Полный обзор неисправностей двигателя УМЗ

С развитием автомобилестроения и разработкой принципиально нового коммерческого грузового автомобиля Газель возникла необходимость в обеспечении его силовым агрегатом, способным удовлетворить мощностные показатели при перевозке грузов или пассажиров. Конструкторами Заволжского и Ульяновского моторных заводов было принято взять за основу двигатель ГАЗ-21, используя все его положительные инженерные решения и конечным результатом стал модифицированный вариант мотора УМЗ-451. Работы по усовершенствованию УМЗ-451 не останавливались и на автомобили были реализованы двигатели УМЗ-414 и УМЗ-417, а завершающей последней версией этого ряда моторов стал УМЗ-421. Весь перечисленный ряд двигателей не имеет особых различий, кроме применения на УМЗ-421 «сухих» гильз, за счет которых значительно повысили прочность блока. «Мокрые» гильзы цилиндров обеспечивают лучший отвод тепла, благодаря непосредственному соприкосновению охлаждающей жидкости с их стенками, но картер двигателя с такими гильзами обладает меньшей жесткостью и в процессе эксплуатации возможны появления изломов и трещин.

В России коммерческие автомобили и внедорожники, наиболее популярные у населения («Газели» и УАЗы) комплектуются двигателями Ульяновского моторного завода. Выпуск двигателей освоен в 1969 году и эксплуатация его была основана на распыле топлива карбюратором.

В 2000 годах УМЗ-421 продолжили модернизировать и на его базе реализовали управляемую топливную систему с применением инжекторов. Разработанный двигатель УМЗ-4216 изменился только заменой внешних узлов и деталей, а именно:

• установлен впускной коллектор с добавлением ресивера;

• в головке блока предусмотрены специальные отверстия для форсунок;
• внедрена и реализована в конструкции рампа форсунок;

• задний веревочный сальник коленчатого вала, пропитанный графитовой смазкой заменен резиновым сальником.

В настоящее время Ульяновский завод прекратил производство всех двигателей, работающих на 80-м бензине с карбюратором и отлажен выпуск моторов, работающих на бензине АИ-92 и АИ-95, а также битопливных под бензин и газ.

Краткая характеристика модельного ряда двигателей УМЗ приведена в следующей таблице:

Конструктивные особенности инжекторного двигателя УМЗ

Распределительный вал сопряжен с коленчатым валом через шестерню, выполненную из текстолита или фторопласта. В обод шестерни запрессована металлическая шайба, при прохождении которой мимо датчика фазы фиксируется положение распредвала и сигнал об этом поступает в блок управления. Распределительный вал с нижним расположением. Передача движений к клапанам, находящихся в верхней части головки блока осуществляется посредством прочных штанг, выполненных из алюминиевого сплава. Штанги, находящиеся в контакте с кулачками распредвала внизу и коромыслами, вверху передают движение стержням клапанов, строго в соответствии с профилем кулачков и их угловых расположений.

Рабочей частью коромысла является его профилированный участок, который упираясь в торец стержня клапана управляет его открытием и закрытием. Тепловой зазор между рабочей частью коромысла и торцом клапана осуществляется регулировочным болтом или установленными гидрокомпенсаторами. Регулировка тепловых зазоров осуществляется на холодном двигателе с температурой не ниже 20 градусов и не выше 30. Регулировка положения гидрокомпенсаторов также проводится в диапазоне этих температур, при этом порядок регулирования аналогичен порядку регулирования без гидрокомпенсаторов.

Неисправности и способы устранения

Топливная система

Признаки неисправности топливной системы:

• двигатель не заводится;
• продолжительный запуск двигателя;
• двигатель заводится и глохнет;
• отсутствие тяги и динамической характеристики;
• повышенный расход топлива;
• часто возникающие хлопки, вызванные бедной смесью;
• провалы при разгоне.

Одной из часто возникающих неисправностей топливной системы является неэффективная работа бензонасоса или полный отказ его работы. Оценить работу бензонасоса возможно подключенным к рампе форсунок манометра. При включении бензонасоса стрелка манометра должна достаточно быстро, в течении 1,0 – 1,5 секунд установиться на позицию 3,8 атм, а при отключении допускается падение давления до 3,0 атм.

Если давление с нулевой позиции нарастает медленно до 3,8 атм, то это свидетельствует о загрязненности фильтров, установленных в баке на модуле бензонасоса и на раме автомобиля.

Быстрое падение давления до нулевого значения, после выключения бензонасоса может быть вызвано рядом причин:

• неисправностью регулятора давления топлива, установленного под крышкой модуля бензонасоса%
• неисправностью обратного клапана на моторе бензонасоса;
• появлением трещины на гофрированной трубке подачи топлива в главную магистраль или негерметичной посадке ее во входной штуцер мотора.

