Двигатель УМЗ Evotech

В Ульяновске наладили производство нового бензинового мотора для ГАЗелей, который назвали УМЗ Evotech. А на ГАЗе разработали новую коробку передач. Знакомимся с особенностями их конструкции

Говорят, у кошки пять жизней, по другим сведениям – семь. А в российском автопроме возможности реинкарнации уже почти 60 лет демонстрируют двигатели Ульяновского моторного завода. В их основе – мотор «Волги» ГАЗ М-21, которую поставили на конвейер еще в 1956 году. За это время его несколько раз модернизировали, но до сих пор неизменными остаются межцилиндровые расстояния у блока, диаметры коренных и шатунных шеек, а по большому счету – шатуны, распределительный и коленчатый валы, поддон масляного картера, да и внешне блок не спутать ни с одним другим мотором. Главной причиной модернизации ульяновских двигателей в 2013 году стало желание конструкторов уменьшить расход топлива и повысить надежность моторов. А кроме того, не за горами и перспективные для России нормы Евро-5 – ко времени их введения необходимо иметь готовый двигатель. Поэтому его доводили с оглядкой на эти нормы. При этом важно еще и удержаться если не в прежнем ценовом диапазоне, то хотя бы не намного выскочить из него.
Все это в совокупности – довольно сложная задача, да еще и времени на проведение работ остается мало. Поэтому за помощью обратились к южнокорейской инжиниринговой компании Tenergy, обладающей хорошим научно-исследовательским потенциалом. В результате мотор остается мощностью 120 л. с. при 4000 об/мин, но крутящий момент вырос до 233 Н.м при 2350 об/мин. А существенных изменений набралось столько, что тем, кто упорно продолжает называть моторы УМЗ «уазовскими», все сложнее находить нужные аргументы.

Проблема выбора

Понятно, что российскому перевозчику неизбежно приходится сравнивать моторы ГАЗели с ульяновскими и заволжскими. Надо отдать должное продукции ЗМЗ – двигатели отладили здорово: и ходят хорошо, и довольно экономичны, хотя тоже не все «болячки» устранены. Казалось бы, схема «два клапана на цилиндр» давно устарела, нужен 16-клапанный четырехцилиндровый мотор, допустим, такой, как у ЗМЗ с семейством 406/405/409. Но эти заволжские моторы начали разрабатывать еще во времена существования СССР – для «Волги» и в какой-то степени для микроавтобусов РАФ. Тогда Горьковский автозавод и Заволжский моторный были еще единым целым. Где сейчас эти елгавские автобусы, где «Волга»… Компания «Соллерс» и «Группа «ГАЗ» давно не партнеры, а конкуренты. Каждый идет своим путем, и одной компании нет дела до проблем другой. Конечно, было бы правильнее развивать имеющуюся гамму заволжских моторов, устанавливать их и на УАЗы, и на ГАЗели, быть может, объединить оба моторных завода, но не судьба…
