Из какого металла делают двигатели автомобилей

Обновлено: 16.05.2024

В истории не осталось имя того, кто первым задумался о возможности снижении веса двигателя путем замены тяжелого чугуна более легким алюминием при изготовлении блока цилиндров. Более прочный и дешевый чугун имеет в три раза превышает вес алюминия, кроме того, он подвержен коррозии, обладает значительно меньшей теплопроводностью.

Известно, что к 30-м годам прошлого века в некоторых гоночных автомобилях применялся двигатель из алюминия, который содержал мокрые чугунные гильзы, которые от корпуса блока разделяла охлаждающая жидкость.

В середине прошлого столетия такая конструкция начала применяться в автомобильной промышленности (как пример, мотор Москвича-412), однако полностью вытеснить чугун не удалось, так как конструкция была сложной технологически и обладала рядом недостатков, среди них:

Низкая жесткость блока.
Повышенная нагрузка на гильзы.
Склонность к «продуванию» прокладки.

Однако к 2005 г. уже половина автомобилей имела алюминиевые блоки цилиндров, и с каждым годом их количество стремительно растет.

Особенности чугунного блока цилиндров

У большинства двигателей блок цилиндров отливают из серого легированного чугуна, который затем подвергают механической обработке. Чугун, в частности, легированный, отличается высокой прочностью и имеет низкий коэффициент трения между материалами, из которых изготовлены поршневые кольца и поршни. Как положительным является тот факт, что чугунные стенки цилиндров отличаются более высокой износостойкостью.

Основной недостаток чугунных блоков цилиндров — это их большой удельный вес. Чтобы улучшить динамику автомобиля мировые производители ищут пути уменьшения веса за счет его составляющих, в том числе и двигателя. Сегодня у многих современных автомобилях стоит алюминиевый блок цилиндров двигателя. Алюминий, кроме своего небольшого веса, никаких других особых преимуществ перед чугуном не имеет.

Минусы алюминиевых моторов

Сложность изготовления. Для отлива блока необходимо более сложное оборудование и технологии

Необходимость гильзовать блок цилиндров или покрывать их специальным материалом (кремний), защищающим мотор от быстрого износа (к сожалению, алюминий уступает чугуну по прочности)

Больше вероятность заводского брака в процессе изготовления блока двигателя

Быстро остывает. Теплопроводность алюминия совершенно другая

Плохая стабильность алюминиевого блока по сравнению с чугунным двигателем (алюминий при нагреве больше расширяется)

Дороговизна переборки (ремонта двигателя). Одни двигатели нужно гильзовать, тогда как у некоторых моторов нужно восстанавливать внутреннее покрытие цилиндров. Есть также автомобили, у которых алюминиевый мотор нельзя восстановить, поскольку автопроизводители даже не удосужились выпустить ремонтные размеры поршней, колец и т. д.

Большая себестоимость по сравнению с производством двигателей из чугуна. Дело в том, что для производства блока из алюминия нужно использовать сложные и дорогостоящие технологии для отлива

Есть риск гальванической коррозии, когда алюминий контактирует со сталью. Например, со шпильками, гильзами цилиндров, которые изготавливаются, как правило, из стали

Меньше каналов для циркуляции охлаждающей жидкости (так как алюминиевый блок цилиндров двигателя имеет свойства отдавать тепло быстрее, многие производители уменьшили каналы охлаждающей жидкости, необходимые для эффективного охлаждения двигателя)

Тоньше стенки двигателя. Чугунный блок имел более толстые стенки

Быстрый износ покрытия цилиндров двигателя (если вместо гильз производитель использует покрытие из кремния)

Итак, алюминиевые моторы легче, чем чугунные. Также алюминиевые двигатели имеют лучший теплоотвод по сравнению с чугунными блоками (лучшая теплоотдача). В результате алюминиевые моторы работают более гладко и устойчиво.

