Гільзований двигун: особливості гільзованих двигунів

Почнемо з того, що гільзування двигуна є рішенням, яке продиктоване необхідністю знизити вагу силового агрегату. Ще слід зазначити, що дана технологія також дозволяє досягти загальної економії в рамках виробництва ДВЗ. У цій статті ми поговоримо про те, що означає гільзований двигун, а також як гільзування відбивається на ресурсі та надійності двигуна.

Навіщо і коли мотори почали гільзувати

Отже, гільзований мотор з'явився для того, щоб досягти зниження ваги двигуна. Якщо просто, знизити вагу стало можливо завдяки тому, що при виготовленні блоку циліндрів почав використовуватися алюміній, а не чавун.

Справа в тому, що чавун навіть з урахуванням його міцності та дешевизни втричі важчий за алюміній, також відрізняється схильністю до утворення корозії, має меншу теплопровідність. В результаті чавунні блоки вимагають кращого охолодження, в систему необхідно заливати більшу кількість антифризу тощо.

Перші спроби впровадження алюмінієвих блоків були проведені ще в 1930-ті роки на деяких спортивних авто. Такі полегшені двигуни являли собою алюмінієвий блок, в який вставлялися мокрі чавунні гільзи. Поняття «мокрі» означає, що між гільзою та тілом блоку знаходиться охолоджуюча (ОР) із системи охолодження.

Далі до середини 50-х аналогічна конструкція почала використовуватися не тільки в автоспорті, а й на конвеєрі. Однак у ті роки повністю витіснити чавун не вдалося через технологічну складність процедури гільзування, а також з урахуванням зниженої жорсткості блоку, високих навантажень на гільзи, швидкого прогару прокладання БЦ навіть при незначних перегрівах.

На початку 1970-х стала активно використовуватися практика встановлення в блок із алюмінію «сухої» гільзи. Така гільза вставлена в блок, при цьому канали антифризу в даній області відсутні. При цьому запресування розігрітої чавунної гільзи в більш м'який алюміній є складним процесом.

Ще алюміній і чавун мають різний коефіцієнт температурного розширення, в результаті чого можлива поява зазору між блоком і гільзою після виходу ДВЗ на робочі температури. Однак плюсом стала жорсткість такого циліндра. При цьому показник жорсткості був не кращим, ніж у чавуну, проте досягалося істотне зниження ваги блоку.

Подальший розвиток технологій призвело до того, що замість запресування гільз блок циліндрів почав відливатись навколо них. Візуально чавунна гільза стала нагадувати вставку, яка вплавлена в алюміній.

Міцність була підвищена, проте такі гільзи не можна випресувати з блоку заміни, підбору ремонтного розміру тощо. Іншими словами, офіційно гільзований за цією технологією блок став непридатним для ремонту, тобто почалася ера одноразових двигунів. Потім багато виробників взагалі відмовилися від чавунних гільз в алюмінієвому блоці циліндрів.

Неремонтопридатний блок циліндрів: що потрібно знати

Розібравшись з тим, що означає гільзований двигун і навіщо потрібна установка гільз, розглянемо подальший розвиток технологій виробництва алюмінієвих блоків. Цілком очевидно, що рішення відмовитися від чавуну та установки гільз дозволяє спростити та здешевити процес, виключити складне запресування гільзи, відливання блоку навколо «склянки» і т.д.

Паралельно цільний блок з алюмінію означає, що більше немає необхідності брати до уваги температурні характеристики двох різних металів (чавун і алюміній), дозволяючи досягти кращого охолодження циліндрів.

Єдине, алюміній як був, так і лишився м'яким. Це означає, що сталеві поршневі кільця на поршні швидко приведуть такий циліндр непридатним. Виходить, дзеркало алюмінієвого циліндра потрібно зробити міцнішим. Для вирішення завдання автовиробники розробили схеми обробки поверхонь циліндрів різними надміцними покриттями.

Так з'явився безгільзовий алюмінієвий блок циліндрів. Перші серійні зразки можна було зустріти ще 1971 р. В основі лежав алюмінієвий сплав, до якого додавався кремній (близько 17%). Двома словами, дзеркало циліндра різко і сильно охолоджували, в результаті відбувалася кристалізація кремнію в зоні охолодження. Далі зону зміцнення обробляли кислотами, щоб видалити залишки алюмінію на молекулярному рівні.

Результатом стала тверда стінка, за якою жорсткі поршневі кільця могли вільно працювати без ризику пошкодження дзеркала циліндра (як і в чавунному блоці). Далі цей метод набув розвитку. Також з'явилися гільзи із алюмінію, які спеціально насичували кремнієм.

Технології зміцнення дзеркала циліндра кремнієм у Європі отримали назву Silumal та Alusil. Виготовлення алюмінієвих зміцнених гільз називається Locasil. Здавалося б, можна було святкувати перемогу над чавунним навіть з урахуванням неремонтопридатності таких блоків, проте на практиці все виявилося інакше.

