Турбо кит змз 406

Начало пути. ЗМЗ Турбо 230 л.с.

Часть 1.

Подготовка.
20 декабря 2006 года было положено начало великому проекту турбо. В этот день был приобретен турбокомпрессор CT15 (Toyota, двигатель 1JZ-GTE 2.5L) в кол-ве 2шт. и разработана концепция о том, как приладить сей турбокомпрессор на 16-ти клапанный двигатель ЗМЗ 40620F объемом 2.3л а/м ГАЗ 3110 «Волга». В общих чертах требовалось решение 2х основныхпроблем (причем, не ясно было что сложнее):
1) Приладить сам турбокомпрессор к двигателю, решив задачи крепления, смазки, охлаждения, прокладку впускного и выпускного трубопроводов.
2) Выбор и настройка системы управления двигателем, которая бы могла правильно им управлять.

По расчетам, при давлении наддува порядка 0.9 – 1 бар с такой турбиной от 2.5 литрового двигателя Тойоты Марк2 мощность 2.3 литрового ЗМЗ 406 на 6200-6500 должна была составить порядка 300 л.с. и пиковый крутящий момент на средних оборотах не более 350-360 нм. Двигатель 2.5L 1JZ-GTE VVTI при давлении наддува 0.65-0.69 бар имеет мощность 280л.с. на 6200об/мин и 370нм на средних оборотах/

Часть 2.

Часть 2. Железные вопросы … и ответы.Как уже ранее говорилось, требовалось закрепить турбокомпрессор на двигателе и решить вопросы смазки и охлаждения. Однако, более того, было принято решение и подготовить сам мотор более тщательно. На тот момент двигатель пролетел порядка 75 000 км и, в общем – то, нуждался в ремонте… Масло кушать он любил литрами, порядка 1л на 300-350 км (в зависимости от стиля езды на машине).Поскольку масса двигателя составляла примерно 200 кг в сборе, а в гараже не было тельфера, пришлось разбирать двигатель по частям для облегчения процесса демонтажа.
1) Первым делом, блок цилиндров был расточен до 1го ремонтного размера 92.5мм, и были изготовлены на заказ кованые поршни фирмой AMS (Зеленоград) под пониженную степеньсжатия 8.0 (стандартные рассчитаны под 9.3). На первый взгляд поршни понравились не очень, масса поршней немного превышала массу литых – заводских, однако толщина днища поршня была чуть ли не в 2 раза больше! Да и все размеры были в допусках. По массе отличались на 4 грамма.
Блок был тщательно изучен на расположение масляных и водяных каналов с целью определения оптимальных мест отбора жидкостей. Масло для смазки турбокомпрессора было решено брать из заглушки второго цилиндра (судя по фоткам, на заводских турбо-двигателях ЗМЗ 4064/4054 как раз от туда масло и берется). Вместо заглушки был ввернут штуцер под трубку 8мм с рестрикторным сечением 3.5мм (рабочее давление масла в двигателе от 3.5 до 6 бар). Слив масла из турбокомпрессора осуществляется шлангом диаметра 22мм в поддон, куда был ввернут соответствующий штуцер.
Там же, на втором цилиндре (на счастье) тоже оказалась заглушка водяной магистрали, которая была благополучно вывернута (а может и не благополучно, то ли она, толи масляная – заставили полдня провозиться в попытках вывернуть) и ее место занял штуцер 10мм для отбора охлаждающей жидкости для нагнетателя. Слив охлаждайки осуществляется врезанием тройника в магистраль обратки (блок цилиндров – печка – турбина – помпа).

2) Подверглись доработке и шатуны, которые обзавелись жиклерами для опрыскивания днищ поршней маслом в целях охлаждения. В верхнем шатунномвкладыше была проделана борозда для забора масла за полуоборот коленвала.

3) Не остался и без внимания маховик, который весил около 14кг и стал весить 9.5кг. Облегчить можно было значительно сильнее, но смысла в этом я тогда не увидел.
4) Следующим этапом была балансировка коленвала вместе с маховиком и корзиной сцепления и начало сборки «низа». Шатуны и поршни были подобраны таким образом, чтобы обеспечить наименьшую разницу в весе. Таким образом, суммарная разница двух противоположных пар шатун-поршень (1-4 2-3 цилиндры) по итогам 10 измерений составила 0.48 гр. Блок был установлен на свое место, к нему был прикручен картер сцепления, КПП, и карданный вал соединил всю цепочку с задним мостом.

5) Нашел свое место и интеркулер от Toyota Caldina, который был размещен фронтально, практически под радиатором, чтобы охлаждаться воздухом через центральный воздухозаборник переднего бампера.