Главным же недостатком алюминиевых моторов является недостаточная прочность блока цилиндров. К сожалению, жаропрочность при высоких температурах у алюминиевых движков хуже по сравнению с чугунными. Особенно это плохо, когда двигатель небольшой, поскольку при маленьких размерах алюминиевого блока цилиндров конструкторам тяжело придать ему хорошую прочность. Но самое ужасное, что с такими алюминиевыми моторами в последние годы стало модно ставить турбину, которая также негативно влияет на температуру в двигателе, оказывая на хрупкий алюминиевый блок двигателя свое отрицательное воздействие.

Вот почему некоторые автопроизводители по-прежнему в турбированных автомобилях используют чугунные тяжелые двигатели. Так надежней и долговечней.

Также главный минус алюминиевых моторов – это их плохая ремонтопригодность. К сожалению, многие алюминиевые двигатели отремонтировать очень тяжело, в отличие от чугунных моторов, где толстый блок цилиндров легко подлежит нескольким расточкам.

Почему же тогда автомобильные компании популяризировали во всем мире алюминиевые двигатели? А все дело в экологии. Из-за постоянного ужесточения экологических норм автопроизводители вынуждены любыми способами снижать расход топлива в новых транспортных средствах, который напрямую влияет на уровень вредных выбросов в выхлопе. А согласно исследованиям, расход топлива может быть уменьшен на 6-8% при каждом снижении веса автомобиля на 10%.

Чугунный элемент двигателя

Именно поэтому последние 5-7 лет автомобильные компании постоянно ломают голову, как уменьшить вес всех автокомпонентов в транспортном средстве. В том числе, как вы уже поняли, уменьшение веса коснулось и подкапотного пространства. Так что нет ничего удивительного, что многие автомобильные компании стали так активно продвигать свои новые облегченные модели, оснащенные полностью алюминиевыми двигателями. То есть основная причина появления менее ремонтопригодных моторов – это снижение потребления топлива и вредных веществ в выхлопе транспортных средств.

Особенности алюминиевого двигателя

Алюминиевые сплавы значительно мягче чугуна, поэтому для придания блоку необходимой жёсткости, его несущие стенки делают более толстыми, добавляют для жёсткости ребристую систему. Алюминий обладает более высоким коэффициентом температурного расширения, это требует более строгого контроля за зазорами между деталями двигателя. С целью снижения веса, в современных автомобилях поршни часто изготавливаются из алюминиевых сплавов, а поверхность цилиндров из других металлов.

Для усиления износостойкости стенок цилиндров применяют специальные технологии, позволяющие в процессе отливки блока цилиндров повысить в поверхностном слое процентное содержание кремния, удаляя при этом с помощью химических реакций алюминий. Это позволяет в разы увеличить уровень износостойкости стенок цилиндров сравнительно с изделиями, изготовленными из чугуна.

Чтобы снизить коэффициент трения, которое возникает между алюминиевым блоком и поршнями, последние покрывают тонким слоем железа.

Алюминиевый или чугунный блок цилиндров: эксперт пояснил, какие двигатели лучше и почему (4 фото)

За последние десятилетия автомобили стали мощнее и комфортнее, но при этом существенно усложнилась их конструкция. За великолепную динамику и умеренный расход топлива водителям теперь приходится расплачиваться надежностью.

Как же получилось, что супернадежные моторы остались далеко в прошлом, еще в 90-х годах, и на какие нюансы стоит обращать внимание при выборе машины – далее в нашем обзоре.

Основу любого двигателя внутреннего сгорания составляет блок цилиндров. Это массивная металлическая деталь, в которой выполнены отверстия – цилиндры. В них перемещаются поршни, которые и передают энергию газов на коленчатый вал, создавая крутящий момент. При этом блок подвергается большой температуре, давлению, трению. Именно поэтому прочность и износостойкость этой детали является столь же важной характеристикой, как и марка применяемого масла в многом влияет на «живучесть» мотора.

