“全鋁發(fā)動機”似乎成為了廠商們拿來宣傳的科技亮點,然而大多數(shù)人所認為的“全鋁發(fā)動機”真的完全是鋁合金打造的嗎?
● 揭秘汽車“全鋁發(fā)動機”驚天“騙局”!
輕,毋庸置疑是鋁材料的一大特點,汽車上所用的鋁其實都是以鋁合金形式存在的,因為純鋁是很軟的,而鋁合金卻能達到很高的強度。全鋁發(fā)動機、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)動機更是越來越普及,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)燃機開始,打造發(fā)動機所用的材料和工藝都在不斷地進化,如今鋁合金已成為了汽車發(fā)動機上常見的材質(zhì)。對于普通消費者來說,或許并不知道發(fā)動機內(nèi)部是什么,“全鋁發(fā)動機”是完全由鋁合金零件組成的嗎?顯然,如軸承、正時齒鏈、起動機、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)動機主體骨架的腔體就是發(fā)動機的缸體,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系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)等部件。缸體和缸蓋是發(fā)動機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)動機的冷卻性能,對整車的動力性和燃油經(jīng)濟性都有一定的提升。
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)?;a(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)動機”也成為了當今的主流。
- “全鋁發(fā)動機”為什么要加上引號?
之所以我們給“全鋁發(fā)動機”加上了引號,因為廠商們的宣傳和人們普遍的認知并不是完全準確的,即便是按大多數(shù)人的認知邏輯——缸體和缸蓋是鋁合金材質(zhì)的發(fā)動機就可以稱為全鋁發(fā)動機,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)動機故障,所說的“缸”就是發(fā)動機的氣缸,導(dǎo)致拉缸的原因有很多,比如由于冷卻液缺失、機油量過低、氣缸內(nèi)進入異物或者活塞環(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)動機的缸套,而即便是廠商們口中的“全鋁發(fā)動機”,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)動機內(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)動機內(nèi)竟然看不到缸套了。
寶馬最新的B系列發(fā)動機、新款福特野馬Shelby GT350上的5.2L V8發(fā)動機(Voodoo)、新款日產(chǎn)英菲尼迪Q50上的3.0T V6發(fā)動機(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)動機的缸體和缸蓋上大量采用鋁合金外,如今還有哪些發(fā)動機部件逐漸淘汰了鋼鐵材質(zhì)呢?
2 哪些鋼鐵部件被替代了?
● 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)動機性能的一種手段,在壓榨發(fā)動機動力的背后,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)機理來說顯然是破壞性的,所以目前大多數(shù)發(fā)動機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,在人們都堅信渦輪增壓器必須是笨重“鐵疙瘩”的時候,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)動機(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,這家供應(yīng)商是第一個將鋁合金材質(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不止于此,要知道目前很多汽油發(fā)動機的渦輪增壓器技術(shù)都是由柴油機上過渡而來的,而此次合作代表了寶馬針對汽油發(fā)動機而從零開發(fā)了渦輪增壓器。
“鋁合金渦輪增壓器+水冷系統(tǒng)”的方案無疑會讓寶馬發(fā)動機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,好在寶馬的B系列發(fā)動機遵循了模塊化生產(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)動機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)動機對這位小兄弟的身板要求很高,它的強度、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)濟實惠的材質(zhì)選擇,高強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)運動時,發(fā)動機要克服活塞及活塞連桿本身的慣性力也較大。
● 發(fā)動機哪些鋼鐵零部件還不能被替換?
前面我們看到很多發(fā)動機零部件都被鋁合金替代了,那鋼鐵材質(zhì)真的會被完全淘汰嗎?目前來看,顯然是不能。鋁合金在強度、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)動機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?
曲軸也是一個比較悲催的角色,其相當于一個轉(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動,將活塞連桿的推動力轉(zhuǎn)換成扭矩并向外輸出。它旋轉(zhuǎn)的速度也就是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,一般來說乘用車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速能達到8000-9000rpm,甚至更高,可想而知,曲軸也必須是一個不怕重活、累活的漢子。
目前,鋁合金材料的強度、耐疲勞性還難以滿足發(fā)動機的需求,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)的曲軸在強度上要更高,所以現(xiàn)在的汽車發(fā)動機曲軸大多采用了鍛鋼。當然,無論是鍛造曲軸和鑄造曲軸,最后都需要機加工來最終成形。
- 不能輕量化的零件?——飛輪
在任何一臺汽車發(fā)動機上,你都能看到一個很大的鋼制輪盤,這就是飛輪,從尺寸上也能看出它的重量不輕。然而在發(fā)動機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)動慣量是飛輪必備的條件。質(zhì)量越大,轉(zhuǎn)動慣量越大,為了讓發(fā)動機結(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)動機的曲軸、凸輪軸和飛輪,其實還有很多鋁合金不能代替的鋼鐵部件,例如正時齒鏈、氣門以及氣門彈簧等等,所以現(xiàn)階段來看,發(fā)動機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)計方面下手。
● 總結(jié)
輕量化水平無疑是發(fā)動機甚至整車制造中一直追求的重點,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級別的,所以為了讓鋁合金在發(fā)動機上體現(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,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)動機”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。
而我司作為一家自1992年創(chuàng)立的致力于服務(wù)鍛造、壓鑄等汽車相關(guān)行業(yè)的脫模劑廠家,自生產(chǎn)的鋁輪轂鍛造脫模潤滑劑、鋁合金壓鑄脫模劑、鋁合金鑄造涂料等自推出市場以來廣受好評,配合汽車制造廠商們努力為“中國制造”做出貢獻。
- 上一條: 汽車鋁合金殼體壓鑄件的工藝控制
- 下一條: 重磅!兩大金屬加工液公司奎克化學(xué)與好富頓合并