谈谈铸铁和铝合金缸体优缺点
2016-05-09 15:02阅读:
气缸体
水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体——曲轴箱,也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套和润滑油道等。
气缸盖
气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁
铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比,所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。
气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油。气缸垫的材料要有一定的弹性,能补偿结合面的不平度,以确保密封,同时要有好的耐热性和耐压性,在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫,由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮,压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。
引擎的材料方面,通常人们常谈论到主要是缸体和缸盖的材料,比如常说的全铝引擎,就是指缸体和缸盖都是用铝合金铸造。
缸套一般采用含磷或含硼的耐磨合金铸铁作材料,如
HT25-47、HP-CuCrMo 等。缸套的内表有时还进行镀铬(松孔镀铬、贮油网点镀铬),
氮化或磷化等处理,以提高耐磨性能。缸套内表硬度通常要求大于HB200,且与活塞环硬度有良好匹配。内表面还应有适当的粗糙度,使其具有一定贮油能力和磨合性能。内表面应有足够的圆度和圆柱度精度,安装支承面对内孔中心应有较高的位置精度。
当今的引擎,缸盖不是铝合金的已经很少了,美国的Ford Taurus的155hp 3.0L
OHV V6是铸铁缸盖(Taurus另有3.0L
DOHC全铝V6版本),除了这个老古董,盲刀我一时还真是想不起来别的了。所以缸盖我们就不讨论了。
说说缸体。刚才说到全铝引擎缸体自然是铝合金制造的,其实不全对。大部分“全铝”引擎也要使用铸铁缸衬,原因后面讲。我们先看看铝缸体和铸铁缸体各自的优缺点。
1)重量
铝的比重比铸铁要轻,满足强度要求的前提下,铝缸体要轻许多。比如,同为Chrysler的引擎,同样的2V
OHV结构,Viper
SRT10的8.3L全铝V10的引擎重量实际上和300C的5.7L铸铁缸体V8差不多。
引擎轻,就可以对整车的重量分布发挥积极的影响,整车质量也轻些。所以,这一点上铝缸体占优。
2)体积
同样的原因,铝的比重轻,单位体积的铝结构强度要小于铸铁,所以铝缸体通常体积反而大些。EA827/EA113/EA888的缸体气缸中心距88mm,而已有的版本缸径可以到82.5mm,除去冷却水通道实际上气缸壁相当薄。这样,整个引擎就很紧凑,体积小。铝缸体较难达到这样的效果。这一点上铸铁缸体占优。
3)耐腐蚀性和强度
铝容易和燃烧时产生的水发生化学作用,耐腐蚀性不及铸铁缸体,尤其对温度压强都更高的增压引擎更是如此。而且前边关于体积的结论,反过来说,当你的引擎体积要求比较小时,使用铝缸体通常难以达到铸铁缸体的强度。所以高增压的引擎很多都采用铸铁缸体,比如EVO的286hp
2.0L I4
(4G63),就始终都是铸铁缸体。它的改装极限之高也是有口皆碑的。如果使用铝缸体,基本上不太容易。这一点上铸铁缸体占优。
4)成本
成本自然是铝缸体要贵,没什么可解释的。这一点上铸铁缸体占优。
5)抗爆性
铝的导热更快,所以冷却性能好,可以帮助引擎减少非正常燃烧的发生概率,同样的压缩比,铝缸体引擎可以比铸铁缸体引擎使用更低标号的汽油。这一点上铝缸体占优。
6)摩擦系数
现在的引擎,为了降低往复运动的部件的惯性,提高转速和响应速度,活塞大多使用铝合金作为材料。如果气缸壁也是铝的。铝和铝之间的摩擦系数是比较大的,这样引擎的性能就受很大影响了。铸铁就没有这样的问题。这一点上是铸铁缸体占优。
回想一下,一开始盲刀就提到,全铝引擎缸体不一定真是“全铝”的。其实说到这里,从第3点和第6点出发您就能够找到答案。为了克服这些缺点,铝缸体通常也要使用铸铁的或者钢制的气缸内衬。设想一下,EA888采用的82.5mm缸径,汽缸中心间距只有88mm,如果在除去冷却水通道和铸铁缸衬,那么铝制的气缸壁是不是就太薄了呢?而且,EA888的CG
25灰铸铁,实际上是比通常的铸铁已经轻了很多,整个EA888缸体重量是33kg。而Audi 3.1L
FSI V6的全铝缸体也是同样的重量。但是你要知道,3.1L
FSI是非常昂贵的引擎,因为它是真正全铝,没有铸铁或者钢制缸衬的,因为它在气缸内壁部分使用了硅铝合金来克服前面说的缺点。这样,它就比一般的铝缸体要更轻。而这种工艺是非常昂贵的,你不可能指望EA888这种级别的引擎采用。而且,这种技术也难以耐受增压后的工作环境,目前增压的引擎,即便是铝缸体,也必有缸衬,除非是昂贵到Touareg
V10TDI那台柴油机的程度(它是全铝引擎,也没有铸铁缸衬,汽缸内壁是采用一种金属离子喷镀工艺处理过的,“贵”就一个字)。所以,如果EA888采用普通结构的铝缸体,那么节省的重量不会超过10kg,而体积反而会更大。而EA888总重只有150+kg,所以这不超过10kg的减重似乎意义不大。反过来,铸铁缸体带给EA888的更高的增压极限就更有实际意义了。