.4, Микас-7.1 так далее. Упрощение коснулось в частности изъятия из системы датчика содержания кислорода в отработавших газах. В результате процесс топливоподачи идет без корректировки по составу отработавших газов. Зачастую это приводит к возрастанию расхода топлива и токсичности. Но мера эта была вынужденной и частью оправданной, поскольку доля этилированного бензина в объеме его производства до сих пор превосходит 30%. А пробег автомобиля в 300 км способен сделать кислородный датчик полностью неработоспособным и перерасход топлива становится очень большим. Таким образом, упрощение системы управления двигателем является вынужденной, но продуманной мерой. Впрочем, об электронике на этом двигателе будет отдельный материал.

За последние годы Заволжский моторный завод (ЗМЗ) учел печальный опыт эксплуатации первых выпусков этих моторов. И сейчас количество рекламаций на моторы резко снизилось. Интересная картина – раньше водитель, покупая «Волгу» интересовался, какой мотор в ней установлен? Получив ответ: - 406-й, он поворачивался и шел смотреть другую машину. Сейчас картина обратная. Он покупает машину только с 406-м мотором. В качестве довода приводит расход топлива 8,5 литров на 100 км пробега по загородной трассе при 110 км/час! Да и по динамике «Волга» становится резвее «Жигулей», а то и иномарок.

Какие нюансы должен учитывать владелец впрысковой «Волги»? Как ее эксплуатировать, чтобы не стать клиентом автоэвакуатора? Постараемся дать несколько рекомендаций:

1.      Заправлять автомобиль надо только тем топливом, которое рекомендовал завод-изготовитель. Однако мне известны водители, которые приобрели поршни для двигателя ЗМЗ-4061.10, поставили их на свои моторы. Теперь двигатель может работать на бензине АИ-80 (см. таблицу 1).

2.      При заправке надо следить за тем, чтобы в бензобак не попала вода вместе с бензином. Это может вывести из строя электробензонасос, который боится ржавчины. Тут два рецепта, или приобрести воронку с очень мелкой сеткой, не пропускающей воду или заправляться сначала в канистру, а потом процеживать бензин, переливая его в бак. Как профилактическое средство можно посоветовать приобрести в «Святославе» изопропиловый спирт в составе «Аспект-модификатора». Недорогой флакон рассчитан на полный бак бензина. Спирт растворяет в себе воду, а затем легко смешивается с бензином и бесследно сгорает в двигателе, не нанося вреда системе питания.

3.      ЗМЗ-406 любит хорошее масло. Заливать в двигатель надо полусинтетику или даже синтетическое масло. Ведь гидрокомпенсаторы и гидронатяжители  - вещь тонкая! Поскольку мотор сделан качественно, масло течь не будет отовсюду, как на ГАЗ-24. Везде стоят сальники из фторкаучука, как на иномарках. Это только про старые «Волговские» моторы говорили: - если из него не подтекает масло, значит оно кончилось… Один из моих сокурсников залил в двигатель масло с классом вязкости 0W-30 и ездил всю зиму без проблем. Заводил машину «с ключа» даже в минус 37! Причем, не пользуясь дополнительным источником питания. Попробуйте это повторить на масле М8В!

4.      Скользящий башмак натяжителя (см.Рисунок 2) имеет ресурс около 30 тыс. км пробега. Неудивительно, ведь цепь истирает пластмассу натяжителя с большой скоростью. Опилки попадают в масло и забивают гидрокомпенсаторы и прочие ответственные узлы системы смазки. Вам это надо? Сейчас на двигателях в Заволжье ставят звездочки на подшипнике (см. Рисунок 3). Силы трения уменьшаются, узел натяжителя становится почти вечным. Многие владельцы машин уже сделали себе такую замену, тем более журнал «За рулем» в 2001 году подробно описывал, как это сделать. В «Святославе» вам могут предложить несколько типов натяжителей нового образца. Предпочтителен комплект с удлиненными цепями на 72 и 92 звена, соответственно, с натяжителями. У них больше ресурс до момента соприкосновения цепи с корпусом натяжителя.

5.      Гидрокомпенсаторы отечественного производства имеют небольшой срок службы. Впрочем, тут как вам повезет. При хорошем масле и давлении в системе смазки и отечественный гидрокомпенсатор может отработать много лет. А может не отработать… Гидрокомпенсаторы производства немецкой фирмы INA более надежны в работе. Их замена достаточно проста.

6.      Датчики и исполнительные механизмы системы впрыска также могут перестать работать. Причем внезапно, вдали от сервиса. Что тут можно посоветовать? Только один датчик незаменим – датчик коленвала. Отказ прочих датчиков позволит двигаться дальше за счет аварийного алгоритма работы микропроцессора. Цена датчика коленвала – чуть более 70 рублей, поэтому его необременительно купить «про запас». Также важно иметь в запасе бензонасос, без него уехать не удастся.

Надеюсь, что это не отобьет желание владеть машиной с 406-м мотором. Ведь перечень возможных проблем для карбюраторных машин может оказаться еще длиннее. А ресурс нового двигатель ЗМЗ-4062.10 не меньше 300 тыс. км пробега. Почти как у иномарки.

Евсеев П.П.

к.т.н., доцент

каф. "АТ, АС и ФО", КГТУ

Адрес магазина "Святослав"

ул Ладо Кецховели 31, ул Весны 7-а, тел 44-43-66, 43-28-28