На основную часть выпускавшихся Волг М-21 и ГАЗ-21 устанавливался двигатель ЗМЗ-21.
Он представлял собой цельноалюминиевый верхнеклапанный нижневальный двигатель рабочим объёмом 2,445 л. Так как конструктивно он во многом аналогичен широко известным в наше время двигателям типа ЗМЗ-402.10 («Волга», «ГАЗель»), проще всего описать особенности его конструкции через противопоставление именно с этим семейством.

Двигатель ГАЗ-21 был приспособлен к использованию смазочных материалов с крайне низким уровнем качества, доступных в то время в СССР - инструкция рекомендовала использовать «масло индустриальное-50, машинное масло СУ, автомобильное М8Б или автотракторное АС-9,5», что составляло выгодное отличие от иностранных моделей. Вместе с тем, использование низкокачественных смазочных материалов вело к уменьшению межсервисного интервала (смена масла каждые 3000 км со значительным снижением при усложнённых условиях эксплуатации) и снижению долговечности двигателя. Бензин употреблялся также очень низкой, по европейским меркам, сортности - с октановым числом по моторному методу не ниже 70 (в версии для внутреннего рынка).

При этом по долговечности двигатель «Волги» как минимум не уступал аналогичным по рабочему объёму иностранным моторам - гарантированный заводом ресурс до первого капитального ремонта составлял 200 тыс. км, но на практике при грамонтной и бережной эксплуатации двигатель мог «отходить» и 500 тыс. Для сравнения, в США для гораздо более крупных легковых двигателей хорошим показателем считался пробег до капитального ремонта в 140 тыс. миль (~250 тыс. км), а для грузовика тяжёлого класса с дизельным двигателем отличным показателем было 400 тыс. км. Высокая же ремонтопригодность, позволяющая проводить капитальный ремонт мотора в кустарных условиях, без требующей сложного оборудования расточки стенок цилиндров, по сути делала волговский мотор практически «вечным».

Главными особенностями ЗМЗ-21 по сравнение с «402-м» семейством являются: головка блока цилиндров с клапанами меньшего диаметра и иным расположением водяного насоса (насос смазывался не антифризом, а смазочным шприцем через пресс-маслёнку литолом); степень сжатия под бензины марок А-72 либо А-80 (последний не путать с современным АИ-80/А-76; в зависимости от модификации - обычная или для экспортирования); двухступенчатая система очистки масла (два неполнопроточных фильтра - грубой и тонкой очистки); впускной коллектор прямоугольного сечения с креплением под однокамерный карбюратор; контактная система зажигания. Существенным является наличие на блоке цилиндров верхней плоскости, фиксирующей гильзы (на ЗМЗ-402 гильзы ставятся в открытый блок). Имелись и иные, менее заметные отличия. Из вышесказанного вытекает, что в целом отличия двигателей семейств ЗМЗ-21 и ЗМЗ-402 незначительны. Карбюраторные двигатели «Волг» всех семейств (-21, −24, −31xx) и «ГАЗелей», кроме двигателей 406-го семейства, в принципе, взаимозаменяемы в сборе, но с учётом некоторых не значительных модификаций картера, трансмиссии и навесного оборудования. Возможности подетальной взаимозаменяемости гораздо у́же. Ситуация с двигателями УМЗ гораздо лучше в обоих отношениях.

Блок был алюминиевым, литым в кокиль. Гильзы - мокрые, сменные, из серого чугуна, посаженные в блок с натягом. Головка цилиндров литая, алюминиевая, со вставными чугунными сёдлами клапанов. Свечи в неё вворачивались слева. Справа на двигателе размещались впускной коллектор с однокамерным карбюратором и выпускной коллектор, генератор постоянного тока, фильтр грубой очистки масла и водосливной краник. Слева были расположены стартер, прерыватель-распределитель, маслощуп и топливный насос. Поршни - алюминиевые лужёные, с тремя поршневыми кольцами - двумя компрессионными и одним маслосъёмным. Поршневой палец смещён на 1,5 мм вправо для уменьшения шумности работы двигателя. Коленчатый вал пятиопорный, литой из чугуна, вкладыши тонкостенные, биметаллические (сталебаббитовые). Диаметры клапанов: впускной - 44 мм, выпускной - 36 мм.

