轿车发动机机体的轻量化技术
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
!," %,* %," ",* "
!
铝合金机体结构必须解决的问题
灰铸铁气缸体改用铝合金铸造，必须满足一些
额外的要求， 分述如下。
!"#
确保气缸筒滑移表面耐磨， 不易变形 首先是气缸筒 $ 活塞 $ 活塞环摩擦副的耐磨性和
摩擦学问题。活塞和活塞环由于作为摩擦副的耐磨 性和摩擦学特性不好而不能直接在铸铝合金气缸筒 上工作。 解决的办法是在铝合金气缸体中铸入 （或嵌 入） 其他材料的气缸套， 或者在气缸筒上涂敷其他材 料。 其次是气缸筒之间区域的变形问题。该区域的 应力是由热应力和由于安装力、气缸的内压力引起 的机械应力叠加在一起形成的。在较高的最大爆发 压力下， 首先是动载荷提高了， 以致气缸筒之间的区 域出现明显的变形和应力。 为了改变这种局面， 必须 使气缸筒之间的区域达到足够的尺寸，还要采用合 适的形状， 同时采取有效的冷却措施。
致在气缸筒变形和气缸筒之间的薄壁区域的材料热 载荷方面出现其他问题。利用压铸镁合金可以使一 台 # % 发动机机体的质量减轻到 ). /0 以下［1］ ， 但是 它的成本较高。 有人认为， 镁合金作为曲轴箱材料目 前在大批量生产中没有什么吸引力。 尽管如此， 奥迪 公 司 最 近 还 是 成 功 地 将 一 台 升 功 率 达 到 "2 /3 4 % 的 . 气门、 )*5 % 涡轮增压汽油机的灰铸铁气缸体改 成了镁 6 铝混合材料气缸体，使发动机整机质量从
图$
声压级 $ -./
!"
’"
#"
0"
主轴承间隙 $ !+
主轴承间隙对发动机噪声的影响［!］
!"!
铝合金较低的弹性模量对声学和振动的影响 铝合金的弹性模量较低， 这会降低结构刚度， 增
大噪声。为此， 必须采取结构优化措施。
!"$
满足传递力流的要求 现代铝合金具有足够的强度可以用作发动机气
缸体材料， 但成问题的是螺纹连接部位。 螺纹孔中的 螺纹会由于装配而发生局部的塑性膨胀。 装配以后， 全靠螺纹孔口上的最前面几道螺纹承受作用力。由 于有很高的静载荷，可以在这个区域观察到对这种 铝合金而言相当典型的局部塑性化现象。如果在预 装配或者后来的维修过程中多次将螺栓连接、松开 又重新装上， 那么情况就会变得很严峻。 高的热载荷 与机械的交变载荷叠加在一起， 会引起材料的疲劳， 同样可能导致螺栓连接的失效。 另一种经常观察到的铝合金气缸体失效方式 是， 从螺纹孔出口的螺纹槽底部延伸出来的裂纹。 由 于钢螺栓和铝合金气缸体之间弹性模量和热膨胀系 数的差异， 在发动机运行过程中， 主要依靠螺栓和螺 纹孔的最后几道共同的螺纹承担着载荷。
1
前言
为了减少燃油消耗和降低二氧化碳排放，汽车
升功 如今， 柴油机最大爆发压力已经达到 !" /01 ，
［%］ 率达到 #" +. - 6 。
除了提高升功率以外，减轻单个零件的质量也 是发动机轻量化的重要途径。机体是发动机中单件 质量最大的零件， 一般都超过发动机质量的 % - * ， 甚 至接近 % - & 。目前， 减轻传统的灰铸铁机体质量有 & 条途径： 一是改进结构； 二是采用性能更佳的蠕墨铸 铁， 如奥迪 8# &3" 6 9:; 直喷式柴油机［!］ ； 三是采用 铝合金或者镁合金。 早在 *" 多年前， 就已经有生产铝合金发动机气 缸体的压铸机了。我国砂型铸造汽油机铝合金气缸 体的历史至少可以上溯到 &" 多年前。但是， 随着气 缸最大爆发压力的逐步上升，当年的铝合金气缸体 无论从材料性能， 还是从结构上都无法满足要求， 于 是曾有一段时期铝合金气缸体渐渐淡出。 但是， 随着 材料科学的发展和设计水平的提高，近来甚至最先 进的轿车柴油机都不乏重新采用铝合金气缸体的实 例。最初， 铝合金主要用于大型发动机， 戴姆勒 ’ 克 莱斯勒的顶级车 /1<=1>? （迈巴赫） 和 @ 级轿车的 %! 缸发动机就采用了连同底板 （曲轴箱下半部） 质量在
