汽車輕量化是實現汽(qi)(qi)(qi)車(che)節能減排的(de)重要途徑，已經成為世界汽(qi)(qi)(qi)車(che)發展的(de)潮(chao)流。研究表明(ming)，汽(qi)(qi)(qi)油(you)乘(cheng)用車(che)每減重100kg將節油(you)0.39L/100km；汽(qi)(qi)(qi)車(che)質量每降(jiang)(jiang)低10%，可降(jiang)(jiang)低油(you)耗6-8%，排放(fang)下降(jiang)(jiang)4%。

發動機的重量在乘(cheng)用(yong)車整車中占12%左(zuo)右(you)。發動機的輕量化，可以(yi)提高汽車動力性、節(jie)省材料、降低成本(ben)，并涉(she)及整車的質量分(fen)布。發動機的輕量化必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)在以(yi)工作可靠性和整車安全性為(wei)前提下，通過材料、工藝、結構(gou)的優化設計達到輕量化目標(biao)。

一(yi)、發動(dong)機輕量化途(tu)徑(jing)

發動機輕量化(hua)技術途徑是通過結構優化(hua)和使用輕質材料。

（1）通過拓撲優化(hua)(hua)分(fen)析相關零(ling)件結(jie)構并(bing)進行尺寸優化(hua)(hua)和形狀優化(hua)(hua)，降低(di)零(ling)件重量并(bing)同(tong)時降低(di)零(ling)件成本(ben)。

（2）通過不(bu)同零件功(gong)能組合，進(jin)行零件模塊化(hua)設計，減少零件數量，提高模塊通用性。

（3）采(cai)用先(xian)進(jin)的(de)輕(qing)量(liang)化(hua)材料技術(shu)、加工(gong)設備及成型工(gong)藝技術(shu)實現(xian)汽車發動機產品零件的(de)輕(qing)量(liang)化(hua)。

（4）在具體實施的(de)過程中(zhong)應采取概念設(she)計先行(xing)，材料與工藝(yi)相輔相成的(de)技術(shu)路線(xian)。

二、結構優化

目前在發(fa)動(dong)(dong)機設計研發(fa)行業(ye)里，發(fa)動(dong)(dong)機集成化(hua)、輕量化(hua)是(shi)設計的主流方向，同時(shi)，發(fa)動(dong)(dong)機零部(bu)件(jian)的結(jie)構(gou)創新(xin)和優化(hua)對裝備(bei)和工藝也(ye)提出了新(xin)的要求。下面(mian)列(lie)舉幾個結(jie)構(gou)創新(xin)的例(li)子。

1.氣缸蓋集成排(pai)氣歧管

近年來，無(wu)論是大眾最新的第三代EA888，還(huan)是現代的Kappa，又(you)或(huo)是通用最新的Ecotec，在(zai)這些(xie)(xie)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)上都(dou)(dou)不(bu)太容易找到排(pai)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)(qi)管(guan)。難道這些(xie)(xie)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)都(dou)(dou)不(bu)需要排(pai)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)(qi)管(guan)嗎？其實(shi)這些(xie)(xie)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)并(bing)沒(mei)有將排(pai)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)(qi)管(guan)拋棄(qi)，而是巧妙地將排(pai)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)(qi)管(guan)集(ji)合(he)在(zai)了發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)缸(gang)蓋里，這樣(yang)從外(wai)部看起來發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)仿佛就沒(mei)有了排(pai)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)(qi)管(guan)（圖1紅色(se)部分）。

圖1

由于(yu)這項(xiang)技術將排(pai)氣(qi)歧管集(ji)成于(yu)氣(qi)缸蓋(gai)內，排(pai)氣(qi)歧管內的(de)熱廢氣(qi)能(neng)夠更好(hao)地與(yu)缸蓋(gai)水(shui)套(tao)進(jin)行熱交換，這樣同是采用發動機冷(leng)卻(que)(que)水(shui)來冷(leng)卻(que)(que)，相當(dang)于(yu)冷(leng)卻(que)(que)系統多了一個熱源(yuan)，能(neng)夠更快地實現(xian)暖機，減少冷(leng)啟動造成內部構件的(de)摩(mo)擦，使發動機更快地進(jin)入高效工作(zuo)狀態，從而達(da)到降低(di)排(pai)放，節(jie)省油耗(hao)的(de)目(mu)的(de)。

