Алюминиевый двигатель – Алюминиевый двигатель: плюсы, минусы и особенности

Алюминиевый двигатель: плюсы, минусы и особенности

В истории не осталось имя того, кто первым задумался о возможности снижении веса двигателя путем замены тяжелого чугуна более легким алюминием при изготовлении блока цилиндров. Более прочный и дешевый чугун имеет в три раза превышает вес алюминия, кроме того, он подвержен коррозии, обладает значительно меньшей теплопроводностью.

Известно, что к 30-м годам прошлого века в некоторых гоночных автомобилях применялся двигатель из алюминия, который содержал мокрые чугунные гильзы, которые от корпуса блока разделяла охлаждающая жидкость.

В середине прошлого столетия такая конструкция начала применяться в автомобильной промышленности (как пример, мотор Москвича-412), однако полностью вытеснить чугун не удалось, так как конструкция была сложной технологически и обладала рядом недостатков, среди них:

1. Низкая жесткость блока.
2. Повышенная нагрузка на гильзы.
3. Склонность к «продуванию» прокладки.

Однако к 2005 г. уже половина автомобилей имела алюминиевые блоки цилиндров, и с каждым годом их количество стремительно растет.

Особенности чугунного блока цилиндров

У большинства двигателей блок цилиндров отливают из серого легированного чугуна, который затем подвергают механической обработке. Чугун, в частности, легированный, отличается высокой прочностью и имеет низкий коэффициент трения между материалами, из которых изготовлены поршневые кольца и поршни. Как положительным является тот факт, что чугунные стенки цилиндров отличаются более высокой износостойкостью.

Основной недостаток чугунных блоков цилиндров — это их большой удельный вес. Чтобы улучшить динамику автомобиля мировые производители ищут пути уменьшения веса за счет его составляющих, в том числе и двигателя. Сегодня у многих современных автомобилях стоит алюминиевый блок цилиндров двигателя. Алюминий, кроме своего небольшого веса, никаких других особых преимуществ перед чугуном не имеет.

Особенности алюминиевого двигателя

Алюминиевые сплавы значительно мягче чугуна, поэтому для придания блоку необходимой жёсткости,
его несущие стенки делают более толстыми, добавляют для жёсткости ребристую систему. Алюминий обладает более высоким коэффициентом температурного расширения, это требует более строгого контроля за зазорами между деталями двигателя. С целью снижения веса, в современных автомобилях поршни часто изготавливаются из алюминиевых сплавов, а поверхность цилиндров из других металлов.

Для усиления износостойкости стенок цилиндров применяют специальные технологии, позволяющие в процессе отливки блока цилиндров повысить в поверхностном слое процентное содержание кремния, удаляя при этом с помощью химических реакций алюминий. Это позволяет в разы увеличить уровень износостойкости стенок цилиндров сравнительно с изделиями, изготовленными из чугуна.

Чтобы снизить коэффициент трения, которое возникает между алюминиевым блоком и поршнями, последние покрывают тонким слоем железа.

Плюсы алюминиевых блоков цилиндров

Алюминиевые блоки цилиндров выдерживают температурный режим до +150-200 °C. Теплопроводность алюминиевых сплавов в три раза выше чугунных, это способствует более эффективной работе системы охлаждения двигателя. Очень важно подобрать алюминиевый сплав для блока цилиндров. Он должен соответствовать многим техническим требованиям, среди них:

1. Низкая стоимость.
2. Отличные литейные свойства.
3. Хорошая обрабатываемость резанием.
4. Невосприимчивость к повышенным температурам.

Выбирать алюминиевый литейный сплав необходимо на этапе проектировании блока цилиндров. При выборе сплава необходимо исходить из практических соображений, самыми предпочтительными являются высокопрочные литейные сплавы, однако, учитывая их высокую стоимость, литейные свойства и недостаточную прочность при повышении температуры, лучше от них отказаться.

Чаще всего применяются сплавы, не отвечающие жестким требованиям по примесям и загрязнениям, но которые достаточно приблизились к требованиям, предъявляемым для сплавов из первичного алюминия.

Недостатки алюминиевых двигателей

Известно, что алюминиевые сплавы, применяемые для изготовления блоков цилиндров, обладают недостаточной твердостью и износостойкостью, поэтому в блоках цилиндров широко применяются чугунные втулки. Чаще всего чугунные втулки устанавливают посредством их помещения в литейную форму блока перед заливкой. Чугунные втулки могут также устанавливаться путем горячей запрессовки. Чтобы создать прочную и износостойкую поверхность скольжения блока цилиндров используют различные методы напыления: плазменные, термические, электродуговые и др.

Похожие записи

plusiminusi.ru

Почему некоторые двигатели отлиты из алюминия, а некоторые из чугуна? Какие из них лучше?

Какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?

В последние годы стало модно перед покупкой автомобиля смотреть на его внешность, форму, интерьер и различные функции. Двигатель и коробки передач вместе с подвеской как-то незаметно стали отходить на второй план. Но это неправильно. Ведь автомобиль – это не модный новый смартфон или телевизор. Для любого транспортного средства двигатель – это его сердце, без которого он не может осуществлять свою главную функцию. Тем не менее все еще есть водители, которые перед покупкой машины тщательно изучают ее техническо-механическую часть. Но многие в итоге сталкиваются с дилеммой при выборе двигателя, задавая себе непростой вопрос: а какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный? 

 

Смотрите также: Почему двигатели автомобилей не плавятся?

 

Да-да, современный авторынок может вынести мозг любому автолюбителю при выборе автомобиля. Это раньше было просто: выбрал марку, модель, один из нескольких движков – и все. Теперь же количество различных технологий в современных автомобилях, наверное, уже скоро обгонит количество технологий в космическом аппарате Аполлон, слетавшем на Луну.

 

Этот посадочный модуль Appolo точно не был сделан из чугуна

 

Многие из наших читателей знают, что в последние годы в автомире становится все меньше машин с чугунными двигателями. На их смену пришли легкие алюминиевые моторы. В итоге автолюбители во всем мире поделились на два лагеря, один из которых рьяно доказывает другому, что алюминиевые двигатели хуже старых чугунных. В одной из прошлых наших статей мы уже подробно разобрали преимущества и недостатки новых и старых моторов. Сегодня же мы решили кратко поговорить о том, какие все-таки движки лучше – алюминиевые или чугунные.

 

На первый взгляд, алюминий лучше обычного чугуна. Именно поэтому многие автолюбители и эксперты считают, что алюминиевые моторы имеют преимущество перед старыми, полагая, что чугунные моторы – это отсталая технология. На самом деле эта идея совершенно неверна и подобное мнение крайне однобоко. 

 

 

Давайте же познакомимся с разницей между алюминиевыми и чугунными двигателями. Алюминиевые и чугунные моторы называют так в зависимости от того, из какого материала сделан блок цилиндров двигателя. Например, если блок цилиндров сделан из чугуна, то двигатель считается чугунным. И даже если в нем будет использоваться алюминиевая головка блока цилиндров, то все равно этот двигатель будет считаться чугунным. То же самое касается и алюминиевых силовых агрегатов. 

