Алюминиевый двигатель против чугунного двигателя

22

В чем преимущество алюминиевых двигателей по сравнению с чугунным двигателем, кроме факта коррозии и снижения веса.

Производители любят хвастаться своими новыми алюминиевыми двигателями. Значит ли это что-нибудь для клиента?

Должен ли я купить чуть более мощный чугунный двигатель или менее мощный алюминиевый двигатель?

Шобин П
источник
У моего Jaguar 1996 года был алюминиевый блок. Это не новая вещь. Я не уверен, что есть весовые преимущества, по крайней мере, в старых. Стальные блоки имели большую прочность по объему используемого материала. В наши дни дизайн материалов, вероятно, намного лучше, поэтому они могут снимать вес без потери прочности. Я предполагаю, что вопрос в соотношении мощности к весу. Если вы гладите двигатель, автомобиль на 10% мощнее, но на 20% тяжелее, вы ничего не получите.
TafT
2
Если двигатель на 10% больше мощности, но на 20% тяжелее, вы выигрываете в обычной машине, потому что автомобиль может стать только на 5% тяжелее и, следовательно, будет быстрее от нуля до 100К.
Аутизм
1
@ Аутистичный автомобиль с более легким двигателем может быть более маневренным, лучше управляемым и иметь лучшее распределение веса, поэтому на самом деле может проходить быстрее по поворотам, что может означать, что на определенных дорогах время в точке от точки к точке быстрее. В старых двигателях Твин Спарк Альфа Ромео использовались литые блоки. Это означало, что они использовали больше масла, поскольку они сгибались при интенсивном использовании, но способ, которым эти автомобили обращались, был острым как бритва.
Стив Мэтьюз
@TafT: Вы правы, что в этом нет ничего нового, в 1963 году у Hillman Imp был алюминиевый двигатель.
RedGrittyBrick
@Autistic, если бы вы ссылались на мой комментарий с 10%, я осторожно назвал его «Если ваш автомобиль с железным двигателем на 10% мощнее, но на 20% тяжелее», так что я говорил о весе и мощности всего автомобиля, а не просто двигатель. Извините, если это было недостаточно ясно. Как уже указывали другие, где вес также меняется, управляемость автомобиля не всегда так проста, как более тяжелый означает более медленное ускорение или большее сцепление даже без изменения мощности.
TafT

Ответы:

19

Вы уже указали основную причину алюминиевых блоков - снижение веса. По той же причине компания Ford производит свои грузовики серии F с алюминиевым кузовом: снижение веса означает лучшую экономию топлива. Большинство производителей сегодня используют алюминий в различных местах, чтобы уменьшить общий вес автомобиля. Что касается ржавчины, то это не проблема чугунных блоков, так как их жизнь проходит под прикрытием. Только когда его оставляют сидеть в элементах, он терпит эту судьбу.

Так как вы уменьшаете вес в передней части автомобиля, в большинстве случаев он также может обеспечить больший уклон веса. Для тех транспортных средств, которые имеют отношение к центрированию веса транспортного средства (то есть: Corvette), снятие 110 фунтов с передней части автомобиля (когда они перешли на двигатель LS1 и варианты), очень помогло в этом переходе (перемещение передачи в задняя часть машины также помогла). Это может обеспечить лучшую проходимость на поворотах и ​​помочь с более / менее управляемыми манерами.

Есть три основных преимущества (о которых я могу думать) для чугунного блока перед алюминиевым:

  • Стабильность размеров: алюминий растет в процессе нагрева больше, чем железо. Поэтому в алюминиевые блоки должны быть встроены дополнительные меры предосторожности, чтобы противостоять этому условию и избежать проблем.
  • Никаких гильз цилиндров: если вы когда-нибудь захотите восстановить алюминиевый блок, где гильзы цилиндров поджарены, их необходимо заменить. Это большие затраты на обработку по сравнению с необходимостью просто расточить цилиндры в чугунном блоке.
  • Стоимость: Чугун уже много лет используется в промышленности и его довольно легко производить. Алюминий, с другой стороны, стоит намного дороже из бокситовой руды. Только в одних материалах стоимость выше. Затем посмотрите на стоимость гильз цилиндров и специальных процессов литья, которые необходимо использовать, чтобы получить правильный алюминиевый блок, а стоимость еще выше. Однако есть некоторый компромисс в процессе нагрева (не требуется столько энергии, чтобы расплавить алюминий против чугуна), и алюминий легче обрабатывать (меньше износ станочных инструментов / приспособлений против чугуна) ,

