Двигатель УМЗ 421: описание, характеристики, особенности и отзывы

Двигатель с индексом УМЗ 421 производится на производственных мощностях ОАО Ульяновский моторный завод (УМЗ). Данное предприятие с 1970 года занимается выпуском автомобильных двигателей.

Предпосылки создания

Первой продукцией завода стали четырёхцилиндровые карбюраторные двигатели ГАЗ 21 и ЗМЗ 451 (оба с одинаковым рабочим объёмом цилиндров 2445 куб. см). Производство этих двигателей было передано в Ульяновск с Заволжского моторного завода. В ходе производства двигатели претерпели несколько модернизаций, но к 1990-91 году почти не имели дальнейших перспектив совершенствования конструкции, повышения мощностных характеристик и одновременного снижения расхода топлива. К этому же времени необходимость повышения конкурентоспособности серийных автомобилей УАЗ в условиях рыночной экономики привела к необходимости создания двигателей с большим крутящим моментом и максимальной мощностью.

Описание

К 1996 году был разработан и внедрен в серийное производство двигатель новой модели с рабочим объемом цилиндров 2890 куб.см., который соответствовал новым требованиям. Проект получил название УМЗ 421. Фактически УМЗ 421 стал последней версией мотора ГАЗ 21, который пошел в серию в 1957 году. Благодаря увеличенному рабочему объему, увеличенным выпускным клапанам (диаметр вырос на 3 мм – до 39 мм) и ряду других доработок удалось повысить крутящий момент до 22,6 кгс/м и мощность до 125 л.с. (прежние модели имели момент не более 17 кгс/м и мощность не выше 80-90 л.с.).

В рамках проекта УМЗ 421 существовало несколько десятков двигателей, отличающихся друг от друга степенью сжатия, системой питания, навесными агрегатами, типом привода навесных агрегатов и другими узлами. Система смазки всех моторов – комбинированная, от шестеренчатого насоса. Для замены требуется около 6 литров масла, масло рекомендуется полусинтетическое с допусками от 5W-30, 10W-40, 5W-40 или 20W-40. Система охлаждения мотора жидкостная, с принудительной циркуляцией жидкости от насоса.

Новый блок цилиндров

Заметным отличием нового двигателя стал алюминиевый блок цилиндров новой конструкции. УМЗ 421 получил залитые в тело блока сухие тонкостенные гильзы из чугуна (на всех предшественниках были мокрые). Благодаря этому решению конструкторам удалось получить повышенную жесткость и прочность блока, а также увеличить диаметр цилиндров на 8 мм (с 92 мм на старом блоке до 100 мм на новом). Межцилиндровое расстояние не изменилось и составляет 116 мм.

Данное решение позволило не только сохранить взаимозаменяемость деталей двигателей различных поколений, но и значительно сократить затраты на новое оборудование для обработки блоков. Кроме того габаритные и посадочные размеры двигателя остались неизменными, что позволяет применять УМЗ 421 на машинах прежних лет выпуска.

Поршневая группа и коленчатый вал

За счет повышенной жесткости блока удалось несколько снизить неравномерность износа зеркал цилиндров, что увеличило ресурс цилиндропоршневой группы. Была уменьшена масса поршня с целью уменьшения усилий на боковую часть поршня. Это было достигнуто уменьшением на 7,5 мм расстояния от оси поршневого пальца до днища поршня. Для компенсации этого расстояния длина шатуна увеличена на 7 мм. Поршни литые из алюминия с высоким содержанием кремния. Часть камеры сгорания находится в днище поршня (выемка в форме усеченного конуса).

Коленчатый вал чугунный, литой. Коренные шейки имеют диаметр 64 мм, шатунные – 58 мм. На задней части вала фиксируется маховик, на передней – чугунная шестерня привода распределительного вала и ступица шкива. С целью предотвращения осевого люфта вала на переднем коренном подшипнике установлены две шайбы. Вместо устаревшей набивки задняя часть коленвала УМЗ 421 уплотнена самоподжимным резиновым сальником. Данное решение позволило избавиться от наследственной от ЗМЗ многолетней проблемы – течи масла через набивку.

Головка блока цилиндров

Благодаря сохранению межцилиндрового расстояния удалось унифицировать ГБЦ на двигателях 2445 куб. см и 2890 куб.см. ГБЦ УМЗ 421 изготавливается из алюминиевого сплава и оснащена вставными седлами клапанов из жаропрочного чугуна. Унификация ГБЦ привела к сохранению старой схемы механизма газораспределения – распределительный вал в блоке цилиндров (в нижней части) и привод клапанов штангами, толкателями и коромыслами.

Клапана УМЗ 421 не имеют гидрокомпенсаторов зазоров (за исключением некоторых модификаций мотора выпуска после 2010 года) и требуют регулировки через 10-15 тысяч км. В 2010 году изменился распределительный вал двигателя, профиль которого увеличился по высоте. Данное мероприятие позволило улучшить режим работы на холостом ходу и достигнуть норм выброса Евро-3.

Основные версии

Базовая карбюраторная модель УМЗ 421 имела настроенную выхлопную систему. В систему входили выпускной коллектор, глушитель, приемная труба глушителя и резонатор. Однако такая система выпуска газов вызывала сложности с установкой таких двигателей на некоторые серийные автомобили УАЗ, особенно с кузовом вагонного типа («буханка»). Эти сложности привели к появлению модификаций с системой ненастроенного выпуска.

В 1998 году УМЗ вышел на новый для себя рынок сбыта – начались поставки двигателей модели УМЗ 4215 для малотоннажных грузовых автомобилей ОАО «ГАЗ». В то же время растущие требования к токсичности выхлопных газов привели к оснащению двигателей УМЗ системами впрыска топлива с управлением подачей топлива и параметрами зажигания с помощью электронных блоков управления. Первые двигатели с такими системами были отгружены клиентам в 1999-2000 году – мотор с индексом УМЗ 4213 стал устанавливаться на автомобили УАЗ-3160.

Для комплектации машин УАЗ поставлялся 98-сильный 4218.10 (со степенью 7,0 под бензин А80) или 103-сильный 4218.10-10 (со степенью 8,2 под бензин А92). Соответственно моторы могли быть с разными системами выпуска. Также для нужд УАЗ производился 117-сильный 4213.10-40 с системой впрыска топлива. Для машин ГАЗ выпускались моторы 4213.10-50, 4215.10-10, 4215.10-30 и 123-сильный впрысковой 4216.10.

Плюсы и минусы двигателя

Новый блок цилиндров не всегда имел высокое качество литья, что приводило к попаданию масла в систему охлаждения. Иногда такая проблема возникала через первые 10 тысяч километров пробега. Тонкостенный блок оказался склонным к деформациям при перегреве, что приводит к дорогостоящему ремонту с заменой головки блока. Невысокая топливная экономичность карбюраторных версий. Однако этот недостаток отчасти компенсирован переходом на системы впрыска. Первые годы производства были нарекания владельцев на недостаточную прочность впускного коллектора, однако это дефект был устранен.

Несмотря на все проблемы, большая унификация с моторами предыдущих лет выпуска стала одним из весомых преимуществ семейства УМЗ 421. Цена и распространенность запчастей также играют немалую роль. Мотор достаточно прост в ремонте и обслуживании. При надлежащем уходе завод обещает ресурс не менее 250 тысяч км.

УМЗ 421 – более 20 лет в производстве

В настоящее время УМЗ продолжает выпуск двигателей семейства 421. Для продукции завода ГАЗ выпускается газобаллонная версия мотора, которая может комплектоваться компрессором кондиционера и гидрокомпенсаторами в приводе клапанов. По заказу двигатель оснащают современным приводом агрегатов поликлиновым ремнем. Двигатели оснащены системой впрыска топлива, электронным зажиганием и развивают от 100 до 125 сил при соблюдении норм Евро-3 или 4. Кроме того в серии остался и 96-сильный карбюраторный вариант 4215. Все моторы рассчитаны на бензин А92 и выше, поскольку производство низкооктанового А80 прекращено.

Материалы: http://www.syl.ru/article/346368/dvigatel-umz-opisanie-harakteristiki-osobennosti-i-otzyivyi

Улучшение характеристик моделей 4218 их модификаций и исполнений, по сравнению с моделью 4178 (выпускается с 1988 г.) достигнуто за счет увеличения рабочего объема двигателя с 2,445 до 2,89 л (диаметр цилиндра увеличен с 92 мм до 100 мм) и введения ряда конструктивных усовершенствований:

повышена жесткость блока цилиндров за счет применения конструкции блока с залитыми чугунными гильзами;

использованы маслоотражательные колпачки на втулках клапанов и уплотняющая манжета заднего сальника коленчатого вала из резины на основе фторкаучука, что снизило эксплуатационный расход масла в 3-4 раза;

значительно улучшена герметичность двигателя вследствие применения эластичных прокладок из резинопробковой композиции.

Информация о двигателях ОАО "Волжские моторы" (Ульяновский моторный завод) с диаметром поршня 100 мм, появляющаяся в печати, скупа и часто неточна.

Начальник конструкторского бюро завода Р. Гарафутдинов предоставил нам интересующий многих читателей материал.

От величины момента, развиваемого двигателем на низких оборотах, зависит способность автомобиля преодолевать труднопроходимые участки без переключения передач. Крутящий момент, в свою очередь, напрямую зависит от площади поверхности поршня (или от его диаметра). Именно поэтому ульяновские моторы с диаметром цилиндра 100 мм, самым большим на отечественных легковых двигателях, пользуются заслуженным уважением у водителей внедорожников. Работы по созданию таких двигателей были завершены в 1993 году. Тогда же была выпущена опытная партия из сорока штук. В следующем году было начато их серийное производство.

Новый двигатель с рабочим объемом 2,89 литра получил обозначение УМЗ-4218.10 и предназначался для установки на весь модельный ряд автомобилей, выпускаемых Ульяновским автомобильным заводом. Нельзя сказать, что освоение новинки происходило без сложностей. Например, много нареканий вызывало качество изготовления блока цилиндров. Образующиеся в процессе отливки поры часто становились причиной попадания охлаждающей жидкости в масло. Причем дефект мог проявиться и не сразу. Только 60% отливок проходило приемный контроль, но даже такой контроль не всегда давал желаемый результат. Протечка охлаждающей жидкости в масло через поры могла начаться и через 10 000 километров пробега после начала эксплуатации. Не ожидающие подобного подвоха владельцы меняли прокладки головки блока, но замена не помогала. Диагностировать подобную неисправность было сложно. Избавиться от дефекта удалось, когда в технологический процесс была включена пропитка алюминиевых отливок блока цилиндров специальным составом, закрывающим поры. Кстати, такая технологическая операция применяется и при изготовлении других двигателей, например в авиастроении.

Устранив детские болезни "трехлитрового", моторостроители продолжили его усовершенствование. Новая модель получила обозначение УМЗ-421.10 и имела измененный выпускной коллектор, который совместно с приемной трубой глушителя, глушителем и резонатором образовывал настроенную систему выпуска, рассчитанную на автомобили УАЗ. Напомним, что на УАЗах применена нестандартная система отвода выхлопных газов с резонатором, расположенным после глушителя. Возможно, увеличенный объем полости выпускного коллектора отчасти был предназначен для выполнения роли резонатора. Нововведение позволило достичь дополнительного увеличения крутящего момента на низких оборотах, что очень важно на бездорожье. Дальнейшее увеличение мощности было достигнуто повышением степени сжатия. Модернизированный мотор с увеличенной степенью сжатия получил обозначение УМЗ-421.10-30. Кстати, УМЗ-4218.10 и УМЗ-421.10 различаются только формой выпускного коллектора. Поэтому установкой нового коллектора и новых приемных труб глушителя можно произвести модернизацию имеющегося у вас автомобиля с двигателем УМЗ-4218.10.

Высокий крутящий момент мотора со стомиллиметровыми поршнями (первое время их называли "зиловскими") вызвал интерес и у автомобилестроителей других городов. В частности, этот мотор стал устанавливаться и на "Газели". Более низкое по сравнению с УАЗом расположение радиатора на этом автомобиле требовало смещения вентилятора. Для этого мотор был оборудован дополнительным приводом, использующим отдельный ремень. Кроме того, были изменены система отвода картерных газов и система питания, введены некоторые другие изменения. Адаптированный для "Газели" двигатель получил обозначение УМЗ-4215.10-30 и был рассчитан на бензин АИ-92. Покупая "Газель" с двигателем УМЗ, многие будущие владельцы рассчитывают на эксплуатацию машины на бензине А-76. Как видим, в случае с УМЗ-4215.10-30 они ошибаются. Для работы на бензине А-76 создана модификация этого двигателя, которая получила обозначение УМЗ-4215.10-10.

Производственные программы практически всех автозаводов включают в себя инжекторные двигатели. ОАО "Волжские моторы" не исключение. Очередная модель завода - УМЗ-4213.10 имеет систему распределенного впрыска с комплектующими отечественного производства, аналогичную применяемой в двигателе ЗМЗ-406.10, и рассчитана на установку на автомобили УАЗ. Мотор имеет нижнее расположение распредвала со штанговым приводом, как и на карбюраторных моделях. Отличается и сам распредвал - он изготовлен не из стали, как на карбюраторном моторе, а из чугуна. Чтобы избежать эффекта зависания клапанов, увеличение максимальных оборотов двигателя до 4500 об/мин потребовало увеличения жесткости клапанных пружин вдвое. Для установки на автомобили "Газель" выпускается аналогичный двигатель УМЗ-4216.10, основное отличие которого - измененный привод вентилятора. Предвидя интерес читателей к возможности модернизации более старых моделей трехлитровых двигателей, главному конструктору ОАО "Волжские моторы" Е. Березину был задан этот вопрос. Ответ - утвердительный. Установкой системы впрыска, системы впуска и головки блока цилиндров от двигателя УМЗ-4213.10 можно переоборудовать карбюраторный мотор в инжекторный. Замены распредвала и клапанных пружин можно и не производить. Однако данная рекомендация касается лишь технической стороны вопроса. Возможно, такое переоборудование должно быть одобрено ГИБДД.

Дальнейшее усовершенствование трехлитровых двигателей привело к созданию модели УМЗ-249.10. Можно сказать, что этот мотор является родоначальником нового семейства высокооборотных двигателей. Максимальный крутящий момент он развивает в диапазоне частот вращения коленвала 3200-3500 об/мин против 2200-2500 об/мин у УМЗ-4218.10. Однако, несмотря на сравнительно высокие обороты, соответствующие максимальному моменту, это мотор уже при 1000 об/мин создает момент в 17 кгсм, что очень хорошо для внедорожника. Система газораспределения с нижним распределительным валом и штанговым приводом в этом высокооборотном моторе не применяется. Распредвал переместился в головку цилиндров, а зазоры между кулачком распредвала и коромыслом регулируются с помощью гидрокомпенсаторов. Применение их вызвано прежде всего требованием оптимизации работы системы впрыска топлива и влечет за собой увеличение надежности работы двигателя и уменьшение расхода топлива. Система впрыска аналогична применяемой на УМЗ-4213.10.

Поспешим разочаровать желающих произвести коренную модернизацию двигателя УМЗ-421.10 и его модификаций с переоборудованием его в УМЗ-249.10 - это невозможно.

Описываемый двигатель предназначен для установки на серийно выпускаемые и перспективные автомобили УАЗ. Разработана модификация для установки на автомобили "Газель".

Таков перечень выпускаемых ОАО "Волжские моторы" трехлитровых двигателей. Конструкция их постоянно совершенствуется, кроме того, ведутся работы над созданием новых моделей, в частности двигателя с наддувом.

(нетто по ГОСТ 14846-81) при частоте вращения коленчатого вала 4000 об/мин, кВт (л.c.)

(нетто по ГОСТ 14846-81) при частоте вращения коленчатого вала 2200-2500 об/мин, Н*м (кгс*м)

Рис. 1. Продольный разрез двигателя.

Поршневые пальцы - с увеличенной толщиной стенки.

Шатуны - увеличенной длины.

Поршневые кольца устанавливают по три на каждом поршне: два компрессионных и одно маслосъемное.

Компрессионные кольца отлиты из специального чугуна.

Наружная поверхность верхнего компрессионного кольца покрыта пористым хромом, а поверхность второго компрессионного кольца покрыта оловом, либо имеет фосфатное покрытие темного цвета.

Второе кольцо скребкового типа, на нижней торцевой поверхности имеет кольцевую проточку, которая вместе с конусной наружной поверхностью образует острую нижнюю кромку ("скребок").

На внутренних цилиндрических поверхностях обоих компрессионных колец предусмотрены проточки, за счет которых кольца при движении поршня вниз несколько вывертываются, что способствует лучшему удалению излишнего масла с поверхности гильз ("скребковый эффект").

Один вариант верхнего компрессионного кольца имеет бочкообразный профиль наружной поверхности.

При этом, проточка на внутренней цилиндрической поверхности кольца отсутствует, а положение при установке верхнего кольца в канавку поршня безразлично.

Маслосъемное кольцо составное, по конструкции аналогично кольцу двигателя 4178.

Конструкция карбюратора К151Е полностью повторяет конструкцию карбюратора К 151 В, описанного в руководстве по эксплуатации автомобиля, за исключением некоторых дозирующих элементов.

Материалы: http://avtoxis.ru/shop/dvigateli_v_sbore/dvigateli-umz/dvigatel_uaz_100_ls_ai92_umz_karb_rychazh_scepl_1ya_komplektaciya/

В начале девяностых годов инженеры Ульяновского автомобильного завода занялись разработкой нового мощного шестицилиндрового двигателя, который должен был устанавливаться на весь модельный ряд УАЗа. В итоге было принято решение осуществлять разработку нового силового агрегата на базе мотора 402 серии , который к тому времени находился на конвейере более полувека. В итоге был разработан алюминиевый рядный двигатель УМЗ 421, который изготавливается и по сей день. В этой семейство также входят силовой агрегат УМЗ 4215 и двигатель УМЗ 4218.

Это классический верхнеклапанный двигатель 421 серии, который имеет объем в 2890 литров и мощность в 98 лошадиных сил. Двигатели УМЗ устанавливались на весь модельный ряд Ульяновского автомобильного завода и предлагались покупателям практически на безальтернативной основе.

Силовой агрегат УМЗ 4215 зарекомендовал себя как достаточно простой в обслуживании и ремонте. Однако и недостатков у него было предостаточно, что объяснялось устаревшей конструкцией мотора и посредственным качеством изготовления блока цилиндров.

Технические характеристики силового агрегата:

Двигатели УМЗ устанавливаются на ГАЗ Газель , Соболь, УАЗ Буханка, Барс, Симбир, Хантер и УАЗ 31519.

Силовой агрегат серии УМЗ 421 и его многочисленные разновидности использовали алюминиевый блок цилиндров, что позволило облегчить силовой агрегат, но при этом качество литья было таковым, что проблемы с маслом, которое попадало в охлаждающую жидкость, могли начаться буквально спустя 10 тысяч километров пробега.

Двигатель УМЗ 421 и его разновидности не имеют гидрокомпенсаторов, поэтому каждые 10 тысяч километров пробега требуется регулировать зазоры у клапанов. При выполнении такой регулировки требуется вскрывать клапанную крышку УМЗ 249, что несколько усложняет сервисные работы.

Отметим, что двигатель оказался не слишком требовательным к качеству масла, поэтому межсервисный интервал можно смело увеличивать до 10-15 тысяч километров пробега.

В зависимости от своей модификации силовой агрегат предназначался для работы на низкооктановом бензине или газобензине у мотора серии УМЗ 4218.

Последние инжекторные модификации мотора УМЗ 4213 Evotech предполагали использование высокооктанового топлива А-92. Следует сказать, что этот мотор критичен к качеству бензина, что приводит к проблемам с топливной системой и необходимостью очистки и замены топливного фильтра и бензонасоса.

• Мотор УМЗ 4215 не отличался устойчивостью к перегреву, что приводило к необходимости дорогостоящего ремонта головки блока цилиндров.
• Первоначально данная разновидность силовых агрегатов оснащалась карбюратор ной системой подачи топлива, и лишь в последних генерациях мотора УМЗ 4213 и УМЗ 4218 применялись инжекторы, которые позволили улучшить показатели топливной экономичности.
• Однако проблема недостатка мощности так и не была решена. Силовой агрегат УМЗ 4213 с инжектором и объемом в 2,9 литра выдавал 125 лошадиных сил, что было недостаточно для обеспечения качественной динамики микроавтобусов и тяжелых автомобилей повышенной проходимости.
• Двигатель УМЗ 4218 агрегатировался с механической коробкой передач, а сами автомобили получили систему полного привода. Модернизированные версии силовых агрегатов этой серии отличались улучшенными техническими характеристиками и по отзывам владельцев оказались более надежными, нежели чем первое поколение двигателя.
• Силовой агрегат УМЗ 4218 имеет тонкие сухие гильзы, что положительно сказывается на прочности блока, в котором используются цилиндры с диаметром в 100 миллиметров. Поршни в УМЗ 249 выполнены с технологией смещения пальца, что обеспечивает долговечность мотора при его эксплуатации в тяжелых условиях.
• Необходимо сказать, что несмотря на попытки инженеров УАЗа усилить конструкцию силового агрегата УМЗ 4218, обеспечить двигателю необходимую температурную устойчивость не удалось. Объяснить это можно устаревшей конструкцией силового блока, которая, по сути, не менялась с 1956 года, когда был разработан 402 двигатель. Базу этого двигателя используют моторы 421 семейства и силовые агрегаты УМЗ 341 серии.
• В целом можно сказать, что сервисное обслуживание не представляет особой сложности, что позволяет ремонтировать двигатель УМЗ 4218 в большинстве сервисных мастерских. Самостоятельный ремонт этого двигателя также не представляет какой-либо существенной сложности.
• Используемая на последних модификациях мотора УМЗ 4215 инжекторная система впрыска, по отзывам владельцев, не отличалась надежностью, что приводило к частым проблемам с форсунками, замена которых в силу конструктивных особенностей этого силового агрегата представляла определенную сложность.

У автовладельцев большей популярностью пользуются простые карбюраторные версии двигателя, которые отличаются надежностью и простотой обслуживания. Отметим, что карбюраторные версии двигателей не столь критичны к качеству используемого топлива, что позволяет заправлять машину низкооктановым бензином.

Увеличение мощности силовых агрегатов серии УМЗ 421 представляет определенную сложность, так как конструкция мотора устарела, поэтому провести тюнинг без потери надежности силового агрегата зачастую невозможно.

• Тюнинг карбюраторных разновидностей этого силового агрегата может выполняться путем использования заводского инжектора, который устанавливается на модернизированную версию УМЗ 4213 Evotech.

Ремонтные работы с установкой на силовой агрегат УМЗ 249 и др. инжекторной системы не представляют сложности. Установка инжектора позволяет получить около 30 дополнительных лошадиных сил.

Необходимо лишь помнить о том, что используемые форсунки инжектора не отличаются долговечностью и могут выходить из строя уже буквально спустя 30-50 тысяч километров.

Помните о том, что данную работу должен выполнять исключительно опытный специалист, знающий особенности работы силовых агрегатов данной серии.

• Использование проточенного маховика может дать дополнительно около 5-8 лошадиных сил. В продаже можно найти уже готовые варианты таких перфорированных маховиков, которые снижают инерцию вращения и при этом не приводят к разбалансированности двигателя.
• Мотор может получить дополнительные 10-15 лошадиных сил путем установки модифицированной выхлопной системы и воздушного фильтра нулевого сопротивления.

Необходимо лишь помнить о том, что при использовании таких модифицированных выхлопных систем может отмечаться ухудшение показателей экологичности двигателя, и в частности увеличивается содержание СО в выхлопе. Это, в свою очередь, приводит к определенным проблемам при прохождении ГТО.

• Установка турбонаддува как экстремальный вариант тюнинга с моторами 421 серии не получила должного распространения, так как такое увеличение мощности отличается повышенной сложностью, и при этом значительно снижается ресурс двигателя. Поэтому мы бы вам не рекомендовали использовать турбонаддув и механические компрессоры, так как гарантировать работоспособность двигателя в случае подобного тюнинга не возьмется даже профессиональный специалист.

Автор статьи Сенькин Влад

Материалы: http://dvigatels.ru/russia/dvigatel-umz-421.html