[汽車之家 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)]  “全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”似乎成為了廠商們拿來宣傳的科技亮點(diǎn),，然而大多數(shù)人所認(rèn)為的“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”真的完全是鋁合金打造的嗎？

● 不要騙我,！“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”竟然不是全鋁的,？

　　輕,，毋庸置疑是鋁材料的一大特點(diǎn)，汽車上所用的鋁其實(shí)都是以鋁合金形式存在的,，因?yàn)榧冧X是很軟的,，而鋁合金卻能達(dá)到很高的強(qiáng)度。全鋁發(fā)動(dòng)機(jī),、鋁合金輪圈,、全鋁車身、鋁合金懸架……為了輕量化,，如今工程師們把汽車上很多曾經(jīng)的鋼鐵部件都替換成了鋁合金材料,，而全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)更是越來越普及，其中也包括如上汽,、江淮,、比亞迪等等不少中國品牌。

　　從1866年德國工程師尼古拉斯·奧托（Nikolous Otto）發(fā)明了四沖程內(nèi)燃機(jī)開始,，打造發(fā)動(dòng)機(jī)所用的材料和工藝都在不斷地進(jìn)化,，如今鋁合金已成為了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上常見的材質(zhì)。對于普通消費(fèi)者來說,，或許并不知道發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部是什么,，“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”是完全由鋁合金零件組成的嗎？顯然,，如軸承,、正時(shí)齒鏈、起動(dòng)機(jī),、氣門,、氣門彈簧等等部件不可能是鋁合金。

- 鋁合金缸體和缸蓋是什么,？

　　簡單來說,，支撐發(fā)動(dòng)機(jī)主體骨架的腔體就是發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體,，它的上方便是缸蓋,。缸蓋一方面與活塞、缸體組成汽油燃燒的燃燒室,，另一方面可以用來安裝固定正時(shí)系統(tǒng),、噴油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等部件,。缸體和缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)中重量占比最大的一部分,，所以從輕量化的角度來說，它們是車企們最愿意開刀的一部分,。

　　早期缸體和缸蓋大部分都是由鑄鐵材質(zhì)制造的,，雖然鑄鐵缸體和缸蓋具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，且成本相對較低，但如今在鋁合金材質(zhì)面前早已失去了霸主地位,。從鑄鐵換成鋁合金,，不僅能夠大幅降低重量，還能改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻性能,，對整車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有一定的提升,。

　　相比鑄鐵材質(zhì)，鋁合金材質(zhì)雖然在成本上不占優(yōu)勢,，但隨著目前大批量,、規(guī)模化生產(chǎn),，這對于車企來說或許已不再是太大的問題,，因此，“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”也成為了當(dāng)今的主流,。

- “全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”為什么要加上引號(hào),？

　　之所以我們給“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”加上了引號(hào)，因?yàn)閺S商們的宣傳和人們普遍的認(rèn)知并不是完全準(zhǔn)確的,，即便是按大多數(shù)人的認(rèn)知邏輯——缸體和缸蓋是鋁合金材質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)就可以稱為全鋁發(fā)動(dòng)機(jī),，目前來看，缸體中鑄鐵材質(zhì)的曲軸軸承座和缸套依然不能完全被鋁合金材質(zhì)所替代,。

　　作為缸體的一部分,，曲軸軸承座使用了鑄鐵材質(zhì)，嚴(yán)格意義上來講,，缸體就不能算作完全的鋁合金缸體了,。鋁合金的特性決定了它不能勝任下軸承座的工作，而受力相對較小的上軸承座則可以使用更輕量化的鋁合金材質(zhì),。除此之外,，缸體上的缸套也是不能使用鋁合金的部件之一。

　　“拉缸”是我們常常聽到的一種發(fā)動(dòng)機(jī)故障,，所說的“缸”就是發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸,，導(dǎo)致拉缸的原因有很多，比如由于冷卻液缺失,、機(jī)油量過低,、氣缸內(nèi)進(jìn)入異物或者活塞環(huán)故障等問題，最終都有可能損壞氣缸內(nèi)壁,，從而汽車不能再正常行駛甚至熄火,。這里提到的氣缸內(nèi)壁，一般來說就是發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套,，而即便是廠商們口中的“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”,，缸套卻不是鋁合金材質(zhì),，大多仍為鑄鐵材質(zhì)。