6 # 6
钱人一： 轿车发动机机体的轻量化技术
益。
功增加 %"!。气缸体轻量化的节油效果甚至还不足 以补偿由此引起的油耗上升。如果在铝发动机机体 中采用灰铸铁轴承盖，则可在机油流量和摩擦学特 性方面获得明显的改善。 主轴承间隙的增大还会对发动机的声学激励产 生不利的影响。如图 !， 主轴承间隙以 (")*" !+ 为 最佳。主轴承间隙超过 %"" !+， 则激振剧增。
$" 年代初升功率还只是在 !"5&" +. - 6 徘徊，那么 自从 !" 世纪末开始， 其上升趋势可谓 “突飞猛进” 。
!""# 年第 # 期
’
%
’
钱人一： 轿车发动机机体的轻量化技术
!" 轿车柴油机的铝合金气缸体每年生产批量已超
过 #$ 万件。 今天有许多中小型发动机， 甚至柴油机， 也已经在大批量生产中采用了铝合金气缸体。德国 大众汽车公司的路波 （%&’( ） )*# % +,- 涡轮增压直 喷式柴油机的气缸体就是一例。甚至一级方程式赛 车发动机也有用铝合金制造气缸体的。有人预测，
汽车工艺与材料 ・ 专题综述 ・
!"#$%$&’() #)*+,$($-. / %!#)0’!(
文章编号： （!""# ） %""&’((%) "#’"""%’"*
轿车发动机机体的轻量化技术
钱人一
（同济大学， 上海 !"""$! ） 摘要： 介绍了轿车发动机机体轻量化技术的最新进展。国外轿车发动机升功率急剧提高的趋势使得发动机功率密度 直逼 % +, - +.， 气缸最大爆发压力达到 !" /01 。在这样的背景下减轻发动机机体的质量， 实非易事。但是， 国外一些 甚至在柴油机机体上 著名公司如奥迪、 梅塞德斯 ’奔驰和戴姆勒 ’克莱斯勒等通过在结构和材料两方面采取的措施， 都已经将铝合金机体用于批量生产。 关键词： 发动机；轻量化；铝合金；铸造；混合式机体；等离子体涂敷 中图分类号： 2*#*3%& 文献标识码： 4
［.］ 。 )1. /0 降为 )## /0
#$$" 年欧洲生产的发动机气缸体将 会 有 超 过 半 数
是用铝合金制造的。我国汽车行业应机体材料的性能比较
灰铸铁具有足够的强度，为气缸筒滑移表面提
根据各种分析和实践，选择铝合金作为机体材 料是目前发动机轻量化的有效途径。
［&］ 内只有 &( +, 的铝合金气缸体 。而梅塞德斯’ 奔驰
的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。 研究表明， 汽 车 整 备 质 量 每 减 少 %"" +,， 百 公 里 油 耗 可 降 低
"3&5"3# 6。此外，汽车轻量化还可以提高汽车动力 性， 节省材料， 降低成本。有人预计， 到 !"%" 年汽车 整备质量平均将减轻 %)! ， 即 !7" +, ； 轿车整备质量 将从目前的平均 % &"" +, 左右降至 % """ +, 。
(2345672345 #7849:;:3< := *>? )93297 *<;29@7? &;:8A
!"#$ %&’()*
（9AB,CD 2BDEFGHDI< ， @?1B,?1D !"""$! ， J?DB1 ）
!BC5?>85： ;B I?DH K1KFG I?F L1IFHI MFEFLAKNFBI AB LD,?IOFD,?I IF>?BALA,< AP >1G FB,DBF ><LDBMFG =LA>+ DH DBIGAMQ>FM3 9?F G1KDM DB>GF1HDB, AP FB,DBF HKF>DPD> KAOFG GFHQLIH DB 1 KAOFG ’OFD,?I G1IDA 1KKGA1>?DB, IA % +, - +. 1BM I?F KF1+ E1LQF AP I?F ><LDBMFG KGFHHQGF GF1>?DB, !" /0132BMFG HQ>? 1 =1>+,GAQBM DI DH DBMFFM BAI F1H< IA GFMQ>F I?F /FG>FMFH’RFBS， :1DNLFG’J?G<HLFG， FB,DBF =LA>+ OFD,?I3RQI HFEFG1L P1NAQH 1QIANA=DLF N1BQP1>IQGFGH HQ>? 1H 4QMD， ?1EF I1+FB NF1HQGFH AB I?F HIGQ>IQGF 1BM N1IFGD1LH， FEFB PAG MDFHFL FB,DBFH FTQDKKFM ODI? 1LQNDBDQN FB,DBF =LA>+H DB =1I>? EALQNF KGAMQ>IDAB3 D7<6:?@C： FB,DBF ； LD,?IOFD,?I； 1LQNDBDQN 1LLA< ； >1HIDB, ； ?<=GDM’=LA>+ ； KL1HN1 >A1IDB,
供了良好的摩擦学性能，并且在铸造和机加工方面 也很优越。 所以， 迄今绝大多数发动机气缸体都采用 灰铸铁。 灰铸铁材料的最大缺点是密度大。 蠕墨铸铁 也有这个缺点， 但它具有更高的刚度和强度。 铝合金和镁合金在密度方面表现出明显的优 点， 但其刚度和强度较低。不过， 这两组材料在弹性 模量和强度相对于密度的比值方面具有非常良好的 结果， 完全胜任轻型结构材料的角色 （见图 )） 。然 而， 由于其较大的热膨胀， 如果没有相应措施， 发动 机运转时轴承间隙将会过度扩大，使得通过发动机 的机油流量剧增， 且声学激励明显加剧。
汽车工艺与材料
##$! #$$!
潜在曲轴箱材料与 =1. 钢性能之比 4 !
)#$ )$$ 5$ "$ 1$ #$ $
灰铸铁
!A).$ B
蠕墨铸铁
（89:;<=& ） >0 （3?1@ ） 89
图#
［#］ 潜在曲轴箱材料的性能数据
此外， 铝合金和镁合金的耐磨性较差， 不能满足 气缸筒表面的要求。而且， 它们的蠕变强度有限， 而 这种蠕变强度是设计中必须加以考虑的。这些缺点 可以通过改善结构加以补救，但这将使成本上升得 更高。 铝合金和镁合金相比， 镁的强度指标胜铝一筹， 密度也更小， 所以在汽车上早就有所应用， 例如桑塔 纳轿车的变速器壳体一直采用镁合金压铸。 可是， 镁 合金的导热性远不及铝， 仅处在灰铸铁的水平上， 以
发动机的轻量化， 除了上述目的以外， 还涉及到 整车的质量分布 （汽车行驶动力学） 。将汽油机改换 成柴油机时， 往往会使发动机变重 （坚固的结构、 涡 轮增压器、 增压空气冷却器、 喷油装置等） ， 导致前桥 轴荷增加， 使得整车的均衡性受到了破坏。所以， 轿 车发动机的轻量化已经成为整车开发中一个不可忽 视的问题。 发动机轻量化的途径， 首先是提高升功率， 以降 低发动机单位功率的质量。最先进的功率密度指标 已逼近 % +, - +.。以轿车柴油机为例， 如果 !" 世纪
密度 弹性模量 抗拉强度 弹性模量 4 密度 抗拉强度 4 密度 热膨胀系数
"
铝合金机体铸造工艺的讨论
铝合金机体的铸造工艺从原理上可以分成多次
使用的铸型 （金属型） 和一次使用的铸型 （砂型） 。砂 芯的制造方法也有所不同。当今在大批量生产中最 为常用的是砂型重力铸造和压铸。砂型重力铸造在 成型方面提供了最大的自由度，可以采用封闭的气 缸盖连接面 （闭式顶板） 。如果生产件数较高 （年产 ， 那么压铸是一种经济的解决方案。压 #$ 万件以上） 铸能以很短的节拍、精细的表面质量和精确的尺寸 实现铸件薄壁结构。 然而， 由于熔融金属充型压力很 高不能使用砂芯，水套通常必须往上敞开（开式顶 板） 。 这意味着气缸筒缺乏径向的支撑。 但是， 即使如 此也未必会导致气缸筒严重变形。 现在， 甚至直喷式 柴油机都可以做成开式顶板结构。 此外， 压铸快速的 充型过程易导致气泡的生成，以致无法通过热时效 硬化改善力学性能。这个缺点可以利用挤压铸造加 以避免， 因为这种工艺采用的压力较低， 使得充型过 程明显地减缓， 有可能进行补缩。此外， 压铸对于水 套的长度有着间接的影响。 由于气缸直径、 拉杆螺栓 的位置、密封法兰最小宽度以及必需的通常为 $*.7 的起模斜度等因素，实际制成的压铸机体的水套通 常至多只能覆盖活塞行程的 2$!。这会降低通过活 塞环的热流量，提高机油的热负荷。在机体结构方 面， 压铸有一些局限性。 不过这些均可通过技术手段 加以控制。 机体是否采用压铸的工艺， 首先还是取决 于生产批量。 对于高负荷发动机来说，选择砂型铸造更能通 过合适的造型工艺、 合金优化和热处理来生产可靠、 耐久的发动机机体。 从零件成本看， 充分利用砂型铸 造在成型方面较大的自由度，还可以将各种功能整 合到气缸体中去，在总体上减轻质量，提高经济效
!
铝合金机体结构必须解决的问题
灰铸铁气缸体改用铝合金铸造，必须满足一些
额外的要求， 分述如下。
!"#
确保气缸筒滑移表面耐磨， 不易变形 首先是气缸筒 $ 活塞 $ 活塞环摩擦副的耐磨性和
摩擦学问题。活塞和活塞环由于作为摩擦副的耐磨 性和摩擦学特性不好而不能直接在铸铝合金气缸筒 上工作。 解决的办法是在铝合金气缸体中铸入 （或嵌 入） 其他材料的气缸套， 或者在气缸筒上涂敷其他材 料。 其次是气缸筒之间区域的变形问题。该区域的 应力是由热应力和由于安装力、气缸的内压力引起 的机械应力叠加在一起形成的。在较高的最大爆发 压力下， 首先是动载荷提高了， 以致气缸筒之间的区 域出现明显的变形和应力。 为了改变这种局面， 必须 使气缸筒之间的区域达到足够的尺寸，还要采用合 适的形状， 同时采取有效的冷却措施。
致在气缸筒变形和气缸筒之间的薄壁区域的材料热 载荷方面出现其他问题。利用压铸镁合金可以使一 台 # % 发动机机体的质量减轻到 ). /0 以下［1］ ， 但是 它的成本较高。 有人认为， 镁合金作为曲轴箱材料目 前在大批量生产中没有什么吸引力。 尽管如此， 奥迪 公 司 最 近 还 是 成 功 地 将 一 台 升 功 率 达 到 "2 /3 4 % 的 . 气门、 )*5 % 涡轮增压汽油机的灰铸铁气缸体改 成了镁 6 铝混合材料气缸体，使发动机整机质量从
图$
声压级 $ -./
!"
’"
#"
0"
主轴承间隙 $ !+
主轴承间隙对发动机噪声的影响［!］
!"!
铝合金较低的弹性模量对声学和振动的影响 铝合金的弹性模量较低， 这会降低结构刚度， 增
大噪声。为此， 必须采取结构优化措施。
!"$
满足传递力流的要求 现代铝合金具有足够的强度可以用作发动机气
缸体材料， 但成问题的是螺纹连接部位。 螺纹孔中的 螺纹会由于装配而发生局部的塑性膨胀。 装配以后， 全靠螺纹孔口上的最前面几道螺纹承受作用力。由 于有很高的静载荷，可以在这个区域观察到对这种 铝合金而言相当典型的局部塑性化现象。如果在预 装配或者后来的维修过程中多次将螺栓连接、松开 又重新装上， 那么情况就会变得很严峻。 高的热载荷 与机械的交变载荷叠加在一起， 会引起材料的疲劳， 同样可能导致螺栓连接的失效。 另一种经常观察到的铝合金气缸体失效方式 是， 从螺纹孔出口的螺纹槽底部延伸出来的裂纹。 由 于钢螺栓和铝合金气缸体之间弹性模量和热膨胀系 数的差异， 在发动机运行过程中， 主要依靠螺栓和螺 纹孔的最后几道共同的螺纹承担着载荷。
1
前言
为了减少燃油消耗和降低二氧化碳排放，汽车
升功 如今， 柴油机最大爆发压力已经达到 !" /01 ，
［%］ 率达到 #" +. - 6 。
除了提高升功率以外，减轻单个零件的质量也 是发动机轻量化的重要途径。机体是发动机中单件 质量最大的零件， 一般都超过发动机质量的 % - * ， 甚 至接近 % - & 。目前， 减轻传统的灰铸铁机体质量有 & 条途径： 一是改进结构； 二是采用性能更佳的蠕墨铸 铁， 如奥迪 8# &3" 6 9:; 直喷式柴油机［!］ ； 三是采用 铝合金或者镁合金。 早在 *" 多年前， 就已经有生产铝合金发动机气 缸体的压铸机了。我国砂型铸造汽油机铝合金气缸 体的历史至少可以上溯到 &" 多年前。但是， 随着气 缸最大爆发压力的逐步上升，当年的铝合金气缸体 无论从材料性能， 还是从结构上都无法满足要求， 于 是曾有一段时期铝合金气缸体渐渐淡出。 但是， 随着 材料科学的发展和设计水平的提高，近来甚至最先 进的轿车柴油机都不乏重新采用铝合金气缸体的实 例。最初， 铝合金主要用于大型发动机， 戴姆勒 ’ 克 莱斯勒的顶级车 /1<=1>? （迈巴赫） 和 @ 级轿车的 %! 缸发动机就采用了连同底板 （曲轴箱下半部） 质量在
6 # 6
钱人一： 轿车发动机机体的轻量化技术
益。
功增加 %"!。气缸体轻量化的节油效果甚至还不足 以补偿由此引起的油耗上升。如果在铝发动机机体 中采用灰铸铁轴承盖，则可在机油流量和摩擦学特 性方面获得明显的改善。 主轴承间隙的增大还会对发动机的声学激励产 生不利的影响。如图 !， 主轴承间隙以 (")*" !+ 为 最佳。主轴承间隙超过 %"" !+， 则激振剧增。
$" 年代初升功率还只是在 !"5&" +. - 6 徘徊，那么 自从 !" 世纪末开始， 其上升趋势可谓 “突飞猛进” 。
!""# 年第 # 期
’
%
’
钱人一： 轿车发动机机体的轻量化技术
!" 轿车柴油机的铝合金气缸体每年生产批量已超
过 #$ 万件。 今天有许多中小型发动机， 甚至柴油机， 也已经在大批量生产中采用了铝合金气缸体。德国 大众汽车公司的路波 （%&’( ） )*# % +,- 涡轮增压直 喷式柴油机的气缸体就是一例。甚至一级方程式赛 车发动机也有用铝合金制造气缸体的。有人预测，
汽车工艺与材料 ・ 专题综述 ・
!"#$%$&’() #)*+,$($-. / %!#)0’!(
文章编号： （!""# ） %""&’((%) "#’"""%’"*
轿车发动机机体的轻量化技术
钱人一
