Алюминиевый блок цилиндров плюсы и минусы: 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.

Плюсы и минусы алюминиевого двигателя, его особенности, сравнение с обычным вариантом

Современные автомобили сохранили немало общего со своими предшественниками, однако в то же время сильно отличаются от транспортных средств старого образца. Инженеры регулярно выводят на рынок новые технологии, призванные удешевить или упростить производство и эксплуатацию автомобиля. И дело тут касается не только конструкторских решений, но и выбора материалов. Одним из самых значимых нововведений в процессе изготовления двигателей стала замена традиционного чугуна на более легкий алюминий. Подобный подход уже используется некоторое время, так что вполне возможно сформулировать его основные особенности, а также преимущества и недостатки.

Характеристики алюминиевого двигателя

Алюминиевые сплавы сами по себе намного мягче и податливее чугуна, так что при производстве двигателей из этого материала уделяется большое внимание приданию конструкции необходимой жёсткости. Для этого используют специальные ребра, а сами стенки конструкции становятся более толстыми, чем в решениях из чугуна.

Отдельно стоит отметить то, что алюминий имеет более высокий коэффициент температурного расширения, чем чугун. Это, в свою очередь, требует от производителей чёткого соблюдения всех размеров деталей и контроля зазоров между ними. Для упрощения задачи некоторые разработчики применяют в машинах комбинированные решения, изготавливая поршни из алюминиевых сплавов, а саму поверхность цилиндров из металлов с иными свойствами.

При производстве алюминиевых блоков необходимо уделять внимание износостойкости конструкции. Активно применяются специальные технологии, помогающие в процессе отливки детали повысить концентрацию кремния на поверхности, удаляя алюминий. Подобный подход помогает существенно повысить износостойкость конструкции, делая её даже долговечнее чугунных двигателей.

Также перед инженерами стоит задача каким-либо образом снизить коэффициент трения между алюминиевым блоком и поршнями. Для этого сами поршни покрывают тонким слоем железа.

Плюсы силовых агрегатов из алюминия

Алюминиевые двигатели имеют плюсы и минусы, которые очень важно учитывать при выборе силового агрегата. К преимуществам подобных решений принято относить следующее:

  • Меньший вес двигателя за счёт использования более лёгкого материала. Это напрямую влияет на общий вес автомобиля, тем самым позволяя снизить расход топлива.
  • Общее улучшение динамических характеристик машины. Это также связано со снижением веса конструкции.
  • Повышенная устойчивость к коррозии. На чугунных блоках ржавчина возникает редко, но всё же появляется. Алюминий же в меньшей степени подвержен коррозии.
  • Мотор с алюминиевым блоком легче охлаждается. Этот материал обладает куда более высокими показателями теплопередачи, чем чугун.
  • Сокращение времени на прогрев мотора. Алюминиевые блоки и цилиндры набирают температуру гораздо быстрее, чем чугунные. И снова это связано с характеристиками теплопередачи.
  • Упрощённая работа с турбиной. Алюминий приспособлен для этого куда лучше, чем чугун.
  • Упрощённая обработка материала. Алюминий более мягкий, чем чугун. А значит, и обрабатывать его значительно легче. В результате оборудование для работы с материалом служит несколько дольше.

Недостатки алюминиевых моторов

Несмотря на обилие преимуществ, многие автомобилисты считают алюминиевый двигатель откровенно плохим решением. Это обусловлено рядом недостатков, которые проявляются у подобных конструкций:

  • Сложное изготовление. Чтобы создать алюминиевый блок достаточной прочности, необходимо использовать современное и крайне сложное оборудование. К тому же наиболее эффективные технологии знакомы далеко не всем производителям.
  • Необходимость защиты цилиндров гильзами или специальными покрытиями. Алюминий серьёзно проигрывает чугуну в вопросе прочности, так что без защитных элементов конструкция будет слишком быстро изнашиваться.
  • Высокая вероятность брака. Сложность производства алюминиевых двигателей закономерно повышает вероятность заводского брака.
  • Быстрое остывание. Теплопроводность алюминия в некоторых случаях оказывается плюсом, однако ускоренная потеря нагрева мотора может доставить некоторые проблемы.
  • Алюминий откровенно плох в вопросе стабильности. Материал при нагреве расширяется намного больше, чем чугун, что приводит к необходимости проведения более точных расчетов.
  • Дорогой ремонт. Процесс замены деталей в алюминиевом двигателе может доставить массу неудобств и потребует значительных вложений. На некоторых моделях и вовсе не предусмотрена возможность восстановления, так как производители не выпускают ремонтные размеры поршней и колец.
  • Высокая себестоимость. Это также связано со сложностью производства и необходимостью использования дорогих современных технологий.
  • Наличие риска гальванической коррозии при контакте со сталью. А так как блок постоянно контактирует с цилиндрами, гильзами и шпильками, это может стать серьёзной проблемой.
  • Ускоренный износ покрытия цилиндров. Это касается тех случаев, когда производители используют кремниевое покрытие вместо полноценных металлических гильз.

Что выбрать: алюминиевый или чугунный двигатель

Если рассматривать алюминиевый и чугунный двигатели, то какой будет лучше? Ответить на этот вопрос можно после рассмотрения основных плюсов и минусов каждого из решений, однако на практике всё не так уж просто.

Производители алюминиевых двигателей, цилиндры которых покрыты никосилом, рассказывают о значительном снижении трения по сравнению с чугунными конструкциями. Таким образом, решение представляется более надёжным, мощным и экономичным. На самом деле всё несколько сложнее, поскольку ресурс стандартных моторов с никосиловым покрытием редко превышает 150-200 тысяч километром. Причём это касается эксплуатации в довольно щадящих условиях без чрезмерных нагрузок.

Если одновременно установить на стенд алюминиевый и чугунный блок, разницы в мощности и расходе топлива можно не заметить вовсе. Это связано с тем, что детали в любом случае будут находиться в масляной плёнке, существенно снижающей трение.

Многочисленные эксперты и автомобилисты склоняются к мысли, что алюминиевый двигатель является не лучшей заменой чугунной конструкции. Тут все связано непосредственно со свойствами материала, которые устанавливают определенные ограничения на показатели эффективности конструкций.

Температура плавления алюминия составляет 660 градусов, тогда как у чугуна она в несколько раз выше. Нарушение температурного режима приводит к размягчению алюминия, возникновению задир и тому подобным нежелательным явлениям. А так как это обычно происходит на максимальной мощности, дефекты могут привести к крайне неприятным последствиям.

Таким образом, алюминиевые моторы принято считать своеобразным шагом назад в текущих условиях. Они облегчают конструкцию автомобиля, повышают его динамику и снижают расход бензина. Однако, невысокий ресурс, чрезмерная податливость и мягкость дают о себе знать. К тому же растачивать такой ДВС практически невозможно из-за тонких стенок между цилиндрами.

Плюсы и минусы блоков двигателя из железа и алюминия

Плюсы и минусы блоков двигателя из железа и алюминия