铸铁发动机, 全铝发动机, 哪个好?

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早期发动机的灰铸铁缸体

最早的发动机无论缸盖还是缸体,甚至活塞的材质都是铸铁。很多文章都说采用铸铁的原因是强度高,结实耐用。但赤裸裸的事实是:灰铸铁的强度并不高(早期工业领域最常见的铸铁几乎都是灰铸铁),另外韧性性能在金属材料力也算是较差的。

但为什么从内燃机发明到上世纪90年代将近100年的时间里,灰铸铁一直都是内燃机制造行业的主要材料呢?道理很简单:因为灰铸铁具有非常优秀的耐磨能力、以及机油吸附能力。这对于发动机内部的对磨金属件来说是意义重大的,因此时至今日刹车盘的主要材质依然是灰铸铁。

球墨铸铁、蠕墨铸铁的问世

直到球墨铸铁以及后来更先进的蠕墨铸铁的发明,人们终于得到了高性能的特种铸铁材料。慢慢的开始在很多高要求的领域里运用这类新型的高性能铸铁。比如高性能发动机的缸体采用蠕墨铸铁取代传统的灰铸铁;高载重车桥用球墨铸铁取代传统的灰铸铁等。

此时“新型的球墨铸铁、蠕墨铸铁”的综合强度确实非常不错,远超过后来的铝合金缸体。比如日产历史上强悍到令人发指的神机——RB26就是高性能铸铁发动机,直列六缸2.6L排量,双涡轮增压。

经过改造的高性能版本更是夸张到运用2级串联超高增压,突破1000P马力的惊人输出在当时更是被惊叹为“血洗欧洲”。但如果它是以铝合金打造而成的话,显然就无法做到如此夸张的强度储备了。

铝合金缸体时代来临

但轻量化和节能永远是现代汽车行业追逐的目标。以铝代钢以塑代木貌似是很长一段时间的主流思想。俗话说“吹风先吹脑壳”,轻量化这股风先刮到了发动机的缸盖部分。铝合金铝合金缸盖已经成了近10年来几乎所有民用汽车的“标配”。

但是缸体部分某些德系车依然维持了新型铸铁材料制作,比如大众的EA888发动机的GJS缸体就是球墨铸铁材质的。而美系、日系、以及德系中除大众奥迪家族以外的企业则几乎全面转向了铝合金缸体时代。

铝缸体+高耐磨铸铁缸套的“混搭”

但是即使是缸体铝合金化了,却在很长一段时间内不敢使用“全铝缸体”这个词汇来描述自己的发动机产品。因为铝合金硬度不高因此并不耐磨,为了平衡这个轻量化与耐磨之间的矛盾,工程师们也只能祭出神器——铸铁缸套了。它完美地隔绝了活塞与铝合金缸体。

铸铁缸套一般使用高耐磨的高磷铸铁,或者更耐磨的硼铸铁制作而成。为了增加气缸壁的机油附着能力,专门有网纹珩磨工艺。后来部分产品参考军事上火炮的内孔镀铬工艺,将铸铁缸套内侧也镀上多孔硬质铬。经由特别加强处理后的高耐磨铸铁缸套可以承受极高压力并且极度耐高温。

进入全铝缸体(无缸套)时代

但随着轻量化要求的不断加码,铝合金缸体+高耐磨铸铁缸套的结构也受到了挑战。真正的全铝缸体架构开始进入人们的视线。保时捷是全球第一个批量上全铝缸体的企业,为了解决铝合金不耐磨的缺点,保时捷采用了铝合金表面镀多孔硬铬的技术手段,同时解决了耐磨问题和挂油问题。

铝合金表面镀多孔硬铬的理化指标虽好,可工艺难度与成本也相对高昂。对于量产的家用车辆来说显然是不现实的。于是工业上常见的等离子高温喷涂工艺就进入了汽车制造领域。利用等离子的短时间极高温将陶瓷喷涂到铝合金气缸壁上的工艺被某些企业采用,效果显著。例如日产公司引以为傲的的“钻石镀层”技术就是此类。

丰田更是成功尝试了阳极硬质氧化工艺,在铝合金气缸壁上形成一层硬质氧化铝。此工艺成本低廉效果相对不错,由此一直被丰田-雅马哈发动机工厂采用,成为目前成本最低的铝合金气缸解决方案。

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