В конце 1960-х в Советском Союзе стартовала программа дизелизации грузового автотранспорта, согласно которой к середине следующего десятилетия в стране планировалось выпускать 150 тыс. грузовиков и 250 тыс. дизельных моторов. Кроме того, флагман советской автопромышленности, Завод им. Лихачева, должен был наладить производство новой серии автомобилей ЗИЛ-4331, оснащенных перспективным 8-цилиндровым дизельным двигателем ЗИЛ-645. Затея эта окончилась громким провалом и миллионами потраченных впустую народных рублей. Разработка нового дизеля стартовала в 1971 году. В целях унификации деталей трансмиссии по своим массо-габаритным показателям он должен был соответствовать текущему бензиновому мотору ЗИЛ-130. Первый опытный образец, обозначенный как ЗИЛ-645, был построен в 1974 году. Он имел V-образную 8-цилиндровую конфигурацию, пристеночно-пленочное смесеобразование (D-процесс), блок цилиндров из серого чугуна, алюминиевые поршни, 5-опорный коленчатый вал, шестеренчатый привод ГРМ и импорт