[汽車之家 技術(shù)] 在鋁合金缸體已經(jīng)十分成熟的應(yīng)用在量產(chǎn)車上時,,工程人員卻依然在追求輕量化的道路上樂此不疲,,其中寶馬的鎂鋁合金缸體就是此目標(biāo)下的產(chǎn)物,。它不僅僅是增加了金屬鎂那么簡單,,而且缸體材料也不是人們所理解的由鎂和鋁組成的合金那樣,,實(shí)際上,,這背后隱藏著一些頗有意思的奧妙與玄機(jī)以及你所不知道的事實(shí)。
衡量一臺發(fā)動機(jī)可以有很多指標(biāo):峰值功率,、峰值扭矩,、最高轉(zhuǎn)速、升功率等等,,但是在我們瘋狂崇拜動力參數(shù)的同時不可忽略一臺發(fā)動機(jī)的重量,。減低重量意味著可以降低車輛的油耗,同時在適當(dāng)?shù)奈恢脺p低重量還可以提升車輛的動力性和靈活性,,所以這也凸顯出發(fā)動機(jī)輕量化的重要性,,特別是對于追求運(yùn)動性與操控性的汽車品牌來說,每一公斤的減重都是工程人員所孜孜以求的,。鎂鋁合金缸體最早由寶馬量產(chǎn)并應(yīng)用在自家的直列六缸自然吸氣發(fā)動機(jī)N52上,,按照官方的說法,這臺發(fā)動機(jī)采用了鎂鋁合金復(fù)合式曲軸箱,。我相信很多人可能會認(rèn)為這種曲軸箱是由鎂,、鋁兩種金屬通過某種特殊的金屬工藝融合在一起形成的合金組成,而實(shí)際上并非如此,。
三種金屬的特性對比 | |||
熔點(diǎn) | 密度 | 膨脹系數(shù) | |
鎂 | 648.9℃ | 1.74g/cm³ | 0.0026%/℃ |
鋁 | 660℃ | 2.70g/cm³ | 0.0023%/℃ |
鐵 | 1535℃ | 7.86g/cm³ | 0.0011%/℃ |
我們首先還是先來了解一下發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的新材料——鎂,。按照元素周期表,金屬鎂排在鋁的前面,其密度也僅有鋁的2/3,,所以無論鎂還是鎂合金都比廣泛應(yīng)用于發(fā)動機(jī)上的鋁合金更輕,。通常,純鎂并不適合做結(jié)構(gòu)材料,,作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的鎂主要還是以鎂合金或者鎂鋁合金的形式存在,。
鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)加入其它元素組成的合金,,其特點(diǎn)是:密度小,,消震性好,承受沖擊載荷能力比鋁合金大,,同時鎂合金還存在著很好的鑄造特性,,可以制造出各種較為復(fù)雜的壓鑄件,同時它還具有很好的切削特性,,所以單從這幾點(diǎn)來看,,它非常適合做發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的材料。
鎂鋁合金在第一次世界大戰(zhàn)時最先被德國使用,,它是用鎂錠和鋁錠在保護(hù)氣體中高溫熔融而成,。但是今天我們談到的這臺寶馬N52發(fā)動機(jī)的鎂鋁合金缸體則并不是通過此種方法制成的�,?紤]到耐磨等金屬特性,,發(fā)動機(jī)的某些部位是無法使用鎂材料的,比如氣缸表面,,所以N52發(fā)動機(jī)的缸體采用了復(fù)合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計,。其中缸體的內(nèi)層由硅鋁合金材料鑄造而成,在此基礎(chǔ)上,,再在它的外層澆鑄鎂合金材料,。
準(zhǔn)確的說,它是由兩種合金拼接而成的,,而并不是先將兩種金屬進(jìn)行物理或者化學(xué)的融合,,再放到模具里進(jìn)行澆鑄,同時為了提高整體的強(qiáng)度,,N52發(fā)動機(jī)的缸體采用了兩件式的設(shè)計,,其中上部件為剛才提到的鎂鋁合金復(fù)合式結(jié)構(gòu),下部件也就是底板結(jié)構(gòu)為鎂合金材質(zhì)打造,。
