汽车轻量化 能源危机的完美解决方案

　　中国汽车工程师之家 虽然钢铁材料仍是汽车的主要用材，但其所占的比例呈下降趋势。有色金属和塑料所占的比例是上升得最快的，特别是最近几年来更为明显。这种变化的最直接原因是对汽车轻量化的要求越来越高，而有色金属和塑料本身性能的改善和加工工艺的进步也为其扩大应用创造了条件。其他非金属材料的比例提高也是令人瞩目的。这主要是由于对车辆的舒适性要求逐渐提高，装饰更为高级、豪华，各种黏结、密封材料、皮革、织物等非金属材料的用量越来越多。也正是由于汽车趋向快速、高级、豪华、舒适、安全，形形色色的附件装置包括电子设备的大量使用，使汽车的总质量有了较大的增加，这进一步加剧了汽车轻量化的迫切性与难度。汽车材料的这种变化趋势还将继续下去。

　　（1）汽车轻量化技术

　　汽车轻量化可采用“比铁更轻的金属材料”、“可重复使用的塑料”、“车体和部件的结构更趋合理化的中空型结构”等对策。例如，高强度的钢材制造的车体材料、铝制发动机机体、铝合金飞轮、塑料消声器等的使用已趋普遍。而悬架部件、燃油箱轻量化则处于初始阶段，除了大型豪华轿车、豪华SUV采用铝制悬架，而一般中级轿车等绝大多数轿车还是采用传统的钢制悬架。近年来，把铁制部件改用铝件和塑料材料也逐渐增多。此外，还有把发动机的凸轮轴的曲轴等旋转部件制造成中空化结构，以减轻质量。现今汽车引擎的汽缸顶，已大量采用铝合金制造。汽车制造商乐意使用铝合金的原因，首先是这种材料能降低引擎重量，其次是铝合金有较佳的散热特性，尤其适合多气门引擎。还有一个轻量化的例子，保时捷为旗下不少车型装备陶瓷制动盘，被命名为(PCCB Porsche ceramic composite brakes)，制动盘以陶瓷制造的铸模将碳纤维连接在一起。新材料对盐水具有极高的抗蚀能力，硬度极高的表层拥有高强的抗磨特性，其摩擦系数又不受温度变化的影响，反复多次全力制动也没有任何热衰减。尽管制动盘的直径高达350mm，其重量却只有同尺寸钢质制动盘的一半，足以令悬挂的非弹簧负荷重量降低18kg。法拉利在360 Modena 赛车版上使用的陶瓷制动，也是同一哲学下诞生的系统。汽车轻量化，往往是通过这些细小技术的措施来使整体轻量化的。

　　（2）汽车能源和汽车轻量化

　　汽车在陆上交通工具中的优势在于它携带着驱动所需要的能源，因而可以随意选择道路。自汽车发明至今，内燃机仍然是汽车的主导动力机。可存储在轻薄油箱中的汽油或柴油，由于技术上的优势仍是主导的能源。节约能源特别是石油资源，已是一场不可避免的客观挑战，特别是1973年的石油危机，触发石油价格上升至4倍以上，现如今，国际原油价格持续上涨，节约汽车燃油消耗已是一项长期的任务，也是汽车制造业不可回避的新课题。其技术内容是多方面的，如提高发动机效率、改进汽车造型以降低风阻系数、改进汽车轮胎等，而对汽车材料的要求则主要来自汽车轻量化，汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量。采用轻量化材料就能在汽车载荷不变的条件下，尽可能降低整车重量，从而显著降低汽车燃油油耗。

　　（3）发动机小型轻量化

　　以石油能源问题为出发点，汽车的小型轻量化更受到人们的关注。它不仅关系到汽车的经济性，更关系到地球资源的有效利用。在过去汽车大都采用前置式发动机后轮驱动形式。后来从减轻质量与确保车内有效空间的利用方面出发，迅速向FF方式发展（即前置式发动机前轮驱动方式）。发动机小型轻量化，最重要的是发动机总长尺寸改小了，主要是改小各缸间汽缸中心距的尺寸，因它对发动机质量、尺寸影响极大。这可在保证各缸冷却水腔空间、减小各种受力变形，以及在保持缸盖气密条件下，应力要求减小汽缸中心距。

　　发动机质量除取决于基本尺寸这一因素之外，还要受材料的选择和制造技术所制约。使用薄壁铸造技术，用轻合金和塑料等所制造的汽缸体和汽缸套，铝合金制的发动机机体和曲轴，回转部分的中空结构，发动机凸轮轴和曲轴以塑代钢、以陶代钢，以及用陶瓷活塞销等，使零部件轻量小型，从而实现提高功率、节能和燃料费用降低的目标。