Блок цилиндров волга 2410

Легковой автомобиль ГАЗ 24 разрабатывался в середине 60-х годов двадцатого века, а в июле 1970 года уже полностью заменил предшественника ГАЗ 21. Соответственно, для новой «Волги» был создан совсем другой двигатель внутреннего сгорания, который собирался на Заволжском моторном заводе.

Классический автомобиль ГАЗ 24

Прототипом двигателей внутреннего сгорания (ДВС) ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401 служил мотор ГАЗ 21. Новый мотор принципиально были схож с силовым агрегатом «двадцать первой «Волги» и даже внешне похож на него. Но детали двигателей почти все были разные, и не взаимозаменяемы между собой в основной массе.

Видео:Блок двигателя газ 24Скачать

ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401

Общее описание

ЗМЗ 24Д – 8-клапанный четырехтактный четырехцилиндровый двигатель, имел верхнее расположение клапанов и нижнее расположение распределительного вала. Блок цилиндров и головка блока цилиндров (ГБЦ) были отлиты из алюминиевого сплава AL 4. ДВС предназначался для работы на бензиновом топливе Аи-93. Мотор ЗМЗ 2401 обладал такими же характеристиками. В отличие от ЗМЗ 24Д, ЗМЗ 2401 работал на бензин А-76. Топливная система оснащалась двухкамерным карбюратором К 126Г.

В свое время применение алюминиевого блока цилиндров (БЦ) и головки блока являлось новшеством и считалось передовой технологией. «Двадцать четвертые» моторы просуществовали без каких-либо изменений до 1985 года, когда на смену им пришло новое поколение двигателей ЗМЗ 402 и ЗМЗ 4021.

Заволжский моторный завод продолжал выпуск ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401, но в качестве запасного агрегата. Новые модели ГАЗ 2410 и их модификации с 1987 года комплектовались только новыми двигателями.

Технические характеристики ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401

Двигатели «двадцать четвертой» серии обладали следующими характеристиками:

• Количество цилиндров – 4;
• Диаметр поршня стандартного размера – 92 мм;
• Ход поршня – 92 мм;
• Количество коренных опор коленчатого вала – 5;
• Диаметр коренных шеек стандартного коленчатого вала – 64 мм;

Схема устройства коленчатого вала Газ 24 В масляный картер ДВС заливалось от 5 до 5,5 литров моторного масла (по разным данным), но по проверенным данным до полного уровня по масляному щупу требовалось пять с половиной литров. Моторы ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401 между собой имели только два отличия – это сама ГБЦ и штанги толкателей. У головки блока ЗМЗ 2401 была больше камера сгорания цилиндров за счет утолщения металла в этой области. Высота ГБЦ ЗМЗ 2401 равна 98 мм, у ЗМЗ 24Д этот параметр равен 94 мм. Различали ГБЦ, замеряя высоту штангенциркулем, опытные мотористы определяли различия на глаз. Штанги отличались по длине, у версии ДВС под 76-ой бензин они были длиннее на 4 мм. Пример мотора ЗМЗ 24Д под 76-ой бензин

Видео:ЗМЗ 402 (24Д) Сборка двигателя ремонтСкачать

ЗМЗ 402 и ЗМЗ 4021

В 1985 году началась серьезная модернизация «двадцать четверки». Изменения касались салона, кузова, тормозной системы. Коснулись они и двигателя. Что самое интересное, внутренняя «начинка» двигателя совсем не изменилась, и объем мотора остался прежним. Зачем же тогда затевалась вся эта модернизация?

Благодаря новшествам, ДВС стал более удобен в обслуживании и в ремонте. Затем, пусть немного, но увеличилась мощность двигателя. Согласно конструкторским задумкам, должен был увеличиться ресурс двигателя.

У новых ДВС в обозначении присутствуют цифры 10, то есть двигатели имеют индексы ЗМЗ 402.10 и ЗМЗ 4021.10. Но для упрощения полное название прописывать не будем.

Отличие двигателей ЗМЗ 402 от ЗМЗ 24

Так выглядит двигатель ЗМЗ 402 Между двумя типами двигателей присутствуют следующие отличия:

• Головка блока цилиндров. Спереди ГБЦ ЗМЗ 24 расположен водяной насос, у ГБЦ ЗМЗ 402 в этом место находится корпус термостата, а насос переместился на БЦ. На ГБЦ ЗМЗ 402 двойные пружины клапанов, в отличие от одинарных на ГБЦ ЗМЗ 24;
• Ось коромысел. На модели ЗМЗ 402 у оси по краям появились дополнительные стойки. Это позволило проводить более точную регулировку клапанов за счет более жесткой фиксации оси;
• Блок цилиндров. ЗМЗ 402 – водяной насос находится на передней части блока. ЗМЗ 24 – помпы здесь нет, в этом месте просто алюминиевый гладкий отлив;
• Карбюратор. ЗМЗ 402 – модель карбюратора К126Г, модель карбюратора – 151 (в дальнейшем модернизированный вариант К151С);
• Масляный насос. У моторов ЗМЗ 402 новый насос имел более крупные шестерни и корпус. За счет новшества повысилась его производительность;
• Шкив коленчатого вала. На двигателях ЗМЗ 402 стал применяться массивный шкив, который позволил увеличить крутящий момент ДВС;
• Водяной насос. Помпа ЗМЗ 24 была совмещена с корпусом термостата. У новых моторов помпа она совершенно другого вида и меньше в размерах. Предполагалось, что подшипникам помпы ЗМЗ 402 достаточно было заводской смазки, поэтому масленку в ней не предусмотрели;
• Совмещенный впускной и выпускной коллектор. ЗМЗ 402 – конструкция рассчитана на приемную трубу глушителя с двумя коленами. ЗМЗ 24 – коллектор рассчитан на одинарную приемную трубу.

Вернуться к оглавлению

Видео:[Волга] Отличие ГБЦ ЗМЗ 24Д ЗМЗ 2401 и ЗМЗ 402 ЗМЗ 4021Скачать

Форкамерный двигатель ЗМЗ 4022.10

В 1981 году Заволжский автозавод с целью повышения мощности силового агрегата создает новый экспериментальный двигатель, который получился переходным между ЗМЗ 24 и ЗМЗ 402. Мотор был задуман для новой «Волги» ГАЗ 3102, но он также устанавливался опытной партией и на «двадцать четвертые». В частности, в такси такие машины эксплуатировались.

Так выглядит новая Волга Газ 3102

Блок цилиндров ЗМЗ 4022.10 внешне почти не отличим от 402-ого двигателя, но был абсолютно другим внутри. Все отличия заключались в посадке цилиндров и в самих гильзах.

В отличие от легкосъемных гильз моторов 24 и 402, которые уплотнялись с блоком через медную прокладку, гильзы в блоке форкамерного двигателя фиксировались двумя резиновыми кольцами. Они «сидели» в посадочном месте так жестко, что их невозможно порой снять даже съемником. Кстати, такие блоки называли «кокильные».

Головка блока имела свою, особенную конструкцию. На каждый цилиндр была добавлена маленькая камера сгорания и один небольшой клапан. Принцип заключался в том, что горючая смесь сначала поджигается в этой камере (форкамере). Затем за счет «взрыва» происходит усиление воспламенения основной смеси, что способствует повышению мощности ДВС. Следует отметить, что паспортная мощность данного агрегата была заявлена 105 л.с. на 93-ем бензине, и мотор действительно был очень резвым и оборотистым.

Определить форкамерный двигатель на машине можно было сразу, открыв капот. Этот мотор выдавала алюминиевая клапанная крышка, которую невозможно спутать со штампованной стальной крышкой 24 и 402.

Соответственно, у ЗМЗ 4022.10 имелись свои детали, которые не взаимозаменяемы ни с какими другими:

• Совмещенный впускной и выпускной коллектор;
• Карбюратор;
• Ось коромысел;
• Головка блока цилиндров;
• Форкамерные клапана;
• Клапанная крышка;
• Прокладка коллектора.

В этом списке нет блока цилиндров и гильз поршневой группы. Дело в том, что блок и гильзы нашли свое применение в двигателях ЗМЗ 402.

Установленный мотор ЗМЗ 402

Мотор ЗМЗ 4022 оказался не слишком удачной задумкой. Он был очень капризным в настройках топливной системы. Довольно часто двигатели отказывались запускаться, приходилось часами крутить стартер, чтобы оживить мотор. Запуск мог произойти неожиданно, и в чем дело, понять не мог никто. По этой причине через три года решили отказаться от таких моторов.

На складах ЗМЗ оставались кокильные блоки и поршневые группы от мотора ЗМЗ 4022.10, и эти детали пустили в серию. Поэтому периодически при ремонте «четыреста второго» двигателя обнаруживалось, что на моторе стоит подобный агрегат. Внешне такой мотор можно определить по характерной отливке блока, и то не сразу, только опытным глазом.

Те ДВС, которые преподносили сюрпризы с запуском, все-таки «оживляли», метод был элементарный – брали ГБЦ всю в сборе от ЗМЗ 402 и переставляли. Правда, это стало возможно только после того, как пошел в серию 402-ой двигатель.

Видео:Порядок затяжки головки змз 402 газель волга уазСкачать

Неисправности, присущие моторам серии ЗМЗ 24

Неисправностью практически любого двигателя является повышенный расход масла и стук коленчатого вала. Другое дело, что у одних ДВС это «болезнь», а другие довольно стойко переносят перегрузки и масляное голодание. «Волговские» моторы относятся к группе стойких и закаленных, но болячки все же имеются.

Характерные признаки 24-ых моторов, какие присущи именно этим моделям:

• Течь масла заднего коренного подшипника;
• Износ постели или втулок распределительного вала, а также опор самих валов;
• Обрыв или проворачивание шестигранного привода масляного насоса;
• Срабатывание зубьев текстолитовой шестерни распределительного вала;
• Износ латунных втулок шатунов под поршневой палец.

Задний коренной подшипник

Течь масла заднего коренного подшипника знакома почти каждому «волговоду». Дело в том, что на месте стыка двух половинок сальниковой набивки со временем образуется щель. Сальниковая набивка под влиянием температуры «усыхает» и сжимается.

К тому же, неплотные соединения создаются из-за высыхания двух резиновых уплотнителей («сапожков» или «флажков»). Такая болезнь лечится прокладыванием хорошего маслостойкого герметика на стыках уплотнений. Конечно же, набивка и «флажки» при этом заменить необходимо. Когда операция проходит на месте (без снятия коленчатого вала), верхнюю набивку не меняют. Да и добраться до нее практически невозможно.

Замена заднего коренного сальника бесполезна, если поршневая группа дымит, а двигатель расходует масло. Избыточное давление в первую очередь «продавливает» именно это соединение. Если же забита система вентиляции картерных газов, масло тоже в первую очередь пойдет через «задний коренной».

Установка заднего коренного подшипника

Стоит прочистить систему вентиляции, течь задний сальник перестает.

Задний сальник может течь по причине изношенности коренных шеек коленчатого вала. Определяют износ шеек прослушиванием двигателя. При резкой подгазовке раздается глухой рык или стук в районе расположения коленвала. Стук очень характерный, его трудно с чем-то другим спутать. Здесь замена сальника не поможет, вал нужно шлифовать.

Постель распределительного вала

Видимо, не все отличия ЗМЗ 402 от ЗМЗ 24 были рассмотрены в этой статье. ЗМЗ еще модернизировал блок цилиндров в посадочном месте распределительного вала. На всех ранних выпусках «Волги» ГАЗ 24 алюминиевые блоки имели втулки под распределительный вал. Проблема заключается в том, что эксплуатация ДВС с низким давлением масла приводит к преждевременному износу опор распредвала и посадочного места этих опор.

Схема распределительного вала двигателя ЗМЗ 402

Замена втулок распредвала – дело хлопотное, но выполнимое в гаражных условиях. ЗМЗ выпускал ремонтные втулки, которые можно было установить вместо изношенных, необходимо было иметь набор разверток и немало терпения, времени и аккуратности. Валы успешно шлифовались под ремонтный размер, и больших проблем не наблюдалось.

Все стало хуже после того, как Заволжский моторный завод решил упразднить втулки, и решил устанавливать валы прямо в теле БЦ.

Такие безвтулочные блоки стали выпускать после 1985 года. Причем, это встречалось и на ЗМЗ 24, и на ЗМЗ 402.

Спустя некоторое время завод и вовсе отказался от втулок, что доставило и до сих пор доставляет немало проблем владельцам «Волг». В случае подобной неисправности остается два выхода – либо отдавать БЦ «втулить» на завод, где есть фрезерный станок, либо менять блок на другой блок цилиндров.

Шестигранный привод масляного насоса

На моторах ЗМЗ 24 привод трамблера одновременно является и приводом масляного насоса. Привод масляного насоса представляет собой шестигранник, который приводит в действие сам насос. Со временем шестигранник изнашивается и проворачивает в теле насоса, и если не следить за давлением масла, с мотором может случиться беда – застучит коленвал, потребуется капремонт. Обрывы шестигранника случаются, если замерзает масло в поддоне зимой. Поэтому за давлением масла нужно смотреть внимательно.

Шестерня распределительного вала

Стук шестерни свидетельствует об износе ее зубьев. Стучать она может довольно долго, но с заменой детали лучше не затягивать. Если обрыв зубьев произойдет в дороге, машина не заведется и дальше ехать не сможет. Автомобиль придется буксировать до ближайшей автомастерской.

Верхние втулки шатунов (под поршневой палец)

Под нагрузкой втулки шатунов имеют свойство изнашиваться. Это характерно для многих моторов с «плавающими» пальцами. Стук по причине изношенных втулок не слишком опасен, если он только начал появляться. Но затягивать с ремонтом не стоит, в результате может лопнуть поршневой палец. Тогда уже последствия будут плачевными. Стук изношенных втулок похож на стук распределительной шестерни, но отличается тем, что явно слышен под нагрузкой.

Видео:ЗМЗ-402 ремонт№7Скачать

GAZ24.RU

Видео:Волга ГАЗ-24 Доработка ГБЦ ( ЗМЗ-24Д, ЗМЗ-2401, ЗМЗ 402... ) - GAZ ROD ГаражСкачать

сайт о классических автомобилях ГАЗ

Видео:Дефектовка головки блока цилиндров Волга ГАЗ 24 | Из двух ГБЦ выбираем лучшуюСкачать

Двигатель

Видео:Двигатель ЗМЗ 402 . Ремонт . Сборка .Скачать

Введение

Говоря о двигателе «Волги», разговор хотелось бы начать не с конкретных моделей и модификаций, устанавливавшейся на ГАЗ-24, а с общего обзора всего достопочтенного семейства, последние представители которого до сих пор сходят с конвейера и идут на комплектацию автомобилей ГАЗ.

В первую очередь, конечно, нельзя не упомянуть его родоначальника — двигатель модели 21А, с 1957 года устанавливавшийся на «Волгу» ГАЗ-21; изначально он выпускался на самом ГАЗе, а в период с 1959 года по 1961 его производство постепенно было передано на Заволжский моторный завод:

Вопреки упорно ходящим слухам, данный двигатель разработан полностью с нуля в середине пятидесятых годов, был на тот момент абсолютно современен по своим техническим решениям (начиная с ультрамодной именно в те годы «квадратной» геометрии цилиндро-поршневой группы — 92×92 мм), и не имел ровным счётом никакой конструктивной или технологической связи с более ранними ГАЗовскими моторами (за исключение некоторых очень незначительных деталей, вроде некоторых уплотнений или крепежа).

Мощность его варьировалась от 70 л.с. в самой ранней версии до 85 л.с. в поздней экспортной, но наиболее распространённый вариант имеет 75 л.с.

Здесь и далее характеристики моторов ЗМЗ приведены «брутто», т.е. без учёта потерь на привод вентилятора и навесного оборудования или выпускную систему — как их и заявлял изготовитель (если не указано иначе).

Отличительные внешние особенности — очень характерной угловатой формы впускной коллектор под однокамерный карбюратор и расположенный над ним такой же квадратный выпускной коллектор, две отдельные крышки коробки толкателей, четырёхлопастной отштампованный из стали вентилятор системы охлаждения, «длинный» генератор постоянного тока, бензонасос с прозрачной стеклянной колбой (естественно, речь про мотор в заводской комплектации).

Как ни странно это может показаться, данный двигатель является лишь непрямым предком последующих двигателей «Волги», поскольку при переходе от него к моторами «24-го» семейства и далее в конструкцию и технологию производства агрегата было внесено такое количество изменений, что считать их модификациями одного двигателя можно лишь с огромной натяжкой. В сущности, неизменными при этом остались лишь межцилиндровое расстояние, у всех нижневальных двигателей ЗМЗ и УМЗ равное 116 мм, размерность цилиндро-поршневой группы (92×92 мм), диаметры коренных и шатунных шеек коленвала и общая архитектура двигателя. Всё остальное отличается, и весьма сильно, несмотря на взаимозаменяемость многих узлов в сборе (к примеру, ГБЦ от мотора ГАЗ-24 ставится на блок 21А в сборе, но по конструкции полностью отличается от родной «21-й» головы).

Двигатель 21А является, как говорят в эволюционной биологии, «последним общим предком» нижневальных четырёхцилиндровых двигателей ЗМЗ и УМЗ — после него эволюция данного семейства пошла по двум совершенно различным ветвям.

Первая из них — это двигатели Ульяновского моторостроительного завода (УМЗ), которые до середины 2000-х годов шли на комплектацию автомобилей УАЗ и которыми с 2004 года по настоящее время комплектуются лёгкие грузовики ГАЗ. Именно они являются более-менее прямыми потомками «21-вого» двигателя, причём первые из них отличались от исходника лишь незначительно, в частности — полнопоточным масляным фильтром вместо двухступенчатой системы очистки. И в дальнейшем развитие двигателей этой ветви (451, 414, 417) шло по пути незначительных модификаций, без глобальных изменений при переходе от одной модели к другой, причём многие идеи ульяновцы заимствовали у тогдашних новинок Заволжского завода, но при этом переиначивали их на свой лад.

Тем не менее, эти изменения накапливались, пока в конечном итоге не привели к появлению на свет качественно иного двигателя. УМЗ-421 за счёт большего диаметра поршней (100 мм) имел рабочий объём 2,89 л и более подходящие для внедорожника характеристики, а его блок цилиндров получил полностью иную, более современную конструкцию с несъёмными сухими гильзами. По сути это уже совершенно новый мотор, который со старыми нижневальниками ЗМЗ и УМЗ роднит лишь технологическая преемственность, обусловленная задействованием в его производстве имеющегося производственного оборудования для обработки блоков, заготовок коленчатых валов и т.п.

Совершенно по другому пути пошло развитие нижневальных четырёхцилиндровых моторов Заволжского моторного завода, до недавнего времени устанавливавшихся на автомобили ГАЗ — там от «21-вого» агрегата остались лишь общая компоновка и геометрия цилиндро-поршневой группы, по конструктивным и технологическим решениям же более поздние двигатели ЗМЗ полностью от него отличаются, в частности — имеют полностью иную конструкцию блока цилиндров (кроме малосерийного 4022 и сделанного на его основе сравнительно редкого 410).

24Д и 2401 — силовые агрегаты ГАЗ-24 и 24-01, серийно выпускавшиеся и ставившиеся на автомобили «Волга» с 1968 года по 1985. Мощность 95 и 85 л.с. соответственно, отличаются степенью сжатия и используемым топливом. Основное внешнее отличие от более поздних моторов — расположенная высоко на головке блока «помпа» системы охлаждения, с характерным «рогом» для патрубка радиатора сверху на ней.

Внешне от 21А отличаются впускным коллектором скруглённой формы под двухкамерный карбюратор и таким же скруглённым выпускным коллектором, пластмассовым шестилопастным вентилятором, полнопоточным масляным фильтром, смонтированным прямо на блоке слева, генератором переменного тока, бензонасосом с цельнометаллическим корпусом.

• 4022.10 — силовой агрегат «Волги» ГАЗ-3102 выпуска 1981—1994 годов. Форкамерный, мощность 102 л.с. Этот мотор стоит особняком среди всех остальных в семействе и явно заслуживает отдельного рассказа (см. статью о ГАЗ-3102). Внешне полностью отличается от других моторов семейства, имеет литую алюминиевую крышку головки блока, которую сложно с чем либо перепутать.

С точки зрения эволюции двигателей ЗМЗ он представлял собой «шаг вперёд — полшага назад»: у него полностью своя головка блока с 12 клапанами (8 основными и 4 вспомогательными) и оригинальной форкамерной системой поджига рабочей смеси, но при этом конструкция блока цилиндров является частичной отсылкой к более раннему блоку двигателя 21А (с сохранением большинства положительных качеств, отличавших более поздние моторы от 21-вого).

По многим показателям данный двигатель должен был бы считаться лучшим в семействе, но такой оценке явно мешает та самая форкамерная система поджига, оказавшейся на практике, мягко говоря, крайне спорным решением, а также другая отличительная особенность данного мотора — система ступенчатого пуска воздуха. В итоге, мотор так и остался относительно малосерийным — за 10 с лишним лет выпуска им было укомплектовано не более 30 тыс. автомобилей.

• 402.10 и 4021.10 — силовые агрегаты ГАЗ-24-10 с 1985 года, ГАЗ-31029, ГАЗ-3102 после 1994 года, а также части ГАЗ-3110, некоторых ГАЗ-31105 самого раннего выпуска и (в других модификациях) ГАЗелей. Мощность — 98 л.с.

Главное внешне отличие от позднего 24Д/2401 — низко расположенная на блоке цилиндров «помпа» с уходящими вбок отростками под шланги. Фактически обновленная версия 24Д/2401, построенная с использованием отдельных конструктивных решений 4022.

Сходства между ними явно больше, чем различий, так что будет вполне допустимо рассмотреть их в какой-то степени совместно, лишь время от времени заостряя внимание на принципиальных отличиях. Тем более, что по сути вся эта линейка двигателей представляет собой последовательные этапы модернизации одной и той же конструкции с постепенным повышением её характеристик и внесением в неё различных изменений и усовершенствований (402-й мотор из этой линии несколько выбивается, так как по сути был «дежурным обновлением» массового 24-того с использованием отдельных конструктивных решений на тот момент уже существовавшего, но при этом более прогрессивного, малосерийного 4022.10 — то есть, по сути сознательным шагом назад, а не вперёд).

Сразу отмечу, что здесь мы ограничимся рассмотрением лишь двигателей, принадлежащих к этому семейству. Малосерийные варианты «Волги» с V8, импортными шестёрками и дизелями мы затрагивать не станем — для них будет свой раздел.

Также достоин упоминания родственный вышеупомянутым двигатель 410.10 рабочим объёмом 2,89 литра, который представляет собой своего рода гибрид 4022.10 (конструкция блока цилиндров) и 402.10 (остальное) с поршнями диаметром 100 мм. При той же максимальной мощности, что у ЗМЗ-402, он выдаёт заметно больший крутящий момент, а значит — заметно мощнее его на малых и средних оборотах. Этот мотор создавался как «ответ» на ульяновский УМЗ-421 и с завода на легковые автомобили не ставился, но довольно широко применялся на ГАЗелях и УАЗах. Иногда его ставили и на «Волгу» в качестве тюнинга. Впрочем, ещё до его появления спортсмены нередко собирали свои варианты 2,9-литровых гоночных моторов из штатных, как правило на базе более жёсткого 21-ого блока цилиндров.

Видео:блок цилиндров змз 402. установка гильз. газ 3110 волгаСкачать

Конструктивные особенности

Что же представляли собой волговские двигатели с конструктивной точки зрения ?

В целом это достаточно типичные двигатели схемы OHV (Overhead Valve), то есть, с верхним расположением клапанов (в головке цилиндров над камерой сгорания — а не сбоку от цилиндров, как в нижнеклапанных моторах) и нижним расположением распределительного вала (в блоке цилиндров — а не в головке, как у «Жигулей» и почти всех современных легковых моторов). Привод клапанов у моторов такой схемы осуществляется через длинные штанги толкателей, соединяющие низко расположенный распределительный вал с коромыслами, непосредственно взаимодейтвующими с клапанами.

Такая конструкция газораспределительного механизма (ГРМ) обуславливает весь набор основных преимуществ и недостатков двигателей данного типа. Так, большая длина и инерционность передаточного звена ГРМ обычно не позволяет поднять число оборотов выше 5,5. 6 тыс. об/мин, а на практике «гражданские» моторы с таким ГРМ как правило выдают свою максимальную мощность всего лишь при 4,5. 5 тыс. об. При этом двигатели с клапанным механизмом OHV являются относительно простыми по устройству, нетребовательны к смазочным материалам (по сравнению с верхневальными), имеют небольшие габариты по высоте (из-за нижнего расположения постели распределительного вала, не занимающей места в головке блока).

В целом, моторы типа OHV сегодня часто воспринимаются как своего рода «промежуточное звено» между совсем архаичными нижнеклапанными и современными верхневальными двигателями. Однако в историческом отношении такой подход является контрпродуктивным, поскольку для своего времени данная схема ГРМ была вполне технически совершенной и соответствующей запросам эксплуатации автомобилей.

Также следует отметить, что в воззрениях на нижневальные моторы присутствует региональный «уклон». В Европе от них отказались достаточно быстро, уже в 1960-е годы начав массовый переход на верхневальные схемы ГРМ (через промежуточные варанты: с распредвалом, высоко расположенным в блоке и короткими штангами, или даже валом в головке, без штанг, но с сохранением общей конфигурации толкателей и коромысел — т.н. схема CIH). В то время как в Америке они доминировали вплоть до 1980-х и даже 90-х годов.

Такие моторы появились очень давно, ещё в самом начале XX века, и имели определённое хождение в довоенные годы, в том числе — и в СССР (НАМИ-1, ЗИС-101). Однако действительно массового распространения они долго не получали. Причины этого называют самые разные, например — по сравнению с нижнеклапанными моторами они более шумны. Но наиболее вероятным главным сдерживающим фактором было то, что при доступных до войны сортах бензина и смазочного масла значительное усложнение конструкции двигателя при переходе от нижнеклапанной компоновки к верхнеклапанной OHV попросту не давало большого эффекта — низкое октановое число бензина не давало повысить степень сжатия, а примитивные смазочные масла не позволяли поднять число рабочих оборотов и форсировать мотор за счёт более напряжённого рабочего процесса. Поэтому довоенные нижнеклапанные и верхнеклапанные моторы имели примерно одинаковую удельную (с 1 литра рабочего объёма) мощность при примерно том же числе максимальных оборотов. При этом эксплуатационные преимущества были во многом на стороне «нижнеклапов».

Кроме того, до войны по целому ряду соображений двигатели конструировались с относительно малым диаметром цилиндра, и при этом — большим ходом поршня, то есть — были длинноходными. Например, у двигателя ГАЗ-11 (аналог Chrysler Flathead) это соотношение составляло 82×110 мм, у фордовского «плоскоголового» V8 в наиболее массовой 3,9-литровой версии — округлённо 81×95 мм . При нижнеклапанной компоновке малый диаметр цилиндра был в принципе необходим, так как сбоку от цилиндра необходимо было выделить место для размещения клапанов. Кроме того, длинный рабочий ход позволял «снять» за один рабочий такт больше крутящего момента. При сравнительно невысоких скоростях движения такой подход был предпочтителен. Проистекающим же из него недостаткам — высокой средней скорости поршня, повышенному износу стенок цилиндра и поршневых колец и ограниченным максимальным оборотам двигателя — большого внимания ещё не уделяли. Только перед самой войной, и в основном в Германии, наметилось некое подобие перехода к более короткоходным, так называемым «автобанным», двигателям (Opel Kapitän — 80×82 мм).

Лишь в послевоенные годы сначала в Америке, а затем и в Западной Европе стали доступными высокооктановые бензины и высокосортные масла с присадками, которые дали верхнеклапанным моторам безусловное преимущество над нижнеклапанными в виде намного более высоких удельной мощности, рабочих оборотов и степени форсирования. А также началось массовое дорожное строительство, давшее возможность применить всё это на практике.

Дело в том, что верхние клапана давали возможность поднять степень сжатия настолько, насколько это позволяло октановое число используемого бензина — в то время, как у нижнеклапанного двигателя степень сжатия ограничена примерно 7,5. 8:1, так как при её дальнейшем повышении у этих моторов резко ухудшается наполнение цилиндров топливовоздушной смесью из-за особенностей газообмена и конструкции камеры сгорания. Кроме того, двигатели нового поколения проектировались с относительно короткоходной геометрией поршневой группы, то есть, диаметр цилиндра у них был равен ходу поршня или даже превышал его — что было практически невозможно, или как минимум крайне неудобно, в нижнеклапанном моторе из-за бокового размещения клапанов, мешавшего увеличению диаметра цилиндров. Это позволило ощутимо поднять рабочие обороты, сделав двигатель более приспособленным к изменившимся дорожным условиям, а также значительно повысить ресурс поршневых колец и двигателей в целом за счёт уменьшения средней скорости поршня.

В итоге, если для нижнеклапанных моторов практически пределом были 30. 35 л.с. с 1 литра (без наддува, который в те годы использовался на серийных автомобилях в единичных случаях), то верхнеклапанные моторы схемы OHV при высокой степени сжатия могли с того же объёма выдать 45. 50 л.с. и даже больше, причём при заметно большем числе оборотов.

Первым верхнеклапанным двигателем нового поколения стал Oldsmobile Rocket V8 1949 года — пятилитровый V8 с короткоходной геометрией цилиндро-поршневой группы (95×87 мм), степенью сжатия 7,25:1 и клапанным механизмом типа OHV. И хотя сегодня его мощность в 135 л.с. выглядит смешно для такого рабочего объёма, для того времени это был очень «горячий» мотор — хотя и не выходящий за крайние пределы возможностей нижнеклапанных аналогов, но, в отличие от них, обладающий огромным потенциалом для дальнейшей модернизации. Более поздние его версии в 1960-х годах развивали уже до 345 л.с.

Хотя впервые новые технические решения были применены на моторах большого литража, побочным продуктом их внедрения стала возможность создания сравнительно малолитражных (по американским меркам, а по нашей классификации — среднего литража) двигателей с небольшим числом цилиндров, имеющих, тем не менее, вполне приемлемую мощность.