Отказ работы бензонасоса часто возникает из-за отсутствия питающего напряжения, который подается от реле включения. Реле находится в подкапотном пространстве, на задней стенке моторного отсека (буквально под лобовым стеклом). Так как реле бензонасоса устанавливается в одном блоке с двумя другими реле включения вентилятора охлаждения и главным, у владельца автомобиля часто возникает вопрос их точного определения.

Это можно сделать разными способами:

Способ-1. Выполняется с помощником без наличия контрольной лампы. Способ работает на ощущение срабатывания электромагнита реле. Проверяющий кончики пальцев прикладывает ко все трем реле, а помощник включает зажигание. В это время сработают одновременно два реле – главное и бензонасоса и их проверяющий ощутит по щелчку срабатывания электромагнитов. Через 5-8 секунд реле бензонасоса отключится щелчком реле, что тоже отразится на пальце проверяющего.

Способ -2. Выполняется с помощником и используя контрольную лампу. Зацепив один из щупов контрольной лампы на «массу», другой подключается с обратной стороны колодки к выводу «87» питающего напряжения. Помощник включает зажигание и проверяющий определяет по контрольной лампе включение одного из трех реле. По истечении 5-8 секунд на том реле, где контрольная лампа отключилась – это и есть реле бензонасоса. На главном реле контрольная лампа будет гореть постоянно до выключения зажигания, а на реле вентилятора лампа не включится.

Способ удобен тем, что одновременно определяется реле бензонасоса и диагностируется контрольной лампой наличие питающего напряжения.

Способ-3. Выполняется без помощника. Способ рассчитан на определение реле бензонасоса по цветовой схеме проводов. На всех автомобилях Газель (двигатели ЗМЗ, УМЗ) от разъема реле бензонасоса исходящий провод (вывод «87») белого цвета.

Если при проверке установлена целостность проводки и на разъеме бензонасоса присутствует напряжение и масса, то рекомендуется демонтировать с бака модуль бензонасоса и тщательно осмотреть на прожиг все имеющиеся контакты. Иногда дефект обнаруживается мгновенно по состоянию расплавленного мотора.

По результатам проверки топливного насоса установлена его нормальная работа, но двигатель не заводится или после запуска работает не сбалансированно.

В этом случае необходимо проверить целостность жгута электропроводки, соединяющий форсунки с основным кабелем и контролькой проверить наличие плюсового напряжения на всех форсуночных разъемах, а также поступающие импульсы коммутации при прокрутке стартером.

Отсутствующие импульсы на разъемах форсунок с одновременным отсутствием искры на свечах зажигания свидетельствует о неисправности датчика синхронизации, сигнал которого возможно определить диагностическим оборудованием.

Движение автомобиля сопровождается рывками или провалами

Резкие или кратковременные рывки, появляющиеся во время движения, возникают наиболее часто по причине сбоев искрообразования. В силу инерционности горения топлива кратковременные и резкие рывки по причине неисправности топливной системы не возможны и следует основное внимание сосредоточить на проверке свечей зажигания, высоковольтных проводов и правильной работы катушки зажигания. Самостоятельно, без наличия диагностического оборудования проверить сбой искрообразования, пробой высоковольтных проводов и межвитковых замыканий на катушке зажигания невозможно. Решить проблему возможно банальной подменой заведомо исправных деталей системы зажигания.

Что видит специалист при поиске рывков, совершаемых автомобилем во время движения.

Процессы образования искры для поджига топливной смеси в цилиндрах совершаются с огромными скоростями, иначе говоря это быстротечные процессы и зафиксировать («поймать») точку потери искры возможно только специальными приборами, осциллографами, которые могут записывать информацию покадрово через заданный и очень короткий промежуток времени (в миллисекундах и микросекундах). 

На левом рисунке показана осциллограмма нормально работающей искры. Слева направо – включается коммутация в первичной цепи катушки зажигания и происходит заряд, который по достижению времени отдает накопленную энергию электродам свечи в виде высоковольтного пробоя, который достигает 10,0 киловольт. Пробой мгновенно переходит в режим искры (горизонтальная линия), которая работает при напряжении 2,0 киловольт. Участок горения искры завершается волнообразными затухающими колебаниями, свидетельствующими об исправности катушки зажигания (остаточное высоковольтное напряжение).

На правом рисунке осциллограмма до пробоя разряда одинаково записывается осциллографом, но далее отсутствует горизонтальный участок линии горения искры. Это и есть рывок автомобиля в движении.

Рывки на автомобиле с двигателем УМЗ также могут появляться при неисправности датчиков синхронизации, при этом аварийная лампа неисправности на панели приборов может и не включаться. В этом случае проще заменить датчики синхронизации.

 Провал часто возникает из-за неисправности катушки зажигания, которая самостоятельно определяется подменной заведомо исправной катушки или специалистом, используя специальное диагностическое оборудование.

Обороты плавают и могут произвольно повышаться

В том случае, когда все цилиндры двигателя УМЗ работают по волнообразному циклу, т.е. одновременно повышают свою энергоемкость и также одновременно ее снижают наблюдается плавание оборотов в широком диапазоне. Необходимо отметить, что допускается прирост или убывание оборотов (дискретность) в диапазоне от минус 40 до плюс 40. Величина выше предельно допустимых свидетельствует о неисправности, которая чаще всего вызвана подсосом неучтенного воздуха во впускной коллектор. Подсос воздуха может появиться на нижней части форсунок, уплотнительные кольца которых с течением времени кристаллизуются, иначе говоря «дубеют» и соответственно теряется герметичность. В результате неучтенный воздух проникает через изношенный уплотнительные кольца во впускной тракт и соотношение топливной смеси нарушается. Нарушение соотношения воздух-топливо приводит к плаванию оборотов и регулярному их возрастанию с последующим падением.

Проверить наличие подсоса воздуха самостоятельно затруднительно и советы «бывалых» в поиске утечек водой или очистителем карбюратора на предполагаемые свищи являются не реальными. Вода и распыл от очистителя карбюратора на горячем двигателе мгновенно испаряются и создать пленку, временно закрывающую предполагаемый свищ не удастся, тем более если таких свищей много (четыре форсунки, прокладка впускного коллектора, резиновые трубки).

Эффективным способом проверки утечек воздуха является заполнение впускного тракта дымом, используя диагностический дымогенератор. Таким прибором можно выявить даже очень небольшие утечки воздуха и в самых трудно доступных местах.

Увеличился расход топлива, понизилась мощность и часто троит

При одновременном появлении неисправностей, связанных с снижением мощности двигателя, повышением расхода топлива и не сбалансированной работой двигателя следует в первую очередь искать причину в правильной работе газораспределительного механизма, которая на моторе УМЗ очень чувствительна к тепловым зазорам клапанов. Владельцу необходимо вспомнить на каком пробеге выполнялся технический регламент регулировки тепловых зазоров клапанов и именно на пробеге, а не зимой или летом. Регулировка зазоров на двигателе УМЗ выполняется согласно инструкции завода изготовителя и периодичность ее рекомендуется проводить каждые 10 тыс. км пробега.

Более подробно о регулировке  https://diagnozbibike.ru/regulirovka-klapanov-umz-4216/

Трудный запуск двигателя УМЗ на холодную

Вопрос запуска на холодную – проблемный как для специалистов, так и для владельца автомобиля. Такая ситуация возникает из-за того, что автомобиль на диагностику прибывает с горячим двигателем, а горячий он прекрасно запускается. Холодный двигатель владелец самостоятельно проверить не может из-за отсутствия диагностического оборудования.

Тем не менее, существует ряд важных причин, при которых двигатель УМЗ тяжело запускается на холодную:

• низкая компрессия в цилиндрах;
• низкое давление топлива в рампе форсунок;
• тепловые зазоры клапанов не соответствуют техническим условиям;
• износ электродов свечей зажигания;
• не герметичность форсунок;
• неисправность датчика температуры охлаждающей жидкости;
• утечка и смешивание газа (пропана, метана) с бензином в момент запуска;
• неисправность датчика абсолютного давления;
• неисправность ДМРВ (в случае наличия в комплектации);
• наличие воды в баке.

Необходимо отметить, что специалистами некоторые перечисленные дефекты выявляются и на горячем двигателе, но даже после их устранения, вопрос остается открытым до последующего очередного запуска двигателя на холодную.

Рекомендации для длительной работы двигателя УМЗ без ремонта

В отличие от двигателя ЗМЗ-405 16-ти клапанного УМЗ-4216 (и аналогичные серии) работает безукоризненно, выносливый и стойкий в работе на газе (пропан, метан). Конечно, после продолжения модернизации и установки гидрокомпенсаторов, мотор часто стал проситься к специалистам на диагностику. Гидрокомпенсаторы, установленные на штангах газораспределительного механизма являются единственным слабым звеном этого двигателя, но и это легко решается заменой штанг и регулировочных болтов без гидрокомпенсаторов.

А в остальном, выполняя требования по техническому обслуживанию, мотор работать будет устойчиво и с должной динамической характеристикой.

Своевременная регулировка тепловых зазоров клапанов, чистка воздушного тракта дроссельного узла, промывка химическим способом форсунок с одновременной раскоксовкой ЦПГ, периодической профилактикой топливного бака вытеснителем влаги (изопропиловый, медицинский, технический спирт), заменой всех, имеющихся в комплектации фильтров – это есть залог успешной работы коммерческого транспорта.