[汽車之家 技術] 在鋁合金缸體已經十分成熟的應用在量產車上時，工程人員卻依然在追求輕量化的道路上樂此不疲，其中寶馬的鎂鋁合金缸體就是此目標下的產物。它不僅僅是增加了金屬鎂那么簡單，而且缸體材料也不是人們所理解的由鎂和鋁組成的合金那樣，實際上，這背后隱藏著一些頗有意思的奧妙與玄機以及你所不知道的事實。
衡量一臺發動機可以有很多指標：峰值功率、峰值扭矩、最高轉速、升功率等等，但是在我們瘋狂崇拜動力參數的同時不可忽略一臺發動機的重量。減低重量意味著可以降低車輛的油耗，同時在適當的位置減低重量還可以提升車輛的動力性和靈活性，所以這也凸顯出發動機輕量化的重要性，特別是對于追求運動性與操控性的汽車品牌來說，每一公斤的減重都是工程人員所孜孜以求的。鎂鋁合金缸體最早由寶馬量產并應用在自家的直列六缸自然吸氣發動機N52上，按照官方的說法，這臺發動機采用了鎂鋁合金復合式曲軸箱。我相信很多人可能會認為這種曲軸箱是由鎂、鋁兩種金屬通過某種特殊的金屬工藝融合在一起形成的合金組成，而實際上并非如此。
| 三種金屬的特性對比 | |||
| 熔點 | 密度 | 膨脹系數 | |
| 鎂 | 648.9℃ | 1.74g/cm3 | 0.0026%/℃ |
| 鋁 | 660℃ | 2.70g/cm3 | 0.0023%/℃ |
| 鐵 | 1535℃ | 7.86g/cm3 | 0.0011%/℃ |
我們首先還是先來了解一下發動機結構的新材料——鎂。按照元素周期表，金屬鎂排在鋁的前面，其密度也僅有鋁的2/3，所以無論鎂還是鎂合金都比廣泛應用于發動機上的鋁合金更輕。通常，純鎂并不適合做結構材料，作為結構材料應用的鎂主要還是以鎂合金或者鎂鋁合金的形式存在。
鎂合金是以鎂為基礎加入其它元素組成的合金，其特點是：密度小，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，同時鎂合金還存在著很好的鑄造特性，可以制造出各種較為復雜的壓鑄件，同時它還具有很好的切削特性，所以單從這幾點來看，它非常適合做發動機結構的材料。
鎂鋁合金在第一次世界大戰時最先被德國使用，它是用鎂錠和鋁錠在保護氣體中高溫熔融而成。但是今天我們談到的這臺寶馬N52發動機的鎂鋁合金缸體則并不是通過此種方法制成的。考慮到耐磨等金屬特性，發動機的某些部位是無法使用鎂材料的，比如氣缸表面，所以N52發動機的缸體采用了復合式的結構設計。其中缸體的內層由硅鋁合金材料鑄造而成，在此基礎上，再在它的外層澆鑄鎂合金材料。
準確的說，它是由兩種合金拼接而成的，而并不是先將兩種金屬進行物理或者化學的融合，再放到模具里進行澆鑄，同時為了提高整體的強度，N52發動機的缸體采用了兩件式的設計，其中上部件為剛才提到的鎂鋁合金復合式結構，下部件也就是底板結構為鎂合金材質打造。
● 如何防止不同金屬間的電化學腐蝕
N52發動機的缸體為復合式鎂鋁合金，氣缸蓋則采用了鋁合金材質，而氣缸蓋罩又采取了鎂合金材質。由于鎂是一種普通金屬，所以鎂與發動機機中常用的鐵和鋁三者之間很容易發生電化學腐蝕，當鎂與鋁或者鐵的接觸面被水打濕時，就會出現所謂的接觸腐蝕。
為了很好的解決這個問題，N52發動機在氣缸蓋與缸體之間設計了一個帶有密封唇的密封墊（車主可以留意觀察一下），該凸出的密封唇就是為了防止灰塵和水進入到接縫處，從而防止其接觸到金屬部件。雖然通過各種措施來減小電化學腐蝕現象的發生，但是在復雜的用車環境下，鎂鋁合金的復合式結構在壽命上依然無法媲美傳統的鋁合金缸體。
除了防腐蝕的問題外，工程人員還要解決不同金屬的膨脹系數不同所可能導致的問題。我們知道發動機的工作溫度通常會有很大的跨度，所以也要考慮到組合在一起的不同金屬之間的膨脹系數的問題。鎂和鋁的膨脹系數幾乎相同，而且它們都是鐵的兩倍，由于膨脹系數差別較大，所以常規的鋼制螺栓不能使用，發動機在由冷態到熱態的轉變過程中會出現螺栓松動的可能，而解決辦法就是N52發動機在一些特殊部位使用了鋁制螺栓。
● 寶馬全新的增壓發動機已不再使用鎂鋁合金缸體
有很多車主在討論寶馬的增壓發動機是否還在使用鎂鋁合金缸體，在這里可以明確的告訴大家，寶馬現今的N54雙渦輪增壓發動機和普遍搭載在3系、5系等車型上的采用單渦輪雙渦管技術的N55發動機以及直列四缸的N20發動機都再次回歸到傳統的鋁合金缸體，這主要是因為加入渦輪增壓系統之后，由于驅動力矩較大，缸體需要單一一種材料制成，像N52上的復合式結構難以在強度上滿足設計的需求。
全文總結：
發動機缸體的重量在整機重量中占有較大的比重，從它入手進行輕量化的改進通常可以收到良好的效果。寶馬的工程人員將兩種合金通過物理的方法連結在一起，在滿足強度要求的同時盡可能降低了機體的重量，但是從后來發布的渦輪增壓機型可以推斷，此種鎂鋁合金復合式缸體結構還無法滿足動力性更強的渦輪增壓發動機的強度要求。這種特殊的鎂鋁合金復合式缸體結構就像帶有試驗性質的大膽嘗試與創新，也許它還存在著一些不足，但也為日后的技術進步積累了豐富的經驗。（文/汽車之家 馮景毅）
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