Схема инжекторного двигателя 421

ДВИГАТЕЛЬ 421 ЕГО МОДИФИКАЦИИ И ИСПОЛНЕНИЯ

Устройство, ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание

Открытое акционерное общество «Волжские моторы» (прежнее название – Ульяновский

моторный завод) специализируется на выпуске автомобильных четырехцилиндровых рядных
бензиновых двигателей.

Начало производства автомобильных двигателей в г. Ульяновске было организовано в 1970

году после передачи двигателей ГАЗ-21А и ЗМЗ-451 с рабочим объемом 2,445л с Заволжского
моторного завода (ЗМЗ). К началу 90-х годов эти двигатели прошли несколько этапов
модернизации и практически исчерпали свои возможности по дальнейшему повышению
энергетических и топливно-экономических характеристик.

В то же время повышение потребительских качеств серийных автомобилей УАЗ в

результате их модернизации, разработки и освоения новых моделей (УАЗ-3160, УАЗ-2772) с более
высокими скоростными и тягово-динамическими характеристиками привело к необходимости
создания двигателей с увеличенным крутящим моментом и повышенной максимальной
мощностью.

В этой связи ОАО «Волжские моторы» был разработан и с 1996 года начал производиться

серийно двигатель модели 421 с рабочим объемом 2,89 л. Это позволило поднять крутящий
момент и мощность вновь освоенных двигателей до 22,5 кгс

•м и 110-112 л.с. соответственно

•м и 80-90 л.с. у двигателей с рабочим объемом 2,445 л).

Повышение рабочего объема получено за счет увеличения диаметра цилиндра до 100 мм с

одновременным внедрением новой конструкции алюминиевого блока цилиндров с залитыми
гильзами из чугуна. Новый двигатель полностью взаимозаменяем с двигателями семейства 2,445 л
и без каких-либо переделок устанавливается на автомобили прежних выпусков.

С 1998 года ОАО «Волжские моторы» поставляет двигатели модели 4215 с рабочим

объемом 2,89 л на комплектацию ряда модификаций малотоннажных грузовых автомобилей ОАО
«ГАЗ» (Горьковского автомобильного завода).

Для удовлетворения возросших требований к снижению токсичности автомобилей ОАО

«Волжские моторы» приступило к выпуску двигателей с впрыском бензина и микропроцессорным
управлением топливоподачей и зажиганием. В 1999 – 2000 годах с конвейера предприятия сошли
промышленные партии таких двигателей модели 4213 с рабочим объемом 2,89 л, которые были
установлены на автомобили семейства УАЗ-3160.

В настоящее время доля выпуска двигателей различных модификаций с рабочим объемом

2,89 л в объеме производства двигателей ОАО «Волжские моторы» превышает 50%. В ближайшие
годы планируется дальнейшее наращивание производства указанных двигателей.

Вместе с тем двигатели с рабочим объемом 2,445 л модели 417 (наиболее массовая

модификация — 4178) будут оставаться на конвейере еще достаточно продолжительное время, в
связи с этим конструкция их продолжает совершенствоваться. В 2000 году система охлаждения
этих двигателей унифицирована с двигателем модели 421, на часть двигателей устанавливается
карбюратор, разработанный Дмитровградским автоагрегатным заводом (ОАО «ДААЗ») на базе
карбюратора автомобиля “ОКА”, обеспечивающий более стабильные характеристики двигателя.

Двигатель УМЗ-421

УМЗ-421 появился как результат дальнейшего развития мотора УМЗ-417.

На нем, вместо асбестового шнура наконец то поставили сальник!, и на задней цапфе коленвала ради этого изменили крепление маховика. Поршни сделали увеличенного до 100 мм диаметра, это позволило увеличить мощность и крутящий момент. В сравнении с 2,5-литровыми моторами, момент вырос с 170 до 220 Н.м, а мощность — с 90 до 115 лошадиных сил.

Работы по созданию новых, трехлитровых, двигателей были завершены в 1993 году. В следующем году была выпущена пробная партия таких моторов. Двигатель получил обозначение УМЗ-4218.10.
Первые партии страдали от низкого качества блока цилиндров: в процессе отливки часто образовывались поры, которые становились причиной попадания охлаждающей жидкости в масло. «Детские болезни» устранили лишь через несколько лет.
Следующим развитием стал УМЗ-421.10, у которого была измена форма выпускного коллектора. Он вместе с приемной трубой глушителя, глушителем и резонатором образовывал настроенную систему выпуска.

Отличительной особенностью нового семейства двигателей с рабочим объемом 2,89 л является оригинальная конструкция алюминиевого блока цилиндров с залитыми тонкостенными гильзами из чугуна.
Применение такого блока позволило увеличить диаметр цилиндра с 92 мм до 100 мм при сохранении межцилиндрового расстояния 116 мм (как на двигателях с рабочим объемом 2,445 л), обеспечить при этом увеличение жесткости блока цилиндров по сравнению с блоком, имеющим «мокрые» гильзы, и уменьшить овализацию гильз в процессе эксплуатации, что повысило ресурс цилиндропоршневой группы и снизило эксплуатационный расход масла.
Сохранение межцилиндрового расстояния позволило обеспечить взаимозаменяемость значительной части основных деталей и узлов нового двигателя с двигателями рабочего объема 2,445 л.
В целях снижения массы поршня уменьшено на 7,5 мм расстояние от днища поршня до оси поршневого пальца и на 7 мм увеличена длина шатуна. В результате этого уменьшились усилия, действующие на боковую поверхность поршня
Для применения унифицированной головки блока цилиндров на двигателях 2,445 л и 2,89 л часть объема камеры сгорания (около 12 см3) выполнена в днище поршня в виде усеченного конуса.
Подача охлаждающей жидкости от водяного насоса осуществляется в блок цилиндров.

Конструкция двигателя УМЗ-421

• Устройство
• Кривошипно-шатунный механизм
• Механизм газораспределения
• Смазочная система 1 часть
  
• Смазочная система 2 часть
• Система вентиляции картера двигателя
  
• Охлаждение двигателя 1 часть
• Охлаждение двигателя 2 часть
• Пусковой подогреватель
• Система питания 1 часть
• Система питания 2 часть
• Впускная и выпускная система
• Возможные неисправности и методы их устранения

Модификации двигателя УМЗ-421

Маркировка двигателя УМЗ-421

Идентификационный номер двигателя нанесен на специальной (на не обработанной механически) площадке с левой стороны блока цилиндров ударным способом вручную и состоит из двух частей: шестизначной описательной и восьмизначной указательной.
Шестизначная описательная часть начинается с обозначения модели (первые три цифры), обозначения модификации (четвертая цифра, при отсутствии ставиться ноль), обозначения климатического исполнения (0 – общеклиматическое исполнение, 1 – северное, 7 – тропическое) или комплектации двигателя (например, С – степень сжатия 8,2, общеклиматическое исполнение; Т – степень сжатия 8,2, тропическое исполнение и др.), пятая и шестая цифры, ставятся нули или буквы, определяющие варианты комплектации двигателя (например, А – диафрагменное сцепление, Р – клапан рециркуляции и др.) — например: «4215С0«.
Восьмизначная указательная часть состоит: на первом знаке (буква или цифра) — условный код года выпуска двигателя (W-1998, X-1999, Y-2000, 1-2001, 2-2002, 3-2003 и т.д.); третья и четвертая цифры указательной части — обозначение месяца, в котором двигатель был собран; последующие знаки соответствуют порядковому номеру двигателя. В начале и конце идентификационного номера, а также между его составными частями ставиться разделительный знак — пятиконечная звезда, выполненная в литье.
Пример маркировки двигателя 421 со степенью сжатия 7.0, в тропическом исполнении, с диафрагменным сцеплением, изготовленного в декабре 1999 г.: *42107А*Х1209999*

Маркировка блоков цилиндров, поставляемых в запасные части:
В соответствии с требованиями ОСТ 37.001.269-96 «Транспортные средства. Маркировка» ОАО «УМЗ» с декабря 2001 года ввело маркировку блоков цилиндров, поставляемых в запасные части.
Маркировка содержит идентификационный номер, состоящий из восьми знаков, где: первая цифра или буква обозначает код года выпуска, вторая и третья цифра – месяц выпуска, четвертая цифра «3» — индекс блока, последующие цифры – порядковый номер изготовленного блока с начала указанного месяца.
Например, блок цилиндров, имеющий номер 20631226 изготовлен в 2002 году (первая цифра), в июне (вторая и третья цифры), для реализации в запчасти (четвертая цифра) и имеет порядковый номер изготовленного с начала указанного месяца — 1226 (пятая – восьмая цифры).
В документе (этикетка ЭТ 37.316.001-2002), прилагаемом к узлу «Блок цилиндров с крышками и картером сцепления», поставляемому в запасные части, указывается конструкторское (чертежное) обозначение узла в сборе и заводской номер изделия (идентификационный номер узла).
Выпуклые цифры 421.1002014, выполненные в литье, – это конструкторское (чертежное) обозначение детали «Блок цилиндров», которое в идентификационный номер не входит и в документах не указывается
См. так же:
Маркировка автомобилей вагонной компановки. (Структура и содержании маркировки кузова, шасси, двигателя) В формате PDF. (1.3 Мб)
Маркировка автомобилей УАЗ-469 и УАЗ-3151* в формате PDF. (300Кб)
Маркировка двигателей

Дальнейшим развитием линейки двигателей УМЗ-421 мог бы стать инжекторный двигатель УМЗ-249

Двигатель УМЗ 421 2,9 л/98 – 125 л. с.

В двигатель УМЗ 421 заложены конструктивные решения предыдущей серии 417 и мотора ГАЗ 21. Прототип под маркировкой 4218.10 был завершен в 1983 году, однако дорабатывали его еще три года. После чего, конструкторы занялись версией 241.10 с оригинальной формой выпускного тракта.

Затем добавились еще 8 модификаций с увеличенной мощностью, степенью сжатия, дефорсированные, с другим распредвалом, под нормы Евро-4 и два газобензиновых варианта. В итоге, линейка ДВС 421 выпускается по сей день, ею комплектуются грузовые и пассажирские Газели, Соболи, Баргузины и внедорожники Хантер, грузопассажирские УАЗы «Буханки».

Технические характеристики УМЗ 421 2,9 л/98 – 125 л. с.

Изначально в двигателе первой версии 4218.10 антифриз проникал сквозь поры алюминиевого литья блока цилиндров в масло. Протечка была неустранимой, не помогала замена прокладки ГБЦ, поэтому изготовителем была использована пропитка блока смолой по технологии авиастроения, изменена форма впускного тракта, мотор назван 421.10.

Для повышения крутящего момента на низах и мощности в целом схема двигателя получила два дополнения:

• резонатор в выпускной системе, расположенный после глушителя;
• увеличение степени сжатия.

Этот вариант ДВС обозначен 421.10-30, имеет собственный мануал по ремонту. С завода моторы выходили с 100 мм цилиндрами, что изначально обеспечивало высокий крутящий момент и мощность. Руководство автопроизводителя ГАЗ рекомендует их для установки на Газель, что требует незначительной переделки:

• радиатор Газели расположен ниже, чем в УАЗиках;
• вентилятор необходимо сместить;
• появляется привод с отдельным ремнем.

Дополнительно улучшена система питания, отвода газов из картера, мотор обозначен 4215.10-30. Если расход масла у моделей семейства 421 одинаковый, то топливо может использоваться разное.

Для снижения эксплуатационного бюджета грузовика и микроавтобуса многие Газели и Соболи производитель ГАЗ переводил на бензин А-76. Подобная модификация движка УМЗ под бензин с низким октановым числом была обозначена 4215.10-10.

Затем потребовалась инжекторная версия, но уже для полноприводных УАЗ – микроавтобусы, внедорожники, грузовики и грузопассажирские авто. Ею стал движок 4213.10. распредвал здесь чугунный, а не стальной, как в карбюраторных моторах. Для Газелей таким ДВС стал 4216.10 с измененным приводом вентилятора.

Эта серия 421 стала последней у производителя УМЗ с нижним распредвалом. Уже для следующего поколения 429.10 высокооборотных ДВС распредвал перенесен внутрь ГБЦ, то есть расположен сверху.

В таблицу собраны основные технические характеристики мотора УМЗ 421:

В таблице приведено описание параметров базовой карбюраторной версии 4218.10. В других моторах используется другое навесное оборудование, изменены схемы выпускного и впускного тракта, системы впрыска.

Особенности конструкции

Поскольку двигатель УМЗ 421 эволюционировал из базовых вариантов УМЗ 417 и ЗМЗ 402, а еще раньше — ГАЗ 21, отличиями конструкции являются:

• впервые у данного производителя использованы сухие гильзы внутри блока цилиндров;
• поршневой палец смещен вверх на 7 мм;
• резиновое уплотнение задней опоры коленвала вместо набивки шнуром;
• усилия на боковые поверхности поршня снижены за счет увеличения на 7 мм длины шатуна;

Чтобы выполнить капитальный ремонт собственными силами, достаточно гаражных условий и обычного инструмента без специальных приспособлений.

Перечень модификаций ДВС

Традиционно для Ульяновского моторного завода руководство разрабатывает моторы сериями. Основным двигателем стал 4218.10 с характеристиками – Евро-1, мощность 98 л. с., степень сжатия 7 единиц. В семейство движков УМЗ 421 вошло несколько модификаций:

• 4218.10-10 – карбюраторный, для адаптации под бензин АИ-92 степень сжатия увеличена до 8,2, мощность увеличена до 103 л. с.;
• 421.10 – карбюраторный, новая конструкция выпускного тракта;
• 421.10-30 – карбюраторный, выпускной коллектор другой конструкции;
• 4213.10-40 – инжектор для УАЗ, Евро-3, мощность 117 л. с.;
• 4213.10-50 – инжектор для УАЗ, Евро-4;
• 4215.10-10 – карбюратор под А-76;
• 4215.10-30 – карбюраторный, под АИ-92;
• 4216.10 – инжекторный, под АИ-92 для Газелей, Евро-3, степень сжатия 8,8, мощность 123 л. с.;
• 42164.10 – инжектор под Газель, мощность 99 л. с.;
• 42164.10 – инжекторный, для Газели, Евро-4, мощность 125 л. с., новый распредвал;
• 421647.10 – газобензиновый вариант мощностью 100 л. с.;
• 42167.10 – газобензиновый вариант мощностью 123 л. с.

Отличительной особенностью семейства моторов 421 является наличие варианта 4219 для венной техники. В зависимости от того, какое навесное оборудование используется в комплектации ДВС, имеется несколько вариантов 4219.10:

• 4179.10-01 – под сцепление 254 мм рычажного типа;
• 4179.10-13 – добавлен ГУР;
• 4179.10-05 – под диафрагменное сцепление диаметром 240 мм;
• 4179.10-25 – добавлен насос ГУР.

Моторы имеют одинаковые объемы, задача увеличить мощность здесь не стояла. Нюансом является наличие пускового подогревателя, генератора Г-250, фильтра тонкой очистки бензина и экранирования датчика Р-132 и высоковольтного оборудования по заказу МО РФ.

Плюсы и минусы

Традиционно для любого семейства движков самым слабым является базовая версия, в данном случае, 4218.10. Недостатками мотора являются:

• низкое качество металлообработки;
• протечки ОЖ, масла из блока, ГБЦ и смешивание рабочих жидкостей;
• морально устаревшая схема ГРМ и привода;
• повышенный расход ГСМ;
• регулировка теплового зазора клапанов каждые 15000 пробега.