 

Смотрите также: Вот какие плюсы и минусы есть у различных типов двигателей: обзор

 

Фактически же оба типа двигателей имеют как свои преимущества, так и недостатки. Давайте кратко в виде цитат из прошлой статьи выделим преимущества и недостатки алюминиевых двигателей, которые откроют глаза тем, кто считает, что чугунные моторы – это допотопные технологии. На самом деле сбрасывать со счетов чугунные силовые агрегаты еще рано. 

 

 

Преимущества алюминиевых моторов

• Существенное снижение веса двигателя, что в конечном итоге влияет на вес машины и приводит к снижению расхода топлива

• Увеличение динамических характеристик автомобиля за счет снижения веса

•  Алюминиевый блок меньше подвержен коррозии (хотя редко когда вы можете увидеть коррозию в чугунных моторах, но тем не менее она бывает)

•  Алюминиевый мотор легче охлаждать (лучшая теплопередача, чем у чугунных блоков двигателя)

•  Требуется меньше времени для нагрева двигателя. Алюминий намного быстрее набирает температуру в отличие от чугунных моторов

•  Лучше оптимизирован для работы в паре с турбиной

•  Алюминий проще обрабатывать после отлива блока двигателя. Обработка чугуна намного сложнее. На производстве быстрее изнашивается обрабатывающее оборудование

 

Минусы алюминиевых моторов

•  Сложность изготовления. Для отлива блока необходимо более сложное оборудование и технологии 

•  Необходимость гильзовать блок цилиндров или покрывать их специальным материалом (кремний), защищающим мотор от быстрого износа (к сожалению, алюминий уступает чугуну по прочности)

•  Больше вероятность заводского брака в процессе изготовления блока двигателя

•  Быстро остывает. Теплопроводность алюминия совершенно другая

•  Плохая стабильность алюминиевого блока по сравнению с чугунным двигателем (алюминий при нагреве больше расширяется)

•  Дороговизна переборки (ремонта двигателя). Одни двигатели нужно гильзовать, тогда как у некоторых моторов нужно восстанавливать внутреннее покрытие цилиндров. Есть также автомобили, у которых алюминиевый мотор нельзя восстановить, поскольку автопроизводители даже не удосужились выпустить ремонтные размеры поршней, колец и т. д.

•  Большая себестоимость по сравнению с производством двигателей из чугуна. Дело в том, что для производства блока из алюминия нужно использовать сложные и дорогостоящие технологии для отлива

•  Есть риск гальванической коррозии, когда алюминий контактирует со сталью. Например, со шпильками, гильзами цилиндров, которые изготавливаются, как правило, из стали

•  Меньше каналов для циркуляции охлаждающей жидкости (так как алюминиевый блок цилиндров двигателя имеет свойства отдавать тепло быстрее, многие производители уменьшили каналы охлаждающей жидкости, необходимые для эффективного охлаждения двигателя)

•  Тоньше стенки двигателя. Чугунный блок имел более толстые стенки 

•  Быстрый износ покрытия цилиндров двигателя (если вместо гильз производитель использует покрытие из кремния)

 

Итак, алюминиевые моторы легче, чем чугунные. Также алюминиевые двигатели имеют лучший теплоотвод по сравнению с чугунными блоками (лучшая теплоотдача). В результате алюминиевые моторы работают более гладко и устойчиво.

 

Главным же недостатком алюминиевых моторов является недостаточная прочность блока цилиндров. К сожалению, жаропрочность при высоких температурах у алюминиевых движков хуже по сравнению с чугунными. Особенно это плохо, когда двигатель небольшой, поскольку при маленьких размерах алюминиевого блока цилиндров конструкторам тяжело придать ему хорошую прочность. Но самое ужасное, что с такими алюминиевыми моторами в последние годы стало модно ставить турбину, которая также негативно влияет на температуру в двигателе, оказывая на хрупкий алюминиевый блок двигателя свое отрицательное воздействие. 

 

Вот почему некоторые автопроизводители по-прежнему в турбированных автомобилях используют чугунные тяжелые двигатели. Так надежней и долговечней.

 

 

Также главный минус алюминиевых моторов – это их плохая ремонтопригодность. К сожалению, многие алюминиевые двигатели отремонтировать очень тяжело, в отличие от чугунных моторов, где толстый блок цилиндров легко подлежит нескольким расточкам. 

 

Почему же тогда автомобильные компании популяризировали во всем мире алюминиевые двигатели? А все дело в экологии. Из-за постоянного ужесточения экологических норм автопроизводители вынуждены любыми способами снижать расход топлива в новых транспортных средствах, который напрямую влияет на уровень вредных выбросов в выхлопе. А согласно исследованиям, расход топлива может быть уменьшен на 6-8% при каждом снижении веса автомобиля на 10%.

 

Чугунный элемент двигателя

 

Именно поэтому последние 5-7 лет автомобильные компании постоянно ломают голову, как уменьшить вес всех автокомпонентов в транспортном средстве. В том числе, как вы уже поняли, уменьшение веса коснулось и подкапотного пространства. Так что нет ничего удивительного, что многие автомобильные компании стали так активно продвигать свои новые облегченные модели, оснащенные полностью алюминиевыми двигателями. То есть основная причина появления менее ремонтопригодных моторов – это снижение потребления топлива и вредных веществ в выхлопе транспортных средств. 

 

Смотрите также: 8 самых известных типов двигателей в мире! Вот чем они отличаются

 

У чугунных моторов также есть минусы. Главный – это их вес, что существенно сказывается на расходе топлива и, конечно, на экологии. В том числе чугунные двигатели более шумные и работают более грубо. Также чугунный мотор долго прогревается и хуже охлаждается, в отличие от алюминиевого.

 

 

Так что, как видите, нельзя однозначно сказать, что алюминиевый двигатель лучше железного, также как нельзя утверждать, что современные алюминиевые моторы – полный отстой и что классические чугунные двигатели – лучшие в мире. У каждого мотора свои преимущества и недостатки!

 

Да, от алюминиевых моторов не стоит ожидать какого-то рекордного километража. К сожалению, у алюминиевых двигателей ресурс в любом случае меньше, чем в старых классических моторах. Но, увы, таковы реалии нашего современного мира. Вы посмотрите вокруг – а что сейчас долговечно? Вон мосты рушатся, недавно построенные, что уж говорить  об одноразовых брендовых чайниках, холодильниках и духовках. Сегодня срок службы многой техники уже не может сравниться со сроком службы старой, которая могла работать почти вечно. 

 

Из этих кусков чугуна сделают двигатель или тормозные диски

 

Но в любом случае при должном уходе алюминиевый мотор без проблем пройдет 300-400 тыс. км. При среднем пробеге в 30 000 км, чтобы наездить этот километраж, понадобится более 10 лет. Этого вполне достаточно, чтобы через десять лет утилизировать автомобиль или продать на вторичном рынке, чтобы приобрести себе новый автомобиль. Вы понимаете, что с ростом благосостояния населения за последние 25 лет постепенно людям становится ненужным владеть одним автомобилем 30 лет. Так что да, алюминиевые моторы имеют минусы, и причем существенные, но это не катастрофа. Хотя, конечно, если верить в конспирологию, то теория заговора автопроизводителей против потребителей все-таки имеет место. Подробнее об этом в нашей статье можете прочитать здесь.