До войны для того, чтобы получить мощность порядка 80. 100 л.с., было необходимо ставить на автомобиль двигатель объёмом 3,5. 4 литра, шести- или восьмицилиндровый — прожорливый, сложный и дорогостоящий, крупногабаритный и тяжёлый, плохо подходящий для сравнительно небольшого и лёгкого автомобиля. Такой мотор выдавал свою мощность преимущественно «на моменте», а значит — под него приходилось проектировать тяжёлую и прочную трансмиссию, способную этот крутящий момент передавать на колёса, что тянуло за собой утяжеление всего автомобиля в целом. Именно это стало одной из причин отказа ГАЗа от дальнейшего развития линии автомобилей среднего класса с мощными многолитражными моторами и принятия для «Победы» силовых агрегатов со сравнительно скромными характеристиками (причём это касается как 50-сильной «четвёрки», так и не пошедшей в серию 2,7-литровой 62-сильной «шестёрки»). Теперь же такую мощность появилась возможность получить с четырёхцилиндрового двигателя вполне вменяемых габаритов и массы, относительно небольшого по объёму, но более форсированного, получающего свою мощность во многом за счёт большего числа оборотов при сравнительно умеренном моменте.

До СССР новые тенденции в моторостроении дошли несколько позже, в первой половине пятидесятых годов. И хотя у нижнеклапанных моторов оставалось немало сторонников среди инженерно-технических работников, делавших акцент на их положительных качествах — в первую очередь простоте, технологичности в производстве и нетребовательности к эксплуатационным материалам, к середине пятидесятых стало окончательно ясно: будущее за верхними клапанами, что в те годы на практике в большинстве случаев означало именно схему OHV. Именно тогда началось проектирование нового поколения двигателей для всех выпускавшихся на тот момент в нашей стране марок легковых автомобилей — «Москвич», ГАЗ среднего и большого литража и ЗИС/ЗИЛ.

При этом «Москвич» пошёл по пути глубокой модернизации двигателя текущего поколения, происходящего от довоенного опелевского, блок которого расточили до диаметра цилиндров 76 мм (при сохранении хода поршня в 75 мм) и «накрыли» полностью новой верхнеклапанной головкой. В итоге получился во многом компромиссный мотор модели 407 (1360 см³, 45 л.с.), в котором современные решения спокойно соседствовали с достаточно архаичными, а главное — не имевший особых перспектив «на вырост», поскольку дальнейшее существенное увеличение его мощности было фактически невозможно (максимум, что из него впоследствии удалось выжать сверх уже полученного — дополнительные 5 л.с. за счёт перехода на двухкамерный карбюратор).

ЗИЛ создал достаточно современные, но ничем особо не выделяющиеся большие V8 — легковой модели 111 и грузовой модели 130, с чугунными блоками цилиндров.

На ГАЗе же в первой половине пятидесятых годов был разработан рядный четырёхцилиндровый двигатель 21А для перспективного автомобиля среднего класса, а несколько позже — отчасти напоминающий его по техническим решениям V8 для модели ГАЗ-13. Главной особенностью этих моторов было использование алюминия в качестве материала блока цилиндров. С последнего, собственно, мы и начнём знакомство с конструктивными особенностями этих моторов.

Видео:ЗМЗ 402 течь прокладки ГБЦ со стороны коллекторов.Скачать

Блок цилиндров

Блок цилиндров — отливка из силумина (алюминиевого сплава) марки АЛ-4 (АЛ-9 на 21А), полученная самотёчным литьём в кокиль у двигателей 21А и УМЗ и литьём под давлением — у 24Д и более поздних моторов. Нижняя часть блока играет роль верхней части картера и содержит в себе постель коленчатого вала, верхняя — рубашки охлаждения цилиндров.

Логика использования именно алюминия как материала для блока цилиндров двигателя «Волги» в первую очередь связана с общими компоновочными решениями, применёнными на этом автомобиле. Дело в том, что платформа ГАЗ-21 была получена на основе шасси «Победы» путём выноса силового агрегата вперёд относительно колёсной базы, что стало возможным благодаря тому, что автомобиль больше не рассчитывался под длинный рядный шестицилиндровый двигатель.

И если у «Победы» мотор располагался примерно на две трети за осью передних колёс, то у «Волги» он разместился почти точно над ней. Это позволило вынести вперёд пассажирский салон и вывести задний диван из зоны между арками задних колёс, сделав его более просторным, но поставило жёсткие условия относительно массы двигателя — избыточный вес над передней осью грозил не только ухудшить устойчивость и управляемость автомобиля, но и, что более важно, увеличить износ передней подвески. Наилучшим же способом облегчить мотор было использовать в его конструкции лёгкие сплавы.

Разумеется, наверняка имелись и иные соображения, вроде лучших тепловых свойств алюминиевых сплавов, а также целого ряда технологических преимуществ, вроде возможности организации высокопроизводительного литья в металлические формы без песчаных стержней и более высокой скорости мехобработки — благодаря всем этим факторам производство алюминиевого блока цилиндров получается чуть ли не вдвое менее трудоёмким, чем чугунного (например, для близких по конструкции, но выполненных из различных материалов, блоков цилиндров моторов ЗИЛ-130 и ГАЗ-53 трудоёмкость изготовления соотносится примерно как 10:6).

Сверху в него вставляются чугунные «мокрые» гильзы, служащие непосредственно стенками цилиндров. «Мокрыми» они называются в силу того, что непосредственно контактируют с циркулирующей внутри рубашки блока охлаждающей жидкостью; из этого происходят как преимущества (в первую очередь — хорошее охлаждение гильз), так и недостатки (повышается вероятность разгерметизации всей конструкции и попадания охлаждающей жидкости в цилиндры). Конструкция со съёмными гильзами обеспечивала возможность капитального ремонта блока цилиндров без использования станочного оборудования, заменой гильз вместе с поршнями на ремонтные.

Это общий принцип устройства, а вот в деталях блоки различных моторов данного семейства очень сильно отличаются друг от друга. В частности — конфигурация всех корпусных деталей моторов 21А / УМЗ с одной стороны, и 24Д / 2401 / 402 — с другой, совершенно разная; общие у них только некоторые размеры (вроде межцентрового расстояния цилиндров или расположения шпилек крепления ГБЦ), заданные использованием одного и того же специализированного станочного оборудования (например, многошпиндельных станков для расточки блоков цилиндров), менять которое было нецелесообразно.

Блоки цилиндров двигателей 21А и УМЗ, а также форкамерного 4022 — закрытые сверху, фиксация гильз в них производится по верхнему краю, а снизу они просто уплотнены резиновыми кольцами. Такой блок жёстче и прочнее, менее чувствителен к точности изготовления, мало подвержен короблению при перегреве, но менее технологичен, в производстве обходится дороже и обладает большей металлоёмкостью. Шпильки крепления головки у этих моторов вворачиваются в массивную верхнюю плиту блока и мало подвержены расшатыванию. С эксплуатационной точки зрения единственным его относительным недостатком является сравнительно плохое охлаждение самой верхней части гильзы, которая окружена алюминием блока, что может в теории приводить к перегреву камеры сгорания. Но на практике у малофорсированных двигателей с низкой степенью сжатия подобных проблем не возникало.

На двигателях 24Д и большей части выпуска 402 блок открыт сверху (и для компенсации этого дополнительно усилен в верхней части ребрами жёсткости); гильзы фиксируются в нём по нижнему торцу с герметизацией медными прокладочными кольцами. 24-ртый блок тонкостенный и очень лёгкий (17 кг) — на 5 кг легче, чем чугунный блок куда более компактного по размерам двигателя «Жигулей», что позволило достичь экономии материала. Он термически обработан с целью повышения прочности (закалка и старение) и пропитан специальной синтетической смолой для заполнения микропор и повышения герметичности. Использовавшийся для него производственный процесс был более эффективным и производительным, и при этом давал более высокое качество литья.

Гильзы отливались из чугуна и обрабатывались отдельно от блока. У некоторых модификаций сами гильзы также имели в верхней части достаточно длинную (более половины рабочего хода поршня) вставку из специального кислотоупорного износостойкого чугуна, повышающую долговечность зеркала цилиндра без излишнего удорожания производства.

Стоит отметить, что ГАЗ (до конца пятидесятых годов и пуска Заволжского моторного завода все моторы выпускались на самом ГАЗе) в своё время сумел избежать «детских болезней» принципиально новой конструкции при её освоении в массовом производстве, чему, вероятно, способствовала тщательная и длительная доводка мотора перед запуском в серию — из-за этого тогда даже пришлось несколько месяцев комплектовать серийные «Волги» ГАЗ-21 форсированными моторами от «Победы».

А когда в середине шестидесятых годов готовился к выпуску двигатель ГАЗ-24, для производства его блока цилиндров на Заволжском моторном была применена новая, высокопроизводительная технология отливки под давлением, аналогичная уже использовавшейся при выпуске грузовых V8 (для которых данная технология была применена впервые в мировой практике). Это позволило ощутимо повысить объёмы выпуска двигателей при одновременном повышении качества литья.

На момент своего появления в середине пятидесятых годов это был один из весьма немногих массовых моторов с алюминиевым блоком цилиндров в мире (сегодня их уже 85% от мирового выпуска).

Алюминий не только легче, чем чугун, примерно на 60% — он ещё и обладает почти вдвое большей удельной теплоёмкостью и более чем вдвое большей теплопроводностью (то есть, быстро прогревается и медленно остывает, а также лучше отводит тепло в окружающую среду — а значит, за счёт лучшего естественного отвода тепла можно уменьшить объём рубашки принудительного водяного охлаждения), а также лучшими литейными качествами, позволяя получать детали с более тонкими несиловыми частями для экономии материала и дополнительного снижения веса.

Хотя сама по себе такая конструкция была известна довольно давно — например, алюминиевый гильзованый блок имели довоенные немецкие автомобили марки Wanderer — к середине пятидесятых двигатели с алюминиевыми блоками имели очень небольшое распространение, в основном на малосерийных представительских или спортивно-гоночных машинах, например — двухлитровый четырёхцилиндровый мотор Ferrari Lampredi 500 или V8, устанавливавшийся на Roll-Royce Silver Cloud. Из относительно массовых моделей тех лет с алюминиевыми двигателями можно назвать пожалуй лишь Alfa Romeo Giulietta 1954—1965 годов и BMW 502 1954—1958. Также алюминиевые двигатели в те годы ставила на некоторые модели Skoda (тоже соцлагерь, что интересно).

Американская компания General Motors также экспериментировала с алюминиевыми двигателями с самого начала пятидесятых годов — в частности, именно один из ранних прототипов алюминиевого V8 стоял на известном концепт-каре Харли Эрла LeSabre 1951 года. В 1956 году — когда двигатель «Волги» уже готовился к массовому производству — начались работы над серийным образцом. Однако появившийся в 1961 модельном году серийный двигатель 215 V8 оказался проблемным: его преследовали постоянные проблемы с перегревом и пробоем прокладок головок блока, а сама алюминиевая отливка блоков была низкого качества, с большим количеством пор.

В результате уже к 1963 году GM пришлось отказаться от использования алюминия в блоках своих массовых моторов (алюминиевый картер двигателя остался у Chevrolet Corvair, но цилиндры были чугунные, съёмные, как у «Запорожца»), поставив крест на десятилетии дорогостоящих опытно-конструкторских работ. Возврат к этому материалу произошёл лишь в начале семидесятых, и вновь — с катастрофическими последствиями для надёжности, хотя уже и несколько по иной причине.

Производственная документация и оснастка на 215-й мотор впоследствии были проданы англичанам из фирмы Rover, которые довели силовой агрегат и технологию его производства до ума, после чего ставили его на самые разные автомобили — от спорткаров MG до «джипов» LandRover — до самого 2006 года. Кстати, именно одну из модификаций этого силового агрегата (3,9 литра, инжектор) в своё время ставила на «Волги» НАМИ и нижегородская фирма «Техносервис».

В 1961-63 годах алюминиевый мотор — рядную шестёрку в 225 кубических дюймов (3,7 литра) — предлагал Chrysler. Алюминиевый 225-й двигатель был выпущен ограниченным тиражом — всего 52 000 штук, и предлагался в виде опции. У него были несъёмные чугунные гильзы, непосредственно залитые в блок. Они его и сгубили: со временем из-за разницы в коэффициентах расширения материалов они отслаивались и блок терял герметичность. Кроме того, из-за состава используемых сплавов отмечалась повышенная коррозия при использовании в системе охлаждения воды.

В том же 1961 году свои алюминиевые двигатели представила и малоизвестная у нас компания AMC (см. также статью о них на английском языке) — и. тоже отказалась от них уже в 1964, по сути по тем же причинам — чувствительность к перегреву, коррозия и преждевременный выход двигателей из строя из-за разницы в электродных потенциалах и коэффициентах расширения алюминиевого блока и чугунных головки и гильз, а также — высокая стоимость производства.

За пределами США дела с освоением алюминия в двигателестроении шли лучше. В 1960 году очень удачный двигатель Cléon-Alu с алюминиевым блоком представила фирма Renault. За этим последовали Reliant (1962), Hillman (1963), Honda и другие.

Тем не менее, только на ГАЗ-е из алюминия делали даже массовые двигатели грузовиков ГАЗ-53, причём для мотора конфигурации V8 технология литья алюминиевого блока цилиндров под давлением была применена впервые в мире. На эту тему также см. статью «Блок цилиндров V-образного восьмицилиндрового двигателя, отливаемый под давлением» в журнале «Автомобильная промышленность», №11 за 1965 год, стр. 37-39. В ней рассказано про освоение данной технологии ГАЗ и ЗМЗ в сотрудничестве с иностранными партнёрами. Впоследствии «Москвич» тоже освоил выпуск алюминиевых двигателей для своих легковушек в конце шестидесятых годов, которое вскоре было передано на Уфимский завод авиамоторов, причём технология была предоставлена фирмой Renault (как и многие другие техпроцессы, внедрённые в ходе реконструкции завода).

Очень сложно отнести поплуярность в СССР алюминиевых двигателей на счёт дороговизны алюминия на Западе и дешевизны в СССР, так как Советский Союз, как раз, сильно отставал от тех же американцев в его производстве (в середине шестидесятых 60% мирового производства алюминия приходилось на США), к тому же алюминий всегда был и остаётся важным стратегическим сырьём, основным потребителем которого является авиация.

Так что, видимо, причина была всё же в другом: американские двигатели рассчитывались на выпуск в количестве сотен тысяч и миллионов, а при этом основную роль играли вопросы технологичности крупносерийного массового производства. Расточить за одну операцию на многошпиндельном станке цилиндры в отливке чугунного блока было, естественно, куда проще и и технологичнее, чем отдельно изготавливать блок и чугунные гильзы с довольно жёсткими допусками, а потом вручную устанавливать их в блок цилиндров с элементами подборки или подгонки по месту.

Видимо, такая конструкция просто плохо вписывалась в ориентированную на количественные показатели американскую систему производства, обходясь в рамках неё чрезмерно дорого и не вызывая у производителей желания доводить конструкцию и технологию производства алюминиевых двигателей до ума. Ведь машины отлично покупали и с чугунными. Кроме того, чугунный блок лучше выдерживал наплевательское отношение к обслуживанию, уже тогда характерное для американцев, в частности — мог долго работать при пониженном уровне воды / антифриза. При этом технические преимущества алюминиевого блока американские конструкторы понимали не хуже других: недаром в начале семидесятых годов GM так ухватилась за заведомо недоведённую технологию, позволявшую избавиться от тех самых гильз и ощутимо сэкономить на этом (см. статью).

А вот ГАЗ, с его меньшими масштабами выпуска, мог позволить себе использовать менее технологичные «на потоке» и сравнительно дорогие, но более технически совершенные и оборачивающиеся значительной экономией в процессе эксплуатации и ремонта автомобилей конструктивные решения — так же, как и европейские производители, использовавшие для своих двигателей алюминиевые гильзованные блоки, такие, как Rover, Jaguar, Hillman, BMW, многие французские фирмы.

Ещё одно из принципиальных отличий блоков 21А / УМЗ и 24Д / 402 — конструкция разъёма блока цилиндров с поддоном картера и, соответственно, нижней части блока.

У 21А и моторов УМЗ по сей день разъём картера проходит прямо по постели коленчатого вала, а поддон, соответственно, имеет две выштамповки в форме полукруга, повторяющих форму линии разъёма. Штатная прокладка поддона у этих моторов состоит из четырёх частей — двух плоских боковых и двух изогнутых, что делает обеспечение герметичности несколько нетривиальной задачей. Окончательно решить проблему герметичности позволила лишь недавно появившаяся в продаже силиконовая прокладка поддона для УМЗ-4216, представляющая собой цельный отформованный кусок силикона с залитыми в него шайбами.

Кстати, такая же конструкция постели коленвала применялась на многих американских двигателях относительно старой разработки, например — являющемся по времени разработки современником мотора «Волги» ГАЗ-21 Chevrolet Small-block V8 (на картинке ниже), а также рядных шестёрках и четвёрках GM. И при этом тоже неизменно подвергалась критике.

Что не особо мешало выпускать SBC до начала 2000-х годов, а в запчасти и для любителей тюнинга — и по настоящее время. Кстати, решение проблемы с течью масла для этих моторов точно такое же, как и для моторов УМЗ — цельная силиконовая прокладка поддона.

Ещё одна проблема такой конструкции — бугели (крышки коренных подшипников) коленчатого вала не опираются ни на что, кроме своей плоскости разъёма с постелью в блоке. Не лучшее решение с точки зрения жёсткости, как и материал бугелей (они легкосплавные). Тем не менее, на моторе, не крутившемся выше 4000 об/мин, всё это ходило вполне себе неплохо.

Начиная с 24Д на моторах ЗМЗ появился картер с прямой линией разъёма, проходящей ниже постели коленчатого вала, соответственно, прокладка — цельная. Бугели — из ковкого чугуна, их дополнительно поддерживают по бокам приливы стенок блока. Вместо шплинт-проволоки для стопорения гаек шпилек коренных подшипников были внедрены специальные стопорные пластины, поскольку шплинт-проволока не обеспечивала необходимую величину момента затяжки в услвоиях возросших нагрузок на детали КШМ.

На форкамерных 4022 и некоторых 402 поддон был сделан из алюминия и имел оребрение для улучшения теплообмена.

Сравнительно лёгкие поршни из закалённого алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния имеют стальные терморегулирующие вставки и три поршневых кольца — два компрессионных, одно наборное маслосъёмное, составленное из четырёх частей. У 21А компрессионные кольца имеют толщину 2,5 мм, против 2 мм у более новых моторов (не взаимозаменяемы !), а маслосъёмное — коробчатое чугунное. На заводе верхнее компрессионное кольцо устанавливалось более стойкое хромированное, а нижнее — лужённое; запчастные кольца мне встречались только лужённые.

Пальцы — плавающие, не закреплённые ни в шатуне, ни в поршне (хотя на практике сажаются в поршень с достаточным натягом, на горячую).

Шатуны — кованые стальные, со стержнями двутаврового сечения. На 24Д и далее — более тяжелые, массивные и прочные по сравнению с 21А. Длина между головками — 168 мм. На самых поздних УМЗ имеют длину 175 мм (за счёт более низкого поршня; кстати, эти поршни в варианте с D = 92 мм можно поставить вместе с длинными шатунами и на ЗМЗ, это уменьшит нагрузку на гильзу и в КШМ в целом, и при этом несколько повысит момент на средних и высоких оборотах).

Коленчатый вал — из высокопрочного чугуна, пятиопорный.

Шатунные и коренные подшипники — со сменными вкладышами: сталебаббитовыми у мотора 21А и старых моделей УМЗ, сталеалюминиевыми у 24 и далее.

Стоит отметить, что слухи о разительных отличиях в живучести и долговечности между сталебаббитовыми и сталеаллюминиевыми вкладышами сильно преувеличены.

Низкая долговечность была характерна для залитых баббитом подшипников коленвала и сменных цельнобаббитовых вкладышей (использовались на довоенных моторах), у которых толщина слоя баббита достигала нескольких миллиметров, из-за чего происходило его выкрашивание в процессе эксплуатации, и вкладыши ходили считанные десятки тысяч километров, после чего требовали шабровки или даже повторной заливки.

У сталебаббитовых вкладышей ГАЗ-21 толщина слоя баббита составляет лишь 0,35 мм и проблема выкрашивания для них малоактуальна (чем тоньше слой баббита — тем дольше он служит). Несколько худшая несущая способность баббита компенсирована большей шириной вкладышей и, соответственно, меньшими удельными нагрузками.

Часто менять сталебаббитовые вкладыши на старых моторах (раз в 40. 50 тыс. км) приходилось не из-за их износа, а из-за внедрения в них частиц загрязнений, которые, если вкладыши вовремя не заменялись, в свою очередь начинали изнашивать шейки коленчатого вала. Это происходило из-за несоврешенства системы фильтрации масла, не позволявшей осуществить его нормальную 100%-ю фильтрацию.

На многих современных моторах используются вкладыши, у которых фрикционный слой выполнен из того же баббита, но на подложке из бронзы — так называемые триметаллические; они считаются более надёжными и долговечными по сравнению как со сталебаббитовыми, так и со сталеаллюминиевыми (в СССР применялись на нижневальных моторах «Москвичей»). Такие вкладыши можно использовать исключительно при 100%-й полнопоточной фильтрации масла и ходят они как правило весь срок до капремонта двигателя (как и сталебаббитовые при нормальной фильтрации масла).

У большинства моторов 21А ширина коренных вкладышей 30,5 мм (вкладыш аналогичен переднему вкладышу моторов семейств ГАЗ-11 и М-20), а на последней шейке — 39,5 мм (уникальный для этого мотора). В настоящее время для этого мотора выпускаются наборы коренных вкладышей с шириной 25,5 мм, кроме последней шейки, вкладыш которой имеет штатную для этого мотора ширину. Кажется, на моторах УМЗ вплоть до 414 тоже используются широкие вкладыши.

Все вкладыши (и верхние, ставящиеся в постель, и нижние, стоящие в бугеле) имеют проточку — канавку для подачи масла. Дело в том, что у коленчатого вала 21А отверстие для забора масла в коренных шейках сделано только с одной стороны, соответственно, если поставить в бугели вкладыши без проточки, как на современных двигателях — половину оборота вала, когда это отверстие проходит вкладыш без проточки, масло к шатунной шейке почти не будет подаваться.

У 24Д и 402, моторов УМЗ начиная с 417, а также самых последних выпусков 21А — все коренные вкладыши по 25,5 мм, включая и заднюю шейку (несколько лучшие характеристики фрикционного материала и повысившееся качество моторных масел позволили уменьшить ширину вкладышей без ущерба для их долговечности, и тем самым снизить потери на трение). В документации на эти моторы чётко указано, что и верхний, и нижний коренные вкладыши коленвала имеют проточку и взаимозаменяемы друг с другом. Однако со временем в запчасти стали поставляться вкладыши нового типа — верхние с проточкой и нижние без проточки, что немало смутило покупателей. На практике «ходят» и те, и те. Видимо, с современными маслами, содержащими противозадирные и прочие присадки, нормальное смазывание шатунных шеек обеспечивается и без постоянной подачи масла. Тем не менее, всё равно многие при переборке двигателя покупают два комплекта коренных вкладышей и ставят все вкладыши с проточкой, в соответствии с конструкторской документацией на мотор.

Крышки коренных подшипников — дюралевые у 21А и ранних УМЗ, из ковкого чугуна у более поздних моторов. Передний конец вала уплотнён резиновым сальником, задний — сальниковой набивкой из асбестовой нити (на поздних УМЗ вместо неё стоит обычный сальник).

Сальниковая набивка — это уплотнение отверстия в торце блока цилиндров, через которое проходит задняя коренная шейка коленчатого вала. Сама по себе она имеет вид шнурка с рисунком плетения «ёлочкой», сплетена из асбестовой нити со специальной пропиткой и графитированием (на совсем музейных, ещё довоенных и первых послевоенных моторах могла быть даже из хлопчатобумажных нитей с пропиткой белым воском).

При сборке двигателя этот шнурок укладывается с натягом в специальную кольцевую канавку в постели коренного подшипника на блоке цилиндров и в держателе набивки, после чего набивка обжимается по размеру шейки, образуя колечко сальника. Когда картер заполняется маслом, набивка впитывает некоторое его количество, от чего слегка разбухает и плотно охватывает шейку коленвала, удерживая масло внутри.

Набивка, она же — rope rear main crankshaft oil seal, стояла практически на всех американских моторах эпохи 1940-х — 60-х годов, и на очень многих 1970-х — 80-х, например — фордовских 302 V8. Mercedes-Benz также использовал набивку в некоторых из своих двигателей до 1990-х годов. Эта набивка (каталожный номер A0019971241) подходит и на моторы ЗМЗ вместо штатной, с небольшой «доработкой напильником».

Кстати говоря, до 1940-х годов часто не было и набивки: присутствовал лишь маслоотражатель (oil slinger) — стальной диск на коленчатом валу, который, именно что — отражал вытекающее из двигателя масло, когда тот работал, отбрасывая его обратно в картер за счёт центробежной силы.

На двигателях ГАЗ набивка появилась в конце тридцатых вместе с документацией на крайслеровскую рядную шестёрку (в варианте от автомобиля модели Dodge D5, под каковым обозначением она часто и упоминается, хотя это и не вполне верно).

Когда эти двигатели были новыми, набивка в них работала в целом вполне адекватно, и ощутимо подтекать начинала лишь по мере естественного износа, после длительного простоя без проворачивания коленвала двигателя, либо как результат постоянного и ну очень уж жгучего отжига.

На изношенных и просто старых моторах она подтекает практически гарантированно, причём течь существенно усугубляется при наличии избыточного давления картерных газов (вследствие износа цилиндро-поршневой группы) и неработающей вентиляции картера — правда, в этом случае масло может выдавливать из мотора и другими путями. Замена набивки обычно требует частичной разборки двигателя. На моторах с сильным износом или биением посадочной поверхности под уплотнение на коленвале набивка течёт всегда, даже новая (и сальник тоже бы тёк, хотя вероятно, что и в меньшей степени — за счёт большей эластичности и наличия пружинки).

И да, это именно разрезной сальник из двух половин; это не самоделка, не тюнинг и не творчество владельцев, а вполне заводское решение. Кстати, в США выпускаются наборы для перевода моторов с набивкой на разрезной сальник.

Где-то с 1959 года «Шевроле» стал на некоторые новые двигатели вместо набивки ставить неопреновый разрезной (!) сальник из двух половин. Какое-то время это решение широко использовалось на двигателях GM, несмотря на то, что разрезной сальник постоянно преследовали течи масла.

Примерно тогда же сотсоящий из двух частей резиновый сальник заднего коренного подшипника коленвала появился и на моторе «Чайки» ГАЗ-13. Однако что-то пошло не так: вероятно, конструкция или технология изготовления сальника оказались неудачны, и он вызывал периодическое подтекание масла. Так что начиная с двигателя №241 он был заменён привычной жгутовой набивкой — видимо, при тогдашнем уровне технологий это было более надёжное решение.

Видео:Головка блока Газель, Волга, УАЗ 402 (ГБЦ) ЗМЗСкачать

Головка блока, впуск и выпуск

Головка блока цилиндров также выполнена из алюминия, в неё запрессованы направляющие втулки (8) из металлокерамики (металлографитная порошковая композиция) и сёдла клапанов из тугоплавкого легированного чугуна (7). У двигателя 24Д / 402 высота головки составляет 94,4 мм (под бензин марки АИ-93), у 2401 / 4021 — 98 мм (А-76).

Стоит отметить, что советский этилированный бензин АИ-93 имел октановое число по моторному методу (ОЧМ) в 85 единиц, и из современных топлив ему соответствует бензин АИ-95 (ОЧМ = 85). В инструкции к автомобилю также напрямую указано, что использовать топливо с ОЧМ ниже 85 в двигателе 24Д запрещается (естественно, заводская рекомендация дана с некоторым запасом).

На АИ-92 (ОЧМ = 83) двигатели 24Д, 4022 и 402 работают, но на пределе детонации. А учитывая неизбежные вариации между отдельными экземплярами двигателей и в качестве топлива — некоторые сочетания в некоторых условиях могут давать и детонацию.

Естественно, настройка опрежения зажигания в большинстве случаев позволяет «убрать» детонацию, но при этом частично теряются мощность и тяга, т.к. режим работы двигателя уходит в сторону от оптимального, предусмотренного при его проектировании, который достагается именно на бензине с ОЧМ = 85.

Так что стоит либо лить в бак всегда АИ-95, что соответствует требованиям производителя, либо, если вы совсем уж помешаны на экономии — хотя бы подмешивать его к АИ-92. А ещё лучше — поджать голову ещё немного (93. 93,5 мм) и переходить на АИ-95 окончательно.

Камера сгорания — самая простая, плоскоовальная с едва заметно выступом на вытеснителе в районе свечи зажигания. Как видно по отпечаткам цилиндров на фотографии ниже, камеры сгорания смещены в сторону относительно оси цилиндров — и сделано это так не случайно.

Вытеснители по бокам от камеры сгорания служат для завихрения смеси в конце такта сжатия, обеспечивая её лучшее перемешивание и более эффективное сгорание. Главный вытеснитель, больший по площади, расположен со стороны камеры сгорания, противоположной свече зажигания — благодаря этому движение рабочей смеси в камере оказывается направлено в сторону свечи, у которой к моменту поджига и оказывается сконцентрирована большая часть заряда, что позволяет быстро и эффективно поджечь его искрой. На дальнем же от свечи крае камеры сгорания остаётся лишь немного сравнительно холодной смеси в узком зазоре между днищем поршня и вытеснителем — это позволяет избежать её преждевременного воспламенения, то есть, детонации. Однако, в случае плоскоовальной камеры сгорания этот эффект менее выражен, чем при более эффективных асимметричной клиновой (двигатели ВАЗ, ЗМЗ V8) или полусферической («Москвич») камерах сгорания.

У двигателей с закрытым блоком и верхней фиксацией гильз (21А, 4022, 410) отверстия на плоскости ГБЦ для прохода охладающей жидкости (и ответные им на верхней плоскости блока) — круглые; у двигателей с открытым блоком и нижней фиксацией гильз (24Д/2401, 402) — треугольные.

При этом нужно чётко помнить, что у всех этих моторов, кроме 24Д/2401, отверстия в прокладке ГБЦ круглые, включая и 402-й мотор, у которого отверстия в самой ГБЦ треугольные; и только на 24Д/2401 отверстия в прокладке треугольные. Это связано с различным функционированием систем охлаждения этих двигателем, о чём мы ещё поговорим ниже по тексту. Путать друг с другом прокладки от разных моторов ни в коем случае нельзя !