По большому счету, для полуторатонного грузовика, тем более в России, четыре клапана на цилиндр и верхние распредвалы не особо и нужны. Конечно же, если бы такой мотор существовал у «Группы ГАЗ» – его использовали, но если приходится платить деньги конкуренту при наличии своего мотора, то появляется смысл развивать собственное моторное производство. В 2008 году вместе с модернизацией двигателя УМЗ-421 в Ульяновске шли работы по доводке конструкции и технологий для постановки на конвейер нового верхневального 16-клапанного двигателя УМЗ-249 с алюминиевым блоком и сохранением рабочего объема 2,89 литра. Его выпуск планировали начать в 2010 году, но помешал кризис. Между тем в 2008 году никто и предположить не мог, что на ГАЗели будут устанавливать сравнительно недорогой, мощный и современный дизель. Тогда американско-китайский Cummins ISF 2.8 еще не выпускался. По большому счету, теперь «Группе ГАЗ» необходим недорогой и простой Отто-мотор, то есть бензиновый двигатель, но уже для конвертации на газовое топливо. И УМЗ-Evotech как раз такой. Причем напомним, что у 16-клапанных ЗМЗ на газе часто происходили хлопки во впускной трубопровод – обычный восьмиклапанный мотор здесь предпочтительнее. На пропан-бутан УМЗ-Evotech, как и прежде, будут легко переводить и без участия завода, а вот для конвертации мотора на сжатый природный газ метан в Ульяновске готовят особую версию двигателя. На нем будет применен турбонаддув! Его задача – не существенно увеличить мощность, а сохранить ее при использовании низкокалорийного топлива на уровне бензиновой версии мотора. Главное – чтобы в Ульяновске не забыли применить для газовых моторов выпускные клапаны с натриевым охлаждением…
Одно из направлений, в рамках которого действовали южнокорейские инженеры, – уменьшение рабочего объема двигателя. Это при том, что размерность 100х92 мм у УМЗ-421 обеспечивала очень хороший крутящий момент, позволяя мотору тянуть чуть ли не с оборотов холостого хода, что немудрено при объеме 2,89 литра. Корейцы не стали возвращать УМЗ в «квадратную» размерность 92х92 мм, но диаметр уменьшили до 96,5 мм, сохранив тот же коленвал. Обычно уменьшение объема двигателя при прочих равных условиях ведет к уменьшению крутящего момента, но здесь для компенсации неминуемой потери применили новый распредвал с иными фазами газораспределения. Известно, что при настройке двигателя один распредвал (его называют «острым» за форму кулачков) может увеличить максимальную мощность и обороты, но снизить момент, а другой – наоборот, повысить момент, но снизить мощность. Корейцы так подобрали фазы, что крутящий момент даже вырос с 220,5 Н.м при 2500 об/мин до 233 Н.м при 2350 об/мин. Как видите, обороты максимального момента тоже уменьшились, что ценно для грузовика. Кстати говоря, давно известно, что самый экономичный режим в реальной эксплуатации близок к 2/3 или 3/4 от оборотов именно максимального момента. Это в районе 1700-2100 оборотов. Понятно, что на прямой передаче, но ведь так водители ГАЗелей не ездят… Мощность мотора УМЗ-Evotech равна 120 л. с. при 4000 об/мин. Опять-таки если вспомнить ЗМЗ-402, то у него было 100 л. с. при 4500 об/мин и 182,4 Н.м при 2400-2600 оборотов. А вот с другим «газелевским» мотором – с ЗМЗ-405.22 сравнение Evotech не столь однозначное: у этого ЗМЗ от 140 до 152 л. с. при 5200 об/мин и 214 Н.м при 4000 оборотов. То есть по эластичности, крутящему моменту в выигрыше УМЗ-Evotech, но по мощности он уступает заволжскому мотору. Хотя если ЗМЗ крутить только до 4000 оборотов, то мощность будет вполне сопоставима. Но дождемся тест-драйва машин с новым двигателем, тогда уж посмотрим, что получилось на деле.

