ЗМЗ-405: технические характеристики

«Сердце» «ГАЗелей» и «Соболей» в 2000-2009 гг.

ЗМЗ-405 – семейство бензиновых инжекторных двигателей Заволжского моторного завода, которое по праву входит в число лучших продуктов этого машиностроительного предприятия. Начав с автомашин Горьковского автомобильного завода – «Волг», «ГАЗелей» и «Соболей» различных модификаций, ЗМЗ-405 на некоторое время пришёлся ко двору для комплектования лёгких грузовиков, фургонов и микроавтобусов Fiat Ducato российской сборки. По типу ЗМЗ-405 любой модификации – это 4-х цилиндровый, 4-х тактный, рядный мотор, с комплексной микропроцессорной системой управления впрыском топливно-воздушной смеси и зажиганием.

Немного об истории моторов ЗМЗ-405

На рынке ЗМЗ-405 дебютировал в 2000 году: этим мотором была оснащена новая «Волга» – ГАЗ-3111. Машина, на которую возлагали большие надежды, получилась чрезвычайно красивой, без сомнения харизматичной, но дорогой и неконкурентоспособной. Всего за три года мелкосерийного производства было сделано всего лишь около пятисот таких автомобилей представительского класса. До полноценного серийного выпуска эта интересная модель, к сожалению, так и не добралась.

Но четырёхцилиндровые рядные моторы ЗМЗ-405 пригодились ОАО «ГАЗ» для «ГАЗелей» и «Соболей» – действительно массовых, «народных» машин, спрос на которые всегда был стабильно высоким. 28 апреля 2004 года ЗМЗ-40522, сделанный для «ГАЗели», стал 13-миллионным двигателем марки ЗМЗ, выпущенным за всю историю предприятия. ЗМЗ-405 ставился на следующие модификации «ГАЗелей» и «Соболей»: ГА3-ЗЗО2, ГА3- 27О5, ГА3-27О57, ГА3-ЗЗО21, ГА3-З221З, ГА3-З221З7, ГА3-ЗЗО2З2, ГА3-2З10, ГА3- 2З1О7, ГА3-2217, ГА3-22177, ГА3-2752, ГА3-27527. Горьковский автозавод стал единственным потребителем двигателей ЗМЗ-405, оставаясь им вплоть до 2009 года.

«Несбывшаяся мечта» – новая «Волга» ГАЗ-3111, первая машина с двигателем ЗМЗ-405.

В это время сложилась, на первый взгляд, парадоксальная ситуация: ГАЗ отказался от моторов ЗМЗ и стал устанавливать на свои автомобили двигатели Ульяновского моторного завода. УАЗ же, наоборот, стал потребителем продукции Заволжского моторного завода, который, как известно, расположен в Нижегородской области. Дело в том, что Горьковский автозавод и УМЗ вошли в состав промышленной группы «ГАЗ», а УАЗ и ЗМЗ – в состав компании «Соллерс».

В сентябре 2009 года было подписано соглашение о проведении работ по адаптации модификации двигателя ЗМЗ-40524.10 к автомобилю Fiat Ducato. Данные работы были успешно проведены, и в марте 2010 года этому проекту было дано официальное начало. Но потом «Соллерс» перестал собирать «Фиат Дукато» в России, и это перспективное начинание заглохло.

Таким образом, в 2010-е годы без «ГАЗелей» семейство ЗМЗ-405 осталось не у дел. На УАЗы ставятся тоже заволжские двигатели, но другого семейства: ЗМЗ-409.

Происхождение и модификации двигателей ЗМЗ-405

Конструктивно двигатели ЗМЗ-405 были разработаны на базе 406-го семейства Заволжского моторного завода и отличаются от них диаметром поршня (который был увеличен с 92-х до 95.5 мм), более тонкими межцилиндровыми перемычками, наличием прорезей для охлаждения. По сравнению с базовым двигателем ЗМЗ-406, технические мощностные параметры мотора были повышены на 4,8 %, при увеличении рабочего объёма на 7,9 %.

Высота блока цилиндров, шатуны остались такими же. И в целом, по отношению к своему базовому «прообразу», мотор ЗМЗ-405 остался прежним. Но за счёт возросшего объёма увеличилась на 7 л.с. его мощность, соответствующим образом подрос и крутящий момент. Последние модификации семейства ЗМЗ-405 стали соответствовать более современный экологическим стандартам, а в глобальном смысле – это всё тот же самый ЗМЗ-406. На этом же блоке, кстати, был создан ещё один большеобъемный мотор – ЗМЗ-409 – для современных УАЗов.

Модификации семейства ЗМЗ-405:

1. ЗМЗ-4О52.1О – базовый вариант.
2. ЗМЗ-4О522.1О – аналог базового, но соответствующий экологическим нормам Евро-2.
3. ЗМЗ-4О524.1О – аналог 4О522.1О, соответствующий экологическим нормам Евро-3 и предназначавшийся для легковых автомобилей «Волга».
4. ЗМЗ-4О525.1О – аналог базового, соответствующий экологическим нормам Евро-3 и предназначавшийся для лёгких грузовиков «ГАЗель» и «Соболь», с полной массой до 3500 кг.
5. ЗМЗ 4054.10 – экспериментальная турбированная версия двигателя, со стальным коленчатым валом, кованой поршневой группой, интеркулером, СЖ 7.4, мощность 195 л.с., крутящий момент 343 Н.м.

Конструкция двигателей ЗМЗ-405

Любой двигатель из семейства 3М3-4О5 представляет собой четырёхтактный бензиновый инжекторный силовой агрегат с рядным расположением цилиндров и поршней. Процесс подачи топливно-воздушной смеси во впускные каналы цилиндров и её зажигание контролируется специальной электронной системой – блоком управления «Микас». Двигатель оборудован системой внешнего образования топливно-воздушной смеси.

Возвратно-поступательные движения поршней преобразуются в движения вращательное при посредстве одного общего на все поршни коленчатого вала. Два распределительных вала имеют верхнее расположение. Система охлаждения мотора – жидкостная, замкнутого типа, с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.

Система смазки в 405-х двигателях – комбинированная, с автоматической регулировкой температуры машинного масла. Смазывающий материал подаётся к движуще-трущимся деталям мотора под давлением и путём разбрызгивания. Шестерёнчатого типа маслонасос смонтирован внутри масляного картера, прикреплён с прокладкой 2-мя болтами к блоку цилиндров и держателем – к крышке З-го коренного подшипника.

На коленчатом вале находится ведущая звёздочка с 2З зубьями, на промежуточном вале – стоит ведомая звёздочка первой ступени с З8 зубьями и ведущая звёздочка второй ступени с 19-ю зубьями, а на распределительных валах размещены звёздочки с 2З зубьями. На торцевых сторонах звёздочки коленчатого вала, ведомой звёздочки промежуточного вала и звёздочек распределительных валов расположены метки установочные. Они служат для чёткой и верной установки фаз газового распределения в циклах работы двигателя.

Промежуточный вал 3М3-4О5 – стальной, двух-опорный, вращающийся во втулках, которые запрессованы в отверстия приливов блока цилиндров, с правой стороны. От перемещений относительно оси промежуточный вал сдерживается упорным фланцем, расположенным между торцом передней шейки вала и ступицей ведомой звёздочки и закреплённым 2-мя болтами на переднем торце блока цилиндров.

Натяжение цепей обеспечивается двумя гидронатяжителями, воздействующими на правые ветви в обеих цепях. При этом, для верхней цепи гидронатяжитель смонтирован в гнезде головки блока цилиндров, а для цепи нижней – в гнезде передней крышки. Гидронатяжители делаются из стали, выполняются в виде плунжерной пары, которая состоит из плунжера и корпуса.

Гидротолкатели в двигателях 3М3-4О5 монтируются на силовой агрегат в «заряженном» положении (когда плунжер сдерживается в корпусе кольцом стопорным). В рабочем положении гидротолкатель функционирует таким образом.
Под воздействием пружины и растущего давления масла, которое поступает из масломагистрали, плунжер начинает надавливать на рычаг натяжного устройства. Данный рычаг, поворачиваясь на своей оси, надавливает звёздочкой натяжного устройства на цепь и натягивает её, стабильно удерживая цепь в натянутом состоянии.

Для устранения биений рабочие ветви обеих цепей проходят сквозь пластиковые успокоители. Каждый из этих успокоителей закреплён посредством двух болтов к переднему торцу головки блока цилиндров.

Блок цилиндров и кривошипно-шатунный механизм

Блоки цилиндров двигателей 4О5-го семейства изготавливаются из высокопрочного серого чугуна, и это, в сочетании с использованием высокоточных методов обработки металлов при его производстве, позволяет в значительной степени снизить возможные деформационные явления в цилиндрах при эксплуатации мотора. БЦ выполнен в виде моноблока с картерной частью, спущенной ниже оси коленвала.

Головка цилиндров выполнена из алюминиевого сплава. Она снабжена двумя впускными и двумя выпускными клапанами на каждый из цилиндров. В верхней части головки цилиндров размещаются 2 распределительных вала.

В блоках двигателей ЗМЗ прежних годов выпуска были предусмотрены 2-х миллиметровые прорези между цилиндрами, специально сделанные для системы охлаждения. Для блока цилиндров двигателя 3М3-4О5 таких прорезей не было предусмотрено. Кроме того, были расширены резьбовые колодцы для болтов крепления головки блока цилиндров.

Поршни отлиты из алюминиевого сплава. Юбки поршней выполнены с бочкообразными вертикальными профилями и микрорельефами, для оптимизации приработок и уменьшения потерь на трение. В поперечном (горизонтальном) сечении юбка поршня имеет форму овала, где больший радиус расположен перпендикулярно оси поршневого пальца. Поршневых колец устанавливается по три штуки на каждый поршень: 2 кольца компрессионных и 1 – маслосъёмное. Поршневые пальцы имеют трубчатое сечение, они из стали, плавающего вида, при работе двигателя свободно вращающиеся в бобышках поршня и во втулке шатуна.

Шатун сделан из стали, кованый, со стержнем двутаврового сечения и продольным отверстием подачи масла для смазывания подшипника поршневого пальца и для охлаждения днища поршня.

Коленчатый вал моторов семейства 3М3-4О5 визуально и в конструктивном плане является идентичным коленвалу двигателей 3М3-4О6. Однако он отлит из чугуна более высококачественной марки – более прочного металломатериала. Его конструкция – полноопорная, с 2-мя противовесами для каждого из кривошипов. Усовершенствованный коленчатый вал позволяет улучшить степень сопротивления центробежным силам и изгибающим моментам в работе.

Система подачи топлива и зажигания, электрооборудование, фильтры

Система подачи топлива в рабочие полости цилиндра реализована в виде распределённого впрыска топливно-воздушной смеси электромагнитными форсунками во впускные каналы головки блока цилиндров. КМСУД – комплексная микропроцессорная система управления двигателем предназначена для управления распределённым впрыском топливно-воздушной смеси и зажиганием.

Система зажигания двигателя 3М3-4О5 имеет микропроцессорное управление углом опережения зажигания. Катушки зажигания – двухвыводного типа, трансформаторного вида. Свечи зажигания используются искровые, с помехо-подавляющим резистором.

Система электрооборудования на данных силовых агрегатах – постоянного тока, однопроводная, в которой отрицательные клеммы источников и потребителей объединены с корпусами двигателей. Номинальное напряжение энергосети равно 12 Вольт. Генератор использован со встроенным выпрямительным блоком и регулятором напряжения. Номинальное его напряжение равно 14 Вольт, максимальный ток отдачи равен не менее 72 Ампер. Стартер — редукторный, с электромагнитным включением дистанционного типа.

Воздушный фильтр применён со сменным сухим фильтро-элементом; масляный фильтр – полнопоточного типа, тонкой очистки, неразборный. Термостат установлен двухклапанного типа, с температурой открытия основного клапана в 82 градуса.

О модернизациях и усовершенствованиях в ходе производства ЗМЗ-405

Как уже было отмечено, в качестве основы для создания двигателя 3М3-4О5 (инжекторного) специалистами Заволжского моторного завода был использован 3М3-4О6 (карбюраторный). В процессе производства моторов 4О5-го семейства предприятием-изготовителем был разработан и внедрён целый ряд инновационных конструкторских решений. В частности, блок цилиндров 3М3-4О5 был облегчен на 1,З килограмма – поредством полного демонтажа системы холостого хода с головки блока цилиндров. Управление этими силовыми агрегатами производится при помощи электронных дросселей.

Данное решение позволяет отказаться от использования некоторых комплектующих, таких, как – дроссельные патрубки, регуляторы холостого хода, воздушные патрубки холостого хода, датчики положения заслонки дросселя.

Инженерами Заволжского предприятия была произведена работа по усовершенствованию термоизоляции двигателей 3М3-4О5. Для усиленной и стабильно надёжной герметичности блока цилиндров армированные прокладки головки блока цилиндров из однослойного без асбестового материала были заменены на двухслойные металлические.

Обновление материалов, с применением современных прогрессивных конструктивных элементов (в частности – пружинящих частей зигзагообразного типа), обеспечивает значительно лучшее уплотнение газовых стыков и каналов системы смазки, а также позволяет улучшить процесс охлаждения мотора.

Толщина прокладки новой конструкции снижена в З раза, относительно изначально применённой мягкой прокладки с металлической окантовкой. Она составляет всего О,5 миллиметра. Это позволяет свести к минимуму необходимость выполнения затягивания болтов, по сравнению с прежними деталями. Что, в свою очередь, предоставляет возможность для снижения деформаций цилиндров при усиленной эксплуатации двигателя.

В двигателях 405-го семейства, которые являются соответствующими экологическим стандартам Евро-З, для вспомогательных агрегатов применяется удлинённый приводной ремень и ролик самонатяжного типа. Расчётный срок службы данного ролика составляет 150 тысяч километров. В двигателях 405-го семейства в значительной степени снижен расход машинного масла и горючего. Данные двигатели характеризуются повышенной надёжностью и долговечностью в работе, превосходя по данным показателям классические советские моторы 3М3-4О6 прежних годов выпуска.

Технические характеристики ЗМЗ-405 в цифрах

• Рабочий объём цилиндров – 2464см3;
• Диаметр цилиндра – 95,5 мм / Ход поршня – 86 мм.
• Степень сжатия – 9,3.
• Порядок работы цилиндров: 1-3-4-2.
• Направление вращения коленчатого вала (со стороны шкива): вправо.
• Мощность номинальная, при частоте вращения 5200 об/мин, брутто по ГОСТу-14846 – 111,8 кВт (152 л.с.)
• Наибольший крутящий момент, при частоте вращения 4200±200 об/мин, брутто по ГОСТу-14846 – 21О,9 Н•м (21,5 кгс•м).
• Минимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу – 85О об/мин.
• Максимальная частота вращения коленчатого вала – 5700 об/мин.
• Масса сухого двигателя – 197 кг.

Инжекторные двигатели 3М3-4О5 с 2013 года соответствуют уже экологическим стандартам Евро-4 (модификация 40524.1000400-100, 101). Из последних усовершенствований стоит отметить оптимизированные крышки клапанов, зубчатые цепи газораспределительных механизмов и улучшенные системы вентиляции, с отводом газов картерных в ресивер.

Стоимость двигателей ЗМЗ-405

Цена нового двигателя ЗМЗ-40524.1000400 находится в 2019 году в пределах 120 тысяч рублей. За подержанный, после капитального ремонта, 3М3-4О5 просят от 50-ти тысяч рублей.