У 21А и самых первых УМЗ впускные и выпускные каналы в головке имеют в районе окон прямоугольное сечение, и окончательно скругляются только у самих клапанов.

У более поздних моторов ЗМЗ, а также и поздних УМЗ начиная с 417, впускные каналы имеют практически идеальное круглое сечение, а выпускные — прямоугольные, но с сильным закруглением на краях, практически эллипсные; такая конфигурация считается более совершенной с точки зрения газовой динамики.

Интересно, что во всех вариантах головок каждый впускной и каждый выпускной канал имеет своё отдельное окно (всего их восемь) — это решение считается обычно более прогрессивным, чем широко использовавшаяся на моторах тех лет упрощённая конфигурация головки со спаренными («сиамскими» — Seamese) каналами соседних цилиндров, имеющими общее окно; например, на «четвёрке» 153 Chevy I-II и III-IV цилиндры имели общие впускные каналы, а II и III — общий выпускной канал, расположенный посередине головки, и только выпуск отработанных газов из I и IV цилиндров осуществлялся через индивидуальные окна.

Причин для этого видится две, и обе связаны с материалом, из которого изготовлен двигатель «Волги».

Во-первых — алюминиевый гильзованный блок из-за особенностей своей конструкции обуславливает достаточно большое межцилиндровое расстояние, что позволяет более свободно расположить каналы в головке, без необходимости их спаривать друг с другом.

Во-вторых — алюминиевая головка чувствительна к перегреву, и если бы в её средней части располагался общий выпускной канал сразу для двух цилиндров — это наверняка приводило бы к локальному перегреву головки с последующей деформацией, из-за чего у двигателя постоянно пробивало бы прокладку ГБЦ.

Даже несмотря на то, что в головке волговского мотора выпускные каналы двух средних цилиндров разнесены насколько это возможно далеко друг от друга, при его перегреве не является редкостью локальная деформация головки именно в этом месте, сопровождающаяся вдавливанием в тело головки шайб под гайками ГБЦ с последующим ослаблением затяжки и пробоем прокладки.

Американские же двигатели с чугунными блоками и головками цилиндров с одной стороны — были скомпонованы более плотно, а с другой — их материал был менее чувствителен к перегреву.

Отличие же в том, что у ГАЗ-21 впускной коллектор всё равно имеет всего две ветви (то есть, поток бензовоздушной смеси на выходе из коллектора «ударяется» в перегородку между впускными каналами I-II и III-IV цилиндров — решение далеко не оптимальное); в то время, как у ГАЗ-24 и далее каждому окну головки уже соответствует свой «персональный» канал коллекторов, более-менее точно повторяющий окно по форме (для того, чтобы добиться действительно точного соответствия, их необходимо ещё «доработать напильником»).

В целом, компоновка головки и конфигурация каналов в ней не вполне оптимальны — её пропускная способность ограничена из-за резкого изгиба каналов и выраженного выступания в них направляющих клапанов и даже приливов под шпильки крепления коллектора в крайних впускных каналах. Как итог — на высоких оборотах наполнение цилиндра ухудшается. Однако такая ситуация вполне стандартна для «гражданских» нижневальных двигателей со штанговым приводом клапанов и плоскоовальной камерой сгорания, и по меркам этой компоновочной схемы у поздних нижневальников ЗМЗ и УМЗ пропускная способность впускных каналов достаточно неплохая, хотя и всё ещё имеет определённый резерв для улучшения (в основном за счёт устранения производственных дефектов литья, спортсмены также несколько меняют саму форму каналов).

Стендовые продувки головки ГАЗ-24 показывают пропускную способность до 170 куб. футов в минуту (для сравнения, у ЗМЗ-406 получается примерно в полтора раза больше, до 240. 250 CFM, но там и распредвала два, и клапанов — по четыре на цилиндр).

Разрез ГБЦ мотора ЗМЗ-402.10 по впускному.

. и выпускному клапану. Фото © Mortis.

Избавиться от такого резкого перегиба каналов в головке при сохранении общей схемы газораспределения можно лишь применив полностью иную компоновку головки, с более острым углом подхода каналов к камере сгорания, что неминуемо увеличивает габариты и массу двигателя, без какого-либо серьёзного «прихода» в случае малофорсированной «гражданской» конструкции, ориентированной в основном на работу на малых и средних оборотах.

Наглядная демонстрация описанного принципа из статьи Википедии про портинг головки. Жёлтым цветом показан стандартный для OHV-моторов впускной канал с резким перегибом, голубым — улучшенный, подходящий к камере сгорания под углом примерно 45 градусов. Сразу же бросается в глаза, что вариант с «улучшенным» впускным каналом гораздо более громоздкий по высоте (а двигатель «Волги» и без того очень высокий из-за общей оси коромысел и других конструктивных решений). В общем — как и любые технические решения, данное тоже является компромиссом.

Интересное решение данной проблемы было найдено на американских моторах семейства HEMI фирмы Chrysler, в которых была применена полусферическая камера сгорания с плавно подведёнными к ней по радиусам полусферы впускными и выпускными каналами и двумя рядами клапанов, приводимых в движение через расположенные в два ряда в виде буквы V штанги толкателей:

Решение красивое с инженерной точки зрения, но не то чтобы особо практичное. При штанговом приводе клапанов такая конструкция получается громоздкой и достаточно сложной, а также не очень удобной в обслуживании — например, свечи у HEMI находились на дне глубоких колодцев, и извлекались с элементами акробатики. Но зато с несколько лучшими характеристиками по сравнению со стандартной конструкцией V8 с клиновыми камерами сгорания, что в особенности было актуально для более форсированных вариантов (вроде показанного на картинке 426 HEMI, использовавшегося на многих «маслкарах»).

Однако, даже фирма Chrysler считала эти двигатели излишне дорогими и нетехнологичными, ввиду чего ставила их только на сравнительно дорогие и/или «перформансные» машины, вроде Chrysler 300. А более массовые модели довольствовались упрощёнными моторы семейств Poly (с более технологичной в изготовлении полисферической камерой сгорания, у которой только впускные клапана имели улучшенную форму каналов, а также заметно упрощённым ГРМ), или Wedge (стандартные V8 с обычными клиновыми камерами сгорания).

В целом, схема двигателей Chrysler HEMI производит впечатление разработанной с единственной целью — при использовании полусферической камеры сгорания любой ценой сохранить привычное нижнее расположение распределительного вала. В случае V8 альтернативой могли быть только два верхних распредвала, по одному на каждую головку, и очень сложный по меркам тех лет привод ГРМ несколькими цепями — что, видимо, на тот момент не могло даже рассматриваться для массового автомобиля. Однако и сами по себе эти моторы никак нельзя назвать простыми и технологичными. До настоящего времени эта конструкция дожила не ввиду каких-то фундаментальных технических преимуществ, а ввиду того, что сама эта аббревиатура стала известнейшим брендом и выпускать автомобили с двигателями HEMI для «Крайслера» стало своего рода «фишечкой».

Кстати, на ГАЗе для ГАЗ-21 сначала тоже спроектировали мотор с полусферической камерой сгорания и цепным приводом ГРМ, однако в серию он так и не пошёл, а пошёл хорошо известный нам, который изначально предназначался для грузовика ГАЗ-56. Вероятно, это и правильно, поскольку с более сложным мотором явно возникали проблемы в процессе доводки, а большого выигрыша в характеристиках для «гражданской» машины он бы не дал, при более сложной и менее ремонтопригодной конструкции.

Ещё один вариант — наклонить весь двигатель направо, за счёт этого угол, под которым впускные каналы подходят к камере сгорания, становится более острым (так было сделано на нижневальных рядных шестёрках фирмы Chrysler, т.н. Slant Six, а также на четырёхцилиндровом моторе Pontiac Trophy 4). Камера сгорания при этом становится клиновой, и если для V-образных моторов такое решение абсолютно целесообразно из-за общей формы их блока цилиндров, то в рядном моторе приводит, опять же, к заметному росту габаритных размеров и массы агрегата (получается как бы «половина» V-образного мотора с «отпиленным» вторым рядом цилиндров).

И хотя теоретически идея четырёхцилиндровой «половинки» грузового или «чайковского» V8 выглядит в какой-то степени привлекательно, на практике в не особо форсированном серийном варианте каких-то особых преимуществ перед существующими моторами «Волги» она бы не имела — кроме, разве что, меньшей габаритной высоты, что позволило бы немного понизить и сделать более плоским капот.

Если уж и нужно было переходить на более сложную конструкцию — то сразу на верхневальную, как у двигателей «Москвича» и «Жигулей», которая сразу же дала бы существенный рост характеристик двигателя (и такой проект модернизации реально был разработан на УМЗ, но серийной реализации, увы, так и не получил).

Справа на ГБЦ расположены один над другим алюминиевый впускной коллектор (по заводской терминологии — впускная труба) и состоящий из двух частей чугунный выпускной коллектор. Соответственно, направление движения рабочей смеси в двигателе — петлеобразное (reverse-flow). Это улучшает очистку цилиндров от выхлопных газов, что особенно актуально для низкооборотных малофорсированных моторов, а также улучшает холодный пуск за счёт подогрева выпускным коллектором поступающего в двигатель воздуха.

У 21А-образных моторов все окна головки расположены на одном уровне, а выпускной коллектор в виде двух изогнутых «рогов» проходит над впускным, обхватывая его сверху:

У более поздних двигателей впускные окна головки расположены выше выпускных, что позволяет увеличить их проходное сечение, выпускной коллектор также размещён под впускным:

Расположение коллекторов с одной стороны двигателя позволило организовать газовый подогрев рабочей смеси. Впускной и выпускной трубопроводы контактируют друг с другом через оребрённую металлическую пластину, так что выпускной коллектор подогревает впуск, улучшая испарение топлива и смесеобразование, что особенно актуально при холодном запуске двигателя — благодаря подогреву от выхлопных газов впускной трубопровод двигателя быстро прогревается, способствуя более стабильной и равномерной работе двигателя при прогреве (по сравнению с более «медленным» и инерционным подогревом охлаждающей жидкостью, как, например, у автомобилей ВАЗ; но и остывает быстрее).

Тем не менее, подогрев впускного трубопровода выхлопными газами имел и недостаток в виде несколько сниженной термодинамическая эффективность двигателя из-за более высокой температуры воздуха на впуске (что для низкооборотного малофорсированного мотора было не особо актуально).

Кроме того, в жаркую погоду поступающий в цилиндры воздух мог перегреваться, что, в частности, обуславливало затруднённый пуск горячего двигателя, а в особо запущенных случаях — даже закипание бензина в поплавковой камере карбюратора. В этом случае пустить двигатель быстро удаётся только если открыть дроссельную заслонку и «продуть» цилиндры от лишнего топлива.

Журнал «Автомобильная промышленность», №1 за 1976 год:

В ходе эксплуатации двигателя ЗМЗ-24 выявились случаи затрудненного пуска горячего двигателя при повышенных тем­ пературах окружающего воздуха. Это объяснялось испарением топлива в поплавковой камере карбюратора и бензопроводах, что приводило к чрезмерному обогащению смеси.

Для устране­ ния этого недостатка совместно с Ленинградским карбюратор­ но-арматурным заводом им. Куйбышева [ныне ПЕКАР] введено разбаланси рование поплавковой камеры карбюратора на режиме пуска через отверстие в штоке ускорительного насоса. В результате разбалансирования поплавковой камеры из нее удаляются па­ ры топлива

Как видно, в поздних вариантах карбюратора К-126Г (примерно с 1976 года выпуска) этот недостаток должен быть устранён за счёт изменения конструкции штока ускорительного насоса, через который осуществлялаь «вентиляция» поплавковой камеры от паров бензина. Примерно тогда же появилась «обратка» в бак в магистрали бензонасоса, способствовавшая охлаждению самого насоса и карбюратора.

На карбюраторах К-151В и К-131А для автомобилей УАЗ (причём, как говорят — конкретно в их модификациях для тропического климата) эта проблема была отчасти решена конструктивно за счёт введения клапана разбалансирования поплавковой камеры — механический клапан при закрытой дроссельной заслонке или электромагнитный клапан при выключенном зажигании открывали канал, соединяющий поплавковую камеру с атмосферой или специальным адсорбером, поглощающим пары топлива, что облегчает горячий пуск.

У мотора 21А управление подогревом смеси во впускном трубопроводе было выполнено автоматическим — биметаллическая пружина на холодном двигателе держала заслонку выпускного коллектора открытой, перепуская часть выхлопных газов к впускному коллектору, а по мере прогрева двигателя — закрывала её, устанавливая минимальный подогрев смеси. На двигателем 24Д автоматику ликвидировали, установив ручной привод заслонки с двумя положениями — зимним и летним, который очень любит обламываться из-за сильной коррозии, которой подвержены все детали выпускной системы. Тем не менее, работоспособность данного узла вполне себе стоит восстановить, поскольку он действительно работает, улучшая пусковые качества двигателя зимой, летом же дополнительный подогрев впускной трубы совершенно ни к чему.

У двигателя 21А впускной коллектор имел прямоугольное сечение каналов; на 24Д появился новый, с более совершенным с точки зрения газодинамики эллиптическим профилем. Соответственно отличается и форма каналов в головке — у 24Д она лучше проработана.

Видео:ЗМЗ 402 поломки и проблемы двигателя | Слабые стороны ZMZ мотораСкачать

Газораспределительный механизм

Распределительный вал расположен слева в приливе блока цилиндров, привод осуществляется через малошумную текстолитовую шестерню, находя­щуюся в зацеплении с шестерней ко­ленчатого вала (если бы стояла стальная — двигатель был бы непереносимо шумным; впоследствии шестерня стала изготавливаться из капролона). Распредвалы у всех моторов данного семейства разные, хотя и взаимозаменяемы по посадочным местам. У распределительного вала мотора 21А высота кулачка равна 36 мм, у 24Д/2401 (24-1006010-04) и 402 (4022.1006015-20) — 41 мм, но профиль кулачков разный. Различается и материал — у 21А и 24Д/2401 распредвал кованый стальной, а у более поздних моторов встречаются валы из высокопрочного чугуна. У всех моторов семейства, кроме 402, постель распредвала имеет сменные втулки из стальной ленты, залитой баббитом. У 402 постель просто развёрнута в теле блока (при ремонте также втулится). Интересно, что диаметр всех шеек распредвала разный — уменьшается от первой до пятой с 52 до 48 мм, с шагом 1 мм. Это сделано для удобства обработки постели (для этого нужен специнструмент — ступенчатая развёртка постели распредвала).

Кулачки распредвала через короткие толкатели («стаканчики») приводят в действие дюралевые штанги (5), передающие усилие на коромысла (3), которые качаются на установленной на головке блока общей оси (конструкция, характерная в большей степени для моторов европейской школы, у американских двигателей обычно каждое коромысло установлено на отдельном пальце, что дешевле и проще, но уступает по надёжности схеме с коромыслами на общей оси). Длина штанг — 283 мм на двигателе 24Д (под АИ-92), 287 мм на 2401 (А-76) и на 21А ( 284,5 мм на экспортных вариантах со степенью сжатия 7,15 и 7,65).

Клапана (6) расположены в головке вертикально в ряд. Диаметр их по тарелке: у 21А впускной — 44 мм, выпускной — 36 мм; у 24Д и 2401 впускной — 47 мм, выпускной — 36 мм; у 402 впускной — 47 мм, выпускной — 39 мм. Диаметр стержней клапанов одинаков у всех моторов семейства — 9 мм.

На моторах 21А и ранних выпусках 24 маслоотражательные колпачки (в обиходе называемые грибками или зонтиками) были только на впускных клапанах, они устанавливались именно на сами клапана (на их стержнях для них были специальные проточки). Позднее появились более сложные и совершенные маслосъёмные колпачки сальникового типа (с пружинкой, 1 на рисунке), которые устанавливались на направляющие втулки клапанов, но всё ещё только впускных клапанов. У 402-го двигателя они стоят уже на всех клапанах.

Кроме того, на 402 появились сдвоенные клапанные пружины, которые были призваны повысить надёжность узла — при разрушении внешней пружины внутренняя удерживала клапан на месте, предотвращая дальнейшее повреждение мотора, а по другой версии — предотвратить вхождение в резонанс одинарной пружины за счёт наличия внутри неё второй пружины с другой частотой резонанса.

Такова названая заводом официальная причина, неофициальная же — в том, что в своё время смежники ГАЗа просадили качество одинарных пружин, отчего они и стали ломаться, так что потребовалась их замена на двойные. В любом случае стоит отметить, что клапанные пружины на этих моторах и изначально-то обычно слишком слабы (видимо, завод таким образом пытался предупредить повышенный износ распредвала и передаточных звеньев ГРМ при недостаточной подаче масла или его низком качестве, снизив усилия в зоне их контакта; кстати, если пружины планируется заменить на более сильные в порядке тюнинга — в двигатель станет обязательно лить только хорошее масло, имеющее высокие противоизносные характеристики — с соответствующими изменениями во всех остальных системах — уплотнениях, фильтрации масла и т.д.), а в процессе эксплуатации ещё и садятся, что ощутимо сказывается на мощности и приемистости.

Также у оси коромысел ЗМЗ-402 появились две дополнительные стойки по краям (24-1007107), положительно сказавшиеся на жёсткости конструкции.

У форкамерного двигателя 4022 полностью своя головка блока, с тремя клапанами на цилиндр (всего 12 клапанов): помимо двух обычных, впускного и выпускного, в ней имеются дополнительные клапана, через которые обогащённая смесь из третьей камеры карбюратора подаётся в форкамеры камер сгорания, вырывающийся из которых факел горячих газов осуществляет воспламенение основного заряда обеднённой горючей смеси. Привод этих дополнительных клапанов осуществляется от коромысел впускных (см. рисунок).

Видео:Как снять головку блока цилиндров УАЗ? Как снять ГБЦ УАЗ? УМЗ 417,421 ЗМЗ402Скачать

Система смазки и фильтрация масла

Смазка двигателя осуществляется под давлением, создаваемым расположенным в картере шестерёнчатым насосом, который имеет общий с прерывателем-распределителем системы зажигания привод от распределительного вала через шестерню. Масло подаётся под давлением к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, подшипникам распределительного вала, упорным подшипникам коленчатого и распределительного валов, втулкам коромысел и верхним наконечникам штанг толкателей. Пара «цилиндр-поршень» смазывается разбрызгиванием через отверстия в шатунах, а кулачки распредвала — маслом, стекающим из головки вниз по штангам и собирающимся внутри толкателей, через отверстия в стенках которых оно изливается на кулачки. Это общие моменты, теперь — немного об отличиях.

У двигателя 21А масло забирается из картера установленным на масляном насосе плавающим маслоприёмником в виде полого поплавка с фильтрующей сеткой, плавающего на поверхности масла и обеспечивающего его поступление в двигатель преимущественно из верхних и средних слоёв, содержащих меньше загрязнений (которые под действием силы тяжести опускаются на дно картера). Из насоса масло подаётся сначала в фильтр грубой очистки (ФГО), на тот случай, если насос всё же «хапнул» из картера что-то «не то», а из него — в расположенную внутри блока цилиндров продольно справа главную масляную магистраль. Через неё масло распределялось по всем смазываемым под давлением парам трения.

Фильтрация масла была двухступенчатой: всё масло, проходящее через систему, попадало только в фильтр грубой очистки с металлическими пластинами, а фильтр тонкой очистки со сменным картонным элементом был подключён параллельно масляной магистрали, так, что через него при каждом обороте проходило лишь сравнительно немного масла; видимо, конструкторы опасались, что при определённых условиях масляный нанос не сможет «продавить» через картонный фильтр тогдашние масла с их низкими эксплуатационными качествами из-за большого внутреннего сопротивления и в двигателе возникнет масляное голодание, что куда опаснее плохой очистки масла. Кроме того, фильтр тонкой очистки имел очень большое внутреннее сопротивление, а из-за этого — низкую производительность, что не позволяло прогонять через него всё масло, проходящее через насос.

При такой системе фильтрации в масле достаточно быстро накапливались загрязняющие частицы — фильтр грубой очистки задерживал лишь самые крупные из них, а неполнопоточный фильтр тонкой очистки лишь замедлял процесс накопления загрязнений, а не предотвращал его. Это и предопределяло очень небольшой интервал между заменами масла — всего 2. 3 тыс. км. Иногда масло темнело и раньше, что говорило о том, что фильтр тонкой очистки забился и перестал фильтровать вообще — в этом случае ставили новый фильтр без замены масла, и если масло ещё не достигало к этому времени предельного состояния — оно со временем очищалось, снова становясь светлым. Разумеется, такие чудеса были возможны только со старинными маслами (Автол, Индустриальное-50), которые не содержали присадок и по сути представляли собой обыкновенные средневязкие машинные масла, аналогичные использовавшимся для смазки станков и прочего промышленного оборудования.

С современными моторными маслами, содержащими диспергирующие и моющие присадки, такая система вообще нормально не работает — фильтр грубой очистки просто перестаёт что либо отфильтровывать, а фильтр тонкой очистки — быстро забивается, так что масло начинает идти в обход него практически без очистки. Именно поэтому от неё быстро отказались — уже на ближайшем потомке 21А из Ульяновска, УМЗ-451 1972 года, появился ВАЗ-овский полнопоточный масляный фильтр. Создатели же мотора 24Д пошли своим путём.

У 24Д и 402 маслоприёмник неподвижный, а масло из насоса подаётся частично в фильтр и далее по двигателю, а частично (при открытом кране) в маслорадиатор, проходя через который оно охлаждается и затем сливается обратно в картер.

Фильтрация масла в этих моторах полнопоточная — всё масло в системе при каждом обороте проходит через фильтр тонкой очистки со сменным бумажным элементом, за исключением режима прогрева, когда густое холодное масло направляется в обход фильтра за счёт перепускного клапана.

Привод масляного насоса в моторах семейств 24 и 402.

Ещё одно отличие — в приводе масляного насоса: у 21А и УАЗ-ов промежуточный валик, передающий вращение от распредвала на масляный насос, соединяется с валом масляного насоса через соединение типа «шип-паз», а у 24 и далее — через простой шестигранник (8 на чертеже). УАЗ-овцы утверждают, что шестигранник этот иногда срезает — впрочем, для этого, видимо, необходим брак самого валика.

Видимо, источник данного мифа таков («Автомобильная промышленнось», №1 за 1976 год, написано по материалам завода за 1971-73 годы):

При эксплуатации двигателя были случаи смятия граней ва­ лика привода масляного насоса. В настоящее время валик из готовляется из стали 40Х (вместо стали 40) с твердостью его рабочих поверхностей HRC 40—50 (вместо HRC 32—40). Кро­ ме того, увеличена длина валика. Эти меры исключили случаи смятия граней валика привода масляного насоса.

Как видно, не позднее 1973 года конструкция и технология производства валика привода масляного насоса были изменены, что по идее должно было прекратить поломки данного узла. Во всяком случае, впоследствии упоминания о таком дефекте из литературы исчезают.

Кроме того, на ГАЗ-24 и некоторых УАЗ-ах появился масляный радиатор для дополнительного охлаждения масла при тяжёлых условиях эксплуатации и в жару. Сама по себе идея эта вполне здравая, но, к сожалению, конкретная реализация её несколько невнятна и страдает от излишней упрощённости. Дело в том, что, во-первых, через маслорадиатор проходит лишь часть масла, выходящего из насоса (причём, судя по всему, небольшая), после чего оно сливается обратно в картер — остальное же масло идёт в фильтр и далее в масляную магистраль безо всякого охлаждения. А во-вторых — управление отбором масла в радиатор осуществляется вручную, краником, что значительно снижает эффективность работы системы, поскольку не даёт ей возможности подстраиваться под условия работы двигателя.

В более нормальной реализации, встречающейся, к примеру, на некоторых внедорожниках, используется термостат, который открывается при достижении маслом определённой температуры, после чего всё масло, выходящее из насоса, направляется в масляный радиатор и охлаждается в нём, и лишь затем подаётся в масляную магистраль. В том же варианте, который применён на «Волге», большого толку от маслорадиатора нет — зато падение давления с ним достаточно порядочное, да и подтекание масло из краника и шлангов не принадлежит к редким явлениям. Всё же, совсем убирать его не стоит, но использование оправдано лишь при действительно тяжёлых условиях эксплуатации — постоянно по пробкам, с прицепом и т.д.

Видео:Волга ГАЗ 24 Придание бодрости ЗМЗ-24Д Часть1Скачать

Система охлаждения

Система охлаждения всех волговских нижневальных моторов — жидкостная, закрытого типа, в общем стандартная по своему устройству, но с целым рядом нюансов в зависимости от модели.

Общей конструктивной особенностью всех моторов семейства, приём весьма положительной, является то, что «мокрые» гильзы цилиндров со всех сторон окружены охлаждающей жидкостью, включая развитые протоки между цилиндрами, что повышает эффективность теплоотвода. Тем не менее, назвать систему охлаждения этих двигателей идеально спроектированной вряд ли можно, так как на протяжении всего их выпуска в неё вносились постоянные изменения, призванные устранить те или иные вопросы к её работе.

У моторов 21А и 24Д / 2401 (а также УМЗ до 421) насос системы охлаждения монтировался на головке блока и прокачивал воду под давлением именно через головку, при этом током жидкости управляла проходящая в левой части головки штампованная водораспределительная трубка («флейта»), окна которой подводили холодную жидкость прямо к наиболее нагретым частям головки — сёдлам выпускных клапанов и бобышкам свечей. Охлаждение же гильз цилиндров происходило за счёт разности температур (термосифон) — горячая жидкость в рубашке охлаждения блока поднималась наверх в головку, холодная опускалась из головки вниз.

Эта система обеспечивала практически равномерное охлаждение всех цилиндров за счёт равномерной циркуляции ОЖ между блоком и головкой, а также равномерное охлаждение головки — за счёт наличия в ней водораспределительной трубки. В общем, для сравнительно малофорсированных моторов с относительно небольшим тепловыделением это был вполне подходящий вариант.

У моторов ГАЗ-24 с «помпой» на головке блока прокладка имеет треугольные отверстия (слева на картинке, каталожный номер 24-1003020 ). Ставить на них прокладку от 402 с круглыми отверстиями (справа на картинке) категорически нельзя, равно как и наоборот.

У 21А, 4022, 410 и вообще всех моторов с закрытым сверху блоком отверстия в прокладке тоже круглые (и повторяют конфигурацию верхней плиты блока, отсутствующей у 24Д/2401 и 402).

Опыт спортивного применения данных двигателей выявил недостатки системы охлаждения при жёстких режимах работы — интенсивности термосифонного охлаждения гильз для нормального охлаждения цилиндров при этом уже не хватало. Поэтому в ходе проектирования форкамерного мотора 4022.10, отличавшегося повышенным тепловыделением при работе, система охлаждения была полностью перепроектирована (см. ниже). Правда, даже среди современных спортсменов-«волгарей» есть и сторонники «старорежимной» системы с «термосифоном» в блоке.

Роль расширительного бачка изначально играл массивный верхний бачок радиатора. С апреля 1975 года систему охлаждения с завода стали заполнять антифризом, который имеет больший коэффициент расширения по сравнению с водой, что потребовало введения отдельного от радиатора расширительного (переливного) бачка, в который уходила часть расширяющегося при нагреве антифриза (иначе он просто выливался бы на улицу через пароотводную трубку, что и происходило в системах охлаждения автомобилей, выпущенных до 1975 года при использовании антифриза).

Забор горячей воды для отопления кузова производился через штуцер на правой стенке блока в районе 4-ого цилиндра, причём радиатор отопителя разместили достаточно высоко, чтобы вода из него легко сливалась самотёком при открытом кране в блоке. Из-за этого циркуляция охлаждающей жидкости через «печку» оказалась несколько затруднена и чувствительна к образованию воздушных пробок. Тем не менее, при исправном радиаторе эффективность отопителя вполне достаточная, и на ГАЗ-21, и на ГАЗ-24.

Жалобы отдельных владельцев на систему отопления связаны главным образом либо с плохим состоянием радиатора (в особенности это касается радиатора отопителя ГАЗ-21, имеющего неудачную конструкцию, с легко перегнивающей перегородкой между впускным и выпускным патрубком, после чего вода практически перестаёт циркулировать через его трубки), либо с неумением пользоваться как собственно системой отопления (увы, управление ей на обеих моделях сложно назвать интуитивным, требуется вдумчивое изучение инструкции), так и системой охлаждения двигателя в целом (конструкция которой подразумевает необходимость для поддержания нормального теплового режима зимой активного использования жалюзи радиатора, теплоизолирующего «намордника», снятия на зиму части лопастей крыльчатки, и т.п. меры).

В наибольшей степени на этих моторах изменялась конструкция термостата и малого круга системы охлаждения.

В изначальном варианте, применявшемся в системе охлаждения двигателя 21А (так называемая «четырёхшпилечная» помпа — по числу крепёжных шпилек вставной «полупомпы», причём — пикантная деталь — одна из шпилек располагалась прямо посередине канала для охлаждающей жидкости, разумеется, окружённая алюминиевой бобышкой), использовался «победовский» двухклапанный термостат модели ТС-6 / 20-1306010, сам по себе очень необычный, с полностью закрытым латунным корпусом в виде бочонка. При его срабатывании по мере прогрева двигателя открывался верхний клапан, который открывал воде доступ в радиатор, и одновременно нижним (перепускным) клапаном перекрывались отверстия в корпусе термостата, при прогреве перепускающие воду по малому кругу, канал которого располагался прямо в корпусе водяного насоса, обратно к крыльчатке.

Никакой другой термостат в родную раннюю 21-ю помпу ставить не следует: с одноклапанным термостатом при прогреве малого круга не будет вообще, так как вход в него будет начинаться уже после термостата — зато после открытия термостата вода пойдёт в основном именно по ничем не перекрытому малому кругу вместо радиатора, и машина закипит. По той же самой причине недопустима и эксплуатация вовсе без термостата без глушения канала малого круга (хотя она весьма нежелательна в любом случае).

В принципе, для возможности установки одноклапанных термостатов перепускной канал малого круга в крышке термостата можно задросселировать, уменьшив его сечение, или вообще перекрыть, а для оттока воды при закрытом термостате отверстием соединить нижнюю часть того же канала с полостью помпы ниже термостата. Т.е. фактически — переделать помпу по образцу нижеописанной поздней. Но смысла в этом нет — проще, ничего не портя, поставить вместо штатной позднюю (УАЗовскую) помпу в сборе.

На автомобилях той же модели позднего выпуска появилась (и впоследствии перекочевала на ранние УАЗы) полностью другая, т.н. «трёхшпилечная» помпа, в которой отсутствовал полноценный (перекрываемый клапаном после завершения прогрева) канал малого круга — вместо этого в корпусе помпы до термостата имелось небольшое калиброванное перепускное отверстие, через которое перекачиваемая по системе вода постоянно (в том числе частично и при открытом термостате) шла обратно в помпу. У неё также отличалась от ранней и прочая «начинка», вроде крыльчатки и сальника.

Термостат остался тот же самый, двухклапанный, но второй клапан в нём уже по сути никакой функции не выполнял. Вместо него спокойно ставятся современные одноклапанные термостаты — завод УМЗ со временем так и сделал, упростив конструкцию термостата и сделав его одноклапанным (ТС108).

Инженеры ГАЗа изначально пошли по тому же пути, и на первых выпусках ГАЗ-24 с двигателем 24Д была применена система охлаждения с одноклапанным термостатом 13-1306010-А, который работал только на закрытие и открытие радиатора. Малый круг системы охлаждения при этом тоже обеспечивался за счёт наличия в корпусе водяного насоса под термостатом постоянно открытого перепускного отверстия диаметром 9 мм, через которое вода при закрытом клапане возвращалась к водяному насосу.

Видимо, из-за утечек воды через постоянно открытое перепускное отверстие такая упрощённая система охлаждения работала не столь хорошо, как того хотелось бы конструкторам. Кроме того, при использовании воды или низкосортных антифризов, что для этих моторов было скорее правилом, чем исключением, оно со временем «зарастало» ржавчиной и прочими отложениями, пока малый круг системы охлаждения вообще по сути не прекращал существовать. Поэтому на двигателях 24Д более позднего выпуска вернулись к двухклапанному термостату (ТС107 / 13-1306010-01). Теперь при открытом термостате перепускное отверстие, диаметр которого увеличили до 30 мм, стало перекрываться нижним клапаном термостата. Улучшилась работа охлаждения как в режиме малого круга, так и при открытом термостате. Эта же конструкция перешла и на 402-й мотор.

На этом, впрочем, приключения термостата и малого круга системы охлаждения на моторах этого семейства не закончились — так, на «газелевском» 4025 опять перекроили конструкцию корпуса термостата, с уменьшенным до 18 мм перепускным отверстием малого круга.

Стоит отметить, что на двигатель с отверстием малого круга 9 мм можно устанавливать как одноклапанный, так и двухклапанный термостат (с последним она даже будет работать несколько лучше, хотя он для неё и не является штатным), однако на двигатель с отверстием малого круга 30 мм можно ставить только двухклапанный термостат, поскольку иначе охлаждающая жидкость даже при открытом верхнем клапане почти не будет попадать в радиатор, а вся пойдёт в малый круг, и двигатель перегреется.

Кроме того, двигатели с перепускным отверстием 30 мм и двухклапанным термостатом вообще недопустимо эксплуатировать без установленного термостата (например, при его выходе из строя), поскольку большая часть воды будет уходить по не перекрытому малому кругу и двигатель будут сразу же перегреваться.

На 4022 появилась, и позднее перешла на 402, «помпа», установленная на блоке цилиндров (на старом месте на головке остался только корпус термостата), что полностью изменило работу системы охлаждения: у этих моторов охлаждающая жидкость циркулирует под давлением как через ГБЦ, так и через блок цилиндров.

Причём для того, чтобы компенсировать большую эффективность работы системы в непосредственно близости от насоса — в протоках вокруг первого цилиндра, при недостаточной вокруг наиболее отдалённого от него четвёртого, была изменена конфигурация отверстий в прокладке ГБЦ — в районе первого цилиндра они были уменьшены, а в районе последнего — добавлены дополнительные (каталожный номер прокладки: 4021-1003020 или 2410.1003020 ).

Отмечаемые на некоторых двигателях с такой системой охлаждения проблемы с прогаром прокладки ГБЦ в районе средних шпилек (где расположены расположенные рядом друг с другом выпускные клапана второго и третьего цилиндров) из-за ослабления затяжки гаек, которые вместе с шайбами вдаливает в алюминий головки, относится скорее к случаям перегрева двигателя в целом. В любом случае, однако, периодически контролировать затяжку гаек ГБЦ не помешает.

«Танчик», который живёт на головке (штуцер в него ввёрнут уже нештатный).

Отбор ОЖ для отопления кузова перенесли на заднюю стенку головки, туда, где ранее располагалась технологическая крышка — её заменил так называемый «танчик» со штуцером.

Впрочем, и данная конструкция не является полностью идеальной: спортсмены для обеспечения работы форсированного двигателя под повышенными нагрузками порой меняют её на полностью нестандартную — с подачей холодной воды в блок одновременно спереди (из штатной 402-й помпы) и сзади (через идущий от помпы вдоль всего мотора наружный патрубок), и таким же сливом горячей воды из головки с обоих концов — непосредственно в корпус термостата спереди и через «танчик» опять же в корпус термостата — сзади.

Из блока в головку вода при этом проходит через дополнительные отверстия в протоках между средними цилиндрами, что обеспечивает постоянную хорошую циркуляцию теплоносителя в самом горячем месте головки, в котором рядом расположены два выпускных клапана второго и третьего цилиндров. Разумеется, прокладка ГБЦ полностью своя, и как правило металлическая (красная медь).

Такая система охлаждения обеспечивает почти равномерную температуру головки, что в спорте может означать разницу между выигранной гонкой и заклинившим поршнем.

Сами по себе водяные насосы на всех моторах семейства принципиально идентичны по своей конструкции. Уплотнение вала насоса осуществляется вращающейся вместе с ним фибровой, текстолитовой или графитосвинцовой шайбой 2, которая пружиной постоянно прижимается к торцу корпуса насоса, а также дополнительно резиновой манжетой. Небольшие потери охлаждающей жидкости через такое уплотнение неизбежны (по каплям), поэтому между уплотнением и подшипниками вала предусмотрена дренажная канавка, по которой просачивающаяся через уплотнение охлаждающая жидкость сливается из помпы, не попадая в подшипники. При сильной же течи жидкости насос в любом случае следует разобрать и устранить её причину.

Основное отличие заключается в конструкции самого подшипникового узла — на ранних моторах с помпой на головке в нём используются два отдельных полуоткрытых подшипника, в то время, как на ЗМЗ-4022.10 и 402.10 применён полностью закрытый двухрядный подшипник помпы от «Жигулей».

Относительно того, как осуществляется смазывание помпы, в головах волговодов существует много разночтений, хотя на самом деле всё отлично объяснено в руководствах к автомобилям. Дело в том, что в помпе есть два требующих смазки узла: уплотнение самого насоса (та самая шайба, скользящая по торцу корпуса) и подшипники его вала. Путать их не следует.

Так вот, уплотнение в старых помпах, рассчитанных на воду, смазывалось графито-коллоидной смазкой (не путать с обычной графитной !), а в более новых, рассчитанных на антифриз — смазывается содержащимся в его составе этиленгликолем. Сами же подшипники вала помпы требуют смазки обычной консистентной смазкой: на старых помпах они периодически шприцевались солидолом или литолом, а в более современной используемой на ГАЗ-3102 и далее — подшипник имеет «пожизненную» закладку специальной смазки с высокими характеристиками, не требующую замены или пополнения.

К сожалению, практически на всех моторах данного семейства сохранялся фундаментальный недостаток системы охлаждения — постоянное принудительное охлаждение радиатора вентилятором, посаженным на вал помпы. Казалось бы — предельно просто и надёжно, но в данном случае именно эта простота оборачивается ощутимыми проблемами в эксплуатации.

Так как обороты помпы ограничены (при превышении ими определённого предела в прокачиваемой через неё жидкости начинается процесс кавитации, быстро приводящий к выходу узла из строя), посаженный на её вал вентилятор тоже оказывается весьма тихоходным, что значительно снижает его эффективность. Как следствие — радиатор очень большого объёма, призванный обеспечить приемлемый температурный режим двигателя в любых климатических и погодных условиях, и довольно ощутимые потери мощности на привод вентилятора, даже тогда, когда он совершенно не нужен и двигатель приходится утеплять «намордником», чтобы не допустить его переохлаждения (некоторые водители на зиму вообще снимали крыльчатку, или ампутировали часть лопастей у разборной).

Использованная на ранних 24-х двигателях конструкция с автоматически отключаемым электромагнитной муфтой вентилятором, к сожалению, решала проблему лишь отчасти — расположение вентилятора на валу помпы сохранялось — да и от неё в скорости отказались из-за проблем с надёжностью муфты. Причём примерно таким же оказался и итог её «второго пришествия» на моторах УМЗ, также завершившегося устранением её из конструкции, поскольку надёжностью узел, опять-же, не отличался, а заклинивание муфты могло привести к короткому замыканию в проводке.

Сами конструкторы ЗМЗ писали про электромагнитную муфту вентилятор следующее:

Основной недостаток муфты заключался в резком, удар ном включении вентилятора. Эго приводило к стукам и дребезгу, поломкам деталей. Несколько попыток улучшить конструкцию муф­ ты заметного повышения ее работоспособности не дали. К тому же изготовление муфты и ее регулировка оказались технологически достаточно сложными. В результате она была снята с производства. Поскольку при этом возросла нагрузка на ремень привода венти­ лятора, водяного насоса и генератора, был установлен дополни тельно второй ремень.

Применённая на ГАЗелевском ЗМЗ-4025.10 крыльчатка с приводом через не связанный с валом помпы шкив, увы, тоже была по сути полумерой — объём радиатора удалось уменьшить, но проблема постоянного принудительного охлаждения осталась. Несколько более удачным оказалось внедрение на верхневальных моторах ЗМЗ отдельной от помпы крыльчатки с вискомуфтой (вязкостной муфтой), которая срабатывает исключительно от нагрева, не имеет ненадёжных датчиков и не требует подвода электричества. То же решение использовано и на ГАЗелях с «Камминсом», да так удачно, что вискомуфту с «Камминса» в порядке тюнинга ставят и на машины с бензиновым мотором.

Однако наиболее радикальное решение данной проблемы в современных условиях — установка электровентилятора и радиатора уменьшенного объёма (от 3110 или иномарок).

Видео:Дефектовка головки блока ЗМЗ 24д. Ремонт и реставрация ГАЗ 24Скачать

Система питания

Система питания по мере эволюции моторов семейства менялась, пожалуй, в наибольшей степени.

Самые ранние моторы 21А снабжались ещё победовским однокамерным карбюратором К-22И, во многом унифицированным с карбюраторами тогдашних грузовиков ГАЗ. Его особенностью было наличие регулировочной иглы в главном топливном жиклёре, то есть, водитель мог очень тонко настроить состав смеси во всём рабочем диапазоне под конкретные нужды — например, для экономии топлива при городской езде или динамики на трассе. Комплектация этим карбюратором части машин, видимо, не прекращалась до самого конца выпуска ГАЗ-21.

Около 1960 года на части машин появился совершенно новый, но тоже однокамерный карбюратор К-105, затем — его дальнейшие модификации, К-124 и К-129. Последний до сих пор выпускается в запчасти для старых УАЗ-ов под обозначением К-131 (различия минимальны).

На ГАЗ-24 начали ставить двухкамерный карбюратор К-126Г, являющийся модификацией карбюратора, уже применявшегося к тому времени на двигателях «Москвичей» и ГАЗ-53 и унаследовавший часть конструктивных решений у однокамерного москвичёвского К-59 (и его предков, К-24 и Carter семейства W-O). Это простая, надёжная машинка, полностью лишённая каких либо электронных или пневматических «приблуд» и зачатков автоматизации, но при технической исправности и правильной настройке обеспечивающая вполне приемлемую работу двигателя.

На 402-м моторе появился новый карбюратор К-151, который был сложнее и несколько современнее по конструкции, и при этом не имеет существенных эксплуатационных преимуществ в сравнении с К-126 (Г, ГМ, . ). Он был спроектирован таким образом, чтобы практически на всех режимах работы до возможного предела обеднять топливо-воздушную смесь, что позволило вписаться в новые экологические нормативы. Кроме того, были внедрены полуавтомат пуска (диафрагма), автономная система холостого хода (АСХХ) и экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ).

Однако новый карбюратор оказался очень чувствителен к точности изготовления и регулировки: малейшие технологические отклонения элементов дозирующей системы от нормативных параметров в процессе производства, равно как и неквалифицированная регулировка, приводили к излишнему обеднению смеси и неустранимому без «доработки напильником» нарушению работы двигателя. Его работа на разгонных режимах оказалась неустойчивой и сопровождалась резкими «провалами» тяги. Всё это усугублялось основательно просевшим качеством изготовления.

К этому добавлялся целый ряд конструктивных недоработок, в частности — очень сильно премудрили с конструкцией привода воздушной залонки («подсоса»). Замысел конструкторов был в том, чтобы сделать привод частично автоматическим (сразу после пуска двигателя вакуумная диафрагма приоткрывала воздушную заслонку, предотвращая «заливание» свечей), а также более точно согласовать друг с другом углы поворота воздушной и дроссельной заслонок с целью максимального обеднения состава смеси в режиме прогрева и снижения токсичности отработанных газов. Однако это потребовало введения в конструкцию привода воздушной заслонки зубчатого храпового механизма («трещётки»), который не давал вытянуть рукоятку «подсоса» без нажатия на педаль «газа», поскольку при этом зубчатая рабочая кромка храповика заклинивалась головкой связанного с приводом дросселя регулировочного винта. Если об этом не знать, или забыть — при приложении излишнего усилия вполне можно поломать механизм, срезав зубья храповика или порвав тросик. Последнее неудобно не только с точки зрения обычной эксплуатации, но и (с современной точки зрения) тем, что на такой карбюратор невозможно корректно установить систему автозапуска с брелока (в современных комплектах привод «подсоса» осщуествляется посредством сервомотора, так вот — нормально его на этот карбюратор не поставить без полного выпила штатной конструкции с храповиком).

К середине девяностых К-151 «без буквы» сменила его модернизированная версия — К-151С, наконец-то доведённая до мало-мальских пригодного для нормально эксплуатации вида. Значительным изменениям, в частности, были подвергнуты воздушный тракт и дозирующая система, форсунка ускорительного насоса стала работать на обе камеры, появился плавный бесступенчатый привод воздушной заслонки. Главное — работа карбюратора стала удовлетворительной даже при резких переходных режимах («тапка в пол»), а надёжность — существенно повысилась. Небольшое снижение максимальной мощности оказалось вполне приемлемой платой за доработки.

При этом часть машин с ЗМЗ-402 продолжала оснащаться и модернизированным К-126ГМ, с увеличенным до 26 мм диффузором вторичной камеры, что дало аналогичный К-151 прирост мощности. Единственым минусом данной конфигурации топливной системы является выполненный — не могу сказать иначе — максимально черезжопным образом привод дроссельной заслонки: по сути, конструкторы не стали ничего придумывать, а просто срастили обрубок унаследованного от ГАЗ-24 привода акселератора тягами и валиками сектором, к которому проложили тросик от педали. В итоге получилась переусложнённая «гибридная» система, унаследовавшая минусы обоих вариантов.

Поясняю, почему более современный по конструкции К-151 ничем не лучше «устаревшего» К-126. Все основные конструктивные решения карбюраторов, направленные на повышение основных характеристик автомобиля — приемистости, экономичности, надёжности и лёгкости пуска, и так далее — даже в рамках советского автопрома были реализованы уже в шестидесятые годы. Верхом развития отечественных массовых карбюраторов в этот период стали тот самый К-126 (ЛенКарЗ) и лицензионный жигулёвский «Вебер» (ДААЗ).

Начиная с семидесятых годов главной задачей разработчиков стало «вписать» двигатель в постоянно ужесточающиеся нормы по вредным выбросам, для чего моторы ощутимо «придушили», а в их конструкцию стали вводить сложные и часто бесполезные, а порой и напрямую вредные с точки зрения непосредственно работы двигателя, дополнительные системы, что коснулось и карбюраторов, которые постепенно стали превращаться в опутанных проводами и шлангами вакуумных приводов электромеханических монстриков. Вплоть до карбюраторов, в которых работой всех систем управлял при помощи сервоприводов электронный блок управления, считывающий данные с полного комплекта распиханных по всему двигателю датчиков.

Как известно, эта линия развития оказалась в целом тупиковой: никакие конструктивные ухищрения не позволяли одновременно добиться высокой экономичность, низкого уровня вредных выбросов в течение длительного срока эксплуатации без регулировки и высоких динамических качеств. Полноценным решением проблемы в такой её постановке (именно с учётом экологических требований) оказался лишь переход на впрысковую топливную аппаратуру.

До СССР эта волна докатилась ближе к концу семидесятых — началу восьмидесятых годов, следствием чего стало появление новых жигулёвских карбюраторов типа «Озон» (с 1980, также ставились на «Москвичи») и «Солекс» (с 1982), а также — волговского К-151, разработанного на ЛенКарЗ-е. Главные их отличия от предшественников — обеспечение работы двигателя преимущественно на обеднённой топливной смеси с целью снижения тех самых выбросов и (очень небольшого) повышения экономичности, а также — наличие так или иначе реализованных автономной системы холостого хода (АСХХ) и экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) с электронным управлением (исключение составляет «Солекс», у которого АСХХ отсутствует, хотя на этапе разработки она предусматривалась).

Ни то, ни другое, ни третье не даёт никаких радикальных преимуществ по сравнению с более ранними конструкциями с точки зрения основных эксплуатационных качеств автомобиля (и на практике на большей части автомобилей часть из этих систем вообще отключена). Выигрыш в экономичности при реальной эксплуатации может быть и есть, при условии идеальной работы всех систем карбюратора, добиться которого не так то просто с учётом качества современных запчастей — но он копеечный, на уровне потерь от неправильного давления в шинах или аэродинамического сопротивления открытых окон. Экологические стандарты семидесятых-восьмидесятых годов уже давно устарели, а в установленные для старых машин нормативы вполне вписывается и хорошо отрегулированный К-126. Попытки внедрения рудиментарной автоматики, вроде диафрагмы пускового устройства, приоткрывающей воздушную заслонку после пуска двигателя (что и так делает любой нормальный водитель вручную) выглядят с сегодняшней точки зрения крайне наивно. Зато на стороне карбюраторов предыдущего поколения — конструктивная простота и вытекающая из неё надёжность работы.

По убеждению автора данного текста, карбюратор должен быть, насколько это возможно, простым и дубовым устройством (не в ущерб основному функционалу) — каковым он и был в течение многих десятилетий, и всех это устраивало. Если же начинать усложнять топливную аппрататуру и внедрять в неё элементы автоматики — куда рациональнее не извращаться с карбюратором, а, съэкономив время и силы, сразу переходить к конечному результату этого процесса, то есть — впрыску топлива с микропроцессорным управлением.

У производителя автомобиля, вынужденного вписываться в существующие экологические стандарты, в своё время не было выбора — сделать просто и надёжно, или сложно и проблемно. Но у вас он есть. И выбор этот, на мой взгляд, очевиден — если на машине стоит К-126 (Г, ГМ), менять его на К-151 / 151С смысла нет, а стоит как следует перебрать и настроить (см. статью), чтобы получить примерно тот же (или даже лучший) результат, что и при замене на новый из магазина. Только не нужно сравнивать работу нового карбюратора (без разницы какой модели) из магазина со старым, убитым даже по корпусным деталям К-126 — как это обычно и делается авторами отзывов о том, какое К-126 г. но.

И уж тем более не стоит менять карбюратор на жигулёвские «Веберы», «Озоны» и «Солексы» — они ни по пропускной способности диффузоров, ни по тарировкам жиклёров, ни по температурному режиму работы не подходят к вологовскому мотору, поэтому расход топлива с ними выше, а динамика — хуже, что давно уже доказано испытаниями в Лаборатории испытаний двигателей Нижегородского технического университета (НГТУ).

Если уж и менять — то и К-126, и К-151 на что либо с большей пропускной способностью диффузоров, специально тарированное под этот мотор. Но это уже полноценный тюнинг, путь проб и ошибок. Готовых решений, однозначно превосходящих эти два штатных карбюратора — на данный момент нет. Раньше был «кооперативный» «Солекс» (ДААЗ) с увеличенными диффузорами (26/28 мм) и тарировками по 402-й мотор, а-ля для ГАЗ-31029; но сейчас это уже раритет, да и отзывы на него были отнюдь не однозначными.

В последнее время пошла мода на установку оттарированного под 402-й мотор карбюратора К-135 от ГАЗ-3307 с диффузорами 27/27, которая, по отзывам, даёт также неплохие результаты — этот карбюратор является вариантом того же 126-ого семейства, но с рядом конструктивных отличий. Однако данный карбюратор имеет синхронное открытие дроссельных заслонок, что не обязательно так уж хорошо — на малых оборотах такая пропускная способность карбюратора четырёхцилиндровому двигателю просто не нужна, а вот разрежение в диффузорах в районе распылителя главной дозирующей системы у него будет ниже, чем у стокового карбюратора с последовательным открытием заслонок. В результате вполне вероятно ухудшение распыления топлива и, соответственно, работы двигателя в режимах малых оборотов и частичных нагрузок.

Итого, данный карбюратор, вероятно, будет хорош только для форсированного по оборотам мотора, для которого «низы» большой роли не играют, а на «верхах» будет востребована его увеличенная пропускная способность. На «стоковом» же двигателе с ним вполне возможно даже некоторое ухудшение характеристик в значительной части рабочего диапазона.

Кстати, именно по причине неудовлетворительной работы двигателя на низких оборотах и частичных нагрузках от использования «синхронных» карбюраторов отказались в своё время на «Москвиче-408» — с 1965 года на него стали устанавливать карбюратор К-126П с последовательным открытием заслонок, который в несколько видоизменённом виде впоследствии перешёл и на «Волгу» (126Г).

Другой вариант: установка несколько однокамерных карбюраторов, по одному на один-два цилиндра — горизонтальных мотоциклетного типа или с падающим потоком автомобильного типа, либо двух двухкамерных — по одному на каждые два цилиндра. Так порой делали на гоночных двигателях (не только от «Волги», но и от «Победы», ЗИМа, и т.д.). Для этого необходимо изготовление специальных впускных коллекторов. Для повседневной эксплуатации такие установки обычно малопригодны, в частности — в них отсутствует подогрев впускного коллектора, что затрудняет эксплуатацию зимой.

Дополнение: вроде как появился в продаже некий Солекс-Спорт с диффузорами 28/28.

Впоследствии (кажется, уже после снятия ГАЗ-24-10 с производства — в районе середины 1993 года; но в последних вариантах Руководства к этой модели её описание уже содержится) на автомобилях с карбюратором К-151 появилась система рециркуляции отработанных газов (СРОГ, EGR). Эта система при работе двигателя на режиме частичной нагрузки подаёт в цилиндры часть отработанных газов, за счёт чего снижается температура в цилиндре и уменьшаются выбросы оксидов азота. Никакого смысла с точки зрения непоредственно работы двигателя эта экологическая приблуда не имеет, хуже того — все остальные его параметры с ней хуже, чем без неё; в частности — несколько выше расход топлива. На автомобилях с К-126ГМ она отсутствовала (что является ещё одним аргументом за него).

Кстати говоря, столь же бесполезен и имеющийся в К-151 экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ), единственная задача которого — сокращение выбросов углеводородов в режиме торможения двигателем. При этом конструктивное совершенство и надёжность данной системы — отнюдь не на высоте, а её неполадки или выход из строя грозят неработоспособностью двигателя в целом.

Более подробный анализ конструкции карбюраторов К-126 и К-151 уже выполнен к.т.н. Анатолием Дмитриевским в его статьях «Карбюраторы К-151», «Карбюраторы малых грузовиков и грузопассажирских автомобилей» и «Карбюраторы УАЗов и «Газелей»». Мне к нему добавить, в общем-то, нечего. См. также статью «Нужен ли «Волге» Solex, или резервы экономичности».

Воздушные фильтры: у 21А — инерционно-маляный со смоченным маслом фильтрующим элементом из металлической сетки-путанки, расположенный прямо на карбюраторе («кастрюля»); у 24Д и 2401 — вынесенный вперёд-вправо (что позволило уменьшить высоту силового агрегата и вписать его под более низкий капот), с глушителем шума всасывания («хобот» корпуса фильтра) и системой подачи холодного воздуха. Общий момент этих фильтров — на высоких оборотах (при большом расходе воздуха и высокой скорости потока) они ещё как-то справляются со своими обязанностями, но на холостом ходу и малых оборотах в двигатель идёт практически нефильтрованный воздух, так как скорости движения воздуха в фильтре не хватает для того, чтобы «выбивать» из него частицы загрязнений. Кроме того, обслуживание такого фильтра — крайне мерзопакостное и грязное занятие (которым на пыльных дорогах приходилось заниматься раз в 1000 км и даже чаще).

У 4022 и 402 фильтры обычного типа, со сменным сухим бумажным элементом.

Видео:Подробная сборка двигателя УМЗ 421(сотка) с разборки. 3 литра яростиСкачать

Вентиляция картера

Различалась на различных моторах этого семейства и система вентиляции картера, предназначенная для удаления из него прорывающихся через поршневые кольца выхлопных газов и продуктов их взаимодействия с маслом, причём её эволюция шла весьма извилистыми путями.

Ранний (слева) и поздний (справа) варианты системы вентиляции картера на моторах модели 21А.

Самые первые двигатели модели 21А имели закрытую систему вентиляции картера, в которой отсос картерных газов осуществлялся за счёт вакуума во впускном коллекторе, а свежий воздух подавался в полость картера через штатный воздушный фильтр карбюратора. Отличительной особенностью таких моторов является герметичная пробка маслозаливной горловины (причём было два её варианта — ранний, с притягивающей крышку к горловине пружинкой, которая мешала заливать в двигатель масло, и появившийся в начале 1960-х более удобный, с защёлкой-шариком), а также — дополнительные патрубки под шланги системы вентиляции на воздушном фильтре. С технической точки зрения этот вариант более совершенен.

Однако со временем стали накапливаться жалобы эксплуатантов на то, что из-за отвода картерных газов в воздушный фильтр происходит загрязнение карбюратора смолистыми веществами, в особенности на изношенных моторах, имелись у закрытой системы вентиляции и другие недостатки. Поэтому в начале шестидесятых годов, с приходом на ГАЗ нового главного конструктора Александра Просвирина, сразу же занявшегося «рационализацией» модельного ряда с устранением из конструкции автомобилей всех интересных, но сложных или сомнительных в отношении надёжности решений, был совершен переход к открытой системе вентиляции картера (а точнее — возврат, т.к. она уже применялась на довоенных и первых послевоенных двигателях ГАЗ). Воздухообмен в ней происходил за счёт разницы между давлением в подкапотном пространстве и под машиной, куда с крышки толкателей была опущена специальная вытяжная труба. Когда автомобиль находился в движении, в подкапотном пространстве создавалось повышенное давление, а под машиной — наоборот разрежение, за счёт чего свежий воздух входил внутрь двигателя через отдельный воздушный фильтр-«грибок», надетый на маслозаливную горловину (также имелось два типа, ранний и поздний), а картерные газы — вытягивались в вытяжную трубу и уходили под машину.

К сожалению, у данной системы также имелось немало недостатков: так, она практически не работала на стоящем автомобиле, когда перепад давления и создаваемая им тяга отсутствовали, а на высоких оборотах — вместе с газами вытягивала из картера двигателя частички масла, за счёт чего ощутимо увеличивался его расход (зато в виде побочного эффекта — постоянная «антикоррозийная обработка» днища). Кстати, во многом именно с работой этой системы связан специфический «волговский» запах горелого масла в салоне.

Система принудительной вентиляции картера на ГАЗ-24 поздних выпусков. Подробное описание её работы доступно по клику на этой картинке.

Снова вернуться к закрытой системе вентиляции картера, и на этот раз уже навсегда, заставили появившиеся в середине семидесятых экологические стандарты — выбрасываемые под автомобиль картерные газы, да ещё с изрядной примесью масла, оказались чуть ли не вреднее, чем выхлопные, к тому же оказалось возможным за счёт подачи их в цилиндры несколько снизить токсичность самого двигателя. Произошло это на ГАЗ-24 в конце 1975 или 1976 году.

Однако, это был не откат к уже использовавшейся ранее конструкции, а возврат к старой идее на новом уровне. Новая система вентиляции имела принципиальное отличие в том, что в полость картера вообще не подавался свежий воздух — в ней поддерживалось постоянное небольшое разрежение, что снижало окисление горячего масла и позволяло исключить выдавливание масла из двигателя через уплотнения из-за избыточного давления воздуха (естественно, при исправной системе вентиляции). Кроме того, в ней были предусмотрены две ветви — соединяющая полость картера с воздушным фильтром большая, которая работала преимущественно на мощностных режимах (при широко открытой дроссельной заслонке), и присоединённая к карбюратору ниже дроссельной заслонки малая, обеспечивающая вентиляцию картера на холостом ходу и режимах частичных нагрузок, когда разрежение над дроссельной заслонкой недостаточно велико. Для предотвращения же загрязнения карбюратора внутри клапанной крышки на пути отсасываемых картерных газов был установлен эффективный маслоотделитель лабиринтного типа.

На моторах УМЗ суть работы закрытой системы вентиляции картера в целом такая же, но конкретная реализация отличается: у них картерные газы забираются через маслоотделитель на боковой крышке блока цилиндров, после чего система также разделяется на большую и малую ветви.

Видео:ЗМЗ 402 шпильки крепления ГБЦСкачать

Система зажигания

Система зажигания двигателей 21А и 24 — контактная, с механическим прерывателем-распределителем, центробежным и вакуумным регуляторами и ручным октан-корректором. К сожалению, на простоте её преимущества заканчиваются: среди причин нарушения нормальной работы двигателя и падения его мощности неисправностям контактной системы зажигания отведено видное место, что усугубляется плохим качеством и низкой живучестью современных аналогов наиболее ходовых её частей (катушка, бегунок, конденсатор, контакты прерывателя). Единственная существенная модернизация — переход в конце 1960-х годов от распределителя Р-3Б с «низкой» крышкой к Р-119Б с «высокой». Единственный способ добиться от неё адекватной работы — очень частое (каждые несколко тыс. км) профилактическое обслуживание всех основных узлов.

