你知道嗎？并沒有真正的“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”

“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(guó)品牌。

　　從1866年德國(guó)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)整車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有一定的提升。

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　　相比鑄鐵材質(zhì)，鋁合金材質(zhì)雖然在成本上不占優(yōu)勢(shì)，但隨著目前大批量、規(guī)模化生產(chǎn)，這對(duì)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)?/font>廠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(duì)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(duì)輕量化水平的追求，廠商們似乎對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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：

- 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(shì)，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）

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