一、铝制和铁制的特点比较
1)重量
铝的比重比铁要轻,满足强度要求的前提下,铝缸体要轻许多。如三菱EVO的第10代用的是4B11T铝制发动机,重量比第9代4G63铸铁发动机轻了12公斤。
发动机轻,意味着整车重量也轻,减轻重量可省油。在同等排量发动机中,车重量每减少10%,燃油消耗可降低6%~8%。
2)体积
铝比重轻,同质量的铝制缸体的体积通常比铁制缸体的体积大些。如大众的EA113、EA888的缸体气缸中心88mm,而已有的缸径可以到82.5mm,除去冷却水通道实际上气缸壁相当薄。这样,整个发动机就很紧凑,体积小。铝缸体反而难以达到这样的效果。
3)耐腐蚀性和强度
铝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。而且前边提到的关于体积的结论,反过来说支撑了这一看法:当发动机体积要求比较小时,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10代前EVO的4G63,始终都是铸铁缸体。
三菱著名4G63发动机,虽然体重较大,散热性能不好,但其优越的耐高温、耐高压特性,使2.0T的EVO涡轮增压爆发出很大的功率和扭矩出来,而且对那些心潮澎湃的年轻人来说,掀起了一轮又一轮改装狂潮。有的功率调到了360马力,甚至有的改装至500、600马力,扭矩超过400NM。凭借强劲的心脏,EVO创造了辉煌的传奇历史,成为车迷心中难以割舍的情愫。10代EVO采用4B11T铝制发动机,虽然数据和效果也很好,但因发动机选材的不同,因此改装潜力大不如以前了。
同理,大众高尔夫R和尚酷R也是用EA113铸铁发动机,也是基于铸铁耐高温、耐高压比铝强的重要主要原因,而不是因为技术落后和省钱。
再同理,国产奥迪2011款Q5用的也是铁制缸体EA888发动机。铸铁发动机更有利于在保护发动机安全前提下的爆发最大功率155KW和350牛米最大扭矩出来。
总之,铸铁发动机的改装极限之高也是基于耐高温、耐高压的性能。而铝制改装不太容易做到。这一点上铸铁发动机占优。但这不是说,铝制发动机就不能在功率和扭矩做得更大,如大众辉腾W12、奥迪A8、奔驰AMG、宝马7系(其实,它全系都是铝制的)等等都是铝制(包括合金)。所以,在铝制基础上增加一些金属(如镁等),发动机综合性能要比铁制要好。这是一种不可回避的趋势。
4)经济性
一般而言,铝制比铁制缸体贵。但是也不尽然。如果从散热性而配置的系统来看,铸铁发动机的散热性能比全铝合金发动机要差很多,它就需要额外的代价。
为什么大众2、4气门低速发动机采用铸铁缸体?因为它转速低、热量少,对高速发动机来说,散热是个问题。但是转速低是相对的,它也要散热,为其配备散热系统,所以大众也要配水冷、风冷等系统,尽管铝制发动机也配这个系统,但前者要求更高些,成本也就低不了哪去了,总算下来,未必便宜。
高转速发动机热量大,对散热要求高,要是散热不好就容易爆缸或缩短寿命,这就是为什么高转速发动机用铝合金的原因之一,但它本身散热要好于铸铁,总算下来说未必贵多少。所以,日系发动机多为铝制的,也就不奇怪了。
5)抗爆性、散热
铝导热快,所以冷却性能好,可减少非正常燃烧的发生概率,同样压缩比,铝缸体比铸铁缸体使用更低标号的汽油。
6)摩擦系数
现在的引擎,为了降低往复运动部件的惯性,提高转速和响应速度,活塞大多使用铝合金、铸铁等作为材料。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。
全铝发动机缸体不一定真是“全铝”的。从以上第3点和第6点出发可找到答案。为克服这些缺点,铝缸体通常也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,如果再除去冷却水通道和铸铁缸衬,那么铝制气缸壁是不是太薄了呢?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,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这种级别的发动机采用这个技术。而且,这种技术也难以耐受增压后的工作环境,目前增压的发动机,即便是铝缸体,也必有缸衬,除非昂贵到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)。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10公斤,而体积反而会更大。而EA888总重只有150公斤左右,所以这不超过10公斤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。