Моторы, блоки цилиндров которых изготавливались из алюминия, появились ещё во второй четверти XX века. Но долгое время лёгкий серебристый металл оставался на вторых ролях. Этому способствовали и специфические характеристики, и относительно высокая стоимость материала, массовое производство которого ещё не было как следует налажено. Но сегодня всё изменилось. Алюминиевые сплавы всё шире используются при производстве ДВС, вытесняя серый ковкий чугун. К добру это или к худу? Попробуем разобраться.
Для автомобильного двигателя, вне зависимости от его конструктивных особенностей, важны следующие параметры:
- Механическая прочность, влияющая не только на ресурс, но и на многие технические характеристики.
- Масса. Чем меньше вес транспортного средства, тем меньше энергии требуется для приведения его в движение, а значит, меньше расходуется топлива.
- Габариты. Мотор небольших размеров занимает мало места и его проще компоновать в мотоотсеке.
- Способность к прогреву/охлаждению и поддержанию заданной температуры.
- Стоимость. Она напрямую зависит от сложности производства.
- Ремонтопригодность.
Вот по этим параметрам мы и будем оценивать блоки цилиндров из алюминия и чугуна.
С механической прочностью всё ясно. Тут чугун существенно превосходит своего конкурента. Он несколько более хрупкий, но его твёрдость составляет не менее 121 HB, в то время как у чистого алюминия всего лишь 20 HB. Как следствие, при производстве блоков цилиндров из алюминиевых сплавов возникает необходимость:
- Укреплять стенки цилиндров, устанавливая гильзы из твёрдых металлов или нанося на поверхность покрытия из материалов повышенной прочности, вроде никасила (никелькремниевого сплава).
- Увеличивать диаметр резьбовых соединений, дабы заворачиваемые болты и шпильки не срывали резьбу. Как вариант, использовать стальные резьбовые вставки.
- Усиливать конструкцию самого блока, наращивая толщину стенок и перегородок, вводя дополнительные рёбра жёсткости.
Всё это становится причиной возникновения проблем, о которых будет сказано ниже.
Удельная масса алюминия почти втрое ниже, чем у чугуна (примерно 2,7 г/куб. см. против 7,3 г/куб. см.). Но рассчитывать на то, что алюминиевый блок цилиндров получится втрое легче чугунного, не стоит. Для достижения необходимой прочности конструкции, как уже было отмечено выше, приходится наращивать, минимум вдвое, толщину стенок и перегородок. Увеличивают массу детали и необходимые рёбра жёсткости. В результате, если получится выгадать пару десятков килограммов, то можно считать, что повезло.
При использовании алюминиевых сплавов становятся больше размеры двигателя. Так как показано на рисунке №1, аккуратно и компактно, выглядел изготовленный в середине 30-х годов прошлого века рядный шестицилиндровый мотор с рабочим объёмом 2,5 литра с блоком из серого ковкого чугуна. Мечта механика!
А теперь мысленно представьте, что толщина стенок этого движка увеличилась вдвое и появились дополнительные рёбра жёсткости… Если с фантазией плохо, можете заглянуть под капот какого-нибудь относительно современного автомобиля. Скажем, BMW 5-Series E60 с мотором N52B25. Даже если убрать всё навесное оборудование, преимущество будет не в пользу последнего.
Коэффициент теплопроводности алюминия, измеряемый в ватах на квадратный метр, вчетверо больше, чем у чугуна (200 против 50). И это, безусловно, большой плюс. Если бы не пара «но»:
- Двигатели из алюминиевых сплавов слишком быстро отдают тепло, что создаёт проблемы, если автомобиль приходится эксплуатировать при низких температурах. Задача не решается уменьшением проходного сечения каналов системы охлаждения или сокращения площади радиатора. Ведь за зимой приходит лето, а значит и жара.
- Быстрый отвод тепла становится причиной резких температурных скачков, вредных для нормальной работы ДВС.
Как следствие, возникает необходимость в установки чувствительных термостатов сложной конструкции и использовании специальных охлаждающих жидкостей.
Ну и, под занавес, то, о чём многие производители и вовсе предпочитают умалчивать. Коэффициент линейного теплового расширения у алюминия в два раза больше, чем у чугуна. Это значит, что при работе мотора детали, изготовленные из алюминиевых сплавов, испытывают колоссальные внутренние напряжения. Такие напряжения нередко становятся причиной деформационных повреждений:
- Приобретают бочкообразность или эллипсность цилиндры.
- Коробятся привалочные плоскости.
- Появляются трещины в рубашке системы охлаждения.
- Срываются резьбы под болты и шпильки.
Ремонт таких поломок, если он вообще возможен, вылетает в копеечку. И платит за него не производитель, а потребитель.
Компании, производящие автомобильные ДВС и стремящиеся как можно больше заработать в условиях кризиса перепроизводства, понять не сложно. С появлением новых технологий они получили возможность:
- Дёшево производить и быстро обрабатывать алюминиевые сплавы. Если раньше значительный процент блоков из лёгких сплавов уходил в брак, то сегодня всё иначе.
- Продавать автомобилистам моторы с малым ресурсом и низкой ремонтопригодностью, всё больше напоминающие одноразовые ручки, которые в случае поломки проще выбросить, чем отремонтировать.
Но какая от этого польза автовладельцам – большой вопрос. Раньше в ситуации, когда из-за развалившихся поршневых колец появились задиры на стенках цилиндров, проблема решалась расточкой блока и переходом на следующий ремонтный размер поршней. Но теперь такой вариант исключён. В случае с алюминиевыми моторами расточка технологически не предусмотрена, а услуги по перепрессовке гильз, как правило, частная инициатива ремонтных мастерских, не гарантирующая результата.
На мой взгляд, было бы правильно оставить автомобилистам возможность выбора. Чтобы в зависимости от предпочтений один имел возможность выбрать мотор с чугунным блоком, а другой – с алюминиевым. Но именно его – выбора – у автолюбителей скоро, судя по всему, и не будет.