Я не уверен, почему вы думаете, что любой данный чугунный блок будет более мощным, чем любой данный алюминиевый? Все это зависит от двигателя, на который вы смотрите, и того, что производитель сделал в области производительности. Если вы просто пытаетесь сравнить их, это решение вам придется принять самостоятельно.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
источник
Приятно писать как обычно, я не говорю, что чугун более мощный, учитывая выбор между двумя двигателями для конкретной модели, например, один автомобиль имеет 1-литровый чугунный двигатель мощностью 70 л.с., другой - полностью алюминиевый, мощностью 64 л.с. что будет лучшим выбором? учитывая, что оба стоили одинаково для потребителя?
Шобин Р
1
@Anarach - я не знаю, что я, и никто другой, не могу ответить на вопрос, кроме вас. Посмотрите на другие факторы, связанные с двигателями, такие как пробег топлива. Выясните, что значит для вас больше всего. Это или вес, или производительность? Чугунные блоки обычно служат дольше, чем алюминий, но это также зависит от того, кто делает двигатель. Это действительно чушь.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
5
Еще одно преимущество чугуна заключается в том, что его легче проектировать. Когда я работал на поставщика автомобильной компании, у нас каждый год было несколько чугунных блоков для простого "мы что-то напортачили?" тестирование и куча алюминиевых блоков для "что пошло не так в этот раз?" тестирование.
Отметить
Я бы добавил, что алюминиевые блоки могут крутиться при интенсивном использовании, что может привести к большему расходу масла, чем у аналогичного чугунного блока. Известно, что мой старый отец Alfa Romeo 155 2.0 Twinspark использовал до половины литра масла в ОЧЕНЬ восторженном 50-мильном проезде, тогда как мой Lancia Dedra 2.0 SE (тот же базовый автомобиль, но с двигателем Fiat / Lancia Twincam) не пострадал от где-нибудь рядом с этим уровнем потребления масла.
Стив Мэтьюз
@SteveMatthews - я думаю, что это больше связано с дизайном, чем сгибанием. Алюминий довольно жесткий. Столь жесткая, на самом деле, она повышает стрессоустойчивость легче, чем чугун. Я не говорю, что вы не правы, просто говорю, что здесь может быть гораздо больше, чем просто то, из чего сделан блок.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
8

С точки зрения свойств материала алюминиевая отливка будет иметь тенденцию быть легче для эквивалентной прочности и должна легче охлаждаться.

Многие недостатки алюминия сводятся к производственным проблемам. Алюминиевые отливки потенциально подвержены дефектам, и, хотя алюминий мягкий, его обрабатывать не так легко, как чугун, особенно с учетом допусков, необходимых для двигателя. Точно так же его мягкость означает, что любые поверхности подшипника должны быть сформированы со вставками (гильзы цилиндров уже были упомянуты в другом ответе), а не просто обработаны из отливки. По той же причине сопрягаемые поверхности, такие как головки цилиндров и соединения с коллектором, в большей степени подвержены повреждениям при сборке и обслуживании, а также применяются к резьбам, которые подвержены задирам и заеданию.

Для сравнения, чугун обладает тем особенным свойством, что вы можете создавать закаленные поверхности в отливке, помещая охлаждающие пластины в форму для создания износостойких опорных поверхностей. Чугун также имеет отличную стабильность размеров и хорошие вибропоглощающие свойства.

Хотя мы считаем, что алюминий «не ржавеет», коррозия может быть большой проблемой в алюминиевых блоках. Одной из причин этого является то, что контакт между алюминием и сталью может вызвать гальваническую коррозию, что является особой проблемой, когда у вас есть такие вещи, как гильзы цилиндров и шпильки, которые должны быть изготовлены из стали.

