鋳鉄エンジンと比較したオールアルミニウムエンジンの利点は何ですか?

2021-12-10

ガソリンエンジンのシリンダーブロックは鋳鉄と鋳造アルミニウムに分けられます。アルミニウムシリンダーと鋳鉄シリンダーの長所と短所を比較します。
1) 重量

アルミニウムは鋳鉄に比べて比重が小さく、強度要求を満たすことを前提としてアルミシリンダーブロックは大幅に軽量化されています。エンジンが軽いため車両の重量配分にも効果があり、車両重量も軽くなります。したがって、現時点ではアルミシリンダーが主流です。

2) ボリューム

同様の理由で、アルミニウムは比重が小さく、単位体積あたりの構造強度が鋳鉄に比べて低いため、通常、アルミニウムシリンダーの体積は大きくなります。 EA113/EA888 のシリンダー ブロックの中心からシリンダーまでの距離は 88 mm ですが、既存のバージョンのシリンダー直径は最大 82.5 mm です。冷却水路を除けばシリンダー壁は実はかなり薄い。このように、エンジン全体は非常にコンパクトで小型である。アルミニウムシリンダーではこの効果を達成するのがより困難です。この時点では、鋳鉄シリンダーブロックが主流です。 【補足:ダクタイル鋳鉄の引張強さは1000MPaを超えることもありますが、航空用アルミニウム合金7075の引張強さは524MPa、鉄の密度は7.85、アルミニウムの密度は2.7です。したがって、同じ強度を得るためには、アルミニウム合金の体積を約1倍増やす必要がある。倍ですが重量は約40%軽くなりました】

3) 耐食性と強度

アルミニウムは燃焼時に生成する水と化学反応しやすく、耐食性は鋳鉄シリンダーブロックに比べて劣り、特に高温高圧になる過給エンジンでは耐食性が劣ります。一方、容積に関する前述の結論は、エンジンの容積要件が比較的小さい場合、鋳鉄シリンダー ブロックの強度をアルミニウム シリンダー ブロックで達成することは通常困難です。したがって、多くの高過給エンジンは鋳鉄ブロックを使用しており、(第 9 世代以前の) EVO の 286hp 2.0L I4 (4G63) は常に鋳鉄ブロックです。修正限界が高いこともよく知られています。アルミシリンダーだとやりにくいかもしれません。この時点では、鋳鉄シリンダーブロックが主流です。

4) コスト

コストは当然アルミシリンダーの方が高価なので説明するまでもありません。この時点では、鋳鉄シリンダーブロックが主流です。

5) 防爆性と放熱性

アルミニウムは熱の伝導が速いため冷却性能が高く、エンジンの異常燃焼の可能性を低減します。同じ圧縮比であれば、アルミニウムシリンダーエンジンは鋳鉄シリンダーエンジンよりも低グレードのガソリンを使用できます。この時点では、アルミシリンダーブロックが主流です。

6) 摩擦係数

往復運動部分の慣性を低減し、回転速度や応答速度を高めるため、ピストンの材質にはアルミニウム合金が多く使用されています。シリンダー壁もアルミニウムでできている場合、アルミニウムとアルミニウムの間の摩擦係数が比較的大きく、エンジンの性能に大きな影響を与えます。鋳鉄ではそのような問題はありません。この時点では、鋳鉄シリンダーブロックが主流です。 [補足:一部のいわゆる「オールアルミニウム」エンジンには鋳鉄シリンダーライナーも使用されています。
結論は:

アルミニウムの利点: 軽量、優れた放熱性。
鉄のメリット:安くて丈夫。