Алюминиевый блок цилиндров плюсы и минусы: Алюминиевый двигатель: плюсы, минусы и особенности

в течение многих лет были стандартным составом материалов, и легко понять, почему.

Плюсы

• Прочность: Чугунные блоки обычно прочнее алюминиевых блоков цилиндров и могут выдерживать более высокое внутреннее давление.
• Мощность: В целом, железные блоки двигателя будут производить больше лошадиных сил, чем алюминиевые блоки двигателя.
• Легче настроить: Некоторые чугунные блоки двигателя можно модернизировать без изменения внутренних компонентов двигателя.
• Стоимость:
  Как правило, железные блоки цилиндров значительно дешевле алюминиевых.

Минусы

• Вес: Железные блоки двигателя весят больше, чем алюминиевые, что снижает расход топлива и производительность.
• Легче заменить, чем отремонтировать: Поскольку железные блоки двигателя стоят меньше, если один из цилиндров или компонентов необходимо отремонтировать, это может стоить почти столько же, сколько сменный блок.
• Ржавчина: Железо склонно к ржавчине, что может быть важным фактором при рассмотрении напряжения и давления, которым будет подвергаться блок двигателя.

Алюминиевые блоки цилиндров

В большинстве новых автомобилей используются алюминиевые блоки цилиндров, поскольку они представляют собой достойную альтернативу чугунным.

Плюсы

• Легче: Алюминиевые блоки двигателя легче железных блоков, и это не только помогает сократить расход бензина, но и снижает чрезмерный износ шин. Это также снижает нагрузку на тормоза транспортного средства, потому что для его остановки требуется меньший вес.
• Проще ремонтировать: Как мы обсуждали выше, ремонт чугунного блока двигателя обычно не стоит. С алюминиевыми блоками такого нет. Алюминиевые блоки проще починить, если проблемы с цилиндрами.
• Превосходное рассеивание тепла: Алюминий отводит тепло лучше, чем железо, что предотвращает перегрев и продлевает срок службы блока цилиндров.

Минусы

• Цена: Алюминиевый блок двигателя почти всегда будет стоить значительно дороже, чем чугунный блок двигателя.
• Более гибкий: Алюминий не такой жесткий, как чугун, поэтому он более подвержен деформации, когда подвергается нагрузке и нагреву.
• Более слабая мощность: Если вам нужна максимальная мощность, вы можете отказаться от алюминиевого блока цилиндров.
• Может потребоваться гильза: Часто люди используют чугунные гильзы для выравнивания цилиндров двигателя. Это может представлять проблему, потому что у вас есть два разных типа металлов, которые нагреваются и охлаждаются с разной скоростью сохранения тепла, и это может привести к неравномерному износу и возможному повреждению.

Закажите ремонт блока цилиндров сегодня

Теперь, когда вы ознакомились с преимуществами и недостатками железных и алюминиевых блоков цилиндров, позвоните в Auto Truck Service Inc. для обслуживания и ремонта двигателя. У нас более 40 лет опыта ремонта автомобилей, и мы можем отремонтировать любой ваш автомобиль, от коммерческого грузовика до вашей личной рыбацкой лодки.

Категория: Механик

Обработка алюминиевых блоков цилиндров — журнал для производителей двигателей

Алюминиевые блоки цилиндров уже много лет используются как в серийных, так и в высокопроизводительных двигателях. Алюминий имеет ряд преимуществ перед чугуном, наиболее очевидным из которых является вес. Алюминиевый блок V8 вторичного рынка обычно весит от 80 до 100 фунтов. меньше, чем у сопоставимого заводского чугунного блока аналогичного рабочего объема. Добавьте пару алюминиевых головок цилиндров, и вы, вероятно, сможете избавиться еще от 30-40 фунтов. мертвого веса.

Алюминий имеет и другие преимущества. Во-первых, он проводит тепло намного быстрее, чем чугун (примерно в три раза быстрее). Это означает, что алюминиевый блок (или головки) может отводить тепло от камеры сгорания при резком ускорении двигателя, снижая риск детонации, вызывающей повреждение двигателя. Превосходное охлаждение, обеспечиваемое алюминиевым блоком и головками, означает, что вы часто можете использовать немного более высокую степень статического сжатия для повышения теплового КПД и мощности и / или увеличить угол опережения зажигания еще на несколько градусов, чтобы топливовоздушная смесь начала гореть немного раньше.