6) Пришло время самого главного – а именно установки самого турбокомпрессора. Было много разных предложений как лучше это осуществить, на какой коллектор ставить, так как турбокомпрессор СТ15 довольно больших размеров и уместить его на месте стандартного выпускного коллектора не упершись при этом влонжерон или вакуумник было ювелирной работой.
Однако выход был найден довольно быстро. Это коллектор дизельного двигателя ЗМЗ 514.3, который как родной встал на место стандартного 406-го коллектора к ГБЦ. Однако, своими компактными размерами он создал большую проблему (диаметр выходного отверстия у него 38мм всего). Были изготовлены переходные фланцы для крепления турбокомпрессора к коллектору и для аутлета.

7) ГБЦ в данном случае особо не дорабатывалась (к сожалению). То есть, была взята доработанная ГБЦ с атмосферного мотора, где были шлифованы все каналы и убраны все косяки, камеры сгорания доведены до одного объема, клапанные пружины установлены более жесткие, тарелки клапанов – дюралевые. Спортивные клапаны было решено заменить на стандартные SM, которые заметно толще.

8) Так как было абсолютно неизвестно, какой получится впоследствии двигатель по характеристике, и было решено собирать ГРМ на стандартных распредвалах 252гр. 9.0 мм и выставлять все по заводским меткам. Чтобы затем уже делать выводы, что куда крутить дальше и чтоменять.
9) Изначально планировалось дуть в мотор 1 бар избыточного давления, поэтому степень сжатия была понижена с 9.3 до 8.3 и оставаться на 95м бензине. После измерения всех необходимых объемов для расчета геометрической степени сжатия, выяснилось что для достижения требуемой степени сжатия необходима прокладка ГБЦ толщиной порядка 1.6мм. Трудно сказать из-за чего вышел такой косяк, скорее всего AMS сделали маленькую проточку в поршнях и завысили степень сжатия. Однако, выход был найден – на заказ была изготовлена стальная прокладка ГБЦ толщиной

1.65 мм. Теперь можно было приступать к окончательной сборке двигателя.
10) На последнем этапе сборки требовалось подсоединить смазку и охлаждение шлангами и трубками к соответствующи штуцерам, что и было сделано без проблем. Однако, сложности представляла сборка выпуска и впуска, так как автор не имел в сварочного аппарата. Пришлось делать макеты впускного и части выпускного трактов из пластиковых (канализационных) труб, а потом по ним уже изготавливать соответствующие части из нержавейки, помогли ребята из PASSIK. Таким образом было сделано следующее: труба от воздушного фильтра до турбокомпрессора была выполнена резиновым шлангом диаметра 70мм (ЗиЛ 130), патрубок от холодной части улитки до интеркулера – из нержавейки диаметром 50мм, и от интеркулера до дросселя уже диаметром 63мм и тоже из нержавейки. Стыковались трубы соответственно резиновыми патрубками (армированными) от автомобилей КАМАЗ и ЗиЛ 130 (не помню точно какие от кого были).

11) Впускной ресивер PASSIK был заменен на стандартный алюминиевый ресивер ЗМЗ 409, так как у стандартного стенка ресивера имеет толщину порядка 5мм и много технологических площадок, куда можно вкрутить дополнительные штуцеры. Соответственно было добавлено 2 дополнительных штуцера. Первый – на отбор управляющего давления/разряжения на клапан сброса Blow Off и через тройник на прибор в салон – Metrika Boost. Второй штуцер – на ДАД.

Вроде как все собрано, первый запуск. Двигатель завелся с пол-оборота, но имел неприятный стук при этом. Впоследствии выяснилось, что сильно изношены распредвалы и гидрокомпенсаторы. После их замены все посторонние шумы убрались и началась обкатка двигателя и настройка системы управления.

Часть 3. Система управления двигателем.

Вопрос о системе управления турбокомпрессорным двигателем стоял уже давно, с момента затеи о самом турбировании. Все советовали переходить на систему управления Январь 5.1-41 с микропрограммой J5LS, разработки Maxi(RPD), котороя умела адекватно управлять 4х цилиндровым турбокомпрессорным двигателем, имела функции защиты двигателя при нештатных ситуациях, функцию boost-контроллера (в зависимости от передачи!) и много других моментов, которые отсутствуют в других ПО. Однако, тогда существовало несколько моментов, которые заставляли отказаться от этой затеи.
Во-первых, комплекс MOLT, который может настраивать блок управления Микас 7.1 в реальном времени и по многим параметрам, не хуже, чем ПАК Матрица от Maxi(RPD) для ЭБУ Январь 5.1-41 и была уверенность, что в плане настройки проблем не будет.
Во-вторых, появляется реальный шанс доработать комплекс MOLT при настройке турбокомпрессорного двигателя в тех условиях, которые не могут возникнуть на атмосферном двигателе.
В-третьих, переход на Январь 5.1 с J5LS (на момент написания статьи v46) так же не возможен был по той причине, что данное ПО не продавалось автором.
Однако время уже поджимало, и было принято решение остаться на системе управления Микас 7.1 со стандартным ПО WNZDA442 в надежде, что грамотно отстроенное оно сможет управлять таким двигателем без риска его выхода из строя.
Для контроля и настройки топливоподачи был приобретен LM-1Kit от Innovate Motorsports и оставлен в машине на постоянно для контроля состава смеси. К первому же выезду автомобиля была добавлена первая версия ШДК регулирования в MOLT, чтобы сразу же начать приводить в порядок топливоподачу и не допускать ни в коем случае обеднения смеси. Естественно ШДК регулирование работало криво (все же первая версия), но с задачей своей справлялось неплохо. На момент написания статьи, прошло уже почти полгода со дня первого выезда и первой версии поддержки ШДК в MOLT, сейчас модуль доведен до относительного совершенства (усовершенствованиям нет предела) и работает исправно – можно не бояться за топливоподачу – состав смеси в цилиндрах будет соответствовать заданному в прошивке по окончанию настройки, а если вдруг режимная точка оказывается в значительном обеднении или обогащении в процессе настройки, то незамедлительно MOLT пропорциональным регулятором выводит режимную точку из данного состояния.

Система управления обзавелась наконец-то правильным ДТВ Delphi, в целях ограничения УОЗ в зависимости от температуры поступающего в цилиндры двигателя воздуха.
На момент написания статьи основным датчиком – измерителем воздуха в системе был ДМРВ. На мой взгляд, по правильности вычисления расхода воздуха MAF занимает первое место. Модели расчета циклового наполнения по ДАД (MAP) имеют разного рода неточности, очень многое не учитывают и в определенных режимах довольно не стабильны … В общем, поскольку времени изобретать ничего не было тогда, ДМРВ использовался обычный Siemens от Волги (правда физический предел показаний у него оказался всего

600 кг/ч).
Поскольку, в конфигурации присутствовал клапан сброса избыточного давления в атмосферу, а не перепускной клапан (точнее был не Blow-Off а переделанный под него Bypass – автор всегда мечтал иметь характерный для турбокомпрессорного двигателя звук под сброс газа), то использование ДМРВ в такой системе вызывало кучу проблем на серийном софте WNZDA442. Изначально ДМРВ был установлен как и полагается перед турбокомпрессором, однако попытки учесть поправкой сбрасываемый воздух ни к чему хорошему не приводили. Была замечена сильнейшая нестабильность в показаниях датчика (как следствие нестабильного сброса воздуха из системы) при работе двигателя на разрежении в ресивере (от -0.4 до 0 бар) когда, когда воздух постоянно выдувался из клапана в виду особенностей данного Blow – Bypass’a. Переделывать впуск на циркуляцию сбрасываемого воздуха совсем не хотелось – попрощаться с красивым звуком желания не было. Надо было искать выход.
И выход был найден. На пробу ДМРВ был перенесен в патрубок от интеркулера до дросселя, и самое главное уже после клапана сброса давления в атмосферу. Поэтому теоретическ ДМРВ уже видел только тот воздух, который непосредственно поступает в двигатель. Самое интересное, что несмотря на заверения многих авторитетных личностей о невозможности работы расходомера в данном варианте, ДМРВ исправно учитывает как и повышенную для него температуру, так и избыточное давление. Так что основным моментом работы ДМРВ в условиях повышенной температуры и давления остается неизвестный срок службы.

Для правильного функционирования на турбокомпрессорном двигателе, была переделана система вентиляции картерных газов. Отсос газов от клапанной крышки теперь подведен к патрубку до турбины, где не может возникнуть разрежение. Более того, в систему врезан маслоотделитель (сепаратор) от двигателя ГАЗ 560 Steyr для сбора продуктов масла, а шланг от сепаратора до патрубка перед турбиной имеет уменьшенное сечение для ограничения расхода газов во впуск при высоких разряжениях во впуске. Хотя, если масло подгоняется турбиной во впуск через подшипники, то ДМРВ от этого будет страдать и этого не избежать без координальных переделок.

Однако, все равно осталась проблема – расход воздуха превышает предельно допустимый для ДМРВ. То есть, уже с 4500 об/мин при давлении наддува 0.65 бар ДМРВ выдает постоянное напряжение 4.98В. Решение проблемы было найдено – это обман системы управления в зоне максимального расхода воздуха. Теоретически, это не правильно в корне, но на практике работает нормально. Суть в том, что тарировка ДМРВ была заменена заведомо неверной в зоне высоких напряжений, то есть 4.98В соответствует не 595 кг/ч а 789 кг/ч. Это приводит к тому, что на больших расходах воздуха всегда будет переобогащение топлива, но никак не обеднение! Переобогащение убирается поправкой времени впрыска, полученной ШДК-регулированием топливоподачи. Конечно единственный минус всей затеи – что фактически таблично работает система управления в этой зоне. Но как показала практика, при заданном составе смеси 11.5:1 в прошивке в зоне максимальных наполнений, реальный состав может колебаться от 11 до 12 в зависимости от атмосферных условий. Таким образом, проблема была решена, хоть и не правильно, но для мотора в данном случае никакой опасности не представляет в нормальном режиме. После отстройки мотора, при давлении наддува 0.65-0.69 бара, реальный пиковый массовый расход воздуха составил 690 кг/ч (с учетом коррекции по ШДК), а предельное цикловое наполнение – 1210 мг/ц. Для осуществления впрыска топлива были выбраны форсунки 360сс/min BOSCH 0 280 150 431 (Saab 2.3 Turbo), которые в такой конфигурации двигателя имеют фактическую Duty

95% (при составе смеси в цилиндрах 11.5:1) – то есть уже на пределе.

Часть 4. Заключение.

Итак, в принципе, поставленная работа выполнена – машина на ходу и едет при этом. Но если почитать заглавие статьи и сравнить с желаемым, становится ясно, что 300 л.с. тут и не пахнет.
Во-первых, давление наддува выставлено минимально-возможное в данной конфигурации 0.65 – 0.69 бар (актюатор соединен шлангом напрямую с холодной части турбокомпрессора) при открытии дросселя 100% с 3500 до 6500 оборотов.
Во-вторых, безусловно, мощность пропорциональна изменению массового расхода воздуха, в свою очередь от которого зависит Injector Duty (процент использования форсунки). То есть данные форсунки позволяют снять до 72*4 = 288 л.с., но это на составе смеси порядка 13.3-13.5:1,то есть на 11.5 они смогут обеспечить 11.5/13.5*288 = 245 л.с. а не 300 л.с.
В-третьих, систему управления необходимо переделывать, так как есть – уже на пределе (хотя работает нормально)
В-четвертых, основной причиной того, что мощность получилась значительно меньше, является компактный выпускной коллектор от дизельного двигателя ЗМЗ 514.3 с диаметром выпускного отверстия всего 38мм. На турбине диаметр входного отверстия в горячую часть 50-51мм! Коллектор просто душит мотор, отсюда после 4500 заметно падает тяга, и пик массового расхода приходится всего на 5000 об/мин, вместо запланированных 6600 и выше.
На стенд замерять мощность и момент я не ездил, так как даже желания не было, однако примерно прикинуть довольно не сложно:
1) по методу Andy Frost’a мощность равна примерно трети массового расхода воздуха (выведено экспериментальным путем, сильно зависит от механических потерь в двигателе), поэтому 690/3 = 230 л.с.
2) Второй метод основан на duty форсунок. Так как максимальная мощность на данных форсунках может быть примерно 245л.с. на составе смеси 11.5:1, а реальный процент их использования примерно 95%, то 245*0,95 = 232 л.с.
Так оба метода выдали практически одинаковое значение, то можно полагать, что мощность действительно в пределах 230л.с.
Еще раз хочу подчеркнуть, что это примерные значения, точные значения получить можно только стендовым замером.

Следующим этапом будет устранение всех нехороших моментов, описанных выше, а именно:
1) Изготовление и установка нормального выпускного коллектора
2) Замена распредваолов на 270гр. 10.6мм
3) Перевод системы управления на ДАД (как уже было упомянуто, система управления работает по ДМРВ, однако в системе присутствует и ДАД для сбора информации о текущем давлении и для разработки новой модели расчета циклового по показаниям ДАД)
4) Исходя из пункта 3 разработка и создание нового ПО для управления спортивными и турбокомпрессорными двигателями на базе Микас 7.
5) To be continued….

Часть 5. Выражаются благодарности:
Рома (RomaGTR4WD) – за идею турбирования и собственно турбокомпрессоры
Александр (Contros) – за создание нашего комплекса MOLT и помощь в настройке
Артем, Олег (McAutoTuner) – за консультацию по железным вопросам и за стальную прокладку ГБЦ
Сергей, Сергей (PASSIK) – за помощь в изготовлении впуска и выпуска
Андрей (Andy Frost) – за консультации по части методов настройки и алгоритмов
Андрей (Mrak), Сергей (Grach) – за многочисленные поездки по магазинам автозапчастей
Emmibox/Maxi(RPD) – за подсмотренные на его сайте и в описаниях ПО некоторые алгоритмы и методы настройки…;-)
и моему любимому Котенку за поддержку 🙂 © Jetsamnaz, 2008

Отечественный двигатель "ЗМЗ-406 Турбо" является приемником классического аналога, известного под индексом 402. Новый мотор несколько напоминает шведский «Сааб», корпус агрегата сделан из чугуна, распределительные валы имеют верхнее расположение. Силовая установка включает в себя 16 клапанов, гидравлические компенсаторы. Такая конструкция позволяет избавиться владельцу от частой регулировки клапанов. Привод ГРМ оборудован цепью, номинальный ресурс работы которой составляет не менее 100 тысяч километров. Несмотря на простоту конструкции, рассматриваемая установка гораздо «продвинутей», чем ее предшественник. Изучим особенности приспособления и отзывы пользователей о нем.

«ЗМЗ-406 Турбо»: характеристики

Ниже представлены параметры рассматриваемого мотора:

Годы выпуска – 1997-2008.
Питающая часть – инжектор/карбюратор.
Расположение цилиндров – рядного типа.
Число цилиндров и клапанов на каждом элементе – 4/4.
Перемещение поршня – 86 мм.
Компрессия – 9,3.
Объем «движка» – 2286 куб. см.
Показатель мощности – 145 конских сил при 5200 оборотах в минуту.
Экологический стандарт – «Евро-3».
Масса – 187 кг.
Расход горючего в смешанном режиме – 13,5 литров на 100 км.
Номинальный рабочий ресурс агрегата – 150 тысяч километров.
Установка – «Волга» 3102/31029/3110, (Газель, Соболь).

Модификации

В эксплуатацию поступили несколько моделей двигателя «ЗМЗ-406 Турбо»:

Карбюраторная модификация 406. 1. 10. Используется на «Газелях», потребляет бензин АИ-76.
Версия 406. 2. 10. Инжекторный мотор, устанавливается на «Газелях» и «Волгах».
Модель 406. 3. 10. Применяется на «Газелях» (АИ-92).

Основные неисправности

Двигатель «ЗМЗ-406 Турбо» чаще всего подвержен следующим неисправностям:

Гидравлические натяжные механизмы цепи ГРМ поддаются заклиниванию. В связи с этим возникает посторонний шум, отсутствие колебаний, дальнейшая деформация башмака, вплоть до разрушения всей цепи. В этом плане преимущество рассматриваемого двигателя заключается в том, что на нем не гнутся клапана.
Перегрев силовой установки. Подобная проблема – также не редкость. Как правило, такая поломка происходит вследствие забитого радиатора либо выхода из строя термостата. Изначально рекомендуется проверить уровень охлаждающей жидкости и наличие воздушных пробок в системе.
Увеличенный расход масла. Чаще всего, мотор «ЗМЗ-406 Турбо КИТ» испытывает данную проблему по причине износа сальников и маслосъемников на клапанах. Также неисправность иногда возникает из-за того, что между пластиной и крышкой клапанов образуется щель, через которую и происходит утечка масла. Для устранения проблемы достаточно снять крышку и обработать поверхность герметиком.

Прочие неполадки

Среди других, часто возникающих неисправностей двигателя «ЗМЗ-406 Турбо» можно отметить следующее:

Часто наблюдаются провалы тяги по причине выхода из строя катушек зажигания. После замены этих элементов работоспособность мотора восстанавливается моментально.
Стук в силовом агрегате. Эта неполадка возникает по причине износа гидравлических компенсаторов. Как заявляет производитель, срок службы этих деталей рассчитан не менее чем на 50 тысяч километров.
Износ поршневых пальцев, поршней и шатунных вкладышей, что также приводит к возникновению посторонних звуков в моторе.
Силовой агрегат троит. В этом случае следует проверить свечи, катушки и компрессию.
Наблюдается замирание силового агрегата. Чаще всего, «ЗМЗ-406 Турбо» глохнет в связи с нарушением работы проводов, датчика коленчатого вала или РХХ.

Кроме того, неоднократно наблюдаются сбои в работе сцепления «ЗМЗ-406 Турбо» и бензонасоса. В общем, причины неполадок характерны для всех отечественных моторов, включая низкое качество сборки. Тем неменее 406-я модель намного эффективнее и практичнее предшественника под номером 402. Для справки: на базе 406-го «ЗМЗ» разрабатывались моторы 405-й и 409-й серии, объемом 2,7 литра.

Форсирование

Одним из вариантов увеличения мощности агрегата является атмосферный способ с установкой дополнительных валов. На впуске монтируют забор холодного воздуха, ресивер с увеличенным диаметром. Затем распиливается ГБЦ, дорабатываются отсеки сгорания, увеличивается размер каналов. На следующей стадии усовершенствования мотора «ЗМЗ-406 Турбо» проводят установку облегченных Т-образных клапанов, пружин серии типа 21083 и новых валов, например, от ОКБ 38/38.

Использовать стандартную тракторную поршневую группу не имеет смысла. Приобретают новые поршни кованого типа, облегченный коленчатый вал. Производят балансировку узла. Настраивается прямоточный выхлоп на трубе диаметром 63 мм. В итоге мощность получится около 200 конских сил, а характеристики силовой установки станут иметь выраженную спортивную конфигурацию.

«ЗМЗ-406 Турбо»: тюнинг

Второй способ усовершенствования рассматриваемого двигателя заключается в монтаже наддува. Для того чтобы приспособление нормально переносило высокое давление, следует установить усиленный поршневой блок. Остальная конструкция идентична преобразованиям, проводимым при атмосферной модернизации.

Монтируется турбина типа Garrett 28 с соответствующим коллектором, пайпинги, интеркулер, форсунки 630 сс, выхлопная система на 76 мм, ДАД+ДТВ. Выходная мощность в результате получится не менее 300 «лошадок». При желании можно поменять форсунки на конфигурацию 800 сс, что позволит еще увеличить мощность двигателя, однако такая система приведет к быстрому износу агрегата. Потребуется монтаж нового компрессора, например Eaton M90. Затем нужна его точная настройка. Как показывает практика, такая модернизация позволяет получить мотор без провалов, тяга которого ощущается уже с низов.

