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陶瓷发动机为何现在还没有大量使用《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:11:24 阅读: 来源:彩砖机厂家

2018-10-23 09:36:25来源:牛车网

发动机是汽车的核心部件,发动机的好坏往往决定着整车的性能。如果问你发动机最重要的参数是什么?你可能会回答排量、马力、扭矩甚至是最高转速。当然这些数据的确很重要,但是,发动机最重要的参数是热效率。

热效率是指发动机输出的机械功与燃烧燃油产生的化学能之间的比率。在同等排量下这个比值越高发动机的动力性能越好,同时油耗、排放更低。目前全世界主流的引擎热效率在30-38%之间,个别引擎热效率能突破40%。比如此前以节油见长的丰田“DynamicForceEngin”直列四缸2.5L直喷发动机,可以达到41%的热效率。

而马自达推出的Skyactiv-X发动机理论热效率高达48%。现代汽车发布了“SmartSream”动力技术总成,有望达到50%发动机热效率。然而这样的参数却还是远远比不上电动机的效率。这也就是为什么电动汽车可以打着环保的旗号迅速占领市场。那么发动机的热效率真的不能再提高了么?不一定,毕竟科技在发展,比如我们今天要聊的——陶瓷发动机。

什么是陶瓷发动机?

在传统柴油机或燃汽轮机用的金属零件中,铝合金的耐温极限为350℃,钢和铸铁的为450℃,最好的超级耐热合置又使发动机设计复杂化,增加重量和耗费许多功率。长期以来,人们在寻用一种理想的材料来代替发动机用的金属材料。发动机用材料的重大改革则是用高性能陶瓷零件逐步代替金属零件,直至发动机的主要零件,这就是人们说的陶瓷发动机。

高性能陶瓷有许多优于金属的貹能,例如耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻和隔热性能好,这些特殊性能可使传统发动机面临的热效率低和结构复杂等许多难题得到合理的解决,并提高发动机的性能和耐久性。因此,有专家认为,高性能陶瓷是内燃机发明以以来最鼓舞人心的新发展,它将最终解决发动机要在苛刻环境下工作的问题。21世纪,将会出现许多陶瓷发动机。最初,人们研究和使有的是陶瓷涂层和单一整体陶瓷制的发动机零件。陶瓷涂层技术成熟、成本低、寿命较高,采用等离子喷覆二氧化锆、碳化钛和二氧化钛等陶瓷,获得1毫米以内的耐久涂层。为了解决陶瓷涂层太薄的问题,人们研究用二氧化锆、氮化硅、碳化硅和钛酸铝制造动机的整体陶瓷零件。此外,还研究了玻璃陶瓷、氧化铝等整体陶瓷件。

陶瓷发动机的优点

1.硬度高,耐热性好。陶瓷的硬度在1500HV以上,而一般的合成金属只有400HV左右,这种强度的改变是颠覆性的,与此同时耐热性也比合成金属要好很多。

2.热效率提升。我们目前所知道的汽车发动机热效率最好的是凯美瑞上的那台,它的热效率达到了惊人的41%,而如果用陶瓷材料制作活塞,连杆,缸套,缸盖等重要零件,会让发动机的热效率得到极大的提升,至少提高35%以上。

3.对燃油质量要求低。陶瓷密度小,质量轻,并且在高温下不易氧化,拥有很好的抗腐蚀性,所以说对燃油的要求就不那么高了,可以选择品质较低的燃油。

4.减轻发动机质量。陶瓷可以从两个方面减轻发动机质量,一是其质量轻,二是由于陶瓷在1400摄氏度左右工作时可以保持稳定,从而就不需要庞大的发动机冷却系统,光这一点就可以减少发动机机体40%的重量。

5.排放低。环保越来越重要,而陶瓷发动机的活塞工作温度可以提高到300摄氏度以上,可以很好的促进燃料与空气混合物的燃烧,同时使燃烧更加彻底,减少排放。

陶瓷发动机的应用

陶瓷的应用研究主要体现在2方面。一方面是,利用陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀和重量轻等性能特点,主要用陶瓷零件代替金属零件、获得优于金属零件的性能。日本在这方面的成效较在,它研究了大量的陶瓷部件,已投产和使用的有:涡轮增压器转子、电热塞、摇臂镶块、排气中内衬、预燃烧室镶块、氧化铝纤维强化的铝连杆以及陶瓷纤维强化的铝合金活塞等。德国某公司采用氮化硅活塞销,简化了活塞设计,降低了成本。另一方面是,在气缸套、活塞、缸盖以及进、排气门等零件上采用整体或陶瓷涂层,利用其耐高温与隔热性能以及其它隔热技术设计成低散热陶瓷柴油机,这种发动机通过采用取隔热措施来降低损失,使用多热能转换成有效功。西方发达国家的5吨卡车和3种民用车辆已使用此类柴油机。而在汽车柴油机方面,美国应用了隔热陶瓷涂层。

陶瓷发动机的难点

1.陶瓷虽然很好,但是其非常的脆。不过目前通过纳米化可以让陶瓷拥有塑料一样的韧性,可以明显改善其强度、硬度以及抗疲劳破坏性。

2.制造工艺较高。陶瓷发动机会成为世界汽车研究的热点,但是制造工艺较高是个致命的问题,毕竟汽车需要量产。

其实早在1990年的时候,我国第一台无水冷陶瓷发动机就在上海诞生了,它经过400小时的台架实验以及实车长距离实验,顺利的从上海开到了北京。在724小时的实验中,燃油消耗效率为213.56g/km.h,远远低于目前1.5L直喷发动机的380 g/km.h,然而那是1990年啊。所以说虽然目前陶瓷发动机不能普及,但是这确实是未来的一个方向。

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