由于內置式氣(qi)缸蓋(gai)排氣(qi)歧管也起到了簡化發動機零部件(jian)的作用，從而能讓發動機減少3-5kg的重(zhong)量(liang)(liang)，同(tong)時減少的重(zhong)量(liang)(liang)位于發動機頂部，所(suo)以這對于整車(che)的重(zhong)心降低(di)是(shi)有所(suo)裨益的。

日產汽車公(gong)司的(de)VR30DDTT發動機機型(xing)的(de)氣(qi)(qi)缸蓋(gai)將排(pai)(pai)氣(qi)(qi)歧管與原(yuan)氣(qi)(qi)缸蓋(gai)集成為一體（見圖2）。由此，能在(zai)氣(qi)(qi)缸蓋(gai)的(de)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)出口處布置(zhi)渦(wo)輪(lun)增壓器，使得催(cui)化器可(ke)布置(zhi)在(zai)氣(qi)(qi)缸蓋(gai)附(fu)近。其結(jie)果表明，該舉措能大幅提升起動后(hou)催(cui)化器入(ru)口的(de)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)溫度(du)(du)，使催(cui)化劑活性時間減少50%左(zuo)右。另一方面，在(zai)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)溫度(du)(du)較高的(de)條件下，利用氣(qi)(qi)缸蓋(gai)內的(de)散熱能有效降低排(pai)(pai)氣(qi)(qi)溫度(du)(du)。

圖2

2.瘦身連桿

EA888發(fa)動機(ji)連(lian)桿的(de)(de)結構優(you)化(hua)(hua)也(ye)(ye)十分(fen)明顯,在確保(bao)工(gong)件強(qiang)度和剛(gang)性的(de)(de)前提(ti)下(xia), 其(qi)桿部至圍繞大(da)頭孔部分(fen)都進行了瘦身。若取桿部中截面(mian)觀察, 呈清晰(xi)的(de)(de)“工(gong)”字形。小大(da)頭孔部的(de)(de)上、下(xia)端面(mian),在極大(da)多數情況下(xia)都為一(yi)組平(ping)行面(mian), 經結構優(you)化(hua)(hua)后(hou)的(de)(de)這部分(fen)形狀變成了鍥形。其(qi)他還有若干處也(ye)(ye)體(ti)現了去重、優(you)化(hua)(hua)，如連(lian)桿小大(da)頭孔凸緣部分(fen)的(de)(de)削薄處理以及取消孔內的(de)(de)銅(tong)套（見(jian)圖3）等。

圖3

3.空心凸輪軸

傳統的一(yi)體式(shi)(shi)凸輪軸(zhou)采用(yong)單一(yi)的材料，通過鑄造(zao)或(huo)鍛造(zao)制坯后經多(duo)工序(xu)切(qie)削加工而(er)成。而(er)在凸輪軸(zhou)輕量化(hua)工作中，主要是將(jiang)其空心化(hua)。空心凸輪軸(zhou)有三種(zhong)方式(shi)(shi)：加工式(shi)(shi)空心凸輪軸(zhou)、鑄造(zao)空心凸輪軸(zhou)、組裝(zhuang)式(shi)(shi)空心凸輪軸(zhou)。