（同济大学， 上海 !"""$! ） 摘要： 介绍了轿车发动机机体轻量化技术的最新进展。国外轿车发动机升功率急剧提高的趋势使得发动机功率密度 直逼 % +, - +.， 气缸最大爆发压力达到 !" /01 。在这样的背景下减轻发动机机体的质量， 实非易事。但是， 国外一些 甚至在柴油机机体上 著名公司如奥迪、 梅塞德斯 ’奔驰和戴姆勒 ’克莱斯勒等通过在结构和材料两方面采取的措施， 都已经将铝合金机体用于批量生产。 关键词： 发动机；轻量化；铝合金；铸造；混合式机体；等离子体涂敷 中图分类号： 2*#*3%& 文献标识码： 4
［.］ 。 )1. /0 降为 )## /0
#$$" 年欧洲生产的发动机气缸体将 会 有 超 过 半 数
是用铝合金制造的。我国汽车行业应机体材料的性能比较
灰铸铁具有足够的强度，为气缸筒滑移表面提
根据各种分析和实践，选择铝合金作为机体材 料是目前发动机轻量化的有效途径。
［&］ 内只有 &( +, 的铝合金气缸体 。而梅塞德斯’ 奔驰
的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。 研究表明， 汽 车 整 备 质 量 每 减 少 %"" +,， 百 公 里 油 耗 可 降 低
"3&5"3# 6。此外，汽车轻量化还可以提高汽车动力 性， 节省材料， 降低成本。有人预计， 到 !"%" 年汽车 整备质量平均将减轻 %)! ， 即 !7" +, ； 轿车整备质量 将从目前的平均 % &"" +, 左右降至 % """ +, 。
(2345672345 #7849:;:3< := *>? )93297 *<;29@7? &;:8A
!"#$ %&’()*
（9AB,CD 2BDEFGHDI< ， @?1B,?1D !"""$! ， J?DB1 ）
!BC5?>85： ;B I?DH K1KFG I?F L1IFHI MFEFLAKNFBI AB LD,?IOFD,?I IF>?BALA,< AP >1G FB,DBF ><LDBMFG =LA>+ DH DBIGAMQ>FM3 9?F G1KDM DB>GF1HDB, AP FB,DBF HKF>DPD> KAOFG GFHQLIH DB 1 KAOFG ’OFD,?I G1IDA 1KKGA1>?DB, IA % +, - +. 1BM I?F KF1+ E1LQF AP I?F ><LDBMFG KGFHHQGF GF1>?DB, !" /0132BMFG HQ>? 1 =1>+,GAQBM DI DH DBMFFM BAI F1H< IA GFMQ>F I?F /FG>FMFH’RFBS， :1DNLFG’J?G<HLFG， FB,DBF =LA>+ OFD,?I3RQI HFEFG1L P1NAQH 1QIANA=DLF N1BQP1>IQGFGH HQ>? 1H 4QMD， ?1EF I1+FB NF1HQGFH AB I?F HIGQ>IQGF 1BM N1IFGD1LH， FEFB PAG MDFHFL FB,DBFH FTQDKKFM ODI? 1LQNDBDQN FB,DBF =LA>+H DB =1I>? EALQNF KGAMQ>IDAB3 D7<6:?@C： FB,DBF ； LD,?IOFD,?I； 1LQNDBDQN 1LLA< ； >1HIDB, ； ?<=GDM’=LA>+ ； KL1HN1 >A1IDB,
供了良好的摩擦学性能，并且在铸造和机加工方面 也很优越。 所以， 迄今绝大多数发动机气缸体都采用 灰铸铁。 灰铸铁材料的最大缺点是密度大。 蠕墨铸铁 也有这个缺点， 但它具有更高的刚度和强度。 铝合金和镁合金在密度方面表现出明显的优 点， 但其刚度和强度较低。不过， 这两组材料在弹性 模量和强度相对于密度的比值方面具有非常良好的 结果， 完全胜任轻型结构材料的角色 （见图 )） 。然 而， 由于其较大的热膨胀， 如果没有相应措施， 发动 机运转时轴承间隙将会过度扩大，使得通过发动机 的机油流量剧增， 且声学激励明显加剧。
汽车工艺与材料
##$! #$$!
潜在曲轴箱材料与 =1. 钢性能之比 4 !
)#$ )$$ 5$ "$ 1$ #$ $
灰铸铁
!A).$ B
蠕墨铸铁
（89:;<=& ） >0 （3?1@ ） 89
图#
［#］ 潜在曲轴箱材料的性能数据
此外， 铝合金和镁合金的耐磨性较差， 不能满足 气缸筒表面的要求。而且， 它们的蠕变强度有限， 而 这种蠕变强度是设计中必须加以考虑的。这些缺点 可以通过改善结构加以补救，但这将使成本上升得 更高。 铝合金和镁合金相比， 镁的强度指标胜铝一筹， 密度也更小， 所以在汽车上早就有所应用， 例如桑塔 纳轿车的变速器壳体一直采用镁合金压铸。 可是， 镁 合金的导热性远不及铝， 仅处在灰铸铁的水平上， 以
发动机的轻量化， 除了上述目的以外， 还涉及到 整车的质量分布 （汽车行驶动力学） 。将汽油机改换 成柴油机时， 往往会使发动机变重 （坚固的结构、 涡 轮增压器、 增压空气冷却器、 喷油装置等） ， 导致前桥 轴荷增加， 使得整车的均衡性受到了破坏。所以， 轿 车发动机的轻量化已经成为整车开发中一个不可忽 视的问题。 发动机轻量化的途径， 首先是提高升功率， 以降 低发动机单位功率的质量。最先进的功率密度指标 已逼近 % +, - +.。以轿车柴油机为例， 如果 !" 世纪
密度 弹性模量 抗拉强度 弹性模量 4 密度 抗拉强度 4 密度 热膨胀系数
"
铝合金机体铸造工艺的讨论
铝合金机体的铸造工艺从原理上可以分成多次
使用的铸型 （金属型） 和一次使用的铸型 （砂型） 。砂 芯的制造方法也有所不同。当今在大批量生产中最 为常用的是砂型重力铸造和压铸。砂型重力铸造在 成型方面提供了最大的自由度，可以采用封闭的气 缸盖连接面 （闭式顶板） 。如果生产件数较高 （年产 ， 那么压铸是一种经济的解决方案。压 #$ 万件以上） 铸能以很短的节拍、精细的表面质量和精确的尺寸 实现铸件薄壁结构。 然而， 由于熔融金属充型压力很 高不能使用砂芯，水套通常必须往上敞开（开式顶 板） 。 这意味着气缸筒缺乏径向的支撑。 但是， 即使如 此也未必会导致气缸筒严重变形。 现在， 甚至直喷式 柴油机都可以做成开式顶板结构。 此外， 压铸快速的 充型过程易导致气泡的生成，以致无法通过热时效 硬化改善力学性能。这个缺点可以利用挤压铸造加 以避免， 因为这种工艺采用的压力较低， 使得充型过 程明显地减缓， 有可能进行补缩。此外， 压铸对于水 套的长度有着间接的影响。 由于气缸直径、 拉杆螺栓 的位置、密封法兰最小宽度以及必需的通常为 $*.7 的起模斜度等因素，实际制成的压铸机体的水套通 常至多只能覆盖活塞行程的 2$!。这会降低通过活 塞环的热流量，提高机油的热负荷。在机体结构方 面， 压铸有一些局限性。 不过这些均可通过技术手段 加以控制。 机体是否采用压铸的工艺， 首先还是取决 于生产批量。 对于高负荷发动机来说，选择砂型铸造更能通 过合适的造型工艺、 合金优化和热处理来生产可靠、 耐久的发动机机体。 从零件成本看， 充分利用砂型铸 造在成型方面较大的自由度，还可以将各种功能整 合到气缸体中去，在总体上减轻质量，提高经济效