Сучасні двигуни внутрішнього згоряння набагато складніші з технологічної точки зору, ніж їхні аналоги кілька десятиліть тому. Однак разом із розвитком технологій з'явилася суперечлива особливість: все частіше їх неможливо відремонтувати традиційним способом. Причиною цього є нові матеріали та технології, такі як покриття, що наносяться на алюмінієві циліндри замість класичних чавунних гільз. Але перш ніж вважати це недоліком, варто зрозуміти, в чому причина такої зміни і чи дійсно вона означає регрес.

Що таке капітальний ремонт двигуна?

Протягом десятиліть так званий капітальний ремонт двигуна базувався, серед іншого, на механічній обробці чавунних стінок циліндрів, які можна було легко відремонтувати. Ключовим процесом є так зване шліфування циліндрів, тобто точне розсвердлювання їх внутрішніх поверхонь до більшого, точно визначеного розміру. У циліндрах, підготовлених таким чином, необхідно використовувати поршні збільшеного розміру, зазвичай діаметром на 0,25 мм, 0,50 мм або 1,00 мм більше, ніж оригінальні. Після шліфування необхідно ще й провести хонінгування, тобто створення характерної сітки мікроподряпин на поверхні циліндра. Цей процес забезпечував утримання тонкого шару оливи, необхідного для правильної роботи поршневих кілець. Хоча обробка двигунів за цією технологією вимагає високої точності, багато підприємств спеціалізувалися на її застосуванні, завдяки чому такий ремонт був досить поширеним.

З відходом від чавунних гільз на користь тонких покриттів можливість виконання класичного шліфування зникла. Шар Nikasil, Alusil або PTWA покриття має товщину, що вимірюється в мікрометрах. Часто запасу матеріалу на блоці занадто мало, щоб розточити циліндр в разі зносу такого покриття. В результаті часто весь блок вважається неремонтопридатним. На практиці це нагадує одноразовий продукт. Хоча існують СТО, які ремонтують блоки двигуна з нанесеними покриттями типу Nikasil, Alusil або PTWA шляхом розточування і гільзування, питання лише у вартості такого капітального ремонту.

Чому автовиробники взагалі змінили підхід?

Сучасні двигуни повинні відповідати набагато суворішим вимогам, ніж раніше. Ми очікуємо від них:

• більшої потужності від агрегатів меншого об’єму (так званий даунсайзинг);
• меншого споживання палива;
• меншої загальної ваги;
• зменшення викидів вихлопних газів, особливо твердих частинок і оксидів азоту;
• відповідності суворим нормам, щодо вихлопних газів.

Традиційні чавунні циліндри не могли задовольнити ці очікування без компромісів у плані ваги та теплової ефективності. Тому почали застосовувати алюмінієві блоки двигуна з тоншими та ефективнішими покриттями циліндрів. Методом проб і помилок інженери розробили покриття, які відповідають високим стандартам довговічності при одночасно невисокій вартості нанесення.

Шлях до PTWA. Через Nikasil і Alusil до «золотої середини»

Nikasil (Nickel Silicon Carbide)

Це покриття з нікелю і карбіду кремнію, нанесене гальванічним, тобто електрохімічним способом. Блок двигуна поміщають в електролітичну ванну, а потім на його поверхню за допомогою електричного струму наносять шар Ni-SiC. Карбід кремнію (SiC) надає структурі виняткової твердості, а нікель забезпечує адгезію і стійкість до корозії.

Переваги:

• дуже тверде, стійке до зносу покриття;
• відмінна теплопровідність;
• дозволяє значно зменшити вагу двигуна.

Недоліки:

• чутливість до сірки в паливі (проблеми на початку 90-х років);
• висока вартість відновлення – вимагає повторного гальванічного процесу;
• після пошкодження потрібна заміна всього блоку або гільзування.

Alusil (Aluminium Silicon Alloy)

Це гомогенний сплав алюмінію з великим вмістом кремнію (близько 17%), без додаткового покриття. Після відливання блоку виконується точна механічна обробка, а потім хімічне травлення, яке видаляє м'який алюміній з поверхні циліндра, оголюючи тверді кристали кремнію. Саме вони утворюють робочий шар, стійкий до зносу.

Переваги:

• нижча вартість, ніж у Nikasil – відсутність процесу нанесення покриття;
• хороша теплопровідність;
• низька вага.

Недоліки:

• складна регенерація – вимагає дуже точної обробки і відновлення структури поверхні;
• менш стійке до екстремальних умов, ніж Nikasil;
• піддається зносу при недостатньому змащенні або неправильній експлуатації.

Lokasil (Localized Silicon)

Ця технологія полягає в локальному збагаченні алюмінієвого лиття блоку кремнієм у місцях майбутніх циліндрів. У ливарну форму поміщають вставки з матеріалу, що містить частинки кремнію. Під час лиття блоку алюміній розчиняє ці вставки, а тверді частинки кремнію назавжди з'єднуються з вилитим блоком. Потім проводиться хімічне або механічне травлення, щоб оголити кремній і отримати робочу поверхню циліндра.

Переваги:

• можливо отримати звичайним способом лиття;
• нижча вартість, ніж у Nikasil;
• хороша теплопровідність і зменшення ваги.

Недоліки:

• недостатня однорідність – процес важко контролювати з високою точністю;
• покриття чутливе до неправильного змащування.

PTWA - золота середина у світі покриттів циліндрів двигуна?

PTWA – Plasma Transferred Wire Arc (плазмодугове напилення розплавленим дротом) – це передова технологія, в якій металевий дріт розплавляється електричною дугою і напилюється на поверхню циліндра. Процес відбувається при температурі, що перевищує 10 000 °C, а матеріал покриття осідає на алюмінієвому блоці, утворюючи тонкий шар з низькою пористістю, який ідеально зчеплюється з алюмінієм.

Переваги:

• дуже тонке, легке і міцне покриття;
• відмінний контроль параметрів процесу – дозволяє отримувати однорідні поверхні;
• низька вартість нанесення (крім придбання обладнання).

Недоліки:

• дуже дорога технологія – вимагає сучасного обладнання;
• практично недоступна для незалежних автомайстерень.

Як Lokasil, так і Alusil – це спроби поєднати переваги Nikasilu (довговічність) з нижчими виробничими витратами та більшою сумісністю з серійними процесами лиття. Врешті-решт, PTWA перемагає завдяки масштабованості, контролю процесу та витратам, зберігаючи при цьому відповідну довговічність – звідси причина домінування цього покриття в сучасних двигунах.

В сучасних двигунах традиційний капітальний ремонт з двигуна, тобто так зване розточування циліндрів і гільзування, може бути проблемним. А відтворити заводське покриття циліндра в умовах майстерні просто неможливо. У разі пошкодження покриття заводська технологія ремонту передбачає заміну блоку циліндрів новим або відновленим блоком.

З іншого боку, багато сучасних двигунів, незважаючи на цю «неремонтопридатність», здатні працювати без необхідності ремонту навіть 250–300 тис. км. За умови правильної експлуатації та обслуговування сучасні матеріали виявляються більш довговічними, ніж раніше. Якщо двигун після такого пробігу потрапляє на металобрухт, то не через неможливість ремонту, а через його економічну невигідність у контексті віку та вартості транспортного засобу.