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用陶瓷造發動機,刷爆熱效率!
 [ 2018-11-14 ]         瀏覽人數:3791 

  陶瓷這玩意兒,除了能吃飯、插花、做馬桶,工業用途同樣很廣泛。但用陶瓷造一臺發動機出來,誰都沒敢這樣想,除了腦洞奇大無比的工程師。


  為了提升發動機熱效率,工程師為發動機加入一堆技術,才能到目前最高的41%的熱效率。對,說的就是豐田!但馬自達的Skyactiv-X也不服輸,還準備達到更高的48%。盡管如此,它們在陶瓷發動機面前還差遠呢!

  一項技術頂上天

  發動機最常用的材料,主要是鐵或者鋁,在大規模生產當中最為合適。但是,金屬制造的發動機缺點也不少,不僅高溫時強度不足,而且容易產生金屬疲勞,耐磨性、耐腐蝕性都比較一般。因此,盡管現在的材料技術已經可以讓這些金屬有更強的性能,但總是被瓶頸所限制。

  我們生活中接觸到的陶瓷,本身也能看到不少的優勢,因此在工業上也很有優勢。首先陶瓷特別耐高溫,在1000多攝氏度的環境下可變保持不變形,強度能達到1500HV(一般只有400HV左右),還能保持比金屬更低的膨脹系數,散熱系統也可以更簡化。

  發動機需要長期面對摩擦及燃燒,燃油中的積碳也會對發動機零部件造成腐蝕,陶瓷材質耐腐蝕、耐磨、抗疲勞等特性,也比一般金屬材料要更好,對油品質量的要求更低,更加經久耐用。

  不僅如此,陶瓷的密度雖然沒有鋁材那么低(鋁材密度:2.702g/cm³,陶瓷在3-4g/cm³不等),但比鋼材要低不少(鋼材密度:7.85g/cm³)。密度更低,意味著發動機可以減輕重量,結合散熱系統簡化所減輕的重量,陶瓷發動機的重量可以做得比金屬發動機更輕巧。

  來到這里,很多人可能還不明白它與熱效率的關系。其實,發動機做功產生的能量,大部分是通過散熱、摩擦等方式流失,陶瓷發動機更高的溫度極限,恰好可以減少散熱所造成能量的損失,熱效率大幅提升了35%。并且空氣與燃料的混合比例可以更稀薄,燃燒更充分,降低污染物排放。

  其實,無論海外還是國內,早已經有科學家研究這種材料在發動機上的應用。1990 年上海曾經研發出一臺無水冷陶瓷發動機,做過400多個小時的臺架試驗以及上海到北京的實車長距離試驗,基本驗證了它的可靠性以及實用價值。

  一個缺點毀所有

  但是,材料性能優秀的陶瓷并非完美無缺。陶瓷自身有很多肉眼看不到的細紋,一旦遇到沖擊,很容易讓這些細紋蔓延,造就陶瓷質地較脆的材料特性。要解決這種問題,不是沒有辦法,只要加入一些納米復合材料,讓陶瓷變得更有韌性,基本可以解決脆性問題。

  然而,這種技術并不適合大規模工業化,燒制工藝復雜,技術精度也有很高要求,成本也難以降低,汽車企業花這么大投入去生產,非常不劃算。單單這一缺點,注定它在短期內也無法實現量產。

  盡管目前無法大量使用陶瓷材料制造發動機,個別零部件還是能夠實現大規模生產。比如陶瓷軸承,摩托車發動機缸體陶瓷涂層等等,可以為發動機性能帶來更多好處。而航空、航天領域,陶瓷材料也早已應用到發動機上面,這并不是不能實現的技術。

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到非洲去造瓷磚?還是..
 
 


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