1前言
为了减少燃油消耗和降低二氧化碳排放，汽车的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。研究表明，汽车整备质量．每减少100 kg，百公里油耗可降低0.3~0.6 L。此外，汽车轻量化还可以提高汽车动力性，节省材料，降低成本。有人预计，到2010年汽车整备质量平均将减轻17%，即250 kg;轿车整备质量将从目前的平均1300 kg左右降至1000 kg。
发动机的轻量北，除了上述目的以外，还涉及到整车的质量分布（汽车行驶动力学）。将汽油机改换成柴油机时，往往会使发动机变重（坚固的结构、涡轮增压器、增压空气冷却器、喷油装置等），导致前桥轴荷增加，使得整车的均衡性受到了破坏。所以，轿车发动机的轻量北已经成为整车开发中一个不可忽视的问题。
发动机轻量化的途径，首先是提高升功率，以降低发动机单位功率的质量。最先进的功率密度指标已逼近1 kg/kW 。以轿车柴油机为例，如果20世纪90年代初升功率还只是在20-30 kW/L徘徊，那么自从20世纪末开始，其上升趋势可谓“突飞猛进”。如今，柴油机最大爆发压力已经达到20 MPa,升功率达到60 kW/L。
除了提高升功率以外，减轻单个零件的质量也是发动机轻量化的重要途径。机体是发动机中单件质量最大的零件，一般都超过发动机质量的1/4，甚至接近1/3。目前，减轻传统的灰铸铁机体质量有3铁，如奥迪V6 3.0L TDL直喷式柴油机；三是采用铝合金或者镁合金。 早在40多年前，就已经有生产铝合金发动机气缸体的压铸机了。我国砂型铸造汽油机铝合金气缸体的历史至少可以上溯到30多年前。但是，随着气缸最大爆发压力的逐步上升，当年的铝合金气缸体无论从材料性能，还是从结构上都无法满足要求，于是曾有一段时期铝合金气缸体渐渐淡出。但是，随着材料科学的发展和设计水平的提高，近来甚至最先进的轿车柴油机都不乏重新采用铝合金气缸体的实例。最初：铝合金主要用于大型发动机，戴姆勒-克莱斯勒的顶级车Maybach（迈巴赫）和S级轿车的12缸发动机就采用了连同底板（曲轴箱卞半部）质量在内只有38 kg的铝合金气缸体。而梅塞德斯-奔驰V6轿车柴油机的铝合金气缸体每年生产批量已超过20万件。今天有许多中小型发动机，甚至柴油机，也已经在大批量生产中采用了铝合金气缸体。德国大众汽车公司的路波(Lupo )1.2 L TDI涡轮增压直喷式柴油机的气缸体就是一例。甚至一级方程式赛车发动机也有用铝合金制造气缸体的。有人预测，2006年欧洲生产的发动机气缸体将会有超过半数是用铝合金制造的。我国汽车行业应当对这一动向给予足够的重视
2发动机机体材料的性能比较
灰铸铁具有足够的强度，为气缸筒滑移表面提供了良好的摩擦学性能，并且在铸造和机加工方面也很优越。所以，迄今绝大多数发动机气缸体都采用灰铸铁。灰铸铁材料的最大缺点是密度大。蠕墨铸铁也有这个缺点，但它具有更高的刚度和强度。
铝合金和镁合金在密度方面表现出明显的优点，但其刚度和强度较低。不过，这两组材料在弹性模量和强度相对于密度的比值方面具有非常良好的结果，完全胜任轻型结构材料的角色。然而，由于其较大的热膨胀，如果没有相应措施，发动机运转时轴承间隙将会过度扩大，使得通过发动机的机油流量剧增，且声学激励明显加剧。
此外，铝合金和镁合金的耐磨性较差，不能满足气缸筒表面的要求。而且，它们的蠕变强度有限，而这种蠕变强度是设计中必须加以考虑的。这些缺点可以通过改善结构加以补救，但这将使成本上升得更高。
铝合金和镁合金相比，镁的强度指标胜铝一筹，密度也更小，所以在汽车上早就有所应用，例如桑塔纳轿车的变速器壳体一直采用镁合金压铸。可是，镁合金的导热性远不及铝，仅处在灰铸铁的水平上，以致在气缸筒变形和气缸筒之间的薄壁区域的材料热载荷方面出现其他问题。利用压铸镁合金可以使一台2L发动机机体的质量减轻到15 kg以下，但是它的成本较高。有人认为，镁合金作为曲轴箱材料目前在大批量生产中没有什么吸引力。尽管如此，奥迪公司最近还是成功地将一台升功率达到67 kW/L的5气门、1.8 L涡轮增压汽油机的灰铸铁气缸体改成了镁-铝混合材料气缸体，使发动机整机质量从145 kg降为122 kg 。
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