　　缸套一定是鑄鐵材質(zhì)的嗎,？鑄鐵缸套曾經(jīng)是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)不可或缺的一部分,，然而有一天，電弧噴涂技術(shù)出現(xiàn)了,，某些發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)竟然看不到缸套了,。

　　寶馬最新的B系列發(fā)動(dòng)機(jī)、新款福特野馬Shelby GT350上的5.2L V8發(fā)動(dòng)機(jī)（Voodoo）,、新款日產(chǎn)英菲尼迪Q50上的3.0T V6發(fā)動(dòng)機(jī)（VR30DETT）等均取消了傳統(tǒng)的鑄鐵缸套,，采用這種電弧噴涂技術(shù)，氣缸內(nèi)壁被噴涂上一層合金涂層或者其它復(fù)合材料,，涂層一般只有0.2-0.3mm厚,，除了耐磨性和導(dǎo)熱性有了提升，相比鑄鐵缸套也更能提高輕量化水平,。

　　基于對輕量化水平的追求,，廠商們似乎對鋼鐵材質(zhì)嫉惡如仇，想法設(shè)法地將它們替換成鋁合金,，或者干脆像鑄鐵缸套一樣被取消掉,。那么除了發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋上大量采用鋁合金外，如今還有哪些發(fā)動(dòng)機(jī)部件逐漸淘汰了鋼鐵材質(zhì)呢,？

● 那些被鋁合金替換掉的鋼鐵部件

- 渦輪增壓器也能是鋁的！,？

　　加裝渦輪增壓系統(tǒng)是提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種手段,，在壓榨發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的背后，渦輪增壓器和排氣歧管則需要耐受上千攝氏度的高溫,，這對于鋁合金的材質(zhì)機(jī)理來說顯然是破壞性的,，所以目前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)雖然在缸體和缸蓋等部分選用了輕量化的鋁合金，但渦輪增壓器依然為鑄鐵材質(zhì),。然而,，在人們都堅(jiān)信渦輪增壓器必須是笨重“鐵疙瘩”的時(shí)候，有一家企業(yè)對渦輪增壓器的輕量化追求卻耿耿于懷,。

　　寶馬最新的B系列發(fā)動(dòng)機(jī)（B38,、B48,、B58等）將排氣歧管和渦輪增壓器融為一體,，材質(zhì)是鋁合金，沒錯(cuò)就是鋁合金,。難道鋁合金材料能夠耐受上千攝氏度的高溫了嗎,？

　　寶馬的鋁合金渦輪增壓器來自于“好基友”大陸集團(tuán),，這家供應(yīng)商是第一個(gè)將鋁合金材質(zhì)的渦輪增壓器應(yīng)用于汽車。加入水冷系統(tǒng)后,，不僅能讓鋁合金材質(zhì)滿足溫度要求,，還能讓整個(gè)增壓器殼體受熱均勻，防止局部損害,，對增壓效果也有一定積極影響,。寶馬與大陸合作開發(fā)渦輪增壓器的意義遠(yuǎn)不止于此，要知道目前很多汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器技術(shù)都是由柴油機(jī)上過渡而來的,，而此次合作代表了寶馬針對汽油發(fā)動(dòng)機(jī)而從零開發(fā)了渦輪增壓器,。

　　“鋁合金渦輪增壓器+水冷系統(tǒng)”的方案無疑會(huì)讓寶馬發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化水平和燃效都有提升，但較高的成本問題也是讓寶馬糾結(jié)的一點(diǎn),，好在寶馬的B系列發(fā)動(dòng)機(jī)遵循了模塊化生產(chǎn)的原則,，不管是三缸的1.5T B38、四缸的2.0T B48,，還是六缸的3.0T B58都能共享很多技術(shù)和硬件,，所以未來成本或許不再是大問題。

- 不只是減重——活塞及活塞連桿

　　活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中最不容易的一位小兄弟,，它忍受著最惡劣的工作環(huán)境——高溫,、高壓以及燃料的腐蝕性，而且還與氣缸壁不斷地發(fā)生著摩擦打斗,，所以發(fā)動(dòng)機(jī)對這位小兄弟的身板要求很高,，它的強(qiáng)度、剛度,、耐高溫性,、耐磨性、耐腐蝕性等都必須能夠扛住這樣惡劣的環(huán)境,。