 

Так что какой покупать автомобиль, решать вам. Да, вопрос выбора сегодня очень тяжелый. Но главное – не спешить. Оцените все «за» и «против» и принимайте решение разумом, а не эмоциями. Необходимо всегда анализировать полученную информацию в спокойной обстановке, чтобы сделать правильный выбор автомобиля.

www.1gai.ru

Блок цилиндров — Энциклопедия журнала «За рулем»

Блок цилиндров и его головка — это самые крупные и тяжелые части двигателя, изготавливаемые с помощью литья с последующей механической обработкой. В двигателе с жидкостным охлаждением вокруг цилиндров располагаются каналы для прохода охлаждающей жидкости, которые образуют водяную рубашку.

Рис. Алюминиевый блок цилиндров двигателя V8 с запрессованными «сухими» гильзами.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения обычно изготавливаются отдельно и имеют ребра для увеличения площади охлаждаемой поверхности.
Нижняя часть блока цилиндров обычно обрабатывается для установки в блок коренных подшипников коленчатого вала и для присоединения поддона картера. Большое значение имеет расстояние между соседними цилиндрами. Увеличение расстояния дает возможность повысить жесткость блока и обеспечить возможность увеличения в дальнейшем [[Рабочий объем двигателя |рабочего объема двигателя]] путем увеличения диаметра цилиндров (наиболее простой способ получения модификаций двигателей различной мощности). С другой стороны, это приводит к увеличению габаритных размеров двигателя и его массы. В последнее время некоторые производители автомобильных двигателей изготавливают блоки цилиндров, в которых соседние цилиндры соприкасаются стенками (так называемые сиамские блоки). Такой способ дает возможность получить довольно жесткую конструкцию при сравнительно небольшом размере. Жесткость блока цилиндров в значительной степени определяет шумовые характеристики двигателя.

Рис. Цилиндр и поршень двухтактного двигателя воздушного охлаждения

Долгое время единственным материалом для изготовления блоков цилиндров служил чугун. Этот материал недорог, он обладает высокими прочностью и жесткостью при хороших литьевых качествах. Кроме того, обработанные хонингованием внутренние поверхности чугунных цилиндров обладают отличными антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Существенными недостатками чугуна являются его большая масса и низкая теплопроводность. Стремление конструкторов к созданию более легких двигателей привело к разработке конструкции блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Алюминий значительно уступает чугуну в жесткости и износостойкости, поэтому блок из алюминия должен иметь большое количество ребер жесткости, а в качестве цилиндров обычно служат те же чугунные гильзы, которые вставляются в алюминиевый блок в процессе сборки, заливаются или запрессовываются в него при изготовлении. Если гильза цилиндра непосредственно омывается охлаждающей жидкостью, она называется «мокрой», а если нет — «сухой». Мокрые гильзы должны иметь надежное уплотнение с полостью охлаждения блока цилиндров.

Рис. Блок цилиндров с «сухой» гильзой. На разрезе хорошо видно, как вставлены в блок цилиндров «сухие» гильзы и выполненные в днищах поршней канавки, предохраняющие от касания поршня клапанами

Применение большого количества ребер жесткости и чугунных гильз в значительной мере сводит на нет преимущества от применения блоков цилиндров из алюминиевых сплавов. Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку. Кроме того, особенно часто в двухтактных двигателях на алюминиевый цилиндр наносится слой хрома или кремний-никелевого сплава (никасил).

Рис. Двигатель с алюминиевым блоком. Блок цилиндров этого компактного шестицилиндрового V-образного 24-клапанного двигателя, предназначенного для поперечной установки на автомобиль, полностью изготовлен из алюминиевого сплава

Жесткость алюминиевого блока цилиндров может быть повышена не только применением большого количества ребер жесткости, но и использованием специальных проставок лестничного типа в блоке. Такие проставки, соединенные с блоком, помимо значительного повышения жесткости самого блока, служат прочной основой для установки коренных подшипников коленчатого вала, что повышает его долговечность. Такая конструкция блока цилиндров становится нормой в при производстве бензиновых двигателей современных легковых автомобилей. При производстве дизелей, в которых из-за высоких нагрузок и большой шумности требуется большая жесткость блока, часто применяют чугунные блоки цилиндров.

Рис. Рама лестничного типа в блоке. Рамы лестничного типа заменяют привычные крышки коренных подшипников коленчатого вала в конструкции современных ДВС, придают высокую жесткость блоку цилиндров и продлевают жизнь коленчатому валу

wiki.zr.ru

эксперт пояснил, какие двигатели лучше и почему

За последние десятилетия автомобили стали мощнее и комфортнее, но при этом существенно усложнилась их конструкция. За великолепную динамику и умеренный расход топлива водителям теперь приходится расплачиваться надежностью. Как же получилось, что супернадежные моторы остались далеко в прошлом, еще в 90-х годах, и на какие нюансы стоит обращать внимание при выборе машины – далее в нашем обзоре.

Блок цилиндров рядного 6-цилиндрового двигателя BMW M20B25. | Фото: nl.m.wikipedia.org.

Основу любого двигателя внутреннего сгорания составляет блок цилиндров. Это массивная металлическая деталь, в которой выполнены отверстия – цилиндры. В них перемещаются поршни, которые и передают энергию газов на коленчатый вал, создавая крутящий момент. При этом блок подвергается большой температуре, давлению, трению. Именно поэтому прочность и износостойкость этой детали является столь же важной характеристикой, как и марка применяемого масла в многом влияет на «живучесть» мотора.

Для автомобильных двигателей основными материалами для изготовления блока и головки цилиндров являются чугун и алюминиевый сплав. У каждого из этих вариантов есть свои существенные преимущества и недостатки, поэтому остановимся на них подробнее.

Блок цилиндров – основная деталь в двигателе внутреннего сгорания. | Фото: ebay.com.

Если верить гаражным знатокам, то чугунный блок цилиндров – это полный архаизм. То же утверждают и автопроизводители, которые активно рекламируют как новые, так и «новые» технологии, в частности, широкое применение алюминия для снижения веса машины. Как результат, на большинстве современных машин стоят моторы с алюминиевыми блоками. При этом часто все забывают о главном — о прочности материала и его сопротивлению к изнашиванию. Чугун, сам по себе, более прочный и износостойкий, чем алюминиевый сплав любой марки. А это значит, что машина с чугунным мотором проедет больше, и 300-400 тысяч километров – не предел. Даже нанесение специального покрытия на алюминий – не панацея от раннего износа. Одно упоминание таких материалов, как «никасил» и «алюсил» вызывают немало гнева у владельцев машин и радость у сотрудников СТО.

Технология, проверенная временем — чугунный блок цилиндров с нижним расположением клапанов. | Фото: hthoward.co.uk.

Против чугунных блоков двигателя у алюминиевых есть весомый «козырь» — малый вес, а разница может достигать несколько десятков килограммов. Это, без сомнения, полезно, поскольку машина разгружается, что улучшает динамику и помогает экономить топливо. Но у алюминиевых деталей есть и свои недостатки.

Во-первых, склонность к перегреву и деформации. Алюминиевые детали чаще коробятся при повышении температуры, в то время как чугунные аналоги меньше подвержены проблеме. Особенно это опасно на моторах с турбонаддувом. К тому же, при ремонте алюминиевого блока нужна особая осторожность, т.к. чаще случаются различные неприятности наподобие слизанной резьбы.

Двигатели большинства современных машин имеют блок цилиндров из сплава на основе алюминия. | Фото: koenigsegg.com.

Подытожим результат. По мнению профильного эксперта-двигателиста, моторы с алюминиевым блоком цилиндров лучше подходят для небольших городских машин, а также в тех случаях, когда нужна скорость. А для всех остальных автомобилей наилучшими можно считать детали из чугуна как более надежные и дешевые.

Источник

Мой мир

Facebook

Вконтакте

Twitter

Одноклассники

avtotema.mediasalt.ru

Какой надежнее двигатель с алюминиевым блоком или чугунным » Motortut.ru

Рассмотрим разницу между никасиловым – алюсиловым двигателем и обычным чугунным или как в народе называют алюминиевый блок цилиндров против чугуна.

Рассмотрим основные тезисы.

На сегодняшний день мировые производители двигателей рассказывают нам о том что алюминиевые двигателя с используемой технологией напыления на стенки цилиндров никосила имеют в 2 раза меньше трения чем двигатель чугунный, а следствием этого трения расход бензина и мощности и надежности их больше. Но на практике мы видим все наоборот.
Ресурс двигателей с никосиловым покрытием не больше 150-200 тысяч километром с учетом щадящих нагрузок, у них начинается критический износ.

Когда производитель создает двигатель он его рассчитывает под определенную мощность и при этом учитывает механические потери двигателя за счет трения. Если взять за основу 100 процентов на все виды трения в моторе, то 50 процентов составляют трения поршневой группы. Но на практике все наоборот потому что основной износ стенок цилиндров происходит при холодной заводке и прогрева вашего авто. Чем быстрее происходит прогрев двигатель тем больше сохранится его ресурс.

Теоретически если взят два двигателя с разными блоками цилиндров и поставить их оба на стенд, вы не заметите существенную разницу или потерю мощности, или расхода на обоих агрегатов. Потому что все трущиеся поверхности двигателя находятся в масленой пленке и трутся почти одинаково у обоих тестируемых двигателях.

Шаг в сторону алюминиевых двигателей это скорее деградация чем эволюция, помимо
этого в алюминиевых двигателях есть очень большой технологический косяк это сам алюминий у которого температура плавления 660 градусов, а у чугуна в несколько раз выше. И этот температурный режим и есть сама проблема этих двигателей. При меньшей температуре алюминий становится как пластилин и получается что никосиловое покрытие как бы вдавливается в него, происходят задиры прилипание поршней к стенкам цилиндров и т.д. все это происходит при максимальных нагрузках при максимальной мощности.

Поэтому применение такой технологии изготовления двигателя из алюминиевых сплавов это скорее шаг назад чем вперед. Правда есть двигателя алюминиевые с чугунными гильзами они имеют больший ресурс чем с никосилом. Если вы собираетесь растачивать такой двс, то это вряд ли получится потому что стенки между цилиндрами очень тонкие и очень термо-нагружены если только гильзовать.

motortut.ru

Какие двигатели лучше: современные или старые

Вот почему современные моторы не пройдут 200-300 тыс. км.

 

4,82 миллиона километров. Это больше, чем шесть раз съездить на Луну и обратно. Довольно много, если говорить о машине, не так ли? Конечно, вполне вероятно, что ни один современный автомобиль не сможет наездить такой пробег, как Volvo P1800 (60-х годов), владельцем которого был Ирв Гордон.

 

К сожалению, современные автомобили со своей электроникой, постоянно совершающей ошибки, со слишком дорогими хрупкими запчастями, поменять которые можно только с использованием специальных инструментов, а также, что более важно, с хрупкими и капризными алюминиевыми двигателями, вряд ли смогут проехать и пару сотен тысяч километров. В итоге многие современные автомобили окажутся на свалке быстрее, чем вы думаете.

 

Почему? А все дело в том, что под прикрытием заботы о пингвинах в Антарктиде (забота об экологии – прим. автора) мировые автопроизводители превратили автомобили в чайники, микроволновки, холодильники и т. д. Цель одна – заставить автовладельцев сменить автомобиль как можно быстрее. Думаете, что любой автомобиль можно при желании модернизировать и доработать, устранив все огрехи или специально придуманные ненадежные элементы, чтобы увеличить его срок службы? Зря так уверены.

 

Это реально можно было сделать раньше, но никак не сегодня. Потому что буквально все автопроизводители ухудшили надежность своих новых автомобилей. Особенно это касается современных двигателей, многие из которых не подлежат не только переборке, но и даже мелкому ремонту. Вот о новых двигателях мы и поговорим. 

 

Вы обратили внимание, что современные автомобили стали потреблять меньше топлива? Думаете, что автопроизводители нашли грааль и смогли за короткий промежуток времени придумать суперновые двигатели внутреннего сгорания, которые скоро вообще не будут потреблять топливо? Вы ошибаетесь. Секрет снижения расхода топлива кроется в простой формуле: снизь вес автомобиля и получишь экономичность. В итоге за какие-то 5-7 лет автомобили стали гораздо легче. Как видите, автопроизводители быстро придумали, как подстроиться под экологические требования, которые ужесточаются с каждым годом.

 

За счет снижения потребления топлива автомобильным компаниям удалось снизить уровень вредных веществ в выхлопе. Но как автопроизводителям удалось облегчить современные автомобили? Все просто: был снижен вес почти всех автокомпонентов. В первую очередь это коснулось двигателей. И казалось бы, что здесь плохого? Кому не понравится экономичный автомобиль (особенно в эпоху супердорогого топлива)?

 

Но есть в этой истории обратная сторона медали. Да, конечно, экология – наше все. Понятно, что с ней нужно что-то делать. Но, как нам кажется, экологические мировые проблемы больше надуманны. Ведь неспроста Дональд Трамп, едва вступив в должность Президента США, вышел из Парижского соглашения по климату, в рамках которого Америка ежегодно тратила огромные деньги на экологические программы. 

 

С одной стороны, ужесточение экономических норм в мире невыгодно автопроизводителям. Ведь им постоянно приходится подстраиваться под эти нормы, чтобы продукция соответствовала определенным требованиям. Но, с другой стороны, если глубоко копнуть, большинству автомобильных компаний это выгодно. В первую очередь за счет снижения веса продукции автомобили становятся менее надежными и качественными. Но самое главное – облегчение автомобилей ведет к существенному снижению срока службы транспортных средств.

А это означает  увеличение оборота для автопромышленности. Сами понимаете, что это колоссальные деньги. И играют здесь глобально. Так что мы не сомневаемся, что автопроизводители намеренно снижают ресурс своей продукции, заставляя нас чаще менять автомобили. И в первую очередь свидетельство тому – современные двигатели, которые удивляют своей хрупкостью и неремонтопригодностью. Итак, вот наш подробный отчет, который доказывает, что современные двигатели вряд ли смогут намотать большой пробег. 

