ћосква +7 495 545 6936
E-mail: написать
YouTube Instagram
Ќаш опыт в двигател€х Ч с 1990 года!
—ѕ≈÷»јЋ»«»–ќ¬јЌЌџ… ћќ“ќ–Ќџ… ÷≈Ќ“–
јЅ-»нжиниринг
√Ћј¬Ќјя

јлюминиевый блок цилиндров: Ђ«аменить нельз€ ремонтироватьї


јЋ≈ —јЌƒ– ’–”Ћ≈¬, кандидат технических наук

Ђ“акой блок отремонтировать нельз€! - сказал мастер, указыва€ на задиры в цилиндрах двигател€ MercedesV8. - ѕо крайней мере, в –оссии технологией ремонта алюминиевых блоков не владеют. —пециальное покрытие на зеркалах восстановлению не подлежит. “олько мен€ть!ї - » назвал цену - цифру с некоторым количеством нулей. ¬ долларах, разумеетс€...

ћы ничего не придумали. Ётот разговор действительно произошел не так давно в сервисном центре одного из официальных дилеров знаменитой фирмы.  онечно, установка нового агрегата в сборе взамен вышедшего из стро€ удобнее и выгоднее дл€ техцентра. ќгорчало другое: профессионалы (надеемс€, что в дилерских центрах работают только они) не знают (или скрывают это?), что такое - алюминиевый блок цилиндров. ¬ смысле технологии его производства и ремонта. ј ведь в –оссии ремонт алюминиевых блоков освоен давно - пожалуй, лет 10 уже, не менее!

јлюминиевый блок в Ђинтерьереї

ѕрежде чем выстраивать технологические цепочки ремонтных операций, надо, разумеетс€, знать все особенности ремонтируемой детали.

¬ том числе технологические Ђхитростиї ее производства и характер работы. ” алюминиевых блоков есть много такого, о чем иные профессионалы, похоже, и не слыхали.

ѕервый вопрос: зачем блок цилиндров делать алюминиевым, если и чугунные блоки прекрасно работают? ќтвет прост: удельна€ масса алюмини€ (2850 кг/м3) в 2,7 раза меньше удельной массы чугуна. —оответственно алюминиевый блок получаетс€ намного легче чугунного. ј это важно, особенно дл€ многоцилиндровых моторов с большим рабочим объемом.  роме того, теплопроводность алюмини€ в 4 раза выше, чем чугуна. ¬ результате этого двигатель с алюминиевым блоком быстрее прогреваетс€, а объем системы охлаждени€ может быть уменьшен благодар€ более эффективному охлаждению и быстрому выравниванию температуры стенок блока.

ќднако реализовать на практике эти преимущества алюмини€ не так-то просто. »звестно, что по чугунным цилиндрам прекрасно Ђход€тї поршневые кольца как с твердыми покрыти€ми, так и без таковых, и сами Ђм€гкиеї алюминиевые поршни. — алюминиевыми цилиндрами ситуаци€ друга€: сочетание Ђм€гкогої металла поршн€ с таким же Ђм€гкимї материалом цилиндра мгновенно приводит к Ђсхватываниюї металлов и заклиниванию двигател€.

–азумеетс€, конструкторы двигателей, принима€ во внимание эти свойства металлов, разработали несколько способов решени€ проблемы. ќдин из них - блоки цилиндров с Ђмокрымиї гильзами.

≈ще в 30-е годы прошлого века получила распространение така€ схема: в алюминиевый блок цилиндров устанавливаютс€ Ђмокрыеї чугунные или стальные гильзы. „то называетс€, и Ђволки сыты (то есть блоки стали легкими), и овцы целыї - поршни и кольца Ђход€тї по традиционной твердой поверхности. “ака€ схема благополучно дожила до наших дней: многие моторы как отечественных, так и иностранных автомобилей имеют подобные блоки цилиндров (вспомним хот€ бы наши Ђволгиї и Ђмосквичиї).

ќднако простота решени€ проблемы оказалась весьма обманчивой - схема с Ђмокрымиї гильзами не лишена недостатков. ∆есткость блока, где гильзы Ђживутї своей жизнью, снижаетс€, что приводит к необходимости увеличивать толщину его стенок, а гильзы при обжатии головки блока деформируютс€, вызыва€ повышенный угар масла.  роме того, така€ конструкци€ оказалась чувствительной к перегреву - прокладка головки блока обычно тер€ет герметичность даже при не слишком большом и длительном превышении допустимой температуры двигател€.

Ёти тонкости можно было не принимать во внимание до тех пор, пока двигатели оставались тихоходными и малонагруженными, а нормы токсичности выхлопа - весьма демократичными. Ќо к 80-м годам пошлого века ситуаци€ изменилась, и конструкци€, проживша€ без малого полвека, перестала удовлетвор€ть новым требовани€м в полной мере.