Для автомобильных двигателей основными материалами для изготовления блока и головки цилиндров являются чугун и алюминиевый сплав. У каждого из этих вариантов есть свои существенные преимущества и недостатки, поэтому остановимся на них подробнее.

Если верить гаражным знатокам, то чугунный блок цилиндров – это полный архаизм. То же утверждают и автопроизводители, которые активно рекламируют как новые, так и «новые» технологии, в частности, широкое применение алюминия для снижения веса машины. Как результат, на большинстве современных машин стоят моторы с алюминиевыми блоками. При этом часто все забывают о главном — о прочности материала и его сопротивлению к изнашиванию. Чугун, сам по себе, более прочный и износостойкий, чем алюминиевый сплав любой марки. А это значит, что машина с чугунным мотором проедет больше, и 300-400 тысяч километров – не предел. Даже нанесение специального покрытия на алюминий – не панацея от раннего износа. Одно упоминание таких материалов, как «никасил» и «алюсил» вызывают немало гнева у владельцев машин и радость у сотрудников СТО.

Против чугунных блоков двигателя у алюминиевых есть весомый «козырь» — малый вес, а разница может достигать несколько десятков килограммов. Это, без сомнения, полезно, поскольку машина разгружается, что улучшает динамику и помогает экономить топливо. Но у алюминиевых деталей есть и свои недостатки.

Во-первых, склонность к перегреву и деформации. Алюминиевые детали чаще коробятся при повышении температуры, в то время как чугунные аналоги меньше подвержены проблеме. Особенно это опасно на моторах с турбонаддувом. К тому же, при ремонте алюминиевого блока нужна особая осторожность, т.к. чаще случаются различные неприятности наподобие слизанной резьбы.

Плюсы алюминиевых блоков цилиндров

Алюминиевые блоки цилиндров выдерживают температурный режим до +150-200 °C. Теплопроводность алюминиевых сплавов в три раза выше чугунных, это способствует более эффективной работе системы охлаждения двигателя. Очень важно подобрать алюминиевый сплав для блока цилиндров. Он должен соответствовать многим техническим требованиям, среди них:

Низкая стоимость.
Отличные литейные свойства.
Хорошая обрабатываемость резанием.
Невосприимчивость к повышенным температурам.

Выбирать алюминиевый литейный сплав необходимо на этапе проектировании блока цилиндров. При выборе сплава необходимо исходить из практических соображений, самыми предпочтительными являются высокопрочные литейные сплавы, однако, учитывая их высокую стоимость, литейные свойства и недостаточную прочность при повышении температуры, лучше от них отказаться.

Чаще всего применяются сплавы, не отвечающие жестким требованиям по примесям и загрязнениям, но которые достаточно приблизились к требованиям, предъявляемым для сплавов из первичного алюминия.

Какой надежнее двигатель с алюминиевым блоком или чугунным

Рассмотрим разницу между никасиловым – алюсиловым двигателем и обычным чугунным или как в народе называют алюминиевый блок цилиндров против чугуна.

Рассмотрим основные тезисы.

На сегодняшний день мировые производители двигателей рассказывают нам о том что алюминиевые двигателя с используемой технологией напыления на стенки цилиндров никосила имеют в 2 раза меньше трения чем двигатель чугунный, а следствием этого трения расход бензина и мощности и надежности их больше. Но на практике мы видим все наоборот. Ресурс двигателей с никосиловым покрытием не больше 150-200 тысяч километром с учетом щадящих нагрузок, у них начинается критический износ.

Когда производитель создает двигатель он его рассчитывает под определенную мощность и при этом учитывает механические потери двигателя за счет трения. Если взять за основу 100 процентов на все виды трения в моторе, то 50 процентов составляют трения поршневой группы. Но на практике все наоборот потому что основной износ стенок цилиндров происходит при холодной заводке и прогрева вашего авто. Чем быстрее происходит прогрев двигатель тем больше сохранится его ресурс.

Теоретически если взят два двигателя с разными блоками цилиндров и поставить их оба на стенд, вы не заметите существенную разницу или потерю мощности, или расхода на обоих агрегатов. Потому что все трущиеся поверхности двигателя находятся в масленой пленке и трутся почти одинаково у обоих тестируемых двигателях.

Шаг в сторону алюминиевых двигателей это скорее деградация чем эволюция, помимо этого в алюминиевых двигателях есть очень большой технологический косяк это сам алюминий у которого температура плавления 660 градусов, а у чугуна в несколько раз выше. И этот температурный режим и есть сама проблема этих двигателей. При меньшей температуре алюминий становится как пластилин и получается что никосиловое покрытие как бы вдавливается в него, происходят задиры прилипание поршней к стенкам цилиндров и т.д. все это происходит при максимальных нагрузках при максимальной мощности.

Поэтому применение такой технологии изготовления двигателя из алюминиевых сплавов это скорее шаг назад чем вперед. Правда есть двигателя алюминиевые с чугунными гильзами они имеют больший ресурс чем с никосилом. Если вы собираетесь растачивать такой двс, то это вряд ли получится потому что стенки между цилиндрами очень тонкие и очень термо-нагружены если только гильзовать.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

После прочтения нашего обзора вы будете понимать, как работают восемь типов двигателей в мире.

Двигатель – это агрегат, который может преобразовать одну энергию в механическую. В эту категорию входит множество видов двигателей, начиная от паровых (двигатели внешнего сгорания) и электрических и заканчивая двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные моторы и т. д.). Мы покажем вам восемь самых известных в мире двигателей, а также просто и интуитивно понятно расскажем вам, как они работают, описав принципы их работы.

1. Оппозитный двигатель

В горизонтально противоположном двигателе (оппозитном) поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала влево и вправо в горизонтальном направлении. В этом случае высота двигателя уменьшена. За счет использования оппозитного двигателя уменьшается центр тяжести транспортного средства – автомобиль движется более плавно. Крутящий момент, создаваемый поршнями с обеих сторон, компенсирует друг друга, значительно уменьшая вибрацию транспортного средства во время движения.

Также подобная конструкция позволяет сделать двигатели высокооборотистыми. Но, несмотря на высокие обороты, оппозитные моторы имеют меньше шума, чем обычные ДВС.

Двигатели с горизонтальным ходом поршней использует компания Porsche почти во всех моделях. Но, например, в Porsche Cayenne и Panamera оппозитные двигатели не применяются.

2. Рядный двигатель

В рядном двигателе все его цилиндры расположены рядом друг с другом в одной плоскости. Конструкция цилиндров и коленвала довольно-таки проста. Головка блока цилиндров имеет небольшую стоимость при изготовлении. Также рядные двигатели отличаются высокой стабильностью, характеристиками крутящего момента на низких оборотах, низким расходом топлива и компактным размером. Рядные двигатели обычно обозначаются латинской буквой «L-n», где n – количество цилиндров рядного двигателя. Современные автомобили в основном имеют двигатели с обозначением L3, L4, L5, L6.

3. Двигатель V-типа (V-образный силовой агрегат)

V-образный двигатель разделяет все цилиндры на две группы друг напротив друга под определенным углом. В итоге мотор образует плоскость под углом. Если посмотреть на этот тип двигателя со стороны, то он будет иметь V-образную форму. V-образные двигатели имеют небольшую высоту и длину. Этот тип моторов удобнее размещать в автомобиле по сравнению с обычными рядными моторами, которые по своим размерам гораздо больше.

В настоящее время во многих автомобилях среднего и люкс-класса используются V-образные двигатели. Чаще всего это 6-цилиндровые силовые агрегаты. Например, такие двигатели стоят на Volkswagen Passat, Audi A6 и Mercedes E-класса AMG.

4. Квазитурбинный двигатель

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии.

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа.

5. Роторный двигатель

Внутреннее пространство корпуса роторного двигателя всегда разделено на три рабочие камеры. Во время движения ротора объем трех рабочих камер постоянно изменяется. Двигатель также имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск последовательно завершаются в циклоидальном цилиндре.

Роторный двигатель сильно отличается от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость производства роторных моторов существенно больше, также как и их последующее обслуживание и ремонт. Кроме того поршневой двигатель по сравнению с роторным эффективней с точки зрения мощности, веса, выбросов и энергопотребления.

В сочетании с этим, а также в связи со странности технологий роторного двигателя, крупные автомобильные компании пришли к выводу, что использование роторных силовых агрегатов в автопромышленности бессмысленно. Так как роторные моторы не показали своих преимуществ перед обычными, у автомобильных компаний не появилось энтузиазма по их дальнейшей разработке. Только компания Mazda до сих пор тратит огромные деньги на разработку новых поколений роторных моторов.

6. Двигатель Green Steam

Green Steam – эффективный, экономичный и простой двигатель, разработанный изобретателем Робертом Грином из Лагуна Вудс, Калифорния, США. Этот мотор преобразует избыточное тепло в водяной пар, который и приводит в движение силовой агрегат. Легкий и компактный двигатель Green Steam преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Его основной характеристикой является гибкий вал, который передает возвратно-поступательное движение от поршней к кривошипу «Z», таким образом, совершая вращательное движение, не используя запястья, шатуны или коленчатые валы.

Этот мотор может использоваться для воздушных насосов, генераторов, водяных насосов, воздуходувок горячего воздуха, аппаратов дистилляции воды, тепловых насосов, кондиционеров, модельных самолетов и т. д.

Одним из наиболее уникальных преимуществ двигателя является его способность генерировать энергию из тепла двигателей. По существу, отработанное тепло выхлопных газов от двигателя транспортного средства может быть преобразовано в энергию, используемую для некоторых систем охлаждения и насосов транспортного средства. Этот двигатель повысит уровень эффективности любого транспортного средства или системы машины, на которой он установлен.

7. Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга относится к типам силовых агрегатов внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменении давления. Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянном сжатии рабочего цилиндра, в результате чего происходит нагревание его внутренней части, а затем охлаждение. Из-за перепада давления из цилиндра извлекается энергия, образуемая при изменении давления. Обычно в качестве рабочего тела используется водород или гелий. Но чаще в таких моторах используется воздух.

Двигатели Стирлинга отлично подходят для преобразования тепла в электроэнергию. Например, многие специалисты считают, что эти моторы подходят для солнечных электрических установок.

То есть это идеальные силовые агрегаты для преобразования солнечной энергии в электричество.

8. Радиальный двигатель (звездообразный)

Звездообразный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены вокруг коленчатого вала. Один поршень соединен с коленвалом через главный шатун. Остальные поршни прикреплены через шатуны к кольцам главного ведущего шатуна.

Двигатель преимущественно создан для использования в самолетах. До появления реактивных двигателей в большинстве поршневых авиационных двигателей использовались подобные звездообразные конструкции силовых агрегатов. Эти моторы, как правило, устанавливались на самолеты небольшой дальности. Остальные самолетные моторы имели V-образную форму.

Некоторые современные легкие самолеты до сих пор оснащаются радиальными моторами.

Ряд компаний продолжает строить радиальные системы сегодня. Например, вот современный авиационный радиальный 9-цилиндровый двигатель Веденеев мощностью 360–450 л. с., который в настоящий момент используется на самолетах Яковлева и Сухого.

Сравнение алюминиевых и чугунных двигателей: плюсы и минусы

В последние годы стало модно перед покупкой автомобиля смотреть на его внешность, форму, интерьер и различные функции. Двигатель и коробки передач вместе с подвеской как-то незаметно стали отходить на второй план. Но это неправильно. Ведь автомобиль – это не модный новый смартфон или телевизор. Для любого транспортного средства двигатель – это его сердце, без которого он не может осуществлять свою главную функцию. Тем не менее все еще есть водители, которые перед покупкой машины тщательно изучают ее техническо-механическую часть. Но многие в итоге сталкиваются с дилеммой при выборе двигателя, задавая себе непростой вопрос: а какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?

