全铝缸体好还是铝合金缸体好？

现在我们选车，往往会考虑发动机的材质。我们经常在很多厂家的宣传中看到“全铝发动机”这个刺眼的字眼。为什么厂家要炫耀自己的全铝发动机？不是「全铝」的发动机材料是什么？全铝发动机有什么好处？还有哪些新材料用于制造发动机零件？在本文中，我们将一起讨论这个话题。传统发动机的缸体和缸盖都是由铸铁制成的，但是铸铁有很多固有的缺点，比如重量大、散热性差、摩擦系数高等。因此，许多发动机制造商正在寻找更合适的材料来制造发动机部件。轻量化材料:首先我们从轻量化材料的角度来讨论发动机新材料的优势。1.全铝气缸盖和气缸体我们日常所说的全铝发动机，是指气缸盖和气缸体都是铝合金材质。气缸盖由铝合金制成，气缸体由铸铁制成。一般我们还是叫它铸铁发动机。现在，全铝发动机已经被大量车辆采用。在国外，罗孚的K系列发动机，宝马的M52直列六缸发动机，日产的VQ发动机，捷豹的-AJ-V8发动机，奔驰的V6和V8发动机，通用的LS1和北极星V8发动机，标致的2升四缸发动机，通用的新直列四缸发动机都是铝合金材质。许多国产小排量发动机也逐渐采用全铝发动机，如国产铃木系列发动机G13和K14。甚至有的国产发动机都是铝合金的，最著名的就是东安动力研发的468发动机，已经装备在哈飞路宝和昌河阿迪勒上，大获成功。很早以前，汽车发动机就开始大规模采用全铝气缸盖。气缸盖重量不大，汽车厂商喜欢它不是因为它轻，而是因为它散热性能更好。随着发动机技术的发展，四气门结构已经成为发动机的主流设计趋势。相对于两气门发动机合在一起，每缸四气门的气缸盖比每缸两气门的气缸盖工作时产生的热量更多，所以采用全铝气缸盖是最好的解决方案。考虑到成本，气缸体采用全铝设计比气缸盖晚很多。气缸体是发动机最重的部分，所以使用铝合金材料可以减轻发动机的重量，从而达到减轻整车重量的目的。这对于前轮驱动的车辆尤其有价值。当然，另一方面，由于材料价格和加工工艺的差异，铝合金缸体的发动机会增加一些成本。2.由树脂或镁制成的进气管是发动机组成中的另一个重部件。尤其是现在流行的比较复杂的变长进气管，重量相当大。当初人们使用铝合金作为进气管的替代材料。后来，许多汽车制造商开始使用热塑性尼龙66或其他耐热塑料材料来制造进气管。由于这些复合材料具有许多优点:价格低、重量轻、内臂光滑(因而气流良好、空气阻力小)，是汽车制造商理想的进气管材料。然而，这些复合材料也令人头疼。容易产生一些微小的裂纹，在高速进气时会在进气管内产生令人不愉快的噪音，所以很多高端豪华车都不使用这种材料制作进气管。比如奔驰就选择了比铝轻的镁合金，虽然价格更贵，耐高温能力也有限。贵不是主要问题，因为你懂的，前提是组装在豪车上。对于豪华车来说，性能的提升比成本更重要。热阻有限也没关系，因为进气管温度不高。镁合金是金属材质，空气在镁合金材质的进气管中流动的噪音比在塑料中要小很多。还有一些车使用了非常稀有的材料。例如，TVR和法拉利V8使用一种叫做Kevlar的材料制作进气管，可以实现更轻的重量，进气噪音与金属进气管相当。这些都是很少用到的特例，我就不多讨论了。摩擦和惯性的优化:除了轻量化，新材料在摩擦和惯性方面也有很大的优势。1，铝活塞和钢缸套发动机的响应性离不开发动机零部件的惯性，这些零部件包括曲轴、活塞、连杆等等。因为曲轴对瞬时强度要求非常高，所以只能用高强度钢制造。活塞不受曲轴的限制。在高速发动机中，活塞通常由铝合金制成。更轻的活塞重量可以产生更高的发动机转速，从而获得更大的功率输出。用铝合金做活塞不是很贵，但主要问题在于摩擦阻力。发动机运转时，活塞和气缸壁之间必然会有摩擦。铝与铝之间的直接摩擦系数很高，远高于铝与铸铁之间的摩擦系数。这样，如果全铝气缸配全铝活塞，发动机运转时摩擦阻力会很大，显然是不可取的，这也是为什么很多发动机用铝合金活塞，却一定要用铸铁气缸的原因。但如果为了采用全铝气缸而使用铸铁活塞，显然是得不偿失的。那么如何解决这个矛盾呢？目前最主流的解决方案是在铝缸体中插入钢制缸套，使铝合金活塞不会与铝缸壁接触。这样的设计可以解决这个矛盾，当然也会增加一些成本。这种方法在20世纪70年代中期被雪佛兰Vega首次采用。其发动机采用全铝设计，铝合金缸体内嵌铸铁缸套。当然活塞也是铝合金的。它的摩擦阻力比全铸铁发动机小很多，所以功率有了很大的提升。不仅如此，这款发动机还可以获得更轻的重量和更小的惯性，提高了汽车的加速性、操控性和经济性。后来，这种方法被许多装有高速发动机的汽车所采用。另一种解决方案是采用强化金属纤维气缸套(FRM)。本田在其NSX 3.2升发动机中采用了这项技术。它的成本和功率上升在铸铁缸体和缸套之间。这种解决方案是将全铝圆筒上的金属纤维直接加热熔化，然后通过特殊工艺使金属颗粒渗透到圆筒壁中，就像在圆筒壁上电镀一层厚度只有0.5毫米的金属纤维一样。与铸铁缸体相比，能产生更低的摩擦阻力，从而提高转速和功率。同时金属纤维直接穿入缸体，所以它的强度非常大(相当于整个缸体的强度)。2.钛合金连杆钛是一种重量轻、强度大的材料，价格非常昂贵，所以一般只用于航空领域。但是这种航空材料最终应用到汽车上，却只能应用到高性能跑车上，因为只有这些汽车才会为了提高性能而不计成本地采用最合适的材料。兰博基尼的暗黑破坏神，法拉利的F355/360 M/550 M，保时捷的911 GT3，都是用钛合金做连杆来提高发动机转速。3.锻造工艺锻造是一种非常传统的制造工艺，但是它无法在高强度和轻量化之间达到很好的平衡。锻造技术常用于制造本田的Type R和其他高性能汽车上的活塞、曲轴和连杆。因为锻造需要手工完成，需要花费巨大的人力成本。锻造高温金属可以使更多的矿物质渗入金属颗粒，从而提高零件的强度和耐热性，最终有利于发动机转速和功率输出的提高。同时，锻造还可以提高某些零件的摩擦系数，比如锻造工艺制造的活塞可以更好地降低表面的摩擦系数。k