Крис Джонс
источник
5

С практической точки зрения,

Мой 04 VW GTI имеет алюминиевый блок и турбонаддув, и следует иметь в виду, что алюминий мягче, чем чугун, и его легче раздирать или оставлять шрамы. У меня есть личный опыт зачистки отверстий шпилек, идущих в турбо к нижней трубе. Раз вы хотели, чтобы это был чугун. Кроме того, я думаю, что он будет более подвержен проблемам сжатия из-за разрушения быстрее, чем чугун.

Просто мои очки из-под капота.

Кроме того, дополнительный вес перед автомобилем, слышимым в Новой Англии, вероятно, является большим преимуществом, так как он должен помочь с сцеплением на дороге в условиях скользкости.

Девин Глисон Ламберт
источник
На самом деле ваш GTI имел серый чугунный блок. Головка, к которой крепится турбо / коллектор, - AL.
Драксия
Ух ты, я всегда думал, что это алюминий. Во всяком случае, я все еще верю, что мой ответ остается в силе.
Девин Глисон Ламберт
В скользких условиях требуется больший вес на задних колесах, а не на передних (где обычно находится двигатель).
Дмитрий Григорьев
Если это заднеприводный автомобиль, да. если это переднеприводный автомобиль, поместите вес спереди. Следовательно, почему грузовики с 2wd помещают мешки с песком в спину, чтобы помочь с тягой зимой.
Девин Глисон Ламберт
Вы говорите о грузовиках без пресса?
Дан З
4

Существует также уплотненное графитовое железо, транспортные средства используют эту новую альтернативу с 2004 года. Это позволяет молекулам образовывать более плотную матрицу при охлаждении, что обеспечивает преимущества железа (гораздо более продолжительного), а также преимущества алюминия (значительно более легкий.)

Джером Вилли Сеговия
источник
Добро пожаловать в Mechanics.SE! Хотя я согласен с вашей оценкой, я не уверен, как это на самом деле отвечает на вопрос алюминий-чугун?
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
1
Это помогает представить контекст и, возможно, проинформировать автора, что есть дополнительная информация, которой у них не было, когда они задавали свой первоначальный вопрос. Как спрашивать о демократически-республиканском расколе в Сенате. А потом кто-то пишет: «Ну, вы, возможно, этого не знали, но на самом деле есть два сенатора, которые зарегистрированы как независимые».
Джером Вили Сеговия
Я понимаю, откуда ты. Пожалуйста, помните, что Stack Exchange - это ответ на вопрос OP. Поскольку ОП не спрашивает об альтернативах алюминию или чугуну, вашему ответу здесь нет места ... он не имеет отношения к цепочке ответов. Пожалуйста, поймите, я не преследую вас из-за вашего ответа, я просто пытаюсь помочь вам понять, как работает Stack Exchange. Пожалуйста, посетите Справочный центр для получения дополнительной информации об ответах на вопросы.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
3

Алюминиевые двигатели также имеют лучшую теплопередачу, что может уменьшить горячие точки двигателя и склонность к детонации.

Когда предел мощности - это детонация двигателя, что часто бывает, алюминиевые двигатели с такими же характеристиками / размерами будут более устойчивы к детонации и, как правило, будут иметь большую мощность. Например, с большим сопротивлением детонации обычно делают увеличение скорости сжатия / наддува / зажигания, чтобы увеличить выходную мощность двигателя.

Если все настройки двигателя остаются такими же, как, например, когда настройка двигателя не отрегулирована для изменения материалов, чугун, вероятно, увеличит мощность на небольшое количество лошадиных сил. Это происходит потому, что чугунная камера сгорания во время процесса сгорания отнимает меньше тепла, и больше тепла будет сохраняться для реальной работы.

Более сильный чугунный блок двигателя был бы преимуществом в некоторых особых обстоятельствах, когда двигатель ограничивается частичной силой, а не детонацией, таких как метанольный двигатель с низкой компрессией с принудительной индукцией с большим количеством наддува и закиси азота.

Netduke
источник
2
Можете ли вы лучше квалифицировать свой второй абзац? Похоже, вы говорите, что алюминиевый блок способен производить больше энергии, чем железный блок?
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2
1
Я бы сказал, что это довольно неточно, головки блока цилиндров AL определенно уменьшают вероятность появления горячей точки по сравнению с чугуном, но в блоке это не должно иметь никакого значения, почти весь блок покрыт поршнем, когда он достигает горячая часть. Также AL по большей части имеют чугунные вкладыши.
Драксия
Конечно, смешивание алюминиевых и чугунных компонентов двигателя будет иметь разные результаты. Я не сравниваю здесь только блок двигателя или отдельные компоненты ... под алюминиевым двигателем я имею в виду алюминиевую головку и блок, а под чугунным двигателем я предполагаю, что это означает железные головки и блок.
Netduke
@draksia: похоже, что большинство немецких производителей переходят на двигатели без лайнера, использующие Alusil . Не уверен, почему больше производителей не присоединяются к этой партии, кажется, это будет намного проще, чем нажимать на лайнеры.
TMN
Исторически было много проблем с покрытиями nikasil или alusil. Они вообще не заменимы либо.
draksia
2

Как уже упоминалось ранее: алюминий легче (с.г. 2,5 вместо 7,8 кг / л), имеет лучшую теплопроводность, но более дорог в производстве, но дешевле в переработке. Литой алюминий можно отремонтировать сваркой, даже на примерах литых и сварных двигателей на выходе. (Rover Metro ампутировал двигатели V8-V6 для ралли в восьмидесятых годах) Обычный чугун (пластинчатый серый чугун) дешевле, его легче лить, он имеет более низкие механические свойства и лучшие характеристики демпфирования вибраций. Чугун трудно ремонтировать сваркой. Чугун с шаровидным графитом намного прочнее, но обладает гораздо меньшей механической демпфирующей способностью к вибрации. (приклад еще над литым алюминием). За прошедшие годы был сделан переход от всех серых чугунных двигателей (даже с чугунными поршнями) (общая мощность цилиндров 40 л.с. / литр) к чугунным блокам цилиндров с алюминиевыми головками (50-60 л.с. / л, на все алюминиевые двигатели (блок цилиндров плюс головка) до 80 л.с. / л (атмосферные двигатели) В настоящее время существует тенденция перехода на чугун с шаровидным графитом из-за затрат и комфорта). В высокопроизводительных автомобилях алюминиевые двигатели (до 140 л.с. / l Атмосферные) по-прежнему популярны благодаря экономии веса и охлаждающей способности, что делает затраты менее значимыми С уважением, Юрген Принсен, инженер-металлург и сварщик, Petrolhead и владелец нескольких итальянских автомобилей (Alfa Romeo (боксеры, прямые 4 двигателя Nord и V6 Busso) и Ferrari 456 (двигатель 5.5L V12 116B) благодаря экономии веса и охлаждающей способности, что делает затраты менее значимыми. С уважением, Юрген Принсен, инженер-металлург и сварщик, Petrolhead и владелец нескольких итальянских автомобилей (Alfa Romeo (боксеры, прямые 4 двигателя Nord и V6 Busso) и Ferrari 456 (двигатель 5.5L V12 116B) благодаря экономии веса и охлаждающей способности, что делает затраты менее значимыми. С уважением, Юрген Принсен, инженер-металлург и сварщик, Petrolhead и владелец нескольких итальянских автомобилей (Alfa Romeo (боксеры, прямые 4 двигателя Nord и V6 Busso) и Ferrari 456 (двигатель 5.5L V12 116B)

Юрген Принсен
источник
0

С точки зрения теплоемкости чугунным двигателям потребуется больше времени для нагрева, но также и больше времени для охлаждения. Допустим, вы останавливаете двигатель после поездки и запускаете его снова через пару часов, чугунный блок будет намного теплее, чем сплав, и если вы сделаете это несколько раз, у вас будет гораздо меньше прогреваться / охлаждаться циклов, что лучше для срока службы двигателя. Это один из факторов долговечности чугунных двигателей по сравнению с аналогичными алюминиевыми двигателями.

oryades
источник