Интенсивная терапия

Важный момент в жизни любого негильзованного двигателя – возможность расточки блока. Если раньше на УМЗ-421 было всего два ремонтных размера, с увеличенным поршнем на 0,5 мм, до 101 мм, то теперь на УМЗ-Evotech три размера. Поршни на Evotech – с нанесенным на юбку полимерным слоем, насыщенным дисульфидом молибдена. Это давно известное, очень эффективное антифрикционное покрытие. Поршневые кольца – импортные, стальные, узкие. Должны обеспечить минимальный расход масла на угар. Одно из достоинств коленвала УМЗ-421 – шесть ремонтов, через 0,25 мм, при окончательном уменьшении диаметров до 1,5 миллиметра. Сравните с двигателями иномарок – у них такой возможности ремонта нет. Конечно, для увеличения механического КПД двигателя было бы выгодно уменьшить диаметры коренных и шатунных шеек, хотя бы как это сделали на ЗМЗ: 62 и 56 мм. На ульяновских моторах шейки остались те же, что и у «Волги» ГАЗ-М21: 64 и 58 мм, но напомним, УМЗ на коленвал поставил нормальные сальники. Набивку давно не используют. Отметим, что на всех российских моторах (УМЗ – не исключение) есть центробежные грязеуловители в шатунных шейках, которые стоят надежным (дополнительным!) заслоном от проникновения твердых частиц к вкладышам. Сомневаетесь? При случае выкрутите пробку на шейке – посмотрите, что там внутри…
У УМЗ-Evotech совсем другая головка блока цилиндров. Нет, она все же осталась восьмиклапанной, но ее очень серьезно модернизировали. В частности, изменили камеру сгорания и повысили степень сжатия до 10,5 единицы, что тоже должно улучшить экономичность мотора. Однако здесь есть сомнения – не будет ли «пережатый» двигатель «звенеть пальцами» на каждом подъеме. Детонация – страшная штука. Если бы мотор был с карбюратором и системой зажигания с трамблером, то звон был бы однозначно. Но ведь еще на УМЗ-4216 установили микропроцессорную систему зажигания с датчиком детонации, который «вкручивает» зажигание позже. На каком попало бензине уже не поездишь, но для газа эта степень сжатия даже мала. Для уменьшения вероятности перегрева мотора полностью переделали схему циркуляции охлаждающей жидкости, и в частности, по самой термически нагруженной детали двигателя – по головке. Применили свечи с длинной резьбовой частью: будут надежнее держаться в колодцах. Клапанная крышка пластмассовая и крепится к головке не на шести винтах М6, а на десяти. Так крышка лучше прилегает к головке, лучше обжимает прокладку. Эта прокладка на УМЗ-Evotech теперь совершенно другая – корейского производства. Кстати, еще 33 детали нового двигателя будут родом из Кореи и из Европы. Но вскрывать клапанную крышку так же часто, как раньше, уже не придется. Дело в том, что впервые в истории Ульяновского моторного завода (но все же вслед за ЗМЗ!) здесь применили стальную наборную прокладку головки блока с нанесением полимера, герметизирующего водяные каналы, и сверление под масляную магистраль. Подтягивать головку, даже после первой тысячи километров, незачем: требуемый момент затяжки прокладка будет держать стабильно, не обжимаясь. Кроме того, нет необходимости и в регулировке клапанов – теперь на УМЗ-Evotech вместо стаканчиков-толкателей штанг установлены гидрокомпенсаторы. Производителей бензиновых моторов со схемой ГРМ OHV осталось не так уж и много в мире – в Европе и Японии все норовят распредвал в головку поставить, да еще и регулируемыми фазами снабдить. Поэтому гидрокомпенсаторы будет поставлять известная американская компания Eaton. В США огромный опыт производства аналогичных гидрокомпенсаторов, которые устанавливались на моторы V6 и V8.
Известная проблема всех ульяновских моторов – если не подтекание масла с различных уплотнений, то явное потение на них. Между тем та же беда порой наблюдается и на моторах других производителей, причем более именитых, чем УМЗ. А причина проста: нарушения в системе вентиляции картера двигателя, которые могут произойти и на моторе с пробегом 10-20 тысяч километров, в частности, из-за обмерзания зимой. Кроме видимой «сопливости» на двигателе надо помнить, что масло еще выдавливается и в камеру сгорания, через зазоры между «ногой» клапана и втулкой. Маслосъемные колпачки могут здесь и не обеспечить герметичности. Теперь на УМЗ-Evotech полностью изменили систему вентиляции – так, что в картере на определенных режимах даже образовывается разрежение. Если вспомнить, то на двигателе ГАЗ-21 применялась достаточно безпроблемная открытая система вентиляции, а на ГАЗ-24 – закрытая. Но для современных двигателей уровня Евро-4, и тем более Евро-5, уже невозможно оставлять сапун открытым.
