Из чего алюминиевый блок мотоцикла
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Из чего алюминиевый блок мотоцикла

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

Читать еще:  Какой лучше грм ставить на приору

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

6 самых надежных двигателей (из тех, что еще продаются)

Иногда у автопроизводителей получаются очень высокоресурсные моторы. Все они, как правило, имеют общие технические решения. Вот какие автомобили еще можно купить сегодня с «долгоиграющими» силовыми агрегатами.

Надежными чаще всего получаются наиболее простые по конструкции двигатели. Средние по рабочему объему, лишенные в большинстве случаев турбонаддува и непосредственного впрыска топлива. Такие моторы можно считать устаревшими, но именно они обладают относительно большим ресурсом.

Моторы Renault семейства К

K7M — один из наиболее надежных и неприхотливых моторов с большим ресурсом. Его до сих пор устанавливают на самые простые комплектации автомобилей Renault Logan и Sandero. Небольшой рабочий объем в 1,6 л, восьмиклапанная конструкция и крайне невысокая форсировка — мощность 82–87 л.с., обеспечили ему ресурс до 400 000 км и иногда даже более этого. Блок цилиндров чугунный, несклонная к масложору конструкция поршневой группы. Хорошая стойкость к небольшому перегреву. При использовании качественных расходных материалов, своевременной установке хороших комплектующих типа ремня ГРМ с роликами, насоса охлаждающей жидкости и своевременной регулировке клапанов мотор показывает чудеса надежности.

Мотор требует минимального обслуживания благодаря гидрокомпенсаторам в приводе клапанов. Надежность агрегата почти не уступает маломощной 8-клапанной версии.

Toyota 2AR-EE

Конечно, времена тойотовских моторов с ресурсом за 800 000 км безвозвратно канули в Лету, но на народных любимцев RAV4 и Camry, а также на минивэн Alphard устанавливают очень неплохие двигатели 2AR-EE. В разных исполнениях мощность этого мотора рабочим объемом 2,5 л составляет 165–180 л.с. Мотор — с алюминиевым блоком цилиндров и залитыми чугунными гильзами. ГРМ — цепной, 16-клапанный с гидрокомпенсаторами. Самое малое техобслуживание с заменой масла, как у любого тойотовского агрегата — раз в 10 000 км, это очень полезно для моторов, которые эксплуатируются в условиях постоянных пробок. Ресурс мотора превышает 300 000 км. Цепь ГРМ придется обновить на 150 000 км. Некоторые проблемы у этого мотора все же встречаются, но довольно редко. Иногда отмечается повышенный шум на холодную муфт системы изменения фаз газораспределения. Но при прогреве все звуки пропадают. Лишь насос охлаждающей жидкости требует особого внимания из-за частого возникновения течи.

Toyota 1VD-FTV

Второй долговечный мотор того же производителя — дизельный 8-цилиндровый 4.5-литровый агрегат 1VD-FTV, который ставится на большие и мощные внедорожники. Мощность двигателя в зависимости от исполнения может быть от 202 до 286 л.с. Двигатели с двумя турбокомпрессорами устанавливали на Land Cruiser 200 и Lexus LX450d. Еще выпускается упрощенная, дефорсированная версия с одним турбокомпрессором для Land Cruiser 70.

Если не экономить на качественном масле и хорошем топливе, то ресурс такого мотора может превышать 400 000 км.

Honda R20A

В японском автопроме особняком стоит фирма Honda. Начав производство автомобилей, уже имея большой мотоциклетный опыт, инженеры зачастую применяли нестандартные решения. Чего только стоят моторы девяностых годов, которые при рабочем объеме 1,6 л развивали 160 и более лошадиных сил. Такая форсировка достигалась благодаря весьма высоким оборотам — более 7000.

Мы рассмотрим гораздо более приземленный 2-литровый бензиновый безнаддувный двигатель R20A. Он изготавливается японским концерном с 2006 г. и устанавливается на автомобили Civic, Accord и на кроссовер CR-V. Несмотря на то, что двигатель целиком «алюминиевый» и имеет довольно высокую мощность (до 155 л.с), его ресурс часто превышает 300 000 км. Это двигатель с одним распределительным валом, который приводит цепь. За регулировку фаз отвечает система i-VTEC. Очень кратко: такая система в нужные моменты «подключает» кулачки распределительного вала с разными профилями. Это обеспечивает оптимальное наполнение цилиндров в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Правда, система не содержит гидрокомпенсаторов: приходится не реже одного раза в 80 000 км регулировать зазоры в клапанах.

Hyundai/Kia G4FC

Возможно, не все со мной согласятся, но я назову еще одним надежным мотором корейский агрегат G4FC. Двигатель выпускался с рабочим объемом 1,4 и 1,6 литра с начала производства Соляриса, то есть с 2010 года. В настоящее время время мотор обрел второй фазовращатель, и продолжает устанавливаться на Hyundai Creta, Solaris и Kia Rio.

Автомобили, как и моторы, разошлись огромным тиражом по всей стране. Все эти машины концерна Hyundai/Kia признаны народными любимцами, и двигатели тоже показывают очень неплохие результаты. Моторы с алюминиевыми блоками цилиндров, цепным приводом распределительных валов и даже с регулировкой зазоров в клапанах заменой стаканчиков показали себя надежными и ресурсными агрегатами. Цепь ходит не меньше 150 000 км, примерно к этому же пробегу возникает и реальная необходимость регулировки клапанов. Поршневая, при хорошем масле, может прожить до 250 000–300 000 км и даже больше. При использовании топлива невысокого качества возможен преждевременный выход из строя каталитического нейтрализатора. Считается, что частицы керамики от разрушившегося блока попадают в поршневую двигателя, тем самым убивая его. Тогда предстоит замена каталитического нейтрализатора либо, что нехорошо, удаление.

Современные моторы по своему ресурсу, к сожалению, далеки от былых «миллионников». Сейчас 300 000–400 000 пробега — уже большая удача. Причина — машины создают теперь не инженеры, которые старались обеспечить максимальный ресурс, а маркетологи, которые всячески лоббируют запрограммированный выход автомобиля из строя, чтобы вынудить потратиться на его ремонт или приобретение нового автомобиля.

В комментариях предлагаю рассказать, моторы каких автомобилей, побывавшие в ваших руках, имели большие беспроблемные пробеги.

Чугунный блок или хотя бы гильзы: на каких современных автомобилях они еще есть?

“Недавно узнал, что в Toyota Camry 2017 г.в. устанавливается бензиновый двигатель объемом 2,5 л (код 2AR-FE) с алюминиевым блоком цилиндров и чугунными гильзами. Я думал, что уже практически не выпускаются двигатели с чугунным блоком цилиндров или хотя бы с чугунными гильзами. Хотелось бы узнать, какие еще современные производители автомобилей применяют аналогичные двигатели, на каких моделях они устанавливаются”.

Не так давно мы уже отвечали на вопрос о “чугунных” моторах, правда, в сегменте “бюджетников”. И тогда упоминали, например, двигатели Renault: 8-клапанный К7М и 16-клапанный К4М объемом 1,6 л имеют чугунный блок. Да, им сто лет в обед, они остались в производстве лишь ради бюджетных моделей (прежде всего “логановского” семейства) только на рынках развивающихся стран. Ведь европейские Dacia Logan & Co уже вовсю оснащаются турбированными движками 0.9T. Да и в нашем регионе 16-клапанник уступает место более современному “ниссановскому” HR16DE с алюминиевым блоком, производство которого налажено в Тольятти. Но 8-клапанный К7М пока в строю. Это же относится и к 2,0-литровому F4R, который устанавливают на Duster и Kaptur.

