汽車發動機低碳化材料技術創新實踐探索

付昌星

（懷化職業技術學院，湖南 懷化 418000）

汽車是工業文明時代最偉大的發明之一，在以低碳環保為先的現代社會，新材料在汽車發動機上的創新使用是面對能源危機的重大舉措，也是節能減排的必然趨勢，必須積極引進新材料技術，提高汽車發動機的低碳化建設力度，以滿足“十三五”規劃中提出的關于“創新、協調、綠色、開放、共享”等發展理念的要求，為人類營造一個舒適、健康、綠色的生存環境，進而促進人類社會的可持續發展。

1 汽車發動機低碳化材料技術創新的基本綜述

國民經濟的發展提高了人民的生活水平，汽車已經成為人們出行的必備工具，在汽車行業高度繁榮的背后，環境問題也越來越突出。想要達到汽車低碳排放的要求，一是要提高汽車發動機的熱效率，二是要提高發動機的實際使用效率。從當前行業的發展趨勢來看，預計到2025年，汽車發動機的熱效率要提高到40%以上，而伴隨著熱效率提高而產生的是發動機結構的調整問題，為了以最快的速度實現高熱效率，發動機的結構會越來越繁雜，相應的發動機的制作和運行成本也會越來越高，因此，必須想盡辦法節約成本，降低摩擦損失，同時對廢氣、潤滑油、冷卻液等進行能量回收，最大限度促進熱效率的提升。在這個過程中，低碳化材料技術的創新使用是最關鍵的，必須積極采用先進的納米冷卻液添加劑材料和抗爆低摩擦潤滑油添加劑，實現汽油的高效率燃燒，同時加快引進低摩擦、隔熱效果好的材料，促進汽車發動機的更新升級，進而實現汽車發動機運作的低碳化排放[1]。

2 低碳化材料技術在汽車發動機中的具體應用

2.1 加強熱電材料應用，促進廢氣能量回收

一般情況下，內燃機的燃油熱量可以轉化為機械能的部分占總熱量的35%到50%，其中，發動機排氣需要用到的能量占比大約為30%，這極大增加了燃油的壓力。因此，必須運用先進的技術對廢氣進行能量回收，以提高內燃機的燃油效率和使用效率。當前技術條件下，針對廢氣進行能量回收主要可以通過有機朗肯循環和排氣發電兩種方式，前者多用于柴油機，后者則用于汽油機中。排氣發電的原理是在內燃機排氣的高溫基礎上，利用熱電材料的固有特性來達到發電的目的，在熱端和冷端的設置上，則通過排氣流動和冷卻液或環境空氣來實現。在熱電材料的使用進行發電，可以將整個汽車的電路進行連接，將能量儲備起來或用于汽車的電氣設備，達到環保節能的功效[2]。要積極用熱電材料來對汽車進行設置，提高汽車的換熱水平，促進發電設備的輕量化和結構的小型化，為汽車節約空間。納米熱電材料是當前使用最為廣泛的低碳化材料之一，它具有更大的界面和物理特性，能夠突破現有的技術瓶頸，提高熱電優值。因此在汽車發動機材料技術創新的過程中，也應該積極使用納米熱電，尋求技術突破，促進汽車排放的低碳化。

2.2 采用低摩擦涂層材料，降低摩擦損失

降低汽車摩擦損失，關鍵在于低摩擦技術的創新引進，要通過科學合理的動力總成系統設計，實現對低摩擦涂層材料的高效使用。在經濟新常態的背景之下，我國向環境治理提出了更高的低碳節能要求，為此，汽車行業必須開發先進的低摩擦技術，從而提高發動機的燃油效率。總體來說，在汽車發動機低碳化材料技術創新的過程中，高性能、低摩擦涂層材料技術的運用范圍是非常廣泛的，包括合金強化層，金剛石碳層、聚合物涂層、鋅鉻涂層、石墨涂層等都可以算在材料技術創新的實踐范疇之內。在這些涂層基礎的使用中，注意要加強摩擦副微質點之間的咬合粘接，提高潤滑度，增強耐磨度以實現低摩擦的技術目標。

2.3 積極使用絕熱材料，提高涂層隔熱效果

物理隔熱涂層是在氧化鋯或氧化鈦的主體作用下，通過一定的技術改造而應用于發動機活塞頂端的絕熱材料，在發動機低碳化材料技術的創新上具有非常重要的意義。從物理特征的角度看，絕熱材料以以氧化鋯或氧化鈦為主體，部分混合入釔或鎂來達到增強涂層的效果，隔熱性能非常顯著。從裝備的技術上來講，它是在活塞頂部運用物理和化學兩種方式進行了技術的整合，再通過等離子噴涂工藝來完成物理涂層的制備的，其中，最關鍵的就是涂層的厚度和結合力。從使用效果上看，通過絕熱材料的使用，可以有效降低活塞內部的熱量和熱量傳遞的速度，進而減少潤滑油的熱沖擊和熱剪切效應，提高換油頻率，促進汽車燃油的環保性質。從絕熱材料的應用趨勢上來說，活塞頂部絕熱涂層技術最早用于軍工行業中，隨著社會的發展，該技術現在已經逐漸被應用于汽車工業中，促進了汽車產業的創新發展。

2.4 應用納米冷卻液添加劑材料，滿足熱平衡需求

汽車發動機在冷卻液的使用上，不僅要達到防腐防銹和防凍的功能，還要能夠提高發動機的熱平衡需求。在現代技術的推動下，汽車發動機對廢氣自動再循環技術的使用已經趨向常態化，卻也在一定程度上增加了冷卻系統的熱負荷。因此，為了將這部分熱量消除，除了增大水泵流量和散熱器尺寸外，還應該在提高冷卻液的散熱效率和質量上進行綜合考慮，降低廢氣的熱排放。當前，在汽車發動機內使用高導熱率的納米冷卻液添加劑材料最大的難度在于納米顆粒的團聚問題，因為這些顆粒具有極高的表面能，很容易在外力的作用下發生團聚現象，進而對水泵油封等設備產生不利影響，因而必須對其進行技術上的創新突破，杜絕團聚現象的發生，為發動機的低碳化排放提供助力。

2.5 增加抗爆、低黏度材料的使用，改善低速早燃問題

在當前的新形勢下，人們對燃油的經濟性和環保型都有了較高的要求，傳統的方法已經不適用汽車發動機的現代化需求，必須從添加劑和潤滑油的角度上入手，采用科學的機油添加劑，減少汽車機油在使用過程中的氧化現象，并降低活塞底部的沉積物，以此來實現活塞內部的潤滑度，達到改善低俗早燃的目的。另外，在汽車低碳化技術創新的要求下，直噴增壓發動機得到了更加廣泛的應用，必須最大限度發揮它在燃油效率上的獨特優勢，降低開發成本和使用成本，促進汽車發動機的科學運行。

3 結語

隨著全球變暖趨勢的不斷擴大，為了營造更良好的生存環境，促進人類社會的可持續發展，汽車發動機低碳化材料技術創新已經成為全球汽車產業的共同追求。從具體的操作上看，必須積極引進先進的熱電材料、低摩擦材料、涂層材料、冷卻液添加劑、潤滑油添加劑等，在節約生產成本的基礎上最大限度地提高汽車發動機的低碳化設計，加快材料技術的創新步伐，進而實現汽車產業的低消耗、高環保目標，實現汽車排放的綠色發展。