Не секрет, что «родовой травмой» всех ульяновских моторов был стальной штампованный поддон картера с четырьмя пробковыми прокладками. Поставить их удачно – надо было умудриться. Казалось бы, еще в период создания двигателя УМЗ-421, с учетом того, что пришлось делать новый блок цилиндров, появился удобный случай отказаться от древнего и капризного поддона – опустить разъем ниже оси коленвала. Это не только уменьшило бы вероятность утечек масла, но и добавило блоку жесткости. Ан нет, все осталось по-прежнему… При разработке УМЗ-Evotech с учетом того, что опять намечались серьезные изменения по блоку цилиндров, решили на пробу сделать два двигателя с разными исполнениями картера и поддона. Первый мотор – с выполненными в единой отливке чугунными коренными крышками, и благодаря этому – с ровным поддоном, уплотняемым единой прокладкой. Второй мотор – с обычными коренными крышками и под обычный поддон. Но в этом случае стальной поддон заменили пластмассовым, а место четырех прокладок – одна, из маслостойкой резины. По бокам, в сечении, прокладка плоская, а впереди и сзади – круглая. В передней и задней частях поддона сделаны канавки, в которые и укладывается новая прокладка. Что-то подобное давно есть на минских двигателях – ММЗ Д-240/Д245. Если вспомнить легковой автопром – на двухлитровом моторе Ford Sierra ( с чугунной головкой!), а из современных – на двигателях Renault, тех, что ставятся на Kangoo, Logan и Sandero. Исследования корейцев показали: на двигателе с обычной для УМЗ формой поддона жесткости блока достаточно и для уровня Евро-5. Утечек масла тоже не обнаружили. Поэтому остановились на сочетании обычных коренных крышек и нового пластмассового поддона.
Еще одна современная тенденция: из пластмассы делают и верхнюю часть впускного коллектора: форма у него сложная, а отливать из алюминия обходится дороже. Напомним, в период с 2008 по 2010 годы журнал «Рейс» проводил ресурсные испытания пяти автомобилей ГАЗель с модернизированными двигателями УМЗ-4216. Результаты испытаний публиковались ежемесячно. Одна из часто встречавшихся тогда неисправностей, причем не только у нас, но и у многих перевозчиков, – лопнувшие чугунные выпускные коллекторы. Для ГАЗели-Бизнес выпускной коллектор модернизировали, но для УМЗ-Evotech его сделали совершенно другим. Как обещают на ГАЗе, трескаться коллектор уже не будет.
Топливная аппаратура – электронноуправляемые форсунки производства Delphi. Система зажигания микропроцессорная, электронная, катушка зажигания одна, аналогичная той, что применяется на ГАЗели-Бизнес, сухая, четырехвыводная. Между тем на «газелевские» катушки московской фирмы «Омега» много нареканий от перевозчиков, иной раз за 30-40 тысяч километров пробега меняют по три-четыре штуки. Будем надеяться, что на УМЗ-Evotech эту проблему решат. Хотя во многом ресурс любой катушки зависит от зазоров свечей и состояния их проводов. Кстати, мировая тенденция – применение индивидуальных катушек зажигания для каждого цилиндра, отсутствие высоковольтного распределителя-«бегунка» и крышки – идет на пользу газовому двигателю. При степени сжатия 10-11 единиц, а то и выше, растет давление в камере сгорания и температура воспламенения смеси, увеличивается сопротивление искрового промежутка. У раздельных катушек меньше потери, выше мощность искры. Но говоря о специфике российской эксплуатации, судя по Lada Priora, где стоят подобные, раздельные катушки, они оказываются все же дорогие и не менее капризные, чем двухвыводные или четырехвыводные, «газелевские».
Первые моторы пойдут так называемым лояльным перевозчикам и автопредприятиям в подконтрольную эксплуатацию, в пределах досягаемости для специалистов ГАЗа. В свое время так поступали с ГАЗелями, оснащенными двигателями Cummins ISF 2.8, набирали объективную информацию. Началось производство двигателя УМЗ-Evotech весной 2014 года, но моторы УМЗ-4216 не стали снимать сразу с конвейера – какое-то время они выпускались параллельно. Постепенно доля новых моторов увеличивалась, а старых – сокращалась.