你知道嗎？并沒有真正的“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”
● 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）
加載中
好評(píng)理由：
差評(píng)理由：