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【圖】深度解析鑄鋁發(fā)動機與鑄鐵發(fā)動機的優(yōu)劣

 心態(tài)眼界胸懷 2012-11-09

深度解析鑄鋁發(fā)動機與鑄鐵發(fā)動機的優(yōu)劣

[導讀] 在新能源車普及以前,仍以內(nèi)燃機車為主。而內(nèi)燃機發(fā)動機可以在材料選擇和節(jié)能技術(shù)、提高效率、動力性與經(jīng)濟性等方面深挖洞。

  在新能源車全面普及以前,還是以內(nèi)燃機車為主。而內(nèi)燃機發(fā)動機可以在材料選擇和節(jié)能技術(shù)、提高效率、動力性與經(jīng)濟性等方面深挖洞。

  在發(fā)動機材料方面,目前主要歸結(jié)于缸體和缸蓋,而主要又歸結(jié)于缸體,因為缸蓋幾乎都是鋁制的,主要為了散熱,鋁比鐵(或鋼鐵)散熱效率高,這也是音響功放等也用鋁散熱的原因。

  鑄鋁與鑄鐵發(fā)動機,孰優(yōu)孰劣?其實,大家糾結(jié)的不是缸蓋,而是缸體,缸體分成了所謂兩大系列,即鋁制和鐵制(鋼鐵),當然有些還不是全鋁,包括一些合金,如鋁鎂合金等等。車價在十幾萬元以下的鋁制發(fā)動機,鋁制缸體仍然有一部分使用鑄鐵材料,特別是氣缸,因為鐵比鋁耐磨。

  為了敘述方便,以下簡稱鋁制和鐵制材料。

  一、鋁制和鐵制的特點比較

  1)重量

  鋁的比重比鐵要輕,滿足強度要求的前提下,鋁缸體要輕許多。如三菱EVO的第10代用的是4B11T鋁制發(fā)動機,重量比第9代4G63鑄鐵發(fā)動機輕了12公斤。

三菱LACER EVO X上裝備的4B11T鋁制發(fā)動機

  發(fā)動機輕,意味著整車重量也輕,減輕重量可省油。在同等排量發(fā)動機中,車重量每減少10%,燃油消耗可降低6%~8%。

  2)體積

  鋁比重輕,同質(zhì)量的鋁制缸體的體積通常比鐵制缸體的體積大些。如大眾的EA113、EA888的缸體氣缸中心88mm,而已有的缸徑可以到82.5mm,除去冷卻水通道實際上氣缸壁相當薄。這樣,整個發(fā)動機就很緊湊,體積小。鋁缸體反而難以達到這樣的效果。

  3)耐腐蝕性和強度

  鋁耐腐蝕性不及鑄鐵缸體,尤其對溫度壓強都更高的增壓引擎更是如此。而且前邊提到的關(guān)于體積的結(jié)論,反過來說支撐了這一看法:當發(fā)動機體積要求比較小時,使用鋁缸體通常難以達到鑄鐵缸體的強度。所以高增壓的引擎很多都采用鑄鐵缸體,比如10代前EVO的4G63,始終都是鑄鐵缸體。

  三菱著名4G63發(fā)動機,雖然體重較大,散熱性能不好,但其優(yōu)越的耐高溫、耐高壓特性,使2.0T的EVO渦輪增壓爆發(fā)出很大的功率和扭矩出來,而且對那些心潮澎湃的年輕人來說,掀起了一輪又一輪改裝狂潮。有的功率調(diào)到了360馬力,甚至有的改裝至500、600馬力,扭矩超過500NM。憑借強勁的心臟,EVO創(chuàng)造了輝煌的傳奇歷史,成為車迷心中難以割舍的情愫。10代EVO采用4B11T鋁制發(fā)動機,雖然數(shù)據(jù)和效果也很好,但因發(fā)動機選材的不同,因此改裝潛力大不如以前了。

三菱的一代名機紅頭4G63

  同理,大眾高爾夫(報價 參數(shù) 圖片 論壇)R和尚酷R也是用EA113鑄鐵發(fā)動機,也是基于鑄鐵耐高溫、耐高壓比鋁強的重要主要原因,而不是因為技術(shù)落后和省錢。

GOLF R上使用的代號為EA113的發(fā)動機

  再同理,國產(chǎn)奧迪2011款Q5用的也是鐵制缸體EA888發(fā)動機。鑄鐵發(fā)動機更有利于在保護發(fā)動機安全前提下的爆發(fā)最大功率155KW和350牛米最大扭矩出來。

  總之,鑄鐵發(fā)動機的改裝極限之高也是基于耐高溫、耐高壓的性能。而鋁制改裝不太容易做到。這一點上鑄鐵發(fā)動機占優(yōu)。但這不是說,鋁制發(fā)動機就不能在功率和扭矩做得更大,如大眾輝騰(報價 參數(shù) 圖片 論壇)W12、奧迪A8(報價 參數(shù) 圖片 論壇)、奔馳AMG(報價 參數(shù) 圖片 論壇)、寶馬7系(報價 參數(shù) 圖片 論壇)(其實,它全系都是鋁制的)等等都是鋁制(包括合金)。所以,在鋁制基礎(chǔ)上增加一些金屬(如鎂等),發(fā)動機綜合性能要比鐵制要好。這是一種不可回避的趨勢。

  4)經(jīng)濟性

  一般而言,鋁制比鐵制缸體貴。但是也不盡然。如果從散熱性而配置的系統(tǒng)來看,鑄鐵發(fā)動機的散熱性能比全鋁合金發(fā)動機要差很多,它就需要額外的代價。

  為什么大眾2、4氣門低速發(fā)動機采用鑄鐵缸體?因為它轉(zhuǎn)速低、熱量少,對高速發(fā)動機來說,散熱是個問題。但是轉(zhuǎn)速低是相對的,它也要散熱,為其配備散熱系統(tǒng),所以大眾也要配水冷、風冷等系統(tǒng),盡管鋁制發(fā)動機也配這個系統(tǒng),但前者要求更高些,成本也就低不了哪去了,總算下來,未必便宜。

  高轉(zhuǎn)速發(fā)動機熱量大,對散熱要求高,要是散熱不好就容易爆缸或縮短壽命,這就是為什么高轉(zhuǎn)速發(fā)動機用鋁合金的原因之一,但它本身散熱要好于鑄鐵,總算下來說未必貴多少。所以,日系發(fā)動機多為鋁制的,也就不奇怪了。

  5)抗爆性、散熱

  鋁導熱快,所以冷卻性能好,可減少非正常燃燒的發(fā)生概率,同樣壓縮比,鋁缸體比鑄鐵缸體使用更低標號的汽油。

  6)摩擦系數(shù)

  現(xiàn)在的引擎,為了降低往復運動部件的慣性,提高轉(zhuǎn)速和響應(yīng)速度,活塞大多使用鋁合金、鑄鐵等作為材料。如果氣缸壁也是鋁的。鋁和鋁之間的摩擦系數(shù)是比較大的,這樣引擎的性能就受很大影響。

  全鋁發(fā)動機缸體不一定真是“全鋁”的。從以上第3點和第6點出發(fā)可找到答案。為克服這些缺點,鋁缸體通常也使用鑄鐵的或者鋼制的氣缸內(nèi)襯。設(shè)想一下,EA888采用的82.5mm缸徑,汽缸中心間距只有88mm,如果再除去冷卻水通道和鑄鐵缸襯,那么鋁制氣缸壁是不是太薄了呢?而且,EA888的CG 25灰鑄鐵,實際上是比通常的鑄鐵已經(jīng)輕了很多,整個EA888缸體重量是33kg。而Audi 3.2L FSI V6的全鋁缸體也是同樣的重量。但是要知道,3.2L FSI是非常昂貴的引擎,因為它是真正全鋁,沒有鑄鐵或者鋼制缸襯的,它在氣缸內(nèi)壁部分使用了硅鋁合金來克服前面說的缺點。這樣,它就比一般的鋁缸體要更輕。而這種工藝是非常昂貴的,你不可能指望EA888這種級別的發(fā)動機采用這個技術(shù)。而且,這種技術(shù)也難以耐受增壓后的工作環(huán)境,目前增壓的發(fā)動機,即便是鋁缸體,也必有缸襯,除非昂貴到Touareg V10TDI那臺柴油機的程度(它是全鋁引擎,也沒有鑄鐵缸襯,汽缸內(nèi)壁是采用一種金屬離子噴鍍工藝處理過的)。所以,如果EA888采用普通結(jié)構(gòu)的鋁缸體,那么節(jié)省的重量不會超過10公斤,而體積反而會更大。而EA888總重只有150公斤左右,所以這不超過10公斤的減重似乎意義不大。反過來,鑄鐵缸體帶給EA888的更高的增壓極限就更有實際意義了。

奧迪的W12發(fā)動機

  二、輕一定是科技嗎?

  只要不被風撂倒,時速在60-90KM/H范圍內(nèi),一般的車處于最省油狀態(tài),這是十幾萬車的所謂賣點,問題是誰沒有在120KM/H以上開過車(如超車、避讓等)?穩(wěn)定和車速是一對矛盾,安全與車速、體重與安全、安全與經(jīng)濟也是的。該輕就輕,不該輕就不能輕。有些車把該輕的和不該輕的都輕了,這就將矛盾對立的一面尖銳化了。

  歐美車普遍都重,但這不等于說重就一定是科技。輕又安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟,才是科技,否則,是巫術(shù)。

  既對立又統(tǒng)一的才是好的科技。

  所以,鋁制與鐵制發(fā)動機各有千秋。鑄鐵也好,鋁制也罷,在合適的時間,合適的地點,用在合適的車子上才是好的科技。

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