 

Вот почему современные автомобильные двигатели стали менее надежными:

 

1. Чугунный двигатель против алюминиевого

 

Все больше автопроизводителей в мире оснащают новые автомобили алюминиевыми двигателями вместо устаревших чугунных, которые ставили на старые транспортные средства. Но, увы, несмотря на то что алюминиевые моторы имеют ряд преимуществ перед чугунными блоками цилиндров, есть в современных моторах и огромные минусы. Давайте начнем сначала с плюсов. Итак, вот основные плюсы алюминиевых двигателей:

 

Преимущества алюминиевых моторов

 

• Существенное снижение веса двигателя, что в конечном итоге влияет на вес машины и приводит к снижению расхода топлива

• Увеличение динамических характеристик автомобиля за счет снижения веса

•  Алюминиевый блок меньше подвержен коррозии (хотя, редко когда вы можете увидеть коррозию в чугунных моторах — , но тем не менее она бывает)

•  Алюминиевый мотор легче охлаждать (лучшая теплопередача, чем у чугунных блоков двигателя)

•  Требуется меньше времени для нагрева двигателя. Алюминий намного быстрее набирает температуру в отлчиие от чугунных моторов

•  Лучше оптимизирован для работы в паре с турбиной

•  Алюминий проще обрабатывать после отлива блока двигателя. Обработка чугуна намного сложнее. На производстве быстрее изнашивается обрабатывающее оборудование

 

Это основные преимущества современных алюминиевых двигателей. Если выбирать самое важное из вышеуказанных преимуществ, то, конечно, безусловным лидером является меньший вес алюминиевых моторов по сравнению с тяжелыми старыми чугунными силовыми агрегатами. Особенно в наше время, когда во всем мире постоянно ужесточаются экологические требования, предъявляемые к автомобилям.

 

К сожалению, автопроизводители так и не смогли добиться снижения вредных выбросов за счет каких-то новых технологий в двигателях внутреннего сгорания, за исключением снижения веса. Тут формула проста: чем ниже вес двигателя, тем ниже вес автомобиля. Ниже вес машины – меньше потребление топлива, а значит, меньше вредных веществ присутствует в выхлопе. Казалось бы, ну что здесь такого? Ну алюминиевый двигатель, ну и что? А нет. Есть в этих моторах, как говорится, своя ложка дегтя. Итак, вот основные минусы алюминиевых современных моторов:

 

Минусы алюминиевых моторов

 

•  Сложность изготовления. Для отлива блока, необходимо более сложное оборудование и технологии. 

•  Необходимость гильзовать блок цилиндров или покрывать их специальным материалом (кремний), защищающим мотор от быстрого износа (к сожалению, алюминий уступает чугуну по прочности)

•  Больше вероятность заводского брака в процессе изготовления блока двигателя

•  Быстро остывает. Теплопроводность алюминия совершенно другая.

•  Плохая стабильность алюминиевого блока по сравнению с чугунным двигателем (алюминий при нагреве больше расширяется)

•  Дороговизна переборки (ремонта двигателя). Одни двигатели нужно гильзовать, тогда как у некоторых моторов нужно восстанавливать внутреннее покрытие цилиндров. Есть также автомобили, у которых алюминиевый мотор нельзя восстановить, поскольку автопроизводители даже не удосужились выпустить ремонтные размеры поршней, колец и т. д.

•  Большая себестоимость по сравнению с производством двигателей из чугуна. Дело в том, что для производства блока из алюминия нужно использовать сложные и дорогостоящие технологии для отлива

•  Есть риск гальванической коррозии, когда алюминий контактирует со сталью. Например, со шпильками, гильзами цилиндров, которые изготавливаются, как правило, из стали

•  Меньше каналов для циркуляции охлаждающей жидкости (так как алюминиевый блок цилиндров двигателя имеет свойства отдавать тепло быстрее, многие производители уменьшили каналы охлаждающей жидкости, необходимые для эффективного охлаждения двигателя)

•  Тоньше стенки двигателя. Чугунный блок имел более толстые стенки. 

•  Быстрый износ покрытия цилиндров двигателя (если вместо гильз производитель использует покрытие из кремния)

 

И это еще не полный список тех минусов, которые присутствуют в алюминиевых двигателях. Но, думаем, даже неспециалистам будет понятно, что многие минусы перекрывают основные плюсы современных моторов.

Например, обратите внимание на то, что алюминиевые моторы очень быстро остывают, когда двигатель не работает. Предположим, что вы выключили горячий двигатель после движения и снова запустили его через несколько часов.

Блок двигателя из чугуна будет спустя это время теплее, чем блок из алюминия. В итоге в зависимости от температуры вашему чугунному двигателю нужно будет меньше времени для цикла разогрева, чем мотору из алюминия. Если вы часто эксплуатируете свой автомобиль в таком режиме (разогрев/охлаждение/разогрев и т. д.), то для увеличения срока службы двигателя лучше будет, конечно, когда он медленнее остывает. Это один из самых главных плюсов чугунного двигателя по сравнению с алюминиевым.

 

Но это еще только цветочки. Самое ужасное, что многие алюминиевые моторы неремонтопригодны. Да-да. Могли бы вы такое подумать еще лет десять назад? Ведь чугунные двигатели легко подлежат переборке в ходе естественного износа из-за большого пробега. Напомним, что обычно во время переборки чугунных моторов подлежат расточке блоки цилиндров с последующей установкой новых поршней ремонтных размеров, которые всегда выпускали автопроизводители.

 

Думаете, что такое можно сделать сегодня с алюминиевыми моторами? А вот и нет. Во-первых, сегодня многие производители вообще перестали выпускать ремонтные поршни. Во-вторых, те двигатели, которые хоть и подлежат переборке, очень сложно и дорого восстановить. В итоге нередко стоимость переборки алюминиевых моторов может составлять чуть ли не половину стоимости нового автомобиля.

 

Как вы уже поняли, целесообразнее в итоге либо купить новый двигатель (или в крайнем случае контрактный б/у, что, конечно, является уже простой лотереей по принципу повезло – не повезло), либо продать сломанный автомобиль на запчасти и приобрести новый. Ничего не напоминает? Ведь то же самое сегодня творится с электроникой и бытовой техникой, которая раньше могла служить десятилетиями и легко ремонтировалась за достаточно небольшие деньги.

Попробуйте узнать, сколько стоит ремонт современного холодильника, пылесоса, плиты или стиральной машинки. Вы придете в ужас от ценников, которые делают ремонт бессмысленным. Проще добавить и купить новую технику, чем тратить деньги на ремонт старой.

 

То же самое касается автомобилей. Чем вам не заговор автопроизводителей, в который так не хотят верить на Западе? Но, как видите, подозревать автомобильные компании в намеренном снижении срока службы транспортных средств основания есть. И их, кстати, немало. Это вы поймете, узнав, как изменились двигатели в современных автомобилях.

 

Как мы указали в минусах, имеющихся у алюминиевых блоков двигателей, внутренняя часть цилиндров блока либо гильзуется, либо покрывается кремнием для защиты стенок блока из алюминия от быстрого износа от хода поршней. Многие автопроизводители сегодня покрывают свои моторы именно этим материалом. Это позволяет не только снизить вес двигателя (гильзованный алюминиевый мотор намного тяжелее), но и сократить срок службы мотора. Дело в том, что кремниевое покрытие цилиндров двигателя достаточно быстро изнашивается.

 

В результате на некоторые моторы уже к 150–200 тыс. км имеют частичный износ покрытия цилиндров. Если не ремонтировать двигатель, то в скором времени износ перекинется на сам алюминиевый блок, что очень быстро сделает ремонт двигателя невозможным.

 

К сожалению, восстановление покрытия из кремния – очень дорогое удовольствие. В итоге в большинстве случаев алюминиевый блок с изношенным покрытием гильзуется. Но это тоже влетает в копеечку. Кроме того, как мы уже сказали, не для каждого автомобиля вы найдете ремонтные поршни. Но в любом случае ремонт алюминиевого двигателя, если он возможен, обойдется гораздо дороже ремонта чугунного мотора.

 

2. Старые тяжелые поршни против облегченных

 

К сожалению, блоком цилиндров алюминиевых двигателей заговор автопроизводителей не заканчивается. Увы, в современных автомобилях многие компоненты сделаны так, чтобы ресурс авто был гораздо ниже, чем имели старые транспортные средства.

 

Вместе с развитием современного двигателестроения в автопромышленности стали использовать не только облегченные блоки цилиндров для снижения веса двигателя, но и уменьшать в размере поршни, шатуны и т. д.

В итоге это не только позволило существенно сократить вес современных моторов, но и повысить их эффективность (чем легче поршень и шатун, тем меньше требуется энергии для их толкания).

 

С одной стороны, это действительно позволило производителям существенно снизить расход топлива современных моторов, а также увеличить их мощность. Но есть в этом подводные камни. Ведь известно, что за все в жизни надо платить. Чем платить? Ну, конечно, ресурсом поршней. Увы, облегченные поршни и шатуны изнашиваются гораздо быстрее своих более громоздких и тяжелых предшественников, которые раньше можно было встретить в чугунных моторах.

 

Почему происходит быстрый износ? Но на это есть ряд причин. Во-первых, маленькие поршни испытывают колоссальную нагрузку от воспламенения топлива в камере сгорания. Из-за особенностей размеров облегченные поршни под воздействием огромной силы, идущей от камеры сгорания, легкий поршень немного кривится (то есть начинает смещаться в сторону). Это приводит к более быстрому износу покрытия внутренних стенок цилиндров. Кстати, из-за колебания облегченного поршня при определенной нагрузке двигателя сбоку поршней могут проходить продукты горения топлива, попадая в моторное масло.

 

Также, как правило, облегченные кольца оснащаются более тонкими компрессионными и маслосъемными кольцами. С одной стороны, более тонкие кольца уменьшают трение поршня со стенками цилиндров. Но, к сожалению, более тонкие кольца служат гораздо меньше. Например, в болидах Формула-1 поршневые кольца выглядят по толщине, как лезвие. Но, увы, максимум насколько хватает таких колец – это одна гонка. 

 

К чему приводит износ поршневых колец, думаю, лишний раз напоминать не стоит.

 

3. Легкий коленвал, облегченные уменьшенные подшипники, сальники и тонкие прокладки и т. п.

 

Продолжим разоблачать автопроизводителей. Помимо алюминиевого блока двигателя, облегчения поршней, шатунов автомобильные компании в погоне за снижением веса автомобилей решили облегчить, наверное, все, что только можно. Например, в двигателях стали использовать более легкие коленчатые валы, которые в итоге быстрее изнашиваются. В некоторых автомобилях их ресурс за последние годы уменьшился в 1,5-2 раза.

 

Но и коленчатым валом все не закончилось. Автопроизводители решили уменьшить вес всех компонентов мотора, начиная от прокладок и сальников и заканчивая подшипниками. Да, конечно, за последние 10 лет технологии производства подшипников продвинулись далеко вперед. Но законы физики никто так до сих пор не отменил. Также никто пока не изобрел суперстойкий дешевый материал, из которого, например, можно было бы производить подшипники. В итоге как бы ни старались производители подшипников, они так и не смогли существенно увеличить ресурс подшипников при уменьшении их веса и размера.

 

Так что не удивляйтесь, если в вашей современной машине выйдет из строя какой-нибудь подшипник, который, например, в старой машине ходил в 2-3 раза больше. Особенно пускай вас не удивляют подшипники, используемые в двигателе. Ведь именно здесь производители особо постарались в поисках компонентов для снижения веса.

 

4. Уменьшение объема двигателя, масла и охлаждающей жидкости

 

Вы обратили внимание, что в автомире уже давно наблюдается тенденция по уменьшению объема двигателей и количества цилиндров в них? Еще недавно в дорогих роскошных автомобилях были в моде 12-цилиндровые и 8-цилиндровые моторы. Сегодня даже на премиальных автомобилях производители постепенно уменьшили не только количество цилиндров (например, многие известные модели теперь вместо 12-цилиндровых моторов оснащаются 8-цилиндровыми, а многие авто, ранее выпускаемые с 8-цилиндровыми двигателями, получили 6-цилиндровые).

 

Вместе с уменьшением количества цилиндров уменьшается и объем двигателей. Удивительно, как меняется автомир. Еще недавно 5,6-литровые моторы никого не удивляли. Сегодня это уже редкость. Еще вчера в моде были 2-, 2,5-литровые моторы. Сегодня популярными становятся двигатели с тремя, четырьмя цилиндрами объемом 1,3-1,4 литра.

 

Но стоит отметить, что благодаря уменьшению веса двигателей и в целом многих других автокомпонентов, а также за счет использования турбин автопроизводителям не только удалось существенно снизить потребление топлива современным автотранспортом, но и добавить, несмотря на уменьшение объема и количества цилиндров, немалую мощность и крутящий момент. Это также способствовало снижению уровня вредных веществ, выделяемых автомобилями через выхлопную систему.

 

Вроде бы, благое дело делают производители. Но это с одной стороны, которая всегда имеет и другую сторону. Причем эта сторона тайная, как обратная сторона Луны.

 

Если вы не автомобильный инженер или не автослесарь, то наверняка не знаете, что за последние 10 лет автопроизводители уменьшили не только количество цилиндров и объем двигателей. Вместе с этой спорной тенденцией автомобильные компании стали постепенно уменьшать объем моторного масла и объем охлаждающей жидкости. И казалось бы, что все логично. Уменьшается объем мотора и количество в нем цилиндров, значит, жидкости для смазки и для охлаждения нужно меньше.

 

Но самое удивительное происходит, если мы начинаем сравнивать пропорциональность снижения объема или количества цилиндров в двигателе с уменьшением объема используемых для смазки и для охлаждения жидкостей. Вот тут нас поджидает сюрприз. Дело в том, что снижение объема масла в двигателе и в системе охлаждения происходит гораздо быстрее. Это говорит о том, что производители намеренно снижают эффективность смазки двигателя и его охлаждения.

 

Считаете, что думать так нет оснований? Тогда сравните количество моторного масла в старых 2,0-литровых или 2,5-литровых четырехцилиндровых двигателях с объемом масла в новых моторах. Также сравните объем охлаждающей жидкости, используемой в старых двигателях, с тем количеством, которое используется сегодня в современных моторах. Поверьте, вы будете удивлены.