Смотрите также: Почему двигатели автомобилей не плавятся?

Да-да, современный авторынок может вынести мозг любому автолюбителю при выборе автомобиля. Это раньше было просто: выбрал марку, модель, один из нескольких движков – и все. Теперь же количество различных технологий в современных автомобилях, наверное, уже скоро обгонит количество технологий в космическом аппарате Аполлон, слетавшем на Луну.

Этот посадочный модуль Appolo точно не был сделан из чугуна

Многие из наших читателей знают, что в последние годы в автомире становится все меньше машин с чугунными двигателями. На их смену пришли легкие алюминиевые моторы. В итоге автолюбители во всем мире поделились на два лагеря, один из которых рьяно доказывает другому, что алюминиевые двигатели хуже старых чугунных. В одной из прошлых наших статей мы уже подробно разобрали преимущества и недостатки новых и старых моторов. Сегодня же мы решили кратко поговорить о том, какие все-таки движки лучше – алюминиевые или чугунные.

На первый взгляд, алюминий лучше обычного чугуна. Именно поэтому многие автолюбители и эксперты считают, что алюминиевые моторы имеют преимущество перед старыми, полагая, что чугунные моторы – это отсталая технология. На самом деле эта идея совершенно неверна и подобное мнение крайне однобоко.

Давайте же познакомимся с разницей между алюминиевыми и чугунными двигателями. Алюминиевые и чугунные моторы называют так в зависимости от того, из какого материала сделан блок цилиндров двигателя. Например, если блок цилиндров сделан из чугуна, то двигатель считается чугунным. И даже если в нем будет использоваться алюминиевая головка блока цилиндров, то все равно этот двигатель будет считаться чугунным. То же самое касается и алюминиевых силовых агрегатов.

Фактически же оба типа двигателей имеют как свои преимущества, так и недостатки. Давайте кратко в виде цитат из прошлой статьи выделим преимущества и недостатки алюминиевых двигателей, которые откроют глаза тем, кто считает, что чугунные моторы – это допотопные технологии. На самом деле сбрасывать со счетов чугунные силовые агрегаты еще рано.

Преимущества алюминиевых моторов

Существенное снижение веса двигателя, что в конечном итоге влияет на вес машины и приводит к снижению расхода топлива

Увеличение динамических характеристик автомобиля за счет снижения веса

Алюминиевый блок меньше подвержен коррозии (хотя редко когда вы можете увидеть коррозию в чугунных моторах, но тем не менее она бывает)

Алюминиевый мотор легче охлаждать (лучшая теплопередача, чем у чугунных блоков двигателя)

Требуется меньше времени для нагрева двигателя. Алюминий намного быстрее набирает температуру в отличие от чугунных моторов

Лучше оптимизирован для работы в паре с турбиной

Алюминий проще обрабатывать после отлива блока двигателя. Обработка чугуна намного сложнее. На производстве быстрее изнашивается обрабатывающее оборудование

У чугунных моторов также есть минусы. Главный – это их вес, что существенно сказывается на расходе топлива и, конечно, на экологии. В том числе чугунные двигатели более шумные и работают более грубо. Также чугунный мотор долго прогревается и хуже охлаждается, в отличие от алюминиевого.

Так что, как видите, нельзя однозначно сказать, что алюминиевый двигатель лучше железного, также как нельзя утверждать, что современные алюминиевые моторы – полный отстой и что классические чугунные двигатели – лучшие в мире. У каждого мотора свои преимущества и недостатки!