Читать еще:  Киа сид 2018

Чугунный блок имеют и двигатели ВАЗ. И не только выпускаемые уже не первый год 8- и 16-клапанные (ВАЗ-21116 и ВАЗ-21126 соответственно) версии объемом 1,6 л, которыми оснащаются современные модели Lada. На базе последнего мотора построен и новый ВАЗ-21179 объемом 1,8 л и мощностью 122 л.с., который сейчас устанавливается на Vesta и XRay. Двигатель имеет другие поршни, коленвал, усовершенствованную систему охлаждения, а также оснащен системой изменения фаз газораспределения на впуске, но блок по-прежнему чугунный.

Положим, ВАЗ занимается дальнейшим развитием старых конструкций, а можно ли увидеть чугун в современных моторах? Да! И пример тому – знаменитый Ford EcoBoost объемом 1,0 л, предназначенный для моделей Fiesta, Focus, B-MAX, C-MAX, Mondeo и т.д. Его трехцилиндровый блок отлит не из алюминия, а из чугуна, что позволило снизить необходимое для прогрева количество энергии на 50% и сократить расход топлива. Это официальная версия, а злые языки утверждают, что сделано это еще и для повышения жесткости блока.

При этом двигатель имеет сложную конструкцию, включающую целый ряд интересных технических решений. Так, для оптимизации температурного режима используется разделенная система охлаждения с двумя термостатами. Выпускной коллектор, интегрированный в головку блока цилиндров, снижает температуру выхлопных газов, оптимизируя работу двигателя в широком диапазоне оборотов. Чтобы снизить вибронагруженность трехцилиндрового мотора, применена новая схема балансировки, а низкофрикционный зубчатый ремень в масляном тумане с динамическим натяжителем призван сделать работу двигателя очень тихой. Для обеспечения “незамедлительной” тяги уже с низких оборотов используются малоинерционная турбина Continental и система независимого изменения фаз впуска и выпуска, также применен непосредственный впрыск топлива. Несмотря на всю “навороченность” и довольно высокую степень форсировки, двигатель оказался достаточно надежным и ресурсным.

Opel также имеет современный двигатель с чугунным блоком цилиндров. Это 1.6 SIDI (A16XHT/A16SHT), увидевший свет в 2013 году. Его можно встретить на моделях Astra и Insignia в версиях мощностью 170 и 200 л.с. Двигатель оснащен турбиной Garrett, непосредственным впрыском топлива, балансирными валами, системой изменения фаз газораспределения и цепным приводом ГРМ. К слову, чугунный блок имеют и более “возрастные” атмосферные моторы 1.6 (Z16XER/A16XER) и 1.8 (Z18XER/A18XER), которые до недавнего времени ставились практически на весь легковой модельный ряд Opel.

Современные двигатели VW, как правило, изготовлены по схеме “алюминиевый блок + чугунные гильзы”. Пример – представители семейства ЕА211 (1.0 TSI, 1.2 TSI, 1.4 TSI, 1.6 MPI), знакомые по моделям VW Polo, Golf, Tiguan и Passat, Skoda Rapid, Octavia и т.д. Хотя их предшественники серии ЕА111 имели чугунный блок. А вот двигатели семейства EA888 (1.8 TSI/TFSI и 2.0 TSI/TFSI) его сохранили. Эти моторы можно увидеть под капотом VW Passat, Tiguan, Audi A4, Skoda Octavia, Superb, Kodiaq и т.д.

Относительно современными можно назвать нынешние двигатели Subaru: семейство FB было представлено в 2010 году. С учетом того, что предшествующее семейство EJ продержалось в производстве более 20 лет, можно предположить, что нынешние японские “оппозиты” задержатся в модельном ряду Subaru надолго. Как и у предшественников, блок цилиндров отлит из алюминия, но гильзы чугунные.

