Como escolher: cárter de óleo em liga de alumínio ou cárter de óleo em plástico

O cárter de óleo O cárter de óleo é um componente essencial do sistema de lubrificação de um motor, desempenhando várias funções, incluindo o armazenamento de óleo, a dissipação de calor e a sedimentação de contaminantes. Em resposta à crescente procura de leveza e eficiência de custos, os cárteres de óleo em liga de alumínio e compósito de polímero (plástico) suplantaram gradualmente os modelos tradicionais de ferro fundido, tornando-se a escolha predominante no mercado.

1.Propriedades dos materiais e processos de fabrico

  A. Cárter de óleo em liga de alumínio

    - Composição do material

Normalmente fabricado em ADC12 (liga de alumínio-silício-cobre) ou A356 (liga de alumínio-silício-magnésio), com um teor de silício de 8%~12%, garantindo uma excelente fluidez de fundição.  

    - Processo de fabrico

Fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) ou fundição de baixa pressão, com tratamentos de superfície como anodização ou revestimento para aumentar a resistência à corrosão.  

    - Densidade e peso

A densidade é de aproximadamente 2,68 g/cm³, com um peso típico do cárter de óleo de 3,5~5 kg (para um motor de 1,5L).  

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  B. Cárter de óleo em plástico

    - Composição do material

Principalmente PA6 (nylon 6) ou PA66 reforçado com fibra de vidro 30%~50% (GF) (por exemplo, PA6-GF30), com algumas variantes topo de gama que incorporam fibra de carbono.  

    - Processo de fabrico

Moldagem por injeção, que permite ciclos de produção curtos e a integração de estruturas complexas (por exemplo, deflectores incorporados).  

    - Densidade e peso

A densidade é de aproximadamente 1,35 g/cm³, o que o torna 40%~50% mais leve do que o alumínio em volume, com um peso típico de 1,8~2,8 kg.

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2. Desempenho em condições reais

  A. Eficiência da dissipação de calor

A alta condutividade térmica do alumínio permite uma rápida transferência de calor do óleo, reduzindo a temperatura do óleo em 8 ~ 12 ℃ em condições de condução agressivas (temperatura do óleo> 110 ℃) quando emparelhado com aletas de resfriamento.  

O plástico depende da circulação do óleo para a dissipação do calor, aumentando potencialmente a temperatura do óleo em 10~15℃ em condições de carga elevada prolongada, necessitando de sistemas de arrefecimento auxiliares.

  B. NVH (Ruído, Vibração e Aspereza)

As propriedades de amortecimento do plástico podem reduzir a transmissão do ruído do motor em 3~5 dB (ponderação A), particularmente visível na gama de 2000~4000 RPM.  

O alumínio requer isoladores de vibração de borracha adicionais para evitar amplificar o ruído mecânico de alta frequência.

  C. Resistência ao impacto e durabilidade

O alumínio é propenso a deformações permanentes devido a impactos de pedras ou colisões sob a carroçaria, com uma energia de impacto crítica de 50~80 J (simulando colisões a 25 km/h).  

Os oleões de plástico podem absorver até 80% de energia de impacto sem fissurar, mas a exposição prolongada a temperaturas elevadas (>150℃) pode acelerar a fluência.

   D. Fiabilidade da vedação

O coeficiente de expansão térmica do alumínio é mais próximo do do bloco do motor (normalmente ferro fundido ou alumínio), resultando num desvio da superfície de vedação de 0,1~0,3 mm a temperaturas elevadas.  

O coeficiente de expansão térmica do plástico é 2~3 vezes superior, exigindo vedantes flexíveis ou estruturas de compensação dinâmica (por exemplo, flanges onduladas).

4. Estratégia de seleção

  A. Caixas de óleo em liga de alumínio

    - Automóveis de alta performance/competição: Deve suportar altas temperaturas de óleo sustentadas (por exemplo, motores turboalimentados com temperaturas de óleo que frequentemente atingem 130 ℃).  

    - Estradas fora de estrada/não pavimentadas: A maior resistência aos impactos sob a carroçaria compensa o peso reduzido; o alumínio pode ser reparado após a deformação.  

    - Utilização a longo prazo: O alumínio dura normalmente mais de 500 000 km, enquanto o plástico pode tornar-se frágil após 150 000~200 000 km.

  B:Caixas de óleo de plástico

   - Veículos urbanos pendulares: A redução do peso em 4 kg pode diminuir o consumo de combustível em cerca de 0,1 L/100 km (ciclo NEDC).  

   - Veículos híbridos/eléctricos: Os requisitos rigorosos em termos de NVH tornam o plástico ideal para otimizar o desempenho acústico.  

   - Modelos sensíveis aos custos: A moldagem por injeção custa menos 30%~50% do que a fundição sob pressão, oferecendo vantagens significativas em termos de custos de produção.

  C:Soluções híbridas 

Alguns fabricantes adoptam concepções híbridas: um corpo principal de plástico com uma placa de proteção de alumínio incorporada (por exemplo, motor Mercedes-Benz M254), equilibrando leveza e proteção.

5. Tendências e inovações do sector

  A:Avanços materiais

    - Alumínio: Os revestimentos nanocerâmicos (por exemplo, Al₂O₃-TiO₂) podem aumentar a dureza da superfície para HV800, melhorando a resistência ao desgaste em 3x.  

    - Plástico: O PA66 reforçado com fibra de carbono (CFRP) pode aumentar a temperatura de deflexão térmica para 220 ℃ e a resistência à tração além de 200 MPa.

  B:Inovações estruturais 

Os cárteres de óleo impressos em 3D permitem a otimização da topologia. Por exemplo, o cárter de óleo de alumínio do BMW i8 alcançou uma redução de peso de 22% através do design em rede, mantendo uma rigidez equivalente.

A concorrência entre os cárteres em liga de alumínio e em plástico é essencialmente um compromisso entre a gestão térmica, a leveza e o custo. Para os utilizadores médios, o plástico é preferível para a condução urbana devido aos custos de funcionamento mais baixos. No entanto, para os utilizadores orientados para o desempenho ou para o todo-o-terreno, o alumínio continua a ser uma escolha fiável. À medida que as tecnologias de materiais avançam, a diferença de desempenho entre os dois irá diminuir, mas a lógica de seleção baseada em cenários continuará a ser relevante no futuro próximo.