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省油更强劲,陶瓷发动机来啦!
发布时间:2019-10-07
 

陶瓷发动机 设想一种汽车,它车体轻盈,功率强劲,能以500千米的时速奔驰,无需冷却,而且节省燃料,有害废气极少。这就陶瓷发动机所展示的美好前景。陶瓷,尤其氮化硅碳化硅陶瓷具有高温强度、耐蚀性耐磨性,用它们来制造发动机已成为当前世界各国奋力追求的目标。

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优点 陶瓷发动机的优越性为: 热效率提升,提高发动机的工作温度,从而提高热效率。例如,对内燃机而言,目前作为其制造材料的镍基耐热合金,工作温度在1000℃右。而采用陶瓷材料,则可以将工作温度提高到1300℃,使发动机效率提高30%右。 工作温度高,可使燃料燃烧充分,所排废气中的有害成分为降低,这不仅降低了能源消耗,而且减少了环境污染。 陶瓷的热传导性比金属低,这使发动机的热量不易散发,节省能源。 陶瓷具有较高的高温强度热传导性,可延发动机的使用寿命。降低发动机的重量,陶瓷本身就密度小重量轻膨胀系数低,在极高的温度下还可以正常工作,就减去了复杂的散热系统从而减轻重量。对油品的要求也会降低,陶瓷具有很好的抗腐蚀性,即使在高温下也不容易氧化,耐磨抗疲劳性也要比金属要好,不容易产生积碳。

陶瓷发动机的难点:脆。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。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。

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陶瓷首先在高温燃气轮机中,可用于制造叶片、燃烧筒、套管、主轴轴承等,用陶瓷代替镍基、钴基耐热合金,成本可降低到原来的1/30。同时,陶瓷也可用于制造内燃机,可用于制造活塞内衬、气缸、预燃烧室、挺杆、阀门、喷嘴、涡轮增压器转子及轴承等零部件。据测算,若汽车发动机的所有零部件都采用陶瓷制造,其重量可比合金发动机轻2/3,燃料费降20%。1977年美国福特汽车公司用氮化硅碳化硅陶瓷制造了一台全陶瓷燃汽轮机,其燃气入口温度为1230℃,转速为5万转/分,成功运转了25小时。1982年,瑞典沃尔沃联合公司共同研制的燃汽轮机,成功进行了乘用车的实际行驶,在世界上首获成功,其涡轮工作温度为1100℃,转速为5万转/分,运行了10小时。1990年,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,而且那是在遥远的1990年。 目前,美系研发主要以通用、福特、诺尔顿等公司主导,其实用阶段的探索已经相继建立了专业化的陶瓷生产中心。日系主要以丰田、日产等公司联合开发为主,建立了数千家新型陶瓷研究机构,其主导开发的213KW的KANATN陶瓷发动机已经具备量产规模,并用于概念车装配。德国奔驰公司主导的欧系车尤里卡计划中,主要配合成员国有法国、瑞典,陶瓷发动机主题备件主要以复合材料主要包括陶瓷、树脂、金属、塑料、强化剂、韧性剂等成分。其功能合理性好,工作稳定温度可以达到1600℃。

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到现在为止,现代发动机的陶瓷应用主要还是发动纳米陶瓷镀层,在缸体和活塞的热接触表面上施加一层陶瓷,在关键部分获得陶瓷的性能同时完美地规避了陶瓷的缺点。中国研发团队已经掌握了发动机气缸等离子体陶瓷化处理的全套设备制造技术和关键工艺,成功地在发动机气缸上实现了陶瓷合金制造。

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目前阻碍陶瓷发动机实用化的主要障碍是陶瓷的脆性由此导致的低可靠性和较高制造工艺。若能解决这个问题,纳米陶瓷技术在汽车中的运用会掀起一场汽车革命,将会给人类社会的发展提供强的推动力。