 

Это, конечно, также якобы необходимо для уменьшения веса автомобиля. И в теории это так. Но теория, увы, не всегда работает в жизни. Сами понимаете, что для крупных автоконцернов борьба за прибыль – это главное. А устойчивая прибыль может быть, если постоянно поддерживать определенный уровень продаж новых автомобилей.

 

Сами понимаете, что во времена неустойчивости мировой экономики и в период глобализации и роста конкуренции поддерживать постоянный спрос на автомобили становится очень тяжело. В итоге выгодно снижать ресурс автомобилей, чтобы автолюбители не смогли подолгу пользоваться одним автомобилем.

 

5. Старые моторные масла против современных

 

В старых двигателях раньше часто использовалось менее текучее масло, чем в современных автомобилях. В результате при низких температурах масло сильно густело,  из-за чего двигатель нужно было предварительно прогревать долгое время, прежде чем масло станет более-менее текучим. Правда, в старых маслах на стенках цилиндров создавалась достаточно толстая пленка, защищающая мотор от износа.

 

Сегодня многие современные масла стали более текучими, что позволило автопроизводителям добиться сокращения времени прогрева двигателя перед поездкой. В итоге многие автопроизводители сегодня вообще рекомендуют трогаться с места сразу же после запуска двигателя. И все это благодаря текучести современных синтетических масел. Все дело в том, что из-за большей текучести жидкостей новые моторные масла не густеют на морозе.

В итоге масляный насос даже на холодном моторе справляется с прокачкой масла. Но, к сожалению, у современных текучих моторов есть и минус, причем существенный – из-за большей текучести и других свойств современные масла образуют внутри двигателя слишком тонкую пленку, что способствует более быстрому износу мотора. 

 

В обычных (спокойных) условиях эксплуатации тонкая масляная пленка на стенках двигателя, в принципе, защищает мотор более-менее нормально. Но как только вы нагружаете мотор, начиная эксплуатировать авто на более высоких оборотах, тонкая пленка масла не справляется с эффективной защитой механических частей столового агрегата. 

Это что касаемо атмосферных моторов.

 

Если же говорить о турбированных двигателях (особенно о высокооборотистых), то в них износ на современном масле наблюдается еще больше, так как тонкая масляная пленка не способна защищать двигатель длительное время от износа. 

 

6. Частая замена масла против менее частой

 

Сегодня автопроизводители чаще всего рекомендуют менять моторное масло каждые 15000 км (некоторые советуют менять масло каждые 10000 км). Но, увы, это не способствует долгой службе двигателя. Да, современные моторные масла стали значительно выносливее за счет синтетических присадок. Но, к сожалению, если автомобиль используется в тяжелых условиях, моторное масло быстро теряет свои свойства. Иногда, например, масло может полностью потерять свои свойства уже к 5000 км. 

 

Увы, к тяжелым условиям эксплуатации автомобиля относится и использование машины в городских условиях. И чем больше город и больше пробки на дорогах, тем быстрее теряет свойство масло в двигателе. Причем часто масло теряет свойство даже при небольшом пробеге. Почему? Вы посмотрите, сколько вы каждый день проводите в пробках, а затем сопоставьте это время с ежедневным пробегом.

 

В итоге получается, что по часам двигатель в нашей машине работает много, а по километражу проезжает не много. Согласитесь, в этом случае замена масла по пробегу не совсем корректна. Особенно если менять масло, как рекомендует автопроизводитель, каждые 10-15 тыс. км. Логично, что если мы подолгу стоим в пробках, масло в двигателе нужно менять намного чаще, учитывая то время, которое двигатель проработал с последнего ТО. 

 

Кстати, масло в двигателях некоторой строительной техники меняется именно по моточасам, поскольку пробег у спецтехники может быть между ТО минимальным. 

 

Согласно последним исследованиям, качественное дорогое синтетическое моторное масло теряет свои свойства в среднем в течение 200-400 моточасов. Для жителей городов, каждый день стоящих в многочасовых пробках, это означает, что моторное масло нужно менять каждые 5-8 месяцев независимо от пробега автомобиля. 

 

Для примера: если вы работаете 5 дней в неделю и каждый день проезжаете 50 км, стоя в пробках по 3 часа, получается, что масло вы должны менять примерно через 6,5 месяцев. Кстати, пробег машины в этом случае будет 6500 км. Видите, какой небольшой пробег? По моточасам двигатель намолотит уже приличное время. В итоге даже дорогое синтетическое масло, скорее всего, потеряет свои свойства. 

 

7. Жесткие требования современных двигателей к качеству топлива 

 

В былые времена двигатели автомобилей были менее капризны к качеству топлива. Сегодня же все современные моторы требуют более высокого качества топлива. Увы, в нашей стране, несмотря на то что на дворе 21 век и то, что мы нефтяная страна, хорошее топливо попадается на заправках реже, чем некачественный суррогат. 

 

Напомним, что газы топлива в любом двигателе внутреннего сгорания попадают в моторное масло. Газы, содержащие различные продукты сгорания топлива, смешиваются с маслом в процессе работы двигателя. Это в свою очередь влияет на химические свойства масла. Причем чем хуже качество топлива, тем больше веществ в газообразном состоянии попадает в моторное масло. Соответственно, моторное масло быстрее теряет свои свойства. 

 

В старых автомобилях, как правило, использовались полноценные тяжелые поршни, которые задерживали в камере сгорания большинство продуктов горения топлива. В современных двигателях используются укороченные и облегченные поршни, которые при своем ходе имеют больший люфт колебания, чем поршни в старых машинах. В итоге в современных моторах в масло попадает больше различных веществ (например, серы). Вот почему многие автопроизводители в последние годы строго рекомендуют использовать исключительно премиальное высокооктановое топливо. 

 

К сожалению, если вы часто заправляетесь не на сетевых заправках, приобретая топливо сомнительного качества, или практикуете заливать в свою машину топливо с меньшим октановым числом, чем рекомендует производитель автомобиля, то в таком случае вы обязательно должны намного чаще менять моторное масло, так как оно быстро теряет свои смазывающие и охлаждающие свойства. Иначе вы существенно сократите ресурс мотора. 

www.1gai.ru

Алюминиевые сплавы для блоков цилиндров

Блок цилиндров — основа двигателя

Блок цилиндров является частью двигателя внутреннего сгорания, которая расположена между головкой цилиндров и картером. Он является опорной конструкцией для всего двигателя. Все части двигателя крепятся на блоке цилиндров или в нем самом, и он обеспечивает их соосность.

Рисунок – Алюминиевый блок цилиндров двигателя

Еще не так давно в двигателях большинства автомобилей, кроме спортивных, применяли монолитные чугунные блоки цилиндров.

От чугунного к алюминиевому блоку цилиндров

Алюминий, как конструкционный материал, конечно, менее прочный, чем чугун. Поэтому долго считалось, что алюминиевый блок цилиндров должен быть намного толще, чем чугунный. Однако оказалось, что хорошо сконструированный алюминиевый блок цилиндров может быть намного легче и почти таким же прочным как чугунный блок. Обычно применение литейных алюминиевых сплавов вместо применяемого ранее серого чугуна дает снижение блока цилиндров на 40-55 %. Несмотря на более высокую стоимость алюминиевых сплавов, по сравнению с серым чугуном, постоянное стремление к снижению потребления топлива приводит к постоянному росту доли алюминиевых блоков цилиндров.

Применение алюминиевых блоков цилиндров началось с бензиновых двигателей в конце 1970-х годов. Замена серого чугуна в дизельных двигателей тормозилась до середины 1990-х годов. К 2005 году доля на рынке алюминиевых блоков цилиндров двигателя достигла 50 %. В настоящее время блоки цилиндров практически всех бензиновых двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. Применение алюминиевых сплавов в дизельных двигателях также неуклонно растет.

Требования к алюминиевым блокам цилиндров

Теплопроводность

Материал современные алюминиевые блоки цилиндров испытывает температуры до 150-200 °C. Высокая теплопроводность литейных алюминиевых сплавов (в три раза больше, чем у серого чугуна) обеспечивает эффективную передачу в систему охлаждения двигателя.

Прочность при повышенных температурах

Требуется сохранение заданной прочности при температурах до 200 °C. Самые большие напряжения возникают в местах болтовых соединений с головкой блока цилиндров. Материал должен выдерживать нагрузки от вращения коленчатого вала и термического расширения блока цилиндров.

Прочность и твердость при комнатной температуре

Материал алюминиевого сплава при комнатной температуре должен обладать достаточной прочностью и  твердостью, чтобы обеспечивать ему хорошую обработку резанием и высокое качество сборки.

Усталостная прочность

При работе двигателя блок цилиндров подвергается циклическим растягивающим напряжениям в широком интервале температуры. Этот интервал начинается с отрицательных температур зимой и заканчивается повышенными температурами около 150-200 ºС. Поэтому наиболее важной характеристикой материала блока цилиндров является усталостная прочность.

Известно, что свойства материала любой металлической отливки – и чугунной, и алюминиевой – зависят не только от химического состава материала и его термической обработки, но также от метода разливки, а также от того места отливки, из которого вырезается испытательный образец.

Выбор алюминиевого литейного сплава

Выбор алюминиевого литейного сплава для блока цилиндров требует учета различных факторов. Алюминиевые литейные сплавы, которые применяют в производстве таких сложных литых изделий как блоки цилиндров, должны соответствовать целой комбинации технических требований. Эти требования включают:

• низкую стоимость;
• хорошие литейные свойства;
• хорошую обрабатываемость резанием;
• достаточно высокая прочность при повышенных температурах.

Прочность

Уровень прочности сплава определяет, например, минимально допустимую толщину стенки. Поэтому выбор алюминиевого литейного сплава должен производиться уже на первом этапе проектирования блока цилиндров двигателя. Обычно выбор алюминиевого сплава является компромиссом. Высокопрочные литейные сплавы могли бы быть предпочтительным выбором, но часто у них могут быть такие недостатки, как высокая стоимость, низкие литейные свойства и недостаточная прочность при повышенных температурах.

Цена

Из соображений цены и по техническим причинам почти все автомобильные алюминиевые блоки цилиндров делают из сплавов, которые основаны на применении вторичного алюминия – алюминиевых сплавов, который получают из алюминиевого лома. Это, например, сплавы EN AC-46200 (AlSi8Cu3) и EN AC-45000 (AlSi6Cu4). При повышенных требованиях к вязкости материала применяют сплавы с более жесткими требованиями по примесям и загрязнениям, которые уже близки к требованиям для сплавов из первичного алюминия.

Литейные свойства

Литейные свойства алюминиевых сплавов обычно повышаются с повышением содержанием в них кремния. С другой стороны, добавки медь, которые нужны для повышения прочности при высокой температуре, оказывают отрицательное влияние на литейные свойства алюминиевых сплавов, в первую очередь, на текучесть сплава при заполнении литейной формы. Кроме того, когда применяется метод литья под высоким давлением, то применяют сплавы с некоторым содержанием железа, а также марганца, чтобы предотвратить налипание жидкого алюминия к стальной литейной форме. Однако повышенное содержание железа снижает прочностные свойства алюминиевой отливки.

Иногда наиболее важными при выборе литейного сплава являются не цена и литейные свойства, а некоторые другие его свойства, например, износостойкость.

Химический состав и термическая обработка

Литейные алюминиевые сплавы, которые применяют для изготовления блоков цилиндров автомобилей, обычно включают сплавы 46200 и 45000 по Европейскому стандарту EN 1706 (громоздкая приставка “EN AC-“ опущена). Химические «формулы» этих сплавов имеет соответственно вид AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4. Их американскими аналогами – более известными – являются сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно производят из вторичного алюминия. Из них отливают автомобильные блоки цилиндров различными методами гравитационного литья.

Таблица — Химический состав и состояния
алюминиевых литейных сплавов для блоков цилиндров

Относительно высокое содержание меди позволяет этим сплавам сохранять свою прочность при повышенных температурах и, кроме того, обеспечивает им хорошую обрабатываемость резанием. Обычно для этих сплавов – 46200 и 45000 (А380.2 и А319) – применяют состояния F (литое состояние), Т4 (закалка и естественное старение) и Т5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов может также применяться и состояние Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего состояния Т5.

Почти все блоки цилиндров, которые отливают методом литья под высоким давлением, изготавливают из сплава 46000 (AlSi9Cu3(Fe)). Обычно этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренного отпуска для снижения остаточных напряжений.

Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов 42100 (AlSi7Mg0,3) и 42000 (AlSi7Mg) получают высокую прочность и удлинение при комнатной температуре, когда подвергаются термической обработке на состояние Т6. В этом случае необходимо внимательно контролировать остаточные напряжения, которые возникают при закалке отливки для достижения состояния Т6. Более высокое сопротивление растрескиванию этих сплавов дают им возможность противостоять термическим усталостным нагрузкам. Это происходит за счет определенного ухудшения обрабатываемости резанием и повышения стоимости из-за дополнительных расходов на термическую обработку на состояния Т6 или Т7. Выполнение требования по пониженному содержанию примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных расходов по сравнению со вторичными сплавами, которые упоминались выше.

Блоки цилиндров из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg) обычно отливают методом литья при низком давлении с последующей термической обработкой на состояние Т6. Этот сплав также более дорогой, чем стандартные литейные сплавы из вторичного алюминия.

Втулки алюминиевых блоков цилиндров

Алюминиевые литейные сплавы, которые обычно применяют для изготовления блоков цилиндров, недостаточно твердые и износостойкие, чтобы непосредственно  работала в паре скольжения с поршнями двигателей. Для этой цели подходят только заэвтектоидные алюминиевые сплавы типа AlSi17CuMg.

Поэтому в алюминиевых блоках  цилиндров широко применяют чугунные втулки. Наиболее широко применяется метод установки чугунных втулок, при котором их вставляют в литейную форму блока цилиндра перед ее заливкой. Кроме того, чугунные втулки устанавливают также методом горячей запрессовки. Для создания  прочной и износостойкой поверхности скольжения блока цилиндров применяют также различные методы напыления – термические, плазменные, электродуговые и другие.

Source: European Aluminium Association, 2011

aluminium-guide.ru