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鋁活塞和鋼制氣缸套

發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性與發(fā)動(dòng)機(jī)部件的運(yùn)動(dòng)慣性是分不開的，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件包括曲軸、活塞、連桿等。由于曲軸要求瞬間強(qiáng)度非常高，所以只能采用高強(qiáng)度鋼來制造。

活塞就沒有曲軸這樣的局限了，在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上，通常都是用鋁合金來制造活塞。更輕的活塞重量能產(chǎn)生更高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而能獲得更大的動(dòng)力輸出。

使用鋁合金來制造活塞，成本并不是非常昂貴，主要問題是出在摩擦阻力上。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，活塞與氣缸壁之間肯定會(huì)產(chǎn)生摩擦。而鋁和鋁直接的摩擦系數(shù)是很高的，它比鋁和鑄鐵之間的摩擦系數(shù)要高得多。這樣一來，如果全鋁缸體配合全鋁活塞，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候摩擦阻力就會(huì)非常大，這顯然是不可取的，這也就是為何許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用鋁合金活塞，但必須使用鑄鐵缸體的原因。但如果為了采用全鋁缸體而采用鑄鐵活塞，那顯然是更得不償失的。

那如何解決這一矛盾呢？

目前最主流的解決辦法，就是在鋁制的氣缸體內(nèi)鑲一個(gè)鋼制的氣缸套，讓鋁合金活塞不會(huì)與鋁制的氣缸壁相接觸。這種設(shè)計(jì)可以解決這一矛盾，當(dāng)然也會(huì)增加一些成本。

這種方法在70年代中期首先被雪佛蘭Vega所采用。它的發(fā)動(dòng)機(jī)采用全鋁設(shè)計(jì)，在鋁合金的氣缸體內(nèi)鑲上了一個(gè)鑄鐵的缸套，當(dāng)然活塞同樣也是用鋁合金制造的。它的摩擦阻力比全鑄鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多，因此它的動(dòng)力得到了很大程度的提高。不僅如此，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)還能獲得更輕的重量和更小的運(yùn)勁慣性，改善了車子的加速性、操控性和經(jīng)濟(jì)性。后來，這種方法被許多配備了高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車所采用。

還有一個(gè)解決辦法，就是采用增強(qiáng)型金屬纖維氣缸套（FRM）。本田在它的NSX3.2升發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了這個(gè)技術(shù)。它的成本和升功率在鑄鐵缸體和鑲缸套之間。這種解決辦法，是在全鋁的缸體上直接把金屬纖維加熱融化以后，通過特殊工藝把金屬粒子滲透到氣缸壁上，就仿佛在氣缸壁上電鍍了一層厚度只有0.5毫米的金屬纖維。與鑄鐵缸體相比，它能產(chǎn)生更低的摩擦阻力，因而改善了轉(zhuǎn)速和功率。同時(shí)，金屬纖維是直接滲透到氣缸缸體里的，所以它的強(qiáng)度非常大（相當(dāng)于整個(gè)缸體的強(qiáng)度）。

鈦合金連桿

鈦是一種重量很輕，強(qiáng)度很大的材料，而且價(jià)格非常昂貴，一般只在航空領(lǐng)域采用。但是，這種航空材料最終還是被應(yīng)用在了汽車上，不過僅限于高性能的運(yùn)動(dòng)轎車，因?yàn)橹挥羞@些汽車才會(huì)為了提高性能而不計(jì)成本的采用盡可能適合的材料。蘭博基尼的Diablo、法拉力的F355/360M/550M、還有保時(shí)捷的911GT3等都采用鈦合金來制造連桿，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

鍛造工藝

鍛造是一種非常傳統(tǒng)的制造工藝，但是它不能在高強(qiáng)度和輕量化之間取得很好的平衡。在本田的TypeR和其他高性能汽車上，經(jīng)常采用鍛造工藝來制造活塞、曲軸和連桿。

由于鍛造需要用手工完成，因此需要花費(fèi)巨大的人工成本。鍛造高溫的金屬能讓更多的礦物質(zhì)滲透到金屬粒子當(dāng)中去，因而改善了零件的強(qiáng)度和耐熱性，最終有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高和動(dòng)力輸出。同時(shí)，鍛造還能改善一些部件的摩擦系數(shù)，例如采用鍛造工藝制造的活塞就能更好的減小表面的摩擦系數(shù)。