上汽大眾EA888采(cai)用組合式空(kong)心(xin)凸(tu)(tu)輪(lun)軸(zhou)(zhou)。這種凸(tu)(tu)輪(lun)軸(zhou)(zhou)是由鐵基粉末冶金材(cai)料制成凸(tu)(tu)輪(lun)，然后用燒結或(huo)機械的辦法(fa)將(jiang)凸(tu)(tu)輪(lun)固定在空(kong)心(xin)鋼管上。與鑄鐵件相比，中空(kong)裝配式凸(tu)(tu)輪(lun)軸(zhou)(zhou)減輕質量25-30%，在降低生產(chan)成本、提高整機性能(neng)等方(fang)面(mian)具有傳統凸(tu)(tu)輪(lun)軸(zhou)(zhou)無法(fa)比擬的優(you)勢，越(yue)來越(yue)受到廣泛(fan)關注和重視，并成為凸(tu)(tu)輪(lun)軸(zhou)(zhou)制造(zao)技術的發展方(fang)向。

4.缸體鑄造油道

傳統(tong)缸(gang)體(ti)(ti)回(hui)(hui)油(you)道(dao)是通過機械加工方式從缸(gang)體(ti)(ti)頂部打通到曲(qu)(qu)軸箱內(nei)部，對加工刀(dao)具的(de)要(yao)求較(jiao)(jiao)高。同時缸(gang)頂較(jiao)(jiao)窄油(you)孔(kong)直接對著曲(qu)(qu)軸，溜回(hui)(hui)的(de)潤滑油(you)直接到高速運轉的(de)曲(qu)(qu)軸上，增(zeng)加了曲(qu)(qu)軸的(de)阻力。另外，回(hui)(hui)油(you)道(dao)鑄造缸(gang)體(ti)(ti)對增(zeng)加缸(gang)體(ti)(ti)的(de)整體(ti)(ti)強(qiang)度，增(zeng)加缸(gang)體(ti)(ti)的(de)抗變形能力起到很(hen)好作用，缸(gang)體(ti)(ti)就可(ke)以做(zuo)得更緊湊(cou)。

發動(dong)(dong)機缸(gang)體(ti)鑄造成型油道是(shi)新(xin)型發動(dong)(dong)機的發展趨(qu)勢，這種(zhong)(zhong)缸(gang)體(ti)采用常規水平澆(jiao)注很困難，目前采用組芯、立(li)澆(jiao)工(gong)(gong)藝(yi)較多。立(li)澆(jiao)工(gong)(gong)藝(yi)有兩種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是(shi)純組芯工(gong)(gong)藝(yi)，直接澆(jiao)注，這種(zhong)(zhong)方法(fa)現(xian)場環(huan)境難以(yi)保證；第二種(zhong)(zhong)是(shi)組芯與(yu)造型線結合生產工(gong)(gong)藝(yi)，即建(jian)立(li)殼芯生產線。

5.利用3D打印(yin)技術優化結構

雷諾卡(ka)車公(gong)司新(xin)設計了一款(kuan)4缸5L發動機(ji)(ji)，由于(yu)一些零(ling)部(bu)件采用3D打(da)印(yin)技(ji)術，其質量減少(shao)了120kg，并且相關零(ling)部(bu)件的耐久性已(yi)經得(de)到(dao)測(ce)試驗證。截至目前，雷諾卡(ka)車公(gong)司的工程師(shi)已(yi)虛擬設計了完整的發動機(ji)(ji)，其搖臂(bei)和凸輪軸軸承蓋采用金屬3D打(da)印(yin)制造(zao)，并在臺架上(shang)順(shun)利地對這(zhe)款(kuan)歐Ⅵ發動機(ji)(ji)進行了600h的測(ce)試。

3D打印制造技術給內(nei)燃機提供了(le)全(quan)新的發(fa)展前景，使得制造商可(ke)以利(li)用分層材料制造零(ling)(ling)部件(jian)(jian)，并減(jian)輕裝(zhuang)配操(cao)作強(qiang)度和優(you)(you)化(hua)發(fa)動(dong)機部件(jian)(jian)數量。這(zhe)種(zhong)技術最大的好(hao)處是便于整合和優(you)(you)化(hua)零(ling)(ling)部件(jian)(jian)。雷諾卡車公(gong)司(si)新開發(fa)的發(fa)動(dong)機，零(ling)(ling)部件(jian)(jian)數量減(jian)少200個(ge)，相當于減(jian)少了(le)25％。工程師集成了(le)80個(ge)缸體零(ling)(ling)件(jian)(jian)和45個(ge)缸蓋零(ling)(ling)件(jian)(jian)。與此同時(shi)，他們還優(you)(you)化(hua)了(le)交(jiao)流發(fa)電機和發(fa)動(dong)機線束的支(zhi)架。

