請問汽車的缸體材料到底是鐵的好,還是鋁的好?

請問汽車的缸體材料到底是鐵的好,還是鋁的好?

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時間:2018-07-07

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1、現(xiàn)在,我們在選擇汽車的時候,經(jīng)常會考慮發(fā)動機的材料。我們也經(jīng)常會在許多廠商的推廣宣傳上看到“全鋁發(fā)動機”這個耀眼的字眼。為何廠商要炫耀他的全鋁發(fā)動機,那不是“全鋁”的發(fā)動機材料是什么?全鋁發(fā)動機有什么好處呢?還有哪些新型的材料被用來制造發(fā)動機部件?這篇文章,我們就來一起討論這個話題。傳統(tǒng)的發(fā)動機無論是缸體還是缸蓋都是采用鑄鐵的,但是鑄鐵有著許多先天的不足,例如重量大、散熱性差、摩擦系數(shù)高等等,所以,許多發(fā)動機廠商都在尋找更適合的材料制造發(fā)動機的構(gòu)成部件。輕量化材料:首先我們從材料的輕量化來討論新型發(fā)動機材料的優(yōu)勢。1、全鋁缸蓋和缸體我們?nèi)粘Kf的全鋁發(fā)動機是指缸蓋和

2、缸體都是鋁合金制造的發(fā)動機。而缸蓋是鋁合金,缸體是鑄鐵的發(fā)動機,一般我們還是稱作鑄鐵發(fā)動機?,F(xiàn)在,全鋁發(fā)動機已經(jīng)在大量的車型上被采用,在國外,羅孚的k系列發(fā)動機,寶馬的M52直列六缸發(fā)動機,日產(chǎn)的VQ發(fā)動機,捷豹的-AJ-V8發(fā)動機、奔馳的V6和V8發(fā)動機、通用的LS1和北極星V8發(fā)動機、標致的2升四缸發(fā)動機和通用的新型直列四缸發(fā)動機等等都是采用鋁合金制造。國內(nèi)的許多小排量發(fā)動機也逐步采用全鋁發(fā)動機,如國產(chǎn)鈴木系列的發(fā)動機G13、K14等。甚至包括一些國產(chǎn)發(fā)動機也采用鋁合金材質(zhì)了,最著名的就是東安動力開發(fā)的468發(fā)動機,這款發(fā)動機被配備在哈飛路寶和昌河愛迪爾上,獲得

3、了很大的成功。很早以前的汽車發(fā)動機就開始大規(guī)模采用全鋁缸蓋了。缸蓋的重量并不大,所以汽車制造商喜歡它并不是因為它重量輕,而是因為它有更好的散熱性能。隨著發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展,四氣閥結(jié)構(gòu)成為發(fā)動機的主流設(shè)計趨勢。與一起的兩氣閥發(fā)動機相比,每缸四氣閥的氣缸蓋比每缸兩氣閥的氣缸蓋在工作時要產(chǎn)生更多的熱量,采用全鋁缸蓋是最好的解決辦法。出于成本的考慮,氣缸體采用全鋁設(shè)計比氣缸蓋要晚得多。氣缸體是發(fā)動機上最重的部分,因而使用鋁合金材料可以減輕發(fā)動機的重量,從而達到減輕整車重量的目的。這一點對于前置前驅(qū)車型來說,顯得尤為可貴,當然在另一方面,由于材料價格和加工工藝的區(qū)別,采用鋁合金

4、缸體的發(fā)動機會增加一些成本。2、樹脂或鎂作為材料的進氣管在發(fā)動機的構(gòu)成上,復雜的進氣管是另外一個很重的部件。特別如今流行的更復雜的可變長度的進氣管,其重量相當可觀。剛開始的時候,人們采用鋁合金來作為進氣管的替代材料,后來許多汽車制造商開始采用具有熱塑性的66號尼龍,或者其他耐熱的可塑性材料制造進氣管。因為這些復合材料的有許多優(yōu)點:價錢便宜、重量輕、內(nèi)臂平滑(從而空氣流動好、氣阻?。?,因此它對于汽車制造商來說是很理想的進氣管材料。但是這些復合材料也有讓人很頭痛的缺陷,它很容易產(chǎn)生一些細小的裂紋,這種裂紋導致高速進氣時會在進氣管里產(chǎn)生令人不快的噪音,所以許多高檔的豪華車

5、都沒有采用這種材料制造進氣管。例如奔馳就選擇了鎂合金——這種材料比鋁更輕,盡管它比較昂貴,而且耐高溫能力有限。貴不是主要問題,因為要知道,前提是裝配在豪華車上,對于豪華車來說,性能的提高比成本相對來說要更重要。耐熱能力有限也不要緊,因為進氣管的溫度并不高。鎂合金是金屬材質(zhì)的,空氣在鎂合金制造的進氣管內(nèi)流動,要比在塑料的噪音要小的多。也有一些車采用了非常少見的材料,例如TVR和法拉力V8采用的是一種稱作凱福拉(Kevlar)的材料來制造進氣管,它能獲得更輕的重量,而且進氣噪音與金屬進氣管相當。這些都是很少采用的特例,就不多討論了。摩擦力和運動慣性的優(yōu)化:除了輕量化,新

6、型材料在摩擦力和運動慣性方面同樣具有很大的優(yōu)勢。1、鋁活塞和鋼制氣缸套發(fā)動機的響應(yīng)性與發(fā)動機部件的運動慣性是分不開的,發(fā)動機的運動部件包括曲軸、活塞、連桿等。由于曲軸要求瞬間強度非常高,所以只能采用高強度鋼來制造?;钊蜎]有曲軸這樣的局限了,在高轉(zhuǎn)速發(fā)動機上,通常都是用鋁合金來制造活塞。更輕的活塞重量能產(chǎn)生更高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速,從而能獲得更大的動力輸出。使用鋁合金來制造活塞,成本并不是非常昂貴,主要問題是出在摩擦阻力上。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)的時候,活塞與氣缸壁之間肯定會產(chǎn)生摩擦。而鋁和鋁直接的摩擦系數(shù)是很高的,它比鋁和鑄鐵之間的摩擦系數(shù)要高得多。這樣一來,如果全鋁缸體配合全鋁活

7、塞,發(fā)動機運轉(zhuǎn)的時候摩擦阻力就會非常大,這顯然是不可取的,這也就是為何許多發(fā)動機使用鋁合金活塞,但必須使用鑄鐵缸體的原因。但如果為了采用全鋁缸體而采用鑄鐵活塞,那顯然是更得不償失的。那如何解決這一矛盾呢?目前最主流的解決辦法,就是在鋁制的氣缸體內(nèi)鑲一個鋼制的氣缸套,讓鋁合金活塞不會與鋁制的氣缸壁相接觸。這種設(shè)計可以解決這一矛盾,當然也會增加一些成本。這種方法在70年代中期首先被雪佛蘭Vega所采用。它的發(fā)動機采用全鋁設(shè)計,在鋁合金的氣缸體內(nèi)鑲上了一個鑄鐵的缸套,當然活塞同樣也是用鋁合金制造的。它的摩擦阻力比全鑄鐵的發(fā)動機要小得多,因此它的動力得到了很大程度的提高

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