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:

Низкая жесткость блока.
Повышенная нагрузка на гильзы.
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:

Низкая стоимость.
Отличные литейные свойства.
Хорошая обрабатываемость резанием.
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.