Само собой, мы рассказали не обо всех производителях и модификациях двигателей с чугунным блоком или гильзами. Но и приведенные примеры наглядно демонстрируют, что полностью от тяжелого металла инженеры не спешат отказываться даже в случае с очень “продвинутыми” моторами. С точки зрения ресурса самого “железа” это, безусловно, неплохо. Но еще раз пройдитесь по списку указанных моторов: к числу беспроблемных многие из них не относятся, так как серьезных проблем с надежностью достаточно по другим узлам и системам.

Первый в мире авиационный двигатель с алюминиевыми цилиндрами.

На самом деле статья о мелкозернистом корундовом покрытии, которое применимо в двигателестроении.

Не секрет, что окись алюминия – корунд, один из самых прочных материалов. А сам по себе алюминий гораздо пластичнее. Алюминий чистотой 9,999% можно штамповать чуть ли не при комнатной температуре. При этом с очень низкой твердость. А вот окись алюминия – Корунд (Al2O3) (Рубин и Сапфир его близкие родственники) уже другая история, твердость уже 9 единиц по Шкале Мооса. Что объединяет алюминий и окись алюминия – отличная теплопроводность. Из сапфиров даже делают радиаторы охлаждения.

Соблазн делать алюминиевый блок велик, и обоснован. Алюминиевый блок можно сделать в разы меньше, чем у чугунный, он лучше прогревается, у него меньше напряжения в сопряжении блока и головки цилиндров.
Но есть сложности –
Алюминий мягок, что делать? Вставим чугунную гильзу. Но «мокрая» посадка гильзы не обеспечивает достаточной жесткости, а «сухая» гильза, которую заливают в блок на этапе отливки или штамповки, обходится дорого. И в любом случае чугун ухудшает теплопередачу и тепловой зазор приходится оставлять большим из-за разного коэффициента расширения металлов. Со временем появляются трещины из-за тепловых перепадов. Если на автомобиле это отказ связанный с протечкой блока не приведет к значимому ЧП, то в авиации ответственность выше.

Хорошо, нанесем покрытие.
Покрытие Никасил – никель + карбид кремния (твердость 9,5), разрушается под действуем сернистых соединений.
Покрытие Алюсил – алюминиевокремниевый сплав (твердость кремния 6,5-7), содержащий около 78 % алюминия и 12 % кремния, боится перегревов и не обладает достаточной твердостью.

С корундом довольно давно экспериментируют(примерно с 1980 года по прессе) и делают, например, покрытие поршней. Но такое покрытие наносится плазменным методом. Но почему то не получило широкое распространение. http://strannik-v.ru/topic1230.html

Что же достигли сейчас? Новый метод “Плазменно-электролитическое оксидирование”

Во первых такое покрытие весьма недорого. Во вторых охватывается широкий диапазон износостойкости и твердости, что позволяет разработчикам получать нужные характеристики одним методом на одном оборудовании.

Описание ПЭО для ЛЛ.
Плазменно-электролитическое оксидирование – вид поверхностной обработки, позволяющий получать твёрдые износостойкие покрытия на различных алюминиевых сплавах.

Исторически происходит из традиционного анодирования, при повышении формующего напряжения до появления на обрабатываемой поверхности микроразрядных плазменных пробоев.

Условия, возникающие в окресности микроразряда, спобствуют физико-химическому превращению оксидной плёнки с образованием высокотемпературных фаз. В частности, при определённых условиях на поверхности алюминиевых сплавов образуется композитный слой, обогащённый высокотвёрдым “корундом” (альфа форма оксида алюминия) в составе более мягкой алюмо-силикатной матрицы. Сочетание высокой твёрдости корунда с эластичностью алюмосиликатной матрицы обеспечивает экстремально высокую износостойкость таких покрытий.

Предельные характеристики покрытий:

• толщина износостойких, мкм: 70 – 500 мкм

• толщина адгезионных, мкм: 5 – 50 мкм

• микротвёрдость: до 22 ГПа

• адгезия: до 340 МПа

• Ктрения по стали: 0,02-0,01

(при смазке водой и нагрузке 20 кгс/см2)

• износостойкость против WC-Cu-Ni: 2-2,5 раза

Части велосипедов и мотоциклов. Звёзды, шкивы вариатора скутера, цилиндры, поршни;

Направляющие плоскости, полозья, ролики, шкивы, элементы прядильно-ткацкого оборудования;

Крыльчатки компрессоров и насосов, работающих с абразивными жидкостями (скважинная жидкость, шликер, пульпа и др.);

Прокатные вальцы, фильеры, детали экструзионного оборудования;

Пары трения, штоки, уплотнители;

Натяжители волокон различной природы, проволоки;

Антиэррозионная обработка газоразрядного канала ионных лазеров;

Подслой, обеспечивающий высокую адгезию с клеями, лаками, смолами, эмалями;

Другие области, требующие высокой износоустойчивости при умеренной общей нагрузке (определяется прочностью алюминиевой основы).

Наличие оборудования для нанесения.
Да, уже производится – http://www.mdo-peo.com/

Красная зона это новое покрытие – большой диапазон износостойкости, с твердостью поверхности в широком диапазоне.

«Одноразовые» моторы

Ремонтопригодны ли современные двигатели?

В Интернете популярны рассуждения о том, что нынешние машины — «одноразовые», поездить лет пять и выкинуть. Часто в пример приводят популярный Hyundai Solaris и его «алюминиевый» мотор. Правда ли, что современные двигатели не поддаются «капиталке»?

«Чугунное» прошлое…

Те, кто имел опыт езды на «Жигулях», хорошо знакомы с термином «капиталка». Ее смысл в том, чтобы сохранить один из самых дорогостоящих элементов мотора — блок цилиндров.

Под капитальным ремонтом мотора с советских времен понимают восстановление изношенных цилиндров путем их расточки до ремонтного размера (либо замену гильз). После этого устанавливаются поршни соответствующего ремонтного размера — такие запчасти делаются вполне официально самим производителем. Некоторые двигатели имели по 4−5 ремонтных размеров, то есть поддавались многократному омоложению.

Раньше самым популярным материалом для блока цилиндров был чугун: материал тяжелый, но достаточно твердый и хорошо поддающийся той самой расточке. Проблемы начались, когда производители начали массово переходить на алюминиевые блоки цилиндров ради снижения массы.

… и «алюминиевое» настоящее

Алюминий гораздо менее износостойкий, к тому же алюминиевые поршни при трении по алюминиевому блоку могут «схватываться» — пластичный материал как бы «намазывается» на трущуюся поверхность. Потому инженеры стараются исключить трение алюминиевого сплава по ему подобному.

Помимо покрытия поршней почти всегда поверхность цилиндра алюминиевого блока каким-то образом изолируется от поршня. Например, за счет «мокрой» чугунной гильзы: такая гильза вставляется в блок и омывается снаружи охлаждающей жидкостью, отсюда и название. Конструкция с «мокрыми» гильзами достаточно ремонтопригодна, поскольку блок можно разгильзовать и поменять изношенные гильзы и поршни. Однако есть у такой схемы и недостатки, например, меньшая жесткость блока и худшие вибро-акустические характеристики (для современных моторов они важны).

Читать еще:  Тосол кипит в расширительном бачке

Поэтому чаще всего новые двигатели с алюминиевыми блоками имеют тонкостенные покрытия или вставки, которые изолируют поршень от алюминиевой «мякоти». На спортивных авто, вроде Porsche 911 и некоторых BMW, например, используется покрытие «Никасиль», обладающее очень высокой твердостью и износостойкостью, но дорогое и неремонтопригодное.

Силумал — это технология, при которой кремнистый алюминиевый сплав травят по поверхности цилиндров специальной «химией», за счет чего получается тонкий слой с высоким содержанием кремния. Такие цилиндры можно расточить, но не «в лоб», как чугунные, а с соблюдением определенной технологии, которая восстановит слой нужной твердости на поверхности цилиндров.

Hyundai преткновения

Если вернуться к Hyundai Solaris и его двигателю Gamma (1,4 и 1,6 л), то в нем алюминиевый сплав защищен от «прогрызания» поршнем тонкостенной «сухой» чугунной гильзой. Такая схема довольно популярна сегодня, в частности, ее использует концерн Volkswagen в новом поколении турбодвигателей TSI (EA211). Гильза, кстати, не вставляется в блоки цилиндров, а буквально вплавляется в него: жидкий алюминий заливает форму с установленными гильзами, наружная поверхность которых обычно сделана неровной для лучшего контакта.

Двигатели с «сухими» тонкостенными гильзами часто не поддаются капитальному ремонту: производитель не предусмотрел такой технологии, а в продаже нет и поршней ремонтных размеров. Другими словами, если износ цилиндро-поршневой группы достиг критического, предлагается попросту заменить блок цилиндров. А это весьма дорогостоящая операция, которая в случае с подержанной машиной может обойтись этак в треть цены самого автомобиля, а иногда и больше.

Касательно Solaris, масла в огонь подливает циркулирующая по интернету информация о плановом ресурсе мотора в 180 тысяч километров. Мы не нашли объективных данных, подтверждающих или опровергающих этот тезис, и, скорее всего, реальный ресурс слишком зависит от условий эксплуатации, чтобы выводить точную цифру. Однако для второго-третьего владельца Solaris подобная «одноразовость» мотора является фактором риска.

На деле, вопрос ремонтопригодности алюминиевых блоков вызывает огромное количество споров. Бывает, что заводская технология капитального ремонта отсутствует, однако умельцы берутся отреставрировать мотор, в том числе с использованием собственных ноу-хау. Скажем, моторы Skoda семейства BBZ формально неремонтопригодны, но некоторые мастера готовы оживить их. Насколько это оправдано и долговечно — зависит от конкретного умельца. Но факт в том, что заводских методик капитального ремонта двигателей с алюминиевыми блоками в самом деле нет, и это осложняет жизнь владельцам машин в возрасте.

Теория заговора

Почему производители не думают о втором-третьем хозяине машины? Почему намеренно снижают ее стоимость на вторичном рынке? Есть поклонники теории заговора, будто делается это специально для стимулирования покупки новых автомобилей. И, наверное, эта теория далеко не беспочвенна: «вечных» машин, как Volvo P40, Mercedes-Benz W124 или Peugeot 504 сегодня не делает, наверное, никто.

В то же время, очень часто прогрессивные решения несут на себя печать непрактичности. Ремонтопригодные узлы зачастую тяжелы и не так эффективны, поэтому производители все больше уходят в область инженерной «финифти» в ущерб простоте, надежности и долговечности конструкции.

К счастью, для первых владельцев автомобилей все не так критично. А вот тем, кто покупает машину с пробегом, стоит иметь в виду подобные особенности современных авто.

Фото: Станислав Красильников/ ТАСС

Материалы для изготовления блока цилиндра

Блок-картер является одной из самых тяжелых деталей всего автомобиля и занимает самое критичное место для динамики движения: место над передней осью. Поэтому именно здесь делаются попытки полностью использовать потенциал для уменьшения массы. Серый чугун, который в течение десятилетий использовался в качестве материала для блок-картера, все больше и больше заменяется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях алюминиевыми сплавами. Это позволяет получить значительное снижение массы.

Серый чугун

Чугун – это сплав железа с содержанием углерода более 2 % и кремния более 1,5 %. В сером чугуне избыточный углерод содержится в форме графита. Для блок-картеров дизельных двигателей использовался и используется чугун с пластинчатым графитом, который получил свое название по расположению находящегося в нем графита. Другие составляющие сплава – это марганец, сера и фосфор в очень маленьких количествах.

Чугун с самого начала предлагался как материал для блок-картеров серийных двигателей, т. к. этот материал не дорог, просто обрабатывается и обладает необходимыми свойствами. Легкие сплавы долго не могли удовлетворить этим требованиям. Автопроизводители используют для своих двигателей чугун с пластинчатым графитом вследствие его особенно благоприятных свойств, а именно:

-хорошие прочностные свойства;

-хорошие литейные свойства;

-очень хорошее демпфирование.

Выдающееся демпфирование – это одно из отличительных свойств чугуна с пластинчатым графитом. Оно означает способность воспринимать колебания и гасить их за счет внутреннего трения. Благодаря этому, значительно улучшаются вибрационные и акустические характеристики двигателя.

Хорошие свойства, прочность и простая обработка делают блок-картер из серого чугуна и сегодня конкурентоспособным. Благодаря высокой прочности, бензиновые двигатели и дизельные двигатели и сегодня делаются с блок-картерами из серого чугуна. Возрастающие требования к массе двигателя на легковом автомобиле в будущем смогут удовлетворить только легкие сплавы.

Алюминиевые сплавы

Блок-картеры из алюминиевых сплавов пока еще относительно новые и используются только для дизельных двигателей.

Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Но преимущество в массе имеет такое же соотношение, т. к. вследствие меньшей прочности такой блок-картер приходится делать массивнее. Другие свойства алюминиевых сплавов:

-хорошая химическая стойкость;

-неплохие прочностные свойства;

Чистый алюминий не пригоден для литья блок-картера, т. к. имеет недостаточно хорошие прочностные свойства. В отличие от серого чугуна основные легирующие компоненты добавляются здесь в относительно больших количествах.

Сплавы делятся на четыре группы, в зависимости от преобладающей легирующей добавки. Эти добавки:

Для алюминиевых блок-картеров двигателей используются исключительно сплавы AlSi. Они улучшаются небольшими добавками меди или магния.

Кремний оказывает положительное воздействие на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства.

Добавка меди (2-4 %) может улучшить литейные свойства сплава, если содержание кремния меньше 12 %.

Небольшая добавка магния (0,2-0,5 %) существенно увеличивает значения прочности.

Для бензиновых и дизельных двигателей используют алюминиевый сплав AISi7MgCuO,5. Как видно из обозначения AISi7MgCuO,5, этот сплав содержит 7 % кремния и 0,5 % меди.

Он отличается высокой динамической прочностью. Другими положительными свойствами являются хорошие литейные свойства и пластичность. Правда, он не позволяет достичь достаточно износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок картеры из AISI7MgCuO,5 придется выполнять с гильзами цилиндров.

Прогрессивные исследователи задумываются об использовании еще более легкого материала – магниевого сплава. Были созданы прототипы двигателей, в которых металлические гильзы цилиндров устанавливались в легковесные пластиковые блоки, хотя эти двигатели оказывались ужасно шумными.

Таким образом, для алюминиевого блока-картера двигателя необходимо использовать исключительно сплавы AlSi, а именно АЛ4. Они улучшаются небольшими добавками меди или магния. Кремний оказывает положительное воздействие на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства.

Добавка меди (2-4 %) может улучшить литейные свойства сплава, если содержание кремния меньше 12 %. Небольшая добавка магния (0,2-0,5 %) существенно увеличивает значения динамической прочности. Другими положительными свойствами являются хорошие литейные свойства и пластичность. Правда, он не позволяет достичь достаточно износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок картеры из АЛ4 придется выполнять с гильзами цилиндров.

Анализ материалов

Чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает наиболее высокую степень форсировки и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл (в 2,7 раза тяжелее алюминия), склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» со стенками, и двигатель мгновенно заклинит. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Но преимущество в массе имеет такое же соотношение, т. к. вследствие меньшей прочности такой блок-картер приходится делать массивнее. Другие свойства алюминиевых сплавов:

-хорошая химическая стойкость;

-неплохие прочностные свойства;

Механические свойства приведены в таблице 1:

Таблица 1 – механические свойства материалов

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector