Автопром использует для изготовления блоков цилиндров всего два материала – чугун и алюминий. Почему не какой-то один металл? Потому что оба имеют как преимущества, так и недостатки.
Чем отличается чугунный блок цилиндров от алюминиевого?
Исторически первыми появились чугунные блоки цилиндров. Легкий алюминиевый сплав стал применяться только с развитием авиастроения. И в этом – первое преимущество алюминиевых блоков: они на 40% легче чугунных. Почему не в три раза, как это должно исходить из плотностей алюминия (2,7 г/см³) и чугуна (7,8 г/см³)? Потому что из-за худших механических свойств алюминиевого сплава блок приходится делать более толстостенным, с большим количеством ребер жесткости. Но облегчение блока полезно для уменьшения массы машины, снижения нагрузки на переднюю ось и экономии топлива.
Вторым преимуществом алюминиевых блоков является сравнительно легкий и безвредный процесс их отливки под давлением. Он принципиально отличается от экологически вредного литья чугуна.
Еще можно отметить лучшую стойкость алюминиевого блока цилиндров к коррозии – их даже не окрашивают. Но на этом преимущества алюминиевых блоков заканчиваются – и начинаются недостатки.
Начнем с того, что большинство двигателей с алюминиевым блоком имеют залитые чугунные гильзы. Иными словами, опять работает старый добрый чугун.
Какой двигатель проще отремонтировать?
Теплопроводность – это способность вещества передавать тепло (энергию движущихся молекул) от одной части тела к другой. Чем выше теплопроводность, тем быстрее происходит нагрев металла. Коэффициент теплопроводности алюминия – 200...220 Вт/м·К. Коэффициент теплопроводности чугуна – 50...70 Вт/м·К.
Теплоемкость вещества – это количество теплоты, поглощаемое веществом при нагревании на 1 градус. Чем больше значение теплоемкости, тем больше тепла запасает в себе 1 кг вещества. Теплоемкость алюминия – 920 Дж/кг·К. Теплоемкость чугуна – 540 Дж/кг·К.
Ремонт таких блоков технологически сложен и дорог, а результат не всегда удовлетворителен. Изношенные чугунные гильзы вырезают, а на их место запрессовывают новые. Но теплопередача такого стыка уже не столь хороша, как при заливке, а потому ресурс отремонтированного блока априори будет меньше, чем у нового. Поэтому на двигателях некоторых автомобилей порой применяют алюминиево‑кремниевое или никель-кремниевое покрытие алюминиевых цилиндров, чтобы кольца и поршни могли работать непосредственно по ним. Такие покрытия называют, соответственно, алюсил и никасил.
Жесткость алюминиевых блоков, особенно со схемой «open desk», в которой рубашка охлаждения доходит до самой верхней плоскости блока, недостаточна, и цилиндры постепенно теряют геометрию. Особенно это проявляется в наддувных двигателях, ресурс которых при больших нагрузках едва превышает гарантийный срок.
А вот чугунный блок очень жесткий, а потому позволяет делать стенки более тонкими, чем у алюминиевого. Он более устойчив к перегревам, при этом лучше поглощает шумы и вибрации, а потому двигатель будет работать тише, что особенно важно для дизелей.
Какой двигатель долговечнее?
Чугун – это сплав железа с углеродом (и другими элементами), где содержание углерода не менее 2,14%. Углерод в чугуне присутствует в виде графита, что обеспечивает прекрасную пару трения чугун-алюминий (поршни) и чугун-сталь (поршневые кольца). За счет графитовых включений чугун – материал самосмазывающийся и прекрасно удерживающий в порах моторное масло.
При капремонте чугунный блок позволяет растачивать цилиндры прямо в теле блока, причем не один раз. Это особенно важно для тех, кто собирается приобретать подержанный автомобиль с расчетом на его длительную эксплуатацию. Для первого владельца, который не собирается ездить больше гарантийного срока, вполне подойдет алюминиевый блок.
И – о прогреве двигателей. Чугунный блок цилиндров будет медленнее нагреваться и несколько меньше запасать тепла. Хотя на скорость прогрева отопителя зимой это практически не повлияет, поскольку охлаждающая жидкость будет нагреваться, прежде всего, в алюминиевой (у всех моторов) головке блока цилиндров. Мало того, зимой алюминиевый блок цилиндров будет больше тепла отдавать ледяному воздуху. Зато летом его охлаждение лучше, чем у чугунного.