Конфигурация системы впуска

Эта операция с применением нового набора ГРМ «ЗМЗ-406 Евро-2 Турбо» является одним из самых важных моментов, влияющих на параметры силовой установки. В рассматриваемой системе происходят волновые процессы, которые настраиваются на конкретный диапазон оборотов. В штатном исполнении узел имеет неоднозначные характеристики.

К плюсам можно отнести короткий впускной тракт, рассчитанный на высокую оборотистость. С другой стороны, впускные отверстия на фильтре имеют довольно малое сечение. Сам фильтрующий элемент отличается высокой производительностью и не требует замены на нулевой вариант, который сложен в обслуживании и не отличается высокой эффективностью.

Для улучшения производительности и наполнения цилиндров на высоких оборотах, специалисты рекомендуют убрать стандартный корпус атмосферного фильтра. Решение этой проблемы проявляется в монтаже системы «холодного впуска». В месте установки воздушного фильтрующего элемента оборудуется закрытый объем таким образом, чтобы воздушный поток попадал исключительно снаружи. Поможет в этом дополнительная перегородка.

Как вариант, можно ничего под капотом не отгораживать, а вывести заборник воздуха под бампер. Однако, в этом случае, возникает опасность получения гидравлического удара, при этом отмечается небольшое снижение мощности мотора.

Доработка ГБЦ

Эта операция сводится к шлифовке каналов, сглаживания всех острых остатков в отсеке сгорания и на донной части поршня. Для рассматриваемых моторов рекомендуется монтаж прокладки ГБЦ от агрегата 405.22 (Евро-3). Она сделана из цельного металла, является более надежной и тонкой. В результате это позволяет увеличить компрессию и экономичность двигателя.

На следующей стадии выполняется установка распределительных валов с увеличенным перемещением клапана. Для регулярной эксплуатации силовой установки в условиях города, специалисты советуют использовать пару валов типа 30/34.

Другие способы модернизации

Усовершенствовать мотор можно также путем установки набора ГРМ «ЗМЗ-406 Евро2 Турбо». Кроме того, производят монтаж коленчатого вала с увеличенным ходом кривошипного узла. Это даст возможность повысить рабочий объем до 2,5 литра. Дополнительно с новым коленвалом используют поршни со смещенным на 4 миллиметра пальцем. Он не должен выходить из плоскости блока и ударяться о ГБЦ.

Хорошим вариантом для силовых агрегатов рассматриваемой модели считается использование поршней с тонкими кольцами. Они позволят уменьшить динамические потери, что особо актуально для оборотистых движков. Как вариант, можно заняться облегчением поршневой и шатунной группы, но это не будет иметь особого эффекта на моторах с числом оборотов до 7 тысяч вращений в минуту. Снижение массы маховика на подобных образцах ведет к прерывистой работе, быстрому набору оборотов и такому же интенсивному их сбрасыванию. Это не очень удобно, особенно при перемещении в городе.

Отзывы

Как свидетельствуют отклики пользователей, мотор «ЗМЗ-406» – намного лучше своего предшественника в плане мощности и эксплуатации. Однако и он не лишен недостатков. В связи с этим многие владельцы проводят тюнинг агрегата. Как это сделать, было рассмотрено выше. Главное, не переусердствовать с доработками, поскольку излишние внедрения повышают характеристики установки, но и ведут к быстрому износу. Здесь нужно грамотно сопоставить получаемый эффект и предположительный рабочий ресурс. Стоит отметить, что после модификации любого мотора, требуется последующая настройка его системы управления. Помочь в регулировке конкретного мотора поможет программа Molt, которая оптимизирует работу каждого движка, в зависимости от его особенностей.

ЗАВОЛЖСКИЙ «ТУРБО»

ДВИГАТЕЛЬ ЗМЗ-5143.10 — ПЕРВЕНЕЦ ДИЗЕЛЬНОГО СЕМЕЙСТВА

ТЕКСТ / НИКОЛАЙ ШИШКИН,

НАЧАЛЬНИК КБ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ

Дизели ныне на равных соперничают с бензиновыми моторами, не уступая им в быстроходности, удельных энергетических показателях при лучшей экономичности. Такая ситуация сложилась относительно недавно: одним из первых сломал «тракторно-грузовой» стереотип двигатель «Штайр-М1», ставший, как известно, прототипом для нижегородских дизелей.

Вдохновленные примером австрийских двигателистов, многие фирмы взялись за разработку дизелей нового поколения. Рынок подсказывал: такие моторы будут востребованы! Имея в заделе самостоятельно разработанный бензиновый «406-й», в Заволжье решили, с учетом зарубежного опыта, конвертировать его в дизель.

Проектировать двигатель с воспламенением от сжатия мы начали в 1993 году в образованном специально для этого КБ. Нашей целью было сделать дизель, который по шуму, габаритам и оборотам соответствовал бы уровню современных бензиновых агрегатов и мог бы заменить их (или дополнить) в легких грузовиках, вседорожниках, легковых автомобилях. Общие черты конструкции определили, исходя в том числе из требований экологии: непосредственный двухстадийный впрыск, головка из легкого сплава с четырьмя клапанами на цилиндр и центральным расположением форсунок, турбонаддув, рециркуляция отработавших газов.

Эскизный проект мотора, максимально унифицированного с бензиновым ЗМЗ-406, рецензировали фирмы AVL (Австрия) и «Рикардо» (Великобритания), на чьи исследования опираются многие моторостроители. «Рикардо» согласилась помогать и в доводке агрегата. Опытный мотор ЗМЗ-406Д появился в 1996-м; а через пять лет начали мелкосерийное производство ЗМЗ-5143.10, который за это время далеко ушел от прародителя.

При проектировании, пожалуй, больше всего «досталось» головке блока цилиндров. Поначалу, на двигателе 406Д, клапаны располагались V-образно, как в бензиновом варианте, с углом между ними 35°. В головке появился третий кулачковый вал с приводом от одного из распредвалов. Он воздействовал на насосные секции, взятые из экспериментального рядного ТНВД (его использовали на опытном 2,5-литровом дизеле для брянской полуторки, так и не состоявшемся), откуда топливо поступало в форсунки.

Из-за V-образного расположения клапанов часть камеры сгорания пришлось разместить в головке блока.

Позже на моторе опробовали омские «электронные» насос-форсунки, которые позволили развить большее давление впрыска и выполнить всю конструкцию компактной. Увы, недостатки перевесили: из-за инерционности первых электромагнитных клапанов двигатель не набирал больше 2500 об/мин; к тому же требовалось немалое усилие для создания необходимого давления впрыска, которое передавалось на алюминиевую головку, значительно деформируя ее.

Насос-форсунки стали дополнительной нагрузкой и на цепи распредвалов — те вытягивались, нарушая точность впрыска. Построив несколько образцов ЗМЗ-406Д, мы убедились, что конструкцию надо корректировать; такие же рекомендации дали специалисты «Рикардо».

Первое и самое главное: камеру сгорания перенесли в поршень, а клапаны расположили вертикально. В прежней конструкции с большими «паразитными» объемами удавалось достичь заданной «экологии» (нормы Евро II) лишь ценой сверхвысокого давления впрыска. но развить 1,5–2 тыс. бар доступная топливная аппаратура пока не способна. Понадобилось также разделить приводы ТНВД и газораспределительного механизма, поработать с топливной аппаратурой. Сегодня конструкция такова.

Головка цилиндров выполнена из алюминиевого сплава. Вертикальные клапаны приводятся от двух распредвалов через одноплечие рычаги с роликами на игольчатых подшипниках. Клапанный механизм не нуждается в регулировках благодаря немецким гидроопорам INA. Сухари клапанов тоже импортные, фирмы ТRW, — отечественная промышленность не выпускает детали такой размерности.

Привод распределительных валов — цепной, двухступенчатый, подобный ЗМЗ-406. Однако длина цепей иная, а для натяжения взамен пластмассовых рычагов применили звездочку, которая в порядке обратной унификации опробована на бензиновых моторах. Натяжители цепи — гидравлические.

Блок цилиндров из специального чугуна. Отливка унифицирована с блоком бензинового ЗМЗ-406. Диаметр цилиндра — 87 мм, ход поршня — 94 мм (у бензинового «406-го» мотора — 92х86 мм). В картере блока располагаются специальные форсунки, через которые масло, поступающее из центральной магистрали, охлаждает поршни.

Коленчатый вал — оригинальный, кованый стальной с радиусом кривошипа 47 мм — поковку изготавливает КамАЗ. Вал упрочнен закалкой токами высокой частоты или азотированием наружной поверхности.

Шатун тоже делает КамАЗ. Чтобы сохранить высоту «406-го» блока (требование технологии), шатун укоротили. Вместо сталебронзовой втулки мы применили износостойкое покрытие рабочей поверхности верхней головки, снизив массу и себестоимость детали.

Поршень с камерой сгорания в днище выполнен из алюминиевого сплава с нирезистовой вставкой под компрессионное кольцо; юбка обработана антифрикционным составом «Моликот». Поршневые кольца — фирмы «Гётце». Наряду с поршнями собственного производства планируется применять изделия фирмы «Мале».

Топливную аппаратуру после всех экспериментов с отечественными опытными конструкциями выбрали все же «бошевскую». Нормы Евро II удалось выполнить на ТНВД с механическим регулятором! Это сразу снизило стоимость мотора. Впрочем, до того на образцах побывали «электронные» насосы «Лукас».

Специально для ЗМЗ-514 «Бош» доработал свой распределительный насос типа VE, который теперь развивает максимальное давление 1100 бар и имеет корректоры по наддуву и для прогрева двигателя зимой. ТНВД приводится от коленвала зубчатым ремнем типа VAZ 2112, закрытым защитным кожухом.

Форсунки фирмы «Бош» — двухпружинные, позволяют осуществить предварительный впрыск топлива, уменьшив тем самым шум процесса сгорания. Фильтр тонкой очистки топлива с ручным насосом, подогревателем, сепаратором воды — «бошевский», топливопроводы высокого давления — фирмы «Гуидо».

Турбокомпрессор — чешский, завода «ЧЗ-Страконице АС», также адаптирован «Гаррет», у которого выше КПД.

Оборудование. Кроме перечисленных импортных узлов и деталей, мы закупаем за рубежом свечи накаливания «Бош», генератор с вакуумным насосом — аналог того, что применяют на ГАЗ-560, и стартер мощностью 1,8–2 кВт. Урок преподал «406-й» мотор: лучше сразу применить импортный агрегат, чем получать рекламации на отечественные узлы. Впрочем, не исключаю, что со временем доля российских деталей в нашем дизеле вырастет.

ЗМЗ-5143 — базовый двигатель нового семейства (см. таблицу). Двигатель с механическим насосом удовлетворяет требованиям Евро II. Мотор можно оснастить ТНВД «Бош-VP30» или VP44 (посадочные места компонентов топливной аппаратуры и ТНВД практически не меняются) с электронным управлением. Такой агрегат уложится в Евро III. Проходит испытания вариант с охладителем наддувочного воздуха (интеркулером) — ЗМЗ-5145.10 почти на 10 кВт мощнее родоначальника.

Следующий шаг — ЗМЗ-5148.10 с аккумуляторной системой топливоподачи «коммон рейл», регулируемым сопловым аппаратом турбины, возможно, системой обработки отработавших газов. Дизель будет значительно мощнее предшественников и уложится в строгие нормы Евро III, IV.

Мы довольно далеко ушли от бензинового мотора — унифицированных деталей совсем немного, зато сохранены общие технологические процессы. Это позволяет наладить серийный выпуск заволжских дизелей относительно малыми средствами. Изначально мы вписывали мотор под капоты нижегородских и ульяновских машин; надеюсь, их потребители смогут в ближайшее время оценить нашу работу.

От редакции. Пока мотор ЗМЗ-514 в небольших количествах устанавливают на частные УАЗы и «газели» в заводском центре адаптации дизельных двигателей в Заволжье. По последней информации, УАЗ в этом году выпускает 100 дизельных машин: новый мотор поровну поделят старое и новое семейства. Очевидно, уже с 2003 года выпуск вседорожников, оснащенных ЗМЗ-514, будет быстро расти. Один из моторов, надеемся, найдет место под капотом UAZ 3162, проходящего испытания в редакции; так что эта статья не первая (ЗР, 1998, № 10; 2002, № 11) и не последняя.

Эволюция дизельных двигателей Заволжского завода (слева направо): ЗМЗ-406Д (1996 год); ЗМЗ-5143 (в мелкосерийном производстве с 2001 года); ЗМЗ-5148 (представлен в 2002 году).

Первый отечественный дизель НАТИ 1–60 спроектировали в 1931 году. В 1932-м изготовили пять 60-сильных моторов, однако конструкция агрегата оказалась сырой.

Первый дизельный автомобиль

Я-5 появился в 1934-м. На два пятитонных грузовика установили созданный годом раньше в «шарашке» — Особом конструкторском бюро ОГПУ, где работали арестованные инженеры, — мотор «Коджу» (Коба Джугашвили — партийная кличка и настоящая фамилия Сталина). Группа конструкторов под руководством Н. Бриллинга спроектировала шестицилиндровый агрегат объемом 10 л мощностью 87 л. с. Сборку двигателей вели на Ярославском автозаводе. Машины Я-5, оснащенные моторами с алюминиевыми блоком цилиндров и поршнями, чугунной головкой блока, неплохо показали себя в августе 1934-го на испытаниях с участием 27 зарубежных аналогов. Помимо автомобильного дизеля, в «шарашке» спроектировали агрегаты для трактора и подводной лодки. Последний назывался ЯГГ — в честь наркома внутренних дел Г. Г. Ягоды.

«Коджу» планировали выпускать в Уфе на заводе, который позднее перешел в ведение авиапрома, а в 1967-м начал поставлять моторы «Москвич-412» для АЗЛК.

Серийное производство отечественных двухтактных дизелей ЯАЗ-204 начали в 1947-м на оборудовании, завезенном из США. На грузовике ЯАЗ-200 (позднее — МАЗ-200) ставили агрегат — копию предвоенного американского «Джи-Эм-Си» серии 71.

Двигатель «Коджу» и его создатели. 1933 год.

Дизельный двигатель семейства ЗМЗ-514: 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — распредвалы; 6 — выпускной клапан; 7 — турбокомпрессор.