Алюсил, Никасил и современные одноразовые двигатели

Главное — удивлять! Если в конце прошлого столетия это удавалось с помощью систем стабилизации и нехитрой салонной электрики, то теперь автомобиль все больше превращается в квинтэссенцию электронных технологий.
Активное рулевое управление, системы контроля за слепыми зонами и разметкой, бортовая мультимедиа с множеством функций. Еще недавно все это было прерогативой исключительно представительских моделей, но сейчас стремительно идет «в народ», в массы. Общие тенденции, прогресс, жесткая конкуренция… А ведь есть еще постоянно ужесточающиеся экологические требования. Плюс борьба «с лишним весом» и необходимость отвечать стандартам пассивной безопасности. Передовые технологии и деньги, деньги… На разработку, на внедрение. Автопроизводителям есть от чего схватиться за голову. В итоге современный автомобиль по цене должен отличаться от своего предшественника из 90-х, как истребитель пятого поколения от истребителя четвертого, то есть в 3-5 раз. Он, конечно, дорожает, но никак не такими темпами. Где-то, меняя генерацию, его стоимость увеличивается на 10%, а то и всего на 5%. Само собой, у компаний имеются мощные рычаги, чтобы поддерживать такую «ползучую инфляцию». Например, объединение друг с другом при разделении обязанностей. Или передача разработки отдельных узлов/агрегатов/систем небольшим фирмам без финансовых амбиций. Бэджинжиниринг! В конце концов, унификация по мелочам. Самое страшное, что в подобной ситуации может ожидать потребителя, это двигатель или коробка передач на «немце»-«американце», как у знакомого на «японце». Либо клавиши-кнопки на вашем «премиуме» будто у соседского «ширпотреба». Согласитесь, не смертельно. Однако ради экономии производители задействуют весь свой конструкторский и технологический потенциал, посягая на святое — ресурс и надежность мотора.

Масса двигателя решает все

Сейчас сложно сказать, кто первым задумался о глобальном снижении веса двигателя с помощью применения при изготовлении блока цилиндров алюминия, а не чугуна. Наверное, конструкторы мечтали об этом с самого момента изобретения ДВС. Все-таки прочный и дешевый чугун почти втрое тяжелее крылатого металла, коррозионно нестоек, имеет значительно меньшую теплопроводность, отчего таким агрегатам требуются более объемные системы охлаждения.
Двигатели с алюминиевыми блоками цилиндров нашли применение не только в спорте. Например, наш легендарный дизель В-2, устанавливавшийся на танки Т-34 и КВ, изготавливался из алюминиевого сплава — силумина — и имел мокрые гильзы. Правда, к середине войны из-за нехватки «крылатого металла блок стали отливать из чугуна.
Известно лишь, что к 30-м годам прошлого века двигатели из алюминия со вставленными в них мокрыми чугунными гильзами, где между ними и телом блока находилась охлаждающая жидкость, уже использовались на некоторых гоночных автомобилях. К середине минувшего столетия эта конструкция стала перебираться на конвейеры (один из характерных примеров — мотор Москвича-412). Однако повсеместно чугун (как основной материал) не вытеснила, поскольку была технологически сложной и имела ряд недостатков — низкую жесткость блока, повышенную нагрузку на гильзы, склонность к «продуванию» прокладки при небольшом перегреве. Двигатель УЗАМ имел достаточно новаторскую для своего времени конструкцию — легкий блок и мокрые гильзы. Кто-то до сих пор тюнингует этот мотор. Но производители от таких в основной своей массе отказались — из-за низкой жесткости блока и повышенных нагрузок на гильзы.
В конце 60-х — начале 70-х вернулись к привычной схеме с сухими гильзами, помещенными в тело блока без каналов для антифриза. Только, естественно, вместо чугуна для блока выбрали алюминий. Говорят, пионером была Honda. Если это и не так, то верится охотно. Почему этого не сделали ранее? Запрессовка чугунной детали на горячую с натягом в куда менее прочный алюминий — технологически очень сложный процесс. К тому же у этих металлов различен коэффициент температурного расширения — при нагреве мотора между гильзой и блоком мог появляться зазор. Зато «болванка» двигателя получалась жесткой. Впрочем, как и при использовании чугуна. Но, разумеется, с внушительной экономией в весе. Ближе к нынешнему столетию технологии пошли дальше. Запрессовку гильз сменило отливание блока вокруг них. На вид они как будто вплавлены в алюминий. И если первый способ позволял выпрессовывать и менять гильзы, а некоторые производители предлагали их ремонтные размеры, то второй в ряде случаев официально подобное не допускает. Одна из приверженцев такой конструкции — компания Toyota, первые серийные опыты ставившая в 1997 году. Тем не менее, еще раньше иные фирмы экспериментировали с блоками, вообще лишенными гильз.
Сложно сказать, когда появились блоки, в которых тонкостенные чугунные гильзы будто вплавлены в алюминий. Но точно, что, как минимум, до последнего времени такую конструкцию использовали Nissan и Toyota. Официально эти блоки неремонтопригодны. Зато после соответствующей обкатки как красиво выглядят в интерьере Гильзы 2.0 Заманчивая перспектива — уйти от использования чугуна и гильз, исключив таким образом запрессовку или литейные формы, также обойдя разность температурных характеристик двух материалов и сделав отвод тепла из цилиндров куда более интенсивным. Проще в производстве, наверняка дешевле. Может быть, еще и ресурснее? Надо лишь как-то упрочнить зеркало цилиндра, а то стальными кольцами да по голому алюминию…
Опять же, трудно сказать, кто и когда ставил первые опыты и вообще задумался об этом, как у нас сейчас принято говорить, «нанопокрытии». Якобы еще в 60-х ведущие производители спортивных моторов, вроде Cosworth, экспериментировали с различной обработкой поверхностей цилиндров. Но серийный дебют безгильзового двигателя известен. Он состоялся в 1971 году на Chevrolet Vega. Блок его 2,3-литровой «четверки» выполнялся из алюминиевого сплава с 17% кремния. Интенсивное охлаждение зеркала цилиндра позволяло этому материалу кристаллизовываться в указанной области, а травление там же кислотами вымывало молекулы алюминия, делая стенку максимально твердой. По ней, как по чугуну, уже могли работать поршневые кольца. Это было достижение! Которое, увы, перечеркнули банальные проблемы. Из-за просчетов в системе охлаждения мотор легко перегревался. Гарантированно «убивало» его и масло, к замене которого в Штатах всегда относились слишком вольно. Да наверняка и сами жидкости того времени не могли обеспечить качественной смазки. Во многом своей не очень хорошей репутацией Vega обязана мотору. Только в первые два года было отозвано почти полмиллиона экземпляров. Правда, это было не связано непосредственно с блоком цилиндров — хватало других проблем. А потом стала «умирать» и ЦПГ двигателя. В 1976 году агрегат модернизировали — по системе охлаждения и поршневым кольцам, — но отношение к машине это не изменило.
В общем, первый серийный «одноразовый» двигатель стал заложником не технологий, исключавших его восстановление, — обычных эксплуатационных грехов, характерных для любого агрегата. Поэтому ориентированную на зеркало цилиндров кристаллизацию кремния со счетов не списали. К концу 80-х на вооружение ее взяли европейские производители. Позже метод усовершенствовали. Появились алюминиевые гильзы, которые насыщали кремнием отдельно, доля последнего возросла до 27%. Разработкой технологии изготовления алюминиевых блоков с насыщенными кремнием зеркалами цилиндров занимаются две немецкие фирмы — Mahle и Kolbenschmidt. В случае, когда речь идет о 17% кремния, технология называется, соответственно, Silumal и Alusil. Но Kolbenschmidt предлагает также метод Locasil, в котором гильзы выполняются отдельно, а доля кремния увеличена на 10%. Кстати, в том и другом случае на стенках цилиндров боятся жестких механических контактов, от которых появляются глубокие задиры. Ведь под тонким насыщенным кремнием слоем — мягкий алюминий.
В начале 90-х из спорта на конвейеры пришла еще одна технология упрочнения зеркала цилиндра — гальваническим нанесением состава из никеля и карбида кремния (больше известна под названием Nikasil). Этим, в частности, «увлекались» BMW, Audi, Jaguar. Причем баварцы не ограничились только лишь поверхностями трения — около десяти лет назад у них появился «биметаллический» мотор. Его гильзы выполнены из алюминия, все остальное — из магниевого сплава, который еще легче. Словом, эксперименты с металлами и покрытиями продолжаются. Среди них, например, плазменное напыление составов на основе железа или лазерное легирование тем же кремнием. В перспективах — нанесение на стенки цилиндров нитрида титана.
Покрытия на зеркалах цилиндрах бывают разные. Например, Honda давно и небезуспешно использует плазменное напыление железосодержащих составов. Блок выполнен с открытой рубашкой охлаждения — не путать с мокрыми гильзами. Последних здесь вообще нет.