В 1981 году на двигателе 4022 (форкамерном) появилась контактно-транзисторная система зажигания, в которую был добавлен транзисторный коммутатор. Он разгружает контакты прерывателя от высокого (6-8 А) силового тока, вместо которого на них подаётся управляющий ток в 0,5. 0,8 А, благодаря чему срок их службы существенно возрастает.

Затем на ЗМЗ-402 была применена уже электронная бесконтактная система зажигания, в которой вместо механического прерывателя-распределителя появился датчик-распределитель с электромагнитным датчиком вместо контактов прерывателя. Вторая ключевая её деталь — электронный блок-коммутатор, который преобразовывает поступающие с датчика управляющие импульсы в разряды катушки зажигания, направляемые на бегунок распределителя, который обеспечивает их распределение по цилиндрам в соответствии с необходимым порядком работы. При всех своих преимуществах, она не избавляет от периодической чистки, регулировки и замены контактов распределителя, к чему добавляется настоятельная необходимость постоянно возить с собой запасной коммутатор, выход которого из строя не принадлежит к особо редким явлениям.

Конкретно по этому пункту, как, в принципе, по всей автомобильной электронике вообще, проявилось явное отставание от Запада, поскольку там внедрение электронных систем зажигания (точнее — в основном аналогов нашей контактно-транзисторной) произошло существенно раньше, во второй половине шестидесятых — начала семидесятых годов. Что, правда, отчасти компенсировалось выпускавшимися в СССР уже в семидесятые годы наборами для самостоятельной установки электронного зажигания. Однако внедрять их в серии завод не торопился (хотя на V8, для которых из-за вдвое большего числа цилиндров проблема подгорания контактов куда более актуальна, контактно-транзисторная система зажигания появилась намного раньше).

Более современная микропроцессорная система зажигания («бестрамблёрная», с управлением от блока ЭБУ двигателя) ставилась с завода только на моторы 406-го семейства, а из нижневальников — используется на моторах УМЗ последних выпусков.

Видео:Обзор металлопаронитовой прокладки ГАЗ-24 (змз-402)Скачать

Характеристики

Видео:Сборка 402 двигателя: головка, гильзы. Продолжаю капремонтСкачать

Кривые мощности и момента

Указанные в технических характеристиках цифры пиковых мощности и крутящего момента двигателя лишь отчасти раскрывают его характер работы. Гораздо больше информации можно извлечь из его скоростных характеристик, представленных в виде графика:

В первую очередь, отметим очень ровную кривую крутящего момента, без «подхватов» или «провалов» и с неярко выраженным пиком около 2 400 оборотов. Минимальные и максимальные значения во всём рабочем диапазоне от 1 000 до 5 000 оборотов в минуту отличаются лишь на 5 кг·м (50 Н·м), или примерно 25% от максимального значения, а в основном эксплуатационном диапазоне, от 1 500 до 3 500, момент вообще остаётся практически неизменным («полка» крутящего момента). Кривая мощности до 3 000 об/мин практически не имеет изгиба, то есть, двигатель в этом диапазоне обеспечивает ровную тягу с практически линейной зависимости мощности от оборотов.

Лучше всего мотор чувствует себя в диапазоне от 3 000 до 3 500 оборотов в минуту, так как здесь он имеет и крутящий момент, и обороты, то есть — и мощность (способность преодолевать сопротивление движению, и, в итоге, развиваемая автомобилем скорость), и приемистость (способность набирать мощность и обороты под нагрузкой). В этом диапазоне мощность двигателя достигает 85 л.с. — то есть, вплотную подходит к своему максимальном значению. И затем растёт очень медленно.

В этом же диапазоне, как нетрудно убедиться по графику, отмечается и наименьший удельный расход горючего (225 г/л.с. в час), что и понятно, так как именно между 3 000 и 3500 об/мин двигатель работает с наивысшей эффективностью.

Лишь после 3 500 оборотов начинается падение величины крутящего момента, в основном обусловленное ухудшением наполнения цилиндров рабочей смесью, а также практически прекращается и рост мощности (между 3500 и 4500 об/мин она повышается всего на

10 л.с. — исключительно за счёт роста оборотов при снижающемся моменте и слабой приемистости). В результате набор оборотов и мощности под нагрузкой после 3500 об/мин даётся мотору с большим трудом. При штатной конфигурации трансмиссии это соответствует скорости в 110. 115 км/ч на прямой передаче, в зависимости от передаточного числа главной пары заднего моста.

Вопрос о взаимоотношении мощности и крутящего момента — тема крайне любопытная и требующая, пожалуй, целой отдельной статьи (которых и так написана уже тьма-тьмущая).

Вкратце скажу лишь, что величины эти напрямую связаны друг с другом, и связующим звеном между ними выступает количество оборотов коленчатого вала. Зная число оборотов коленвала и крутящий момент, развиваемый мотором при данном числе оборотов, мощность можно вычислить, просто перемножив эти величины и умножив результат на коэффициент (P = M ∙ N ∙ 0,0001424 , где P — мощность в л.с., M — момент в Н∙м, N — число оборотов в минуту). Как видно, мощность может достигаться как за счёт числа оборотов при данном моменте, так и за счёт величины крутящего момента при данных оборотах.

Например, мотоциклетные моторы могут выдавать мизерный по автомобильным меркам максимальный крутящий момент (несколько десятков Н∙м), но развивают его при 10 000 об/мин и более, что позволяет получить весьма существенную максимальную мощность. И наоборот, велосипедист легко может развить на оси педалей крутящий момент больше сотни Н∙м, но только при 100. 150 об/мин, что соответствует мощности в лучшем случае всего в несколько л.с. (и то кратковременно, а долговременная мощность велосипедиста-любителя обычно не выше 200 Вт).

Именно поэтому мотоцикл «валит», а велосипедист — нет, хотя у второго крутящего момента может быть и больше. Но сам по себе крутящий момент малоинтересен без учёта оборотов, то есть, мощности.

При этом огромные судовые дизели, которые тоже «раскручиваются» лишь до двух-трёх сотен оборотов в минуту, имеют крутящий момент в сотни тысяч или даже миллионы (!) Н∙м, что позволяет им выдавать на таких оборотах весьма впечатляющую мощность в те же сотни тысяч и миллионы л.с.

Наиболее важен здесь тот факт, что если зависимость мощности от числа оборотов — сугубо линейная, то величина крутящего момента меняется уже по кривой, причём кривая эта у разных моторов совершенно разная. А это значит, что именно форма кривой момента определяет для конкретного двигателя характер зависимости мощности от оборотов.

Из приведённого выше графика хорошо видно, как кривые момента и мощности взаимно обуславливают друг друга. Когда кривая момента «идёт в гору» — мы в том же диапазоне оборотов видим и резкий рост мощности; и наоборот, как только кривая момента уходит за перегиб — кривая мощности тут же становится более пологой, то есть, при равном увеличении числа оборотов мы получаем меньший рост мощности, а следовательно и плохую приемистость (мотор медленно набирает мощность при повышении оборотов, и как следствие ему «тяжело» раскручиваться под нагрузкой).

Но в целом, кривая мощности — это более информативная характеристика, чем кривая момента, так как по ней непосредственно видны как приемистость двигателя («тяга») в конкретном диапазоне оборотов (по крутизне наклона кривой, т.е. тому, насколько быстро или медленно растёт или падает мощность при повышении оборотов), так и общее количество энергии, вырабатываемой в нём двигателем (то есть, какую максимальную скорость можно развить при данных оборотах «по энергии»), а также само количество оборотов (то есть, какое передаточное число трансмиссии нужно подобрать, чтобы число оборотов колёс при данной скорости было согласованно с числом оборотов двигателя).

В нашем случае мы видим из графика, что крутящий момент при 2000 об/мин достигает величины порядка 180 Н∙м. Благодаря этому даже на таких сравнительно низких оборотах мотор уже может развивать примерно половину своей полной мощности — порядка 50 л.с. Именно этот эффект и называют в обиходе «тягой на низах».

Для сравнения — малолитражный двигатель «Приоры» ВАЗ-21126, имеющий примерно ту же максимальную мощность (98 л.с.), на тех же самых 2000 об/мин выдаёт лишь чуть больше 120 Н∙м и, соответственно, чуть меньше 30 л.с., или около 30% свой максимальной мощности — то есть, примерно в полтора раза меньше. Чтобы получить 50 л.с., его надо раскрутить уже примерно до 3000 об/мин.

То есть, при практически одинаковой с двигателем ВАЗ-21216 максимальной мощности, 402-подобные моторы обеспечивают более быстрый рост мощности по мере набора оборотов (как раз за счёт крутящего момента «на низах») и в целом на большей части своего рабочего диапазона мощнее, а сравниваются их показатели лишь на высоких оборотах, где 402-подобные моторы уже «сдыхают», а «крутильные» ВАЗовские — ещё только начинают «ехать» (как за счёт более высоких макс. оборотов, так и за счёт того, что у них пик крутящего момента достигается при более высоких оборотах).

Разумеется, при данном сравнении следует помнить, что ГАЗ и ВАЗ традиционно использовали несколько разные методики измерения мощности и крутящего момента своих двигателей (вспоминаем историю с рейтингом мощности ЗМЗ-406, который «плавал» между 137 и 150 л.с.). Однако общие выводы это едва ли меняет.

Как видно, иметь высокое значение крутящего момента на низких оборотах во многих случаях удобно и выгодно: это позволяет водителю при прочих равных получать в своё распоряжение большую мощность при меньших оборотах, а следовательно — не «крутить» мотор выше комфортного уровня шумности, а также снизить скорость его износа.

«Моментный» мотор даёт практически немедленный отклик на прогазовку, дающий возможность резкого ускорения без переключения передачи «вниз», в диапазоне оборотов, более выгодном для повседневной езды. В то время, как «крутильный» — только в режиме оборотов, близких к максимальным, который в обычной езде используется мало, но зато очень важен для гонок.

Именно поэтому гоночные моторы делают сугубо «верховыми», а «низов» у них может вообще не быть — всё равно в гонках едут почти постоянно с «педалью в пол».

Для грузового автомобиля или внедорожника, сравнительно медлительного, но нуждающегося в большом тяговом усилии при низких оборотах, выгоден «тяговый» мотор, выдающий пик крутящего момента на малых оборотах. Например, именно за способность ехать «внатяг» на очень малых оборотах был любим водителями архаичный нижнеклапанный мотор внедорожного грузовика ЗИЛ-157, по «бумажным» характеристикам маломощный на уровне «как он вообще с ним едет», а сегодня эту роль играют относительно тихоходные «тракторные» дизели, например «бессмертный» Toyota 1HZ на Land Cruiser 70.

Для легкового автомобиля же оптимум лежит где-то между этими двумя крайностями, так как ему нужно обеспечить и приемлемую для повседневной езды тягу на низких-средних оборотах, и способность быстро разгоняться, в том числе с хода, на сравнительно высоких. При этом крутящий момент конечно нужен, но не в избытке, потому что под него нужно усиливать = утяжелять все агрегаты трансмиссии и автомобиль в целом, что довольно-таки без разницы грузовику или рамному «джипу», но для легковушки чувствительно.

Кроме того, у высокофорсированных моторов хорошая тяга как правило развивается лишь в очень узком диапазоне оборотов, в который для того, чтобы эффективно использовать двигатель, надо умело «попадать», часто и правильно переключая передачи. У моторов типа 24Д/402 этот диапазон гораздо шире и за счёт этого они прощают даже довольно грубые ошибки при переключениях.

За это, в частности, американцы очень любили свои малофорсированные, тихоходные, но «моментные» «шестёрки» и «восьмёрки», и очень долго от них не отказывались, даже когда они стали крайне непрактичными в эксплуатации из-за повышения цен на топливо. И массово «слезли» с них только после массового распространения турбомоторов, которые также имеют очень хорошую тягу во всём рабочем диапазоне, а не только на высоких оборотах, как форсированные «атмосферники».

Получить высокие значения крутящего момента на низких оборотах можно либо «в лоб», за счёт увеличения рабочего объёма двигателя (и расхода топлива, так как при тех же оборотах в цилиндры засасывается больше рабочей смеси), либо путём наддува (что по сути даёт аналогичный эффект — увеличение количества смеси, попадающей в цилиндр за цикл). Есть и иные факторы, оказывающие влияние на это, например геометрия цилиндро-поршневой группы, «фокусы» с газораспределением и управляющей электроникой, и так далее. Но в целом — No replacement for displacement, «нет замены рабочем объёму», как любят говорить американцы.

Спор между сторонникам «крутильных» и «моментных» моторов носит почти религиозный характер, и ввязываться в него здесь я не планирую. Отмечу лишь, что сложно отрицать тот факт, что машина, дающая водителю в распоряжение большую мощность при меньших оборотах, при прочих равных попросту более удобна и комфортна в управлении. А вот будет ли она иметь хорошую динамику в целом или нет (в предельном режиме, т.е. «тапке в пол») — зависит уже от значения максимальной мощности, вне зависимости от того, каким путём она достигнута.

«Волга» большой максимальной мощности не имеет — её мотор по этому показателю лишь немного превосходит малолитражки типа ВАЗ-2106. Поэтому и о достижении ей хороших динамических качеств говорить не приходится. Однако «тяга на низах» всё же делает управление ей значительно более комфортным за счёт более низких оборотов двигателя при той же мощности и более редкого переключения передач, а также позволяет резко расширить функциональность автомобиля в области перевозки грузов, буксировки прицепа и т. п., так как машина лучше справляется с увеличившейся нагрузкой.

Видео:Затяжка ГБЦ змз 402. Ремонт газели.Скачать

Обороты

Кстати, об оборотах. В массовом сознании закрепилось представление о моторах этого семейства как о неискоренимо «тракторных», неспособных работать на высоких оборотах. Представление это появилось не совсем на пустом месте — действительно, в заводском состоянии они развивают максимальную мощность при оборотах существенно более низких, чем остальные советские моторы того времени — хотя и вовсе не настолько, насколько это обычно представляют (4500. 4750 против 5500. 6000 об/мин — разница примерно на 20. 25%). Однако связано это не с какими либо врождёнными особенностями архитектуры данных двигателей, а просто с заводскими настройками систем питания, выпуска и газораспределения.

Специфической особенностью развития двигателестроения в СССР было то, что от низкооборотных и малофорсированных нижневальных верхнеклапанных двигателей со штанговым приводом клапанов, которые действительно не крутились выше 4. 5 тыс. об/мин («Москвич-408», «Волга» ГАЗ-21), оно во второй половине шестидесятых годов достаточно резко «перескочило» к высокооборотным верхневальным двигателям («Москвич-412», ВАЗ), фактически полностью «пропустив» эпоху более форсированных и высокооборотных нижневальных двигателей со штанговым приводом клапанов. Здесь проявилось и стремление перейти сразу на наиболее совершенную, как это виделось в то время, конструкцию, и резкий скачок в развитии отечественной химии горючесмазочных материалов в конце пятидесятых — середине шестидесятых годов, позволивший от «тракторных» моторов, работающих на 70-м бензине и «автоле», перейти к форсированным и современным, требующим высокооктанового бензина и специальных масел с высокими характеристиками.

Однако не стоит забывать о том, что если нижневальный двигатель «Москвича», берущий начало ещё от довоенных нижнеклапанных моторов, действительно был к тому времени на пределе своих возможностей и не имел каких либо резервов для дальнейшего повышения мощности, то двигатель «Волги» был спроектирован «с нуля» в середине пятидесятых годов, то есть, был на тот момент новейшей конструкцией, причём с очень существенным «запасом» для дальнейшей форсировки. И впоследствии ГАЗ методично, шаг за шагом, «вычёрпывал» этот запас, не прибегая к радикальной смене архитектуры двигателя.

Не надо забывать и о том, что за рубежом такого резкого перехода не было, в особенности — в Северной Америке, где в шестидесятые годы серийно строились нижневальные двигатели со штанговым приводом клапанов, которые развивали максимальную мощность при 5700. 6200 об/мин — то есть, «крутились» абсолютно сравнимо с верхневальными моторами «Москвичей» и «Жигулей». Причём речь идёт не о четырёхцилиндровых моторах, а о больших V8.

В Европе также был достаточно длительный период, когда на рынке были представлены автомобили как с ГРМ типа OHV, так и с верхневальными моторами, причём весьма близкие по характеристикам, включая степень форсирования и рабочие обороты. Далеко здесь ходить не нужно — достаточно упомянуть, что прототип «Жигулей», Fiat 124, имел нижневальный двигатель, развивавший максимальную мощность при 5400 об/мин в штатной и при 6000 в заводской форсированной версии — вполне сравнимо с его же верхневальным вариантом, ставившимся на «Жигули» (сами цифры мощности, к слову, также были весьма близки). Существовал даже «переходный» тип между нижневальными и верхневальными моторами — OHV с валом очень высоко в блоке и более лёгкими укороченными штангами, его, в частности, любили некоторые французские фирмы.

«Крутильность» двигателя с ГРМ типа OHV ограничена главным образом тем, что при повышении оборотов в нём начинается деформация элементов газораспределительного механизма под нагрузкой, в первую очередь — длинных приводных штанг; деформация сравнительно небольшая, но достаточная для того, чтобы после определённого числа оборотов работа двигателя нарушалась из-за разрыва кинематической связи элементов ГРМ, мешая дальнейшему росту оборотов и мощности.

Однако с этим можно вполне успешно бороться. NASCAR-овские болиды с их большими V8 с тяжёлыми поршнями и принципиально таким же, как у «Волги», ГРМ (отличия от заводского варианта тех же моторов — более жёсткие клапанные пружины, более жёсткие стальные или титановые штанги) крутятся до 9. 10 тысяч без каких либо негативных последствий для себя. Да и те же волговские моторы, (глубоко) доработанные для кольцевых гонок, тоже вполне себе спокойно раскручиваются до примерно 7 000 оборотов. У моторов ГАЗ-21 ранних выпусков действительно имелась проблема с клапанами, работа которых нарушалась из-за резонанса клапанных пружин после 4 500 оборотов в минуту, но она была решена уже в течение выпуска этой модели.

Геометрия цилиндро-поршневой группы (диаметр цилиндра и ход поршня) у нижневальных двигателе «Волги» вполне себе нейтральная, 92×92 мм — отнюдь не низовая, как, допустим, у «Победы» (82×110 мм) и многих американских рядных шестёрок (225 Chrysler Slant-Six, 292 Chevrolet, …), без какой-либо заведомой предрасположенности к низким оборотам. По геометрии ЦПГ этот двигатель стоит в одном ряду с такими моторами, как BMW M52B28 (84×84 мм), Mercedes-Benz M117 (96,5×94,8 мм), Toyota 2JZ-GE (86×86 мм), и так далее. Все — отнюдь не «слоупоки».

Не вполне оптимальная компоновка головки блока, с вертикальными клапанами, поперечными им впускными каналами, получающими внутри головки резкий изгиб под 90 градусов, и близко расположенной к краю камеры сгорания тарелкой впускного клапана, действительно ограничивает максимальные обороты двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндров по мере их роста, но для преодоления рубежа в 5 000 оборотов препятствием, опять же, не является.

Так что корни «тракторности» двигателей этого семейства (весьма, впрочем, условной) надо искать отнюдь не в особенностях их архитектуры, которая никоим образом не мешает им развивать более 5000 об/мин, а, как уже указывалось выше, в особенностях их заводских настроек, включая подбор фаз газораспределения, характеристик системы питания и выпуска (достаточно сказать, что коэффициент наполнения у этого мотора в заводской комплектации не превышает 0,8 и быстро падает с ростом оборотов, а встречется мнение, что на не «доведённом до ума» заводском моторе, с его косяками изготовления, он составляет и вовсе 0,65. 0,7; для сравнения у ВАЗ-овских двигателей он достигает 0,9 и выше).

Не стоит забывать и о проблемах с качеством, в частности — с литьём алюминиевых корпусных деталей, с балансировкой вращающихся деталей и соосностью точно сопряжённых. Так, если несоосность верхнего и нижнего наконечников штанги привода клапана превышает 0,1 мм — о раскручивании двигателя до высоких оборотов можно забыть, штанга будет просто гнуться (из какого бы прочного материала она ни была бы сделана). Не добавляют мотору «крутильности» и клапанные пружины, изначально слабоватые, так ещё и «севшие» в процессе эксплуатации, допускающие, как это называется по-научному, разрыв кинематической связи в приводе клапана.

Эволюция семейства

Вообще говоря — давайте сначала вспомним, как шла эволюция моторов этого семейства.

Первый в нём двигатель, 21А, был за счёт крошечных клапанов и однокамерного карбюратора «задушен» по впуску настолько, что при степени сжатия 6,6. 6,7 выдавал лишь 70-75 л.с. На момент проектирования этого двигателя в СССР были широко доступны только низкооктановый 70-й бензин и масла типа «Автол» и Машинное СУ / Индустриальное-50, что весьма существенно ограничивало возможности форсировки серийных автомобильных двигателей. Поэтому для того, чтобы получить указанные в техническом задании 70 л.с., конструкторам понадобились 2,5 литра рабочего объёма (спустя десять лет такую мощность будут получать уже с 1,5 литров москвичёвского мотора).

Правда, при этом пик крутящего момента располагался уже на 2 000 оборотов в минуту, как у дизельного двигателя — за счёт чего «Волга» ГАЗ-21 легко обходилась тремя передачами, из которых первая служила исключительно для трогания с места, третья же использовалась практически постоянно, без необходимости переключаться «вниз» при снижении скорости — почти как режим D на «автомате». На ГАЗ-12 / ЗИМ, как и на американских машинах с двигателями большого рабочего объёма, имеющими примерно такую же моментную характеристику, вообще в обычных условиях трогались на второй передаче, а первая использовалась лишь при трогании на подъёме или грунте с повышенным сопротивлением.

В те годы даже был в ходу такой параметр для оценки динамических качеств автомобиля, как величина подъёма, преодолеваемого на прямой передаче без переключения на пониженную. Так, «Победа» преодолевала на прямой передаче подъём в 4º, ГАЗ-21 — 5º 4′. Это считалось большим преимуществом, так как позволяло реже переключать передачи, облегчая работу водителя.

На разгонную динамику в «трассовом» диапазоне же большого внимания не обращали — до максимальной скорости машина рано или поздно разгонится, а обгонять на загородных дорогах тех лет было в основном некого, разве что плетущийся по трассе в лучшем случае на 50-60 км/ч грузовик, что вполне по силам и «Победе», и «Волге» (для большинства грузовых автомобилей тех лет 70 км/ч уже было паспортной «максималкой», а реальные скорости гружёной машины в эксплуатации — не более 40. 50 км/ч).

При этом в городском диапазоне скоростей автомобилю всё же считалось необходимым иметь некоторую резвость. Поэтому выгодным оказывалось использование тихоходных, сравнительно маломощных, но «моментных» моторов, которые свою основную тягу выдавали уже в самом начале рабочего диапазона, что в сочетании с высокими передаточными числами трансмиссии также обеспечивало отменные тяговые качества при движении по плохим дорогам и бездорожью — ещё одно требование, обусловленное состоянием дорожной сети в те годы.

При этом конструкторы создавали мотор «на вырост», с учётом его последующего форсирования по мере появления в доступе новых, более совершенных горюче-смазочных материалов и изменения потребностей народного хозяйства. В частности — выбрали для него вполне современную на тот момент «квадратную» геометрию цилиндра — 92×92 мм, соответствующую на тот момент ещё не реализованной способности мотора развивать достаточно высокие обороты (а также снижению износа на высоких оборотах), хотя для низкооборотного, «моментного» мотора с характеристиками 21А более выгодной была бы, пожалуй, «длинноходная» ЦПГ с ходом поршня, превосходящим диаметр цилиндра (именно так и делали на многих моторах американцы). Но создавать заведомо «тракторный» мотор на ГАЗе как раз-таки не стали.

Между тем, со временем стала брать верх тенденция к увеличению средних и максимальных скоростей движения легковых автомобилей, а также стала повышаться плотность транспортного потока, в том числе и на загородных магистралях, что потребовало большей мощности двигателя, чтобы обеспечить возможность безопасного выполнения обгона на скорости под-за 100 км/ч и повысить комфортную крейсерскую скорость. Подойти к этой задаче можно было с двух сторон: либо пойти по экстенсивному пути и просто увеличить рабочий объём двигателя (то есть, фактически, вырабатываемый им крутящий момент), либо форсировать его в рамках того же рабочего объёма по оборотам и за счёт этого, в сочетании с улучшением газообмена, получить с него бо′льшую мощность. Первый вариант, которым массово пользовались американцы, приводил к тому, что машина получалась во-первых очень тяжёлой, так как все агрегаты приходилось пропорционально усиливать для того, чтобы они смогли «переварить» увеличившийся крутящий момент, а во-вторых — прожорливой. Поэтому был выбран второй, интенсивный путь, хотя при этом комфортность вождения автомобиля в какой-то мере пострадала.

При переходе от 21А к 24 простое повышение рабочих оборотов в сочетании с улучшением наполнения цилиндров рабочей смесью за счёт увеличения диаметра впускных кланов, введения впускного коллектора более совершенной формы и двухкамерного карбюратора, а также повышение степени сжатия до 8,2 единиц, уже позволили повысить мощность более, чем на четверть — с 75 до 95 л.с. При этом расход топлива не увеличился, а ресурс лишь возрос благодаря внедрению новых конструкционных материалов и более совершенной фильтрации масла. Зато понадобилась уже четырёхступенчатая коробка передач, а эластичность, хоть и оставаясь впечатляющей, всё же ощутимо пострадала из-за выноса пика крутящего момента с 2 000 на 2 200. 2 400 оборотов в минуту.

Форкамерный двигатель 4022.10 стал ещё более мощным и высокооборотным — но и ещё менее эластичным, с пиком крутящего момента, смещенным к 3 000 оборотов и его несколько снизившимся пиковым значением, соответственно — ещё худшими «низами».

И на этом резервы форсирования по мощности далеко не были исчерпаны.

Потенциал для дальнейшей форсировки

Как показывает практика спортивной доработки двигателей «Волги» (об этом см. например здесь), мощность в районе 120 л.с. достигается на ЗМЗ-402 (модификация с самым большим в семействе размером клапанов) путём простого дальнейшего повышения производительности системы питания — до уровня, наконец-то соответствующего полноценному наполнению рабочей смесью его цилиндров при всех доступных с такой конструкцией ГБЦ оборотах. Например, установкой нескольких горизонтальных карбюраторов мотоциклетного типа, или одного сдвоенного, но с увеличенным сечением диффузоров, в сочетании с доработкой выпускной системы. Чуть более серьёзно вмешавшись в конструкцию мотора, можно даже не трогая ничего кроме газораспределительного механизма (тюнинговый распредвал с изменёнными фазами газораспределения, более жёсткие клапанные пружины, и так далее) снять с тех же 2,5 литров уже 130. 150 л.с.

Но. «низовой» характер двигателя при этом полностью теряется, а пик крутящего момента смещается в район 3 500 оборотов в минуту. В результате получается мотор, существенно «взбодрённый» после 3,5 тысяч и крутящийся до 5 500. 6 000 оборотов, как у «Жигулей» (больше со штатной конфигурацией каналов в головке всё же не выйдет) — но, взамен, с ощутимо более слабыми «низами», а также повышенной шумностью из-за работы преимущественно на средних и высоких оборотах: за всё хорошее приходится платить ! («низов» при такой конфигурации почти нет, мотор приходится постоянно раскручивать, даже чтобы получить ту же динамику, что и у штатного)

Естественно, для успешной и длительной работы мотора с такими переделками требуется также вмешательство в систему охлаждения, позволяющее компенсировать увеличившееся тепловыделение, другой выпуск, и тому подобные мероприятия.

Современные электронные «фокусы» позволяют получить мотор, который имеет и хорошие «верхи», и вполне достойные «низы»: например, у ЗМЗ-406 благодаря настройке управляющей электроники два пика крутящего момента — в районе 2 500 и 4 000 оборотов в минуту, а между ними — провал, «круизный режим» со сниженным удельным расходом горючего.

Но в то время приходилось выбирать — или, или.

Это касается не только волгомотора, тем же дефектом страдали все заводские форсированные версии двигателей 50-х — 70-х годов: по сравнению с серийными вариантами они развивали дополнительную мощность на высоких оборотах, но платой за это была необходимость постоянно крутить двигатель, даже в повседневной езде, так как «на низах» он уже «не тянул».

В качестве примера можно привести форсированные варианты фиатовских моторов 1960-х годов, которые, при максимальной мощности под 100 л.с., «на низах» были ничем не лучше «жигулёвского».

Конкретно, 1600 Special T TwinCam развивал 95 л.с. при 6000 об/мин, но при этом максимальный крутящий момент в 125 Н⋅м достигался лишь при 4000 об/мин.

Для сравнения, двигатель ВАЗ-2106 того же рабочего объёма в 1600 см³ давал 75 л.с. при 5600 об/мин и 116 Н⋅м при 3400 об/мин. То есть, максимальные значения обеих характеристик у фиатовского мотора выше, но при этом выше и обороты, на которых они достигаются.

И если после 4000 об/мин фиатовский «твин-кам» объезжал вазодвигатель легко и непринуждённо, то динамика на малых и средних оборотах была вполне сравнима. Чтобы «объехать» «Жигули» на машине с таким мотором, его надо было как следует «пришпорить», что в «гражданской» эксплуатации довольно сомнительное преимущество.

Причём это «дорожный» вариант, ещё хоть как-то предназначенный для повседневной эксплуатации — более форсированные спортивно-гоночные модификации «просаживались» на низах намного сильнее (по сути — вообще их не имели и хоть как-то тянули только раскрутившись до

И если бы выбор был сделан в пользу высоких оборотов, то, выиграв в мощности, максимальной скорости и приемистости в диапазоне 100-130 км/ч, мы существенно потеряли бы относительно штатной конфигурации в разгонной динамике, эластичности и приспособляемости в диапазоне 0-100, а особенно — в наиболее актуальном при движении в городских условиях 0-60. Иными словами, по сравнению с ЗМЗ-402 «каким мы его знаем», такой форсированный мотор вообще «не ехал» бы до 2,5. 3 тыс. об/мин.

Отчасти компенсировать такое изменение характера мотора могла бы и коробка передач с широко разнесёнными 5-6 ступенями, что является нормой в наши дни, но в те годы большинство машин и так ограничивалось тремя; кроме того, это лишь увеличило бы количество переключений ещё больше, усложняя работу водителя.

Логика выбора заводских характеристик

Собственно, здесь мы подошли к причине такого подбора заводских характеристик двигателя. Дело в том, что для «гражданского» мотора, стоящего на рядовом серийном автомобиле, а тем более — специализированном автомобиле-такси, пиковая максимальная мощность зачастую не является основополагающей характеристикой. Более того — существуют и другие, зачастую более важные в данном конкретном случае, показатели, повышение которых входит в прямое противоречие с задачей повышения пиковой мощностной отдачи. Особенно чётко это проявляется в специфических условиях эксплуатации — например, таких, какие имелись в те годы в СССР.

Более того — в те годы советские водители с готовностью жертвовали динамикой автомобиля ради экономии и удобства в эксплуатации: очень многие машины были переведены на низкооктановый 76-й бензин, как более дешевый и распространённый, и происходящее при этом некоторое ухудшение динамических характеристик никого особо не пугало.

Другое дело — увеличение мощности двигателя в основном рабочем диапазоне, то есть, в промежутке от 2 до 3,5 тыс. оборотов: за это стоит побороться, и даже пожертвовать максимальным значением мощности ради его повышения на малых и средних оборотах. Что достигается как раз за счёт смещения «полки» крутящего момента в зону низких-средних оборотов.

Впрочем, максимальной мощности двигателя ГАЗ-24 хватало для того, чтобы машина развивала сумасшедшую по меркам режима движения, существовавшего на советских дорогах того времени, скорость — 145 км/ч, а типичная скорость междугородного шоссе — 90. 110 км/ч — развивалась при достаточно умеренных оборотах двигателя (порядка 3000 об/мин на прямой передаче) и с некоторым запасом для обгона и перестроения. Динамические (разгонные) качества автомобиля на момент его разработки также были не просто адекватными, а, с учётом плотности транспортного потока, даже избыточными.

Короче говоря — по тем временам двигатель ГАЗ-24 был как раз хорошо сбалансирован по своим характеристикам (не слишком «тракторный», но и не слишком «крутильно-верховой») и давал автомобилю как хорошую «тягу на низах» для резвости в городском траффике, так и достаточное число максимальных оборотов для обеспечения уверенного движения на трассовых скоростях, а лучше всего «тянул» в наиболее употребимом при повседневной езде среднем диапазоне оборотов.

Достигаемые при таком сочетании характеристик преимущества в тогдашних условиях были намного более важным аргументом, нежели тривиальное повышение максимальной мощности, дающее сокращение времени разгона до сотни на несколько секунд (всё равно бесполезных с учётом малой загруженности дорог в те годы) и увеличение максимальной скорости на пару десятков километров в час (реализовать которые всё равно будет по большому счёту негде и незачем, поскольку дорог, не просто позволяющих разогнаться до таких скоростей, а полноценно оборудованных под безопасную скоростную езду, и сейчас в России не так уж много).

Хорошая скоростная трасса — это не просто ровный бетон или асфальт, но ещё и вся сопутствующая инфраструктура: от разметки, знаков и указателей до мест отдыха и чёткой работы служб быстрого реагирования на случай ЧС.

Среди этих преимуществ — ровные тяговые характеристики, приспособляемость и эластичность, дающие водителю возможность намного реже переключать передачи, без переключения вниз снижая скорость для преодоления подъёмов, проезда трамвайных путей и иных препятствий на дороге; ломовой крутящий момент на низких оборотах, позволяющий трогаться «на холостых» и уверенно ползти по разбитой грунтовке (недаром по сути тот же мотор, но ещё более дефорсированный и низкооборотный, использовали на вездеходах Ульяновского завода); практически полное отсутствие влияния загрузки автомобиля на его динамические качества (сотня килограмм груза в багажнике на динамике практически не сказывается); высокий моторесурс при использовании доступных смазочных материалов; низкие обороты двигателя при движении по шоссе на крейсерской скорости, а следовательно — меньшие уровень шумности и расход топлива.

То же самое, в принципе, пишут и сами разработчики в книге, описывающей устройство автомобиля, правда, заостряя внимание лишь на одной стороне — увеличении моторесурса:

Двигатели умеренно форсированы по мощности и частоте вращения, что обусловливает невысокие нагрузки на поршень и гильзу, а также невысокую среднюю скорость поршня. Это обеспечивает малое изнашивание цилиндро-поршневой группы и высокую долговечность узла.

Разумеется, ваши личные приоритеты могут быть кардинально противоположны тем, которые ставили перед собой заводские конструкторы в середине шестидесятых годов; именно поэтому и возникло такое явление, как технический тюнинг. Конструкторы же серийного автомобиля всегда вынуждены учитывать множество взаимно противоречивых факторов, часто вовсе не очевидных для конечного пользователя их продукции.

Чтобы совместить высокие скоростные и динамические качества с этими преимуществами относительно низкооборотного малофорсированного мотора, ГАЗу пришлось бы пойти по пути, по которому традиционно шли американцы — то есть, при сохранении характера мотора нарастить его рабочий объём. Такой мотор развивал бы те же самые 95 л.с. уже не при оборотах, близких к максимальным, как «Волговский», а при средних, что позволило бы за счёт соответствующего подбора передаточных чисел трансмиссии увеличить максимальную и крейсерскую скорость.

Американцы так и делали, ставя на автомобиль того же класса «низовой» мотор рабочим объёмом 3,5. 4 литра и максимальной мощностью порядка 150 л.с., который разгонял его до 170. 180 км/ч при весьма пристойной разгонной динамике. Однако соответственно рос и расход топлива (правда, не прямо пропорционально увеличению объёма, так как более мощный двигатель большую часть времени работал на более выгодных с точки зрения экономии топлива режимах, но всё же весьма ощутимо).

«Волга» и без того считалась по советским меркам весьма прожорливой, и её повседневная эксплуатация частнику «влетала в копеечку» даже при тогдашних, буквально копеечных ценах на топливо. Но хуже того — увеличение рабочего объёма в её случае потребовало бы разработать полностью новый двигатель, так как имеющийся четырёхцилиндровый находился практически «на пределе» возможностей своей компоновки — дальнейшее увеличение рабочего рабочего объёма для четырёхцилиндрового двигателя, лишённого балансировочных валов, привело бы к выходу за пределы комфортного по меркам легкового автомобиля уровня вибраций при его работе. Что, собственно, и произошло с его 2,9-литровыми вариантами, которые оказались пригодны лишь для грузовиков и вездеходов УАЗ.

В принципе, именно разработка принципиально нового двигателя как раз входила в изначальные планы создателей автомобиля — «топовые» комплектации «Волги» должны были оснащаться трёхлитровой V-образной шестёркой мощностью порядка 130. 140 л.с., однако в серию она по целому ряду причин так и не пошла.

Альтернативные варианты

Некоторые интерес представляет обсуждение потенциальной альтернативы — установки вместо весьма умеренно форсированного 2,5-литрового мотора высокофорсированного малолитражного рабочим объёмом 1,8. 2,0 литра, например — реально существовавшего варианта двигателя «Москвича-412», который был спроектирован для опытных «Москвичей» в конце шестидесятых — с увеличенным рабочим объёмом и максимальной мощностью в районе тех же самых 90. 100 л.с., развиваемой при 5,5. 6 тыс. об/мин и сравнительно небольшом крятящем моменте.

Апологеты такого мотора на «Волге» почему-то полагают, что с ним полуторатонная машина поехала бы так же, как однотонный «Москвич» со своей «полторашкой», при этом совершенно игнорируя уже изложенный выше факт, что пиковая мощность мотора, развиваемая им при оборотах, близким к предельным, очень плохо характеризует его рабочие качества в основном рабочем диапазоне — смотреть надо не на пиковое значением, а на кривую мощности в целом.

Великолепное сравнение внешних характеристик моторов ГАЗ-21 и «Москвича-412», имеющих одинаковую паспортную максимальную мощность, но совершенно разную моментную кривую. Видно, что у мотора «Волги» кривая мощности целиком пролегает выше, чем у двигателя «Москвича», т.е. в основном рабочем диапазоне при тех же оборотах он стабильно выдаёт на 15. 20 л.с. больше, чем малолитражка. То есть, если смотреть на его отдачу в целом, а не только максимальную мощность — двигатель «Волги» намного мощнее, чем у «Москвича» (на малых и средних оборотах — практически вдвое). Примерно таким же было бы и сравнение между мотором ГАЗ-24 и форсированным по объёму вариантом «москвичёвского».

На самом деле, при той же пиковой мощности, что и у мотора 24Д, такой форсированный по оборотам малолитражный двигатель выдавали бы намного меньшую мощность при малых и средних оборотах, то есть — в том диапазоне, в котором мощность развивается главным образом за счёт крутящего момента при сравнительно малом числе оборотов. С практической точки зрения это означает, что тяжёлая машина с таким мотором вообще «никуда бы не ехала» во всех режимах, кроме «газа в пол», что является мягко говоря не очень желательным для автомобиля-такси, часто эксплуатируемого с близкой к полной нагрузкой.

Иными словами — с таким мотором машина, при сохранении плюс-минус той же по цифрам динамики разгона (при «газе в пол»), ощутимо потеряла бы в эластичности, комфортности вождения и грузоподъёмности, а главное — ресурс самого силового агрегата оказался бы существенно ниже, и «Волга» ходила бы до капремонта уже не по 200. 250, а в лучшем случае по 150 тысяч км, как тот же «Москвич», а скорее всего, с учётом работы преимущественно на высоких оборотах — и ещё менее того. Не было бы даже и существенного выигрыша в топливной экономичности, поскольку высокофорсированный малолитражный двигатель, поставленный на тяжёлую машину, большую часть времени работал бы на таких режимах, в которых удельный расход топлива был бы вполне сравним с 2,5-литровым.

Есть и возражения другого, экономического характера: дело в том, что кузов, ходовая часть и трансмиссия «Волги» проектировались под моторы рабочим объёмом 2,5. 3 литра (с возможность установки 5,5-литрового V8), сравнительно малооборотные, с большими значениями максимального крутящего момента, и имели соответствующую прочность, обеспечиваемую преимущественно массивностью всех деталей и, в конечном итоге, массой агрегатов. Установка на автомобиль, спроектированный под моторы среднего и большого литража, малолитражного двигателя, достигающего той же мощности за счёт оборотов, а не момента, привела бы к несоответствию массы автомобиля (а значит — и материалоёмкости, и стоимости производства, и эксплуатационного расхода топлива) используемому на нём силовому агрегату.

Причём это коснулось бы буквально всех частей автомобиля. Например, тяжёлый задний мост, рассчитанный на крутящий момент 5,5-литрового V8, означает необходимость усиленной (а значит — более тяжёлой) задней подвески, способной воспринимать усилия, возникающие при артикуляции такого моста. А усиленная подвеска, в свою очередь, тянет за собой усиление силовых элементов кузова, который должен воспринимать возникающие при её работы усилия.

Например, когда Ford решил для рынка Южной Африки установить в Ford Granada Perana пятилитровый V8 от «Мустанга» вместо штатных сравнительно малолитражных V6, в этой машине от европейской «Гранады» остался только кузов, да и то усиленный: вся трансмиссия у неё была своя, из компонентов, взятых у «Фордов» рынка США и Австралии, в подвеске тоже пришлось заменить или усилить почти все компоненты. В итоге масса автомобиля догнала «Волгу», если не обогнала.

Чтобы сделать его выпуск экономически целесообразным, автомобиль среднего класса с малолитражным двигателем нужно было бы с самого начала проектировать в рассчёте именно на такой силовой агрегат (которого на момент начала проектирования «Волги» ещё не существовало даже в планах), делая все его части более лёгкими и рассчитанными на меньший передаваемый трансмиссией крутящий момент.

В этом случае пришлось бы забыть об установке V6, V8 и дизелей, что было одним из пунктов технического задания на «Волгу», а главное — исчезло бы основное преимущество «Волги» с точки зрения основных её эксплуатантов, запас прочности кузова и шасси, позволяющий годами эксплуатировать её в режиме автомобиля-такси. К «Волге» какой мы её знаем такой автомобиль никакого отношения бы не имел, не было бы выполнено и требование максимальной возможной унификации с уже освоенными моделями Горьковского автозавода.

Собственно говоря, примерно такой проект в советском автопроме имелся — назывался он «Москвич-3-5». Как альтернативу «Волге» этот автомобиль всерьёз никто не рассматривал. Хотя, вполне вероятно, владельцу-частнику такая машина, выйди она, как это было запланировано, к середине 1970-х годов, понравилась бы.

В отдалённой перспективе работы по этому проекту привели к появлению на свет модели «Москвич-2141 Алеко», который также, несмотря на близкие к «Волге» габариты салона, и близко не смог вытеснить горьковские легковушки из их основной ниши, поскольку, как и все «Москвичи» до него, эксплуатации в таксопарках не выдерживал.

Примерно по тем же соображениям и на последующие поколения «Волги» ГАЗ ставил не форсированные малолитражные моторы, вроде аналога Renault F3R / F4R, а сравнительно малофорсированный (по меркам схемы DOHC) среднелитражный ЗМЗ-406, с возможностью комплектации двигателями с ещё большим рабочим объёмом, вроде Toyota 5VZ.

Возникли бы и проблемы иного рода — скажем, на сравнительно лёгкой машине намного сложнее обеспечить высокую плавность хода и комфортабельность: если «Волга» «разглаживает» неровности дороги во много уже за счёт своей массы, по сравнению с которой неподрессоренная масса её заднего моста оказывается сравнительно невелика, то лёгкому (1200—1300 кг) автомобилю того же размерного класса для достижения той же плавности хода скорее всего понадобилась бы уже независимая задняя подвеска, как это сделано на том же Ford Granada (и всё равно на неровной дороге он субъективно уступает по комфорту «Волге»).

Ваш покорный параллельно с волговодством является также владельцем двухдверного немецкого Ford Granada начала семидесятых, и многое может рассказать про этот автомобиль. Если вкратце — это именно «распухшая» до габаритов «Волги» малолитражка типа «Жигулей», и из этого проистекают как преимущества (в первую очередь — очень лёгкое по сравнению с «Волгой» управление), так и существенные недостатки. Двигатель V6 рабочим объёмом 2 литра, несмотря на штанговый ГРМ, сугубо «верховой» и хоть как-то тянет только если раскрутить его до хороших оборотов, а динамика в целом аналогична «Жигулям» с моторами 1500—1600. Но эта машина и весит, по разным данным, от 1240 до 1315 кг, то есть килограмов на 200-250 легче «Волги». В целом, это приятный автомобиль для владельца-частника, но объективно именно как альтернатива «Волге» подобная машина точно была не нужна.

Сравнение с аналогами

Что касается зарубежных аналогов, то невысокая степень форсирования ради эластичности и комфорта вождения была характерна в первую очередь для моторов американской школы.

Например, очень похожие характеристики и «поведение» имела рядная «четвёрка» (кстати, верхневальная — безо всяких штанг !) от «Шевроле-Веги» (1971 год, на иллюстрации выше): с 2,3 литра её рабочего объёма конструкторы GM сняли «всего» 80 л.с. (90 SAE bhp) при 4 400 оборотах в минуту — зато крутящий момент составлял внушительную цифру — 165 Н·м — уже при 2 400 об/мин.

В результате двигатель «Веги» в значительной степени копировал привычное американским водителям поведение традиционных больших и «ленивых» V8: в сочетании с главной парой заднего моста, имеющей передаточное отношение 2,53:1, он позволял сравнительно лёгкой машине с максимальной скоростью в 148 км/ч без особого напряжения «крузать» по хайвэю на обычной для тех лет крейсерской скорости — чуть за 110 км/ч — уже при 2 600 оборотах в минуту, то есть, в районе пика крутящего момента — сохраняя тишину и покой в салоне, способствуя работе двигателя в наиболее экономичном режиме, и при этом — обеспечивая достаточный запас мощности для резкого ускорения при манёвре скоростью, обгоне или перестроении.

Попробуйте-ка проделать всё то же самое на малолитражке с форсированным 80-сильным мотором рабочим объёмом около полутора литров — хотя бы той же ВАЗ-2106 ?!

Разумеется, платой за комфорт был расход топлива, даже по данным производителя достигавший 12 л/100 км.

«Волга» крупнее «Веги» и тяжелее примерно на 300 кг, так что у неё тем же 2 600 оборотам коленчатого вала на прямой передаче (наиболее гибкий и экономичный режим работы двигателя в соответствии с его кривой крутящего момента) соответствуют лишь 80. 85 км/ч (в зависимости от передаточного числа главной пары заднего моста — 4,1 или 3,9) — что и является для неё «крейсерским» режимом движения. При 110 км/ч обороты уже приближаются к 3 500, после чего начинается падение крутящего момента, так что дальнейший разгон вплоть до максимальной скорости в 147 км/ч происходит весьма неспешно. Видимо, советские конструкторы рассчитывали на более низкую крейсерскую скорость движения по загородным дорогам, чем в США — при практически той же самой максимальной скорости автомобиля.

Впрочем, даже в США эпохи «мускулистых» автомобилей вполне существовали примеры близкого к «Волге» соотношения массы и мощности двигателя — скажем, Chevrolet Nova конца семидесятых годов с базовым двигателем 153 Chevy Super-Thrift (90 bhp / 75 л.с. net на 1340 кг). В начале шестидесятых годов такая мощность считалась вполне приемлемой для обычного вождения, и в первый год продаж двигатель пользовался определённой популярностью (хотя и намного меньшей, чем опциональная маленькая 3,2-литровая шестёрка). Но в начавшуюся спустя пару лет эпоху «стальных мышц» динамика автомобиля с «четвёркой», разумеется, стала казаться американцам черепашьей, и к концу шестидесятых, после нескольких лет крайне слабых продаж, этот двигатель был окончательно убран из производственной программы. Его место заняла рядная шестёрка в полтора раза большего рабочего объёма и несколько большей мощности (ещё менее форсированная и более «низовая»). Тем не менее пример достаточно показателен, тем более, что всего лишь через какие-то лет десять, на гребне волны бензинового кризиса, мотор с весьма схожими характеристиками — 151 Pontiac Iron Duke — был возвращён на продукцию GM этого размерного класса.

Не далеко ушли и, например, «компакты» фирмы Chrysler — Plymouth Valiant и Dodge Dart, которые при массе около 1 400. 1 500 кг имели в базовой комплектации рядные шестицилиндровые двигатели Slant-Six рабочим объёмом 2,8. 3,7 литра и мощностью 110-115 bhp — ещё более дефорсированные и с откровенно «низовым» характером.

Кстати, в Австралии тот же Slant-Six предлагался и в существенно «взбодрённом» варианте Six Pack с тремя веберовскими «горизонталками», которой оказался вполне конкурентоспособным по динамике с небольшими V8.

В отношении европейских, и в первую очередь — немецких, люксовых седанов класса «Волги» необходимо отметить, что в них конструкторами закладывалась заведомо избыточная для повседневной городской езды максимальная мощность двигателя, позволяющая поддерживать высокую скорость на знаменитых автобанах, с их отсутствием ограничений скоростного режима. При этом, ввиду соображений экономии топлива и лучшего вписывания машины в характерную для Европы систему налогообложения, в которой налогооблагаемая база рассчитывалась на основе рабочего объёма двигателя, эту мощность старались снять с как можно меньшего рабочего объёма, что приводило к появлению сравнительно небольших по объёму, но высокофорсированных «крутильных» двигателей, со сложной конструкцией, требовательных к расходным материалам и обслуживанию.

Характерным в этом отношении может считаться 2,5-литровый мерседесовский двигатель M123, который свои 127 л.с. развивает при 5 500 оборотах в минуту, а пик крутящего момента в 192 Н·м приходится на 3 500. Близкими характеристиками обладал и баварский M30B25 – 147 л.с. при 5 500 оборотах, 215 Н·м при 4 000.

Цифры выглядят, конечно, впечатляюще для своего времени, но на деле они являются в определённой степени «бумажными» – как уже говорилось, пиковые значения мощности и момента красиво выглядят, но не дают полной информации о характере работы двигателя. Преимущество таких моторов перед волговским проявлялось в полной мере на высоких оборотах; при этом до 3 500. 4 000 оборотов, то есть — в основном эксплуатационном диапазоне при езде в городе, они не превосходили его по мощности, и уступали по крутящему моменту. Иными словами — при спокойной езде, без светофорных гонок и полётов по автобанам, такой уж принципиальной разницы между ними не ощущается.

Кстати — именно такой BMW-шный мотор мотор в опытном порядке ставился заводом на «Волги» в начале 70-х.

Результаты были достаточно противоречивыми: естественно, при «газе в пол» машина стала намного динамичнее, и разгонялась до «сотни» за 13,5 с, но в целом форсированный мотор на тяжёлой машине показал себя далеко не оптимально.

В малосерийном производстве выбор был сделан в пользу схожего по паспортной максимальной мощности, но заметно более «моментного» (а значит — более мощного на малых и средних оборотах) 2,8-литрового «Мерседесовского» М130; впрочем, здесь ключевую роль вполне могли сыграть логистические, а не технические соображения.

Если посмотреть на графики их скоростных характеристик, то окажется, что кривая мощности у них более полога, но «продлена» относительно мотора «Волги» в сторону больших оборотов, а кривая момента, напротив, более крута, с ярко выраженным пиком в районе максимума, и уже не сулит таких «сочных» низов. Чтобы такая машина «ехала», её мотор приходится постоянно «крутить», держа в области сравнительно высоких оборотов, что вполне соответствовало задачам, которые ставили перед собой их конструкторы. Нечто подобное было знакомо и нашим автолюбителям по мотору 412-го «Москвича», который тоже хорошо крутился, с «подхватом» во второй половине рабочего диапазона, но терялся на низах — и уже в его случае это едва ли было преимуществом при «гражданской» эксплуатации.

Впрочем, стоит сделать оговорку: в Европе уже тогда были популярны легковые дизели, а у них моментная характеристика как раз напоминает даже на 24-тый, а 21-вый мотор; впрочем, дизели тех лет были настолько специфичны, что считались практически исключительно уделом такси или самых экономных владельцев, готовых сильно поступиться всем остальным.

Американским конструкторам такой путь был чужд вплоть до восьмидесятых годов, то есть, до тех пор, пока соображения обеспечения комфорта вождения и гибкости эксплуатации автомобиля был более существенны, чем задача экономии топлива. При необходимости получить большую мощность просто наращивали рабочий объём, сохраняя «низовой» характер работы мотора.

Даже сегодня американцы с теплотой вспоминают потрясающую универсальность в эксплуатации старых легковых автомобилей с малофорсированными двигателями явно избыточного рабочего объёма, которые были способны при необходимости без напряжения ездить с полной загрузкой и тащить тяжёлый прицеп-трейлер, для чего в наше время приходится специально заводить truck (пикап или внедорожник, которые в США классифицируются как лёгкие грузовики). При этом сами моторы оставались достаточно консервативны по конструкции, в расчёте на возможность недорогого обслуживания и ремонта в гаражных мастерских.

Так что мотор «Волги» по своим характеристикам (но не многим особенностям конструкции) — это в гораздо большей степени 2,5-литровый мотор американской малолитражки, от которого ждут сравнительной экономичности и ровной тяги для спокойного, размеренного перемещения в пространстве со всеми домочадцами и скарбом на борту, чем 2,5-литровый же мотор роскошного европейского седана, по габаритам и литражу формально относящегося к её размерному классу, вроде тех же «Мерседеса» и BMW, созданных для высоких скоростей и получения удовольствия от активного вождения. И заменой одного только двигателя аналог последних из «Волги» не получить.

В связи с этим можно вспомнить один интересный случай из истории сразу и американского, и немецкого автопромов. Когда в шестидесятых годах Opel решил создать конкурента моделям Mercedes-Benz с большими V8, оптимальным решением посчитали оснастить модель одного с «Волгой» размерного класса Opel Diplomat 5,4-литровым мотором Chevrolet small-block V8, импортировавшимся из США. По американским меркам это был весьма совершенный мотор новейшей разработки — ровесник двигателя «Волги», созданный в середине пятидесятых в качестве лёгкого и технологичного в массовом производстве силового агрегата для сравнительно небольших и лёгких, по местным меркам, «Шевроле».

Между тем, на испытаниях оснащённых этим двигателем прототипов «Опеля» случился большой конфуз. Как один из основных режимов движения немцы рассматривали невиданный для Америки (американцы ездят намного медленнее европейцев) «автобанный» цикл — с непрерывным движением в течение часов со скоростью до 125 миль в час (200 км/ч). И тут оказалось, что такого темпа не выдерживали не только тихоходные малооборотные моторы от обычных серийных «Шеви», но и даже спортивный двигатель от Chevrolet Corvette ! На скоростных тестах в Германии были успешно «убиты» по очереди: серийный двигатель, мотор, модифицированный отдельными деталями от «Корвета», и, наконец, серийный двигатель от самого «Корвета». В конечно итоге «Опелю» были поставлены гоночные моторы от «Корвета» особой серии для endurance racing («гонки на выносливость»), так как только они выживали в требуемых немцами для вполне серийной машины условиях.

Проецируя данную ситуацию на «Волгу», можно отметить, что, с учётом разницы в передаточном числа главной пары заднего моста (4,1:1 против 3,6:1 у «Опеля») для неё тому же критическому режиму примерно соответствовала уже скорость в 140+ км/ч. Это было абсолютно честно отражено и в инструкции по эксплуатации, которая напрямую рекомендовала избегать длительного постоянного движения со скоростями более 115-120 км/ч (130 км/ч для ГАЗ-24-10 с парой 3,9:1) во избежание снижения ресурса двигателя и трансмиссии. И тут же следовало напоминание о том, что Правилами дорожного движения скорость ограничена: 90 км/ч на обычных загородных дорогах и 110 км/ч на специальных автомагистралях.

Кстати, эта ситуация реально повторилась с нашим «Москвичом-408», который вызвал в Европе нарекания как раз из-за того, что его двигатель не выдерживал длительного (часами) движения с максимальной скоростью. Видимо, европейские покупатели просто не удосужили себя чтением инструкции к автомобилю, напрямую запрещавшей подобные упражнения. По-настоящему популярным оказался лишь следующий «Москвич» — 412-й, высокооборотный двигатель которого издевательства европейцев выдерживал с честью.

Расход топлива, шумность, надёжность и долговечность

Не стоит забывать, что помимо чисто технических характеристик, выражаемых кривыми мощности и крутящего момента, у любого двигателя есть ещё и характеристики потребительские — такие, как расход топлива, уровень шумности и вибраций, долговечность.

По расходу топлива силовой агрегат «Волги» вполне соответствовал своему рабочему объёму.

Указанная в технических характеристиках цифра контрольного расхода в 10,5 л на 100 км при постоянной скорости 80 км/ч является вполне реальной — при условии действительно равномерного движения автомобиля на этой скорости, когда педаль «газа» нажимается лишь настолько, насколько это необходимо для того, чтобы машина продолжала катиться не замедляя движения.

Более того: расход топлива может достигать и 8—8,5 л / 100 км. при постоянном движении на скорости 35. 40 км/ч, соответствующей режиму наиболее экономичной работы двигателя.

Превышение данного расхода в указанных условиях является признаком износа или технической неисправности двигателя, либо наличия каких либо иных факторов, способствующих снижению экономичности.

В реальных режимах движения (не строго равномерно и прямолинейно) расход топлива, естественно, существенно выше: 11. 13 л / 100 км по трассе, 13. 15 и более в городском цикле — при условии технической исправности автомобиля и отсутствия резких ускорений. Что, в принципе, вполне сравнимо с современными автомобилями с тем же рабочим объёмом двигателя: хоть ты лопни — хоть ты тресни, а меньше 12-13 л на 100 км в городском цикле полуторатонный автомобиль с 2,5-литровым мотором несмотря ни на какие технические ухищрения расходовать не будет.

Например, для Ford Mondeo предыдущего поколения (собственная масса 1 458. 1 510 кг) с 2,5-литровым мотором Duratec-VE (V6, 170 л.с.) и механической коробкой передач производитель заявляет расход топлива в черте города 14,2. 14,7 л на 100 км, в зависимости от размерности колёс и типа кузова. Естественно, «едет» он при этом ощутимо «веселее», но это уже, как говорится, совсем другая история.

Вообще, при сравнении эффективности различных двигателей применяется такой параметр, как минимальный удельный расход топлива — в граммах на 1 л.с. за час. Для двигателя 24Д он составляет 225 г/л.с.·ч., 24-01 — 235 г/л.с.·ч. Для сравнения, удельный рсход топлива двигателя 21А составлял 235 г/л.с.·ч., а его форсированной версии 21Д — 230 г/л.с.·ч. То есть, повышение степени сжатия увеличивало эффективность рабочего процесса двигателя.

Что касается уровня вибрации и шумности, то для четырёхцилиндрового двигателя такого рабочего объёма без валов-успокоителей, с не уравновешенными силами инерции второго порядка, они вполне приемлемые. Рядные шестёрки такого же объёма и лизкие по конструкции, конечно, работают плавнее, но в целом разница между ними примерно такая: шестицилиндровый двигатель при работе на холостом ходу вообще не имеет заметных глазу или по вибрациям из салона колебаний, а хорошо настроенный четырёхцилиндровый — имеет едва заметные.

Технически исправный, нормально отбалансированный и собранный, хорошо отрегулированный двигатель «Волги» на оборотах холостого хода (600—650 об. / мин) работает с трудноуловимой глазом вибрацией и издаёт «равномерный стук клапанов и толкателей, сливающийся в общий шум» — примерно вот так. Ни то, ни другое из салона практически не ощущается. По мере роста оборотов, уровень шума растёт — двигатели с таким ГРМ вообще шумные, особенно без гидрокомпенсаторов, а вибрация становится всё более ощутимой, но дёргаться при постоянных оборотах мотор всё равно не должен во всём рабочем диапазоне — это уже признак неисправности, причём на первом месте в списке причин стоит система зажигания. При условии, что это не порванные резиновые подушки силового агрегата.

Сразу стоит отметить, что термин вибрация в данном случае обозначает именно мелкую дрожь двигателя при работе, ощущаемую положенной на него рукой, и не имеет никакого отношения к его дёрганью и раскачиванию с амплитудой порядка нескольких миллиметров, а то и сантиметра, при котором рычаг коробки передач хлещет водителя по правому колену, что иногда пытаются выдать за якобы вполне нормальное для этого силового агрегата и обусловленное его сравнительно большим, для рядной четвёрки, рабочим объёмом и плохой балансировкой.

Такая большая рядная четвёрка, да ещё и без балансировочных валов, в любом случае будет работать сравнительно грубо и иметь высокую чувствительность к настройке. И определённые проблемы с балансировкой у двигателя «Волги» действительно присутствовали, в особенности после того, как на Заволжском моторном стали шлифовать шейки коленчатых валов по бесцентровому методу, что было быстрее, но давало более грубый результат. Однако уровень вибрации всё же находился в диапазонах приемлемого во всём рабочем диапазоне, в особенности после того, как на удлинителе коробки передач появилась эффективно гасящая её резиновая муфта, а под самой коробкой — более мягкая опора с витыми пружинами вместо резиновой подушки. Иными словами — драматизировать ситуацию не надо: всё вышесказанное совершенно не значит, что мотор должен при работе выпрыгивать из-под капота.

Не отрицаю при этом, что на практике для моторов ЗМЗ не являются такой уж редкостью прямо-таки криминальные случаи неустранимой никакими обычными мерами (регулировкой и т.п.) вибрации и раскачивания при определённых режимах работы (либо на холостом ходу, либо под нагрузкой на средних или высоких оборотах).

В чём причина ? К сожалению, дать однозначный ответ здесь сложно, так как проблема эта носит комплексный характер. Но, как правило, это признак либо мотора, собранного на заводе «немытыми ногами» в лихие девяностые (в те годы многие из двигателей сразу же после выхода с завода по-хорошему требовали переборки со шлифовкой коленвала и комплексной балансировкой всех подвижных частей), либо агрегата с ремзавода с теми же симптомами, либо с теми же результатами прошедшего через «заботливые» «руки» дядьваси из соседнего гаражного бокса, в процессе чего оригинальная заводская комплектация была обильно разбавлена магазинными запчастями, начисто лишёнными таких «никому не нужных вещей», как балансировка и посадочные допуски.

Серьёзно влияет на уровень вибраций в движении и трансмиссия, в которой встречаются прямо-таки криминальные случаи дисбаланса того же карданного вала (да такого, что на определённом сочетании оборотов и скорости вибрация не только превращает машину в вибростенд на колёсах, а ещё и ломает картеры двигателя и коробки передач, рвёт опоры силового агрегата, и т.п.). Завод весь выпуск автомобиля с переменным успехом боролся с данными явлениями, чаще же всего они «вылезают» после кустарного ремонта.

Долговечность двигателей этого семейства вызывает, видимо, наибольшие разночтения.

Истина, как обычно, где-то там в том, что долговечность двигателя определяется в первую (и во вторую) очередь условиями его эксплуатации, включая качество обслуживания и используемых расходных материалов.

Начнём хотя бы с того, что в разных источниках указаны весьма сильно различающиеся нормативы долговечности этого двигателя:

• В статье в №1 журнала «Автомобильная промышленность» от 1976 года, написанной по более ранним материалами, полученным от завода в 1971-73 годах, отмечалось, что с рок службы двигателя до первого капитального ремонта в условиях категории I эксплуатации в настоящее время увели­чен до 200 тыс. км.
• В книге 1975 года издания довольно туманно указывается на то, что необходимость в ремонте двигателя (не указано промежуточном или капитальном) при нормальной эксплуатации автомобиля наступает примерно через 150 тыс. км пробега;
• В книге по ГАЗ-24 1989 года издания (репринт) также довольно абстрактно указано, что средний пробег двигателя 24Д до капитального ремонта составляет более 200 тыс. км;
• В книге «Двигатели ЗМЗ» указано, что в результате п роводившихся заводом работ по совершенствованию двига­ теля ЗМЗ-24 его ресурс до капитального
  ремонта в 1983 году был доведён до 225тыс. км;
• В руководстве к ГАЗ-24-10 упоминается, что ресурс двигателя 402.10 до капитального ремонта составляет 250 тыс. км пробега по дорогам первой категории;
• В книге по ГАЗ-3102 также указывается, что ресурс двигателя 4022.10 (форкамерного) увеличен с 200 до 250 тыс. км за счёт целого ряда мероприятий технологического характера.
• В книге О.В. Ярёменко «Твой друг — автомобиль» утверждается, что нормативный ресурс всего автомобиля до первого капитального ремонта составляет 300 тыс. км для ГАЗ-24 и 350 тыс. км — для ГАЗ-24-01. Видимо, эти цифры воспроизводят официальные данные завода.
• В №11 за 1991 год журнала «Автомобильная промышленность» указано, что за время выпуска модели ГАЗ-24 ресурс автомобиля до первого капитального ремонта вырос с 250 тыс. до 350 тыс. км , что также дублирует вышеприведённые цифры.

Эти данные основаны на статистке, собранной заводом из отчётов о подконтрольной эксплуатации машин в крупных автохозяйствах, и достаточно точно отражают реальность применительно к таким условиям. Итого, по заводским данным, мы имеем ресурс до первого капитального ремонта в 150. 200 тыс. км для самых первых моторов ЗМЗ-24 и в 300. 350 тыс. км — для последних ЗМЗ-402 советского выпуска.

Следует отметить, что в данном случае речь идёт о так называемом гарантированном заводом среднем пробеге до капитального ремонта, который характеризует некий среднестатистический двигатель, собранный на заводе со средним качеством и эксплуатирующийся в среднестатистических условиях. Разумеется, на практике решающее влияние на долговечность конкретного силового агрегата оказывали конкретные условия его эксплуатации.

И второе замечание: в автохозяйствах двигатели как правило эксплуатировались до снижения показателей ниже нормативных, после чего мотор было положено отправлять на капримонт, не дожидаясь его «естественной кончины». Поэтому под ресурсом двигателя в технической литературе понимается такой пробег, при котором двигатель достигает установленного эксплуатационными нормативами предельного состояния, что выражается в существенном снижении мощности и надёжности, повышении расхода топлива и масла, ухудшении пусковых свойств, и так далее. С точки зрения составителей нормативов, эксплуатация двигателя в таком состоянии уже не имеет экономического смысла. У частника такой изношенный мотор, если он продолжал пускаться, хоть как-то тянул и не имел серьёзных механических неисправностей, мог отходить ещё довольно долго — разумеется, при запередельном расходе топлива и масла и повышенном риске внезапного катастрофического выхода из строя.

Если говорить не о сферическом моторе в вакууме, то для волговских моторов советского выпуска эти цифры отнюдь не являлись предельными. Задокументированы случаи, когда у аккуратных водителей они ходили без поломок (!) и по 300-350 тысяч до первой переборки (даже не полноценного капитального ремонта), а машины в целом — по полмиллиона километров и больше. И существует мнение (основанное на воспоминаниях владельцев и сборе статистики по сохранившимся машинам), что большая часть двигателей советской сборки выхаживала по 300-350 тыс. км и более того, во всяком случае на частных или хорошо обслуживавшихся ведомственных машинах при соблюдении заводских рекомендаций по периодичености обслуживания, качеству масла и топлива.

Долговечность двигателя — очень сложная величина, весьма сильно варьирующаяся от экземпляра к экземпляру, на которую оказывает влияние множество факторов. Поэтому и методик её оценки очень много.

Например, средний ресурс получают, сложив сроки службы всех агрегатов в исследовавшейся выборке и разделив на их количество. Но в большинстве случаев в качестве норматива долговечности указывается не он, а так называемый 90%-й ресурс, цифра которого означает срок службы, до которого проработали 90% агрегатов в исследуемой выборке. Очевидно, что средний ресурс всегда будет выше, чем 90%-й — в любой выборке найдётся 10% таких изделий, который выйдут из строя за срок существенно менее среднего для всей выборки. Ещё выше 10%-й ресурс — срок службы, до которого дотянули лишь 10% из исследуемых агрегатов, а оставшиеся 90%, соответственно — «ниасилили».

Упоминается рекордный случай, когда таксишная «Волга»-универсал с двигателем 2401 прошла до первого капремонта 700 тыс. км без снижения характеристик ниже предельных нормативных. Естественно, это был образцово-показательный прецедент, эксплуатация автомобиля должна была быть очень бережной, к тому же что-то мне подсказывает, что на каком-то этапе двигатель всё же вскрывался для текущего ремонта вроде замены компрессионных колец.

Вообще, важно не путать капитальный и текущий ремонт, пусть даже сопряжённый с разборкой двигателя. Когда говорят о «движках-милионниках» — серьёзные люди имеют в виду именно пробег до капитального ремонта, то есть, замены поршневой или расточки цилиндров до следующего ремонтного размера. Для того, чтобы даже просто доездить до такого пробега, двигатель придётся несколько раз частично перебрать для замены колечек и прочего текущего обслуживания. В противном случае, к примеру, не заменённые вовремя убитые кольца очень быстро доведут и цилиндры до капиталки. В наше время ресурс поршневых колец стал ближе к общему ресурсу двигателя, так что как правило необходимости заменять их несколько раз за межремонтный пробег не возникает, но в те времена дела обстояли именно так.

Тем не менее, затягивать с капремонтом при наличии объективных для него предпосылок всё же не имеет смысла, даже если двигатель продолжает заводиться и ехать, и вот почему: при работе изношенного двигателя износ отдельных его частей ускоряется многократно и становится неравномерным, начинают изнашиваться даже части, которые при обычной эксплуатации износу практически не подвержены. Поэтому последующий капитальный ремонт такого уезженного двигателя становится существенно сложнее и дороже, а риск его внезапного полного выхода из строя прямо во время поездки существенно возрастает. К тому же, расход бензина и масла при эксплуатации изношенного мотора существенно превышают нормативный, а динамические качества ощутимо ухудшаются, не говоря уже о невозможности прохождения технического осмотра. Большинство двигателей ремонтировали превентивно, не доводя дело до «рекорда».

Как и все низкооборотные двигатели, волговский мотор не любит высоких оборотов, длительная работа на которых ощутимо сокращает его ресурс. Или, точнее говоря — не саму по себе работу на высоких оборотах, а длительную работу под высокой нагрузкой; но постоянная высокая нагрузка на двигатель при эксплуатации автомобиля как правило соответствует либо (как раз) движению по трассе с высокими скоростями, когда автомобилю приходится преодолевать начинающее стремительно возростать после отметки в 100 км/ч сопротивление воздуха, либо движению по тяжёлым грунтам на пониженных передачах, когда двигателю, опять же, приходится работать с высокой нагрузкой и на достаточно высоких оборотах, выдавая весь свой потенциал крутящего момента и мощности.

В современных условиях, впрочем, даже динамичная городская езда вынуждает «крутить» этот мотор, не имеющий такого большого запаса мощности, как у современных двигателей, явно выше комфортной для него (и водителя в отшении шумности) зоны оборотов — иного пособа извлечь из него приемлемую для современного городского траффика динамику попросту нет.

Современные автомобили могут оснащаться ещё более низкооборотными дизельными моторами, но они имеют большой запас мощности, позволяющий иметь максималку далеко за 200 км/ч, а при обычных скоростях движения ограничиваться средним оборотами.

Например, дизель Volvo D3, с максимальной мощностью 163 л.с., при средних для него 2000 об/мин уже выдаёт около 115 л.с. — это больше, чем максимальная мощность ЗМЗ-402, и то, что этот мотор не крутится выше 4500 об/мин, особой роли уже не играет — такие обороты вам просто не понадобятся даже при движении по трассе, за исключением кратковременных вспышек скорости при обгоне, которые любой мотор «переваривает» вполне спокойно.

Если же перед современной машиной ставить задачи, требующие часами двигаться со скростью, близкой к максимальной — результат будет примерно такой же (резкое уменьшение ресурса двигателя). Впрочем, современные автомобили как правило снабжаются ограничителем максимальной скорости, ограничивающий её величиной гораздо меньшей, чем конструктивная «максималка» по оборотам мотора на высшей передаче.

Как уже упоминалось — руководство по эксплуатации не рекомендовало длительное время двигаться со скоростями выше 115-120 км/ч для ГАЗ-24 и 130 км/ч для ГАЗ-24-10.

Впрочем, не стоит понимать фразу о сокращении жизни двигателя высокими оборотами слишком уж буквально: речь вовсе не идёт о мгновенном выходе двигателя из строя при более или менее длительном движении с какой либо принципиально доступной автомобилю скорости, лишь о сокращении срока службы. На проценты, десятки процентов — не более. Бояться «перекрутить» двигатель в ситуациях, когда речь идёт о безопасности движения, например при обгоне, не следует, и периодически «раскручивать» его всё же надо.

В конце концов, то же руководство по эксплуатации предлагает для проверки исправности силового агрегата разогнать автомобиль на четвёртой (прямой) передаче до скорости в 140 км/ч. Если не разгоняется — значит, двигатель не исправен. Правда, на какой именно дороге можно провести такой тест — в руководстве не уточняется ? на самом деле, есть более гуманный и безопасный способ — тем же оборотам двигателя, если посмотреть на представленную выше диаграмму, соответствует скорость почти в 100 км/ч, но на третьей передаче. Учитывая погрешность родного спидометра, можно условно считать, что двигатель развивает полную мощность, если машина на третьей передаче разгоняется до 100 км/ч по его показаниям. При этом является нормой некоторая атипичная вибрация силового агрегата, следствие того, что со штатной системой питания ему на таких оборотах уже не хватает воздуха.

Главным же образом «силён» этот мотор в плане долговечности был даже не своим исходным заводским ресурсом до капитального ремонта, который находился на хорошем, но всё же близком к среднему для тех лет для моторов близкого рабочего объёма уровне, а тем, что благодаря конструкции блока с легкосъёмными гильзами он был практически «вечным» при условии своевременного и качественного ремонта.

Дело в том, что вместо растачивания самого блока на специальном станке с последующим хонингованием стенок цилиндров при капитальном ремонте цилиндро-поршневая группа у него просто заменяется в сборе — гильзы и поршни, они так и идут комплектом. Более того: в СССР того времени наблюдались некоторые проблемы со станочным парком «на местах», и хонинговку при расточке делали далеко не всегда. В том числе поэтому ресурс капитально отремонтированного в условиях мастерской двигателя был зачастую кратно меньше, чем заводского. Внедрение сменных гильз позволило устранить эту проблему, так как заводская поршневая менялась при капитальном ремонте на точно такую же, выполненную в заводских условиях и с заводскими стандартами качества.

В принципе, сами гильзы тоже могли растачивать под ремонтный размер. Это намного проще, чем расточить весь чугунный блок целиком — не нужно специальное оборудование. Но это не от хорошей жизни. Штатный способ капитального ремонта этого мотора — замена поршневой.

Остальные детали пригодны для вторичного использования после восстановления, требующего существенно более простого оборудования, чем расточка блока и имевшегося в любой достаточно крупной ремонтной мастерской: шейки коленчатого и распределительного вала перешлифовываются под ремонтный размер; шатуны и коромысла перевтуливаются; и так далее. Ресурс капитально отремонтированного мотора составляет при этом от 40 до 80% от исходного заводского. Впрочем, если применить творческий подход — в отдельных случаях можно добиться и повышения ресурса относительно исходного, например — если устранить допущенные на заводе косяки, из-за которых в своей первой «инкарнации» мотор попал в скорбные 10% безвременно усопших, которых считают при определении 90%-го ресурса.

Всего двигатель был рассчитан как минимум на четыре-пять последовательных капитальных ремонта — если судить по выпускавшимся в запчасти размерностям поршневых колец и вкладышей для коренных и шатунных подшипников. Итого, если считать по 200 тысяч, до 1 000 000 километров пробега. На практике считалось целесообразным делать не более двух-трёх последовательных капремонтов.

К сожалению, в настоящее время задача качественного капитального ремонта этих двигателей упирается в две проблемы — отсутствие мастеров, обладающих необходимыми знаниями и желанием их применить на практике, и нижайшее качество магазинных запчастей. Эти две проблемы порождают в свою очередь третью, вторичную — высокая стоимость подобного мероприятия. Пока что найти ещё живой мотор заводской сборки в приличном состоянии обходится дешевле. Но, видимо, не за горами времена, когда и у нас серьёзно займутся качественным восстановлением этих моторов, как это уже давно делают в Штатах со своей классикой.

Стоит отметить, что в те годы машины вообще служили намного меньше чем сейчас. В США вплоть до семидесятых-восьмидесятых годов автомобиль с пробегом более 100 тысяч миль (160 тыс. км), что соответствовало примерно 6. 10 годам эксплуатации средней интенсивности, уже считался близким к предельному износу; по воспоминаниям самих американцев часто машины с таким пробегом отправлялись прямиком на джанкъярд (автомобильную свалку), потому что в ближайшей перспективе требовали дорогостоящего ремонта, так что содержать машину для большинства водителей, не обладавших, в отличие от их отечественных коллег, навыками автослесаря, становилось очень накладно. А в пятидесятые годы те же 100 тысяч миль считались настолько хорошим сроком службы для легкового мотора, что Pontiac использовал эту цифру в своей рекламе.

Впрочем, и на большей части территории Союза, и в схожих по климату штатах (так называемый «ржавый пояс», rust belt), кузов изнашивался всё же намного быстрее, чем агрегаты, в результате чего автомобиль терял товарный вид и отправлялся на помойку или в капитальный ремонт даже с ещё вполне пригодными для эксплуатации агрегатами.

Аналогичные иностранные двигатели

Сразу же отметим полное отсутствие каких либо прямых аналогов или прототипов волговского силового агрегата среди зарубежных моторов.

Как известно, четырёхцилиндровые моторы ГАЗ-А и «Эмки» ГАЗ-М-1 представляли собой более или менее точные копии фордовских Ford A и Ford B, соответственно. Рядные шестёрки семейства ГАЗ-11, ставившиеся на модернизированную «Эмку» ГАЗ-11-73, ЗИМ ГАЗ-12 и грузовики ГАЗ-51 и 52, выпускались по документации фирмы «Крайслер», а четырёхцилиндровый силовой агрегат «Победы» и ГАЗ-69 был по сути вариантом того же мотора, «укороченным» на два цилиндра.

У спроектированного в середине пятидесятых годов в заводском КБ под руководство Гарри Вольдемаровича Эварта силового агрегата ГАЗ-21, от которого напрямую происходит всё рассматриваемые нами семейство, никаких конкретных прототипов уже не было. Если говорить просто о похожих конструкциях, то окажется, что по общей архитектуре двигателя — что-то близкое подобрать можно вполне, по отдельным конструктивным и технологическим решениям — тоже, а вот так, чтобы всё это вместе, в одном двигателе — такого нет.

Собственно говоря, даже сам по себе «типоразмер» этого мотора — четыре цилиндра и 2,5 литра — достаточно малораспространённый. Просто так уж сложилось, что по европейским меркам 2,5 литра — это уже весьма большой мотор, заведомо предназначенный для дорогого и престижного автомобиля; так что если такие моторы и делали — то это были обычно рядные шестёрки, более сложные и дорогие, но лучше уравновешенные. А что касается Америки, то по тамошним меркам вплоть до самого конца пятидесятых годов 2,5 литров было, наоборот, откровенно маловато даже для самых лёгких из доминировавших в те годы «полноразмерных» автомобилей. Единичные модели американских «компактных» автомобилей выпуска пятидесятых годов были спроектированы производителями второго эшелона и оснащались устаревшими нижнеклапанными четвёрками предыдущего поколения, явно не представляющими интереса в контексте нашего сравнения. Первые современные двигатели сравнимого рабочего объёма появились там только в начале шестидесятых.

Среди иностранных аналогов для сравнения я бы в первую очередь назвал:

1. 153 CID Chevrolet Super-Thrift
2. 151 CID Pontiac2500 /Iron Duke / Tech-4
3. 2139 cc Triumph TR4
4. GM 122 / Vortec 2200
5. Volvo B18 / B20
6. 195.5 CID Pontiac Trophy-4
7. 150 CID AMC Straight-4
8. 2.3 & 2.5 L Ford HSC

Примечание: в различных странах приняты разные методики измерения мощности двигателей, поэтому сравнивать значения мощности иностранных двигателей надо осмотрительно.

На эту тему есть отдельная статья. В кратком изложении: мощность двигателей, приводившаяся ЗМЗ по советскому ГОСТ, примерно соответствует американским цифрам до 1971-72 годов по стандарту SAE Gross, но завышена по сравнению с более поздним стандартом SAE Net или немецким DIN.

Chevrolet 153 CID

Первый двигатель в нашем списке появился в конце 1961 года — на 5 лет позже «волговского». Первая «четвёрка» на «Шевроле» с самого 1928 года. По сути — «обрезанная» на два цилиндра версия шестицилиндрового мотора Chevrolet третьего поколения, который ставился на легковые «Шеви» с 1962 по 1979 год, а на «траки» (пикапы и джипы) — до конца девяностых и сам по себе был отдалённым потомком всех рядных «шестёрок» Chevrolet начиная с 1929 года (Stovebolt Six), а также приходился дальним родственником нижневальным рядным шестёркам германского «Опеля». Вполне, кстати, вероятно, что все эти моторы GM предыдущих поколений послужили в своё время инженерам ГАЗ-а хорошим пособием для изучения современного двигателестроения. Именно так — не копирования, а изучения, оценки, вычленения отдельных удачных конструктивных решений.

Этот двигатель и «волговский» являются примером решения разными конструкторами одной той же задачи — создания предельно облегчённого четырёхцилиндрового силового агрегата сравнительно большого объёма для автомобилей одного и того же размерного класса — схожими, и вместе с тем абсолютно противоположными способами.

Рабочий объём — 153 кубических дюйма, то есть, почти ровно 2,5 л; мощность — 90 bhp SAE Gross (по данным, полученным при испытаниях серийного автомобиля в СССР — 88 л.с. по ГОСТ); по современному стандарту («нетто») будет чуть меньше — 75 л.с. По компоновке довольно близок к моторам ЗМЗ, даже внешне похож — но с поправкой на «зеркальное» расположение всех узлов и навесного оборудования: впускной и выпускной коллекторы с генератором — слева, стартер, свечи и прерыватель-распределитель — справа.

Чугунный блок цилиндров без гильз изготовлен по специально разработанной GM для этого семейства двигателей технологии тонкостенного литья, максимально облегчён и адаптирован для крупносерийного массового производства — как и чугунная головка блока с квадратным сечением каналов, причём впускные каналы в ней сведены друг с другом попарно.

Привод распредвала — шестернями, более шумный, чем цепной, но зато беспроблемный в эксплатации: в нём нечему растягиваться и перескакивать. Штампованные из листового металла коромысла, приводящие в движение клапана, качаются на отдельных упорных болтах с шаровыми пальцами (ball seats; примерно как рычаги клапанов у самого первого мотора «Жигулей») — конструкция, характерная для американских двигателей в целом и в особенности для моторов GM. Установлены гидравлические толкатели клапанов, в США к тому времени ставшие стандартом де факто для «гражданских» легковых моторов.

Плоскость разъёма картера — по постели коленвала (как у 21А и УМЗ). Кстати, уплотнение задней шейки колневала — тоже сальниковой набивкой (вместо которой сейчас делают разрезной резиновый сальник FEL-PRO BS 13241, не требующий переделки держателя).

153-й мотор значился в производственной программе единственной «компактной» модели Chevrolet Chevy II / Nova вплоть до 1970 модельного года включительно, и в начале выпуска этой модели даже устанавливался достаточно массово, тем не менее никогда не был любимцем публики, а после появления в 1968 модельном году нового, ощутимо более тяжёлого поколения «Новы» и вовсе перестал пользоваться спросом, после чего тихо и незаметно для всех был убран из списка опций к 1971. Для эпохи «стальных мышц» он и правда выглядел как своего рода насмешка, что становилось особенно очевидно на фоне того факта, что в том же 1970 году «Нову» можно было заказать с существенно более сексапильными 396-кубовым (6,4 л) или даже 402-кубовым (6,6 л) V8. Правда, всего лишь один год — уже в 1971 максимальный рабочий объём двигателей был урезан до 350 кубиков (5,7 л). И это было только началом.

Между тем, и после «отставки» жизнь этого довольно удачного двигателя далеко не была окончена. До 1971 года его устанавливала фирма Jeep на некоторые свои модели, производство в Бразилии для модели Chevrolet Opala продолжалось до начала 1990-х, а версия с уменьшенным за счёт диаметра цилиндра до 2,3 л рабочим объёмом устанавливалась на автомобили GM, выпускавшиеся в Южной Африке, до 1982 года.

Наконец, версия Vortec 3000 с увеличенным до 181 куб. дюйма (3 л) рабочим объёмом до сих пор выпускается в качестве двигателя для катеров и стационарных установок. Как видим, и здесь прослеживается явная аналогия с силовым агрегатом ЗМЗ, который также ставился и на маломерные суда, и на стационарные установки (ЗМЗ-320), и тоже породил версии с увеличенным рабочим объёмом (ЗМЗ-410 и, косвенно, УМЗ-421).

Pontiac Iron Duke

Второй мотор в нашем списке очень часто путают с первым, но на самом деле это никак не связанная с ним напрямую конструкция, разработанная к 1977 модельному году уже в недрах другого подразделения General Motors, «Понтиака». Дело в том, что бензиновый кризис семидесятых годов очень основательно приопустил американцев «с небес на землю» и заставил плотно заняться поиском более экономичных альтернатив популярным «шестёркам» и «восьмёркам». Как видно — поиск этот вёлся отнюдь не среди высокофорсированных моторов европейского типа, подобных ставившимся на тогдашние «Мерседесы» и БМВ.

Основные цели при проектировании — простой, надёжный, долговечный, сравнительно экономичный (по сравнению с большими V8) и имеющий невысокий уровень выбросов в атмосферу силовой агрегат для комплектации бюджетных вариантов «компактных» (класса «Волги») автомобилей в условиях пика бензинового кризиса семидесятых годов.

Объём — 151 кубический дюйм, то есть, опять же примерно 2,5 литра. Мощность — 87 л.с. (нетто) с карбюратором. Компоновка на этот раз напоминает уже нижневальный мотор старых «Москвичей» 407-408, с расположением впуска и выпуска по разные стороны двигателя, но тоже в «отзеркаленном» виде: впускной коллектор — слева, выпускной — справа.

Конструкция блока также цельночугунная, как и у 153 Chevy — ориентированная на дешевизну массового производства. Применена короткоходная поршневая с очень большим диаметром цилиндра и сравнительно малым ходом поршня (102×76 мм), что в теории должно повысить «оборотистость» мотора, но на практике со своими тяжеленными поршнями он развивал максимальную мощность при всё тех же самых

4,5 тысячах оборотов, что и большинство подобных моторов.

Как видно, даже в середине семидесятых западные конструкторы продолжали проектировать новые моторы с примерно такой же архитектурой, как у силового агрегата «Волги», но при этом обладающие своими специфическими конструктивными особенностями, рассчитанными на иные условоия производства, обслуживания и эксплуатации. И опять же, по тем временам этот двигатель считался абсолютно адекватным для бюджетным вариантов автомобилей класса «Волги». Вся критика этого мотора связана практически исключительно с тем фактом, что GM стала совать его туда, где ему было соврешенно не место — в спортивные модели вроде Camaro, Fiero и Firebird.

В 1984 году появилась новая ГБЦ с вихревыми камерами сгорания и повышенной с 8,2 до 9,0 степени сжатия, примерно тогда же стали ставить моновпрыск (TBI), в таком виде мощность мотора достигла 90 л.с. Также в поздней версии, показанной на фото ниже, появились балансировочные валы в картере двигателя (как в двигателях «Запорожца» и «Оки»), которые несколько снизили уровень вибраций при его работе.

Этот двигатель ставился на легковые автомобили различных марок GM, например Chevrolet Lumina, Buick Skylark и Pontiac Firebird, вплоть до середины девяностых годов, а также — на некоторые модели компании AMC до появления у неё своего аналогичного двигателя (о нём см. ниже).

Triumph TR4

Двигатель английского спорткара Triumph TR4 выпуска 1961 года только на первый взгляд попал в наш список случайно. На самом деле в лице этого мотора мы, как ни странно это может показаться, имеем один из наиболее близких аналогов «волговского» силового агрегата по архитектуре.

Рабочий объём — 2,1 литра, причём мотор более форсирован, чем остальные в этом списке, поэтому несмотря на меньший рабочий объём, с него снимаются 105 bhp при 4650 об. (в варианте без приводного компрессора) — то есть, примерно 90. 95 л.с. нетто.

Съёмные мокрые гильзы, установленные в чугунном блоке цилиндров, имеют нижнюю фиксацию, причём конструкция блока специфична — он не полностью закрытый, но и не открытый: гильзы устанавливаются в вырезы его верхней плоскости, имеющие форму цифры 8, так, что гильза отчасти фиксируется и сверху, а между I-II и III-IV цилиндрами в блоке выполнена перемычка, повышающая его жёсткость (вероятно, подобные решения не повредили бы и двигателю «Волги»).

Накрывает блок цилиндров также чугунная ГБЦ, в ней установлена общая ось, на которой качаются коромысла привода клапанов. Впускной и выпускной коллекторы установлены справа один над другим, свечи — слева.

Но при всём при этом. Цепной привод ГРМ. Три коренные шейки коленчатого вала. Привод прерывателя-распределителя между I и II цилиндрами. Плавно, без резкого «излома» изгибающиеся впускные каналы в головке блока (для чего впускные окна в головке пришлось расположить намного выше выпускных, увеличив общую высоту двигателя). И в целом совершенно иное конструктивное решение остальных узлов.

Между прочим, с дальним предком этого мотора — силовым агрегатом модели Standard Vanguard — на ГАЗ-е были в середине пятидесятых весьма неплохо знакомы: «Стендерды» наряду с иными иностранными автомобилями-аналогами катались вместе с прототипами ГАЗ-21 на ходовых испытаниях. Правда, то был двигатель меньшего рабочего объёма, но конструктивные решения у него были во многом схожи.

GM 122 / Vortec 2200

GM 122 / Vortec 2200 ведёт свою родословную от 1,8-литрового двигателя, который с 1982 года устанавливался на автомобили GM американского рынка, построенные на платформе J body. В 1990 году рабочий объём нарастили до 2,2 литров и вплоть до 2003 года ставили на различные легковые автомобили платформ J (Chevrolet Cavalier) и L (Chevrolet Beretta), а также – пикапы и внедорожники платформы S (Chevrolet S-10).

Рабочий объём — 2,2 литра, мощность в разные годы составляла от 95 л.с. с моновпрыском TBI (карбюраторов на 2,2-литровый вариант уже не ставили) до 110. 120 л.с. с распределённым. Конструкция уже чуть современнее, чем у Iron Duke. Чугунный блок, накрытый алюминиевой ГБЦ, в ней — необычное «шахматное» расположение клапанов с наклоном. Двигатель рассчитан на поперечное расположение, впускной коллектор — справа, выпускной — слева. Привод расположенного в блоке цилиндров распредвала короткой цепью; длинные толкатели, коромысла, установленные на традиционных для GM упорных болтах c ball seats.

Очень простой, но надёжный и беспроблемный мотор, который могли починить в любой американской гаражной мастерской. Как видим, даже после перехода на передний привод американские конструкторы не стали отказываться от проверенной архитектуры нижневального мотора, которую у нас называли архаичной ещё в семидесятых, а просто приспособили к ней впрыск — «от добра добра не ищут». Современный уровень эксплуатационных качеств достигался при этом не за счёт изменения архитектуры самого мотора, а благодаря применению современных решений в обслуживающих его системах — подачи топлива, зажигания, охлаждения.

Стоит отметить, что сами по себе понятия «устаревший / современный» применительно к конструкции поршневого двигателя внутреннего сгорания вообще в любом случае весьма и весьма условны.

Все основные конструктивные решения в двигателестроении, за исключением чисто-электронных систем, были известны уже в тридцатых годах XX века, и в массовую продукцию внедрялись по мере надобности. Например, советский танковый дизель В-2 (Т-34, КВ, ИС и так далее) уже в сороковых годах имел расположенные в головках блока четыре распределительных вала, четыре клапана на цилиндр, непосредственный впрыск, сухой картер и другие решения, которые в массовых моторах легковых автомобилей появились лишь тридцать-сорок лет спустя — тогда, когда в них появилась надобность для дальнейшего повышения характеристик моторов.

С другой стороны — в малой авиации до сих пор очень заметную роль играют двигатели с клапанным механизмом OHV (например, практически все четырёхтактные Rotax), и даже нижнеклапанные (D Motor), причём это не выпускающиеся по сотне лет старые конструкции, а полностью новые, создаваемые в наше время с использованием современных технологий. Просто в авиации не нужна большая удельная мощность, а высокие рабочие обороты и вовсе противопоказаны — у винта довольно ограниченный диапазон эффективных оборотов. С более оборотистым мотором понадобился бы редуктор, а это дорого и тяжело, что критично для ультралёгких самолётов.

Volvo B20

Двигатели Volvo — знаменитые B18 и B20, потомки разработанного ещё во время войны двигателя B4B, устанавливавшегося на первые послевоенные автомобили этой марки. Это семейство моторов выпускалось очень долго, до начала восьмидесятых годов, и ставилось на модели P-1800, 122, 140 и 240 наряду с появившимся в 1976 году модернизированным B21 с алюминиевой головкой блока и перенесённым в неё распредвалом. Шведы, как видим, тоже отнюдь не стеснялись утилизировать свои старые проверенные конструкции вновь и вновь. Очень надёжные и долговечные двигатели, как утверждают фанаты марки — самые долговечные в мире. Один Volvo P-1800S шестидесятых годов выпуска вошёл в Книгу рекордов Гинесса, пройдя на своём родном моторе B18 аж 4 000 000 километров с двумя капитальными ремонтами. Впрочем, это всё же единичный случай — со слов американских вольвоводов, на практике обычно уже к 350-400 тысячам расход масла становится закритическим, хоть ездить ещё можно.

B20 имел почти 2 литра рабочего объёма. Чугунный блок цилиндров, накрытый чугунной головой. Компоновка похожа на волговский мотор — впускной и выпускной коллекторы справа, распределительный вал с шестерённым приводом слева. Большинство машин для Швеции имели самый простой однокамерный карбюратор и низкую степень форсирования, что давало характерное поведение низкооборотного мотора, полюбившееся местной публике. На экспорт же шведы предлагали «взбодрённую» версию с двумя карбюраторами или, в позднем варианте, бошевским инжектором D-Jetronic или K-Jetronic, которая «крутилась» до 6 500 оборотов.

Pontiac Trophy 4

Понтиаковская рядная четвёрка 195.5 CID Trophy-4 представляла собой весьма необычный мотор. Руководивший подразделением Джон Делореан видел под капотом разрабатываемого его инженерами компактного «Понтиака» экономичный четырёхцилиндровый двигатель, но средств на освоение полностью новой конструкции не нашлось. Поэтому он был получен «отпиливанием» одной банки цилиндров от существующего 389-кубового V8. Практически в буквальном смысле: первый прототип мотора представлял собой восьмёрку с отключенными четырьмя цилиндрами. Естественно, в серийном производстве появились уже свои блок цилиндров, коленвал и некоторые другие детали, но широкая унификация с V8 сохранялась.

Объём 3,2 литра, три доступных с завода степени форсирования на любой вкус — 115, 140 или 160 bhp, от спокойного мотора семейного седана с хорошей тягой на низах до «горячего» гоночного двигателя с четырёхкамерным карбюратором и «злым» распределительным валом. Унаследованный от V8 тяжёлый толстостенный чугунный блок с наклонёнными почти на 45º цилиндрами, благодаря которому двигатель был довольно увесист — 280 кг, на сотню килограмм больше, чем у «Волги». Длинный впускной коллектор — половина «паука» от восьмёрки — справа, выпускной слева. Цепной привод ГРМ. Непомерно высокий уровень вибраций при работе даже несмотря на специальный гаситель колебаний (harmonic balancer), встроенный в шкив на коленчатом валу (как у ЗМЗ-402).

Этот двигатель разрабатывался специально для модели Pontiac Tempest, в которой и без него более, чем хватало необычных решений. С ней в её изначальном виде он и умер, выпускаясь всего три года — с 1961 по 1963. Тем не менее, до сих пор довольно широко известен в узких кругах поклонников модели. Умельцы доводят его до 300 л.с. в атмосферном варианте, и до 500 с компрессором. С вибрацией борются за счёт более точной балансировки всех деталей на современном оборудовании.

AMC / Jeep 2.5 L Hurricane

С распределённым впрыском

Двигатель AMC Straight-4 / Hurricane — хронологически самый поздний из всех рассматриваемых. Он был разработан в первой половине восьмидесятых годов на основе рядных шестёрок той же фирмы и уже не предназначался для легковых автомобилей — этот двигатель создавался специально для знаменитых «Джипов», под капотом которых он должен был заменить описанный выше понтиаковский Iron Duke, закупавшийся у GM.

Его рабочий объём 2 464 см³, геометрия цилиндра — 98,4×80,1 мм. Чугунные блок и головка цилиндров, впускной и выпускной коллекторы расположены слева. Мощность — от 105 л.с. с карбюратором (до 1986 года) до 120 л.с. с распределённым впрыском.

Этот двигатель успешно дожил в серийном производстве до 2002 года. Несмотря на низкую по американским меркам мощность, пользовался любовью за полную беспроблемность в эксплуатации.

Ford HSC

Не избежал использования рядного четырёхцилиндрового двигателя со штанговым приводом клапанов и «Форд». Причём эта компания обратилась к данной схеме очень поздно, уже в середине восьмидесятых годов, когда была поставлена задача создания для переднеприводного «компакта» нового поколения Ford Tempo. Этот же мотор в версии с чуть увеличенным рабочим объёмом ставился также на специальные версии Ford Taurus первого поколения для такси и автопарков.

Впрочем, несмотря на поздний год разработки, этот мотор по уровню конструктивных решений мало отличается от волговского — ведь по сути это была версия старой-старой, появившейся ещё в конце пятидесятых годов, фордовской рядной шестёрки от «Фалкона» и «Мустанга» с «отпиленными» двумя цилиндрами.

К тому времени у «Форда» уже имелся 2,3-литровый верхневальный двигатель Lima, являющийся версией европейского мотора от Ford Taunus, но производственные мощности по его выпуску были ограничены, из-за чего просто отмасштабировать выпуск этого мотора оказалось сложнее, чем разработать новый с широким использованием деталей и конструктивных решений от старой «шестёрки». В результате получилось странноватое, но вполне рабочее сочетание передового «аэродинамического» дизайна и консервативного, но вполне современного по потребительским качествам, нижневального двигателя.

Блок цилиндров — традиционной конструкции, цельный чугунный. Диаметр цилиндра и ход поршня: 93,5×83,8 мм у 2,3-литровой версии и 93,5×90,9 мм — у 2,5-литровой, причём увеличение хода поршня достигалось за счёт более высокого блока. Привод ГРМ — цепной.

Головка блока цилиндров — тоже чугунная, с модными в те годы вихревыми каналами (как на наших ЗМЗ-511 и подобных), рассчитанная на обеднённую топливовоздушную смесь, что и дало мотору его название (HSC — High Swirl Combustion). Впуск и выпуск расположены справа от оси двигателя (сзади по ходу автомобиля, так как мотор устанавливался поперечно), распредвал — слева (спереди).

Первая версия 2,3-литрового мотора, выпускавшаяся с 1984 года, оснащалась чрезвычайно примитивным однокамерным карбюратором Holley 6149, с которым он выдавал 90 л.с. (нетто). С 1985 года двигатель перевели на моновпрыск (CFI), с которым мощность, как ни странно, упала до 86 л.с. (видимо, из-за ужесточения экологических требований). В 1988 году двигатель оснастили многоточечным впрыском, поднявшим мощность до 95 л.с., а с 1992 года — последовательный (секвентальный) впрыск, давший 98 л.с. В таком виде этот мотор выпускался до 1994 года.

2,5-литровая версия пошла в производство в 1986 году, она с самого начала имела впрыск и развивала от 90 до 105 л.с. Этот мотор никогда не пользовался популярностью, и при этом обходился компании достаточно дорого из-за своего уникального блока, так что в конечном итоге был снят с производства после 1991 года.

Итоги и выводы

Двигатели «Волги» не были копиями каких либо конкретных иностранных прототипов. По своей конструкции они не принадлежали ни к чистой американской, ни к «континентальной» школе проектирования силовых агрегатов, сочетая черты, присущие как той, так и другой, с рядом оригинальных конструктивным решений, на тот момент практически не применявшихся в подобных двигателях других производителей, вроде алюминиевого блока цилиндров.

Конструктивные решения самих моторов — вполне на уровне аналогичных иностранных двигателей, разработанных в широкий временной промежуток с конца пятидесятых по конец семидесятых годов (с учётом постоянной модернизации моторов данного семейства), и лишь незначительно уступают двигателям такого типа, разработанным в начале восьмидесятых. Отставание со временем наметилось лишь в периферийных системах, обслуживающих мотор (охлаждения, зажигания, подачи топлива и т.п.), особенно после начала внедрения на западных аналогах впрысковой топливной аппаратуры, резко менявшей потребительские качества двигателя.

По своим характеристикам двигатели этого семейства в целом также вполне соответствовали двигателям одноклассных с «Волгой» американских (в широком смысле, т.е. американской школы) автомобилей малого литража, но при этом были хорошо приспособлены своими создателями ко вполне конкретным условиям производства, эксплуатации и ремонта, наличествовавшим в СССР, что накладывало специфические ограничения на такие вещи, как требования к эксплуатационным материалам и уровень ремонтопригодности.

Конструкция моторов этого семейства — не самая простая, и уж тем более не примитивная по меркам их времени. На самом деле, во многих местах (к примеру — те же мокрые гильзы цилиндров) конструкторы сознательно пошли на значительное усложнение конструкции и технологии изготовления ради повышения тех характеристик двигателя, которые считались на момент проектирования основополагающими (в случае с гильзами — возможность ремонта в условиях минимально оборудованной мастерской автопарка). И таких мест, где дешевизна и технологичность производства принесены в жертву ремонтопригодности, в моторах этого семейства очень и очень много (втулки распредвала вместо развёрнутой прямо в блоке постели, сменные сёдла клапанов, легкосъёмная ось коромысел, и т.д. и т.п.).

С другой стороны — для повышения некоторых характеристик, к примеру, удельной мощности, сделано минимальное количество усилий, но это говорит о том, что данная характеристика просто не считалась достаточно важной, а не о неумелости конструкторов. Кроме того, надо помнить, что двигатель создавался в расчёте на длительный срок производства, а значит — в нём были изначально заложены резервы для дальнейшего повышения характеристик и модернизации, в рассчёте на то, что в будущем появление более совершенных эксплуатационных материалов позволит повысить удельные характеристики мотора без вреда для ресурса и практичности в эксплуатации.

Не обошлось, разумеется, и без целого ряда неудачных конструктивных решений, однако двигатели данного семейства выпускались в течении длительного срока (впрочем, не намного более длительного, чем некоторые иностранные аналоги) и постоянно подвергались текущей модернизации, в ходе которой выявленные эксплуатацией неудачные решения заменялись на другие. Порой — также не вполне удачные, но, увы, таков путь эволюции любого технически сложного изделия, выпускаемого крупной серией. Ни один из этих недостатков не был фатален и не препятствовал нормальной по меркам своего времени эксплуатации автомобиля в течение установленного для него срока службы.

Не стоит забывать и о том, что за столь длительный срок коренным образом поменялись требования к работе многих систем двигателя: то, что было современным и даже передовым в середине пятидесятых, выглядело уже далеко не лучшим образом к середине или концу семидесятых, но технологическая преемственность делала отказ от многих таких решений невозможным или как минимум крайне затруднительным, сопряжённым со множеством дорогостоящих изменений производственной оснастки.

Так, система обогрева салона ГАЗ-21 для своего времени могла считаться практически эталонной по эффективности, но по сравнению с автомобилями середины-конца 1960-х годов она уже не выдерживал критики, так как за это время многократно возросли требования к работе данного агрегата.

В пятидесятые годы приятно было уже само по себе наличие на борту полноценной «печки» — многие бюджетные европейские автомобили её вообще не имели, или имели очень условно, как тот же «Жук». Во второй половине шестидесятых в США на автомобилях средней ценовой категории уже стали появляться кондиционеры.

Система охлаждения двигателя, применённая на ГАЗ-21, с термосифонным током охлаждающей жидкости в блоке и огромным трёхрядным радиатором, постоянно обдуваемым вентилятором, насаженным на вал помпы, была вполне стандартной по конструкции и принципу действия для своего времени, но на момент появления ГАЗ-24, которому она перешла по наследству с незначительными изменениями, уже могла считаться устаревшей, так как появились новые, более эффективные решения. Использовавшийся на ГАЗ-21 однокамерный карбюратор полностью соответствовал уровню иностранных аналогов пятидесятых годов, но к середине шестидесятых уже представлял собой анахронизм. Наконец, тот же алюминиевый блок с мокрыми гильзами, очень прогрессивный на момент разработки первого мотора данного семейства, со временем оказался скорее тормозом на пути его дальнейшего развития, что стало причиной отказа от него на последующих моторах разрабтки ЗМЗ и УМЗ. И так далее.

С точки зрения технологии производства, это было достаточно тонкое техническое изделие, к тому же — довольно чувствительное к культуре изготовления и качеству сборки, в частности — к соблюдению внутренней геометрии блока, что особенно характерно для моторов 24Д и 402, у которых применены гильзы с нижней фиксацией. Если у 21-ого двигателя и его потомков из Ульяновска гильзы, зафиксированные в блоке за верхний край, снизу были закреплены только резиновым уплотнением и могли свободно расширяться при нагреве, то в 24-том блоке с фиксацией гильз за нижнюю часть на собранном моторе они зажаты между медной прокладкой снизу и головкой блока сверху, и расширяться им особо некуда. При этом особое значение имеет соблюдение установленных при проектировании мотора посадочных допусков.

Многие считают это просчётом конструкторов, но на самом деле это не конструктивный недостаток: проектировали мотор далеко не неучи и при соблюдении установленных допусков такая конструкция вполне надёжна в любых штатных режимах эксплуатации. Та же нижняя фиксация мокрых гильз в открытом сверху блоке (open deck block) использовалась, скажем, в двигателях Jaguar V12 и Triumph TR — о последнем мы уже говорили выше по тексту (правда, справедливости ради — у «Ягуара» гильзы существенно глубже посажены в блок — см. фото); «Хонда» в своих моторах использовала как нижнюю, так и верхнюю фиксацию мокрых гильз, а в самых новых — сухие гильзы, впрессованные в специальные выросты самого алюминиевого блока и с охлаждающей жидкостью не соприкасающиеся (как на последних моторах УМЗ). Короче говоря — технические решения применяются разные, и каждое имеет право на жизнь в своём контектсте.

Для двигателя с мокрыми гильзами очень важным является соблюдение геометрии самих гильз и посадочных мест под них в блоке, и наиболее критическим параметром является выступание гильзы над плоскостью блока на строго определённую величину, обеспечивающее её герметизацию, причём все гильзы должны выступать строго одинаково — иначе те, которые выступают ниже остальных, не обожмутся прокладкой. Пока производство на ЗМЗ обеспечивало соблюдение этих параметров с достаточной точностью — никаких проблем с такой конструкцией блока у эксплуатационников не возникало. Но. если размерные допуски самих гильз и колодцев под них в блоке просажены, гайки головки плохо протянуты, а её прокладка некондиционная — прокладка при сборке должным образом не обжимается и в ходе эксплуатации быстро происходит разгерметизация гильз, охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры. При излишнем выступании гильз над блоком прокладка обожмётся нормально, но только по гильзам, а по верхней плоскости блока — «по стольку, по скольку», и двигатель начнёт потеть подтекающей охлаждающей жидкостью, как минимум в мороз. Примерно то же самое касается и прочих узлов этих двигателей — многие из них отнюдь не столь грубы и чугунявы, как принято думать, и требуют достаточно высокой культуры изготовления и сборки.

Вполне достаточная иллюстрация: та же гильза цилиндра поставляется в нескольких размерных группах, отличающихся по диаметру (буквенное обозначение) и высоте (цифровое) на некие сотые доли миллиметра. Соответственно, при сборке двигателя соответствующие детали должны подбираться одних и тех же размерных групп, что и обуславливает их успешную работу в паре друг с другом. К сожалению, в «лихие девяностые», а во многом — и позже, завод себя подобными вещами уже «не напрягал». В результате, хотя сами по себе детали зачастую продолжали изготавливаться с более или менее приемлемой точностью (и то, увы, не всегда), добиться от них совместной работы не удавалось, поскольку фактически случайно подобранные детали из разных размерных групп нормально работать отказывались наотрез.

При ремонте гильзы на практике обычно просто притирают к блоку «по месту» (тем же абразивным составом, что и клапана к сёдлам), добиваясь равномерного и нужного по величине выступания. В кустарных услвоиях это проще, чем подбирать гильзы по группам и медные уплотнительные кольца по толщине (тем более, чем их на эти моторы давно уже делают только одного размера). В заводских же условиях требуется разбитие гильз по размерным группам.

Сложно, геморройно ? На самом деле, это ничто по сравнению с сюрпризами, которые приготовили ремонтникам современные автомобилестроители.

То же самое касается и капитального ремонта двигателей этого семейства: доверять его следует только человеку, который действительно знает, что делает, в идеале — себе лично: всё же ничего волшебного в этом нет, подборка заведомо кондиционных запчастей, тщательная балансировка силами конторы, имеющий специальное оборудование, и аккуратная сборка чистыми руками на трезвую голову часто оказываются важнее опыта. Стоит отметить, что репутацию простого в ремонте этот мотор получил исключительно благодаря созданной ещё при СССР системе обслуживания, ориентированной именно на такие двигатели, и накопленному за полвека их эксплуатации опыту. Это не, скажем, мотор «Победы», который действительно был простой, чугунный и без фокусов ремонтировался «на коленке» (впрочем, видимо, то же самое говорили и о нём мастера тех лет, сравнивая, скажем, с мотором ГАЗ-А, у которого коренные подшипники заливали баббитом и шабрили по размеру шеек коленвала прямо в мастерской).

Собственно, в основном именно ввиду такой чувствительности к качеству изготовления 402-е двигатели выпуска девяностых годов, когда это самое качество упало ниже плинтуса, а также многие капитально отремонтированные, и имели столь невысокий ресурс. Наилучшими по качеству в этом семействе считаются двигатели ГАЗ-21, собранные непосредственно на ГАЗ-е. После передачи производства на ЗМЗ в 1959 году был период, когда качество моторов ощутимо упало, но впоследствии они было доведено до должного уровня и оставалось на нём вплоть до середины-конца восьмидесятых годов, после чего стало ухудшаться катастрофически.

Кстати, является, по сути говоря, мифом и пресловутая «всеядность» волговского мотора в плане смазочных материалов. На самом деле заводом-изготовителем предписывалось заливать в двигатель ГАЗ-24 аналоги масел категорий SC и SD по классификации API (American Petrol Institute), то есть — новейших из доступных на момент его разработки, созданных для американских двигателей середины шестидесятых — начала семидесятых годов (хотя и с более низкими характеристиками, чем «жигулёвские» масла категории SE; но жигулёвский мотор по меркам своего вермени был вообще гиперчувствителен к качеству масла из-за ряда конструктивных и технологических просчётов итальянской стороны, в особенности это касается его самых первых модификаций).

При этом волговский мотор действительно может при необходиомости работать на низкосортных смазочных маслах, что в те годы было существенным требованием (в некоторых местностях СССР и в семидесятые годы не продавалось ничего, кроме устаревшего масла АС-8 / М8Б, и заводу скрепя сердце приходилось допускать эксплуатацию автомобиля и на таких маслах, правда, с существенными ограничениями). АС-8 даже заполнялись на заводе картеры двигателей самых первых автомобилей ГАЗ-24 выпуска до ноября 1971 года и перехода на М10Г.

Но при использовании низкосортных масел приходилось распрощаться и с изрядной долей моторесурса, и с даже относительной чистотой внутренностей двигателя, и с возможностью эксплуатации в режимах, близких к предельным, то есть, ездить исключительно «по-пенсионерски», давая двигателю минимальную нагрузку.

Кстати, подозреваю, что именно заливке в двигатель подобных масел мы и обязаны душераздирающими историям о моторах, застучавших после единственного прогона по трассе «с ветерком» — что не удивительно, если использовать М8, т.е. масло с вязкостью SAE 20, в моторе, рассчитанном как минимум на «тридцатку» (М10), а то и «почти-сороковку» (М12), да ещё и с недостаточной стабильностью при высоких температурах и в целом с низкой эксплуатационной категорией).

Ездить на маслах типа АС-8 / М8В (аналог SAE 20 API SB) допускалось, но очень осторожно и с сокращённым вдвое сроком между заменами. Заливка же всякого Автола (категория API SA) и тому подобного «гуталина» вообще никогда и ничем хорошим для этого двигателя не заканчивалась, такие масла в нём нормально не работают и даже не фильтруются.

Если бы таковая задача была бы поставлена, этот двигатель вполне мог бы быть доведен в серийном производстве до мощности порядка 120-130 л.с., современных экологических и эксплуатационных стандартов за счёт очередного увеличения диаметра клапанов (место под которое, в принципе, оставалось), дальнейшего улучшения конфигурации каналов в головке, внедрения впрысковой топливной аппаратуры, гидротолкателей клапанов, более совершенных систем охлаждения, зажигания, очистки масла и так далее — как это впоследствии отчасти сделал (в грузовом варианте, ориентированном в основном на тягу на малых и средних оборотах, а не максимальную мощность) Ульяновский моторный с 2,9/2,7-литровым семейством УМЗ-4213 / 4216 / EvoTech (старые модели УАЗ, ГАЗель, Соболь). И это при сохранении общей архитектуры мотора, заложенной ещё в начале 1950-х годов, без учёта, скажем, возможности конверсии в верхневальный двигатель, подобной разработанному, но так и не пошедшему в серию УМЗ-249 (2,9 л., 150 л.с. при весьма умеренных 4500 об/мин и ломовой тяге).

Однако Заволжский завод сделал в своё время другой выбор — в пользу более современного по конструктивным решениям, хотя на тот момент и ещё сырого, недоведённого «406-го» семейства, которое оказалось не только более привлекательно для потребителя (в силу — скажем прямо — большего сходства с иномарочными моторами тех лет), но и менее «капризно» в производстве, что было обусловлено, в частности, возвратом в его конструкции к примитивному чугунному блоку (а также не будем забывать, что в семейство 403/406 с самого начала его разработки входил турбонаддувный дизель, что делало монолитный чугунный блок на тот момент безальтернативным вариантом).

Стоит отметить, что переход от алюминиевого блока, в теории более прогрессивного, назад к чугунному не был эксклюзивным «изобретением» ЗМЗ тех лет. Так, Renault, все 60-е — 70-е годы выпускавший двигатели с алюминиевыми блоками цилиндров семейств Cléon-Alu и Douvrin, в начале 1980-х внезапно представил моторы F-серии (к которой принадлежит и «москвичёвский» F3R, и ставящийся поныне на некоторые модели «Дачии» F4R) с чугуным блоком.

ЗМЗ (в отличие от УМЗ, где выпуск «нижневальников» продолжается по сей день) имел возможность сравнительно безболезненно сделать этот переход, поскольку производство 406-го семейства было в общих чертах подготовлено ещё при СССР, за счёт советского государства — заводу оствалось сделать лишь сравнительно небольшие вложения, требовавшиеся на этапе внедрения и доводки нового двигателя. И даже несмотря на это, моторы старого 402-го семейства ещё долго выпускались ЗМЗ в качестве бюджетной альтернативы «16-клапанникам», хотя на их модернизацию по сути и «забили болт».

Это был уже совсем другой двигатель, созданный в совсем другую эпоху, в глобализированном мире которой границы между континентальной и американской школами проектирования автомобилей стали почти прозрачными. И поехала машина с ним тоже совершенно по-иному — не только в количественном, но и в качественном отношении.

В диапазоне до 2500 об/мин он фактически копирует поведение ЗМЗ-402, но при этом имеет не только более высокие максимальные обороты и, соответственно, большую максимальную мощность, но и второй пик момента в районе 4500 об/мин (то есть, там, где 402 уже «сдыхает»), а следовательно — обеспечивает лучшие динамические качества и более высокую максимальную скорость, при том же или чуть более низком расходе топлива.

Целесообразность тюнинга

В завершение статьи хочется дать ответ на вопрос, который очень часто задают на форумах: стоит ли возиться с этим мотором, дорабатывать его, тюнинговать, повышать мощность и т.п. ? Так вот, мнение автора данного текста — да, безусловно, стоит.

«Взбодрённая» новозеландскими тюнерами версия нижневального мотора от «Вольво» 1960-х — 70-х годов, в стоке бывшего тем ещё «овощем». Чем наши 24Д или 402 хуже .

То же самое на бразильском «Шевроле-Опала» с 2,5-литровой нижневальной «четвёркой».

Мотор по компоновочным решениям на уровне наших 21-вого и ранних УМЗ, да ещё и весь чугунный. Мы же имеем гораздо более продвинутый исходник .

За рубежом совершенно не стесняются строить серьёзно «взбодрённые» версии на базе принципиально таких же (а часто и более примитивных по конструктивным решениям !) четырёхцилиндровых нижневальных двигателей с ГРМ типа OHV (например, английских марки Standard / Triumph, шведских с Volvo PV / Amazon / 140, или американского 153 Chevy с бразильского «Шевроле-Опала»), и никто не считает это бестолковым и ненужным занятием лишь в силу того, что сегодня имеется возможность «воткнуть» под капот вместо родного мотора двигатель от какой-нибудь «Тойоты», с завода имеющий намного более высокие удельные характеристики и при этом объективно более надёжный. Если мотор разбирается для капремонта, в него кладываются деньги и силы, и это не музейная реставрация в полнейший оригинал — то почему бы не добавить несколько апгрейдов, слегка повышающих мощность ? Более того, есть множество примеров заводского тюнинга подобных моторов ещё «в те годы», всевозможных «спортивных верисий» и т.п.

Моторы этого семейства форсируются точно так же, как и любые другие, и на мой взгляд намного интереснее попытаться приблизиться к параметрам, скажем, стокового ЗМЗ-406, чем просто «свапнуть» тот же 406-й. Ведь при этом машина остаётся раритетом, хоть и модифицированным в рамках технического стиля своего времени. Каким именно образом — это уже, что называется, «дело техники».

Здесь существуют две «школы мысли».

Первая считает необходимой отправной точкой доведение рабочего объёма двигателя до 2,9 литра (максимум для данной архитектуры) — например, за счёт установки проточеных гильз от ЗИЛ-130 в также расточенный блок. Если больше ничего не переделывать, то мотор получается изрядно «тракторным» (более, чем в стоке), и чтобы его «взбодрить» нужно приложить весьма нетривиальные усилия, поскольку штатная ГБЦ и с 2,5 литрами уже на пределе по пропускной способности. При этом блок цилиндров получается всё же значительно ослабленным (недаром заводской ЗМЗ-410 строился на основе «форкамерного» блока с верхней фиксацией «мокрых» гильз, а УМЗ для своих 2,9-литровых моторов и вовсе перешёл на «сухие» гильзы). В общем, способ имеет свои ограничения, но имеет право на жизнь.

Второе направление — это постройка «бодрого» мотора в рамках штатных 2,5 литров. Здесь в основном «играются» с параметрами распредвала, смещая фазы газораспределения таким образом, чтобы повысить максимальные обороты и обороты максимального момента — естественно, с попутным доведением ГБЦ, системы питания и выпуска, что позволяет такие обороты успешно использовать для повышения мощности. Помогает «крутильности» мотора и облегчённая поршневая (например, от УМЗ-417 «нового образца», 92×44 мм под длинные шатуны от УМЗ-421, а то и заказная «ковка»). «Потолок» этого подхода — гоночные двигатели для «кольца»: максимальная мощность за 150 л.с. при 6,5-7 тыс. оборотов, масимальный момент на 3,5-4 тыс. и. стабильный холостой ход только при 2 тыс. об/мин. Соответственно, «низов» вообще нет.

Это что касается самого «кирпича» (блок + ГБЦ). Относительно навесного тоже есть два варианта, в зависимости от того, «к чему душа лежит»: либо делать всё в рамках «старой школы», т.е. технологий того времени (карбюратор или карбюраторы, трамблёрная система зажигания), либо же применять где возможно современные решения (впрыск, микропроцессорное зажигание и т.п.). В последнем случае можно, даже существенно не увеличивая мощность, по практичности в эксплуатации вплотную приблизиться к современным моторам.