6.曲軸的輕量化

上(shang)汽大眾發(fa)(fa)動機曲軸的(de)(de)結構(gou)(gou)優化，已(yi)在(zai)(zai)技術(shu)允許的(de)(de)情況下把工件的(de)(de)減重、輕量化做到了極致。所采取的(de)(de)主要措施有(you)：減少扇板(ban)數(shu)量，從傳統(tong)的(de)(de)8片(pian)減少到4片(pian)；減小扇板(ban)的(de)(de)寬度,并進行形狀優化；縮(suo)小主軸頸(jing)(jing)的(de)(de)尺(chi)寸(cun)，平(ping)均縮(suo)小10%，如對兩(liang)款系(xi)列產(chan)品中的(de)(de)一(yi)同類型(xing)發(fa)(fa)動機（1.6L MPI），EA111機型(xing)的(de)(de)主軸頸(jing)(jing)外(wai)徑為(wei)50mm，EA211則減為(wei)40mm；在(zai)(zai)每個連桿軸頸(jing)(jing)上(shang)加鉆了去(qu)重孔。其他(ta)細節(jie)上(shang)的(de)(de)結構(gou)(gou)優化還有(you)很多。如此，兩(liang)者在(zai)(zai)自重上(shang)相比(bi)，新一(yi)代(dai)EA211發(fa)(fa)動機的(de)(de)曲軸重量較之(zhi)EA111平(ping)均要減輕15-20%。

另據報道，天津一汽夏(xia)利(li)內燃機制造分公司經過技術創新，在國內首先開(kai)發(fa)出主軸頸(jing)、拐頸(jing)為空(kong)的中空(kong)曲軸，使(shi)得曲軸重量(liang)降低15%。

7.活塞的輕量化

Borgo Nova公司為(wei)BMW轎車2.0L 6缸發動機開(kai)發了一種輕型X形(xing)(xing)活塞(sai)，在(zai)裙部(bu)、銷孔座及相應膨脹部(bu)位呈明顯的X形(xing)(xing)狀，如圖(tu)4所示。左側(ce)(ce)表示輕型X形(xing)(xing)活塞(sai)，右側(ce)(ce)為(wei)傳(chuan)(chuan)統收縮窗(chuang)式活塞(sai)。X形(xing)(xing)活塞(sai)重量減輕100g，而其壓(ya)縮高度、連桿長度不變，同時(shi)活塞(sai)摩擦面積(ji)減小，從而降低了機械摩損和單位燃油消耗。整體組(zu)裝后，X形(xing)(xing)活塞(sai)比傳(chuan)(chuan)統收縮窗(chuang)式活塞(sai)減重96g，即17.0%。

圖4

另一(yi)種典(dian)型的輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)活(huo)塞(sai)(sai)為鋼(gang)頂鋁裙的鉸接(jie)式活(huo)塞(sai)(sai)。它的活(huo)塞(sai)(sai)頂與活(huo)塞(sai)(sai)銷是(shi)兩個完全獨立(li)的零件(jian)，活(huo)塞(sai)(sai)頂能(neng)相(xiang)對于裙部做獨立(li)的自由(you)擺動(dong)。隨著活(huo)塞(sai)(sai)直徑(jing)的增加，鉸接(jie)式活(huo)塞(sai)(sai)顯示出(chu)其輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)優勢(shi)。當(dang)(dang)活(huo)塞(sai)(sai)直徑(jing)D＜80mm時(shi)(shi)，純鋁活(huo)塞(sai)(sai)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)輕(qing)；當(dang)(dang)D=80mm時(shi)(shi)，鋁活(huo)塞(sai)(sai)和鉸接(jie)活(huo)塞(sai)(sai)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)基本相(xiang)等；當(dang)(dang)D＞80mm時(shi)(shi)，鉸接(jie)活(huo)塞(sai)(sai)輕(qing)20%。另外，鋼(gang)頂鋁裙的鉸接(jie)式活(huo)塞(sai)(sai)使(shi)壓縮高(gao)比常規鋁活(huo)塞(sai)(sai)更(geng)小(xiao)，降(jiang)低了(le)發動(dong)機的總高(gao)度(du)。