Использовались карбюраторы К-22И (на всех автомобилях первой и второй серий и на части третьей серии вплоть до конца 1960-х), К-105 (на небольшой части ранней третьей серии - 1962-1965 гг.) и К-124 (на поздней третьей серии), все однокамерного типа. После окончания выпуска ГАЗ-21 в качестве запчасти для неё выпускались К-129, очень незначительно отличающиеся от К-124. Все четыре модели карбюраторов полностью взаимозаменяемы в сборе, а К-124 и К-129 ещё и по большинству деталей.

Мощность варьировалась от 70 л.с. и 80 л.с. (ранние модификации, обычная и экспортная комплектации) до 75 л.с. и 85 л.с. (поздние модификации) при ~4000 оборотах в минуту. Увеличение мощности на экспортных модификациях достигалось путём уменьшения высоты головки блока цилиндров при условии использования более высокооктанового топлива, доступного за рубежом. Крутящий момент составлял 166,7 Н·м на базовой модификации и достигался в районе ~2200 оборотов в минуту. Таким образом, по своей характеристике двигатель близок к современным легковым дизелям, а не бензиновым двигателям.

КРАТКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА :
Тип двигателя: Четырехтактный, карбюраторный, бензиновый, верхнеклапанный, четырехцилиндровый
Расположение цилиндров: Вертикальное, в ряд
Диаметр цилиндра и ход поршня в мм: 92Х92
Рабочий объем цилиндров в л: 2,445
Порядок работы цилиндров: 1–2–4–3
Степень сжатия: 6,7
Топливо: Бензин А–72 (А–76, А–80)
Максимальная мощность при 4000 об/мин в л. с.: 75 (80, 85)
Максимальный крутящий момент при 2000 об/мин в кГм: 17 (18, 19)
Масса двигателя в сборе с коробкой передач, центральным тормозом и со всем оборудованием (без масла и воды) в кг: 20

1 - рычаг ручной подкачки бензина
2 - указатель уровня масла
3 - топливный насос
4 - вытяжная труба вентиляции картера
5 - приемный патрубок водяного насоса
4 - фильтр тонкой очистки топлива
7 - распределитель зажигания
8 - регулировочные гайки октан–корректора распределителя зажигания
9 - стартер
10 - фильтр грубой очистки масла
11 - сливной краник водяной рубашки блока цилиндров
12 - краник радиатора отопителя кузова
13 - впускная труба
14 - выпускной коллектор
15 - карбюратор
16 - воздушный фильтр
17 - предохранительный щиток карбюратора
18 - установочная планка генератора
19 - генератор
20 - датчик давления масла

Двигатель ЗМЗ-21А использовался на микроавтобусах РАФ и фургонах ЕрАЗ; последние выпускались ещё в 1980-х годах. Ульяновский моторостроительный завод на его основе создал собственный вариант двигателя УМЗ-451, в течение длительного времени устанавливавшийся на автомобили марки УАЗ. Отличия УМЗ-451 от ЗМЗ-21А минимальные, особенно на первых выпусках: на первый взгляд, это один и тот же двигатель.

Одноклассники

В. Мамедов

В городе Заволжье, в 60 км от Нижнего Новгорода на берегу Волги расположено предприятие, выпускающее двигатели для автомобилей, автобусов, летательных аппаратов и катеров – Заволжский моторный завод (ЗМЗ). В российском рейтинге крупнейших предприятий он занимает 54-е место, а в Нижегородской области – второе место по объему продаж. Моторами ЗМЗ комплектуются автомобили Горьковского и Ульяновского автомобильных, Павловского и Курганского автобусных заводов. Ассортимент продукции содержит свыше 80 модификаций двигателей нескольких базовых семейств. Кроме того, предприятие широко известно как солидный поставщик цветного литья и сталеалюминиевой ленты для подшипников скольжения. Делают на нем также режущий инструмент, имеется и собственное станкостроение.

Закладка завода происходила в мае 1956 г., а официальной датой его рождения считается 17 апреля 1958 г. После обкатки новейшего оборудования в ноябре 1959 г. ЗМЗ приступил к выпуску двигателей ГАЗ-21 для автомобилей «Волга». В то время это была прогрессивная конструкция, с алюминиевым блоком цилиндров, пятиопорным коленвалом, «мокрыми» гильзами и верхнеклапанным газораспределением. К декабрю 1968 г. собрали миллионный мотор ГАЗ-21. В 1963 г. завод начал производство V-образных двигателей, а в 1970-м – моторов ГАЗ-24 к «Волге» следующего поколения. С 1996 г. ЗМЗ выпускает 16-клапанные двигатели семейства ЗМЗ-406.

В течение десятков лет своего существования завод постоянно наращивал производственные мощности, доведя их до 450 тыс. моторов в год. Из них выпуск двигателей семейства ЗМЗ-406 составляет 200 тыс. в год. В соответствии с требованиями времени на заводе создана служба маркетинга с торговым домом «ЗМЗ», имеющим подразделения в разных уголках страны. Дилерская сеть насчитывает 21 генерального дилера и 354 дилерские организации, продающие и обслуживающие моторы, 155 сервисных станций проводят гарантийное и послегарантийное обслуживание, а также ремонт двигателей с маркой «ЗМЗ» по всей России.

Новейшее направление в деятельности предприятия – создание сети сборочных подразделений в бывших республиках СССР. В настоящее время такие филиалы запускаются в Киеве и Харькове на Украине, а также в Столбцах в Белоруссии.

В последние годы запущено «производство малых серий» – подразделение для изготовления и доводки новейших моторов, готовящихся к массовому производству. На нем используются гибкие технологии, детали двигателей обрабатываются в быстропереналаживаемых центрах отечественного или зарубежного производства. Качество отслеживается контрольно-измерительными комплексами «КИМ» и «ОПТОН». И лишь пройдя отладку конструкции и технологии изготовления, новые моторы попадают в массовое производство.

Гордость завода – комплекс цехов литейного производства, специализирующийся на сложном литье в кокиль и под высоким давлением алюминиевых сплавов. Высокомеханизированные участки цехов, возможности использования различных сплавов, современные способы финишной обработки отливок, прогрессивный способ герметизации литых деталей термохимическим методом – все это позволяет производить более 500 тыс. т качественного литья в год. Номенклатура отливок массой от 0,03 до 47,5 кг составляет свыше 400 наименований.

Стремясь к повышению конкурентоспособности продукции, руководство завода уделяет особое внимание развитию Управления главного конструктора, создающего новые двигатели. Коллектив УГК первым в России создал четырехцилиндровый 16-клапанный двигатель ЗМЗ-406 с комплексной микропроцессорной системой управления впрыском топлива и зажиганием, который стал основой семейства бензиновых моторов рабочим объемом 2,0; 2,3; 2,5 и 2,7 л для легковых и грузовых автомобилей, летательных аппаратов, малоразмерных судов и другой техники. Блок цилиндров этого двигателя лег в основу конструкции быстроходного дизеля ЗМЗ-514.10 рабочим объемом 2,2 л, предназначенного для установки на грузовики грузоподъемностью до 2,0 т, катера и яхты, а также на тепло- и электроагрегаты.

Для престижных легковых автомобилей ГАЗ, джипов, малотоннажных грузовых автомобилей и микроавтобусов разработана конструкция и ведутся испытания представителей нового семейства бензиновых V-образных (с углом развала 90о) шестицилиндровых двигателей. Базовая версия имеет рабочий объем 3,2 л.

Все двигатели создаются с учетом действующих и перспективных норм Euro. Они имеют характеристики, обеспечивающие высокую конкурентоспособность на рынке. Разработка документации и изготовление опытных образцов ведется с применением технологий САД/САМ/САЕ. Испытания образцов и их доводка проводятся в испытательном комплексе УГК, имеющим аккредитацию Госстандарта России на проведение сертификационных испытаний бензиновых и дизельных двигателей.

Познакомимся с основными семействами двигателей ЗМЗ.

Семейство бензиновых моторов на базе ЗМЗ-402.10

Простые двигатели семейства ЗМЗ-402, ведущего родословную от ЗМЗ-24, (базовая модель ЗМЗ-402.10), отличаются высокими «эластичностью» (максимум крутящего момента приходится на низкие обороты) и ремонтопригодностью, а также низкой ценой. Предназначенные для автомобилей «Волга» моторы имеют две комплектации: 402.10 (степень сжатия 8,2, мощность – 100 л.с. при 4 500 об/мин) и 4021.10 (степень сжатия 6,7, мощность – 90 л.с. при 4 500 об/мин). Они работают соответственно на бензине АИ-92 и АИ-80. Обе версии имеют рабочий объем 2,445 л. По заказу их устанавливают и на внедорожники Ульяновского автозавода.

Двигатели ЗМЗ-4025.10 и ЗМЗ-4026.10, также выпускающиеся со степенью сжатия соответственно 6,7 и 8,2, отличаются несколько иной комплектацией, поскольку устанавливаются в подкапотное пространство «Газелей».

Для легковых автомобилей «Волга», пикапов «Атаман» и грузовых автомобилей грузоподъемностью до 1,5 т выпускаются варианты с увеличенным до 2,89 л рабочим объемом: ЗМЗ-410.10 со степенью сжатия 6,8 и мощностью 99 л.с. при 4 100 об/мин и ЗМЗ-4101.10 (8,1; 105 л.с. при 4 100 об/мин.). Эти двигатели имеют диаметр цилиндра 100 мм (вместо 92) при ходе поршня 92 мм, камеру сгорания с выемкой в поршне, усиленное сцепление.

Все двигатели семейства ЗМЗ-402 – карбюраторные, и для снижения токсичности выхлопа оборудуются системой рециркуляции отработавших газов (СРОП). Постепенно, по мере увеличения производства «четыреста шестых» моторов, выпуск «четыреста вторых» будет уменьшаться.

Семейство 16-клапанных моторов ЗМЗ-406

Двигатели «четыреста шестого» семейства конструктивно не уступают мировым аналогам. Они имеют два расположенных в головке цилиндров распредвала, приводящихся во вращение роликовой цепью с гидронатяжителями, четырехклапанное газораспределение, центральное расположение свечей зажигания, комплексную микропроцессорную систему управления мотором (КМСУД), что обеспечивает высокие показатели по мощностным и экономическим характеристикам. В отличие от предыдущего семейства эти моторы имеют не алюминиевый, а чугунный блок цилиндров, более жесткий и долговечный при меньшей стоимости.

Для «Волг» и микроавтобусов предназначены 2,3-литровые двигатели ЗМЗ-4062.10 (150 л.с. при 5 200 об/мин) с системой распределенного впрыска бензина и степенью сжатия 9,3. Для «Волг» есть форсированная версия ЗМЗ-4064.10, оснащенная впрыском и турбонаддувом. При рабочем объеме 2,3 л и степени сжатия 8,0 она развивает 200 л.с. при 5 200 об/мин и максимальный крутящий момент – 323,4 Нм при 4 000 об/мин. На грузовики и микроавтобусы «Газель» устанавливают карбюраторные версии – ЗМЗ-4061.10 и 4063.10 с таким же рабочим объемом, но развивающие соответственно 100 и 110 л.с. при работе на бензине АИ-92 и АИ-80, а также впрысковые модификации ЗМЗ-4052.10 с рабочим объемом 2,5 л (155 л.с. при 5 000 об/мин) и ЗМЗ-4092.10 (2,7 л, 160 л.с. при 5 000 об/мин).

