Алюминиевый двигатель против чугунного

Как уже упоминалось ранее: алюминий легче (удельный вес 2,5 вместо 7,8 кг/л), обладает лучшей теплопроводностью, но дороже в производстве и дешевле в переработке. Литой алюминий можно отремонтировать с помощью сварки, существуют даже примеры литых и сварных двигателей. (В 80-х годах для раллийных автомобилей Rover Metro двигатели V8 заменяли на V6) Обычный чугун (пластинчатый серый чугун) дешевле, его легче отливать, он обладает худшими механическими свойствами и лучшей способностью гасить вибрации. Чугун сложно отремонтировать с помощью сварки. Чугун с шаровидным графитом намного прочнее, но обладает гораздо меньшей способностью гасить вибрации. (но всё же лучше, чем литой алюминий). С годами был осуществлен переход от всех двигателей из серого чугуна (даже с чугунными поршнями) (общий объем цилиндров 40 л.с. / литр) к чугунным блокам цилиндров с алюминиевыми головками (50-60 л.с. / л, ко всем алюминиевым двигателям (блок цилиндров плюс головка) мощностью до 80 л.с. / л (атмосферные двигатели) В настоящее время наблюдается тенденция перехода на чугун с шаровидным графитом из-за дороговизны и комфорта) В автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками по-прежнему популярны алюминиевые двигатели (до 140 л.с. / л при атмосферном давлении) из-за экономии веса и холодопроизводительности, что снижает затраты. С уважением, Юрген Принсен, инженер-металлург и сварщик, заправщик и владелец нескольких итальянских автомобилей (Alfa Romeo (boxers, двигатели straight 4 Nord и V6 Busso) и Ferrari 456 (двигатель V12 116B объемом 5,5 л)).

С точки зрения теплоёмкости чугунным двигателям требуется больше времени для нагрева, но и для остывания им нужно больше времени. Допустим, вы заглушили двигатель после поездки и снова завели его через пару часов. Чугунный блок будет намного теплее, чем блок из сплава, и если вы будете делать это несколько раз, то количество циклов нагрева/остывания будет намного меньше, что положительно скажется на сроке службы двигателя. Это одна из причин, по которой чугунные двигатели служат дольше, чем аналогичные алюминиевые.

Существует также уплотнённое графитовое железо. Транспортные средства используют эту новую альтернативу с 2004 года. Она позволяет молекулам образовывать более плотную матрицу при охлаждении, что обеспечивает преимущества железа (намного более долговечного) и алюминия (намного более лёгкого).

С точки зрения свойств материала алюминиевое литьё, как правило, легче при той же прочности и должно легче охлаждаться.

Многие недостатки алюминия связаны с производственными проблемами. Алюминиевые отливки потенциально подвержены дефектам, и хотя алюминий мягкий, его не так просто обрабатывать, как чугун, особенно с учётом допусков, необходимых для двигателя. Кроме того, из-за его мягкости любые опорные поверхности должны быть сформированы с помощью вставок (о гильзах цилиндров уже упоминалось в другом ответе), а не просто выточены из отливки. По той же причине сопрягаемые поверхности, такие как головки цилиндров и соединения коллекторов, более подвержены повреждениям при сборке и техническом обслуживании. То же самое относится к резьбе, которая может сорваться или заклинить.

Чугун, в свою очередь, обладает особым свойством: в отливке можно создать упрочнённые поверхности, вставив в форму охлаждающие пластины для создания износостойких опорных поверхностей. Чугун также обладает отличной стабильностью размеров и хорошими вибропоглощающими свойствами.

Хотя мы считаем, что алюминий «не ржавеет», коррозия на самом деле может стать серьёзной проблемой для алюминиевых блоков. Одна из причин этого заключается в том, что контакт между алюминием и сталью может вызвать гальваническую коррозию, которая особенно опасна, когда речь идёт о таких деталях, как гильзы цилиндров и шпильки, которые должны быть изготовлены из стали.

С практической точки зрения,

У моего VW GTI 2004 года выпуска алюминиевый блок и турбокомпрессор. Следует помнить, что алюминий мягче чугуна и его легче повредить. У меня есть опыт повреждения отверстий для шпилек, идущих от турбокомпрессора к выхлопной трубе. Иногда хочется, чтобы это был чугун. Кроме того, я думаю, что он будет более подвержен проблемам с компрессией, так как разрушается быстрее, чем чугун.

Просто мои мысли из-под капота.

Кроме того, дополнительный вес в передней части автомобиля, который можно услышать в Новой Англии, скорее всего, является преимуществом, поскольку он должен улучшать сцепление с дорогой в условиях гололёда.

Алюминиевые двигатели также лучше отводят тепло, что может снизить температуру в некоторых частях двигателя и уменьшить склонность к детонации.

Когда пределом мощности является детонация двигателя, что часто случается, алюминиевые двигатели с теми же характеристиками/размерами будут более устойчивы к детонации и, как правило, смогут выдавать больше мощности.
Например, для повышения устойчивости к детонации обычно увеличивают степень сжатия/наддува/угол опережения зажигания, чтобы увеличить выходную мощность двигателя.

Если все настройки двигателя остаются прежними, например, если настройка двигателя не меняется в зависимости от материала, то чугунный двигатель, скорее всего, будет выдавать немного больше лошадиных сил. Это происходит потому, что чугунная камера сгорания поглощает меньше тепла во время сгорания топлива, и больше тепла сохраняется для выполнения реальной работы.

Более прочный чугунный блок цилиндров будет преимуществом в некоторых особых случаях, когда двигатель ограничен прочностью деталей, а не детонацией, например в двигателе на метаноле с принудительной подачей воздуха и низкой степенью сжатия, с большим наддувом и использованием закиси азота.

Вы уже назвали основную причину использования алюминиевых блоков — снижение веса. По той же причине компания Ford выпускает грузовики серии F с алюминиевым кузовом: снижение веса приводит к экономии топлива. Сегодня большинство производителей используют алюминий в различных местах, чтобы снизить общий вес автомобиля. Что касается ржавчины, то она обычно не является проблемой для чугунных блоков, поскольку они находятся под защитным покрытием. Такая участь постигает его только тогда, когда он остаётся на открытом воздухе.

Поскольку вы уменьшаете вес передней части автомобиля, в большинстве случаев это также может улучшить распределение веса. Для тех автомобилей, в которых важно распределение веса по центру (например, Corvette), уменьшение веса передней части на 110 фунтов (при переходе на двигатель LS1 и его модификации) очень помогло в этом процессе (также помогло перемещение коробки передач в заднюю часть автомобиля). Это может улучшить управляемость на поворотах и помочь справиться с избыточным или недостаточным поворотом.

У чугунного блока есть три основных преимущества (которые я могу назвать) перед алюминиевым:

• Стабильность размеров: в процессе нагрева алюминий расширяется сильнее, чем железо. Поэтому в алюминиевые блоки необходимо встраивать дополнительные элементы, чтобы компенсировать это явление и предотвратить проблемы.


• Без гильз цилиндров: если вы когда-нибудь захотите отремонтировать алюминиевый блок, в котором гильзы цилиндров пришли в негодность, их придётся заменить. Это потребует больших затрат на механическую обработку по сравнению с расточкой цилиндров в чугунном блоке.


• Стоимость: чугун используется в промышленности уже много лет, и его довольно легко производить. С другой стороны, переработка алюминия из бокситовой руды обходится намного дороже. Только на материалы уходит больше средств. А если учесть стоимость гильз цилиндров и специальных процессов литья, которые необходимо использовать для правильной обработки алюминиевого блока, то стоимость становится ещё выше. Однако в процессе нагрева есть некоторые компромиссы (для плавления алюминия требуется меньше энергии, чем для чугуна), а алюминий легче поддаётся механической обработке (меньше изнашиваются инструменты и приспособления станка по сравнению с чугуном).

Я не совсем понимаю, почему вы думаете, что любой чугунный блок цилиндров будет мощнее любого алюминиевого. Всё зависит от двигателя, который вы рассматриваете, и от того, что производитель сделал для повышения производительности. Если вы просто пытаетесь сравнить эти два материала, вам придётся принять решение самостоятельно.