另外，一些發(fa)動機(ji)附件在(zai)輕(qing)(qing)(qing)量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)方面也有文章可做，如博格華納量(liang)(liang)產(chan)的(de)(de)(de)新型輕(qing)(qing)(qing)量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)靜音鏈系(xi)統(tong)(tong)(tong)，在(zai)鏈條(tiao)、張緊器(qi)、SIFF（Slide In Flat Face）中分別作(zuo)了(le)材料、設計及工藝的(de)(de)(de)優(you)化(hua)(hua)(hua)，幫助整個鏈系(xi)統(tong)(tong)(tong)減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)重(zhong)量(liang)(liang)。其采用8mm/6.35mm新型鏈板材料的(de)(de)(de)齒形(xing)鏈，在(zai)保持其強度(du)、耐(nai)磨性及NVH特性不變(bian)甚至提高的(de)(de)(de)情況(kuang)下，減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)重(zhong)量(liang)(liang)提高傳動效率(lv)。就(jiu)鏈條(tiao)本身而(er)言，減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)25-30%的(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)(liang)。鏈系(xi)統(tong)(tong)(tong)中的(de)(de)(de)張緊器(qi)采用了(le)優(you)化(hua)(hua)(hua)設計方案，減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)10-20%重(zhong)量(liang)(liang)。SIFF也減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)結構(gou)設計，并對工藝做了(le)從注塑成(cheng)形(xing)到(dao)擠壓成(cheng)形(xing)的(de)(de)(de)優(you)化(hua)(hua)(hua)，其重(zhong)量(liang)(liang)減(jian)(jian)(jian)(jian)輕(qing)(qing)(qing)30-40%。

三、材料創新

發動(dong)機(ji)輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)在材(cai)(cai)(cai)(cai)料方面首先是考慮用鋁合金材(cai)(cai)(cai)(cai)料、鎂合金材(cai)(cai)(cai)(cai)料替代密度大的(de)鑄鐵材(cai)(cai)(cai)(cai)料，在優化(hua)改進結(jie)構(gou)的(de)基(ji)礎上實現結(jie)構(gou)更(geng)強(qiang)，質量(liang)(liang)更(geng)輕(qing)。高強(qiang)度結(jie)構(gou)鋼使零件設計得(de)更(geng)緊湊和小型化(hua)，有助(zhu)于汽車的(de)輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)，主要應用于氣門(men)(men)彈簧、齒(chi)輪(lun)、漲(zhang)斷連(lian)桿等(deng)。鋁合金主要應用于氣缸體、缸蓋、活(huo)塞、進氣管、水泵殼(ke)、起(qi)動(dong)機(ji)殼(ke)體、搖臂、發動(dong)機(ji)支架、濾清器底座、齒(chi)輪(lun)室(shi)罩蓋、飛輪(lun)殼(ke)、油(you)底殼(ke)等(deng)發動(dong)機(ji)零部件。鎂合金主要應用于鏈條室(shi)、氣門(men)(men)等(deng)。

根據美國(guo)鋁(lv)學會的報(bao)告，汽(qi)車上每使用(yong)0.45kg鋁(lv)就可減輕車重1kg，理論(lun)上鋁(lv)制汽(qi)車可以比(bi)鋼(gang)制汽(qi)車減重40%。

1.鋁合金加(jia)工中的工藝創新——缸(gang)孔噴涂(tu)技術

隨著汽車(che)朝輕(qing)量化方(fang)向發(fa)(fa)展，鋁(lv)合金發(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)在汽車(che)行業(ye)的(de)(de)應用比例越(yue)來越(yue)高。由于(yu)鋁(lv)合金的(de)(de)耐磨性(xing)和(he)力學性(xing)能不如鑄鐵(tie)，因此傳(chuan)統(tong)的(de)(de)鋁(lv)合金發(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)必須鑲嵌(qian)鑄鐵(tie)缸(gang)套(tao)，以提高性(xing)能。但是鑄鐵(tie)缸(gang)套(tao)的(de)(de)缺點在于(yu)缸(gang)套(tao)和(he)缸(gang)體(ti)之間的(de)(de)封裝，由于(yu)兩種(zhong)材料熱容性(xing)特(te)征不同，會影響鋁(lv)質發(fa)(fa)動(dong)機(ji)(ji)缸(gang)體(ti)的(de)(de)耐用性(xing)。對此，國外(wai)已研發(fa)(fa)出一種(zhong)新的(de)(de)工藝(yi)技術(shu)——缸(gang)孔噴涂技術(shu)，也可稱為無缸(gang)套(tao)技術(shu)。

缸孔噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)技(ji)術是(shi)采(cai)用熱(re)噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)技(ji)術（電弧(hu)噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)或等離子噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)）對經(jing)過粗(cu)化處(chu)理的鋁發(fa)動(dong)機(ji)缸孔內壁噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)一層合金(jin)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層或者其他(ta)復合材料，取(qu)代傳統的鑄鐵缸套（見圖5）。噴涂(tu)(tu)(tu)(tu)了涂(tu)(tu)(tu)(tu)層后的鋁合金(jin)缸體(ti)依舊是(shi)一體(ti)式缸體(ti)，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層的厚度(du)僅有0.3mm，具有降低發(fa)動(dong)機(ji)重(zhong)量、降低缸孔與活(huo)塞(sai)的摩擦和磨損(sun)、提高熱(re)傳導、降低油耗和二氧化碳(tan)排放等優點。

圖5

熱噴涂視頻

2014年(nian)，日產(chan)在1.6Ｌ 4缸(gang)(gang)MR16DDT發(fa)動機(ji)上(shang)采(cai)用了(le)電弧(hu)噴(pen)涂的氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)孔鏡面(mian)(mian)(mian)涂覆(fu)技術（MBC），MBC技術使用電弧(hu)噴(pen)射(she)工(gong)(gong)藝(yi)替代(dai)等離子(zi)噴(pen)涂工(gong)(gong)藝(yi)。電弧(hu)噴(pen)射(she)工(gong)(gong)藝(yi)可在氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)工(gong)(gong)作(zuo)表(biao)面(mian)(mian)(mian)上(shang)形成許多小的氣(qi)(qi)孔，即使沒有(you)進行珩磨(mo)網(wang)紋槽加工(gong)(gong)，這些(xie)氣(qi)(qi)孔也會儲(chu)有(you)潤滑油。其結果(guo)表(biao)明，采(cai)用表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗糙度為Ra0.05μm級的鏡面(mian)(mian)(mian)精加工(gong)(gong)，除了(le)能提高抗爆燃性能之外(wai)，對于降低氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)孔與活塞間(jian)的摩擦也有(you)良好效果(guo)。

2.蠕墨鑄(zhu)鐵缸體(ti)缸蓋

蠕(ru)(ru)墨(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)是一種高強度(du)材(cai)料，它的(de)(de)(de)力(li)學性能和(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造工藝性能介(jie)于灰口鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)和(he)球(qiu)墨(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)之(zhi)間，很適合制造強度(du)要(yao)求(qiu)(qiu)較高、且要(yao)求(qiu)(qiu)承(cheng)受熱循環(huan)負荷的(de)(de)(de)零(ling)件(jian)，如(ru)氣缸(gang)體、氣缸(gang)蓋。蠕(ru)(ru)墨(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)高強度(du)，說明(ming)汽缸(gang)可以在壓力(li)更高的(de)(de)(de)環(huan)境下工作，更容(rong)易(yi)實現尾氣排放的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)；其(qi)次，發動(dong)機更能滿足輕(qing)量化的(de)(de)(de)需求(qiu)(qiu)，更具緊湊性，從而更符合重型柴(chai)油(you)機缸(gang)體材(cai)料的(de)(de)(de)發展(zhan)趨勢。一臺裝配好的(de)(de)(de)蠕(ru)(ru)墨(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)發動(dong)機的(de)(de)(de)重量一般要(yao)比灰鑄(zhu)(zhu)(zhu)鐵(tie)(tie)發動(dong)機輕(qing)9%左右。

國(guo)(guo)(guo)6階(jie)(jie)段的(de)(de)技(ji)術升級重點表現在熱(re)效率(lv)、爆(bao)壓，噴射壓力的(de)(de)提升，后處理(li)技(ji)術多(duo)(duo)樣化(hua)，動力多(duo)(duo)元化(hua)發(fa)展等領域。進一步(bu)提升發(fa)動機(ji)熱(re)效率(lv)，是未來5-10年國(guo)(guo)(guo)內外發(fa)動機(ji)技(ji)術持續改進的(de)(de)重要方向之一。國(guo)(guo)(guo)6階(jie)(jie)段中(zhong)國(guo)(guo)(guo)柴油機(ji)行業(ye)熱(re)效率(lv)為46-48%，國(guo)(guo)(guo)6后將提升為50-55%。蠕墨鑄鐵的(de)(de)大(da)(da)量(liang)應用(yong)將助推國(guo)(guo)(guo)6階(jie)(jie)段的(de)(de)技(ji)術升級。現在，國(guo)(guo)(guo)內幾個大(da)(da)型柴油機(ji)企業(ye)開始批量(liang)應用(yong)蠕墨鑄鐵缸體缸蓋。

但(dan)蠕墨鑄(zhu)鐵(tie)加(jia)工比較困(kun)難(nan)，對刀具的(de)要(yao)求較高。造成蠕墨鑄(zhu)鐵(tie)難(nan)以(yi)(yi)加(jia)工的(de)原(yuan)因主要(yao)有以(yi)(yi)下(xia)幾個方面：

（1）蠕墨鑄鐵熱傳導(dao)率較低，加工(gong)時產生的切(qie)削熱積(ji)聚(ju)在工(gong)件(jian)中，加劇刀具磨(mo)損(sun)。

（2）蠕墨(mo)鑄鐵零件(jian)的鑄造硬皮具有鐵素體結(jie)構，容易與刀具切削(xue)刃發生粘結(jie)作用。

（3）與灰鑄鐵(tie)不(bu)同，蠕墨(mo)鑄鐵(tie)中(zhong)不(bu)含硫化物，無法像灰鑄鐵(tie)中(zhong)的硫化物一樣，可以沉積到刀(dao)具切削刃(ren)上對(dui)刀(dao)具起到潤滑(hua)作用。

（4）在蠕墨鑄(zhu)鐵的(de)鑄(zhu)造(zao)工藝(yi)中，加(jia)入了(le)(le)鈦作(zuo)為(wei)合金(jin)元素，會產(chan)生了(le)(le)強度較高的(de)鑄(zhu)造(zao)外(wai)皮，同(tong)時(shi)在整個鑄(zhu)件中形成了(le)(le)具有磨蝕性的(de)游離碳化物(wu)，也對其可加(jia)工性以及刀具壽命(ming)產(chan)生不(bu)利影響。

（5）蠕墨鑄鐵強度(du)較高，一般要比灰鐵加工高30%左(zuo)右的切削功(gong)率。

由于上(shang)述原因，用(yong)于切削蠕(ru)墨鑄鐵的(de)刀具壽命(ming)通常只有切削灰鑄鐵刀具壽命(ming)的(de)一半，甚至(zhi)更(geng)低(di)。

3.非金屬材(cai)料的應用

發(fa)動(dong)機材(cai)料(liao)大部分(fen)為優質鑄鐵、結構鋼(gang)或鋁合金，但隨(sui)著材(cai)料(liao)技術(shu)的發(fa)展(zhan)，一些復(fu)合材(cai)料(liao)也開(kai)始在(zai)發(fa)動(dong)機上(shang)應用。

發動(dong)機油底殼(ke)(ke)作(zuo)為(wei)儲(chu)油槽的(de)外殼(ke)(ke)，用于收集和儲(chu)存潤滑油并保(bao)證(zheng)散熱。目前(qian)，絕大多(duo)數的(de)汽車油底殼(ke)(ke)主要為(wei)沖壓成(cheng)型的(de)鋼制油底殼(ke)(ke)或(huo)壓鑄成(cheng)型的(de)鋁合金油底殼(ke)(ke)，但也有部(bu)分企業開始應用玻纖復合材(cai)料。

玻(bo)纖增強(qiang)復合(he)材(cai)(cai)料的(de)(de)密度(du)比鋼(gang)材(cai)(cai)和鋁合(he)金(jin)的(de)(de)密度(du)都(dou)要(yao)小，所以(yi)能夠有效降低零部件的(de)(de)質量，而且通過注塑成型可以(yi)實現收集器(qi)、機油(you)(you)濾清器(qi)及機油(you)(you)擋板等的(de)(de)集成，進一步減(jian)少空間占(zhan)用、生產制造費(fei)用和裝配費(fei)用。從汽車輕(qing)量化的(de)(de)角度(du)出(chu)發(fa)，與鑄鋁油(you)(you)底(di)(di)殼相比，結構優化后的(de)(de)玻(bo)纖增強(qiang)復合(he)材(cai)(cai)料注塑成型油(you)(you)底(di)(di)殼的(de)(de)質量降低了37.16%，實現了輕(qing)量化設計(ji)。

另外(wai)，氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)管塑料(liao)化也(ye)是汽車輕量(liang)化的(de)(de)要求。塑料(liao)進(jin)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)管不僅質輕，而(er)且由于(yu)內(nei)壁光滑(hua)，可改進(jin)氣(qi)(qi)(qi)體流動性(xing)(xing)，提高氣(qi)(qi)(qi)體流量(liang)，進(jin)氣(qi)(qi)(qi)效率高，隔(ge)熱效果好，因(yin)而(er)能(neng)提高發動機性(xing)(xing)能(neng)和燃料(liao)利用率。由于(yu)焊(han)接技術的(de)(de)提高，可制作從簡單到(dao)復(fu)雜的(de)(de)塑料(liao)進(jin)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)管，把復(fu)雜的(de)(de)進(jin)氣(qi)(qi)(qi)歧(qi)管分片(pian)(pian)注塑成型，利用振動摩擦焊(han)接組焊(han)成型。分片(pian)(pian)注塑結構工藝優化，可降低模具成本，避免注塑制品缺陷，提高制品性(xing)(xing)能(neng)。

四、結語

發動機(ji)(ji)輕(qing)量化(hua)是一(yi)個(ge)復雜的系統工程，它涉及(ji)到(dao)從設計到(dao)材料，再到(dao)工藝等多(duo)(duo)(duo)個(ge)方(fang)面。相對整車(che)輕(qing)量化(hua)來(lai)講，發動機(ji)(ji)輕(qing)量化(hua)要(yao)求更(geng)高，實施起來(lai)更(geng)加(jia)困(kun)難。不僅如此，發動機(ji)(ji)零件眾多(duo)(duo)(duo)，特別(bie)是排放(fang)升(sheng)級，發動機(ji)(ji)增(zeng)加(jia)了一(yi)些(xie)必(bi)要(yao)的外(wai)附(fu)件，每增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)部件都會增(zeng)加(jia)發動機(ji)(ji)的自重。因此，發動機(ji)(ji)輕(qing)量化(hua)會面臨更(geng)多(duo)(duo)(duo)的挑戰。

來(lai)源(yuan)：《世(shi)界制造技術(shu)與(yu)裝備市場(chang)（WMEM）》雜志2019年第3期

作(zuo)者：趙(zhao)宇(yu)龍 中國汽車工(gong)程學會