Gaznaauto Сайт про автомобили
Легкі суцільноалюмінієві мотори з тонким алюсиловим покриттям циліндрів потихеньку стають лякалом для покупців машин на вторинному ринку. При цьому сам по собі алюсил неправильно було б вважати абсолютним злом. Спробуємо розібратися, що це взагалі таке і чи варто боятися цієї технології.
Алюсил? Ні, не чув
Сам по собі алюміній — метал досить м’який, — це знають усі, хто гнув у дитинстві бабусині алюмінієві виделки. І навіть міцності його сплавів, які використовуються в автомобілебудуванні, недостатньо для використання на поверхні циліндра — він просто не витримає тертя поршневих кілець.
Але спокуса використовувати суцільноалюмінієвий мотор занадто велика. Маса алюмінієвого блоку в рази менша, ніж у чавунного, він краще прогрівається, у нього менша напруга в сполученні блоку і головки циліндрів. Здавалося б, запресувати чавунні гільзи в алюміній і заспокоїтися, але і тут є складнощі.
Так звана «мокра» посадка гільзи, як на моторах ЗМЗ V8, не забезпечує достатньої жорсткості та не технологічна, а «суха» гільза, яку заливають у блок на етапі виливки або штампування, обходиться дорого. І в будь-якому разі чавун погіршує теплопередачу і тепловий зазор доводиться залишати великим через різний коефіцієнт розширення металів. А нові вимоги до моторів змушують шукати способи зменшення зазорів у циліндрово-поршневій групі для удосконалення роботи «на холодну» і поліпшення екологічності.
1 / 2
2 / 2
Газ-53 з двигуном ЗМЗ V8
Вихід знайшли спочатку в нанесенні на алюміній дуже тонкого шару особливо міцного матеріалу. Приклад тому — покриття за технологією Nikasil з надтвердого карбіду нікелю, що наноситься гальванічним методом на алюмінієву гільзу циліндра.
Технологія була розроблена в 60-ті роки для роторно-поршневих моторів NSU і застосовувалася на легендарних Ro-80 і на деяких Porsche, а в 90-ті роки прийшла в масове автомобілебудування. Але зовсім ненадовго. Буквально за п’ять-шість років випуску виробники «розчарувалися» в технології. Формальним приводом стали випадки руйнування міцного покриття через хімічні проблеми: наприклад, під час використання високосірчистого палива. Особливо часто складнощі траплялися в північних штатах США і в Канаді.
1 / 2
2 / 2
НГУ Ро 80 ‘1967-1977
Відгомони гучного скандалу з нікасилом дійшли і до нас, але це якраз той випадок, коли проблема виявилася зовсім не технічною — просто це дуже дорогий спосіб, і в нього «знайшли» «недолік». Хоча справа була скоріше в низькій технологічності та високих шансах на виробничий брак при складній процедурі. Цікаво, що гучна відмова в масовому автомобілебудуванні від нікасилу ніяк не вплинула на його використання в мотоспорті та на заряджених цивільних мотоциклах: там він, як і раніше, вельми популярний.
Але зазнавши невдачі з нікасилом, конструктори не зневірилися і звернулися до більш технологічних аналогів. Згадаймо, що чавун у моторах з’явився не просто так. На поверхні цього металу під час обробки проявляються зерна графіту, завдяки твердості яких чавунні циліндри мають високу зносостійкість. Якщо наситити алюміній кремнієм вище за певний поріг, то можна отримати своєрідний «алюмінієвий чавун» — заевтектичний сплав, у якому кремній міститиметься у вигляді дуже твердих зносостійких зерен.
Достатньо лише в блоці циліндрів, відлитого із заевтектичного сплаву, спеціальним чином обробити поверхню циліндра, «осадивши» алюміній і залишивши зерна кремнію на поверхні. Технологія Alusil або Silumal, заснована на цьому принципі, а також гільзи за технологією Locasil, виявилися вкрай інноваційними і недорогими. Багато в чому цей спосіб навіть дешевший за «сухі» чавунні гільзи в алюмінієвому блоці. А про переваги суцільноалюмінієвого мотора я вже писав вище. І все ж вал відмов моторів з алюсиловими циліндрами цілком обґрунтовано ставить під сумнів надійність самої технології. Але чи в ній проблема?
У теорії все чудово
Якщо обмежитися тільки широковідомими прикладами «невдалих» моторів, то можна подумати, що саме в покритті циліндрів і полягає суть проблеми. Але варто придивитися докладніше і виявиться, що вельми вдалих моторів з технологією Alusil вистачає. Ось, наприклад, серія двигунів M112-M113 від Mercedes, які цілком обґрунтовано вважаються вкрай надійними, безпроблемними і невибагливими. І не біда, що тут гільзи циліндрів з алюмінієвим покриттям — мотори проходять всі 300-500 тисяч кілометрів до проблем з поршневою групою, і відомі приклади з куди більшими пробігами — за нормальної експлуатації зношування в цьому сполученні практично відсутнє. У чому ж різниця між ними і визнаними «невдахами» серії М272-М273?
Двигун Mercedes-Benz M113.M273
Алюмінієві блоки забезпечують більш стабільні характеристики поршневої групи під час нагрівання, дають змогу майже без шкоди давати навантаження на непрогрітий мотор, а в підсумку гарантують кращу екологічність і економічність. І з ресурсом у теорії теж усе добре: дуже «слизьке» покриття з мінімальним коефіцієнтом тертя, хорошими характеристиками утримання масляної плівки і високою твердістю поверхневого шару може працювати дуже-дуже довго. Майже так само довго, як і дуже дорогий Nikasil, і більше, ніж чавун. Чому ж на практиці виходить інакше?
Розберемо докладно на прикладі пари двигунів: надійного М112 і вкрай невдалого М272 від одного виробника, поважного Mercedes-Benz. Обидва двигуни ставили на цілу низку машин, від С- до S-класів і важких позашляховиків упродовж понад 10 років. Саме час проаналізувати накопичений досвід. Представлю героїв цієї статті докладніше.
Хороший приклад
Мотори серії М112-М113 — уніфіковане сімейство моторів V6 і V8, з кутом розвалу блоку 90 градусів, з робочим об’ємом від 2,6 до 5,4 літра. Мотори V8 відрізняються від V6 тільки наявністю ще двох циліндрів і відсутністю балансирного вала в розвалі блоку, в іншому вони ідентичні. На базі шести- і восьмициліндрових моторів цих серій робили і компресорні агрегати для машин AMG.
Блок циліндрів з алюмінієвого сплаву, сухі гільзи із заевтектичного алюмінієвого сплаву. Кований колінчастий вал, ковані шатуни, привід ГРМ дворядним роликовим ланцюгом, по одному респредвалу на ГБЦ (SOHC), три клапани на циліндр: два впускних, один випускний. Розподілене впорскування, система запалювання з двома свічками на циліндр. Фазообертачів немає. Впускний колектор змінної довжини. Простий термостат, привід вентилятора через віскомуфту, температура термостатування 87 градусів. Охолодження масла у водомасляному теплообміннику.
1 / 2
2 / 2
Двигун Mercedes-Benz M112
Потужнісні показники більш ніж непогані, особливо з урахуванням порівняно невеликої маси моторів і малих розмірів — ГБЦ дуже компактні. Мотори V6 з робочим об’ємом 3,7 літра без наддуву видають до 245 к. с. і 344 Нм, а V8 об’ємом 5,4 літра — всі 367 к. с. і 530 Нм крутильного моменту. Компресорні варіанти — так і зовсім аж до 650 к. с.
Основні недоліки конструкції давно відомі. Порівняно висока витрата оливи на чад через малий натяг поршневих кілець і швидке зношування сальників випускних клапанів. Протікання оливи з теплообмінника двигуна, а в разі забруднення системи вентиляції картера і з кришок ГБЦ, а також інших місць. Не дуже висока якість гумових ущільнень, але сальники випускних клапанів виходять з ладу в основному через високу температуру єдиного випускного клапана.
Тріскаються випускні колектори через конструктивні прорахунки. Складно міняти свічки нижнього ряду, і цією процедурою нехтують під час обслуговування, через що мотори часто не видають розрахункові характеристики. Порівняно малий ресурс каталізаторів, а при прогресуванні витрати масла вони виходять з ладу дуже швидко. Випускний колектор має зношувані заслінки, які втрачають ущільнення до пробігу в 200-350 тисяч кілометрів, а іноді виходить з ладу їхній привід, після чого мотор значно втрачає або в тязі «на низах», або «на верхах».
Якщо вчасно замінити сальники клапанів, не допускати перегрівів, вчасно усувати протікання теплообмінника і міняти прокладки, то мотор навіть зі стандартним інтервалом обслуговування в 15 тисяч кілометрів і «оригінальним» мастилом здатний на більш ніж 200 тисяч пробігу. При якісному обслуговуванні і при пробігах «за 300» він цілком бадьоро себе почуває, не вимагаючи заміни поршневої групи і ланцюгів. Задираки поршневої групи на M112/113 — часто наслідок нехтування інтервалами заміни повітряного фільтра, поганої оливи і перегрівів.
Причому перегріти цей мотор доволі складно, якщо тільки їздити з несправним термостатом або порваним ременем приводу вентилятора і помпи. Мотори ці мали екологічний клас Euro 3 і Euro 4, випускалися з 1997 року і вважалися дуже вдалими. Але прогрес — штука невблаганна.
Поганий приклад
У 2004 році на моделях C-, E- і S-класу з’явилися нові двигуни серії M272/273 з приблизно такими ж характеристиками. Мотори серії M113 залишили тільки для «пройдисвіта» G55. Чим же нові агрегати були гіршими і чому для власників вони перетворилися на символ згасання якості марки Mercedes?
Серія двигунів M272-M273 теж уніфікована, це V6 і V8 охоплює діапазон робочого об’єму з 2,5 до 5,5 літра. На перший погляд мотори мало змінилися порівняно з попередниками, але тим не менш десь криються ті зміни, які позначилися на надійності найрадикальнішим чином.
Під капотом Mercedes-Benz SLK 350 ‘2004-07
Блок циліндрів із тією самою міжцентровою відстанню, теж алюмінієвий. Цілком відлитий із заевтектичного алюмінієвого сплаву, гільз не має. Кований колінчастий вал, ковані шатуни, привід ГРМ дворядним роликовим ланцюгом. Два верхні розподільчі вали в кожній ГБЦ (DOHC), чотири клапани і одна свічка на циліндр. Фазообертачі на впускних і випускних валах. Впорскування розподілене на більшості моделей, але є і варіанти з безпосереднім (CGI) впорскуванням. Впускний колектор змінної довжини. Електровентилятори системи охолодження, керований термостат з електронним управлінням. Температура термостатування без урахування нагрівального елемента вже 100 градусів. Охолодження масла відбувається у водомасляному теплообміннику.
Маса і габарити моторів зросли: важити агрегат став у середньому більше на 10-15 кг і додав у ширину вісім см. Щоправда, потужність трохи підросла. Найоб’ємніші V6 3,5 літра видають 272-316 к. с. у варіанті зі звичайним і безпосереднім уприскуванням, а 5,5 літра V8 — усі 388 к. с. Крутильний момент залишився тим самим, 350-360 Нм для V6 і 530 Нм для V8, але змістився в зону низьких обертів: якщо у М112 максимум досягався за 3 000-3 500 обертів, то в М272 це вже 2 400-2 500 обертів, що добре позначається на динаміці та економічності.
Здавалося б, абсолютно непринципові зміни. Але ось недоліків у нового мотора виявилося куди більше, ніж переваг. Перші серії двигунів вразили «нововведенням» у вигляді небувало низького ресурсу ГРМ. При пробігах всього в 60 тисяч кілометрів могутній дворядний ланцюг міг перескочити і загнути клапани мотора. З огляду на специфіку V-подібних двигунів, часто це призводило до відриву клапанів і повного руйнування агрегату.
Система безперервної зміни фаз ГРМ виявилася примхливою і дорогою: перші її варіанти мали ресурс знову ж таки в межах 80-100 тисяч кілометрів і хорошу ймовірність відмови за меншого пробігу. Вина лежить здебільшого на невдало обраному матеріалі ланцюга балансирів, який швидко зношувався, ламав зуби, але сам ланцюг ГРМ і матеріали зірок ГРМ теж виявилися надмірно м’якими і зношувалися слідом.
І впускний колектор виявився з сюрпризом: якщо на моторах М112 вихід його з ладу був рідкістю, то на М272 його заміна виконується вже в рамках звичайного техобслуговування, приблизно кожні 60 тисяч кілометрів. Mercedes допрацював конструкцію, але на це пішло чимало часу. Недоліки ГРМ здебільшого усунули після 2007 року, коли стабільний ресурс ланцюга досяг приблизно 120 тисяч кілометрів, і система управління фазами теж була доопрацьована для досягнення стабільного ресурсу, порівнянного з ресурсом ланцюга. Впускний колектор так і залишився проблемним місцем.
Потрібно зазначити, що всі роботи з ГРМ на цьому двигуні дуже дорогі, а зірка балансирного вала міняється тільки разом із самим валом, що вимагає зняття двигуна. Вартість робіт і матеріалів становить не менше 200 тисяч лів. Ну а ціна впускного колектора в 60 тисяч лів на тлі цього може вважатися просто дрібницею, тим паче що «гаражний сервіс» заслінки просто видаляє і без видимої шкоди для мотора.
Ще одна проблема проявилася саме з поршневою групою цього двигуна: задираки циліндрів і пов’язана з ними висока витрата оливи почали проявлятися за абсолютно смішних за мерседесівськими мірками пробігів, близько 80-100 тисяч кілометрів, причому для моторів після 2007 року ця складність могла вилізти раніше, ніж закінчувався ресурс ГРМ.
Як наслідок усіх цих особливостей зросла вартість експлуатації та кількість відмов, зокрема тих, що вимагають заміни блоку циліндрів або гільзовки. Але загалом і проблеми «предка» в особі М112 нікуди не поділися: слабкі ущільнення, система вентиляції, теплообмінник також протікає, а каталізатори вмирають швидко. Щоправда, такий мотор мастила практично не витрачає, на відміну від попередників, для яких півлітра або літр на 15 тисяч кілометрів пробігу був загалом нормою, яка ще не свідчила про проблеми, що починаються. Саме час поглянути уважніше, чим ще відрізняються мотори і що може впливати на ресурс поршневої групи. І до чого тут взагалі алюсил.
Найочевидніше, що позначається на умовах роботи поршневих кілець і сальників клапанів, — це зміна робочої температури. 87 градусів проти 100 здається не такою вже значною надбавкою, але треба врахувати ще й режим роботи вентиляторів. Віскомуфта на М112 забезпечує різке зниження температури одразу після відкриття термостата за умови справної роботи і за умови заклинювання, а електровентилятори на М272 спрацьовують тільки за 107 градусів, навіть якщо термостат відкрився раніше. Побічним ефектом керованого термостата є і різке підвищення ймовірності детонації при прискореннях після заторів — мотор не встигає охолонути швидко навіть за умови зниження порога термостатування під навантаженням. А детонація для алюсилового мотора легко руйнує легкий шар поверхневого зміцнення.
Поршні, на перший погляд, відрізняються мало: майже однакова компресійна висота, висота самого поршня розрізняється менше ніж на 3 мм, але ось жаровий пояс у нових моторів М272 становить лише 5 мм проти 7,5 мм у М112. За інших факторів це означає помітно гірші умови роботи поршневих кілець: вони перебувають у набагато гарячішій зоні. А ще маслофорсунки на моторі М272 мають меншу витрату оливи, що явно не кращим чином позначається і на температурі поршня і, знову ж таки, на умовах роботи поршневих кілець.
І знову відмінності начебто невеликі, але в поєднанні з великою кількістю частинок зносу в картері мотора через зношення ГРМ, ймовірністю розгерметизації впускного колектора або відриву його заслінок, швидшим зносом сальників клапанів через підвищену температуру, ресурс поршневої групи скорочується удвічі-втричі, а кількість відмов взагалі в кілька разів.
Під капотом Mercedes-Benz C 63 AMG Coupe ‘2011-н.в.