● 如何防止不同金屬間的電化學(xué)腐蝕
N52發(fā)動機(jī)的缸體為復(fù)合式鎂鋁合金,,氣缸蓋則采用了鋁合金材質(zhì),而氣缸蓋罩又采取了鎂合金材質(zhì),。由于鎂是一種普通金屬,,所以鎂與發(fā)動機(jī)機(jī)中常用的鐵和鋁三者之間很容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,當(dāng)鎂與鋁或者鐵的接觸面被水打濕時,就會出現(xiàn)所謂的接觸腐蝕,。
為了很好的解決這個問題,,N52發(fā)動機(jī)在氣缸蓋與缸體之間設(shè)計了一個帶有密封唇的密封墊(車主可以留意觀察一下),該凸出的密封唇就是為了防止灰塵和水進(jìn)入到接縫處,,從而防止其接觸到金屬部件,。雖然通過各種措施來減小電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生,但是在復(fù)雜的用車環(huán)境下,,鎂鋁合金的復(fù)合式結(jié)構(gòu)在壽命上依然無法媲美傳統(tǒng)的鋁合金缸體,。
除了防腐蝕的問題外,工程人員還要解決不同金屬的膨脹系數(shù)不同所可能導(dǎo)致的問題,。我們知道發(fā)動機(jī)的工作溫度通常會有很大的跨度,,所以也要考慮到組合在一起的不同金屬之間的膨脹系數(shù)的問題。鎂和鋁的膨脹系數(shù)幾乎相同,,而且它們都是鐵的兩倍,,由于膨脹系數(shù)差別較大,所以常規(guī)的鋼制螺栓不能使用,,發(fā)動機(jī)在由冷態(tài)到熱態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中會出現(xiàn)螺栓松動的可能,,而解決辦法就是N52發(fā)動機(jī)在一些特殊部位使用了鋁制螺栓。
● 寶馬全新的增壓發(fā)動機(jī)已不再使用鎂鋁合金缸體
有很多車主在討論寶馬的增壓發(fā)動機(jī)是否還在使用鎂鋁合金缸體,,在這里可以明確的告訴大家,,寶馬現(xiàn)今的N54雙渦輪增壓發(fā)動機(jī)和普遍搭載在3系、5系等車型上的采用單渦輪雙渦管技術(shù)的N55發(fā)動機(jī)以及直列四缸的N20發(fā)動機(jī)都再次回歸到傳統(tǒng)的鋁合金缸體,,這主要是因?yàn)榧尤?a class="ShuKeyWordLink" target="_blank">渦輪增壓系統(tǒng)之后,,由于驅(qū)動力矩較大,缸體需要單一一種材料制成,,像N52上的復(fù)合式結(jié)構(gòu)難以在強(qiáng)度上滿足設(shè)計的需求,。
全文總結(jié):
發(fā)動機(jī)缸體的重量在整機(jī)重量中占有較大的比重,從它入手進(jìn)行輕量化的改進(jìn)通�,?梢允盏搅己玫男Ч�,。寶馬的工程人員將兩種合金通過物理的方法連結(jié)在一起,在滿足強(qiáng)度要求的同時盡可能降低了機(jī)體的重量,,但是從后來發(fā)布的渦輪增壓機(jī)型可以推斷,,此種鎂鋁合金復(fù)合式缸體結(jié)構(gòu)還無法滿足動力性更強(qiáng)的渦輪增壓發(fā)動機(jī)的強(qiáng)度要求。這種特殊的鎂鋁合金復(fù)合式缸體結(jié)構(gòu)就像帶有試驗(yàn)性質(zhì)的大膽嘗試與創(chuàng)新,,也許它還存在著一些不足,,但也為日后的技術(shù)進(jìn)步積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。(文/汽車之家 馮景毅)
相關(guān)鏈接:
源自F1的設(shè)計靈感 剖析寶馬V10發(fā)動機(jī)
● 汽車技術(shù)很難懂,?汽車設(shè)計太遙遠(yuǎn),?誰說的,?這些內(nèi)容也可以很有趣!
好評理由:
差評理由: