气体发动机油(用塑料油底壳真是为了偷工减料？)

Posted 2023-05-30

篇首语：哪里有天才，我是把别人喝咖啡的功夫，都用在工作上的。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了气体发动机油(用塑料油底壳真是为了偷工减料？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

气体发动机油(用塑料油底壳真是为了偷工减料？)

其实塑料油底壳这个浑水话题我们是不愿意蹚的，因为老读者都知道，萝卜报告这几年间产出的上百篇汽车硬核技术科普文章都是“为爱发电”行为，并没有为公司的营收做出贡献，更多还是为了让喜欢汽车的朋友能摸透汽车相关的技术原理以及汽车进化的底层逻辑。

而之所以决定写这篇文章，是因为最近我们文章留言区突然出现了很多关于塑料油底壳的激进言论，轻则怒斥偷工减料没良心，重则甚至将塑料油底壳上升到了坑害中国人的程度......当然，我们并没有想改变这些朋友立场的想法，只是想通过分享一些已知的信息，能让大家对塑料油底壳这件事做出更理性且全面的判断罢了。所以再次重申，本篇文章没有任何利益相关，如果你带着很强的预设立场，也可以读完本篇文章，有了更多线索之后再开喷。

言归正传，大家首先要明白一件事，就是造车、卖车是一种商业行为，并不是搞慈善，如果哪家车企造出来的车在产品力和价格方面没有竞争力，那这家车企就会面临淘汰了。所以在汽车诞生的上百年来，车企一直都必须遵循降低成本，并提升产品力的大思路。毕竟如果不降低成本，现在各位朋友恐怕还在靠双腿在代步。而如果不提升产品力，汽车可能还没有马的四条腿跑得快，并且油耗也根本过不了严苛的排放法规。所以首先我们要认识到，对于车企而言，降低成本并不可耻，而且还非常必要。

很多人喷塑料油底壳，其实就是集中在了“塑料”这个字眼，但实际上塑料只是高分子聚合物的统称，实际囊括的范畴太广了，下至矿泉水瓶的PET材质（6千元/吨）、微波炉可加热饭盒的PP材质（1万元/吨），上至航天领域可承受-269℃~500℃的PI材质（6万元/吨），它们都可以统称为“塑料”，所以“塑料”这件事并不能一概而论。

目前汽车油底壳采用的塑料型号普遍为PA66（尼龙），并且绝大多数会在其中添加可以提升刚性的玻璃纤维。PA66是一种熔点很高的工程塑料，这种塑料由于被国际巨头帝斯曼、巴斯夫等企业垄断，所以价格一直居高不下，之前每吨价格一度高达4.2万，目前回落到了2.7万，但也要比用于打造铝制油底壳的2.3万/吨的铸造铝合金要贵17%。不过由于PA66塑料的轻量化优势明显，所以塑料用量会比铝合金少40%左右，这也就意味着，如果未来PA66塑料能保持住目前的价格，那使用PA66塑料的材料成本确实要比使用铝合金更低。

不仅如此，由于生产油底壳这类零件需要模具，而生产塑料制品的模具寿命是铸铝生产模具的10倍，也就是说一套塑料件生产模具所生产的成品数量，能达到一套铸铝模具生产成品数量的10倍，所以厂家还能在模具成本上省下不少钱。这还不算完，由于铸铝零件铸造完之后还得经过打磨工序，而塑料件工序则要简化不少，所以零件的生产效率还能得到提高，相当于变相又降低了成本。根据业内数据，塑料油底壳的成本会比铸铝油底壳降低20-40%左右，对于生产量以“万”为计量单位的汽车厂家而言，这笔成本节约确实十分诱人。

开头我们讲过，汽车厂商要在省成本和提升产品力这两个维度不懈努力才能保证不死，现在换成塑料之后，油底壳的生产成本确实下降了20-40%，那塑料油底壳在产品力方面又有没有得到提升呢？

通过上表我们可以看出，塑料油底壳在轻量化、噪音抑制、设计自由度方面都有着一定优势，而在结构刚度方面又存在着一定劣势，下面我们将对塑料油底壳的性能进行逐项详解。

汽车重量每降低1%，整车的油耗就会降低0.7%，因此轻量化就跟降低成本一样，从汽车诞生的那天起就成为了汽车厂商永恒努力的主题。很多朋友对发动机重量没有概念，要知道一辆中型轿车除去内饰等附件后的白车身，重量也不过300公斤，而一台塞在机舱内，远小于白车身体积的2.0T四缸发动机，其重量也能达到160公斤，重量相当于两个成年男性蜷缩在机舱的中央。那么可想而知，这个重量对车辆的负担、以及前后配重的负面影响是不容忽视的，所以工程师一定会尽全力去降低发动机的重量。此时，平时不显眼，但实际覆盖面积很大的油底壳就成为了工程师的重点关注对象。

机油循环路径

为了方便大家理解，我们先来简单介绍一下油底壳是干嘛用的。大家都知道发动机在保养时会加注好几升的机油，而这些机油最后就会流到位于发动机底部的油底壳上，所以大家可以将油底壳看作是一个为发动机兜底的“盆”。当发动机点火进入运转状态后，位于油底壳内部的机油泵就会开始将油底壳内部的机油向上泵送到需要润滑的发动机零件上，然后这些润滑过后的机油又会因为重力重新回到油底壳中，并通过油底壳在行驶中与外界流动空气的热交换进行散热。因此油底壳就是一个储存机油，并为机油提供散热的部件。

钢板冲压油底壳

而说到油底壳的制造材料，它从古至今，按照时间顺序发展出了钢、铝合金，以及塑料三种形式。但可能出乎大家意料的是，其中最重的却是目前相对主流的铝合金油底壳。看到这可能就有朋友纳闷了，钢比铝重是基本常识，那为何铝制油底壳会比钢制的更重呢？这是因为在钢制油底壳时期，油底壳采用的都是钢板冲压工艺，也就是将一片薄薄的钢板置于模具内，再通过压力给压成油底壳所需的形状。但由于密度相对均匀的金属被压成不规则的形状后，会引发材料不均匀的塑性形变，甚至出现波纹、皱褶和边缘拉痕等问题，所以最终就会导致钢制油底壳某些部位的刚性很差，并且整体刚性无法满足一些油底壳需要兼具支撑变速箱的职能。此外，由于冲压工艺只能生产简单的结构，所以如果油底壳想通过复杂结构来提升刚性，就势必要放弃冲压这种工艺。不仅如此，由于冲压钢板较薄的问题，所以一旦涉及后期拆卸油底壳的维修操作，冲压钢制油底壳就会很容易在施工中发生形变，进而导致油底壳的密封出现问题。为了解决以上所有问题，于是油底壳的制造工艺才从钢板“冲压”变为了厚度更厚，且稳定性更好的铝合金“铸造”，并且由于材料从钢变为了铝合金，所以油底壳的重量也没有增重太多。多说一句，目前冲压钢制油底壳并没有被完全淘汰，像是包括一些大众车型在内的个别品牌、车型也还在沿用着“古老”的钢制油底壳。

塑料油底壳

不过就像之前提到的，车身轻量化是车企毕生都要不断精进的方向，于是可以满足汽车发动机温度、刚性需求的PA66工程塑料油底壳便诞生了。相比于铝合金材料而言，PA66塑料的减重效果高达60%，相当于将普通家用车重达2.2kg的铝合金铸造油底壳换成塑料材质后，重量可以直接降至0.88kg。可能有朋友对减轻的这1.3kg重量不以为然，但要知道的是，无论是汽车减重，还是发动机减重，其实靠的都是积少成多、量变引起质变才实现了如今的轻量化状态。

日产缸壁熔射工艺

比如说发动机上的气门室盖、进气歧管、正时链条盖，在早期其实全都是金属材质的，如今也都换成了塑料。而像是将缸体从以前的铸铁材质换为轻量化的铝合金后，由于铝合金的耐磨性不行，所以厂家还得在缸内镶嵌4-5mm厚的铸铁缸套，4个缸套的重量大约在2kg上下。为了能将缸套的2kg重量减去，很多厂家又开始花大价钱去研发气缸耐磨涂层，最终通过直接在铝合金气缸壁上热喷涂涂层的方法，又将缸套的2kg重量给减了下去。这还不算完，为了尽可能减重，一些厂商还打起了单支重量仅500g左右活塞连杆的主意，通过使用更好的材料并优化结构，又从每根活塞连杆上抠下去了100g重量，对于拥有4根连杆的四缸发动机来说，相当于总共降低了400g的重量......

AMG GT 油底壳

而对于追求极致，“克克计较”的跑车来说就更是如此了，以2015年上市的奔驰AMG GT举例，它所搭载的4.0T V8发动机的机油加注量高达12L，因此油底壳必须足够大才能容纳下这么多的机油。此时，如果奔驰采用铝合金铸造油底壳方案，那油底壳的重量将会高达6.34kg，而如果换成塑料材质，油底壳的重量将会直接降至2.6kg，能如此轻易在跑车的车头位置降低将近4公斤重量，奔驰工程师怎么可能会不使用塑料油底壳呢？也正是因为奔驰这台4.0T V8发动机整体采用了轻量化设计，所以最终才将重量压低到了209kg，要知道奥迪RS6所搭载的EA825 4.0T V8发动机重量可达到了231kg，比奔驰重了22kg之多。

集成式塑料油底壳

除了材料本身的轻量化以外，塑料材质的超高设计自由度同样对油底壳减重起到了关键作用。这是因为在钢制冲压以及铝合金铸造油底壳方案下，由于金属的设计、加工自由度低，所以油底壳内部的机油收集器和挡油板都是独立的。而改用塑料油底壳后，得益于塑料超高的设计自由度，汽车厂商就可以直接将机油收集器、高压油道、低压回油道、挡油板，甚至是机油滤清器集成为一个整体零件来降低重量了。此外，集成化设计还能有效缩短机油的油路长度，减少泵油的阻力，还能在一定程度上降低油耗。

综上所述不难发现，无论为油底壳减重是出于省油还是操控目的，工程师都有足够的动机在发动机上推动塑料油底壳的进程。

众所周知，发动机运行时气缸内的高温高压气体会使整个发动机产生震动，并向外界辐射噪音。相较于发动机缸体，以及顶端的缸盖而言，位于发动机底部的油底壳自然就成为了发动机上厚度最薄、刚度最低的部位。于是乎，油底壳也成为了发动机噪音传播的最大路径。

钢板冲压油底壳

在早年间的钢制冲压油底壳时期，工程师为了减少油底壳位置的发动机噪音出逃量，于是发明出了一种“三明治”结构的油底壳，将从前单层钢板油底壳改为了两层钢板，并在两层钢板之间通过填充一层聚酯树脂来降低发动机的噪音和震动。

铝合金油底壳

但就像前面所说的，冲压工艺无法打造出刚性更好的复杂结构，于是铝合金铸造油底壳便逐渐代替了钢制冲压油底壳。凭借着更好的结构设计以及厚度提升，刚性更好的铸铝油底壳对缸内高压气体的震动和噪音都展现出了更好的抑制作用。

塑料进气歧管

与钢和铝合金相比，塑料在隔音方面天生有着阻尼大的优势，可以对震动和噪音进行更好的吸收，这也是发动机进气系统会使用塑料材质的原因之一。所以当把塑料用到油底壳上后，其阻尼大的优势同样可以减少发动机噪音的出逃量。可虽说塑料的阻尼大，但塑料刚性差也是人尽皆知的事，那工程师又是如何弥补塑料刚性不足的缺陷呢？

很简单，就是利用塑料的可塑性，通过科学的结构设计在塑料油底壳上增加足够多的加强筋。这也是塑料油底壳表面看上去更复杂的原因。在补足了刚性后，凭借着阻尼大的优势，塑料油底壳便成为了降噪效果最好的油底壳形式。根据巴斯夫的数据，换装塑料油底壳后，发动机的整体噪音要比使用铸铝油底壳的方案低1分贝。对分贝值有概念的朋友应该知道，有时候差1分贝就是另一种听感了，所以这也是为啥豪华品牌更积极转投塑料油底壳的原因之一。

各国承诺碳中和时间

除了上述这些产品层面的因素外，外国品牌积极布局塑料油底壳，还跟汽车产业的节能减排大趋势息息相关。其实近10年来汽车传统钢铁材料已经被高强度铝/镁合金以及塑料大幅替代了，甚至发达国家早已将汽车塑料用量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的重要标志。而其中用塑料代替金属除了能减重省油外，还能有效降低生产中的二氧化碳排放量，根据研究测算，如果我国的乘用车行业能够规模化使用塑料油底壳，那我国每年的二氧化碳排放量将会减少50万吨左右，相当于将近3000万棵树的二氧化碳年中和量，有助于碳达峰/碳中和目标的实现。

对于车企而言，尤其是“环保大过天”的欧洲车企，更是会在减少碳排放这件事上全力以赴，像是宝马集团就提出到2030年，计划平均单车生命周期碳排放比2019年降低40%，相当于集团减排至少2亿吨，其中供应链端降低20%、生产层面降低80%、用户使用阶段降低50%。而其它汽车厂商也都根据自身的情况提出了碳中和的期限，毕竟各个国家要赶在2050年前后实现碳中和，肯定也缺少不了各大企业自身的碳中和实现。

目前很多人对塑料油底壳的质疑，普遍存在于对塑料耐久性的担忧上，因为发动机油底壳不仅要承担储存高温机油的作用，同时还要承受着排气管的高温辐射，因此油底壳的实际工作温度会维持在110-140℃之间，有时甚至可以达到160℃，那制造塑料油底壳的PA66材质究竟能否扛得住高温呢？

奔驰AMG GT 干式塑料油底壳

根据不同的熔点测试法，PA66的熔点温度范围为246-263℃，虽然比不上压铸铝的580℃，但应对油底壳的160℃最高工况温度也是绰绰有余了。并且目前业内主流的塑料油底壳制造方案，是在PA66中加入15-30%的玻璃纤维，来实现更高的耐热温度以及更高的刚性。像是上面提到过的奔驰AMG GT，由于这台车定位赛道高性能，需要油底壳能抵御240℃的高温，所以奔驰便采用了在PA66中加入35%玻璃纤维的方案，最终达成了设计指标。

不过要注意的是，相比金属而言，塑料的“蠕变”特性可能会为油底壳的后期使用耐久性留下隐患。蠕变的定义是，聚合物材料（塑料）在一定温度下承受恒定载荷时迅速、或逐渐产生的形变。具体在油底壳上，如上方示意图所示，当塑料油底壳通过螺栓跟金属缸体相结合后，由于中间存在密封垫或者硅胶密封胶的缘故，所以两个螺栓之间一定是有一个向下的反作用力的（即使塑料油底壳和缸体之间没有填充物，由于两个螺栓吃紧的固定力，其两个螺栓中间的区域也同样会因为颠簸造成的垂向力而向下），久而久之就有了密封失效的可能。

但要着重强调的是，虽然蠕变是塑料的天生特性，但如果塑料油底壳的设计和用料足够好，比如为两个固定螺栓之间设定合适的跨距（100mm左右），通过加强筋结构加强塑料油底壳与缸体接触面的刚性，以及增加PA66塑料中玻璃纤维含量等方法，其实塑料油底壳的寿命根本就不成问题。下面我将简单捋着塑料油底壳的发展进程为大家举举例子。

奔驰Actros卡车

在汽车领域，塑料油底壳其实早就不是什么新鲜事了，最先将塑料油底壳应用在汽车领域的品牌就是不断引领科技、安全、制造、材料等方向发展的奔驰，他们早于1998年就在Actros卡车上首次使用了塑料油底壳。不过对于重卡来说，减重自然不是第一诉求，当时奔驰之所以要在卡车上使用塑料油底壳，其实是看上了塑料油底壳极高的设计自由度，工程师可以先将油底壳做到极致薄，然后再利用塑料的可塑性、通过结构设计把刚性补回来。经过这一番操作，奔驰Actros卡车在油底壳尺寸不变的前提下，内部整整多出了30%的机油储量空间。而对于卡车来说，能多30%的机油储量，就意味着卡车的换油周期可以延长50%，可以大幅降低卡车司机的保养频率和时间，相当于间接提高了经济效益。

重卡塑料油底壳

在看到奔驰塑料油底壳的优势后，各家卡车厂商迅速跟进了这项技术，像是美国的康明斯、中国的一汽锡柴、重汽出品的重型卡车，也早就普及了塑料油底壳。试想，对于每年要跑几十万公里的重卡而言，如果塑料油底壳的耐久性不行，又怎么可能有这么多厂家前赴后继呢？

相较于商用卡车，塑料油底壳应用在乘用车领域的时间则要晚了10年，这一次的改革先驱依旧还是奔驰，于2007年将塑料油底壳应用在了欧洲市场奔驰C级的柴油发动机上。随后2009年Jeep在推出大切诺基高性能版时，也为它的5.7L V8 Hemi汽油发动机使用了塑料油底壳。再往后，标致、雪铁龙、大众、通用、宝马、奥迪、路虎、阿尔法·罗密欧、保时捷、玛莎拉蒂等众多主流品牌也都将塑料油底壳应用在了旗下诸多汽油、柴油发动机上。有意思的是，这其中很多品牌开始使用塑料油底壳都是10年前的事情了，为啥很多人最近才开始大惊小怪呢？

迈巴赫S550 塑料油底壳

整体来看，目前市面上在售的塑料油底壳车型数量众多，但由于很多厂商给哪台车使用塑料油底壳，或者不给哪台车使用塑料油底壳很难找出规律，所以我也不好直接报发动机型号，不过可以确定的是，目前进口奔驰S级以及迈巴赫用的都是塑料油底壳，但被大家喷“铝换钢简配”的奔驰E级用的是金属油底壳；奥迪车系中高端的纵置平台用的是塑料油底壳，但包括奥迪、大众在内相对亲民的横置平台车型用的却是金属油底壳；通用集团旗下无论是雪佛兰迈锐宝上的横置2.0T，还是凯迪拉克全系纵置2.0T用的都是塑料油底壳，而别克的1.5T发动机用的却是金属油底壳。

保时捷塑料油底壳

看到这我们不难发现，首先，如果塑料油底壳是一件偷工减料的事情，难道厂家不应该先从定位亲民、低端的车型/发动机开始偷工减料吗？为啥使用塑料油底壳的往往都是对成本并不敏感的中、高端车呢？此外，如果塑料油底壳真等于偷工减料，那为何保时捷还要为718 Cayman GT4这种销量极低的跑车花重金专门设计、生产一套全新的塑料油底壳模具，来将铝合金油底壳换成塑料油底壳呢？难道保时捷连这么简单的成本帐都算不过来？

其次，以上那些在国内市场使用塑料油底壳的车型，其海外版本也同样使用的是塑料油底壳，这又何谈坑害中国人呢？如果使用塑料油底壳是一件肮脏龌龊的事情，为何在汽车文化相当发达的欧美，没有车主上街拉横幅呢？为何外国的专业汽车up主，没有在境外视频网站炮轰某个厂家，并跟广大汽车知识储备很高的外国网友共情呢？

日系某田1年新车金属油底壳漏油个例

最后，关于塑料油底壳漏油的事情，大家可以自己去网上搜搜，如今使用塑料油底壳的车型数不胜数，其中又有哪台发动机因为使用塑料油底壳出现了群体性的油底壳漏油事件呢？如果是单看油底壳漏油的个例，汽车质量投诉网站上投诉金属油底壳漏油的案例可一点不比塑料油底壳少。至于那些塑料油底壳漏油个例偏多的品牌，大家同样可以去搜搜它们家的金属油底壳车型，其漏油的概率同样很高，所以这个锅就一定要让塑料油底壳背吗？

而且多说一句，很多人因为接触大龄的车太少，所以对于发动机、变速箱上的油渍有点过于敏感了，事实上绝大多数车辆使用10年左右，动力总成的各种接缝处都难免会出现一些油渍痕迹，大多都是因为接缝之间的密封胶、密封垫老化造成的。并且绝大多数都只到了“渗”的程度，离大家恐惧的“哗哗”漏油还差着十万八千里呢，对日常使用根本没啥影响。

至于最近被推上风口浪尖的宝马车型，基本也只有此前的N20发动机用了塑料油底壳，可那都是5年前的车型了，现在搭载B48发动机的新车绝大多数用的都是金属油底壳，所以为啥一个“挖坟”事件还能在5年后演变成群体性高潮事件呢？

说完了耐久性问题，我们再来看看大家对于塑料油底壳抗冲击性的质疑。由于油底壳位于发动机的底部，所以如果油底壳强度不够的话，就会出现路面石子飞溅打坏油底壳的问题。而塑料油底壳强度不如金属油底壳是毋庸置疑的，不过得益于塑料的设计自由度极高、且塑形能力极强，所以塑料油底壳都会通过在油底壳内部优化结构来提升整体强度，并通过在油底壳外部增加外壳保护筋的方式来保护壳体（如上图所示）。这种结构经过厂家验证，已经可以做到在高速路面飞溅的小石子冲击下，不产生凹陷和裂纹了。

发动机护板

至于那些更倾向于使用塑料油底壳的中、高端车型，它们大多还会出于提升底盘空气动力学的目的，为发动机配备上下护板，那即使面对稍大的磕碰，塑料油底壳受到损伤的概率也会变得很小。

未配备发动机护板

其实在防护层面，油底壳一直都是秉承着够用就好的理念，因为即使是金属油底壳，如果没有装发动机护板的话，那正面以稍快的速度压上稍大的石头也会分分钟被磕漏。而如果按照很多人对油底壳防磕性能的期盼去把油底壳设计的异常坚固，那当车头遇到大坑洼意外下坠，并磕到什么硬物后，这股撞击力就会传导至整个发动机，导致发动机的机脚，以及与发动机连接的变速箱之间出现更难收拾的问题，这样难道就更好吗？

一不小心文章都写了快8000字了，那今天就不写总结进行升华了，其实这事也没啥好升华的，就是希望大家能更正确、理性、全面的看待问题，别出现前几天一个读者给我们留言，说因为对宝马使用塑料油底壳的愤怒，结果放弃了自己一直心心念念的现款宝马X3（关键现款X3的B48发动机用的还是铝合金油底壳...），转而买了一台越野车用来城市代步的尴尬情形就好了......咱们不干损人利己的事，但怎么也犯不上损己利人吧？