Ремонт всегда возможен

Все эти «нанотехнологии» позволили не только выиграть в весе, исключив тепловые сочетания разных металлов. Презентуя их, производители заявляли о том, что они сделают моторы ресурснее. В теории все верно. Кремний и никель тверже и, соответственно, износоустойчивее чугуна. На практике же эксплуатация полностью алюминиевых двигателей оказалась не столь радужной. Первые разочарования пришли в середине 90-х годов. Баварские «шестерки» и «восьмерки» объемом от 2,0 до 4,0 л (серий M52 и M60) с никель-кремниевым покрытием, продававшиеся в США, Англии, Восточной Европе и тем более попадавшие в Россию, задолго до 100 тыс. км удивляли владельцев износом блока. Как выяснилось, сера, которой было богато топливо в этих странах, вступала в реакцию с покрытием и разрушала его. При этом официально двигатели считались неремонтопригодными. После такого скандала в BMW от «Никасила» отказались. Но ограниченно и, похоже, с измененной формулой он все еще используется в спорте, например, на мотоциклах Suzuki.
Покрытие Nikasil (у Mahle) и Galnical (у Kolbenschmidt) из никеля и карбида кремния, пожалуй, самое твердое среди существующих. Однако поражается химически — серой, содержащейся в топливе. Сейчас используется только в спорте, например, на мотоциклетных «двухтактниках» Что же другие ноу-хау? Можно говорить о пробеге в 300-350 тыс. км, вне зависимости от того, идет ли речь об упрочнении зеркал цилиндров кремнием либо плазменным напылением каких-то составов. И, увы, зависимость ресурса от рабочего объема уже не столь показательна, как ранее. Так, бензиновые более чем 4-литровые V8 у VAG и Porsche, бывает, изнашиваются к 300 тысячам. Вспомним, что иные полностью чугунные или с гильзами из этого металла полуторалитровые моторчики ходили и дольше. А как забыть ресурсные подвиги некоторых японских агрегатов, живших без смены поршневых колец по 700 и даже 800 тыс. км? Причем три сотни для современных двигателей еще не «предел». Иные установки, как, например, FSI и TFSI у Audi, готовы сдаться до 200 тыс. км, а иногда даже сразу после ста. И это зачастую при соблюдении интервалов замены масла (которые у нас нужно сокращать вдвое против заводских) и допусков производителей по нему же (что особенно необходимо в отношении «немцев»). Тем более «одноразовый» блок может приговорить жесткое механическое воздействие, скажем, поломка поршневых колец или что посерьезней. Цена вопроса колеблется очень сильно. Блоки каких-нибудь «четверок» могут стоить в пределах 75-150 тыс. руб. Но нечто V-образное способно оцениваться и в 500 тысяч. Дорого, а иногда просто несоразмерно стоимости подержанного автомобиля. Еще недавно вряд ли можно было предположить, что автопроизводители посягнут на самое святое — ресурс цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). И что делать второму-третьему владельцу при хорошем пробеге? Причем последний может лежать в пределах всего лишь 120-150 тыс. км
Альтернатива есть! Не скажем когда конкретно, однако точно более десяти лет назад в некоторых российских сервисах освоили технологию гильзования алюминиевых блоков. Конечно, это более сложная операция, чем если бы речь шла о чугунных деталях. Тем не менее, это единственный вариант в случаях, когда покупка бэушного мотора рискованна или финансово невыгодна. На часть двигателей есть ремонтные алюминиевые гильзы и поршни. Можно изготовить их самостоятельно — заготовки предлагаются. В конце концов, всегда реально подобрать чугунную гильзу от какого-нибудь «левого» агрегата и расточить ее под новые поршни от ремонтируемого двигателя. Самый простой и популярный способ! А уж посадить один металл в другой наши механики не боятся. Стоимость операции, разумеется, будет сильно зависеть от региона и двигателя. Например, в крупных городах гильзовка иной «восьмерки» обойдется в 40 тыс. руб., а «четверку» в провинции можно «оживить» и за 5 тысяч. Естественно, без учета гильз и других запчастей ЦПГ. И все равно не сравнить с ценами на новые блоки. Да что там, напылением специальных составов у нас восстанавливают даже постели коленвалов, поврежденные проворотом вкладышей. Как отмечают мастера, редко попадается блок, который нельзя было бы вернуть в рабочее состояние.
Загильзовать можно любой агрегат, даже такой сложный, как фольксвагеновский W12. Во всяком случае, покуда это позволяет толщина стенок цилиндров.
Гильзовать изношенные блоки реально и алюминиевыми деталями, но их желательно охлаждать в жидком азоте, а процент брака может быть очень высок. Обычно механики обходятся чугунными гильзами, подбирая их из того предложения, которое имеется в свободной продаже.

ГРМ и КШМ в группе риска

Незаметно вместе с современными моторами в нашу жизнь вошел и хороший масляный аппетит. Объяснимо! Ради максимального облегчения поршни выполнены компактными, Т-образными. Из-за этого колечки на них тоненькие, уже не способные качественно снимать излишки смазки. В итоге, если еще недавно 1,5-2 л угоревшего масла на 10 тыс. км говорили либо о езде на повышенных оборотах, либо о проблеме с колпачками/кольцами, то теперь это в порядке вещей. Особо отличается ряд моторов VAG и BMW, чей расход способен достигать до полулитра-литра на тысячу. При этом некоторые баварские двигатели уже лишили масляного щупа. За уровнем следит датчик, на чьи показания можно полагаться далеко не всегда… Ждем продолжения от других компаний? Поршни становятся все компактнее и компактнее. Мельчают с ними и кольца, которые уже не способны качественно справляться со своими задачами.
Все это логичные, с поправкой на маркетинг, результаты эволюции ДВС. Но как объяснить то, что происходит с цепным приводом газораспределительного механизма (ГРМ)? Цепь уж точно вернулась в двигатели для того, чтобы с механизмом газораспределения было меньше проблем, а у владельцев меньше трат. Производители так и заявляют — она рассчитана на весь срок службы. Чересчур смелая оценка! Но справедливости ради заметим — у некоторых компаний (BMW, Nissan, Toyota) цепь действительно «ходит» под 200 или даже за 250 тыс. км. Чаще же 100-120 тысяч являются той чертой, за которой эксплуатация автомобиля становится неприятной или невозможной — из-за растянувшейся цепи «уплывают» фазы. Двигатель троит либо попросту не заводится. Пластинчатые цепи ГРМ ресурснее одно- или двухрядных. По крайней мере, можно говорить о них, как о «вечных» деталях, если за вечность принимать пробег в 250 тыс. км .
Встречаются и совсем вопиющие случаи. Так, у известных фольксвагеновских VR6 (Touareg с ними наиболее популярны) цепь может растянуться и до 80 тыс. км. А после или перескочить через зубья, или даже порваться. С вполне характерным для современных моторов результатом — «братской» встречей клапанов с поршнями. Причем замена цепи усложняется тем, что ГРМ расположен с тыльной стороны двигателя, для чего агрегат приходиться снимать. Та же во всех отношениях ситуация с баварской турбодизельной «четверкой» объемом два литра. Ресурс цепи может быть около 80 тыс. км, при растяжении она перескакивает либо рвется, расположен механизм «позади» мотора. Аналогичный результат у, опять же, популярной мерседесовской бензиновой установки объемом 1,8 л готов наступить раньше — после 60 тыс. км. Точь-в-точь как на корейских дизелях, которые устанавливались на Sorento и Santa Fe (2,2 и 2,5л.). На этом фоне FSI/TFSI от VAG выглядят чуть ли не идеально — к растяжению и перескоку цепи нужно готовиться после 100 тысяч. Toyota и вовсе безупречна. На ее агрегатах цепь, если рано иногда и растягивается, то хотя бы остается на зубьях. Но и без восстановления «головки» получается дорого. На отдельных моторах ее замена обойдется и в 30, и в 40, и даже в 100 тыс. руб. Не ремень — нужно менять вместе с шестернями, а они теперь «облагорожены» фазовращателями. Что же касается общих тенденций развития ГРМ, то они в целом безрадостные. Сейчас уже не эксклюзив шестерни, держащиеся на коленвале только за счет момента затяжки болта — без привычной шпонки. Экономия на ее пазу? Встречается, пусть и редко, противоположная конструкция, где звездочка ГРМ выполнена с коленчатым валом как единое целое. Замена цепи сродни «капиталке»? Входят в обиход не литые из чугуна — полые распредвалы с запрессованными по шлицам кулачками. Когда начнут разбалтываться и соскакивать? И как со всем этим жить дальше, покупая колесную «бэушку»? Сервисная книжка нам всем в помощь. Увы, зачастую только содержащаяся в ней информация способна описать те процедуры, через которые прошла машина, гарантировать реальность пробега и, соответственно, остаточный ресурс двигателя. Благо, что вторичный рынок автомобилей сейчас достаточно богат на экземпляры, когда-то купленные у дилеров. А вот к «серому» предложению, появляющемуся в России особенно после немецкой «автобанной» эксплуатации, нужно относиться предельно осторожно. Все-таки не 90-е, когда какая-нибудь «бэха» могла годами ходить по рукам и никак не хотела «умирать». Поэтому только комплексная диагностика, не исключая оценку состояния ЦПГ с помощью эндоскопа, причем у знакомых с моделью специалистов, поможет сделать правильный выбор. По-другому теперь никак.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ


Схема и устройство ГРМ ZMZ PRO

Привод распределительных валов ZMZ PRO (ЗМЗ 409051.10) осуществляется двумя двухрядными втулочными цепями. Привод распределительных валов включает в себя: звездочку 1 коленчатого вала (23 зуба), ведомую 7 и ведущую 8 звездочки промежуточного вала (38...

Биотопливо - нужно ли оно нам?

Топливом является то, что мы сжигаем, чтобы получить энергию. Химическая реакция выглядит следующим образом: Топливо + кислород (из воздуха) > выделенная тепловая энергия + диоксид углерода (CO 2 ) + вода (H 2 O). Т...

Физические принципы работы ракетных двигателей

Ракета в простейшем виде представляет собой камеру, в которой находится газ под давлением. Небольшое отверстие на одном конце камеры позволяет газу выходить, и при этом создается тяга, которая продвигает ракету в противоположном направлении. Хорошим...

КПП ВАЗ 2109 5 ступка - устройство, схема

5-ступенчатая МКПП ВАЗ 2109 производилась на предприятии в Тольятти с 1987 по 2005 годы и ставилась на все многочисленные переднеприводные модели АвтоВАЗа на платформе 2108-09. Данная трансмиссия рассчитана на крутящий момент силовых агрегатов до 1.6...

Как защитить лакокрасочное покрытие автомобиля от сколов

Мы все боимся того дня, когда на нашей блестящая, новой машине появятся царапины и сколы и она потеряет свой вид. Но можно избежать этого дня защитив лакокрасочное покрытие автомобиля защитной пленкой. Защитная авт...

Сравнение редукторного стартера и стартера прямого привода

Еще несколько лет назад большинство стартеров для грузовых автомобилей, автобусов и тяжелых транспортных средств имели конструкцию с прямым приводом. В настоящее время есть выбор, купить стартер с прямым приводом или редукторный стартер. У каждой кон...

Бензонасос ВАЗ 2114

Есть несколько ситуаций, при которых можно грешить на насос или его составные части. Это придется проверить обязательно. Иначе вы можете потратить огромные деньги на покупку и установку нового топливного насоса, а в итоге окажется, что проблема заклю...

Основы закалки металла при термообработке

Одной из наиболее важных частей при термической обработке металлической детали является закалка или быстрое охлаждение детали для достижения заданных свойств. Нет идеального гасящего средства. У каждого есть свои пр...