У всіх випадках алюмінієві блоки схильні сильно пошкоджуватися від механічного впливу, у результаті утворюються серйозні задираки. Справа в тому, що під міцним кремнієвим шаром, який при цьому дуже тонкий, все одно залишається м'який алюміній.

Ще одним витком еволюції стала технологія зміцнення стінок циліндра шляхом гальванічного нанесення нікелю і карбіду кремнію під назвою Nikasil. Власники моделей BMW та Audi добре знайомі з такими блоками. Компанія БМВ потім пішла ще далі, випустивши двигун, який мав алюмінієві зміцнені гільзи, а решта елементів виконана з магнієвого сплаву. Такий сплав дозволив зробити двигун ще легшим.

Сьогодні також постійно ведуться роботи над створенням більш досконалих технологій нанесення зміцнюючого покриття. Наприклад, лазерне легування кремнієм, технологія плазмового напилення складів із залізом, створення на стінках міцного покриття з титану і т.д.

Недоліки блоку циліндрів із алюмінію

З урахуванням того, що сучасні технології зробили крок далеко вперед, автовиробники негайно заявили про те, що двигуни стали не тільки легшими, а й отримали збільшений ресурс. Теоретично так і мало бути, проте на практиці все виявилося дещо інакше.

Насамперед, хоча кремнієве покриття або нікель твердіше і міцніше за чавун, такі блоки все одно дуже швидко зношувалися. Наприклад, багато хто добре пам'ятає ситуацію з моторами BMW M52 або M60, які відрізнялися сильним зносом навіть не до 100 тисяч пробігу, а вже до 60-70 тис.

Дослідження визначили, що причиною такого зносу виявилася сірка, яка містилася у паливі. Якщо просто, сірка практично руйнувала міцне покриття на стінах циліндрів. Якщо до цього додати, що блок спочатку неремонтопридатний, проблема виявилася досить серйозною. Звісно, у БМВ від використання покриття Nikasil відразу відмовилися.

Якщо ж говорити про загальний ресурс моторів з алюмінієвими блоками циліндрів різних виробників, насправді ресурс складає в середньому близько 300 тис. км. При цьому на цей показник не особливо впливає сама технологія зміцнення циліндрів, а також об'єм двигуна, тип і т.д.

Іншими словами, форсований двигун V8 на дорогому Porsche вийде з ладу вже до 300 тис. км., при цьому прості чавунні блоки або алюмінієві блоки з гільзою з чавуну на моторах з робочим об'ємом 1.6-1.8 літра цілком здатні відходити 400-450 тис. км.

Якщо ж порівнювати легендарні двигуни-мільйонники з 90-х, які за належного обслуговування та догляду могли пройти по 750-850 тис. км. без заміни поршневих кілець, сьогодні сучасні агрегати (наприклад двигун FSI) виходять з ладу до 200 тис. км, а турбовані високофорсовані версії навіть раніше.

При цьому розраховувати навіть на такий скромний ресурс можна тільки з урахуванням того, що власник дотримується рекомендованих міжсервісних інтервалів, використовує якісну моторну олію, яка підходить за всіма допусками та рекомендаціями, заливає гарне паливо та експлуатує двигун у режимах помірних навантажень.

Якщо говорити про поломки, алюмінієвий блок може негайно вийти з ладу без можливості відновлення у разі непередбаченої поломки (наприклад, зламалися поршневі кільця тощо). При цьому заміна блоку циліндрів обійдеться досить дорого (залежно від марки та моделі вартість заміни блоку на нову деталь може становити близько 25-30% від вартості всього вживаного авто та більше). Цілком очевидно, що невеликий ресурс ЦПГ може призвести до серйозних проблем для власника після покупки автомобіля з пробігом на вторинному ринку.

Ремонт алюмінієвого блоку циліндрів

З урахуванням перелічених вище мінусів та високої вартості заміни блоку, досить актуальним стало питання практичної можливості ремонту. І знову на допомогу автоаматорам прийшли вже знайомі гільзи. Нещодавно фахівці почали практикувати технологію гільзування блоків з алюмінію, які офіційно не придатні для відновлення.

Процедура складна і не найдешевша, проте на тлі покупки нового блоку або контрактного двигуна витрати однаково менші. Більше того, часом грамотно виконана установка чавунної гільзи в алюмінієвий блок дозволяє значно збільшити ресурс мотора після такого ремонту.

Як результат відзначимо, що загільзувати сьогодні можна практично будь-який двигун. Головне, щоб товщина стін дозволяла виконати цю операцію. Виходить, після дефектування двигуна цілком можна підібрати відповідні гільзи та встановити їх у блок. Залишається також нагадати, що також необхідно ретельно підходити до вибору автосервісу, довіряючи таку відповідальну роботу виключно перевіреним висококваліфікованим фахівцям.