今天咱們一塊聊聊 缸體及其零部件的材料工藝問題 這個問題講起來就比較深奧了 畢竟不同的技術(shù) 可能會導(dǎo)致不同的動力輸出 不同的材料選擇 也會影響引擎的效用 讀完這篇 你會發(fā)現(xiàn) 這世界沒有十全十美的事情，常見的汽車發(fā)動機(jī)缸體主要采用鑄鐵和鋁合金材質(zhì)等其它材質(zhì)，咱們先從鑄鐵跟鋁合金材質(zhì)說起。
鑄鐵發(fā)動機(jī)目前還有哪些優(yōu)勢？
鑄鐵發(fā)動機(jī)所采用的鑄鐵材質(zhì)主要是球墨鑄鐵，是由鐵、碳、硅等元素組成的合金。球狀石墨可有效地提高鑄鐵的機(jī)械性能，特別是塑性和韌性。
球墨鑄鐵易于成型，且價格便宜，綜合性能較好，其力學(xué)性能已經(jīng)接近于鋼，具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨、耐熱、耐腐蝕、耐機(jī)械沖擊、尺寸穩(wěn)定等特征。相比起更容易在燃燒時與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的鋁，鑄鐵缸體的耐腐蝕性要高于鑄鋁。由此，鑄鐵發(fā)動機(jī)擁有了成本低、鑄造簡單、耐沖擊、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。
除了耐腐蝕性更高等優(yōu)點(diǎn)，鑄鐵發(fā)動機(jī)相比起全鋁發(fā)動機(jī)，還有一個天然優(yōu)勢是鑄鐵發(fā)動機(jī)可承受的單位強(qiáng)度要明顯好過于鋁制發(fā)動機(jī)，全鋁引擎想要達(dá)到鑄鐵引擎同樣的強(qiáng)度，體積要做的更大，所以鑄鐵引擎在布局方面顯然要更加靈活。
鑄鋁發(fā)動機(jī)有哪些優(yōu)勢？
鑄鋁發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢就更多了。由于鑄鋁發(fā)動機(jī)所用的鋁合金含有銅、鎂、錳、鉻、鋅、硅等多種元素，其綜合性能甚至已經(jīng)超過優(yōu)質(zhì)鋼，鑄鋁發(fā)動機(jī)不僅能夠降低油耗減少發(fā)動機(jī)功率損失，還可以優(yōu)化燃燒室的工作環(huán)境，提升發(fā)動機(jī)的使用壽命，而且還能使缸蓋、缸體更快達(dá)到最佳工作溫度，減少熱車時間。
在同排量的發(fā)動機(jī)中，由于鋁質(zhì)較輕，使用鑄鋁缸體的發(fā)動機(jī)，能減輕 20 公斤左右的重量，要知道，汽車的自身重量每減少 10%，燃油的消耗就可以降低 6%~8%，這一點(diǎn)對于環(huán)保要求日益增高和強(qiáng)調(diào)輕量化的今天，顯得格外重要，這也是很多車企選擇鑄鋁缸體的一大重要原因。對于傳統(tǒng)前置前驅(qū)的家用車（大部分重量在前部）而言，在減重之后，對于平衡整車前后比重有著先天優(yōu)勢，從而獲得更好的操控體驗，而且由于前后比重的調(diào)整，在懸掛調(diào)節(jié)的部分就顯得更為從容一些，舒適或者運(yùn)動的車輛特性更容易被顯現(xiàn)出來。
鋁冷卻性能強(qiáng)的優(yōu)勢，在鑄鋁發(fā)動機(jī)做工時體現(xiàn)的更為明顯，可以減少因散熱不佳造成的非正常燃燒，此外，還能夠避免混合氣體在未經(jīng)點(diǎn)火時就因為缸內(nèi)高溫而被引燃，從而造成爆震。至于為什么鑄鐵發(fā)動機(jī)依然是采用鋁制缸蓋的原因，還是因為鋁的散熱性能要全面優(yōu)于鐵。
首先是體積。由于鋁的比重較輕，因此鋁的單位體積結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就要小于鑄鐵，所以鋁缸體的體積通常會比鑄鐵的要大一些，很難達(dá)到鑄鐵缸體的緊湊與小體積。
其次是耐腐蝕性及強(qiáng)度。眾所周知，鋁容易與燃燒時產(chǎn)生的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，耐腐蝕性遠(yuǎn)不及鑄鐵缸體，尤其對溫度壓強(qiáng)度更高要求的增壓引擎更是如此。再加上已經(jīng)闡述過的有關(guān)于體積的結(jié)論，因此，當(dāng)汽車的引擎體積要求較小時，使用鋁缸體就很難達(dá)到鑄鐵錐套皮帶輪缸體的強(qiáng)度。所以說，高增壓的引擎大多采用鑄鐵缸體。在這兩方面，全鋁發(fā)動機(jī)明顯要遜色于鑄鐵缸體發(fā)動機(jī)。
再次是發(fā)動機(jī)的摩擦系數(shù)。現(xiàn)在的轎車引擎，為了降低往復(fù)運(yùn)動的部件慣性，通常會提高轉(zhuǎn)速和響應(yīng)的速度，活塞也大多使用鋁合金作為材料。如果氣缸壁采用鋁材料。鋁和鋁之間的摩擦系數(shù)就比較大。為此，引擎的性能就會大大受到影響，相反，鑄鐵發(fā)動機(jī)就不會產(chǎn)生如此的問題，因此在這方面，鑄鐵缸體也是優(yōu)于全鋁發(fā)動機(jī)的。
缸蓋
考慮到缸蓋的高溫和散熱問題，鑄鐵及鋁合金缸體都會搭配鋁合金缸蓋。主要成分是鋁，鎂、硅可以提高其強(qiáng)度和耐腐蝕性，銅、鎳可以提高其耐熱性。 多數(shù)量產(chǎn)引擎的缸蓋是壓鑄出來的。馬丁V12S、野馬302、卡邁羅Z/28等一些車型考慮到進(jìn)排氣道及燃燒室頂?shù)奶厥庑螤钣欣赩E及燃燒，使用了CNC工藝制造缸蓋。
凸輪軸多是鋼制的，也有一些是空心鋼制的。有些凸輪軸會在突起出DLC涂層以提高硬度和光滑度。 高溫的排氣門需要耐熱材質(zhì)，普通原廠引擎多用不銹鋼制的。 性能取向或改裝引擎多用鎳鉻合金或鈦合金的。其中鈦合金還可以帶來40%左右的減重效果。原廠使用鈦合金排氣門的車型主要有：英菲尼迪4.5 V8、凌志5.0 V8以及通用的LS7、LS9、LSA、LT4。
其中通用V8引擎使用鈦合金氣門主要是考慮到了在每缸兩氣門設(shè)計中，每個氣門的重量較大。充鈉氣門的設(shè)計是在中空的氣門桿中充入鈉，通過液態(tài)鈉在上下的來回流動將熱量導(dǎo)出到頂部。
活塞組
在售普通車型中通常使用的是鑄造鋁合金活塞，在一些高性能車型中使用的是鍛造鋁合金活塞。原廠鍛造活塞或改裝用鍛造活塞是將鋁合金保持在430°C左右進(jìn)行沖壓而成的。 相比于鑄造更致密的結(jié)構(gòu)提供了更好的強(qiáng)度、機(jī)械性能和耐熱性，使其可以使用更小的厚度以減小重量。
考慮到強(qiáng)度問題，性能取向的連桿多是由鉻鉬鋼鍛造的。911 GT3、NSX、F355、458等一些9000轉(zhuǎn)車型中，連桿使用了鈦合金。 性能取向的曲軸多由鉻鉬鋼鍛造、CNC而成。 歧管 進(jìn)氣歧管的溫度不高，所以很多材質(zhì)均被采用。其中： 黑鐵便宜但重量大；鋁質(zhì)的重量較輕；鎂質(zhì)的比鋁質(zhì)的輕，噪音比樹脂的小；樹脂的很輕也很便宜；碳纖維最輕但也最貴。 考慮到可能有1000°C左右的廢氣，原廠車的排氣歧管多使用鑄鐵，性能車或改裝車的排氣歧管多使用304不銹鋼。 相比于鑄鐵，304不銹鋼排氣管在啟動引擎后的升溫過程更快，也就可以讓三元更早的達(dá)到工作溫度。有些排氣歧管會在內(nèi)壁設(shè)計上陶瓷涂層，以便減少向外的散熱，保持排氣效率，減少對周邊零件的熱干擾。
集成式排氣歧管是將歧管和缸蓋組合在了一起，并通過水道為歧管散熱，以減低熱量對渦輪壽命的損耗。相比于傳統(tǒng)的排氣歧管來說， 集成式排氣歧管的優(yōu)點(diǎn)是更小的空間占用、更小的重量、更好的暖機(jī)效率。
鋼筋耐磨涂層技術(shù)
親油性鎳基碳化硅涂層 在保時捷911 RS 2.7、邁凱倫F1、捷豹AJ8等車型中，設(shè)計師使用鎳基碳化硅涂層替代了球墨鑄鐵缸套。這種涂層的優(yōu)勢是低摩擦、高導(dǎo)熱和高硬度。在使用過程中活塞環(huán)會磨掉裸露出來的鎳，保留下光滑的碳化硅。
相比于3mm-5mm厚度的缸套而言，涂層0.1mm的厚度可以讓缸筒之間的距離更小。這個優(yōu)勢可以使引擎整體尺寸更小，也可以作為擴(kuò)大缸徑的前提。這種涂層的缺點(diǎn)是容易和汽油中的硫發(fā)生反應(yīng)。
高硅鋁合金 考慮到鎳基碳化硅涂層的成本過高，有些非高性能引擎中使用了高硅鋁合金。 其成分是78%左右的鋁、17%左右的硅、銅和鎂。使用珩磨、研磨及化學(xué)蝕刻的方式使金屬表面硬質(zhì)的硅暴露出來，從而在鋁表面上形成豐富的硅顆粒，以減少摩擦。 相比于鎳基碳化硅涂層來說，高硅鋁合金的耐磨性、導(dǎo)熱性和重量方面都較差，但其不會受到汽油中硫的影響，而且很便宜。 大眾的V6、V8、W12引擎以及1996年后的很多寶馬引擎都使用了這種工藝。
纖維強(qiáng)化金屬FRM 利用模具在纖維材料中加入液態(tài)鋁，形成纖維和鋁的組合。套厚度為0.5mm。
這種設(shè)計的性能和成本都在球墨鑄鐵缸套和鎳基碳化硅涂層之間，較小的套厚也可以減小缸筒之間的距離。本田將這種設(shè)計應(yīng)用在了NSX 3.2、S2000車型上。
雙絲電弧噴涂 、
無論是鑄鐵和鋁合金發(fā)動機(jī)，都是有優(yōu)勢，也有不足，彼此各有千秋；鋁的散熱好，強(qiáng)度大，不過要比鑄鐵的厚。鑄鐵的缸體強(qiáng)度大，不過重量比鋁的大，高強(qiáng)度的發(fā)動機(jī)還是用鑄鐵的較好。關(guān)于這兩種發(fā)動機(jī)哪種好的問題，還是應(yīng)該結(jié)合具體的車型具體分析。
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