Алюминий относительно легко поддается сварке по сравнению с чугуном. Если блок трескается, трещину можно зашлифовать и заполнить сварочным аппаратом TIG. Сварка часто может спасти блок, который в противном случае был бы предназначен для свалки. Если в железном блоке образуется трещина в цилиндре, ее часто можно спасти с помощью рукава, а трещины в других частях блока иногда можно устранить с помощью сварки в печи. Но это не так просто, как сварка алюминия методом TIG.

Различия в обработке

Это подводит нас к теме данной статьи, а именно к тому, чем обработка алюминиевых блоков отличается от обработки чугунных блоков. Хотя вы можете купить готовые алюминиевые блоки, готовые к сборке, у OEM-производителей и поставщиков послепродажного обслуживания, многие из вас предпочитают выполнять отделочные работы самостоятельно. Это включает в себя размер и чистовую обработку основных отверстий и отверстий кулачков, хонингование гильз цилиндров (или отверстий, если вы устанавливаете свои собственные прессовые сухие втулки) и механическую обработку поверхностей деки.

Поскольку алюминий мягче чугуна, расточные и фрезерные насадки служат дольше при обработке алюминия. Карбид хорошо работает как с чугуном, так и с алюминием, но если вы используете суперабразивные материалы, лучшим выбором для алюминия будет PCD.

Проблема с CBN заключается в том, что алюминиевая стружка имеет тенденцию прилипать к инструменту, что может увеличить риск смазывания или образования полос на поверхности деки при фрезеровании блока. Один из способов снизить риск этого при обработке алюминия с помощью CBN — это слегка смазать поверхность металла WD-40, оливковым маслом или даже средством для полировки мебели — или переключить инструмент на PCD.

Различные сплавы

Большинство литых алюминиевых блоков цилиндров изготавливаются из одного из трех сплавов: 319, A356 или A357. Сплав 319 содержит от 85,8% до 91,5% алюминия, от 5,5% до 6,5% кремния, от 3% до 4% меди, 0,35% никеля, 0,25% титана, 0,5% марганца, 1% железа, 1% цинка и 0,1% магния. Сплав подвергается термообработке Т5 для упрочнения и упрочнения металла, прежде чем блок будет обработан до окончательных размеров.

Для высокопроизводительных применений чаще всего используются сплавы A356 и A357. Эти сплавы имеют более высокий процент алюминия (9от 1,1% до 93,3%), больше кремния (от 6,5% до 7,5%), немного больше магния (от 0,25% до 0,45%), но меньше меди (0,2%), меньше железа (0,2%) и меньше цинка (0,1%). Сплав относительно мягкий, как литой, но становится намного прочнее после термообработки Т6.

Алюминиевые блоки цилиндров изготавливаются из другого «аэрокосмического» сплава 6061, который более пластичен, чем A356 или A357, и обладает высокой устойчивостью к растрескиванию под экстремальным давлением. Сплав 6061 в кованых блоках заготовок часто подвергают обработке давлением для уменьшения пористости и увеличения плотности. Это дает заготовке 6061 прочность на растяжение от 60 000 до 70 000 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с 13 000 до 14 000 фунтов на квадратный дюйм для литого алюминия A356. Вот почему самые требовательные гоночные машины, такие как драгстеры Top Fuel, используют алюминиевые блоки из заготовки 6061.

Внутренние зазоры

Хотя каждый из распространенных алюминиевых сплавов имеет несколько разные физические свойства, все они имеют коэффициент теплового расширения, более чем в два раза превышающий коэффициент теплового расширения чугуна. Следовательно, когда алюминиевый блок переходит от комнатной температуры к рабочей температуре, его рост во всех направлениях примерно в два раза больше, чем у чугунного блока.

Изменения размеров, вызванные нагревом, могут повлиять на зазоры между поршнем и цилиндром и зазоры между подшипником и отверстием, хотя, по словам опрошенных нами поставщиков поршней и подшипников, в целом этого не достаточно, при условии, что двигатель не перегревается. Любой двигатель, который перегревается, подвергается риску задиров на поршнях и истирании штоков клапанов.

Степень расширения блока при нагревании зависит от его конструкции и толщины металла в критических зонах блока. Из-за этого некоторые допуски могут меняться больше или меньше, чем другие, в зависимости от блока и температур, которым он подвергается.

Большинство поставщиков запчастей не рекомендуют разные диаметры цилиндров или зазоры коренных отверстий для алюминиевых и чугунных блоков. Алюминиевые и триметаллические подшипники со стальной основой обычно обеспечивают более чем достаточную плотную посадку (от 0,002 до 0,004 дюйма), чтобы предотвратить их ослабление при нагревании блока. Тем не менее, некоторые производители двигателей немного уменьшают зазоры основного отверстия при создании высокопроизводительного двигателя для дополнительной защиты от возможности прокручивания подшипника.

Линия хонингования всегда рекомендуется для всех алюминиевых блоков с высокими эксплуатационными характеристиками. Многие незавершенные блоки послепродажного обслуживания оставляют несколько тысяч в сети, чтобы их можно было отточить. Используйте более мягкие камни для алюминия. Некоторые производители двигателей рекомендуют хонинговать магистрали со стальными крышками, располагая блок двигателя правой стороной вверх, а крышки — внизу. Хонингование в этом положении перенесет вес хона на колпачки, выравнивая количество удаляемого материала. Хонингование с перевернутым блоком и колпачками вверх увеличивает риск того, что вы удалите больше алюминия из блока, чем стали из колпачков.

Лучший совет по выбору размера основного отверстия в алюминиевом блоке, по мнению одного поставщика подшипников, — стремиться к наименьшему размеру, указанному в диапазоне допустимых допусков. Например, диапазон размеров основных отверстий в Ford 460 составляет от 3,1922 до 3,193 дюйма. Следуя этому совету, вы должны выбрать минимальный размер отверстий или 3,1922″.

Что касается зазоров между поршнем и цилиндром, повышенная скорость теплового расширения алюминия несколько компенсируется повышенным охлаждением, которое он обеспечивает, поэтому общего изменения зазора обычно недостаточно, чтобы на что-либо повлиять — если только это не экстремальное применение, такое как Top Fuel. где ничто не длится очень долго. Сплав поршня (литой, заэвтектический или кованый) обычно оказывает гораздо большее влияние на рост и изменение зазоров между поршнем и цилиндром, чем тип металла в блоке.

Если вас беспокоят задиры на поршнях, используйте антифрикционное покрытие на юбках поршней и/или немного увеличьте зазор.

Изменения высоты платформы также будут происходить в большей степени в алюминиевом блоке, чем в чугунном. Хотя изменения невелики, может быть небольшое увеличение высоты деки, что могло бы увеличить зазор между поршнем и головкой, уменьшить компрессию и ослабить клапанный зазор в двигателе с толкателем. Любое из этих изменений может оказать неблагоприятное воздействие на мощность, если изменение достаточно велико. Однако большинство людей, с которыми мы говорили на эту тему, сказали, что любые изменения, которые действительно происходят, обычно настолько малы, что не вызывают заметных проблем.

Однако, если вы строите двигатель (алюминиевый или чугунный) с алюминиевыми шатунами, тепловое расширение может оказать значительное влияние на зазоры между поршнем и головкой. Алюминиевые стержни будут расти в длину намного больше, чем стальные стержни, когда они нагреваются. Большинство поставщиков алюминиевых стержней рекомендуют минимальный зазор между поршнем и головкой 0,060 дюйма для компенсации теплового расширения. По этой причине некоторые алюминиевые стержни также делают на 0,010 дюйма короче.

Гильзы

Алюминиевые блоки могут быть обработаны для установки влажных или сухих гильз, но сухие гильзы используются чаще всего. Существуют разные мнения относительно того, как следует обрабатывать поверхность деки, чтобы обеспечить надлежащее уплотнение прокладки головки блока цилиндров. Многие производители двигателей старой школы оставляют втулки слегка выступающими из блока, чтобы обеспечить герметичность прокладки из-за увеличения блока. Это могло быть проблемой с некоторыми алюминиевыми блоками из-за их конструкции и сплава, но во многих случаях проблема проскальзывания гильз под поверхность деки вызвана размещением гильз, а не ростом блока.

Довольно распространенной практикой при изготовлении посадочных втулок является забивание их с помощью 2×4 и большого молотка. Забивание гильз в их отверстия не гарантирует, что гильза не отскочит назад и не оставит зазор под гильзой. Наилучший подход — отшлифовать блок с установленными втулками с помощью динамометрической пластины. Это поможет посадить втулки в блок, чтобы они не двигались вверх или вниз. Затем блок может быть декорирован и обработан обычным способом для прокладки головки блока цилиндров, которая будет использоваться в двигателе.

Рекомендуемая прессовая посадка для установки втулок несколько различается от блока к блоку, а также в зависимости от области применения. Алюминиевые блоки

Чтобы обеспечить правильную посадку и фиксацию втулки, вот несколько советов, которые вы можете использовать:

1. После рассверливания исходного алюминия и железа при подготовке к установке втулки отхонингуйте алюминий основного отверстия блока. Этот процесс обеспечивает лучшую прессовую посадку сплава и поверхности втулки с натягом. Хонингование алюминия эффективно выравнивает или сбивает микроскопические пики и впадины, вызванные расточной фрезой. Это обеспечивает лучшую поверхность сопряжения с более эффективной передачей тепла от втулки к алюминию. Это также означает, что вам не нужно использовать какой-либо Loctite или герметик для втулок, если вы оттачиваете алюминий основного отверстия блока. Если вы решили не хонинговать отверстия перед установкой втулок, используйте Loctite или герметик для втулок, чтобы облегчить установку и теплопередачу.

2. Рекомендуемая средняя прессовая посадка составляет  0,0015 дюйма. Минимальная посадка составляет  0,0005 дюйма. Максимальный натяг составляет 0,002 дюйма.

3. Нет необходимости в прессовой посадке с натягом на внешнем диаметре фланцевой втулки относительно внешней области водяной рубашки.

4. Для облегчения установки нагрейте блок от 200 до 275 градусов по Фаренгейту. Поместите рукава в морозильник или охладите их сухим льдом или жидким азотом. Втулки встанут на место без сопротивления. Если вы используете жидкий азот для замораживания рукавов, нагревание блока не требуется.

5. После установки всех втулок удерживайте их под гидравлическим прессом. Используя стальную пластину или пластину крутящего момента с давлением примерно в тонну, удерживайте втулки внизу, пока блок охлаждается и вдавливает втулки на место. Как только блок остынет до комнатной температуры, снова нагрейте его примерно до 180 градусов и снова запрессуйте рукава с помощью гидравлического пресса. Это должно предотвратить медленное сползание гильз после установки.

6. Вы сами решаете, настилать ли верхнюю часть рукавов после установки. Это не критично, но рекомендуется. В зависимости от уровня вашей уверенности можно использовать два варианта настила. Вариант № 1 — настилать алюминий перед установкой втулки. Затем установите втулки так, чтобы втулка выступала не более чем на 0,002 дюйма над поверхностью прокладки. Это обеспечит небольшой зажим для лучшего уплотнения прокладки. Вариант № 2 заключается в установке втулок и настиле как алюминия, так и верхней части втулок по всей длине настила, при этом втулки не должны выступать над поверхностью настила. Любой метод будет работать при условии, что втулки полностью опустились на посадочную поверхность.

Хонингование алюминиевых блоков

Прежде чем приступить к цилиндрическому хонингованию алюминиевого блока, вы должны получить от поставщика футеровки как можно больше информации о материале футеровки и его твердости. Почему? Потому что твердость лайнеров влияет на процесс хонингования и давление, необходимое для достижения желаемого результата.

Если вы восстанавливаете алюминиевый блок и повторно используете оригинальные втулки (или блок имеет отлитые втулки, такие как Chevy LS или модульный V8 Ford), использование тестера твердости для проверки вкладышей может помочь вам достичь лучших результатов. . Бывшие в употреблении втулки обычно несколько тверже новых из-за нагартовки металла.

Стальные поршневые кольца низкого напряжения требуют очень точной геометрии отверстия для хорошего уплотнения. Чем круглее отверстие, тем лучше. Проверка концентричности и геометрии отверстия на самом деле намного сложнее, чем кажется. Простой нутромер может сказать вам, близко ли отверстие к спецификации, но он не может создать точную трехмерную карту геометрии отверстия, как это может сделать дорогостоящий прибор P.A.T. Они недоступны для большинства магазинов, но используются OEM-производителями и некоторыми компаниями, производящими хонинговальное оборудование, для проверки точности размеров отверстия.

Для большинства высокопроизводительных применений вам следует нанести на втулки какой-либо вид плато, используя трех- или четырехэтапный процесс финишной обработки (грубое шлифование для создания желаемой поперечной штриховки для удержания масла, а затем один или два более мелких бруска, чтобы выбить пики с поверхности, а затем щеткой, чтобы убрать любой остаточный мусор).