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鋁活塞和鋼制氣缸套

發(fā)動機的響應(yīng)性與發(fā)動機部件的運動慣性是分不開的，發(fā)動機的運動部件包括曲軸、活塞、連桿等。由于曲軸要求瞬間強度非常高，所以只能采用高強度鋼來制造。

活塞就沒有曲軸這樣的局限了，在高轉(zhuǎn)速發(fā)動機上，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)動機轉(zhuǎn)速，從而能獲得更大的動力輸出。

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)動機運轉(zhuǎn)的時候，活塞與氣缸壁之間肯定會產(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)動機運轉(zhuǎn)的時候摩擦阻力就會非常大，這顯然是不可取的，這也就是為何許多發(fā)動機使用鋁合金活塞，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)鑲一個鋼制的氣缸套，讓鋁合金活塞不會與鋁制的氣缸壁相接觸。這種設(shè)計可以解決這一矛盾，當然也會增加一些成本。

這種方法在70年代中期首先被雪佛蘭Vega所采用。它的發(fā)動機采用全鋁設(shè)計，在鋁合金的氣缸體內(nèi)鑲上了一個鑄鐵的缸套，當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)動機要小得多，因此它的動力得到了很大程度的提高。不僅如此，這臺發(fā)動機還能獲得更輕的重量和更小的運勁慣性，改善了車子的加速性、操控性和經(jīng)濟性。后來，這種方法被許多配備了高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的汽車所采用。

還有一個解決辦法，就是采用增強型金屬纖維氣缸套（FRM）。本田在它的NSX3.2升發(fā)動機上采用了這個技術(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，金屬纖維是直接滲透到氣缸缸體里的，所以它的強度非常大（相當于整個缸體的強度）。

鈦合金連桿

鈦是一種重量很輕，強度很大的材料，而且價格非常昂貴，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動轎車，因為只有這些汽車才會為了提高性能而不計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、還有保時捷的911GT3等都采用鈦合金來制造連桿，以提高發(fā)動機的轉(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)滲透到金屬粒子當中去，因而改善了零件的強度和耐熱性，最終有利于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速提高和動力輸出。同時，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)。