Да, от алюминиевых моторов не стоит ожидать какого-то рекордного километража. К сожалению, у алюминиевых двигателей ресурс в любом случае меньше, чем в старых классических моторах. Но, увы, таковы реалии нашего современного мира. Вы посмотрите вокруг – а что сейчас долговечно? Вон мосты рушатся, недавно построенные, что уж говорить об одноразовых брендовых чайниках, холодильниках и духовках. Сегодня срок службы многой техники уже не может сравниться со сроком службы старой, которая могла работать почти вечно.

Из этих кусков чугуна сделают двигатель или тормозные диски

Но в любом случае при должном уходе алюминиевый мотор без проблем пройдет 300-400 тыс. км. При среднем пробеге в 30 000 км, чтобы наездить этот километраж, понадобится более 10 лет. Этого вполне достаточно, чтобы через десять лет утилизировать автомобиль или продать на вторичном рынке, чтобы приобрести себе новый автомобиль. Вы понимаете, что с ростом благосостояния населения за последние 25 лет постепенно людям становится ненужным владеть одним автомобилем 30 лет. Так что да, алюминиевые моторы имеют минусы, и причем существенные, но это не катастрофа. Хотя, конечно, если верить в конспирологию, то теория заговора автопроизводителей против потребителей все-таки имеет место. Подробнее об этом в нашей статье можете прочитать здесь.

Так что какой покупать автомобиль, решать вам. Да, вопрос выбора сегодня очень тяжелый. Но главное – не спешить. Оцените все «за» и «против» и принимайте решение разумом, а не эмоциями. Необходимо всегда анализировать полученную информацию в спокойной обстановке, чтобы сделать правильный выбор автомобиля.

Следуя современным веяниям в сфере автомобилестроения, крупнейшие производители стремятся сделать конструкцию авто как можно легче. Это позволит увеличить мощность и соблюсти все нормы экологических предписаний. Основной деталью автомобиля, конечно же, был и остается его двигатель. Для изготовления «сердец автомобилей» используются новые материалы, о которых мы и поговорим далее.

Современные автомобильные двигатели

Важно понимать, что процесс создания двигателя для авто как раньше, так и сейчас – довольно консервативная отрасль в машиностроении.

Большая часть агрегатов серийного производства изготавливается с применением таких материалов как:

Из чего состоят двигатели современных авто

Сегодня, благодаря появлению новых материалов и технологий, применяются, казалось бы, совсем неподходящие для этих целей компоненты.

Активно внедряются пластмассы. Изготовленные из пластика узлы систем впуска и охлаждения сейчас уже никого не удивляют. Отличие современных моторов от аналогов прошлых лет состоит в том, что для их создания производители используют весьма неожиданные материалы. Рост внедрения маслостойких и теплоустойчивых пластиков дал возможность создать такие детали как:

Пластмассовые картеры ДВС;
Клапанные крышки;
Корпуса внутренних конструкций двигателя.

В надёжности современных двигателей авто сомневаться не приходится. Они, как и прежде, делятся на три основные категории: бензиновые, дизельные и электрические. Примерно так классифицируются автомобильные двигатели, которые применяются на современном автомобильном производстве и по сей день.

Металлы двигателей автомобилей

Можно упомянуть титановые сплавы, которые стремятся использовать в конструкции машин. Для двигателей этот прочный, легкий и достаточно эластичный материал с уникальной химической стойкостью используется неохотно, т.к. стоимость его достаточно высока.

Металлокерамическая матрица также весьма оригинальный материал. В процессе её производства используется технология Nicasil, которая подразумевает применение гальванического метода, а основой матрицы служит твёрдый никель.

Выводы

Область применяемости новейших решений в сфере двигателестроения имеет чёткий вектор, который ориентирован на снижение массы и улучшение прочих характеристик автомобиля в целом. Суперматериалы либо не нужны вовсе, либо их внедрение не представляется возможным из-за физико-химической специфики свойств, применяемых для создания двигателей материалов.

Современное автомобилестроение все больше склоняется в сторону электротехнологий, заменяя вредные для окружающей среды дизельные и бензиновые моторы.

Читайте также: