Конструкция и устройство двигателя ЗМЗ-402

Бензиновый двигатель ЗМЗ-402 является ветераном отечественной автомобильной промышленности. Конструкция была разработана в первой половине 50-х гг., но модернизации позволили выпускать изделие вплоть до поздней осени 2017 г. Мотор использовался на легковых автомобилях Волга и ряде малотоннажных грузовиков и микроавтобусов заводов ГАЗ, УАЗ и ЕрАЗ.

На Волге устанавливался бензиновый двигатель ЗМЗ-402.

Исторические сведения

Первый вариант мотора создал для ГАЗ-21 Волга конструктор Г. В. Эвартом, но из-за массы замечаний проект был переработан. Впоследствии агрегат модернизировали до стандарта ЗМЗ-24Д, а индекс 402 впервые появился в начале 80-х гг.

Сборка двигателей продолжалась до октября 2017 г., стабильный спрос со стороны потребителей оставался несмотря на появление нового поколения ЗМЗ-406 с инжектором.

Причиной популярности стала простая конструкция и возможность ремонта в полевых условиях.

Конструкция и устройство 3M3-402

Семейство моторов ЗМЗ-402 построено на базе унифицированного 4-цилиндрового рядного блока. Двигатель оснащен системой принудительного жидкостного охлаждения, в контуре предусмотрен термостат.

Для подготовки топливной смеси использован карбюратор с падающим потоком, инжекторные модификации не вышли из стадии опытных образцов.

В 80-е гг. для машин ГАЗ-3102 собирали 105-сильную версию с форкамерно-факельным зажиганием. Моторы отличались головкой блока с дополнительным клапаном и форкамерой и имели сниженный расход топлива.

Мотор 3M3-402.

Блок цилиндров

Блок изготовлен по технологии литья (под давлением или в кокиль) из алюминиевого сплава с высокой механической прочностью.

Деталь пропитана специальным термоустойчивым материалом, заполняющим поры и обеспечивающим герметичность.

Применены чугунные сменные гильзы, метод крепления деталей зависит от способа литья блока. Рубашка охлаждения открытого типа, для фиксации головки в верхней части отливки предусмотрены бобышки.

Головка блока цилиндров

Алюминиевая 8-клапанная головка является общей для всех цилиндров и имеет полусферические камеры сгорания. Отливка проходит цикл термической обработки для повышения прочности.

Седла клапанов изготовлены из специального чугуна, направляющие выполнены из металлокерамического композитного материала. Головка крепится к блоку на шпильках, между деталями расположена прокладка толщиной 1,5 мм (в зажатом состоянии).

Алюминиевая головка блока цилиндров.

Кривошипно-шатунный механизм

Стальной коленчатый вал имеет 5 опор, крышки подшипников выполнены из чугуна и обрабатываются совместно с блоком. Алюминиевые поршни с плоским днищем имеют прямоугольные канавки для 2 компрессионных и 1 маслосъемного кольца.

На концах коленчатого вала установлены шестерня привода газораспределительного механизма и маховик, обеспечивающий равномерную работу мотора.

Система смазки двигателя

Двигатель имеет принудительную систему смазки с шестеренным насосом, имеющим привод от коленчатого вала. Запас масла находится в поддоне, в контуре предусмотрен фильтр для отделения грязи и продуктов износа.

Имеется датчик давления, подсоединенный к стрелочному индикатору в комбинации приборов.

При падении напора ниже допустимого предела включается контрольная лампа красного цвета, расположенная в приборной панели. Предусмотрен сотовый радиатор с краном для принудительного отключения, обеспечивающий охлаждение масла.

Система зажигания

Мотор оборудован электронным зажиганием с коммутатором и катушкой, питание подается от аккумуляторной батареи. Порядок работы цилиндров 1-2-4-3, свечи ввернуты в головку блока. На боковине картера находится распределитель с вакуумным корректором угла опережения, имеющий привод от коленчатого вала.

Двухконтурное зажигание ЗМЗ 402.

Технические характеристики в цифрах

Основные параметры двигателя (на примере модели ЗМЗ-4022-10):

• рабочий объем цилиндров – 2445 см³;
• мощность – 100 л. с. при частоте вращения вала 4200 об/мин;
• крутящий момент – не выше 182 Н*м в диапазоне от 1800 до 2200 об/мин;
• диаметр цилиндра и ход поршня – 92х92 мм;
• геометрическая степень сжатия – 8,2 единицы;
• соответствие экологическим нормативам – не выше Евро-0;
• удельный часовой расход бензина – не менее 215 г/л. с.

За годы производства Заволжский моторный завод отгружал потребителям несколько десятков модификаций, которые могли работать на бензине сортов А-76(80) или АИ-93(А-92).

Изменение степени сжатия достигалось путем подрезки нижней плоскости головки и сокращения объема камер сгорания. Масса мотора находилась в диапазоне 181-184 кг (вес зависел от навесного оборудования и типа головки блока).

Модификация под бензин А-76 создавалась для автомобилей Волга, поставлявшихся в таксопарки, а также использовалась на коммерческих машинах УАЗ, РАФ и ЕрАЗ.

Модификации мотора

Основные модели двигателя:

• 402-10, рассчитанная на бензин АИ-93 и устанавливавшаяся на легковые машины Волга и продукцию завода УАЗ;
• 4021-10, отличавшаяся сниженной степенью сжатия для использования бензина А-76, применялась на микроавтобусах и автомобилях для такси;
• 4022-10, имевший мощность 105 л. с. и оборудованный форкамерно-факельным зажиганием, использовался на ГАЗ-3102 вплоть до 1992 г.;
• 4025-10 и 4026-10, предназначенные для коммерческих шасси ГАЗель и Соболь (рассчитаны на бензин А-80 и А-92 соответственно).

Заволжский завод поставлял на рынок запасных частей и на конвейеры несколько десятков модификаций мотора. Двигатели отличались комплектностью, могли оснащаться кронштейном для насоса гидравлического усилителя руля (использовался на части ГАЗ-3110 и 3102).

Моторы могли поставляться в исполнении для тропического климата, номенклатура датчиков зависела от модификации комбинации приборов.

Агрегаты для комплектации шасси ГАЗель или Соболь имели отдельный привод вентилятора с измененным передаточным отношением для увеличения производительности.

Модели автомобилей, в которых устанавливается 3M3-402

Моторы поколения ЗМЗ-402 устанавливались на:

• легковых и коммерческих автомобилях ГАЗ с максимальной массой до 3,5 т (вне зависимости от схемы трансмиссии);
• внедорожниках, грузовиках и микроавтобусах завода УАЗ;
• микроавтобусах РАФ и ЕрАЗ.

ГАЗ

Двигатели стали устанавливаться на ГАЗ-24-10 с самого начала производства (мощность 100 или 90 л. с.), одновременно на ГАЗ-3102 использовалась 105-сильная модификация.

После освоения выпуска модернизированных ГАЗ-31029 и 3110 мотор остался неизменным и ставился параллельно с 16-клапанным ЗМЗ-406. Двигатели использовались на коммерческих машинах ГАЗель и Соболь вплоть до осени 2017 г.

Двигатель в ГАЗ-24-10.

УАЗ

Двигатели поколения ЗМЗ-402 мощностью от 95 до 98 л. с. ставились до конца 80-х гг. на внедорожные УАЗ-31512 и УАЗ-452 (бортовые и цельнометаллические “буханки” для перевозки грузов и людей).

На части моторов использовалась экранированная система зажигания, такие машины поставлялись по специальным заказам в армию или для нужд МВД СССР.

Позднее Ульяновский автозавод перешел на использование карбюраторных УМЗ-4178, построенных на базе блока ГАЗ-21 и рассчитанных на сложные условия эксплуатации.

Внедорожный УАЗ-31512 имеет дизель ЗМЗ 402.

РАФ

В 1987 г. начались поставки 98-сильных ЗМЗ-402-10 для Рижской автобусной фабрики. Моторы применялись на усовершенствованных РАФ-2203. Двигатели оснащались карбюраторами К-126ГМ, а с 1994 г. стал использоваться К-151. Агрегат поставлялся в Ригу вплоть до закрытия производства, которое произошло в 1997 г.

ЕрАЗ

Ереванский автозавод выпускал микроавтобусы, представлявшие собой упрощенный вариант РАФ-977К. В конце 80-х гг. началась сборка машин с 98-сильным ЗМЗ-402-10, но уже через 2-3 года было решено поставить бюджетный УМЗ-4178. Общее количество выпущенных ЕрАЗ-762 с двигателями поколения 402 неизвестно.

ЕрАЗ с двигателем ЗМЗ 402.

Регламент обслуживания

Основные требования по обслуживанию мотора:

1. Замену фильтра и масла в двигателе проводить не более чем через 10 тыс. км пробега или ежегодно. Вместимость системы составляет 6 л, но при сливе в моторе остается около 200 мл смазки. Рекомендуется использовать минеральные или полусинтетические материалы вязкостью от 5W-30 до 15W-40. Заливать смазки на синтетической основе или с повышенной текучестью не следует из-за риска подтекания через сальники.
2. Регулировку клапанного механизма осуществлять через каждые 15 тыс. км. Зазоры выдерживать в соответствии с инструкцией по эксплуатации (зависят от назначения клапана и номера цилиндра).
3. Настройку карбюратора производить при обнаружении повышенного расхода топлива или сложностях при запуске. Ресурс свечей составляет около 40 тыс. км, следует контролировать состояние проводов и крышки распределителя через 2-3 месяца эксплуатации.

Тюнинг двигателя

Моторы ЗМЗ-402 мало подходят для тюнинга из-за архаичной конструкции. Чтобы улучшить характеристики двигателя, необходимо увеличить подачу топлива и использовать распределительный вал с доработанным профилем кулачков.

Дополнительно можно установить прямоточный выхлоп без глушителя, но пройти технический осмотр с такой системой невозможно.

Повышение мощности и момента ограничивает тяжелая поршневая группа, подрезка головки блока для увеличения степени сжатия под бензин А-95 или А-98 не дает выигрыша в динамике автомобиля.

Двигатель ЗМЗ 402 рассчитан на низовую тягу при крутящем моменте на низких оборотах.

Увеличение мощности

Применение нового распределительного вала и увеличение диффузоров карбюратора позволяет довести мощность до 120-130 л. с. без потери ресурса.

Установка модернизированных поршневой группы и коленчатого вала, которые будут весить на 2-3 кг меньше штатных, позволит добавить еще 5-7 л. с.

Установка компрессора на карбюраторные двигатели не практикуется из-за невозможности тонкой настройки системы подачи топлива. Перевод ЗМЗ-402 на распределенный впрыск экономически нерентабелен, в этом случае владельцы устанавливают на машины агрегаты ЗМЗ-406 или 1JZ-GTE.

Для повышения мощности мотора, поршневую систему меняют на стомиллиметровую.

Снятие и установка двигателя ЗМЗ-402

Последовательность действий при снятии мотора ЗМЗ-402 с легкового автомобиля Волга:

1. Отсоединить батарею от бортовой сети и слить антифриз.
2. Демонтировать капот и брызговики, расположенные под поддоном.
3. Слить масло из мотора и картера коробки передач.
4. Демонтировать радиатор и патрубки для циркуляции охлаждающей жидкости.
5. Отсоединить проводку от стартера и топливные трубки, предусмотрев защиту от течи бензина.
6. Снять шланги масляного радиатора и отключить датчики давления масла и температуры антифриза.
7. Демонтировать корпус воздушного фильтра и отсоединить тягу от дроссельной заслонки.
8. Отвернуть гайки крепления выхлопной трубы к коллектору.
9. Демонтировать коробку передач и снять цилиндр привода муфты сцепления.
10. Открутить гайки подушек двигателя и убедиться в отсутствии подсоединенных шлангов или проводов.
11. Зацепить лебедкой грузоподъемностью не менее 300 кг мотор, а затем аккуратно вынуть агрегат из отсека, не допуская ударов по кузову.
12. После проведения ремонта установить двигатель в обратной последовательности.

Неисправности и способы ремонта

Распространенные поломки:

1. Течь моторного масла через заднюю набивку. Проблема возникает при длительной эксплуатации двигателя на повышенной частоте вращения (более 3000 об/мин). Для восстановления герметичности необходимо установить новую набивку.
2. Вибрации при работе мотора на холостых оборотах. Механическая обработка внутренних поверхностей впускной трубы и настройка карбюратора снижают неприятные явления, но полностью устранить недостаток невозможно.
3. Посторонний стук при работе. Указывает на увеличение зазоров в клапанном механизме. Если регулировка не помогла, то следует проверить состояние распределительного вала и шатунных вкладышей.
4. Вибрации, возникающие при разных режимах работы. Указывают на разрушение опор или нарушение балансировки кривошипно-шатунного механизма. Проблема может возникать из-за пропусков зажигания или неравномерного смесеобразования. Ремонт заключается в замене изношенных узлов и регулировке двигателя.
   Вам будет интересно почитать здесь: порядок зажигания уаз
5. Внезапный рост температуры антифриза, вызываемый заклиниванием клапана термостата или поломкой помпы. Недостаток проявляется на автомобилях ГАЗель и Соболь, поскольку мотор работает с перегрузками. Производственным дефектом ЗМЗ-402 является неравномерное охлаждение головки блока цилиндров, что приводит к ослабеванию затяжки центральных креплений и прогоранию прокладки.

Приблизительная стоимость

Несмотря на прекращение выпуска, моторы без пробега доступны на рынке запасных частей. Цена двигателя ЗМЗ-402 с навесным оборудованием и сцеплением находится в пределах 98-100 тыс. руб. Встречаются в продаже агрегаты с пробегом, стоимость зависит от модификации и технического состояния. Рабочий двигатель, прошедший 70-100 тыс. км, можно приобрести за 20-30 тыс. руб.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества моторов серии ЗМЗ-402:

• возможность отремонтировать агрегат в полевых условиях своими руками;
• высокий крутящий момент в режиме холостого хода и на низких оборотах;
• способность работать на бензине А-92;
• низкие требования к качеству моторного масла;
• простота перевода на газ;
• ресурс до 250-300 тыс. км (при соблюдении регламента технического обслуживания);
• возможность проведения капитального ремонта с установкой новых гильз.

Недостатки двигателей, отмеченные владельцами:

• устаревшая конструкция;
• недостаточная мощность при большом рабочем объеме;
• высокий расход топлива;
• необходимость частой регулировки газораспределительного механизма и карбюратора;
• течь масла через набивку сальника при работе на повышенных оборотах;
• большой вес;
• сложности с приобретением качественных запасных частей;
• непригодность к повышению мощности.

Дополнительная информация

Карбюраторные двигатели ЗМЗ-402 практически не поставлялись за пределы СССР и стран СНГ (за исключением автомобилей, реализованных в странах Восточной Европы до 1990 г.).

Конструкторы пытались снизить токсичность отработавших газов и расход бензина путем использования экономайзера принудительного холостого хода, но по экономичности мотор уступал аналогам из Западной Европы.

Долгую конвейерную жизнь агрегата обусловила простота конструкции, что было востребовано потребителями из глубинки. Многие выпущенные двигатели используются и в 2021 г.

Ульяновский моторный завод выпускает линейки моторов УМЗ-421 и EvoTech, оснащенные доработанным блоком от ГАЗ-21. За счет увеличения диаметра цилиндров и хода поршня удалось нарастить рабочий объем и поднять мощность и крутящий момент.

Базовый 96-сильный 2,89-литровый карбюраторный УМЗ-4215 (существуют варианты с системой рециркуляции отработавших газов и без) соответствует нормативам токсичности Евро-0 и имеет заявленный ресурс всего 150 тыс. км. Агрегат предлагается для установки на коммерческие шасси ГАЗ и автомобили УАЗ.

Вершиной эволюции стал 106-сильный А274 EvoTech 2.7, оснащенный системой распределенного впрыска бензина и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.

Двигатель соответствует нормативам Евро-4, в системе зажигания использован микропроцессорный блок управления с автоматической корректировкой угла опережения.

За счет расточки гильз до 96,5 мм рабочий объем доведен до 2,69 л (при неизменном ходе поршня 92 мм). Мотор рассчитан на бензин сортов А-92, А-95 “Премиум” или А-98.

Отзывы владельцев

Дмитрий, 44 года, Тула

В 2006 г. приобрел подержанную бортовую ГАЗель с карбюраторным мотором ЗМЗ-4025, вскоре после покупки выполнил капитальный ремонт. После восстановления стал использовать минеральное масло Esso, обслуживание проводил через 8-9 тыс. км. Из-за повышенного расхода бензина сразу установил газобаллонное оборудование. За последующие 6 лет прошел 300 тыс. км (пробег на 90% был по трассе с загрузкой 1,2-1,3 т). В 2012 г. машину продал, дальнейшая судьба грузовика неизвестна.

Константин, 39 лет, Санкт-Петербург

Являюсь владельцем ГАЗ-31029 выпуска 1994 г. с ЗМЗ-4021, прошедшем всего 50 тыс. км. Долго искал машину в отличном техническом состоянии и без изменений конструкции. Автомобиль использую для редких выездов в выходные. Проблем с запуском нет, расход в городе доходит до 14 л на 100 км пути, мощности хватает для спокойного перемещения. Агрегат не любит высоких оборотов, пришлось поменять патрубки системы охлаждения, поскольку штатные покрылись мелкими трещинами.

А с какими проблемами с двигателем ЗМЗ-402 сталкивались вы? Что можете сказать о нем? Как вы считаете, получится ли у завода УМЗ продолжить совершенствование моторов поколения EvoTech и смогут ли двигатели конкурировать на конвейерах ГАЗ и УАЗ с импортными аналогами? А также рекомендуем ознакомиться с материалом схема подключения генератора УАЗ, двигатель умз-414