陶瓷材料可使未来发动机热效率高达70%

发布时间：2017/10/16 0:03:25

据悉，目前世界热效率*高的发动机是搭载在新凯美瑞上的那太，排量为2.5L，热效率为41%。据知情人士透露，这台发动机基本上用上了所有的先进技术，如：进气VVT，排气VVT，阿特金森循环，无极可变机油泵，高压缩比，EGR,多孔燃油喷射，低摩擦链条，树脂涂层轴承，气缸盖集成排气歧管等等，可以说已经做到了*。

到了极限，发动机的效率再要往上提升一个点都难上加难。

目前，常规燃油发动机效率的提升已经遇到了瓶颈。特别是油耗问题，排放法规越来越苛刻，找到瓶颈突破口迫在眉睫，而陶瓷发动机是一个方向。

我们都知道，传统汽车发动机由金属制造，因为金属强度高，耐热，可靠性好，是发动机零部件的不二之选。但是随着发动机技术的不断发展，金属的属性却制约了发动机效率的往上提升。

为什么这么说？发动机的原理大家都清楚，是靠燃烧燃油释放热能转变为膨胀气体来推动活塞做功。在这过程中，燃料的热能只有1/3左右推动活塞做功，绝大部分是从缸套把热能传递给了冷却液，再传递到空气中。

冷却的原因很简单，因为金属的特性，发动机的核心部件是活塞连杆机构，缸体，曲轴。其中活塞是由铝合金制作，顶部加耐热涂层，曲轴，连杆基本是铸铁，合金钢等。铝合金的极限耐温点为350℃左右，铸铁为450℃左右，超级耐温合金为1000℃左右。所以，必须时刻保证这些金属核心零件的温度必须保证在极限温度点之下，不然就会热变形，导致零件损坏，发动机报废。

而陶瓷发动机就解决了上述问题:

01、熔点高

一般金属的熔点为1400℃左右，而常规的陶瓷熔点在2000℃以上，在高温下具有极好的化学稳定性，同时陶瓷的热膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

02、硬度大

陶瓷的硬度为1500HV以上，而一般的合成金属为400HV左右，而且陶瓷的隔热性非常好。由于陶瓷材料的耐热温度，隔热性，活塞的工作温度大大提高，从1000℃左右可以提高到1300℃左右，热效率提升30%左右。

03、稳定性好

陶瓷在1400℃左右的温度下保持良好的稳定性、物理、化学性能，不变形，不腐蚀。这样就不需要对活塞，缸套，缸盖进行冷却，也就不需要冷却系统及零件，可以减轻整车重量100KG左右。

04、密度小

陶瓷的密度小，重量轻。相比传统的铝合金活塞，钢制连杆，陶瓷，活塞连杆可以减轻重量约一倍。这样活塞的运行速度就可以得到极大提高，功率至少提升1/3。这对追求极速的F1来说，是非常好的前景技术。

05、耐腐蚀性好

陶瓷高温下不易氧化，并对酸，碱，盐具有良好的抗腐蚀性。从这一点看，燃油的选择范围将大大提高，可以选择较差燃油品质的燃油。

既然陶瓷发动机相比传统的金属发动机有更大优势，那为什么没有得到普及和量产呢？

答案只有两个字：脆性！

脆性是陶瓷难以克服的缺点，那些试验用的陶瓷发动机所用的陶瓷材料，都采用高纯度人工合成，利用精密控制工艺烧制，工艺复杂，成本也较高，但脆性也没有得到根本的解决。

但目前有一种新兴技术，通过纳米化，易碎的陶瓷可以具备和塑料一样的韧性，陶瓷基纳米复合材料中纳米粒子主要弥散与基体晶粒内或晶粒间，其作用不仅可以提高力学性能，更能使其基体材料的强度和韧性提高2-5倍，而且可以改善硬度、强度及其抗疲劳破坏性能。

不过，目前纳米陶瓷还有许多关键技术问题需要解决，但纳米陶瓷的制备已经较为成熟。新的工艺不断涌现，相信随着研究的不断深入，纳米陶瓷会更加完善，完全可以取代金属的那天指日可待。相信不久的将来，纳米陶瓷技术在汽车中的运用会掀起一场汽车革命。

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