　　鑄鐵是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材質(zhì)選擇,，高強(qiáng)度和高溫對于鑄鐵材質(zhì)的活塞及活塞連桿來說都是小菜一碟。然而它的缺點(diǎn)也比較明顯,，由于鑄鐵材料的質(zhì)量相對較大,，所以活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)要克服活塞及活塞連桿本身的慣性力也較大,。

● 發(fā)動(dòng)機(jī)哪些鋼鐵零部件還不能被替換,？

　　前面我們看到很多發(fā)動(dòng)機(jī)零部件都被鋁合金替代了，那鋼鐵材質(zhì)真的會(huì)被完全淘汰嗎,？目前來看,，顯然是不能。鋁合金在強(qiáng)度,、耐高溫,、疲勞特性等方面仍然與鋼鐵材質(zhì)有著差距,，所以這也是為什么發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件不能完全由鋁合金來打造的原因。

- 曲軸必須是鋼鐵材料,？

　　曲軸也是一個(gè)比較悲催的角色,，其相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)換力的工具，它一邊忍受著自身的離心力和往復(fù)慣性力,，一邊承受著活塞連桿瘋狂地上下運(yùn)動(dòng),，將活塞連桿的推動(dòng)力轉(zhuǎn)換成扭矩并向外輸出。它旋轉(zhuǎn)的速度也就是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,，一般來說乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到8000-9000rpm,，甚至更高，可想而知,，曲軸也必須是一個(gè)不怕重活,、累活的漢子。

　　目前,，鋁合金材料的強(qiáng)度,、耐疲勞性還難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，曲軸只有鍛鋼和鑄鋼兩種材料,，鍛造工藝比鑄造工藝生產(chǎn)的曲軸在強(qiáng)度上要更高,，所以現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸大多采用了鍛鋼。當(dāng)然,，無論是鍛造曲軸和鑄造曲軸,，最后都需要機(jī)加工來最終成形。曲軸制造過程視頻如下：

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- 不能輕量化的零件,？——飛輪

　　在任何一臺(tái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，你都能看到一個(gè)很大的鋼制輪盤,，這就是飛輪,，從尺寸上也能看出它的重量不輕。然而在發(fā)動(dòng)機(jī)融入大量鋁合金的今天,，飛輪為什么沒有被“輕量化”呢,？

　　因此，具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是飛輪必備的條件,。質(zhì)量越大,，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊,，鋼鐵材質(zhì)顯然要比鋁合金更合適,。

　　另外，除了發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、凸輪軸和飛輪,，其實(shí)還有很多鋁合金不能代替的鋼鐵部件,，例如正時(shí)齒鏈,、氣門以及氣門彈簧等等,，所以現(xiàn)階段來看，發(fā)動(dòng)機(jī)上還不能完全淘汰鋼鐵材質(zhì),，未來想要提升輕量化水平,，除了改變材料外，或許我們還能從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面下手,。

● 總結(jié)

　　輕量化水平無疑是發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整車制造中一直追求的重點(diǎn),，如今鋁合金已經(jīng)替代了曾經(jīng)看似不可能被替代的鋼鐵部件，隨著材料技術(shù)的發(fā)展,，鋁合金在材料強(qiáng)度上已經(jīng)有了很大的提升,，尤其是鍛造鋁合金，但耐熱性和疲勞特性依然是與鋼鐵不在一個(gè)級(jí)別的,，所以為了讓鋁合金在發(fā)動(dòng)機(jī)上體現(xiàn)出輕量化優(yōu)勢,，所以廠商們不得不在其他方面相應(yīng)的增加技術(shù)彌補(bǔ)，例如寶馬的鋁合金渦輪增壓器需要額外一套的水冷系統(tǒng),。廠商們口中的“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”并非是所有鋼鐵零部件換成了鋁合金材質(zhì),，在某些部分鋼鐵材質(zhì)依然是最佳的選擇，想要提升整車的輕量化水平,，或許還更多的解決方案,。（文/圖 汽車之家 夏志猛）