—ледующим шагом стало по€вление блоков цилиндров из алюмини€ с Ђсухимиї чугунными гильзами. “ака€ схема отрабатывалась многими производител€ми, но компани€ Honda первой внедрила в массовое производство конструкцию алюминиевого блока с залитыми тонкими Ђсухимиї чугунными гильзами, и с конца 70-х годов все моторы этой фирмы стали оснащатьс€ такими блоками. ѕостепенно эта схема завоевала своих сторонников - к 2000-му году такие блоки примен€ли Renault, Volvo, GM, Suzuki, Subaru, Rover и другие производители.

Ќередко вместо чугуна гильзы выполн€ют из композиционных материалов на чугунной основе. »зносостойкость таких гильз значительно выше, чем у цельнолитых чугунных блоков (применение дорогосто€щих композиционных материалов при изготовлении последних неоправданно, по экономическим соображени€м, из-за их большой массы).

—хема с Ђсухимиї гильзами реализует все преимущества легких алюминиевых блоков, прекрасно сочета€ их с технологичностью чугунных, а именно: с возможностью растачивани€ и хонинговани€ цилиндров в увеличенный (ремонтный) размер поршней. ¬месте с тем и эта схема не свободна от недостатков. „угун, из которого изготовлена гильза, имеет меньшие, нежели алюминий, коэффициенты теплового расширени€ и теплопроводности. Ќеобходимы специальные меры дл€ исключени€ Ђотрываї гильзы от алюминиевой стенки (с этой целью нередко гильзу снаружи делают ребристой). ѕри этом рабочий зазор поршн€ в цилиндре, как и в простом чугунном блоке, при нагреве уменьшаетс€, а при охлаждении увеличиваетс€, даже если материалы поршней и блока одинаковые. ¬ результате при больших пробегах возможно по€вление Ђхолодногої стука поршней и, как следствие, повышенного угара масла.

÷ельноалюминиевые блоки цилиндров по€вились приблизительно в те же годы. “ехнологию их производства отработала немецка€ фирма Mahle. —уть идеи заключаетс€ в том, что сохран€етс€ пара Ђжелезо-алюминийї дл€ поршн€ и цилиндра, но при условии, что цилиндр выполнен алюминиевым, в то врем€ как алюминиевый поршень гальванически покрыт тонким (0,02- 0,03мм) слоем железа.

“еперь все встало на свои места: поршень в цилиндре не заклинит, зато тепловое расширение цилиндра и поршн€ практически одинаково. “огда рабочий зазор не будет Ђгул€тьї, и его можно сделать очень малым (0,01-0,02 мм), не бо€сь возникновени€ задиров и Ђприхватовї. «начит, ресурс деталей повыситс€, по крайней мере, в 1,5 раза.

ќднако то, что в теории просто, на деле оборачиваетс€ новыми проблемами. Ќа практике, когда поршневые кольца работают по алюминию, ресурс поршневой группы оказываетс€ невелик вследствие слишком Ђм€гкойї рабочей поверхности цилиндра.

ѕроблему решили, применив специальную технологию лить€ блока из алюминиевого сплава с содержанием кремни€ более 18%. Ѕыстрое охлаждение участков заготовки блока в зоне цилиндров приводит к направленной кристаллизации кремни€ y зеркала цилиндров. ƒалее, после механической обработки поверхность цилиндров дополнительно обрабатывают химическим травлением. ¬ результате этой операции кислота, взаимодейству€ преимущественно с алюминием, Ђвымываетї его слой толщиной несколько микрон, оставл€€ на поверхности лишь кристаллы кремни€.

“еперь и поршень, и поршневые кольца будут Ђработатьї не по алюминию, а по твердому кремнию - износостойкость и долговечность этих пар трени€ гарантирована, причем она заметно выше, чем у обычных чугунных цилиндров. ѕравда, при этом поршневые кольца, все без исключени€, должны иметь твердое хромовое покрытие, поскольку именно этот металл обеспечивает наивысшую износостойкость в паре с кремнием.

Ѕлоки цилиндров, изготовленные с помощью описанной технологии, получили достаточно широкое распространение у немецких производителей автомобилей: это двигатели Mercedes V8 и V12, Audi V8, Porsche L4 и V8, BMW V8 и V12. “а структура материала, котора€ получена на поверхности цилиндров этих цельноалюминиевых блоков, по терминологии фирмы Mahle называетс€ Silumal. ѕоршни дл€ таких блоков имеют особое покрытие Ferrostan (фирма Kolbenschmidt, также использующа€ эту технологию, дает ей другое название - Alusil).

ќписанные цельноалюминиевые блоки прекрасно ремонтируютс€, их можно растачивать и хонинговать в ремонтный размер без вс€ких ограничений. ѕравда, при ремонте необходима специальна€ операци€ - финишна€ доводка поверхности цилиндров.

  сожалению, при всех преимуществах пара ЂSilumal-Ferrostanї (цилиндр-поршень) все-таки не идеальна. ¬ отличие от традиционных чугунных блоков цельноалюминиевые очень Ђне люб€тї перегрева и плохой смазки. ¬ таких нештатных услови€х на поверхности цилиндров нередко возникают глубокие задиры, практически вывод€щие двигатель из стро€. Ёто естественна€ плата за меньшую прочность и твердость алюминиевого сплава по сравнению с чугуном.

ќчевидно, чем больше кремни€ окажетс€ на поверхности цилиндров в цельноалюминиевом блоке, тем выше будут их износостойкость и долговечность. ќднако примен€ть на практике технологию направленной кристаллизации довольно трудно и дорого. ‘ирма Kolbenschmidt предложила другое решение: на стадии изготовлени€ блока в него устанавливаютс€ уже готовые алюминиевые гильзы (технологи€ Locasil). Ёто позвол€ет использовать дл€ блока более дешевый алюминиевый сплав и на поверхности цилиндров получить очень высокую концентрацию кремни€ - до 27%. ’от€ отмеченные недостатки цельноалюминиевых блоков сохран€ютс€ и здесь.

ѕоскольку Ђм€гка€ї поверхность цилиндров алюминиевого блока уступает чугуну, то почему бы не сделать ее более твердой? “о есть нанести насто€щее твердое покрытие? “акие блоки цилиндров с твердым покрытием начали примен€ть уже давно. Ёто покрытие представл€ет собой слой никел€ толщиной 0,1-0,2 мм со сверхтвердыми частицами карбида кремни€ SiC размером 3 мкм. –азработчик этой технологии фирма Mahle называет это покрытие Nicasil (фирма Kolbenschmidt использует другое название - Galnical).

ѕервоначально технологи€ Nicasil примен€лась в 60-70-х годах дл€ блоков цилиндров дорогих эксклюзивных или спортивных автомобилей.  стати, моторы автомобилей Ђ‘ормулы-1ї имеют аналогичное покрытие на гильзах цилиндров. Ќо в массовом производстве эта технологи€ начала примен€тьс€ лишь в начале 90-х (в качестве примера можно привести двигатели ћ60 и ћ52 фирмы BMW).

¬ отличие от цельноалюминиевых блоков покрытие Nicasil не требует каких-либо изменений материала поршней, т.к. по этому покрытию прекрасно работают и обычные алюминиевые поршни. ј вот с поршневыми кольцами дл€ этих блоков ситуаци€ сложнее. “радиционные хромированные кольца не подход€т: два сверхтвердых материала (хром и Nicasil) плохо сочетаютс€ друг с другом. ѕоэтому дл€ цилиндров с твердым покрытием рекомендуютс€ другие кольца - например, чугунные фосфатированные без твердого покрыти€.

ћотористы, впервые встретившие алюминиевые блоки цилиндров в своей практике, нередко путают их и не могут точно определить, с каким именно блоком - с покрытием или без него - они имеют дело. Ќа самом деле установить тип блока просто: достаточно Ђцарапнутьї острым металлическим предметом по верхнему краю цилиндра. ÷ельноалюминиевый блок царапаетс€ очень легко, причем царапина получаетс€ глубокой, поскольку поверхность цилиндра из м€гкого алюминиевого сплава. Ќа чугунном цилиндре царапины будут незначительными. » лишь на покрытии Nicasil не останетс€ никакого следа - настолько высока его твердость.

Ќесмотр€ на то, что износостойкость покрыти€ Nicasil существенно превышает аналогичный показатель обычных чугунных блоков цилиндров, некоторые недостатки этой технологии все же надо отметить. ќснова блока - алюминиевый сплав - остаетс€ относительно Ђм€гкимї, поэтому при серьезных поломках (обрыв шатуна, прогар и разрушение поршн€) тонкое покрытие легко пробиваетс€ и уже не может быть восстановлено. ƒа и в случае естественного износа ремонт, как правило, не предусматриваетс€, т.к. покрытие имеет малую толщину, из-за чего при обработке цилиндра можно легко обнажить алюминий. ѕо этой причине ремонтных поршней дл€ большинства таких блоков Ђв природеї не существует (лишь дл€ некоторых моторов выпускаютс€ ремонтные комплекты поршневой группы с увеличенным на 0,08-0,10 мм размером).

Ќо если фирма-производитель не предусматривает технологии ремонта, это вовсе не значит, что изношенный блок нельз€ отремонтировать. —кажем больше - алюминиевый блок цилиндров, изготовленный по любой из описанных выше технологий, как правило, подлежит ремонту не только в случае износа цилиндров, но даже при более серьезных повреждени€х.  ак это можно сделать, мы расскажем в наших следующих публикаци€х.


ƒругие наши статьи...


фото

¬ этом алюминиевом блоке Ђсухиеї чугунные гильзы хорошо заметны невооруженным глазом, чего нельз€ сказать о большинстве подобных блоков

фото

јлюминиевый цилиндр двигател€ Porsche с покрытием типа Nicasil - его рабочую поверхность можно поцарапать только алмазом



—ћ÷ "јЅ-»нжиниринг"© 2001. ¬се права защищены