С другой стороны, плюсов в моторе гораздо больше:

• заводской тюнинг расточкой цилиндров до 100 мм для увеличения рабочих характеристик;
• модернизация выпускного такта за счет объединения в единый узел выхлопной трубы, выпускного коллектора и резонатора;
• возможность произвести капремонт своими руками;
• форсировка впускного тракта для увеличения мощности;
• нормальный резинотехнический сальник вместо набивки шнуром на задней опоре коленвала;
• эксплуатационный ресурс от 250000 км пробега.

Например, конструкторами использована головка блока цилиндров от 417 модели ДВС, а камера сгорания увеличена за счет конструкции поршня, в котором отфрезеровано углубление конусной формы.

Список моделей авто, в которых устанавливался

До 2005 года большинство ДВС Ульяновского моторного завода использовалось несколькими производителями автомашин. Не стал исключением и мотор УМЗ 421, которым комплектовали транспортные средства:

• внедорожники УАЗ Хантер, Патриот, Барс, 3160,3161;
• вседорожник Симбир 3162, Тигр 2330;
• грузовики Пикап, Карго, 39095;
• микроавтобусы 2206, 3303, 3741, 3909, 3962, Симба 3165;
• бортовая Газель 3302;
• грузопассажирская Газель Фермер 33023;
• рамные автофургоны ГАЗ 2705;
• микроавтобусы Газель 3221;
• фургоны и микроавтобусы Соболь 2217;
• минивэны Баргузин 2217.

Для двух заводов характеристики двигателя подошли идеально, однако для Газелей пришлось переносить радиатор с вентилятором по высоте.

Регламент обслуживания УМЗ 421 2,9 л/98 – 125 л. с.

Заявленный пробег в 250 тысяч км двигатель УМЗ 421 сможет пройти только при соблюдении сроков замены расходных материалов и деталей:

• 10000 км – съемный маслофильтр и моторное масло;
• 15000 пробега – регулировка зазоров клапанов;
• 20000 км – выпускной коллекторный узел, топливопровод и рампа, ремень навесного оборудования и АКБ, свечи;
• 30000 пробега – воздушный фильтр и вентиляция картера;
• 40000 км – антифриз и топливный фильтр;
• 60000 пробега – датчик кислородный.

Внутреннее устройство ДВС предусматривает эти сроки между капремонтами, независимо от их количества. Данный регламент не подходит для газобензиновых моторов, им замена требуется чаще.

Обзор неисправностей и способы их ремонта

Благодаря проточкам в поршнях, мотор УМЗ 421 не гнет клапана своими поршнями. Его индивидуальными неисправностями считаются:

Исчезли проблемы с термостатом, так как здесь использована трехходовая версия от Волги. Часто выходит из строя вискомуфта, предназначенная для регулировки скоростного режима вращения крыльчатки.

Варианты тюнинга мотора

Поскольку двигатель УМЗ 421 семейства создан для тяжелых грузовиков, минивэнов, вне- и вседорожников, грузопассажирских машин, атмосферный тюнинг механическим способом не имеет смысла даже рассматривать. Зато вполне возможна установка турбины городского спокойного типа. Для этого необходимо выполнить действия:

• замена штатных форсунок модификациями 440СС от производителя Subaru;
• переделка впускного коллектора под интеграцию интеркуллера;
• шлифовка камер сгорания и каналов внутри ГБЦ;
• ШПГ и валы остаются штатными;
• вместо объединенного выпускного тракта монтируется прямоточный паук 63 мм в диаметре.

После перепрошивки и настройки тюнинг способен добавить 30 – 50 л. с., движок становится «тракторным», обладает мощным крутящим моментом в нижнем диапазоне оборотов.

Таким образом, базовым в серии производителя УМЗ считается мотор 4218.10 с весьма средним ресурсом из-за дефектов литья блока цилиндров. Зато во всех следующих версиях, не только исправлен этот дефект, но и использованы другие конструкционные решения для повышения характеристик и срока службы.