鑄鐵缸體vs鋁缸體，誰更強？別傻，根本就沒有兩全其美的好事

缸體及其零部件的材料工藝

這個問題講起來就比較深奧了

畢竟不同的技術

可能會導致不同的動力輸出

不同的材料選擇

也會影響引擎的效用

讀完這篇

你會發現

這世界沒有十全十美的事情

Author / 蟹爪朝天

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大家可以先回顧這一篇文章

鋁缸體

鋁作為缸體材質最早應用於1919年的hispano-Suiza H6和1922年的Lancia Lambda V4。

1953的瑪莎拉蒂A6GCS、1954年的A&R; Giulietta Sprint、1956年的寶馬507、1958年的Elite以及同時期的法拉利及蘭博等引擎也將鋁缸體作為區分性能車和普通車的標誌之一。

1963年羅孚將1961年別克開發的3.9 V8鋁缸體專利權買斷後投入大規模量產，並在路虎、TVR、Morgans等車型上使用了40年。（酷樂汽車CLauto）

1979年奔馳在V8引擎中使用了鋁缸體。

1982年標誌在205、309等車型上使用了鋁缸體。

1994年寶馬在M52直6引擎中使用了鋁缸體。1997年通用在LS1 V8引擎中使用了鋁缸體。

其它品牌多在2000-2010年才逐步使用鋁缸體。

所謂的鋁合金缸體，通常由90%鋁、5.5%-7.5%的硅和少量其它金屬組成。其優點是重量、強度、散熱能力和化學穩定性的整體性能。

由於強度較差，鋁合金缸體通常需要通過加厚加大的方式達到和鑄鐵缸體同樣的強度。這就導致了其體積比鑄鐵缸體更大，以及一些輔助的肋條等強化設計。

相比於鑄鐵缸體引擎而言，體積更大的鋁合金缸體通常可以將4缸引擎減重十幾公斤。

這有利於整車的減重及重心的平衡。導熱能力更好的鋁還可以提高散熱能力，降低引擎的爆震傾向。

鋁鎂缸體

寶馬直6-N52引擎比M54引擎減重了10公斤的原因是使用鋁鎂組合的缸體。鎂的耐熱、強度、耐腐蝕性都不如鋁，但它比鋁更輕。

所以在製造缸體時通常是在鎂外殼內再加入一個鋁質內殼。2014年渦輪直6-N54考慮到強度問題，放棄了鎂鋁組合的設計。

蠕墨鑄鐵缸體

考慮到柴油渦輪引擎過大的缸壓，鋁缸體在重量和體積上沒有任何優勢。

於是1999年寶馬在E38 740D上使用了蠕墨鑄鐵缸體，同年的奧迪A8 3.3TDI V8的引擎上也使用了着用材質。（酷樂汽車CLauto）

蠕墨鑄鐵中的石墨顆粒比傳統灰鑄鐵的更短更厚，因此其抗拉強度提高了75%左右，彈性模量提高了40%左右，抗金屬疲勞能力提高了100%左右。

由於性能的提升，蠕墨鑄鐵缸體可以做的更薄一些、體積更小一些，為引擎整體減重15%-20%。

目前蠕墨鑄鐵主要用在一些高性能柴油引擎上，如大眾V6、大眾V8、福特和捷豹的V6等。福特F150和部分林肯的汽油引擎也使用了蠕墨鑄鐵。

水道

封閉式水道的優點是缸筒上下均和缸體相連，強度較好。開放式水道的優點是省去了上部缸筒和缸體的連接，減少了重量。水容量更大、缸筒和水的接觸散熱面積更大，散熱更好。

由於在開放式水道中，缸筒上部沒有和缸體連接，所以其強度較差，在高負載、高轉速、高增壓的情況下容易出現缸筒變形的情況。

開放式水道的N54和N55的動力限制在300匹左右，M3和M4的S55使用封閉式水道的主要原因就是這個。

缸套

雖然活塞減重是提升引擎性能的一大方法，但鋁活塞和鋁缸體的配合會導致較大的磨損率。因此早期的鋁缸體都是配合鑄鐵活塞使用的。

1970年代雪佛蘭在活塞表面設計過鐵塗層，但終因由於成本過高而放棄了。隨後在各品牌的設計中都使用了球墨鑄鐵的缸套作為解決之策。

親油性鎳基碳化硅塗層

在保時捷911 RS 2.7、邁凱倫F1、捷豹AJ8等車型中，設計師使用鎳基碳化硅塗層替代了球墨鑄鐵缸套。這種塗層的優勢是低摩擦、高導熱和高硬度。在使用過程中活塞環會磨掉裸露出來的鎳，保留下光滑的碳化硅。

相比於3mm-5mm厚度的缸套而言，塗層0.1mm的厚度可以讓缸筒之間的距離更小。這個優勢可以使引擎整體尺寸更小，也可以作為擴大缸徑的前提。這種塗層的缺點是容易和汽油中的硫發生反應。

高硅鋁合金

考慮到鎳基碳化硅塗層的成本過高，有些非高性能引擎中使用了高硅鋁合金。

其成分是78%左右的鋁、17%左右的硅、銅和鎂。使用珩磨、研磨及化學蝕刻的方式使金屬表面硬質的硅暴露出來，從而在鋁表面上形成豐富的硅顆粒，以減少摩擦。

相比於鎳基碳化硅塗層來説，高硅鋁合金的耐磨性、導熱性和重量方面都較差，但其不會受到汽油中硫的影響，而且很便宜。

大眾的V6、V8、W12引擎以及1996年後的很多寶馬引擎都使用了這種工藝。

纖維強化金屬FRM

利用模具在纖維材料中加入液態鋁，形成纖維和鋁的組合。套厚度為0.5mm。

這種設計的性能和成本都在球墨鑄鐵缸套和鎳基碳化硅塗層之間，較小的套厚也可以減小缸筒之間的距離。本田將這種設計應用在了NSX 3.2、S2000車型上。

雙絲電弧噴塗

奔馳在CLK63 AMG的6.2 V8引擎中使用了雙絲電弧噴塗技術。兩組鐵絲和碳絲一起加熱到2000°C汽化，噴塗在鋁缸體表面形成0.1mm-0.15mm厚的晶鐵層，珩磨成鏡面。其優點是低摩擦和抗硫能力。

缸蓋

考慮到缸蓋的高温和散熱問題，鑄鐵及鋁合金缸體都會搭配鋁合金缸蓋。主要成分是鋁，鎂、硅可以提高其強度和耐腐蝕性，銅、鎳可以提高其耐熱性。

多數量產引擎的缸蓋是壓鑄出來的。馬丁V12S、野馬302、卡邁羅Z/28等一些車型考慮到進排氣道及燃燒室頂的特殊形狀有利於VE及燃燒，使用了CNC工藝製造缸蓋。

凸輪軸多是鋼製的，也有一些是空心鋼製的。有些凸輪軸會在突起出DLC塗層以提高硬度和光滑度。

高温的排氣門需要耐熱材質，普通原廠引擎多用不鏽鋼制的。

性能取向或改裝引擎多用鎳鉻合金或鈦合金的。

其中鈦合金還可以帶來40%左右的減重效果。原廠使用鈦合金排氣門的車型主要有：英菲尼迪4.5 V8、凌志5.0 V8以及通用的LS7、LS9、LSA、LT4。

其中通用V8引擎使用鈦合金氣門主要是考慮到了在每缸兩氣門設計中，每個氣門的重量較大。充鈉氣門的設計是在中空的氣門杆中充入鈉，通過液態鈉在上下的來回流動將熱量導出到頂部。

活塞組

在售普通車型中通常使用的是鑄造鋁合金活塞，在一些高性能車型中使用的是鍛造鋁合金活塞。原廠鍛造活塞或改裝用鍛造活塞是將鋁合金保持在430°C左右進行衝壓而成的。

相比於鑄造更緻密的結構提供了更好的強度、機械性能和耐熱性，使其可以使用更小的厚度以減小重量。

考慮到強度問題，性能取向的連桿多是由鉻鉬鋼鍛造的。911 GT3、NSX、F355、458等一些9000轉車型中，連桿使用了鈦合金。

性能取向的曲軸多由鉻鉬鋼鍛造、CNC而成。

歧管

進氣歧管的温度不高，所以很多材質均被採用。

其中：灰鐵便宜但重量大；鋁質的重量較輕；鎂質的比鋁質的輕，噪音比樹脂的小；樹脂的很輕也很便宜；碳纖的最輕但也最貴。

考慮到可能有1000°C左右的廢氣，原廠車的排氣歧管多使用鑄鐵，性能車或改裝車的排氣歧管多使用304不鏽鋼。

相比於鑄鐵，304不鏽鋼排氣管在啓動引擎後的升温過程更快，也就可以讓三元更早的達到工作温度。有些排氣歧管會在內壁設計上陶瓷塗層，以便減少向外的散熱，保持排氣效率，減少對周邊零件的熱干擾。

集成式排氣歧管是將歧管和缸蓋組合在了一起，並通過水道為歧管散熱，以減低熱量對渦輪壽命的損耗。相比於傳統的排氣歧管來説，集成式排氣歧管的優點是更小的空間佔用、更小的重量、更好的暖機效率。

其最大的缺點是沒有了後期改裝的可能。（酷樂汽車CLauto）

一般車型的機油底殼多是濕式底殼，也就是底殼較大較深，用底殼來存儲機油。油底殼材質沒有特殊要求。考慮到減重以樹脂材質為優，考慮到機油散熱以鋁質為優。

在一些高性能或改裝引擎中使用的是乾式油底殼，就是較小較淺的底殼，配合儲油罐、輸油泵等組件。乾式底殼的優點是降低了引擎整體的高度，可以將引擎安裝的更低一些，以便降低重心。

而且乾式底殼內是充滿了泵壓油的，在G值較大的燃情駕駛中不會出現機油泵抽不到油的情況。

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