Семейство V-образных двигателей для грузовиков и автобусов

Продолжается выпуск V-образных алюминиевых восьмицилиндровых двигателей рабочим объемом от 4,25 до 5,53 л, ведущих свое происхождение от моторов ГАЗ-53 и ГАЗ-13 конца 50-х годов. С того времени они претерпели существенные изменения, улучшившие экономичность и снизившие токсичность, некоторые версии оснащаются высокотурбулентными камерами сгорания и винтовыми каналами для устойчивой работы на бедных смесях. Под обозначением ЗМЗ-511.10 выпускается 4,25-литровый мотор для среднетоннажных грузовиков ГАЗ-3307, под маркой ЗМЗ-5113.10 со спецоборудованием его устанавливают в полноприводные машины ГАЗ-6611 и «Садко». С прямыми каналами впускного тракта и камерами сгорания, имеющими часть объема в днище поршня, более мощные модификации двигателей ЗМЗ-5233.10 и 5234.10 с рабочим объемом 4,67 л выпускаются для автобусов Курганского и Павловского заводов. Эти моторы получают также усиленное сцепление.

Семейство двигателей специального назначения

Для гусеничных транспортеров, военной бронетехники высокой проходимости и специальных легковых автомобилей «Волга» существует производство экономичных мощных двигателей V8, проходящих перед отправкой потребителю дополнительный контроль качества. Это работающие на бензине АИ-80 моторы ЗМЗ-41 и ЗМЗ-4905 с рабочим объемом 5,53 и 4,25 л, мощностью 140 и 120 л.с., развиваемых при 3 200 – 3 400 об/мин.

Гусеничные транспортеры ГАЗ-3402 производства ОАО «ГАЗ» снабжают моторами ЗМЗ-73 (4,25 л, степень сжатия 7,0, 123 л.с. при 3 200–3 600 об/мин), а специальные «Волги» оснащают мотором ЗМЗ-505.10 (5,53 л, 8,5, 200 л.с. при 4 700 об/мин). Все двигатели имеют карбюраторные системы питания и экранированное электрооборудование для снижения радиопомех от двигателя.

Новое семейство дизельных двигателей ЗМЗ-514.10

Новые дизели унифицированы с 16-клапанными бензиновыми моторами ЗМЗ-406, имеют те же габариты и присоединительные размеры. Сейчас они проходят всесторонние испытания, но в небольших количествах уже поставляются потребителям по цене 2 500 долларов за вариант без наддува. Разработано три версии: с наддувом, без него и с наддувом и интеркулером. Ожидается, что при выпуске 50 – 60 тыс. дизелей в год их цена уменьшится до 1 500 долларов.

Дизели ЗМЗ-514.10 имеют чугунный блок со вставными гильзами, кованый из легированной стали коленвал, цепной привод двух распредвалов и масляного насоса, отдельный привод ТНВД зубчатым ремнем. Рабочий объем моторов 2,25 л, степень сжатия 19,5, мощность от 98 до 130 л.с. В поставках моторов проявили заинтересованность ГАЗ и УАЗ. Сдерживают выпуск финансовые трудности, над преодолением которых борется завод.

Интересно, что проводя доводочны
е работы по своему дизелю, заволжские конструкторы совместно с коллегами из ЯМЗ проектируют более крупные дизели с рабочим объемом 4,0 л. Эти моторы должны прийти на смену бензиновым силовым агрегатам для грузовиков ГАЗ и автобусов.

Заключение. Несмотря на трудные годы переходного периода, ЗМЗ сохранил силы и кадры для дальнейшего развития производства и создания новых моторов. Недавно он вошел в группу предприятий, объединенных ФПГ «Сибирский алюминий». Время покажет, насколько это поможет решить проблемы завода. А проблем много и основная из них – качество выпускаемой продукции. Без серьезных решений в этом вопросе даже самые технически совершенные моторы, которые умеют разрабатывать местные конструкторы, никогда не смогут быть конкурентоспособными.